城鎮(zhèn)化進(jìn)程中洞庭湖區(qū)“三生空間”格局演變與驅(qū)動(dòng)機(jī)制

楊 帆,熊素文,*,雷 婷,趙子羽,劉傳虎

1 中南大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院, 長(zhǎng)沙 410000 2 岳陽(yáng)市規(guī)劃勘查設(shè)計(jì)研究院, 岳陽(yáng) 414000

改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程取得巨大成就,同時(shí)也帶來(lái)了“三生空間”(生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間)沖突矛盾的加劇[1—3]。加快構(gòu)建“生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”的“三生空間”土地利用新格局,已成為城鎮(zhèn)化進(jìn)程下優(yōu)化國(guó)土空間資源配置與推進(jìn)生態(tài)文明可持續(xù)發(fā)展的迫切需求[4—7]。

西方國(guó)家早在20世紀(jì)60年代起便開(kāi)始通過(guò)優(yōu)化“三生空間”格局、加強(qiáng)環(huán)境治理效率等措施應(yīng)對(duì)生態(tài)空間的城鎮(zhèn)化蠶食[8]。我國(guó)正處于“三生空間”格局由生產(chǎn)空間主導(dǎo)向“三生空間”協(xié)調(diào)永續(xù)發(fā)展方向轉(zhuǎn)變的重要轉(zhuǎn)型期[9],當(dāng)前,國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究?jī)?nèi)容主要圍繞“三生空間”格局演變與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值、土地利用存量與驅(qū)動(dòng)機(jī)制發(fā)展規(guī)律、時(shí)空耦合協(xié)調(diào)與開(kāi)發(fā)適宜度評(píng)價(jià)等方面展開(kāi)[10—14]。但研究對(duì)象多針對(duì)城市群、省、市等單一行政區(qū)劃或單一用地功能類(lèi)型開(kāi)展用地格局演變研究[15—19],大湖流域作為我國(guó)生態(tài)修復(fù)與治理的戰(zhàn)略性板塊,具有地理形態(tài)特異性、形態(tài)功能多樣性及水陸關(guān)系復(fù)雜性等特征,更易遭受城鎮(zhèn)化發(fā)展的脅迫影響,是研究“三生空間”格局演變與轉(zhuǎn)型的最典型空間地理單元之一,亟待基于“三生空間”視角,進(jìn)行河湖單元國(guó)土空間格局演變與驅(qū)動(dòng)機(jī)制的綜合性研究。

洞庭湖是長(zhǎng)江流域重要的調(diào)蓄湖泊,被譽(yù)為“長(zhǎng)江之腎”,是長(zhǎng)江流域特殊地理單元保護(hù)治理中的薄弱領(lǐng)域。本文以洞庭湖區(qū)域內(nèi)的典型城市為研究對(duì)象,通過(guò)構(gòu)建多源指標(biāo)數(shù)據(jù)體系,考慮城鎮(zhèn)化發(fā)展對(duì)國(guó)土生態(tài)空間侵蝕改造的影響,探索各轄區(qū)“三生空間”格局演變?cè)诮Y(jié)構(gòu)與功能層面的典型特征,基于土地利用合理優(yōu)化及流域資源環(huán)境統(tǒng)籌發(fā)展目標(biāo),將地域差異特點(diǎn)融入定量過(guò)程分析并提取重要阻力因子,探明城鎮(zhèn)擴(kuò)張作用下“三生空間”格局演變的潛在驅(qū)動(dòng)機(jī)制,對(duì)大湖流域土地資源合理規(guī)劃具有重要的樣本意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

洞庭湖區(qū)地處長(zhǎng)江中游地段,地跨湘、鄂兩省,大部分地區(qū)海拔高度低于50m,且超過(guò)85%的面積位于湖南省境內(nèi)[20]。區(qū)域以洞庭湖為核心,向東部、南部、西部三個(gè)方向呈現(xiàn)出由河湖沖擊平原向環(huán)湖丘陵崗地及低山過(guò)渡的地理空間形態(tài),用地類(lèi)型與結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。本文選取洞庭湖區(qū)范圍內(nèi)的典型城市作為研究對(duì)象,包含湖南省境內(nèi)3個(gè)地級(jí)市(岳陽(yáng)市、常德市、益陽(yáng)市)、湖北省荊州市及其32個(gè)縣域數(shù)據(jù)樣本,研究面積共5.95萬(wàn)km2(圖1)。

