林 佳，宋 戈，張 瑩

（東北大學(xué)土地管理研究所，遼寧 沈陽(yáng) 110169）

1 引言

國(guó)土空間系統(tǒng)是土地自然生態(tài)要素和人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素相互作用下形成的動(dòng)態(tài)復(fù)雜巨系統(tǒng)，具有多種功能[1-2]。自1978年改革開放以來(lái)，中國(guó)在快速工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程中出現(xiàn)了城市生產(chǎn)和居住空間的無(wú)序發(fā)展、土地利用效率低下、生態(tài)環(huán)境污染等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重阻礙人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[3-5]。對(duì)此，黨的十八大提出的“要構(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”，是從土地利用功能的角度對(duì)國(guó)土空間系統(tǒng)功能的高度概括，其根本目的是要實(shí)現(xiàn)國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能的協(xié)作共贏，從而產(chǎn)生總體功能大于部分功能之和的協(xié)同效應(yīng)[5-6]。因此，如何建立國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制是當(dāng)前亟待解決的科學(xué)問(wèn)題，也是實(shí)現(xiàn)未來(lái)國(guó)土空間統(tǒng)籌規(guī)劃實(shí)踐的關(guān)鍵問(wèn)題。

目前，針對(duì)國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制的研究較少，相關(guān)研究多集中在“三生”功能的分類和評(píng)價(jià)[4-7]、“三生”功能格局特征與優(yōu)化[8-10]和“三生”功能協(xié)調(diào)利用[1，11]上。這些研究均取得了豐富成果，但仍存在一些不足：（1）國(guó)土空間系統(tǒng)作為復(fù)雜巨系統(tǒng)，缺少?gòu)南到y(tǒng)論的角度，描述其“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制形成與演化的理論框架；（2）現(xiàn)有的研究忽視系統(tǒng)內(nèi)部要素復(fù)雜“驅(qū)動(dòng)—反饋”關(guān)系的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程，也較少對(duì)子系統(tǒng)間的多種協(xié)同作用關(guān)系進(jìn)行分析；（3）研究方法存在無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)協(xié)同演化機(jī)制形成的快速識(shí)別，難以對(duì)協(xié)同作用關(guān)系進(jìn)行定量分析和預(yù)測(cè)等問(wèn)題。鑒于此，本文將協(xié)同學(xué)理論和方法引入到該問(wèn)題的研究中。協(xié)同學(xué)是研究復(fù)雜系統(tǒng)協(xié)同演化結(jié)構(gòu)形成規(guī)律的新興科學(xué)[12]，現(xiàn)已被應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)演化機(jī)制研究中[13-15]。在方法上，哈肯模型 是協(xié)同學(xué)理論的主要研究方法之一，可以快速識(shí)別使系統(tǒng)產(chǎn)生有序性（協(xié)同性）的序參量，以及分析子系統(tǒng)間的相互作用關(guān)系，但該模型存在變量選取較為主觀，難以對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)的缺點(diǎn)。鑒于此，本文嘗試將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型[16-18]與哈肯模型相結(jié)合，以彌補(bǔ)這兩點(diǎn)不足，從而更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制的仿真、測(cè)算和預(yù)測(cè)。

阜新市作為典型的煤炭型資源型城市，長(zhǎng)久以來(lái)，其城市發(fā)展以礦業(yè)經(jīng)濟(jì)為主要?jiǎng)恿Γ瑖?guó)土空間系統(tǒng)也是以土地生產(chǎn)功能為核心。與其他功能相比，國(guó)土生產(chǎn)空間的發(fā)展具有較高優(yōu)先度，由此帶來(lái)城市建設(shè)用地和工礦用地的無(wú)序和過(guò)快發(fā)展，并對(duì)生態(tài)脆弱空間造成污染和破壞，國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能的發(fā)展缺乏協(xié)同性。隨著資源的枯竭，阜新市經(jīng)濟(jì)發(fā)展已進(jìn)入轉(zhuǎn)型時(shí)期，國(guó)土空間也亟需進(jìn)行調(diào)整，以匹配新的城市發(fā)展需求；同時(shí)，生態(tài)脆弱空間的保護(hù)和恢復(fù)問(wèn)題也亟待解決。因此，能否建立合理的國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制，是其解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與自然生態(tài)矛盾的關(guān)鍵。

