四川省“三生空間”分類評價與時空格局分析

肖 蕊，邵懷勇，李 峰，謝洪斌

（1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，成都 610059；2.外生成礦與礦山環(huán)境重慶市重點實驗室（重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院），重慶 401120）

隨著社會的不斷進(jìn)步，中國城鎮(zhèn)化水平顯著提高，截至2019年底，中國城鎮(zhèn)化水平首次跨越60%步入城市社會時代。然而，城市的發(fā)展必然會帶來一系列問題，環(huán)境污染日益加劇、土地資源利用低效及浪費(fèi)、城市人口膨脹等“城市病”［1，2］和以非農(nóng)化、污損化、老弱化、農(nóng)村空心化為主要特征的“鄉(xiāng)村病”共存［3，4］。四川省發(fā)展面臨著各類用地分布不均勻、生態(tài)系統(tǒng)退化、資源短缺、環(huán)境污染等問題，再加上生態(tài)文明建設(shè)和綠色發(fā)展是其發(fā)展的內(nèi)在要求?；诖?，創(chuàng)建一個和諧的土地用地分類系統(tǒng)已經(jīng)迫在眉睫，對四川省土地進(jìn)行三生空間研究勢在必行。

三生空間即生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間，生產(chǎn)空間是以提供農(nóng)產(chǎn)品、工業(yè)品以及服務(wù)類產(chǎn)品為主要功能的區(qū)域，生活空間是以提供人類居住和公共活動為主要功能的區(qū)域，生態(tài)空間是指具有重要生態(tài)功能，以提供生態(tài)服務(wù)和生態(tài)產(chǎn)品為主要功能的區(qū)域［5］。三生空間是遵循土地利用的多功能性原則，并結(jié)合《土地利用現(xiàn)狀分類》國家標(biāo)準(zhǔn)而構(gòu)建的三大土地利用分類體系［6，7］。三生空間的研究對四川省國土空間規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境優(yōu)化等具有重要意義。

國內(nèi)學(xué)者對三生空間做了許多研究并取得豐碩的成果。張紅旗等［6］從土地利用功能的角度研究三生用地的分類；李廣東等［8］結(jié)合理論、實踐以及實證案例對三生空間的主導(dǎo)功能進(jìn)行定量識別，從而分析三生空間功能之間的關(guān)系；甄霖等［9］界定和分析了中國土地利用的多功能性。對三生空間的評價是學(xué)者們探討的重點方向，學(xué)者們分別從全國層面、省級層面、城市群層面、鄉(xiāng)村地區(qū)及國家限制開發(fā)區(qū)等方面提出了適用于各類地區(qū)的評價指標(biāo)體系，并分析了三生空間的格局及其變化特征［10-13］。隨著理論研究的不斷深入，學(xué)者們還將新的研究方法和模型引入到三生空間功能的評價中［14，15］。但是已有研究對土地利用分類歸納模糊，對土地主體功能描述不夠全面，且大多數(shù)研究都針對全國、市域、縣域，對省域研究較少，尤其是中西部區(qū)域。四川是西部地區(qū)的重要大省，作為西部創(chuàng)新驅(qū)動的策源地、西部開放合作的樞紐、西部經(jīng)濟(jì)的領(lǐng)頭羊，更加要重視城市快速發(fā)展帶來的各種問題。開展三生空間的研究，可以為四川省國土空間優(yōu)化及生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供可靠的科學(xué)依據(jù)與支持。

因此，本研究以中國四川省為例，在探究三生空間理論的基礎(chǔ)上，采用國家標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類》體系，遵循功能分級原則，創(chuàng)建基于三生空間的土地利用分類評價體系，分析四川省2000年和2018年兩期三生空間分類及其時空格局特征。

1 研究區(qū)概況

四川省位于東經(jīng)92°21′—108°12′，北緯26°03′—34°19′，東連接重慶，北接壤青、甘、陜?nèi)?，南與滇、黔相鄰，西緊挨西藏。全省總面積達(dá)48.6萬km2，占全國總面積的5.1%，居全國各省市第5位。四川省人口眾多，截至2018年底，人口達(dá)8 341.0萬人，其中鄉(xiāng)村3 979.5萬人，城鎮(zhèn)4 361.5萬人，城鎮(zhèn)化率達(dá)52.29%。四川省自然資源豐富，但隨著城市化的推進(jìn)，對各類資源需求不斷加大，出現(xiàn)自然資源短缺、環(huán)境污染等各類生態(tài)環(huán)境問題，對四川省進(jìn)行三生空間的研究，有利于四川省的國土空間優(yōu)化以及為解決迫在眉睫的生態(tài)環(huán)境問題提供有力依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