圖1 研究區(qū)域示意圖Fig.1 Schematic diagram of the research area

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

1.2.1指標(biāo)選取

“三生空間”國(guó)土空間格局轉(zhuǎn)型特征在演變過(guò)程中受城鎮(zhèn)化擴(kuò)張影響明顯。為探究城鎮(zhèn)化進(jìn)程與用地空間格局的時(shí)空耦合關(guān)聯(lián)程度,本文基于現(xiàn)有研究基礎(chǔ)[21—23],結(jié)合洞庭湖區(qū)國(guó)土空間開(kāi)發(fā)與土地利用實(shí)際情況,以城鎮(zhèn)化、工業(yè)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化驅(qū)動(dòng)作為研究洞庭湖區(qū)各城市“三生空間”格局演變的切入點(diǎn),探討影響洞庭湖區(qū)4市“三生空間”格局變化的驅(qū)動(dòng)因子。具體二級(jí)指標(biāo)因子的選擇如下：①選擇城鎮(zhèn)人口和城鎮(zhèn)化率體現(xiàn)人口層面城鎮(zhèn)化,第三產(chǎn)業(yè)比重體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)層面城鎮(zhèn)化,城鎮(zhèn)居民可支配收入體現(xiàn)社會(huì)生活層面城鎮(zhèn)化,共4個(gè)二級(jí)指標(biāo)代表區(qū)域綜合城鎮(zhèn)化水平。②選取工業(yè)總產(chǎn)值、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)、第二產(chǎn)業(yè)比重和固定資產(chǎn)投資4個(gè)二級(jí)指標(biāo),以代表工業(yè)化在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的比重與分配。③選擇農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、第一產(chǎn)業(yè)比重、單位面積糧食產(chǎn)量3個(gè)二級(jí)指標(biāo)代表農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平。

1.2.2數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

本文數(shù)據(jù)主要包含多時(shí)段(1980、1990、2000、2010、2015、2020)遙感衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。在空間數(shù)據(jù)的信息來(lái)源上,土地利用覆被數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)均來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/),空間分辨率為30m；洞庭湖區(qū)4市及各縣域行政邊界數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心(http://ngcc.sbsm.gov.cn)；社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于洞庭湖區(qū)各市的統(tǒng)計(jì)公報(bào)和年鑒。在數(shù)據(jù)單元的處理技術(shù)上,土地利用覆被信息以六期Landsat TM/ETM遙感影像為主要數(shù)據(jù)源,通過(guò)人機(jī)交互解譯方法得到[24],地形起伏度與垂直海拔高程在GIS技術(shù)支持下通過(guò)SRTM DEM(30m)數(shù)據(jù)提取拼接得到；將上述空間地理柵格數(shù)據(jù)與洞庭湖區(qū)各市縣行政矢量邊界進(jìn)一步整合,利用ArcGIS 10.5軟件中的柵格裁剪、相交融合等地理處理技術(shù),分區(qū)統(tǒng)計(jì)域內(nèi)4市及其32個(gè)縣域的用地覆被及地形高程信息,并由多組兩期土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加運(yùn)算與地圖可視化處理,顯示洞庭湖區(qū)“三生空間”的格局演變情況。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)的處理層面,本文重點(diǎn)選取了洞庭湖區(qū)2000年、2010年、2015年、2020年4個(gè)關(guān)鍵年份的社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)指標(biāo),對(duì)域內(nèi)土地利用轉(zhuǎn)型與各驅(qū)動(dòng)因子間的復(fù)雜影響進(jìn)行相關(guān)性定量分析。

2 研究方法

本文研究方法體系與技術(shù)路線主要包含以下四個(gè)方面(圖2)：①結(jié)合1980—2020年多時(shí)段遙感影像圖、統(tǒng)計(jì)年鑒等基礎(chǔ)本底數(shù)據(jù),歸納 “三生空間”主要用地類(lèi)別,構(gòu)建洞庭湖區(qū)“三生空間”自然-社會(huì)多源數(shù)據(jù)庫(kù)。②在“三生空間”分類(lèi)體系構(gòu)建的基礎(chǔ)上,將各要素?cái)?shù)據(jù)與洞庭湖區(qū)市縣行政單元相結(jié)合,進(jìn)行地理空間要素與社會(huì)阻力指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化信息數(shù)據(jù)處理：一方面,對(duì)土地利用覆被數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感識(shí)別解譯與提取拼接,并運(yùn)用GIS地理處理技術(shù)疊加融合縣域信息,分區(qū)統(tǒng)計(jì)域內(nèi)各縣域 “三生空間”多時(shí)段的時(shí)空格局演變與垂直梯度差異信息；另一方面,對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行城鎮(zhèn)化驅(qū)動(dòng)因素的分類(lèi)匯總,提取用地轉(zhuǎn)型的主要阻力因子。③基于處理后的多時(shí)段空間變化數(shù)據(jù),采用土地利用動(dòng)態(tài)度及土地利用轉(zhuǎn)移矩陣方法,分別探究洞庭湖區(qū)“三生空間”格局在結(jié)構(gòu)變化和功能轉(zhuǎn)型上的時(shí)空演變動(dòng)態(tài)規(guī)律；結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)度模型,研判“三生空間”用地轉(zhuǎn)型在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的潛在驅(qū)動(dòng)機(jī)制。④基于上述結(jié)果,形成工作數(shù)據(jù)庫(kù)及圖示平臺(tái),啟動(dòng)國(guó)土“三生空間”格局變化預(yù)警模式,引導(dǎo)洞庭湖用地模式合理優(yōu)化,為大湖流域生態(tài)修復(fù)回歸提供理論與技術(shù)支撐。