本文以遼寧省阜新市為研究區(qū)，從協(xié)同系統(tǒng)論的角度，提出國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制的理論框架；運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型改進(jìn)哈肯模型，分析國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能內(nèi)部“驅(qū)動(dòng)—反饋”關(guān)系，識(shí)別研究區(qū)1990—2016年“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制形成的序參量，定量分析其協(xié)同演化機(jī)制；預(yù)測(cè)2017—2030年研究區(qū)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制的變化趨勢(shì)，提出實(shí)現(xiàn)其功能協(xié)同提升的優(yōu)化對(duì)策，以期為研究區(qū)制定科學(xué)合理國(guó)土空間統(tǒng)籌發(fā)展政策提供依據(jù)。

2 國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制理論框架

國(guó)土空間系統(tǒng)是通過(guò)人類土地利用行為將人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素與土地自然要素進(jìn)行有序的組織，形成具有一定時(shí)空結(jié)構(gòu)和功能的自組織系統(tǒng)[12-13]。人類的土地利用行為具有豐富的目的性，系統(tǒng)功能正是為了實(shí)現(xiàn)不同的目的對(duì)系統(tǒng)整體及其要素進(jìn)行組織，以獲得其作用、能力、行為和功效[12]。國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能就是將這些目的高度概括為土地生產(chǎn)功能、生活功能和生態(tài)功能。而“三生”功能又通過(guò)耦合協(xié)同作用構(gòu)成國(guó)土空間系統(tǒng)。這個(gè)動(dòng)態(tài)組織過(guò)程，形成了自下而上的系統(tǒng)層級(jí)結(jié)構(gòu)（圖1）。

圖1 國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制理論框架Fig.1 Theoretical framework of “production-living-ecology”spatial planning system functional evolution mechanism

國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能的協(xié)同性是通過(guò)序參量的“役使”作用（支配原則），使系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行有序演化的結(jié)果。序參量是一種用來(lái)描述系統(tǒng)的各部分間的微觀相互作用如何產(chǎn)生宏觀結(jié)構(gòu)或行為的量[12-13]。系統(tǒng)各部分之間總存在相互關(guān)聯(lián)的協(xié)同運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中有許多控制參量，分為“快變量”和“慢變量”，“慢變量”是主導(dǎo)子系統(tǒng)間協(xié)同系統(tǒng)演化的序參量。因此，序參量是系統(tǒng)協(xié)同演化機(jī)制形成的標(biāo)志，每個(gè)“三生”功能均有可能成為系統(tǒng)的序參量。協(xié)同作用也以相互競(jìng)爭(zhēng)、相互協(xié)作、共生（偏利共生、互利共生）等多種形式存在。序參量的支配行為又稱為“役使”作用，它維持了系統(tǒng)各個(gè)部分的有序性，當(dāng)支配原則失效時(shí)，混沌就出現(xiàn)了[12]。因此，在一個(gè)系統(tǒng)中混沌與有序總是同時(shí)存在，而協(xié)同作用是維持系統(tǒng)有序性，即維持系統(tǒng)特定功能的前提。這就使成為序參量的子系統(tǒng)具有兩個(gè)“目標(biāo)”：一是，通過(guò)支配原則，支配系統(tǒng)底層的要素層形成小尺度的要素協(xié)同作用；二是，促使系統(tǒng)頂層形成宏觀尺度的“三生”功能耦合協(xié)同，進(jìn)而形成系統(tǒng)由底層到高層的整體協(xié)同。這個(gè)“協(xié)同作用—序參量—支配原則”的循環(huán)，成為形成國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化的核心機(jī)制。

