基于適宜性和空間功能值的德興市礦糧復(fù)合區(qū)“三生”空間優(yōu)化研究

鄧 彤, 羅志軍, 曾建玲

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源與環(huán)境學(xué)院, 南昌 330045)

礦產(chǎn)資源是人類社會、經(jīng)濟活動的重要物質(zhì)載體。近年來,我國人口與經(jīng)濟不斷增長,對于礦產(chǎn)資源的需求也不斷增加。對礦產(chǎn)資源的大規(guī)模開采,帶來了巨大的經(jīng)濟利益,但也加劇了對生態(tài)環(huán)境的破壞與對糧食安全的威脅[1]。近幾年的新冠疫情導(dǎo)致了經(jīng)濟市場與糧食市場的不穩(wěn)定性的加劇,更凸顯了耕地保護的重要戰(zhàn)略性意義。礦糧復(fù)合區(qū)是指由礦產(chǎn)資源主產(chǎn)區(qū)與糧食主產(chǎn)區(qū)構(gòu)成的復(fù)合體[2]。與非復(fù)合區(qū)相比,其土地利用結(jié)構(gòu)與布局更具多樣性和復(fù)雜性,更易造成生產(chǎn)、生活和生態(tài)空間的相互作用與相互制約。因此,對于礦糧復(fù)合區(qū),如何實現(xiàn)“三生”空間協(xié)同優(yōu)化,實現(xiàn)資源環(huán)境的可持續(xù)利用,進行“三生”空間重構(gòu),已成為國土空間各類規(guī)劃進程中重要也是必要的一環(huán)。

改革開放后,我國城鎮(zhèn)化、現(xiàn)代化以及綠色化進程不斷加快,“三生”空間功能、結(jié)構(gòu)與布局發(fā)生劇烈變動,資源可持續(xù)開發(fā)和利用面臨著嚴峻的危機及挑戰(zhàn)[3]。國內(nèi)學(xué)者對“三生”空間進行了大量研究,主要涉及其概念與內(nèi)涵[4-5]、識別與分類[6-7]、評價與優(yōu)化[8]、沖突與重構(gòu)等[2,9-10]。研究方法主要包括GIS空間分析方法[11]、綜合加權(quán)模型[12]、統(tǒng)計和測量分析方法等[13]。當(dāng)前我國對于“三生”空間重構(gòu)的研究多為對優(yōu)化及重構(gòu)理念[14]的研究。方創(chuàng)琳[15]在識別、劃定“三生”空間的基礎(chǔ)上,計算其承載力,理順空間開發(fā)秩序,以實現(xiàn)空間優(yōu)化。黃金川等[4]基于“三生”空間的數(shù)量配比及配置理念,突出其功能分類、空間識別與優(yōu)化等內(nèi)容,構(gòu)建“三生”空間研究的框架體系。楊俊等[1]通過對礦糧復(fù)合區(qū)“三生”空間的分析,基于AVC “三力”理論,構(gòu)建 “三生”空間的重構(gòu)體系,以達到提高研究區(qū)的空間功能值的目的。國外學(xué)者所提出的“帶形城市”理論[16]、“田園城市”理論[16]、“綠帶圈”規(guī)劃等[17]理論,對“三生”空間分類與優(yōu)化研究具有較強的借鑒意義。同時學(xué)術(shù)界對空間功能[1-3,13]、適宜性等[18-20]單一視角的空間優(yōu)化也有所關(guān)注[21],進一步探討空間功能與集中度所反映的區(qū)域內(nèi)部功能差異與空間粘連度,研究特定用途在區(qū)域內(nèi)的適宜程度,但各單變量在一定程度上仍存在橫向影響與制約關(guān)系。對此,基于多視角集成分析的“三生”空間優(yōu)化仍然需要被進一步研究。

綜上,“三生”空間相關(guān)研究仍存在一定的提升和創(chuàng)新空間:(1) 相關(guān)研究以市縣尺度等為主,特殊地域也多為山地草地或流域,對于典型礦糧復(fù)合區(qū)研究的較少;(2) “三生”空間的重構(gòu)及其影響因素相關(guān)研究與其基礎(chǔ)性研究相比數(shù)量較少;(3) 空間適宜性評價體系尚未統(tǒng)一,其綜合性有待提升,且基于適宜性、空間功能值與空間自相關(guān)分析的多視角綜合評價分析有待加強。

因此,本文以江西省德興市為例,對其生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間進行劃分,利用GIS空間分析以及多因素綜合疊加評價分析法對各類空間的適宜性進行評價,并以每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)所表現(xiàn)出的常住戶數(shù)為系數(shù),計算生活空間功能值,并采用地區(qū)修正后的單位面積價值當(dāng)量因子法,測算出生態(tài)空間功能值和生產(chǎn)空間功能值,結(jié)合礦區(qū)緩沖區(qū)分析與空間自相關(guān)分析,基于AVC“三力”理論,進行“三生”空間布局優(yōu)化。以期協(xié)調(diào)重構(gòu)不合理的空間布局與結(jié)構(gòu),實現(xiàn)效益最大化,為各空間類規(guī)劃提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