圖2 城鎮(zhèn)化進(jìn)程中洞庭湖區(qū)“三生空間”格局演變與驅(qū)動(dòng)機(jī)制技術(shù)路徑Fig.2 Technology routine map for the evolution of the “production-living-ecological space” pattern and driving mechanisms in the Dongting Lake area during the urbanization process

本文研究的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題包含以下兩個(gè)方面：一是考慮城鎮(zhèn)化發(fā)展對(duì)流域侵蝕改造的影響,總結(jié)洞庭湖區(qū)各城市“三生空間”格局演變與轉(zhuǎn)型的典型特征,進(jìn)一步識(shí)別診斷城鎮(zhèn)化進(jìn)程中 “三生空間”的沖突博弈區(qū)域；二是基于土地利用合理優(yōu)化提取重要阻力因子,探明城鎮(zhèn)擴(kuò)張作用下洞庭湖區(qū)“三生空間”格局演變的潛在驅(qū)動(dòng)機(jī)制。

2.1 三生空間”分類(lèi)體系

土地利用是國(guó)土空間開(kāi)發(fā)的承載主體,開(kāi)展洞庭湖區(qū)“三生空間”格局演變研究的前提是構(gòu)建多要素綜合的國(guó)土空間多功能分類(lèi)體系[25]。本文結(jié)合大湖流域國(guó)土空間開(kāi)發(fā)與保護(hù)實(shí)際,構(gòu)建洞庭湖區(qū)國(guó)土“三生空間”各等級(jí)分類(lèi)體系[26](表1)。

2.2 土地利用動(dòng)態(tài)度

城鎮(zhèn)化脅迫致使洞庭湖區(qū)各城市在用地結(jié)構(gòu)上發(fā)生了一定程度的變化,本文使用土地利用動(dòng)態(tài)度模型定量描述生產(chǎn)、生活、生態(tài)各類(lèi)土地利用類(lèi)型的面積變化情況,以反映“三生空間”用地格局結(jié)構(gòu)變化特征[27]。其表達(dá)式為：

(1)

式中,K為研究時(shí)間段內(nèi)某一土地利用類(lèi)型動(dòng)態(tài)度；Ua為研究初期某一土地利用類(lèi)型數(shù)量；Ub為研究末期某一土地利用類(lèi)型數(shù)量；T為研究時(shí)段長(zhǎng)。

表1 “三生空間”分類(lèi)體系

2.3 土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

城鎮(zhèn)化對(duì)洞庭湖區(qū)國(guó)土空間格局的影響還體現(xiàn)在各類(lèi)特定用地間的功能轉(zhuǎn)化層面。本文使用土地利用轉(zhuǎn)移矩陣,對(duì)特定區(qū)域與時(shí)段內(nèi)各土地利用類(lèi)型面積之間相互轉(zhuǎn)變的過(guò)程進(jìn)行分析,以顯示各土地利用類(lèi)型功能轉(zhuǎn)型的動(dòng)態(tài)增減信息[28]。其表達(dá)式為：

(2)

式中,S為用地類(lèi)型的面積；n為土地利用類(lèi)型；Sij表示研究初期i類(lèi)土地到末期轉(zhuǎn)為j類(lèi)土地的面積。

2.4 灰色關(guān)聯(lián)度模型

洞庭湖區(qū)各城市“三生空間”格局演變與轉(zhuǎn)型的驅(qū)動(dòng)指標(biāo)因子種類(lèi)繁多,鑒于研究區(qū)土地覆被信息樣本量較少,本文運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度模型探究各用地與經(jīng)濟(jì)社會(huì)因子間的驅(qū)動(dòng)關(guān)系,基本原理是根據(jù)子母序列間曲線的相似度,用關(guān)聯(lián)度系數(shù)的排序分析來(lái)描述兩者關(guān)系大小及強(qiáng)弱[29—31]。其表達(dá)式為：

(3)

(4)

Δi(k)=|X0i(k)-Xi(k)|

(5)

(6)

(7)