除核心機(jī)制外，系統(tǒng)分內(nèi)部要素層與“三生”功能層的“驅(qū)動(dòng)—反饋”機(jī)制也是構(gòu)成國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制的重要部分。其中，土地自然生態(tài)要素對(duì)土地生態(tài)功能和生產(chǎn)功能有直接的驅(qū)動(dòng)作用，這是因?yàn)檫@兩個(gè)功能對(duì)土地自然生態(tài)要素的變化具有較高的敏感性，而土地自然生態(tài)要素對(duì)土地生活功能具有間接的驅(qū)動(dòng)作用。人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素對(duì)土地生活功能和生產(chǎn)功能具有直接的驅(qū)動(dòng)作用，對(duì)土地生態(tài)功能具有間接的驅(qū)動(dòng)作用，這是因?yàn)槿祟惿鐣?huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)主要的目的是獲取土地生活功能和生產(chǎn)功能，對(duì)土地生態(tài)功能的影響往往滯后于這兩者?！膀?qū)動(dòng)—反饋”機(jī)制成為“三生”功能層與要素層之間的主要演化機(jī)制，而“協(xié)同作用—序參量—支配作用”機(jī)制則成為了系統(tǒng)同層級(jí)之間，以及宏觀有序（最頂層）的主要演化機(jī)制，二者相結(jié)合形成了國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能完整的協(xié)同演化機(jī)制。

同時(shí)，若要維持國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化，除了必須形成系統(tǒng)內(nèi)部的協(xié)同演化機(jī)制外，也要保持該系統(tǒng)的開放性，即不斷實(shí)現(xiàn)自然生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素在系統(tǒng)內(nèi)部和外部的輸入和輸出。

3 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

3.1 研究區(qū)概況

阜新市位于東經(jīng)121°01′～122°55′E，41°41′～42°51′N，是遼寧省西北部地區(qū)的中心城市，為沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)重要城市之一。處于內(nèi)蒙古高原和東北遼河平原的中間過(guò)渡帶，屬于農(nóng)牧交錯(cuò)帶，自然環(huán)境脆弱，易發(fā)生旱災(zāi)。阜新市下轄兩縣五區(qū)、一個(gè)國(guó)家級(jí)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)、兩個(gè)省級(jí)產(chǎn)業(yè)園區(qū)。阜新市礦產(chǎn)資源豐富，已發(fā)現(xiàn)各類礦產(chǎn)46種，占全省已知礦種的42%。阜新市是新中國(guó)最早建立起來(lái)的能源基地之一，是典型的煤炭型資源型城市。阜新已經(jīng)進(jìn)入“資源枯竭”的發(fā)展階段，逐漸轉(zhuǎn)型為以現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和制造業(yè)為主的城市，但礦業(yè)經(jīng)濟(jì)仍然占有很大比例，截至2016年底，全市礦山企業(yè)從業(yè)人員仍有19 681人。脆弱的生態(tài)基礎(chǔ)與單一的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，使阜新市更需要重視國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能的協(xié)同發(fā)展。

3.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《阜新年鑒》（1991—2016年）、《阜新統(tǒng)計(jì)年鑒》（1991—2016年）《遼寧統(tǒng)計(jì)年鑒》（1991—2017年）及阜新市統(tǒng)計(jì)部門的相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，部分變量通過(guò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算得出；此外，“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值”采用謝高地提出的中國(guó)單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值當(dāng)量[19]進(jìn)行計(jì)算。

4 國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制分析模型的構(gòu)建

4.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建的目標(biāo)主要有兩個(gè)：（1）清晰地表明國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能內(nèi)部各要素間“驅(qū)動(dòng)—反饋”機(jī)制的演化過(guò)程[4-6]；（2）測(cè)算出可以體現(xiàn)“三生”功能動(dòng)態(tài)變化的“三生”功能指數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)哈肯模型的改進(jìn)和對(duì)未來(lái)演化機(jī)制的預(yù)測(cè)。

