城市"三生"空間功能格局與分異特征分析-以遼寧省為例

楊月恒，郭力娜，姜廣輝

(1. 華北理工大學 礦業(yè)工程學院，河北 唐山 063210；2. 北京師范大學 資源學院，北京 100091)

引言

黨的十八大報告提出要"促進生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀"，指出了城市"三生"空間的優(yōu)化方向和目標[1]。隨著城市規(guī)模的不斷擴大和城鎮(zhèn)化速度的不斷加快，新時代城市高質量發(fā)展對于城市空間協(xié)調發(fā)展提出了更高的要求[2]。目前，以"三生"空間為主題的研究基本形成了一個比較完備的體系，分為3個環(huán)節(jié)，首先是功能分類，其次是空間識別，最后是空間優(yōu)化[3]，如劉繼來[4]等創(chuàng)建了基于國家層次的"三生"分類與評估體系，分析了中國"三生"空間時空格局及演變的特點；劉明薇[5]等以土地的多功能性為原則，結合現(xiàn)行土地利用分類標準，分析了河南"三生"空間格局；李曉青[6]等基于各類專項規(guī)劃的分類體系和框架，構建了"三生"空間規(guī)劃體系；雷嫦[7]等將土地利用的主要功能作為劃分依據，從而對都勻市的"三生"空間進行分類。在對"三生"空間進行識別和優(yōu)化的過程中，較多利用了遙感數(shù)據和土地利用現(xiàn)狀數(shù)據，如朱媛媛[8]等以遙感影像、統(tǒng)計數(shù)據作為數(shù)據源，構建了"三生"空間區(qū)劃指標體系；鄒艷[9]等將遙感影像分類與土地功能相結合，對徐州"三生"的空間格局及時空演變特征進行了研究；張永蕾[10]等選用多源空間數(shù)據，分析海南島"三生"的空間聚集和協(xié)調特性。除此之外，還有一些專門針對城市"三生空間"的定量化研究，如李廣東[11]等借助構建好的城市"三生"空間功能分類體系來對空間功能價值量核算函數(shù)群進行整合；金星星[12]等以"三生"空間評價體系為依托，對閩三角城市群"三生"空間的時空分布差異及影響因素進行分析；劉鵬飛[13]等創(chuàng)建了一套獨具特色的城市"三生"空間優(yōu)化評價指標，總結了我國城市的"三生"空間質量水平的一般特征和規(guī)律；李慧燕[14]測算了京津冀13個城市的新型城鎮(zhèn)化水平，并運用耦合模型對城市間及各城市"三生"空間協(xié)調發(fā)展水平進行探究。已有研究在思路、方法和技術方法為本研究提供了有益的借鑒。然而，對于城市這樣一個人工復合程度較高的空間來說，其內部"三生"空間的物理區(qū)分難度較大，如何有效利用城市統(tǒng)計數(shù)據提供的信息輔助來研究城市"三生"空間時空格局和分異是非常有益的探索。同時，考慮到遼寧是我國城鎮(zhèn)化進程較早的省份，一直以來城鎮(zhèn)化水平較高[15]，城鎮(zhèn)體系空間格局基本清晰。但在新時代背景下，隨著人口老齡化和外出務工人口增加，城鎮(zhèn)化空間發(fā)展與人口、資源和環(huán)境之間仍存在一定程度不協(xié)調，故有必要對城鎮(zhèn)空間特別是"三生"空間時空變化進行量化研究，可以為城市空間協(xié)同發(fā)展和高質量發(fā)展提供參考?；诖?，選取遼寧省14個地級市，采用統(tǒng)計數(shù)據建立"三生"空間分類體系并對城市"三生"空間功能格局和時空分異進行量化評價分析，以期為城市空間優(yōu)化提供參考。