式中,ri為灰色關(guān)聯(lián)度,ξi(k)為關(guān)聯(lián)系數(shù)；0<ρ<1,為分辨系數(shù),通常ρ取值0.5。

3 洞庭湖區(qū)“三生空間”格局演變

3.1 “三生空間”總體分布

洞庭湖區(qū)“三生空間”總體分布主要基于域內(nèi)各城市1980—2020年土地利用覆被信息及DEM數(shù)據(jù),歸納其在水平地域分異和垂直梯度差異兩個(gè)方面的典型特征。

3.1.1水平地域分異

洞庭湖區(qū)“三生空間”總體分布特征在水平地域?qū)用娌町惷黠@,其中自然地理環(huán)境基礎(chǔ)對(duì)國(guó)土空間格局的影響尤為突出(圖3)。生態(tài)空間長(zhǎng)久以來(lái)占據(jù)洞庭湖區(qū)的主體地位,主要集中在區(qū)域中部洞庭湖水域部分及東部、南部、西部的外圍林地丘陵區(qū)；生產(chǎn)空間主要位于河網(wǎng)沖刷形成的湖濱平原區(qū),呈現(xiàn)出“北多南少”的空間地域格局；生活空間呈點(diǎn)狀零散穿插分布于生產(chǎn)、生態(tài)空間之中,斑塊隨時(shí)序不斷擴(kuò)張,與城鎮(zhèn)化關(guān)聯(lián)最為密切。

圖3 洞庭湖區(qū)“三生空間”水平地域分異Fig.3 Geographical differentiation in the level of the “production-living-ecological space” in the Dongting Lake area

3.1.2垂直梯度差異

洞庭湖區(qū)“三生空間”的垂直梯度差異顯著(圖4)。在地勢(shì)分布上,國(guó)土“三生空間”資源廣泛分布于海拔小于100m范圍內(nèi),以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地和水域生態(tài)用地占比最高；在用地比例上,隨著海拔升高,生產(chǎn)、生活用地占比逐漸減小,生態(tài)用地比例顯著升高,在生態(tài)用地各類(lèi)型中以林地資源占比最高,草地生態(tài)資源比例隨海拔上升呈現(xiàn)先降低、后增長(zhǎng)的波動(dòng)變化態(tài)勢(shì)。

圖4 洞庭湖區(qū)“三生空間”垂直梯度差異Fig.4 Vertical gradient differences of the “production-living-ecological space” in the Dongting Lake area

圖5 洞庭湖區(qū)“三生空間”結(jié)構(gòu)變化情況Fig.5 Changes in the structure of the “production-living-ecological space” in the Dongting Lake area

3.2 “三生空間”時(shí)空格局演變

城鎮(zhèn)化進(jìn)程下,人類(lèi)開(kāi)發(fā)建設(shè)逐漸向大湖流域生態(tài)高敏感地區(qū)蠶食延伸,致使洞庭湖區(qū)各市縣“三生空間”土地利用格局隨時(shí)序發(fā)生不同程度的轉(zhuǎn)變。本文基于數(shù)值特征及空間分布兩大板塊,明確洞庭湖區(qū)國(guó)土空間格局的“三生”結(jié)構(gòu)面積變化情況,并深入探討各類(lèi)用地內(nèi)部功能轉(zhuǎn)型的時(shí)空演變規(guī)律。

3.2.1國(guó)土空間“三生”結(jié)構(gòu)變化

1980—2020年,洞庭湖區(qū)生產(chǎn)、生活、生態(tài)三類(lèi)用地的土地利用結(jié)構(gòu)面積變化較活躍,生產(chǎn)空間面積變化較大,生活空間不斷擴(kuò)大且增幅最大,生態(tài)空間波動(dòng)變化(圖5)。基于數(shù)值分析表明：①生產(chǎn)空間是三者中面積變化最大的用地類(lèi)型,其中以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地的變化最為顯著,40年間面積縮減1776.31km2；此外,工礦生產(chǎn)空間逐年穩(wěn)步增加,尤以2000—2010年增幅最為明顯。②城鎮(zhèn)生活空間和鄉(xiāng)村生活空間顯著擴(kuò)大,40年來(lái)共增長(zhǎng)394.23km2,其中以靠近水域覆蓋范圍內(nèi)的城鎮(zhèn)生活空間增長(zhǎng)最為迅速,當(dāng)下較1980年增長(zhǎng)1.29倍。③生態(tài)空間40年來(lái)增長(zhǎng)0.02倍,變化幅度較小,但各類(lèi)生態(tài)用地面積隨時(shí)序波動(dòng)明顯,其中林地、草地生態(tài)空間發(fā)生細(xì)微下降,水域生態(tài)空間呈現(xiàn)先上升,后下降的波動(dòng)態(tài)勢(shì)。