通過(guò)繪制“驅(qū)動(dòng)—反饋”關(guān)系圖，將系統(tǒng)中的主要變量均繪制進(jìn)因果環(huán)中（圖2），且需建立各個(gè)變量之間正確的方程式，來(lái)實(shí)現(xiàn)模型中變量的測(cè)算。本文構(gòu)建的模型中包含了30多個(gè)方程，這些方程均根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的基本方程公式計(jì)算得出：

（1）積累變量方程。

式（1）中：lvS（t）是t時(shí)刻累積變量值（需要注意的是，這不是關(guān)于時(shí)間t的函數(shù)）；rateS（t）是該積累變量變化的速率；inflowS（t）是輸入的流變量；outflowS（t）是輸出的流變量。

（2）速率方程。

式（2）中：rateS（t）是積累變量變化的速率；lvS（t）是t時(shí)刻積累變量值；aux（t），exo（t）分別是t時(shí)刻輔助變量和外生變量值；const是常數(shù)。

（3）輔助方程。

式（3）中：aux*（t）是除了待求輔助變量之外的其他輔助變量。

需要特別說(shuō)明的是，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中 “土地生態(tài)功能指數(shù)、土地生活功能指數(shù)和土地生產(chǎn)功能指數(shù)”是分別表示土地生態(tài)功能、土地生活功能和土地生產(chǎn)功能水平高低的綜合指數(shù)，通過(guò)以下步驟計(jì)算而得：首先，為將不同量綱的系統(tǒng)變量進(jìn)行綜合計(jì)算，采用對(duì)數(shù)Logistic模式[20]，將土地生態(tài)功能指數(shù)、土地生活功能指數(shù)和土地生產(chǎn)功能指數(shù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理；然后，采用層次分析法和熵值法相結(jié)合的方法[21-22]賦予各指標(biāo)權(quán)重（w）；最后，運(yùn)用綜合指數(shù)法[21-22]，分別對(duì)土地生態(tài)功能指數(shù)、土地生活功能指數(shù)和土地生產(chǎn)功能指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

圖2 阜新市國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能演化的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖Fig.2 The system dynamics flow diagram of “production-living-ecology” spatial planning system functional evolution in Fuxin City

一般情況下，應(yīng)保證模型中70%的變量仿真值與歷史真實(shí)值的相對(duì)誤差控制在5%以內(nèi)，全部變量的相對(duì)誤差不大10%[16-18]。相對(duì)誤差的計(jì)算公式為：

4.2 哈肯模型的構(gòu)建

哈肯模型可以通過(guò)區(qū)分快變量和慢變量快速識(shí)別序參量，并能表現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力作用關(guān)系和作用機(jī)制[12-15]，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)“協(xié)同作用—序參量—支配原則”協(xié)同演化機(jī)制的定量研究。

由于模型是基于兩個(gè)關(guān)鍵變量構(gòu)建的，將其延伸到國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能，需要對(duì)其進(jìn)行兩兩分別計(jì)算。計(jì)算之前需要分別選取能反映國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能變化的關(guān)鍵變量[13-15]。本文根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的因果關(guān)系，將土地生態(tài)功能指數(shù)（ESI）、土地生活功能指數(shù)（LSI）和土地生產(chǎn)功能指數(shù)（PSI）作為關(guān)鍵變量，并將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中對(duì)三個(gè)指數(shù)的測(cè)算結(jié)果，帶入哈肯模型中，采用以下步驟進(jìn)行進(jìn)一步計(jì)算：