德興市地處江西省東北部、樂安河中上游,位于28°38′—29°17′N,117°22′—118°06′E,總面積2 102 km2,2021年戶籍人口33.32萬人,轄6個鎮(zhèn)、6個鄉(xiāng)和4個街道,見圖1。境內(nèi)群山連綿,崗陵延展,東南高峻、西北低平,屬中亞熱帶濕潤氣候,水熱與光照充足,適宜常綠闊葉林和水稻等農(nóng)作物的生長。礦產(chǎn)資源豐富,探明金屬礦藏有銅、金、銀等19種,銅資源尤豐,德興銅礦是中國最大的在產(chǎn)銅礦,也是亞洲最大的露天銅礦。近年來,德興銅礦的持續(xù)開采導(dǎo)致了礦區(qū)周邊的植被破壞、地表裸露、農(nóng)作物生長受影響以及水源污染等問題,嚴重影響了周邊居民的正常生產(chǎn)生活。由于存在礦糧交錯、生態(tài)環(huán)境破壞、受損地修復(fù)難等諸多情況,德興市已經(jīng)成為生態(tài)環(huán)境保護和國土空間優(yōu)化研究的典型區(qū)域。因此,深入開展德興市礦糧復(fù)合區(qū)“三生”空間優(yōu)化研究,對區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)、糧食安全和可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和現(xiàn)實意義。

注：基于標準地圖服務(wù)系統(tǒng)下載的審圖號贛S(2023)24號、贛S(2023)33號的標準地圖制作。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)主要包括柵格數(shù)據(jù)、矢量化數(shù)據(jù)等,各數(shù)據(jù)來源如表1所示。所有數(shù)據(jù)均采用統(tǒng)一坐標投影,為2000國家大地坐標系和Gauss_Kruger投影,并按照30 m×30 m的格網(wǎng)進行重采樣和空間分析。根據(jù)“三調(diào)”數(shù)據(jù)提取水系、交通、居民點及距各類用地距離等數(shù)據(jù),進行疊加分析、多環(huán)緩沖區(qū)分析、自相關(guān)分析以及地圖代數(shù)等空間分析。利用ArcGIS的3D analyst以及Spatial analyst等工具,提取DEM的坡度、坡向以及高程數(shù)據(jù),并以此求算地形位指數(shù)。處理各柵格數(shù)據(jù)后進行重分類,利用柵格計算器進行各類綜合指數(shù)計算。

表1 數(shù)據(jù)來源Table 1 Data sources

2 研究方法

2.1 研究思路

本文以江西省德興市為研究區(qū),根據(jù)研究區(qū)礦糧復(fù)合區(qū)特性及其社會經(jīng)濟狀況,基于土地主導(dǎo)功能進行“三生”空間劃定,采取GIS空間分析法和多因素綜合疊加法[18]進行適宜性評價,并利用當(dāng)量因子法等方法[4,22-26]進行功能值測算,再進行礦區(qū)緩沖區(qū)分析與空間自相關(guān)分析[27-33]。將研究區(qū)按路網(wǎng)、河流及山脈阻隔分區(qū)后,基于AVC(吸引力、生命力和承載力)理論[2,32],考慮礦糧復(fù)合區(qū)需同時保障礦產(chǎn)資源開發(fā)與糧食生產(chǎn)安全,二者與居民活動緊密相關(guān),因此圍繞居民點布局,重點考慮居民生產(chǎn)生活活動影響因素,進行空間重構(gòu)與優(yōu)化[33-34]并提出建議。以期對不合理的空間組合模式與格局進行優(yōu)化與調(diào)整,實現(xiàn)效益最大化,為各空間類規(guī)劃提供參考。具體研究技術(shù)路線圖見圖2。

圖2 研究技術(shù)路線

2.2 “三生”空間分類體系構(gòu)建

基于土地主導(dǎo)功能的識別劃分“三生”空間。生產(chǎn)空間是指以一二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)為主導(dǎo)功能的區(qū)域,結(jié)合德興市的實際條件與特征,將耕地、采礦用地以及農(nóng)村道路定義為生產(chǎn)空間[4]。生活空間是指以居民居住、娛樂、文體為主導(dǎo)功能的區(qū)域,結(jié)合德興市的實際條件與特征,將城鎮(zhèn)村即居民點定義為生活空間[22]。生態(tài)空間是指以提供生態(tài)服務(wù)與產(chǎn)品為主導(dǎo)功能的區(qū)域,結(jié)合德興市的實際條件與特征,將耕地、林地以及坑塘水面定義為生態(tài)空間[4]。以此構(gòu)建“三生”空間分類體系,如表2所示。