本研究所涉及的人口和面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于《四川省統(tǒng)計年鑒》，土地利用數(shù)據(jù)主要結(jié)合GEE平臺采用人工目視解譯獲取。參照中國科學(xué)院土地資源分類系統(tǒng)，在研究三生空間理論的基礎(chǔ)上，遵循土地功能分級原則，建立基于三生空間的土地利用分類評價體系，將土地利用分成耕地、林地、草地、城鄉(xiāng)、工礦、居民用地、水域、未利用地6個一級類和水田、旱地、有林地、灌木林等25個二級類，最終分類精度達(dá)80%左右，經(jīng)人工修正精度達(dá)85%左右，能滿足研究所需。

2.1 生產(chǎn)用地分類體系

生產(chǎn)用地是指人們?yōu)榱巳〉枚喾N服務(wù)以及各類產(chǎn)品而進(jìn)行社會生產(chǎn)活動的土地［8］。本研究在結(jié)合土地利用主體功能基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將其分為生產(chǎn)用地和生產(chǎn)生態(tài)用地。其中生產(chǎn)生態(tài)用地是指兼具生產(chǎn)功能和生態(tài)功能的用地類型，如水田既屬于耕地大類且具有生態(tài)作用，也屬于能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的生產(chǎn)用地；而生產(chǎn)用地則是主要用于服務(wù)和生產(chǎn)，少部分或者幾乎沒有發(fā)揮其他作用的土地。因此，本研究創(chuàng)建的生產(chǎn)用地分類體系如表1所示。

表1 生產(chǎn)用地分類體系

2.2 生活用地分類體系

生活用地是滿足人們消費(fèi)、休閑、娛樂、居住及一些具有特殊功能的土地。根據(jù)土地利用主體功能將其劃分為生活用地和生產(chǎn)生活用地。其中生產(chǎn)生活用地是指不僅滿足生活需求而且提供一定生產(chǎn)作用的土地，如國家提供的公共場所以及公共管理服務(wù)等，這些都是政府機(jī)構(gòu)為人們提供的公共利益，包括體育、教育、醫(yī)療、文化等。而生活用地則是如城鎮(zhèn)、農(nóng)村居民點等，在遙感影像上很容易區(qū)分提取，這類用地直接為人們提供居住和休息場所，是典型的生活用地。生活用地分類體系如表2所示。

表2 生活用地分類體系

2.3 生態(tài)用地分類體系

關(guān)于生態(tài)用地，海內(nèi)外學(xué)者探究甚多但并沒有形成統(tǒng)一的定論。參考國內(nèi)學(xué)者對生態(tài)用地的研究成果與定義［16-19］，判定生態(tài)用地是具備一定生態(tài)調(diào)節(jié)功能，能直接或者間接提供相應(yīng)的生物支持，且自身具有一定自我調(diào)節(jié)、修復(fù)、維持和發(fā)展能力的用地類型［20-26］。根據(jù)土地利用主體功能，將其劃分為生態(tài)用地和生態(tài)生產(chǎn)用地。

生態(tài)生產(chǎn)用地是指既具有重要生態(tài)功能又具有一定生產(chǎn)功能的用地類型，主要包括耕地類別中的水田、旱地，水域中的湖泊、河渠、水庫坑塘等。而生態(tài)用地是指具有涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)大氣、保持水土、保護(hù)生物多樣性等功能，且受人類活動影響較小的用地類型，主要包括林地、中覆蓋度草地、低覆蓋度草地、永久性冰川雪地、灘涂、灘地以及未利用地等。生態(tài)用地分類體系如表3所示。

表3 生態(tài)用地分類體系

2.4 評價標(biāo)準(zhǔn)

一種土地類型可能有一種或多種不同功能，但在功能的主次或強(qiáng)弱上也有區(qū)分。結(jié)合已有研究，本研究給出了三生空間的分類及評分標(biāo)準(zhǔn)，如表4所示。具體評價規(guī)則為：若生產(chǎn)用地為5分，則表明該用地生產(chǎn)功能最強(qiáng)或只具備生產(chǎn)功能；若生產(chǎn)生態(tài)用地為3分，則表明除主要生產(chǎn)功能之外還兼具一部分生態(tài)功能或生產(chǎn)和生態(tài)功能無明顯主次之分；若非生產(chǎn)用地為0分，則表明該用地不具備生產(chǎn)功能。生態(tài)用地、生活用地評價規(guī)則與之相同。