將由于兩個(gè)關(guān)鍵變量之間相互作用導(dǎo)致的系統(tǒng)演化過(guò)程，表示為演化運(yùn)動(dòng)方程：

式（8）—式（9）中：q1和q2表示關(guān)鍵變量；a，b，γ1，γ2為控制參數(shù)；τ1和τ2為隨機(jī)漲落項(xiàng)。方程存在一個(gè)定態(tài)解為：q1=q2= 0，此時(shí)，γ1、γ2為阻尼系數(shù)，|γ2|＞＞|γ1|且γ2＞0被稱為該運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)成立的“絕熱近似假設(shè)”條件，可以采用“絕熱消除法”，令由式（9）可得：

則表示關(guān)鍵變量q1支配關(guān)鍵變量q2，后者隨前者的變化而變化。因此，q1是系統(tǒng)的序參量，將式（10）帶入式（9），則得到序參量方程：

由于方程式是針對(duì)連續(xù)隨機(jī)變量設(shè)定的，將其運(yùn)用至本文中，需要做離散化處理：

系統(tǒng)開放條件下，對(duì)哈肯模型的控制參數(shù)計(jì)算結(jié)果，可以表示國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能間具有以下作用關(guān)系和反饋機(jī)制[13-15]。

a和b是控制變量。其中，a反映了關(guān)鍵變量q1和關(guān)鍵變量q2的協(xié)同影響：當(dāng)a為負(fù)值時(shí)，q2對(duì)q1起推動(dòng)作用，其絕對(duì)值越大，推動(dòng)也越大；當(dāng)a為正值，q2對(duì)q1起抑制作用，其絕對(duì)值越大，阻力也越大。b反映了關(guān)鍵變量q1對(duì)關(guān)鍵變量q2的協(xié)同影響：當(dāng)b為負(fù)值時(shí)，q1抑制q2的增長(zhǎng)；當(dāng)b為正值時(shí)，q1促進(jìn)q2的增長(zhǎng)。

γ1和γ2是阻尼系統(tǒng)數(shù)。當(dāng)γ1為負(fù)值時(shí)，說(shuō)明關(guān)鍵變量q1已建起使其自身有序演化的正反饋機(jī)制，γ1的絕對(duì)值越大，有序性也越高；當(dāng)γ1為正值時(shí)，說(shuō)明關(guān)鍵變量q1處于使自身向有序演化的負(fù)反饋機(jī)制，γ1的絕對(duì)值越大，無(wú)序性也越強(qiáng)。當(dāng)γ2為負(fù)值時(shí)，說(shuō)明關(guān)鍵變量q2已建起使其自身有序度增強(qiáng)的正反饋機(jī)制；當(dāng)γ2為正值時(shí)，說(shuō)明關(guān)鍵變量q2已建起使其自身有序度增強(qiáng)的負(fù)反饋機(jī)制。

5 結(jié)果與分析

5.1 1990—2016年阜新市國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制分析

運(yùn)動(dòng)方程的計(jì)算結(jié)果表明土地生產(chǎn)功能（PSI）是土地生活功能（LSI）的序參量（表1）。這個(gè)序參量同時(shí)也會(huì)通過(guò)功能層與要素層之間的“驅(qū)動(dòng)—反饋”機(jī)制，與土地生活功能產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)循環(huán)。根據(jù)構(gòu)建的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中的因果驅(qū)動(dòng)關(guān)系可以得出，土地生產(chǎn)功能與土地生活功能存在超過(guò)50個(gè)驅(qū)動(dòng)關(guān)系循環(huán)，其中最短（循環(huán)中包含的變量最少）的循環(huán)是“土地生產(chǎn)功能→人口總收入變化量→人口總收入→土地生活功能→工業(yè)利潤(rùn)總額/財(cái)政收入→土地生產(chǎn)功能”。這個(gè)循環(huán)中變量的漲落變化對(duì)二者關(guān)系起到直接影響，進(jìn)而通過(guò)“協(xié)同作用—序參量—支配原則”機(jī)制影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。

5.2 阜新市國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制預(yù)測(cè)結(jié)果與優(yōu)化對(duì)策