表2 “三生”空間分類體系

2.3 “三生”空間適宜性評價體系構(gòu)建

2.3.1 評價指標選擇與評價單元劃分 考慮德興市的礦糧復(fù)合區(qū)特性,以及自然、社會經(jīng)濟屬性,遵循指向性因素與綜合因素相結(jié)合原則,構(gòu)建生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間的適宜性評價指標體系[18-20],并借助ArcGIS軟件中空間分析等工具,進行多因素綜合疊加分析?；诖?生產(chǎn)空間適宜性的評價指標主要考慮開發(fā)便利度、地塊適宜性以及自然氣候要素三方面。生產(chǎn)活動主要受自然氣候如溫度、降水等影響,故自然氣候要素選取多年平均降雨量、多年平均氣溫兩項指標;道路交通便利程度與距居民點距離都會影響人們進行生產(chǎn)、生活活動的便利度及效率,故開發(fā)便利度要素選取與道路的距離、與居民點的距離兩項指標;而生產(chǎn)活動很大程度上受到地形、坡度與灌溉條件的影響,坡度越高生產(chǎn)活動越困難,故地塊適宜性要素選取灌溉條件、坡度以及坡向三項指標。

生活空間適宜性的評價指標主要考慮自然要素和社會因素兩方面。自然要素中,地貌條件及高程影響居民居住與房屋建設(shè),故選取地形位指數(shù)、高程兩項指標;社會因素中,居民生活舒適度與滿意度主要受基礎(chǔ)設(shè)施與公共服務(wù)設(shè)施完備度影響,故選取距城鎮(zhèn)中心的距離、距科教文衛(wèi)用地的距離、距商業(yè)服務(wù)業(yè)用地的距離、交通便捷度四項指標。其中,地形位指數(shù)T反映區(qū)域地貌條件,其計算公式[35]為:

(1)

式中:e,E分別表示該區(qū)位的高程及研究區(qū)平均值(m);s,S分別表示該區(qū)位的坡度及研究區(qū)平均值(°)。

生態(tài)空間適宜性的評價指標主要考慮自然因素、環(huán)境質(zhì)量、區(qū)位因素三方面。自然因素主要考慮用地類型這一指標,不同地類對生態(tài)功能影響不同,如工礦開采極易破壞生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性;生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的好壞一定程度上決定了生態(tài)適宜性的高低,故選取植被指數(shù)、生物豐度兩項指標;區(qū)位因素包括距建設(shè)用地距離、距水體距離兩項指標,距建設(shè)用地越近,其生態(tài)穩(wěn)定性越弱,生態(tài)適宜性也越弱,而距水體距離越近,其生態(tài)敏感性越高,則生態(tài)適宜性越弱。其中,生物豐度指數(shù)反映生物多樣性程度,其計算公式[36]為:

生物豐度指數(shù)=Abio(0.35S林地+0.21S草地+0.28S水域濕地+0.11S耕地+0.04S建設(shè)用地+0.01S未利用地)/區(qū)域面積

(2)

Abio=100/Amax

(3)

式中:S為網(wǎng)格內(nèi)各類用地面積;Abio表示生物豐度歸一化指數(shù);Amax表示生物豐度指數(shù)歸一化處理前的最大值。

評價單元為劃分的30 m×30 m柵格,并對各評價單元進行統(tǒng)一的量化處理。具體評價指標體系見表3。

表3 “三生”空間適宜性評價指標體系Table 3 Space Land use suitability evaluation index system ‘Production-Living-Ecological’ space

2.3.2 評價指標權(quán)重確定與評價等級劃分 評價指標權(quán)重的確定采用層次分析法。根據(jù)評價指標,判斷每個評價單元對“三生”功能的適宜程度,分別賦值為5,4,3,2,1。對定量指標因子的評價結(jié)果進行重分類并賦值,并對定性指標基于各功能適宜程度進行賦值。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù),在ArcGIS軟件中利用柵格計算器工具,分別對德興市的“三生”空間的各指標因子圖層加權(quán)處理,進行疊加分析,并對分析結(jié)果利用自然斷點法進行重分類,可分為最適宜、較適宜、一般適宜、較不適宜、不適宜5個等級,并利用下列公式[23]計算評價單元的綜合適宜性分值。即可得到“三生”空間適宜性評價結(jié)果。

(4)

式中:Wi為第i個網(wǎng)格的適宜性評價綜合值;Sj為第j個指標的權(quán)重值;Aij為第i個網(wǎng)格第j個指標的標準化值。

2.4 “三生”空間功能值測算

本文以每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)斑塊所表現(xiàn)出的常住戶數(shù)為系數(shù)來計算研究區(qū)的生活空間功能值,并參考謝高地、王萬茂等的測算方法,采用地區(qū)修正后的單位面積價值當(dāng)量因子法測算研究區(qū)的生態(tài)空間功能值和生產(chǎn)空間功能值。研究區(qū)原始價值當(dāng)量主要基于謝高地修改后的中國生態(tài)系統(tǒng)單位面積生態(tài)服務(wù)當(dāng)量表[24],結(jié)合德興市實際自然、社會經(jīng)濟狀況求算;糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟價值即生產(chǎn)空間功能值則按“1/7公式”[24]進行修正。具體公式如下:

(5)

(6)

(7)