以洞庭湖域內(nèi)主要市轄區(qū)岳陽(yáng)、常德、荊州、益陽(yáng)4市及其32個(gè)縣域數(shù)據(jù)樣本為研究對(duì)象,進(jìn)一步歸納其“三生空間”格局在縣域空間分布層面的演變規(guī)律(圖6)。結(jié)果顯示：①洞庭湖區(qū)各地區(qū)生產(chǎn)空間發(fā)生下降的縣域數(shù)量占全域總數(shù)的93.75%,荊州的洪湖市生產(chǎn)空間減少幅度最大,數(shù)值達(dá)到417.21km2。其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間除位于洞庭湖水域主體部分北側(cè)的君山區(qū)外,其余縣市均發(fā)生了或多或少的降低；32個(gè)縣域的工礦生產(chǎn)空間均發(fā)生了增加,以桃源縣增加最為顯著。②域內(nèi)各城市生活空間均呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。其中城鎮(zhèn)生活空間相較于鄉(xiāng)村生活空間,增長(zhǎng)更為顯著,增長(zhǎng)的區(qū)縣主要分布于洞庭湖水域主體附近及各市的市轄區(qū)范圍,城鎮(zhèn)化擴(kuò)張最為迅速的縣為岳陽(yáng)市的岳陽(yáng)樓區(qū),新增面積45.99km2,城鎮(zhèn)生活空間增幅較小的地區(qū)主要集中于海拔較高的林地礦區(qū)及自然條件惡劣地帶；鄉(xiāng)村生活空間增加較大的地區(qū)主要分布于洞庭湖區(qū)北部的荊州市。③區(qū)域生態(tài)空間40年來(lái)發(fā)生降低的區(qū)域占總縣域數(shù)量的21.88%,其中益陽(yáng)的沅江市水域面積減小幅度最大,達(dá)到135.16km2；綠色與潛在生態(tài)空間縮小的區(qū)域占據(jù)縣域總數(shù)的71.88%,總體而言,洞庭湖區(qū)生態(tài)空間40年來(lái)縮減仍較為劇烈。

圖6 洞庭湖區(qū)“三生空間”結(jié)構(gòu)變化的縣域差異Fig.6 County differences in structural changes of the “production-living-ecological space” in the Dongting Lake area

綜上所述,洞庭湖區(qū)“三生空間”面積隨時(shí)序變化較為顯著,且速率逐漸加快,以城鎮(zhèn)生活空間、工礦生產(chǎn)空間、水域生態(tài)空間的增加和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的縮減最為突出；在縣域空間分布上,岳陽(yáng)樓區(qū)的城鎮(zhèn)生活空間、沅江市的藍(lán)色生態(tài)空間、洪湖市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間及綠色生態(tài)空間用地面積變化幅度最為劇烈,且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的減少面積、空間分布與城鎮(zhèn)空間的擴(kuò)張吻合度較高。表明隨著城鎮(zhèn)化的迅速推進(jìn),城鎮(zhèn)村生活空間仍將呈現(xiàn)持續(xù)上漲的趨勢(shì),生活用地需求的增加將導(dǎo)致未來(lái)資源與生境承載壓力的不斷加劇。

3.2.2國(guó)土空間“三生”功能轉(zhuǎn)型

為更直觀地觀察洞庭湖區(qū)“三生空間”40年以來(lái)各用地類(lèi)型內(nèi)部功能的互相轉(zhuǎn)換情況,本文基于ArcGIS空間疊加分析技術(shù),計(jì)算“三生空間”用地類(lèi)型轉(zhuǎn)移矩陣,以明確域內(nèi)國(guó)土空間“三生”功能轉(zhuǎn)型的數(shù)值變化情況(表2)?？傮w而言,城鎮(zhèn)化進(jìn)程中洞庭湖區(qū)各城市主要發(fā)生的功能轉(zhuǎn)型為生產(chǎn)、生態(tài)空間的相互轉(zhuǎn)化和生活空間的轉(zhuǎn)入。其中,生產(chǎn)空間的轉(zhuǎn)出占洞庭湖區(qū)用地類(lèi)型總轉(zhuǎn)化量的69.88%,以生產(chǎn)用地向生態(tài)用地的轉(zhuǎn)出最甚；生態(tài)空間的轉(zhuǎn)入比例呈現(xiàn)逐年減小的趨勢(shì),從第一階段的73.86%減小為第四階段的39.75%。