5.2.1 2017—2030年阜新市國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制預(yù)測(cè)結(jié)果

2017—2030 年阜新市國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化預(yù)測(cè)結(jié)果表明，土地生態(tài)功能子系統(tǒng)（ESI）是土地生活功能子系統(tǒng)（LSI）的序參量，土地生活功能（LSI）是土地生產(chǎn)功能（PSI）的序參量（表2）。三者之間最短（循環(huán)中包含的變量最少）的循環(huán)是“土地生產(chǎn)功能→財(cái)政對(duì)環(huán)境保護(hù)的支出→三廢處理率→土地生態(tài)功能→人口自然增長(zhǎng)率→人口增加量→人口總數(shù)→農(nóng)業(yè)人口數(shù)量→農(nóng)業(yè)人口生活支出→農(nóng)村恩格爾系數(shù)→土地生活功能→工業(yè)利潤(rùn)總額→土地生產(chǎn)功能”。

從各參數(shù)預(yù)測(cè)結(jié)果可以看出，2017—2030年，土地生態(tài)功能和土地生活功能的有序度不斷下降，而土地生產(chǎn)功能的有序度不斷上升。土地生態(tài)功能和土地生活功能具有偏利于土地生活功能的偏利共生協(xié)同演化機(jī)制。同時(shí)，土地生活功能和土地生產(chǎn)功能具有相互競(jìng)爭(zhēng)的協(xié)同演化機(jī)制。與現(xiàn)狀相比，未來(lái)阜新市國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能形成了三者相互作用的序參量支配和協(xié)同反饋機(jī)制，但是其中未形成土地生產(chǎn)功能與土地生態(tài)功能的直接協(xié)同演化機(jī)制；土地生產(chǎn)功能與土地生活功能的支配地位也產(chǎn)生了互換，這是因?yàn)楝F(xiàn)狀的土地生活功能的負(fù)反饋機(jī)制使其向無(wú)序化發(fā)展，支配能力也逐漸下降。

γ1和γ2參數(shù)均大于0，表明生產(chǎn)功能與生活功能建立使自身有序演化的負(fù)反饋機(jī)制，即有序程度在不斷下降。這是由于阜新市進(jìn)入經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的后期，但新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式仍未形成，而經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型伴隨著土地利用結(jié)構(gòu)的大幅調(diào)整，生產(chǎn)功能和生活功能的有序度也呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。

a＞0說(shuō)明土地生活功能對(duì)土地生產(chǎn)功能起抑制作用，b＞0則表明土地生產(chǎn)功能促進(jìn)土地生活功能的增長(zhǎng)，二者具有偏利于土地生活功能的協(xié)同演化機(jī)制。資源開發(fā)在阜新市經(jīng)濟(jì)發(fā)展中始終占有重要的地位，加之現(xiàn)代農(nóng)業(yè)及農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)的發(fā)展，工礦用地和農(nóng)業(yè)用地的發(fā)展成為其國(guó)土空間利用的主要驅(qū)動(dòng)力。同時(shí)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展必然帶來(lái)收入和人口的增加，對(duì)國(guó)土生活空間的需求加大。而阜新市具有空間上呈現(xiàn)居住用地圍繞工礦用地建設(shè)的特殊空間格局，使二者在空間上具有緊密聯(lián)系。且由于對(duì)耕地、生態(tài)用地的保護(hù)和對(duì)建設(shè)用地面積的嚴(yán)格控制，二者只能在有限的空間內(nèi)進(jìn)行發(fā)展，因此，生活空間的發(fā)展制約著生產(chǎn)空間的發(fā)展。

表1 1990—2016年阜新市國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能演化運(yùn)動(dòng)方程Tab.1 Functional evolution equation of “production-living-ecology” spatial planning system in Fuxin City from 1990 to 2016