式中:Ea為單位面積糧食產(chǎn)量的經(jīng)濟價值;i為糧食作物種類;mi為第i種作物在研究年份的播種(種植)面積;pi為第i種作物在研究年份的均價;qi為第i種作物在研究年份的單產(chǎn);M為所有糧食作物在研究年份的播種(種植)總面積;Fij為研究區(qū)第i種地類第j種功能的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當(dāng)量;ESVi為每個網(wǎng)格總ESV值;Mij為第i塊網(wǎng)格內(nèi)第i種用地面積;ESV系數(shù)為對應(yīng)地類的ESV系數(shù)。

2.5 空間自相關(guān)分析

全局空間自相關(guān)是對整個研究區(qū)域中的不同空間位置的相關(guān)聯(lián)性的描述,分析研究區(qū)全局性的空間相關(guān)及差異程度[27]。本文采用Moran′sI指數(shù)作為度量指標,來測度各空間功能的空間自相關(guān)程度。Moran′sI指數(shù)的顯著性水平則采用標準化Z值進行檢驗,當(dāng)Z值大于或小于1.96時,表明各空間單元功能高低在空間上存在顯著的自相關(guān)性。若Moran′sI>0,表明存在正的空間自相關(guān),即在空間上顯著聚集;若Moran′sI<0,則相反。其計算公式如下[28-29]:

(8)

(9)

局部空間自相關(guān)則是研究區(qū)域內(nèi)各空間單元在位置上與其鄰近空間單元之間的相關(guān)性[27],反映了局部空間單元間的聚集性與差異性。本文選取局部Moran′sI指數(shù)進行測度,并繪制Moran散點圖和LISA分布圖[31]。若局部Moran′sI>0,則表示功能分布空間差異小,說明存在空間集聚現(xiàn)象;若局部Moran′sI<0,則說明功能分布存在空間顯著性差異。其計算模型如下[27]:

(10)

2.6 “三生”空間重構(gòu)體系構(gòu)建

本文基于AVC“三力”理論,構(gòu)建空間重構(gòu)理論體系。生活空間主要以居民居住生活和休閑娛樂為主,是人們生活活動的主要場所和載體,與吸引力同居民點聯(lián)系的關(guān)系銜接。生產(chǎn)空間則決定了區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展前景與可持續(xù)發(fā)展水平,與該地區(qū)生命力直接掛鉤。生態(tài)空間主要用于提供生態(tài)服務(wù)和產(chǎn)品,關(guān)系生態(tài)環(huán)境保護與生態(tài)治理修復(fù),一定層面上影響了該地區(qū)的資源與人口承載能力。因此,吸引力、生命力、承載力這“三力”分別對應(yīng)該地區(qū)的生活、生產(chǎn)、生態(tài)適宜程度與功能高低。

考慮德興市當(dāng)?shù)氐膶嶋H居民點分布、水系、交通路網(wǎng)以及山脈阻隔,將研究區(qū)劃分為6個區(qū)域,并進行空間綜合功能值測算[1]。計算公式如下:

(11)

(12)

(13)

(14)

3 結(jié)果與分析

3.1 “三生”空間現(xiàn)狀及劃分結(jié)果與分析

基于“三生”空間分類體系,根據(jù)2020年三調(diào)國土調(diào)查數(shù)據(jù),進行德興市“三生”空間劃分。研究區(qū)生產(chǎn)空間面積為26 694.80 hm2,占德興市國土面積的12.83%;生活空間面積為16 358.40 hm2,占德興市國土面積的7.87%;生態(tài)空間面積為164 917.39 hm2,占德興市國土面積的79.30%。詳見表4。

同時,在“三生”空間分布可視化時,由于耕地同時具備生產(chǎn)與生態(tài)功能,因此單獨可視化為生產(chǎn)—生態(tài)空間,如圖3所示。由圖可知,德興市“三生”空間分布鑲嵌交叉,主要分布于偏西方向,其次是東北方向,主要沿水系及道路呈帶狀分布,且重點礦區(qū)附近生產(chǎn)、生活空間分布密度較低。其中,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間多坐落在研究區(qū)的西南部,工業(yè)生產(chǎn)空間主要分布在北部,生活空間多分布于西偏北方向且相對密集,生態(tài)空間分布廣泛,主要集中分布于東南方向。

圖3 “三生”空間初步劃定結(jié)果

3.2 “三生”空間適宜性評價結(jié)果與分析

3.2.1 單項適宜性評價結(jié)果與分析 根據(jù)生產(chǎn)空間適宜性評價結(jié)果數(shù)據(jù)及圖4,將適宜性程度按照從高到低次序排列分為五級(即最適宜、較適宜、一般適宜、較不適宜、不適宜五級,下同),得出各級面積分別為72.20 hm2,17 010.86 hm2,71 363.66 hm2,102 108.16 hm2,17 415.70 hm2,分別占總面積的0.03%,8.18%,34.31%,49.10%,8.37%。整體上,研究區(qū)內(nèi)生產(chǎn)空間較不適宜區(qū)和不適宜區(qū)的面積之和相比一般適宜及以上適宜區(qū)的面積多31 077.16 hm2,生產(chǎn)空間適宜度偏低。具體來說,適宜性較低的區(qū)域主要包括大茅山鎮(zhèn)、龍頭山鄉(xiāng)、昄大鄉(xiāng)、繞二鎮(zhèn)等,主要是由于這些地區(qū)多年平均氣溫和年降水量較低,坡度較大且海拔偏高,交通條件較差,導(dǎo)致生產(chǎn)條件較差;適宜性較高的區(qū)域主要包括黃柏鄉(xiāng)、香屯街道、泗州鎮(zhèn)、新崗山鎮(zhèn)等,主要是由于這些地區(qū)多年平均氣溫和年降水量較高,坡度較平緩且海拔較低,適宜動植物生長與人類生產(chǎn)活動。