對(duì)域內(nèi)“三生空間”二級(jí)功能地類(lèi)進(jìn)行細(xì)分,進(jìn)一步明確各階段用地功能轉(zhuǎn)型的數(shù)值特征(圖7)。結(jié)果表明：①洞庭湖區(qū)各類(lèi)用地的功能轉(zhuǎn)型在第一階段表現(xiàn)最為劇烈,“退耕還湖還林”等政策的實(shí)施,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間開(kāi)始向水域生態(tài)空間大量轉(zhuǎn)化；此外,隨著城鎮(zhèn)化推進(jìn),城鎮(zhèn)生活空間在該階段迅速增加,主要由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間轉(zhuǎn)入。②在第二、三階段中,洞庭湖區(qū)主要發(fā)生農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間向水域生態(tài)空間的轉(zhuǎn)化,其他用地功能轉(zhuǎn)變不明顯。③第四階段主要為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間向工礦生產(chǎn)空間的轉(zhuǎn)出及耕地資源與水域的互換,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間向工礦建設(shè)用地的轉(zhuǎn)出面積在該階段大幅增加,數(shù)值高達(dá)318.45km2；此外,近40年來(lái)洞庭湖區(qū)耕地資源在向水域生態(tài)空間持續(xù)回歸的同時(shí),首次大面積出現(xiàn)水域生態(tài)空間向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的逆轉(zhuǎn)。

表2 1980—2020年洞庭湖區(qū)“三生空間”土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

圖7 洞庭湖區(qū)“三生空間”二級(jí)地類(lèi)用地功能轉(zhuǎn)變Fig.7 The function transformation of the “production-living-ecological space” secondary land use in the Dongting Lake area

參照“三生空間”格局演變的地圖可視化方法,進(jìn)一步探究洞庭湖區(qū)4市及32個(gè)縣域樣本在空間分布上的用地格局功能轉(zhuǎn)型特征(圖8)。結(jié)果顯示：1980—2020年間洞庭湖區(qū)“三生空間”的功能轉(zhuǎn)型主要集中于湖泊水域主體空間及城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速的縣域。①北部洞庭湖平原地區(qū)主要發(fā)生農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間向生態(tài)空間的轉(zhuǎn)化,其中以荊州的洪湖市和監(jiān)利縣轉(zhuǎn)化最為劇烈。②中部為洞庭湖的水域主體部分,在前三階段變化較穩(wěn)定,進(jìn)入2010年后開(kāi)始出現(xiàn)由生態(tài)空間向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的大量轉(zhuǎn)入,集中發(fā)生于岳陽(yáng)市的君山區(qū),這表明伴隨著城鎮(zhèn)化的推進(jìn),人類(lèi)開(kāi)始逐漸依靠水域優(yōu)良自然環(huán)境進(jìn)行生產(chǎn)種植活動(dòng)。③此外,生產(chǎn)、生態(tài)空間向生活空間的轉(zhuǎn)化亦較為明顯,集中在岳陽(yáng)市的岳陽(yáng)樓區(qū),常德市的武陵區(qū),益陽(yáng)市的赫山區(qū)及荊州市的荊州區(qū)、沙市區(qū),呈現(xiàn)以4市中心城區(qū)為輻射核心的放射狀分布,且隨時(shí)間段的推進(jìn)增幅持續(xù)上升。

圖8 洞庭湖區(qū)“三生空間”功能轉(zhuǎn)型的縣域空間分布特征Fig.8 Spatial distribution characteristics of counties in the Dongting Lake area in terms of functional transformation of the “production-living-ecological space”

綜上所述,1980年以來(lái),洞庭湖區(qū)“三生空間”功能轉(zhuǎn)型主要體現(xiàn)為城鎮(zhèn)生活空間侵蝕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間擠占水域生態(tài)空間,以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間向水域生態(tài)空間的回歸。一方面,城鎮(zhèn)化進(jìn)程提升了大湖流域土地利用強(qiáng)度,進(jìn)而激發(fā)人類(lèi)對(duì)城市居住、公共服務(wù)設(shè)施、交通運(yùn)輸、工礦企業(yè)用地的需求,城鎮(zhèn)生活空間開(kāi)始以城鎮(zhèn)化水平較高的中心縣域?yàn)楹诵难杆傧蛲廨椛鋽U(kuò)散,而這些往往都是由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地或生態(tài)用地轉(zhuǎn)化而來(lái)。另一方面,“退耕還湖”政策的實(shí)施使耕地資源向水域空間持續(xù)回歸,但進(jìn)入2010年后,位于洞庭湖中部濱湖平原地帶的君山區(qū)首次出現(xiàn)耕地向水域的大面積擠占,表明洞庭湖仍存在圍湖造田的現(xiàn)象,生態(tài)空間面臨耕地利用和城鎮(zhèn)建設(shè)開(kāi)發(fā)脅迫的雙重威脅,城鎮(zhèn)現(xiàn)代化發(fā)展與自然生態(tài)保護(hù)間的矛盾仍在日益加劇。