同時(shí)，土地生產(chǎn)功能和土地生活功能分別與土地生態(tài)功能均未形成協(xié)同演化機(jī)制，說(shuō)明二者與土地生態(tài)功能之間并未形成反饋機(jī)制，處于無(wú)序的狀態(tài)中。

5.2.2 2017—2030年阜新市國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制優(yōu)化對(duì)策

根據(jù)現(xiàn)狀特征和預(yù)測(cè)的結(jié)果，對(duì)未來(lái)阜新市國(guó)土“三生”系統(tǒng)功能協(xié)同演化機(jī)制的構(gòu)建主要提出以下幾方面的優(yōu)化對(duì)策。

第一，土地生態(tài)功能的可持續(xù)發(fā)展是土地生產(chǎn)功能和土地生活功能有序性形成和發(fā)展的根本基礎(chǔ)。雖然預(yù)測(cè)結(jié)果表明未來(lái)土地生態(tài)功能和土地社會(huì)可以建立協(xié)同演化機(jī)制，但是二者具有偏利于土地生活功能的偏利共生協(xié)同演化機(jī)制，這種關(guān)系顯然不利于土地生態(tài)功能的可持續(xù)發(fā)展。未來(lái)需促使二者形成互利共贏的協(xié)同發(fā)展關(guān)系，即生態(tài)環(huán)境的改善可以提高人類生活水平的同時(shí)，人類生活空間的發(fā)展不能以犧牲生態(tài)空間為代價(jià)，而是更加注重生態(tài)空間的保護(hù)和生態(tài)環(huán)境的改善。

表2 2017—2030年阜新市國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能演化運(yùn)動(dòng)方程Tab.2 Functional evolution equation of “production-living-ecology” spatial planning system in Fuxin City from 2017 to 2030

第二，土地生態(tài)功能和土地生產(chǎn)功能在現(xiàn)狀和未來(lái)預(yù)測(cè)中均未形成協(xié)同演化機(jī)制。只有建立起完整的協(xié)同演化機(jī)制，才能實(shí)現(xiàn)國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能整體穩(wěn)定有序的協(xié)同演化結(jié)構(gòu)的形成。因此，建立土地生態(tài)功能和土地生產(chǎn)功能的協(xié)同演化機(jī)制，將是未來(lái)阜新市國(guó)土空間統(tǒng)籌規(guī)劃的重點(diǎn)。具體可以通過(guò)調(diào)整二者間最短的“驅(qū)動(dòng)—反饋”循環(huán)（土地生態(tài)功能→糧食單產(chǎn)→糧食總產(chǎn)量→農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值變化→農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值→單位面積農(nóng)業(yè)用地農(nóng)業(yè)產(chǎn)值→土地生產(chǎn)功能→環(huán)境保護(hù)支出→三廢處理率→土地生態(tài)功能）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

第三，雖然現(xiàn)狀和預(yù)測(cè)的未來(lái)中土地生產(chǎn)功能和土地生活功能均已形成協(xié)同演化機(jī)制，但是無(wú)論是偏利于土地生活功能的協(xié)同演化機(jī)制，還是相互競(jìng)爭(zhēng)的協(xié)同演化機(jī)制均不利于二者的協(xié)同發(fā)展，需要將二者的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)榛ダ采膮f(xié)同演化機(jī)制。由于二者的相互作用關(guān)系是“三生”功能中最為緊密的，因此，對(duì)其進(jìn)行調(diào)控可以在短期內(nèi)獲得顯著效果，并成為阜新市國(guó)土系統(tǒng)“三生”功能整體協(xié)同演化機(jī)制運(yùn)行的主要推動(dòng)力。在對(duì)土地生產(chǎn)空間和土地生活空間的限制越來(lái)越嚴(yán)格的情況下，只有以集約高效利用的形式實(shí)現(xiàn)自組織，才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。