1研究區(qū)概況與數(shù)據方法

1.1 研究區(qū)概況

遼寧省地處東經118°53′至125°46′，北緯38°43′至43°26′。地勢北高南低，山地丘陵坐落在東部和西部，朝著中部平原降低，呈馬蹄形向渤海偏斜(見圖1)?，F(xiàn)轄14個地級市，城鎮(zhèn)主要分布在遼中平原的沈大-京哈的"人"字型軸線上，該軸線是城鎮(zhèn)、人口、產業(yè)集聚的中心地區(qū)；次要軸線為阜新-朝陽和沈陽-丹東軸線。

由《2019年遼寧省國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》顯示，截至2019年末，遼寧省城鎮(zhèn)人口2 963.9萬人。本年度地區(qū)生產總值約為24 909.5億元，比上年增長5.5%。其中，第一產業(yè)增加值約為2 177.8億元，增長3.5%；第二產業(yè)增加值約為9 531.2億元，增長5.7%；第三產業(yè)增加值約為13 200.4億元，增長5.6%。

2010～2015年城鎮(zhèn)空間增長主要集中在產業(yè)園區(qū)和新城建設兩大方向，由于開發(fā)區(qū)的發(fā)展使得區(qū)域聯(lián)系增強，全省城鎮(zhèn)體系出現(xiàn)軸帶相連的整體格局；2016～2019年城鎮(zhèn)空間的增長主要集中在開發(fā)區(qū)或者新區(qū)，增長區(qū)域回歸中心城市發(fā)展。

圖1 研究區(qū)域

1.2 數(shù)據來源

研究所用數(shù)據是從遼寧省統(tǒng)計局官網下載的2016～2019年遼寧省統(tǒng)計年鑒(2020年遼寧省統(tǒng)計年鑒雖然已經公布 ，但是對于此次研究的數(shù)據支撐力度不夠，所以不予采用)，從中整理匯總了遼寧省14個地級城市現(xiàn)狀建設用地面積，具體類型為居住用地(R)、公共管理與公共服務設施用地(A)、商業(yè)服務業(yè)設施用地(B)、工業(yè)用地(M)、物流倉儲用地(W)、道路與交通設施用地(S)、公共設施用地(U)、綠地與廣場用地(G)。各類用地代碼取自《城市用地分類與規(guī)劃建設用地標準》，編號為GB50137-2011。

1.3 研究方法

1.3.1"三生"空間及其功能量化標準

(1)與城市現(xiàn)狀建設用地相結合的"三生"空間類型及其量化標準

土地具有不同的功能屬性，每一種土地利用類型可能對應著不一樣的土地利用功能，但存在根本性的差異。例如，居住用地既為人們生活休息提供場所，但又有商業(yè)生產的性質，所以既是生活用地又是半生產用地；工業(yè)用地最重要的功能是生產功能，但它也構成了生活功能的一部分，所以既是生產用地又是弱生活用地。因此，在借鑒扈萬泰[16]、黃金川[3]、劉明薇[5]以及劉繼來[4]等建立的"三生"空間分類與評價體系的基礎上，結合《城市用地分類與規(guī)劃建設用地標準》(中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，2012)，依照國土空間利用的主導功能，以土地利用的主要功能為基礎進行劃分[17]，與城市現(xiàn)狀建設用地相結合，最終確定"三生"空間類型及其量化標準，結果見表1。

具體評價賦值規(guī)則參考劉繼來[4]的"三生空間"評價體系：以生活用地為例，生活用地為最高的5分，半生活用地為3分，弱生活用地為1分，非生活用地為0分，生產用地和生態(tài)用地評分規(guī)則與此相同。

表1 城市"三生"空間分類及其量化標準總表

1.3.2 "三生"空間分異特征研究方法

(1)“三生”空間功能量化：加權平均法

加權平均法反映了評價對象不同方面重要性的定量分布水平。其表達式為：

(1)

(2)“三生”空間區(qū)域齊全程度：“多樣性”指數(shù)法

采用吉布斯—馬丁(Gibbs-Martin)的多樣化指數(shù)(GM)來估量城市“三生”空間類型完整性和多樣化程度的指標。其表達式為[18]：

(2)