4 “三生空間”格局演變驅(qū)動(dòng)機(jī)制

為確定洞庭湖區(qū)國(guó)土空間用地格局轉(zhuǎn)型的城鎮(zhèn)化影響因素,本文利用灰色關(guān)聯(lián)度模型對(duì)域內(nèi)各城市“三生空間”的格局演變進(jìn)行驅(qū)動(dòng)機(jī)制關(guān)聯(lián)分析,以探究域內(nèi)各級(jí)驅(qū)動(dòng)指標(biāo)因子與用地轉(zhuǎn)型間的關(guān)聯(lián)重要程度(圖9)。其中,城鎮(zhèn)化、工業(yè)化及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化作為三大關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力,分別在不同層面加速了城鎮(zhèn)化進(jìn)程中洞庭湖區(qū)各行政單元的國(guó)土空間格局演變進(jìn)程。

圖9 城鎮(zhèn)化進(jìn)程中洞庭湖區(qū)各級(jí)驅(qū)動(dòng)因子關(guān)聯(lián)度Fig.9 Correlation degree of driving factors at all levels in the Dongting Lake area during urbanization process

4.1 城鎮(zhèn)化驅(qū)動(dòng)機(jī)制

城鎮(zhèn)化是影響洞庭湖區(qū)“三生空間”格局演變的首要驅(qū)動(dòng)因素,主要通過(guò)推動(dòng)城市人口流動(dòng)及經(jīng)濟(jì)活動(dòng)轉(zhuǎn)型以組織調(diào)節(jié)域內(nèi)各功能用地類(lèi)型。一方面,城鎮(zhèn)人口與城鎮(zhèn)化率作為人口城鎮(zhèn)化因子,對(duì)城鎮(zhèn)生活空間的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)較強(qiáng)。城鎮(zhèn)化造成了鄉(xiāng)村居民向城市空間的大量涌入,城市土地資源的高負(fù)荷運(yùn)行使人類(lèi)通過(guò)擠占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間以獲得更多建設(shè)用地,耕地向城鎮(zhèn)建設(shè)用地的轉(zhuǎn)化面積相較20世紀(jì)末增長(zhǎng)2.45倍。另一方面,以第三產(chǎn)業(yè)比重為代表的經(jīng)濟(jì)城鎮(zhèn)化因子對(duì)藍(lán)綠生態(tài)空間影響也愈加深刻,表明洞庭湖區(qū)作為長(zhǎng)江中游城市群發(fā)展戰(zhàn)略中的重要經(jīng)濟(jì)樞紐,優(yōu)越的區(qū)位優(yōu)勢(shì)帶來(lái)港口物流、生態(tài)旅游等第三產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展,湖區(qū)對(duì)外開(kāi)放度的增大也加劇了生態(tài)系統(tǒng)演變的不穩(wěn)定性。

4.2 工業(yè)化驅(qū)動(dòng)機(jī)制

工業(yè)化在一定程度上推動(dòng)了洞庭湖區(qū)各類(lèi)用地空間轉(zhuǎn)型擴(kuò)展的速率與方向。洞庭湖區(qū)在長(zhǎng)江中游城市群發(fā)展戰(zhàn)略的引領(lǐng)下,現(xiàn)代工業(yè)園區(qū)與新興科技基地發(fā)展迅速, 20年間GDP總量增長(zhǎng)9.27倍,為應(yīng)對(duì)社會(huì)工業(yè)發(fā)展需求,城鄉(xiāng)建設(shè)用地面積迅速擴(kuò)張,由1603.96km2上升到2319.55km2,增幅高達(dá)49.18%,直接體現(xiàn)GDP、工業(yè)總產(chǎn)值、固定資產(chǎn)投資等工業(yè)化指標(biāo)因子對(duì)城市工礦建設(shè)用地增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)效應(yīng)。在用地的空間擴(kuò)展方向上,洞庭湖區(qū)城鎮(zhèn)生活用地及工礦生產(chǎn)用地整體沿工業(yè)化水平較高的城鎮(zhèn)郊區(qū)或交通沿線分散輻射擴(kuò)張,呈現(xiàn)多中心、飛地?cái)U(kuò)展的蠶食演變規(guī)律,與工業(yè)化發(fā)展方向具有高度一致性。

4.3 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化驅(qū)動(dòng)機(jī)制

在以農(nóng)業(yè)種植為主要經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的洞庭湖區(qū),農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程加速了以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間為首的國(guó)土空間格局演變。農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)水平的進(jìn)步使農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整,農(nóng)產(chǎn)品播種效率和耕地單位面積糧食產(chǎn)量顯著提升,原先屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的面積逐漸向水域等生態(tài)空間類(lèi)型轉(zhuǎn)化回歸,以響應(yīng)國(guó)家 “退耕還湖”政策的號(hào)召,彌補(bǔ)上世紀(jì)因粗放開(kāi)墾農(nóng)用地帶來(lái)的生境破壞。2000—2020年間,域內(nèi)水域面積主要由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地轉(zhuǎn)化而來(lái),總轉(zhuǎn)化比例高達(dá)50.86%,表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平的提高推動(dòng)了“退耕還湖”工程的實(shí)施成效,為洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的發(fā)展?fàn)I造了良好的技術(shù)基礎(chǔ),湖區(qū)蓄洪功能和生態(tài)承載力有了一定程度的增加。