6 結(jié)論與啟示

（1）國(guó)土空間系統(tǒng)是由“三生”功能組成的開放自組織系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的形成依賴于系統(tǒng)有序性，而國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制是系統(tǒng)有序性產(chǎn)生和維持的根本。從國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制理論框架可以看出，促使系統(tǒng)整體形成協(xié)同演化機(jī)制的核心部分是系統(tǒng)的中層結(jié)構(gòu)，只有該層首先形成協(xié)同演化機(jī)制，才能促使系統(tǒng)頂層和底層分別形成協(xié)同演化機(jī)制，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的協(xié)同演化。

（2）“驅(qū)動(dòng)—反饋”機(jī)制是“三生”功能與其要素之間的主要演化機(jī)制，“協(xié)同作用—序參量—支配作用”機(jī)制（核心機(jī)制）是國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能之間，以及系統(tǒng)整體宏觀有序的主要演化機(jī)制，二者相結(jié)合形成了國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能完整的協(xié)同演化機(jī)制。序參量的產(chǎn)生是系統(tǒng)協(xié)同演化機(jī)制形成的標(biāo)志。

（3）采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型改進(jìn)哈肯模型方法，可以很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能演化完整機(jī)制的研究。阜新市歷史、現(xiàn)狀和未來(lái)的“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制表明，系統(tǒng)若只有少量序參量（未包含全部子系統(tǒng)），則系統(tǒng)中未受序參量支配的部分不會(huì)產(chǎn)生與其他部分的協(xié)同演化作用，此部分的有序程度較弱，也就難以保持其功能的穩(wěn)定發(fā)揮；同時(shí)，系統(tǒng)中已經(jīng)產(chǎn)生序參量的部分，若協(xié)同演化關(guān)系處于相互抑制的負(fù)反饋狀態(tài)，則會(huì)阻礙彼此的發(fā)展，系統(tǒng)有序性也將逐漸降低。因此，必須同時(shí)基于以上兩方面，對(duì)阜新市未來(lái)國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化。

相對(duì)于協(xié)同學(xué)理論僅注重宏觀結(jié)構(gòu)形成機(jī)制的研究，將宏微觀作用機(jī)制相結(jié)合是對(duì)其理論上的補(bǔ)充。與以往的研究相比，研究成果具有普適性。本文雖僅以城市尺度為例，對(duì)國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能的協(xié)同演化機(jī)制進(jìn)行了研究，但該理論和方法也適用于對(duì)其他尺度的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行研究。但需要注意的是，任何復(fù)雜系統(tǒng)中有序結(jié)構(gòu)和混沌結(jié)構(gòu)始終同時(shí)存在，即系統(tǒng)中總有一些部分不參與協(xié)同運(yùn)動(dòng)。因此，人類為了實(shí)現(xiàn)獲取土地功能的利用目的，必須促進(jìn)國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制的建立，并不斷加以優(yōu)化。

國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能協(xié)同演化機(jī)制的建立和優(yōu)化可以為國(guó)土空間要素統(tǒng)籌整合和結(jié)構(gòu)調(diào)整提供目標(biāo)導(dǎo)向，即從底層、中層和上層，自下而上的逐級(jí)實(shí)現(xiàn)“三生”功能的協(xié)同發(fā)展，并可以通過(guò)本文中快速識(shí)別序參量的方法，及時(shí)評(píng)估監(jiān)測(cè)各層級(jí)協(xié)同演化機(jī)制的建立情況，最終實(shí)現(xiàn)國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能整體協(xié)同演化。同時(shí)，也要以維護(hù)國(guó)土空間系統(tǒng)“三生”功能整體協(xié)同演化機(jī)制持續(xù)運(yùn)行為目標(biāo)，自上而下的逐層進(jìn)行要素的統(tǒng)籌分配和結(jié)構(gòu)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)合理的保護(hù)資源和高效利用資源，從而為未來(lái)國(guó)土空間統(tǒng)籌規(guī)劃實(shí)踐提供借鑒。