圖4 “三生”空間單項及綜合適宜性評價

根據(jù)生活空間適宜性評價結(jié)果數(shù)據(jù),將適宜性程度按照從高到低次序排列分為五級,得出各級面積分別為24 614.74 hm2,104 508.55 hm2,69 839.08 hm2,8 929.87 hm2,78.33 hm2,分別占總面積的11.84%,50.25%,33.58%,4.29%,0.04%。整體上,研究區(qū)內(nèi)生活空間較不適宜區(qū)和不適宜區(qū)的面積之和比一般適宜及以上適宜區(qū)的面積少189 954.18 hm2,生活空間適宜度偏高。具體來說,適宜性較低的區(qū)域主要包括大茅山鎮(zhèn)、龍頭山鄉(xiāng)、?？阪?zhèn)、繞二鎮(zhèn)等,主要由于這些區(qū)域交通便利度相對較低,公共服務(wù)設(shè)施較不完備,生活便利度較低;適宜性較高的區(qū)域主要包括黃柏鄉(xiāng)、香屯街道、銀城街道、新營街道等,分布于德興市中心區(qū),其基礎(chǔ)及公服設(shè)施相對完善,道路通達度較高,適宜居民生活。

根據(jù)生態(tài)空間適宜性評價結(jié)果數(shù)據(jù),將適宜性程度按照從高到低次序排列分為五級,得出各級面積分別為20 905.31 hm2,173 278.37 hm2,12 610.90 hm2,1 173.88 hm2,2.13 hm2,分別占總面積的10.05%,83.32%,6.06%,0.56%,0.001%。整體上,研究區(qū)內(nèi)生態(tài)空間較不適宜區(qū)和不適宜區(qū)的面積之和比一般適宜及以上適宜區(qū)的面積少205 618.57 hm2,生態(tài)空間適宜度偏高。具體來說,適宜性較低的區(qū)域主要包括銅礦街道、花橋鎮(zhèn)、?？阪?zhèn)、銀城街道等,該區(qū)域有較多礦區(qū)分布,且植被指數(shù)與生物豐度都較低,其生態(tài)穩(wěn)定性偏低;適宜性較高的區(qū)域主要包括大茅山鎮(zhèn)、李宅鄉(xiāng)、萬村鄉(xiāng)等,以上區(qū)域植被指數(shù)與生物豐度都較高,距建設(shè)用地與水體距離較遠,生態(tài)敏感性較低,適宜性較高。

3.2.2 綜合適宜性評價結(jié)果與分析 根據(jù)“三生”空間綜合適宜性評價結(jié)果數(shù)據(jù)及圖4,將適宜性程度按照從高到低次序排列分為五級,得出各級面積分別為4 626.63 hm2,139 204.36 hm2,63 617.98 hm2,325.20 hm2,196.41 hm2,分別占總面積的2.22%,66.93%,30.59%,0.16%,0.09%。整體上,研究區(qū)內(nèi)綜合較不適宜區(qū)和不適宜區(qū)的面積之和比一般適宜及以上適宜區(qū)的面積少206 927.36 hm2,綜合適宜度偏高。具體來說,適宜性較低的區(qū)域主要包括銅礦街道、花橋鎮(zhèn)、海口鎮(zhèn)、大茅山鎮(zhèn)等,以上區(qū)域在氣候、環(huán)境、地質(zhì)、區(qū)位條件等方面存在一定不足,導(dǎo)致綜合適宜性偏低;適宜性較高的區(qū)域主要包括黃柏鄉(xiāng)、香屯街道、新營街道等,以上區(qū)域多靠近德興市中心區(qū),區(qū)位條件及自然條件較好,適宜人類生產(chǎn)生活及生態(tài)發(fā)展。

根據(jù)“三生”空間適宜性單項評價及綜合評價結(jié)果可知,德興市生產(chǎn)適宜性較低,生活、生態(tài)及綜合適宜性較高,應(yīng)遵循耕地保護、生態(tài)修復(fù)等原則,強化礦糧復(fù)合區(qū)的礦產(chǎn)資源與糧食資源的協(xié)同開發(fā)與供應(yīng),緩解礦糧沖突,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在此基礎(chǔ)上,對德興市重點礦區(qū)進行緩沖區(qū)分析,可知在不同緩沖區(qū)內(nèi),“三生”空間綜合適宜程度存在一定程度的不同,且與礦區(qū)距離越遠其適宜程度越高。在1 000,3 000,5 000 m緩沖區(qū)范圍內(nèi),其適宜程度差異顯著,可見礦區(qū)開發(fā)對于較近距離區(qū)域的空間適宜性程度存在一定負面影響。各面積及占比數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 “三生”空間適宜性評價結(jié)果Table 5 Area statistics of ‘Production-Living-Ecological’ space