式中：GM為第i類“三生”空間“多樣化”指數(shù)；fi為第i種空間類型的功能得分；n為“三生”空間類型總數(shù)(n=3)。GM的取值范圍為[0,1]，GM值越高表示該城市“三生”空間“多樣化”程度越高。

(3)“三生”空間區(qū)域差異：“優(yōu)勢度”指數(shù)法

優(yōu)勢度是衡量研究區(qū)域內各空間類型分布程度的指標，也是決定研究區(qū)域內空間類型多樣性的參數(shù)。優(yōu)勢指數(shù)與多元化指數(shù)成反比，優(yōu)勢指數(shù)越高，“三生”空間專門化程度越高，受一種或幾種空間功能類型支配程度高，多樣性就越低[19]。計算公式為[7]：

(3)

式中：D為某類空間“優(yōu)勢度”指數(shù)；S為城市某類空間功能得分；Si為i類空間類型的得分；n為“三生”空間的空間類型總數(shù)(n=3)。

2城市"三生"空間功能格局與變化分析

2.1 城市"三生"空間功能量化結果與分析

根據公式(1)，計算得到2015和2018年研究區(qū)各城市"三生"空間功能量化結果(見表2)。分析發(fā)現(xiàn)，在數(shù)值上，"三生"空間量化分值表現(xiàn)出生活空間>生產空間>生態(tài)空間的整體趨勢；2015～2018年，各類空間量化得分都表現(xiàn)出一定增長態(tài)勢，這與城市發(fā)展過程中空間的擴張有必然關系，其中生活空間增加最多，生產次之，生態(tài)空間增加最小。

表2 "三生"空間功能量化結果(2015/2018年)

為進一步分析各城市"三生"空間功能量化結果的差異，根據表2繪制柱狀圖，結果見圖2。分析圖2發(fā)現(xiàn)，2015和2018年，生產、生活和生態(tài)空間量化分值均略有增長，但變化幅度不大；生產空間和生活空間量化均值相近，在20左右，生態(tài)空間量化得分在3類空間中最低，這也是因為城市是以人為主體的生態(tài)系統(tǒng)，具有明顯的弱生態(tài)功能；沈陽和大連2個城市各類空間量化結果遠高于其他城市，在全省具有明顯優(yōu)勢；對比圖2(a)～圖2(c)，發(fā)現(xiàn)，生態(tài)空間在各城市間的差異較其他2類空間更明顯，即生態(tài)空間存在較大的城市間差異。

圖2 2015和2018年研究區(qū)各城市"三生"空間量化結果對比圖

2.2 城市"三生"空間格局與變化

為進一步分析"三生"空間量化結果空間格局與變化情況，研究利用GIS軟件對其變化結果進行等級劃分(劃分標準見表3所示)和并制圖(見圖3～圖5)。

表3 等級劃分

生活空間功能格局與變化。結合表2分析圖3，2015～2018年遼寧省生活空間量化分值平均增長5.72，呈現(xiàn)擴張的趨勢。明顯擴張區(qū)域主要分布在大連市、朝陽市，占全省生活空間量化分值變化總值的40.23%；逐漸擴張區(qū)域位于沈陽市、鞍山市以及丹東市；生活空間縮小區(qū)域主要分布在阜新市，呈現(xiàn)出一定程度的負增長；錦州市、鐵嶺市、遼陽市以及本溪市呈現(xiàn)逐漸縮小的變化趨勢；盤錦市、撫順市和營口市處于保持的狀態(tài)。