表4 三生空間分類及評分標(biāo)準(zhǔn) （單位：分）

3 結(jié)果與分析

3.1 2000年和2018年四川省三生空間格局

本研究基于地理信息系統(tǒng)的可視化及空間分析技術(shù)，繪制了2000年和2018年兩期四川省生產(chǎn)空間（圖1）、生活空間（圖2）、生態(tài)空間（圖3）格局分布。

圖3 2000年和2018年四川省生態(tài)空間

1）四川省生產(chǎn)空間格局。由圖1可見，2000年和2018年四川省生產(chǎn)空間格局分布基本一致，其中評分為5的主要集中在四川東部地區(qū)，表明該地區(qū)生產(chǎn)功能最強(qiáng)，包括成都、德陽、眉山、資陽、遂寧、內(nèi)江、自貢、樂山、宜賓、瀘州、南充、廣安、巴中、達(dá)州、廣元等市，雅安市以及南部地區(qū)的攀枝花市和涼山彝族自治州分布較少；除此之外，川西北地區(qū)則是零星分布，主要分布于人口活動較密集的地區(qū)；評分為3的地區(qū)大致上也都保持一致，其增加和減少主要發(fā)生在各市區(qū)內(nèi)部，2000—2018年各市生產(chǎn)空間都不同程度的增加，成都市最為明顯，而阿壩藏族羌族自治州則有一定程度的減少，可能與大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)而生態(tài)恢復(fù)力度不夠有關(guān)。

圖1 2000年和2018年四川省生產(chǎn)空間

2）四川省生活空間格局。由圖2可見，2000年和2018年四川省生活空間格局分布基本一致，其中評分為5的主要集中在四川東部地區(qū)，表明該地區(qū)生活功能最強(qiáng)，包括各市轄區(qū)的城鎮(zhèn)及農(nóng)村居民點，其中成都市分布最為集中且至2018年其分布有所加強(qiáng)，這是由于成都作為四川的省會城市，人口密度大、分布廣；2000—2018年評分為3的地區(qū)有所增加，從2000年只有成都市、樂山市等地零星分布，到2018年東部地區(qū)所有市轄區(qū)都有不同程度的增長，且四川省最南端的攀枝花市生活空間也呈增長趨勢，其余地區(qū)生活空間變化則不明顯。

圖2 2000年和2018年四川省生活空間

3）四川省生態(tài)空間格局。由圖3可見，2000年和2018年四川省生態(tài)空間分布基本一致，總體呈現(xiàn)“西高東低、北高南低”的分布格局。其中評分為5的生態(tài)功能最強(qiáng)地區(qū)主要分布于四川西北部及南部，東北部的達(dá)州、巴中、綿陽、廣元以及東南部的宜賓、瀘州都有少量分布；評分為3的生態(tài)生產(chǎn)地區(qū)主要分布于四川東部地區(qū)，南部區(qū)域也有少量分布。

3.2 四川省三生空間格局變化

本研究利用地理信息系統(tǒng)的空間分析可視化技術(shù)將重分類后的影像進(jìn)行柵格計算，得出2000年和2018年兩期柵格影像的差值，并基于標(biāo)準(zhǔn)差分級法將其分為“減少、保持、擴(kuò)大”三類，結(jié)果如圖4、圖5、圖6所示。

1）四川省生產(chǎn)空間格局變化。由圖4可知，四川省2000—2018年生產(chǎn)空間擴(kuò)大區(qū)域主要是甘孜藏族自治州中部、阿壩藏族羌族自治州西北部以及自貢市中部，其余地區(qū)呈點狀式擴(kuò)張，擴(kuò)張程度小；生產(chǎn)空間減少區(qū)域主要是各市區(qū)的城鎮(zhèn)地區(qū)，成都市以及阿壩藏族羌族自治州有較大區(qū)域減少。

圖4 四川省生產(chǎn)空間格局變化

甘孜藏族自治州中部地區(qū)以及阿壩藏族羌族自治州西北部生產(chǎn)空間擴(kuò)大主要是由于該地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，近年來隨著礦產(chǎn)開發(fā)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對礦產(chǎn)的需求和開發(fā)不斷加大，逐步形成工礦用地等；自貢市生產(chǎn)空間擴(kuò)大主要是因為近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展使得商業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城鎮(zhèn)用地不斷增加。而各市區(qū)生產(chǎn)空間減少的原因主要就是城市化進(jìn)程加快，城市建設(shè)占用了大量的生產(chǎn)用地，從而使得生產(chǎn)用地大幅度減少；成都市生產(chǎn)空間的減少主要是因為成都為四川的省會城市，經(jīng)濟(jì)與工商業(yè)發(fā)達(dá)，城鎮(zhèn)化速度快；阿壩藏族羌族自治州生產(chǎn)空間減少是因為政策性退耕還林。