3.3 “三生”空間功能值測算結(jié)果與分析

通過上述功能值測算公式計算得到“三生”空間功能值并匯總到表6。

表6 “三生”空間功能值測算結(jié)果Table 6 Functional value calculation results of ‘Production-Living-Ecological’ space

從表6可知,生產(chǎn)空間功能值為0.513 3億元,生活空間功能值為1.948 6億元,生態(tài)空間功能值為90.755 0億元。三類空間功能值差異較大,其中生產(chǎn)功能值較低,生態(tài)功能值較高。

在此基礎(chǔ)上,利用ArcGIS軟件進行可視化,同時對德興市重點礦區(qū)分別以1 000,3 000,5 000,8 000,12 000 m進行多環(huán)緩沖區(qū)分析,得到功能值分布結(jié)果及與礦區(qū)距離關(guān)系,如圖5所示。圖中數(shù)據(jù)表示各30×30 m分辨率單元格的空間功能值(萬元),并利用自然斷點法進行劃分,分為圖中五級。

圖5 “三生”空間功能值分布

生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間的空間功能值分布因區(qū)位因素而大相徑庭。從生產(chǎn)空間功能值來看,主要分布于研究區(qū)西南及西北方向,且西南方向功能值整體上略高于西北方向,其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能偏高,工業(yè)生產(chǎn)功能偏低;從生活空間功能值來看,主要分布于中部和西北方向,由西北方向向東南方向遞減,且沿水系與道路網(wǎng)其功能值更高,主要是由于其附近交通便利,水源充足,居民點分布集中;從生態(tài)空間功能值來看,東南方向空間功能值顯著高于西北方向,主要是由于礦區(qū)附近生態(tài)穩(wěn)定性較差,生態(tài)功能較低。

結(jié)合重點礦區(qū)緩沖區(qū)分析可知,不同緩沖區(qū)內(nèi)“三生”空間功能值存在一定程度的差異,且大體上呈現(xiàn)出與礦區(qū)距離越遠其空間功能值越高的特點。尤其在1 000,3 000,5 000 m緩沖區(qū)內(nèi)差異顯著,對5 000 m外的區(qū)域影響差異較小,與“三生”空間適宜性評價結(jié)果近似。

整體上,單位面積適宜性程度以及空間功能值與礦區(qū)距離一定程度上呈反比例關(guān)系,其距離越近,適宜性程度和空間功能值越低,可見距礦區(qū)距離對于“三生”空間適宜性與空間功能值具有較大負面影響。

3.4 “三生”空間功能自相關(guān)分析

3.4.1 全局空間自相關(guān) 測算結(jié)果表7顯示,德興市生產(chǎn)空間功能Moran′sI指數(shù)為0.638 7,生活空間功能Moran′sI指數(shù)為0.000 2,生態(tài)空間功能Moran′sI指數(shù)為0.446 1。

表7 “三生”空間功能全局自相關(guān)分析結(jié)果Table 7 The global autocorrelation analysis results of ‘Production-Living-Ecological’ spatial functions

德興市生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間功能Moran′sI指數(shù)均大于0,但生產(chǎn)、生態(tài)空間功能p值小于0.001,而生活空間功能p值大于0.001,則研究區(qū)內(nèi)生產(chǎn)、生態(tài)空間功能整體呈顯著的正向自相關(guān)關(guān)系,且自相關(guān)性較強,具有明顯的聚集性,在空間分布上并非完全隨機;生活空間功能區(qū)全局自相關(guān)分析未通過顯著性檢驗,其Moran′sI指數(shù)較低,不具有較高的聚集性,空間分布較為分散。

3.4.2 局部空間自相關(guān) 測算結(jié)果顯示,德興市生產(chǎn)空間功能Moran′sI指數(shù)為0.639,生活空間功能Moran′sI指數(shù)為0.292,生態(tài)空間功能Moran′sI指數(shù)為0.445。

(1) 局部空間自相關(guān)。各空間功能Moran散點圖中斜率均為大于0,即為正相關(guān)關(guān)系。對于生產(chǎn)、生態(tài)空間功能,Moran散點主要分布在第一象限(HH),第二象限(LH)、第三象限(LL)和第四象限(HL)中散點分布較少,說明生產(chǎn)、生態(tài)空間功能具有較強的空間正相關(guān)性;對于生活空間功能,Moran散點分布在第一象限(HH)且數(shù)量較少,并由于刪除無鄰居的對象,第二象限(LH)、第三象限(LL)和第四象限(HL)無散點分布,說明生活空間功能相關(guān)性較弱,不具有明顯的聚集性。