圖3 2015～2018年生活空間量化結果空間變化圖

生產空間功能格局與變化。結合表2分析圖4，2015～2018年遼寧省生產空間量化分值平均增長4.85，呈現(xiàn)擴張的趨勢。明顯擴張區(qū)域主要分布在大連市，占全省生產空間量化分值變化總值的22.6%；生產空間逐漸擴張區(qū)域為朝陽市、沈陽市、營口市以及鞍山市；生產空間保持的區(qū)域為盤錦市、丹東市、撫順市、鐵嶺市以及葫蘆島市；生產空間逐漸縮小區(qū)域主要分布在錦州市、遼陽市以及本溪市。

圖4 2015～2018年生產空間量化結果空間變化圖

生態(tài)空間功能格局與變化。結合表2分析圖5，2015～2018年遼寧省生態(tài)空間量化分值平均增長2.72，呈現(xiàn)擴張的趨勢。明顯擴張區(qū)域主要分布在營口市，占全省生產空間量化分值變化總值的56.9%；生態(tài)空間逐漸擴張區(qū)域為朝陽市以及大連市；生態(tài)空間逐漸縮小區(qū)域為錦州市、葫蘆島市以及遼陽市；剩下的地級市處在保持的狀態(tài)，而且大部分集中在中部和東部地區(qū)。綜合"三生"空間格局與變化分析結果，發(fā)現(xiàn)中部沈陽、西部城市朝陽和沿海大連等個別城市"三生"空間變化較其他城市更明顯。

圖5 2015～2018年遼寧省生態(tài)空間量化結果空間變化圖

3城市"三生"空間分異特征

為了研究城市"三生"空間的分異特征，借用"多樣性"指數(shù)揭示城市內部的功能用地齊全程度；借用"優(yōu)勢度"指數(shù)反應城市內部的功能用地分配均勻測定度；"優(yōu)勢度"指數(shù)是"多樣性"指數(shù)高低的一個參數(shù)，"優(yōu)勢度"指數(shù)與"多樣性"相反，"優(yōu)勢度"指數(shù)越大，功能用地分布越不均勻，優(yōu)勢功能用地越突出。根據相關研究文獻[20]，并結合遼寧省城市本身的特點，將多樣化指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)劃分為低、中低、中高、高4個類型。利用Arc GIS10.3軟件空間分析中的自然間斷點分級法，繪制了遼寧省城市"三生"空間分異特征圖(如圖6、圖7所示)。

3.1 "多樣性"指數(shù)

圖6 2015～2018年"三生"空間"多樣性"指數(shù)

遼寧省城市"三生"空間多樣性指數(shù)呈現(xiàn)出"中心低，四周高"的趨勢(見圖6)。城市"三生"空間的多樣性指數(shù)整體上呈現(xiàn)緩慢的上升趨勢，從2015年的0.644 1到2018年的0.647 8，多樣性指數(shù)均在0.6以上，整體處于中等偏上水平，標志著城市內部的各功能類型逐漸齊全。2015年"三生"空間的多樣性的低、中低、中高、高類型分別占比為7.14%、35.71%、14.29%、42.86%，大部分為高多樣性，多樣性指數(shù)最高的城市為阜新，數(shù)值為0.666 5，最小的城市為鐵嶺市0.592 2；2018年"三生"空間的多樣性的低、中低、中高、高類型分別占比為28.57%、14.29%、14.29%、42.86%，以營口市多樣性指數(shù)最高0.666 3，鞍山市多樣性指數(shù)最小值0.6124。根據功能量化得分(如表2所示)，城市"三生"空間分值差距越大，多樣性分值越低。例如2015年阜新市"三生"空間得分較為均衡，所以多樣性分值較高，2015年鐵嶺"三生"空間分值差距較大，所以多樣性分值較低；2018年營口市"三生"空間得分較為均衡，所以多樣性分值較高，2018年鞍山市"三生"空間分值差距較大，所以多樣性分值較低。根據2015～2018年多樣性差值計算結果，多樣性指數(shù)呈上升趨勢的城市占比為35.71%，增長最多的為本溪市和鐵嶺市；基本保持的城市為沈陽市和遼陽市；呈現(xiàn)下降趨勢的城市占比為50.00%，減少最多的為朝陽市和葫蘆島市。