2）四川省生活空間格局變化。由圖5可知，四川省2000—2018年生活空間擴(kuò)大區(qū)域主要是各市的城鎮(zhèn)地區(qū)，成都市擴(kuò)張區(qū)域最大且呈點狀式擴(kuò)張；減少區(qū)域呈零散分布，減少不明顯。

圖5 四川省生活空間格局變化

四川省生活空間擴(kuò)大的主要原因是近些年經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展較快、城市化進(jìn)程不斷提高、人口密度增加等使得城市建設(shè)用地擴(kuò)大。2004—2014年四川省人口為8 140.2萬人，占全國總?cè)丝诘?.99%，3次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)由2004年的21.3∶41.0∶37.7轉(zhuǎn)變?yōu)?014年的12.4∶48.9∶38.7，2014年GDP是2004年的4.47倍，2014年農(nóng)用地面積比2004年減少20.21萬hm2，建設(shè)用地面積增加21.46萬hm2。

3）四川省生態(tài)空間格局變化。由圖6可知，四川省2000—2018年生態(tài)空間擴(kuò)大區(qū)域主要有廣元、巴中、達(dá)州、瀘州、宜賓、樂山、遂寧、涼山彝族自治州、攀枝花、成都西部、德陽西北部、綿陽等地，其余地區(qū)擴(kuò)大幅度較?。簧鷳B(tài)空間減少區(qū)域主要集中在成都中東部、德陽中部、自貢中部區(qū)域，其余城市生態(tài)空間減少不明顯。

圖6 四川省生態(tài)空間格局變化

四川省生態(tài)空間擴(kuò)大的主要原因是近年來為了響應(yīng)國家號召，大力加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境的整治，堅決踐行“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，更加注重人與自然和諧共生，使生態(tài)空間在城市發(fā)展中逐漸擴(kuò)大；而成都中東部、德陽中部、自貢中部的生態(tài)空間減少主要是因為經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，再加上為打造成德一體化，使得城市的發(fā)展力度不斷擴(kuò)大，生產(chǎn)用地和生活用地增加，部分生態(tài)用地遭到破壞且減少，最終使生態(tài)空間減少。

4 小結(jié)與討論

1）生產(chǎn)空間大多分布在四川東部地區(qū)，包括成都、德陽、眉山、資陽、遂寧、內(nèi)江、自貢、樂山、宜賓、瀘州、南充、廣安、巴中、達(dá)州、廣元等市，雅安市以及南部地區(qū)的攀枝花市和涼山彝族自治州分布較少，除此之外川西北地區(qū)零星分布。擴(kuò)大區(qū)域主要在甘孜藏族自治州中部、阿壩藏族羌族自治州西北部以及自貢市中部，減少區(qū)域主要在各市區(qū)城鎮(zhèn)地區(qū)，成都市以及阿壩藏族羌族自治州有較大區(qū)域減少。

2）生活空間大多分布在四川東部地區(qū)，包括各個市轄區(qū)的城鎮(zhèn)及農(nóng)村居民點，其中成都市分布最為集中且至2018年其分布有所加強(qiáng)。其擴(kuò)大區(qū)域主要是各市的城鎮(zhèn)地區(qū)，成都市擴(kuò)張區(qū)域最大。

3）生態(tài)空間大多分布在四川西北部及南部，東北部的綿陽、廣元、巴中、達(dá)州以及東南部的宜賓、瀘州都有少量分布。其擴(kuò)大區(qū)域主要有廣元、巴中、達(dá)州、瀘州、宜賓、樂山、遂寧、涼山彝族自治州、攀枝花、成都西部、德陽西北部、綿陽等地，其余地區(qū)擴(kuò)大幅度較小，減少區(qū)域主要有成都中東部、德陽中部、自貢中部區(qū)域，其余城市生態(tài)空間減少不明顯。

4）經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得城市工業(yè)化、商業(yè)化、人口密度以及城鎮(zhèn)化率提高，對應(yīng)著四川省三生空間格局發(fā)生了相應(yīng)變化。其中成都市是變化最多的地區(qū)，這是由成都市在全省的經(jīng)濟(jì)地位所決定的。

5）本研究基于土地利用分類建立三生空間分類評價體系，對四川省三生空間進(jìn)行研究，分析結(jié)果可知，四川省三生空間格局變化影響因素并不是單一的，包括政策、經(jīng)濟(jì)、社會、人文、地形等各種影響因素，是一個與時俱進(jìn)、不斷發(fā)展的狀態(tài)。因此，對三生空間的演變機(jī)制、驅(qū)動力、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)、均衡狀態(tài)以及適宜性評價和優(yōu)化等仍需要進(jìn)一步探索和研究。