(2) 局部空間自相關(guān)LISA分布。為更直觀地表達局部空間自相關(guān)性差異程度及其具體位置,繪制LISA分布圖,如圖6所示。從LISA分布圖來看,生產(chǎn)空間中主要出現(xiàn)HH聚集區(qū),即單元內(nèi)生產(chǎn)功能與鄰近單元差異較小,其功能值均較高,屬于局部性均質(zhì)分布,且多分布于西南部,東北部分布較少;生活空間中HH聚集區(qū)主要分布在西北部,位于集中居住區(qū),東北部有較少分布,其空間聚集性較弱,主要由于該研究區(qū)居民點分布分散,宜進行生活空間布局調(diào)整;生態(tài)空間中LL聚集區(qū)與HH聚集區(qū)分布較廣,多位于研究區(qū)西部,LL聚集區(qū)主要分布于礦區(qū)附近,即單元內(nèi)生態(tài)功能與鄰近單元空間差異較小,生態(tài)功能均較弱。研究區(qū)內(nèi)HL異常區(qū)、LH異常區(qū)呈零星分布,面積較少。

圖6 “三生”空間功能LISA分布

3.5 “三生”空間優(yōu)化與重構(gòu)分析

3.5.1 基于AVC理論的三力分析 根據(jù)“三生”空間功能值測算結(jié)果,得到“三力”分布表與綜合值分布圖,如表8與圖7所示。

表8 吸引力、生命力、承載力分布Table 8 Distribution table of attraction, validity and capacity

圖7 吸引力、生命力和承載力綜合值分布

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果,對以上6個區(qū)域的吸引力、生命力、承載力值從高到低進行排序。各區(qū)域吸引力從高到低依次排列為:C,B,D,A,F,E;生命力依次排列為:A,C,B,F,E,D;承載力依次排列為:F,C,B,D,A,E;“三力”綜合值依次排列為:C,B,F,A,E,D。根據(jù)“三生”空間功能值與“三力”對應(yīng)的關(guān)系可知,區(qū)域 A的主導(dǎo)功能為生產(chǎn)功能;區(qū)域 B的主導(dǎo)功能為生活功能;區(qū)域 C同時具備生產(chǎn)、生活、生態(tài)功能;區(qū)域 D的主導(dǎo)功能為生活功能,但其功能值屬于中等水平;區(qū)域 E生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能都較弱,僅生產(chǎn)功能略高于其他功能;區(qū)域 F的主導(dǎo)功能為生態(tài)功能。整體上,區(qū)域C,B和F的“三力”綜合值偏高,適宜進行居民點調(diào)入;區(qū)域D,A,E的“三力”綜合值屬于中等偏低水平,在一定程度上需要進行進一步優(yōu)化與重構(gòu)。

3.5.2 基于適宜性、功能值與自相關(guān)分析的“三生”空間重構(gòu) 從“三生”空間功能值測算結(jié)果來看,基于上述對于各區(qū)域主導(dǎo)功能的分析可知,區(qū)域E“三生”空間功能值都偏低,宜進行居民點調(diào)出;區(qū)域D整體生活空間功能值居中,但南部零散區(qū)域功能值偏低,應(yīng)進行居民點調(diào)出,而保留北部集中居民點;區(qū)域A生活、生態(tài)功能都偏低,且生產(chǎn)空間集中連片,不適宜居民點調(diào)入,且存在重點礦區(qū),因此應(yīng)將礦區(qū)附近居民點調(diào)出;區(qū)域F具有較強的生態(tài)功能,且綜合值較高,宜進行居民點調(diào)入;區(qū)域B各功能值屬于中等偏上水平,且礦區(qū)緩沖區(qū)對其影響較小,不作調(diào)整;區(qū)域C空間功能值都偏高,且由于存在礦區(qū),不進行大規(guī)模調(diào)入調(diào)出。

從“三生”空間適宜性評價結(jié)果來看,對于生活適宜性,區(qū)域D,C,E的適宜程度偏低,區(qū)域B,F,A適宜程度較高,但區(qū)域A包含重點礦區(qū),不宜作為居民點調(diào)入?yún)^(qū)域;對于生產(chǎn)適宜性,區(qū)域D,E,F適宜程度偏低,區(qū)域A,B適宜程度偏高;對于生態(tài)適宜性,區(qū)域C的東部由于存在大面積重點礦區(qū),適宜程度偏低,其他5個區(qū)域適宜程度相近且都處于較高水平;對于綜合適宜性,區(qū)域D,C適宜程度較低,區(qū)域B,A適宜程度較高,區(qū)域F東北方向適宜程度較低,但整體適宜程度處于中上水平。整體上,區(qū)域B,F宜進行居民點調(diào)入,區(qū)域D,E及A中重點礦區(qū)附近居民點可選擇調(diào)出。

從“三生”空間功能自相關(guān)分析結(jié)果來看,區(qū)域A,D,E生產(chǎn)空間聚集性較高,生活空間聚集性較低,生態(tài)功能多為低值,宜進行居民點調(diào)出;區(qū)域B,F生活空間分布密度呈集聚形式,宜進行居民點挑入,進一步增強生活空間聚集性;其他區(qū)域無明顯特征。