5 結(jié)論

本文基于國(guó)土“三生空間”格局時(shí)空演變視角,對(duì)洞庭湖區(qū)域范圍內(nèi)常德、荊州、益陽(yáng)、岳陽(yáng)4市及其32個(gè)縣域的土地利用格局演變特征與驅(qū)動(dòng)機(jī)制開(kāi)展分析,最終得到以下結(jié)論：

①1980—2020年間洞庭湖區(qū)“三生空間”格局總體分布在水平地域和垂直梯度上差異顯著。生態(tài)空間主要集中在區(qū)域中部洞庭湖水域部分及東部、南部及西部的外圍林地丘陵區(qū),生產(chǎn)空間主要位于河網(wǎng)沖刷形成的湖濱平原區(qū),生活空間呈點(diǎn)狀零散穿插分布于生產(chǎn)與生態(tài)空間之中；生產(chǎn)、生活空間及藍(lán)色生態(tài)空間隨海拔升高呈現(xiàn)下降趨勢(shì),綠色生態(tài)空間隨海拔變化起伏較大。

②洞庭湖區(qū)“三生空間”用地格局結(jié)構(gòu)變化涵蓋數(shù)量特征和空間分布兩層面。數(shù)量變化層面,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面積縮減較大,工礦生產(chǎn)空間與生活空間持續(xù)增長(zhǎng),水域與潛在生態(tài)空間波動(dòng)變化?？臻g變化層面,各類(lèi)用地在縣域上存在較強(qiáng)的地區(qū)差異性,其中洪湖市的生產(chǎn)空間及綠色生態(tài)空間、岳陽(yáng)樓區(qū)的生活空間、沅江市的藍(lán)色生態(tài)空間面積變化幅度最為劇烈,且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的減少面積、空間分布與城鎮(zhèn)空間的擴(kuò)張吻合度較高。

③洞庭湖區(qū)“三生空間”用地格局功能轉(zhuǎn)型隨城鎮(zhèn)化發(fā)展亦在逐漸加快,40年來(lái)域內(nèi)用地功能轉(zhuǎn)型主要表現(xiàn)為城鎮(zhèn)生活空間侵蝕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間擠占水域生態(tài)空間,以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間向水域生態(tài)空間的回歸。在空間分布上,以洪湖市為首的北部平原地區(qū)主要發(fā)生農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間向生態(tài)空間的轉(zhuǎn)化,中部水域主體部分以生態(tài)空間向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的轉(zhuǎn)入為主,集中體現(xiàn)在君山區(qū),生產(chǎn)、生態(tài)空間向生活空間的轉(zhuǎn)化以4市中心縣域城區(qū)為輻射核心,呈放射狀傍水分布。

④城鎮(zhèn)化、工業(yè)化及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化作為三大關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力,加速了洞庭湖區(qū)各城市“三生空間”格局演變進(jìn)程。其中,人類(lèi)的各項(xiàng)城市建設(shè)活動(dòng)是影響土地覆被變化的主要驅(qū)動(dòng)因子,農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的提高為洞庭湖綠色生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的發(fā)展和國(guó)土空間結(jié)構(gòu)的調(diào)整營(yíng)造了良好的技術(shù)基礎(chǔ),長(zhǎng)江中游城市群發(fā)展戰(zhàn)略和“退耕還湖”等政策的實(shí)施,也在一定程度上加速了洞庭湖區(qū)“三生空間”格局演化進(jìn)程。

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快,城鎮(zhèn)生活空間面積大幅度增加,生態(tài)高敏感空間逐漸增多；此外,在“退耕還湖”政策實(shí)施同時(shí),部分流域仍存在占用湖面圍墾的現(xiàn)象,導(dǎo)致水域生態(tài)空間在2010年后首次出現(xiàn)收縮反彈態(tài)勢(shì)。因此,基于“流域國(guó)土資源開(kāi)發(fā)調(diào)整與生態(tài)空間修復(fù)”這一目標(biāo),未來(lái)洞庭湖區(qū)需完善國(guó)土“三生空間”布局體系,科學(xué)劃定城市生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間各單元的管制范圍邊界,構(gòu)建“生產(chǎn)-生活-生態(tài)”可持續(xù)發(fā)展與統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的生態(tài)文明建設(shè)新格局,完善區(qū)域內(nèi)國(guó)土空間資源合理配置與治理應(yīng)對(duì)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié),以保障大湖流域地區(qū)城鎮(zhèn)化高質(zhì)量發(fā)展及生態(tài)空間安全。