3.2 "優(yōu)勢度"指數(shù)

遼寧省城市"三生"空間的"優(yōu)勢度"在空間上呈"北高-南低"的態(tài)勢。優(yōu)勢度高說明"三生"空間類型向某一兩個類型集中，多樣性不夠，空間類型有待進一步優(yōu)化。圖7所示為2015～2018年"三生"空間"優(yōu)勢度"指數(shù)。

圖7 2015～2018年"三生"空間"優(yōu)勢度"指數(shù)

分析圖7，2015年三生空間優(yōu)勢度指數(shù)的低、中低、中高、高類型分別占比為14.29%、28.57%、35.71%、21.43%，大部分處于中高類型，三生空間類型布局需調整優(yōu)化；優(yōu)勢度指數(shù)最高的城市為鐵嶺市0.883 0，最小的值為城市為沈陽市0.066 5；2018年三生空間優(yōu)勢度指數(shù)的低、中低、中高、高類型分別占比為14.29%、35.71%、35.71%、14.29%，大部分處于中低和中高類型，優(yōu)勢度有一定程度下降，但仍需進一步調整；優(yōu)勢度指數(shù)最高的城市仍然是鐵嶺，但優(yōu)勢度指數(shù)較2015年略有降低，最小城市為沈陽市，優(yōu)勢度指數(shù)為0.088 4，較2015年略有增加。對比圖7(a)和7(b)發(fā)現(xiàn)，城市三生空間的優(yōu)勢度指數(shù)整體上呈下降趨勢，從2015年的0.593 9到2018年的0.589 2，處于中等偏下的水平，三生空間專門化程度在降低，受一種或幾種空間功能類型支配程度在減弱，其中呈現(xiàn)上升趨勢的占比為35.71%，增長最多的為阜新市、遼陽市，下降趨勢的占比為64.29%，減少幅度最大的為營口市、朝陽市。

4結論

(1)數(shù)值上，受城市現(xiàn)狀建設用地面積及城市擴張的影響，生活空間功能量化分值最高，生產空間次之，生態(tài)空間最低；研究期間各類空間都表現(xiàn)出一定增長態(tài)勢，其中生活空間增加最多，生產次之，生態(tài)空間增加最?。怀鞘虚g各類空間量化分值均是沈陽和大連明顯高于其他城市，鐵嶺市最低。

(2)空間上，2015～2018年遼寧省城市"三生"空整體表現(xiàn)出擴張狀態(tài)。其中，生活空間擴張最快的為大連市；生產空間擴張仍以大連市變化最明顯；生態(tài)空間除省會城市沈陽稍有增長外，大部分城市變化不大，反映出城市建成對生態(tài)空間的管理程度有待進一步提高。

(3)空間分異上，城市"三生"空間的"多樣性"指數(shù)整體上呈現(xiàn)緩慢的上升趨勢，標志著城市內部的各功能類型往齊全化方向發(fā)展；與多樣性指數(shù)對應的是"三生"空間的"優(yōu)勢度"指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，整體在中等偏下的水平，"三生"空間專門化程度在降低，受某一種空間功能類型支配程度在減弱。

(4)綜合分析發(fā)現(xiàn)，由于沈陽、大連城市發(fā)展程度高于其他城市，它們在"三生"空間配置上也存在一定的優(yōu)勢，但大連市"三生"空間變化情況要比沈陽活躍，反映出沈陽作為省會城市在發(fā)展過程中的約束或理性，同時大連的后續(xù)發(fā)展需要更加注重質量，更加注重對城市生態(tài)的建設與保護；研究區(qū)沿海城市和西部城市的變化較其他區(qū)域明顯，這與城市區(qū)位和發(fā)展機遇有一定關系，但建議在城市發(fā)展過程中注意優(yōu)化配置"三生"空間用地，保證城市高質量發(fā)展。