綜上所述,將區(qū)域D南部的低密度分布居民點調(diào)入?yún)^(qū)域B,區(qū)域D北部集中居住區(qū)則被保留,區(qū)域E中南部零散居民點調(diào)入?yún)^(qū)域F,區(qū)域A礦區(qū)附近居民點出于人居環(huán)境因素考慮將調(diào)入?yún)^(qū)域B。而區(qū)域C綜合值處于偏高水平,但由于德興市中心城區(qū)以及現(xiàn)狀居民點多集中于區(qū)域C西部,且重點礦區(qū)主要位于區(qū)域C東部,因此不對區(qū)域C居民點進行大規(guī)模變動。

通過調(diào)整各區(qū)域的生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間格局,得到重構(gòu)后的“三生”空間,如圖8所示。相比于“三生”空間初步劃定的布局結(jié)構(gòu),重構(gòu)后的空間布局更為規(guī)整、有序,零散居民點統(tǒng)一調(diào)入集中生活區(qū)域,便于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)居民生活以及生產(chǎn)、生態(tài)建設(shè)活動。

圖8 “三生”空間重構(gòu)后結(jié)果

通過同樣的空間功能值測算方法,得到德興市“三生”空間重構(gòu)前后面積及空間功能值匯總結(jié)果即表9。從表9可知,與重構(gòu)前相比,生活、生態(tài)空間功能值分別增加了0.003 2億元、0.023 9億元,生產(chǎn)空間功能值則沒有發(fā)生明顯變化。

表9 “三生”空間重構(gòu)前后面積及空間功能值Table 9 Area and Spatial functional value before and after reconstruction of ‘Production-Living-Ecological’ space

3.6 “三生”空間優(yōu)化建議

基于對德興市的適宜性評價與功能值測算的結(jié)果與分析,結(jié)合其礦糧復(fù)合區(qū)特性及社會經(jīng)濟發(fā)展狀況,提出以下開發(fā)與保護建議:

(1) 對于生產(chǎn)空間,德興市礦糧交錯,銅礦開發(fā)對于土地的破壞已經(jīng)影響到周邊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動,應(yīng)進行集中系統(tǒng)治理,嚴格控制礦區(qū)開發(fā),減少工業(yè)污染;同時農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間整體上疏密不均,可進行高標準農(nóng)田建設(shè)與耕地質(zhì)量提升工程建設(shè),實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)?；?。

(2) 對于生活空間,德興市居民點主要分布于西北部,東南部較多為零散分布,可將零散居民點進行集中改造統(tǒng)一布局,盤活利用低效及閑置用地,實現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化發(fā)展;同時推進人居環(huán)境整治工作,不斷完善公共服務(wù)和基礎(chǔ)設(shè)施,提升道路通達度,提高居民生活品質(zhì)。此外,對于礦區(qū)附近居民,如由于受到土地污染、耕地占用、飲用水污染等負面影響,政府應(yīng)予以相應(yīng)補償。

(3) 對于生態(tài)空間,德興銅礦開采及城鎮(zhèn)建設(shè)導(dǎo)致周圍水資源、生態(tài)環(huán)境受到影響,應(yīng)大力推進生態(tài)修復(fù)與河道整治工程建設(shè),減少水污染等導(dǎo)致的農(nóng)田污染和居民生活安全隱患;同時嚴格劃定管控分區(qū),健全生態(tài)保護監(jiān)督機制,優(yōu)先保障生態(tài)功能,構(gòu)建生態(tài)安全格局。

4 結(jié) 論

(1) 德興市原生產(chǎn)空間疏密不均,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間主要集中于西南部,沿水系呈帶狀分布,而工業(yè)生產(chǎn)空間則主要分布在北部;生活空間的集中度由西北向東南遞減,主要集中于水系與交通路網(wǎng)附近;生態(tài)空間分布廣泛,整體疏密較為均衡,東南部略多于西北部,整體面積占總國土空間的3/4以上。

(2) 德興市綜合適宜性較高,“三生”空間功能值差異較大,生產(chǎn)、生態(tài)空間多呈現(xiàn)聚集態(tài)勢,而生活空間功能聚集性較弱,呈零星分布。且距礦區(qū)距離對于“三生”空間適宜性與空間功能值及自相關(guān)性具有較大負面影響,其在一定程度上呈反比例關(guān)系。

(3) 德興市“三生”空間重構(gòu)前,生產(chǎn)空間功能值為0.513 3億元,生活空間功能值為1.948 6億元,生態(tài)空間功能值為90.755 0億元;重構(gòu)后,研究區(qū)生產(chǎn)空間功能值保持為0.513 3億元,生活、生態(tài)空間功能值分別提高至1.951 8億元、90.778 9億元。經(jīng)過優(yōu)化與重構(gòu),研究區(qū)生活與生態(tài)空間功能值有所提高,緩解了礦區(qū)對于人們生產(chǎn)生活活動的負面影響,改善了人居環(huán)境,有利于實現(xiàn)德興市自然、經(jīng)濟與社會的協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展。