竇睿音， 張文潔,2， 陳 晨

（1.西安外國語大學人文地理研究所，陜西 西安 710128；2.康奈爾大學建筑藝術規(guī)劃學院，紐約 伊薩卡 14850）

中國自積極參與全球供應鏈后，城市化和工業(yè)化進程迅速推進，2020年人口城鎮(zhèn)化率已達63.89%［1］。過半人口在城市聚集，伴隨出現(xiàn)擠占耕地、土地城鎮(zhèn)化過快等問題［2-3］。發(fā)展需要不斷獲取資源，土地是資源的載體和本體［4］，資源的稀缺性與不可再生性導致土地各功能的沖突不斷加劇，空間功能失調已成為阻礙區(qū)域高質量發(fā)展的首要因素［5］，揭示土地利用模式利于協(xié)調土地功能并促進長期發(fā)展［6］。黨的十八大報告中提出“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”的目標，為土地資源的優(yōu)化途徑指明方向。2021 年《中華人民共和國國民經濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035 年遠景目標綱要》強調“優(yōu)化生態(tài)安全屏障體系，逐步形成城市化地區(qū)、農產品主產區(qū)、生態(tài)功能區(qū)三大空間格局”，一系列政策文件多次提及“生產、生活、生態(tài)”空間（簡稱“三生”空間）與此3 種功能，其合理配置成為我國國土空間分類布局的重要標準。

當前，“三生”空間作為國家關注的重點和土地研究的前沿受到廣泛討論。一是有關空間分類的研究［7-9］。陳婧等［7］以功能差異為基準，強調生態(tài)功能以促進可持續(xù)利用。李廣東等［8］通過生物物理測量和價值轉化識別塘棲鎮(zhèn)的“三生”空間。雖尚未形成統(tǒng)一標準，但基本框架已形成。二是各類空間的影響因素［10-12］、耦合關系［13-15］、格局優(yōu)化［16-17］及生態(tài)景觀效應［18-20］。陳龍等［10］采用典型相關性分析等方法探究江蘇省用地轉型驅動力。張軍濤等［17］通過耦合協(xié)調機制評價沿海中心城市的“三生”功能。龔亞男等［19］借鑒生態(tài)環(huán)境質量指數(shù)模型，測算廣東省地級市“三生”空間環(huán)境質量。研究區(qū)多為東部沿海地區(qū)，西部地區(qū)的研究較少且影響要素較單一。

隨著新時代推進西部大開發(fā)形成新格局、黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展等一系列戰(zhàn)略的實施，陜西省成為西部重要的經濟增長引擎之一。但陜北水土流失嚴重，關中高溫天氣頻發(fā)，陜南生態(tài)敏感度攀升，發(fā)展意愿的主動性與客觀資源的局限性形成的矛盾關系導致省內空間布局亟需研究與調整［21-22］。已有學者對陜西省土地利用展開研究，但缺乏對陜西省不同尺度的“三生”空間演化特征及影響因素進行系統(tǒng)性討論。賀曉暉［23］運用多樣化集中化指數(shù)等模型分析陜西省2018 年“三生”功能特征；馬琪等［24］發(fā)現(xiàn)西安市“三生”功能的基礎是自然條件；王思雨等［25］引入POI 數(shù)據(jù)識別商洛市中心城區(qū)“三生”格局?，F(xiàn)有研究缺乏系統(tǒng)性探討陜西省多年間不同尺度的“三生”空間特征及影響因素。因此，本文自上而下研究陜西省“三生”空間時空演化特征及驅動機制，以期豐富西部地區(qū)的土地利用研究，同時為地區(qū)土地資源的科學管理提供對策。

1 研究區(qū)概況

陜西省深入內陸腹地，對西北地區(qū)各省市的發(fā)展具有輻射帶動作用。地勢南北高，中部低，省內主要分為陜北高原（榆林市、延安市）、關中平原（西安市、咸陽市、渭南市、銅川市、寶雞市）、陜南山地（漢中市、商洛市、安康市），共計10個市（圖1），總面積約2.06×106km2。當?shù)貧夂驐l件復雜多樣，跨濕潤、半濕潤區(qū)、半干旱區(qū)和干旱區(qū)4 個干濕地區(qū)，由高原、平原、山地等多種地貌構成。到2020 年為止，區(qū)域常住人口達3.96×107人，城鎮(zhèn)人口占62.7%，生產總值為2.6×1012元，三次產業(yè)結構比重為0.09:0.43:0.48，是西北第一大經濟體［1］。

圖1 研究區(qū)范圍Fig.1 Scope of study area

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文以2000—2020 年作為研究時序，土地利用數(shù)據(jù)均獲取自資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心公布的30 m分辨率陜西省遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)。自然環(huán)境數(shù)據(jù)中的氣象數(shù)據(jù)來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)，歸一化植被指數(shù)（Normalized difference vegetation index，NDVI）由Landsat遙感影像經ENVI軟件計算后得出。社會經濟數(shù)據(jù)包括人口數(shù)據(jù)、國內生產總值、產業(yè)產值等，分別獲取自《陜西區(qū)域統(tǒng)計年鑒》《陜西統(tǒng)計年鑒》以及各區(qū)縣國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。

2.2 “三生”空間分類系統(tǒng)構建

以中國土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)分類系統(tǒng)為基礎，根據(jù)各空間含義對現(xiàn)有系統(tǒng)的子類進行重分類，提出本文的“三生”空間分類體系（表1）?？紤]到某些地類的功能混合，如耕地和城鎮(zhèn)用地，因此將明顯具有多功能的類型，根據(jù)其主導和附加功能，提出生活生產和生產生態(tài)空間，并依照主導功能歸至大類中，該分類體系包含所有的地類，可用于不同地域的研究中。但陜西省并未包含所有空間類型（永久性冰川雪地、灘涂、海洋和其他），因此本文不涉及上述土地類型。

2.3 研究方法

2.3.1 綜合土地利用動態(tài)度該模型用于衡量某一時段內，土地利用變化的整體程度，其計算公式為：

表1“三生”空間分類體系Tab.1 Production-living-ecology spatial classification system

式中：LC為綜合土地利用類型動態(tài)度；n為土地利用類型數(shù)量；ΔLA(i-j)為第i類轉變?yōu)槌齣類外土地類型的總面積；LAi為初期第i類土地的面積；T為研究時長。

2.3.2 單一土地利用動態(tài)度該模型用于研究某一時段內某類土地的變化情況，其計算公式為：

式中：K為某類的土地利用動態(tài)度；Ua、Ub分別為初期及末期的面積。

2.3.3 土地利用轉移矩陣該矩陣能反映靜態(tài)單一時段內各土地利用類型的面積，還便于動態(tài)分析時期內土地利用類型轉出的流向和轉入的來源及變化量，其計算公式為：

式中：S為面積；i、j分別為轉移前后的土地利用類型；n為土地利用類型。

2.3.4 地理探測器該數(shù)理統(tǒng)計分析方法由王勁峰和徐成東提出，探究地理事物空間分異性并揭示其驅動力，包含因子探測、生態(tài)探測、交互探測和風險探測。本文對自然環(huán)境、城市規(guī)模和經濟發(fā)展3 類因子進行離散化處理，主要運用其因子探測和交互探測。因子探測可測算自變量對于因變量空間分異現(xiàn)象的解釋程度，交互探測分析不同因子疊加作用后對因變量分布的影響程度，具體可見文獻［26］。

3 結果與分析

3.1 陜西省“三生”空間數(shù)量特征

3.1.1 綜合土地利用動態(tài)度分析20 a 間，綜合土地利用動態(tài)度呈波動變化。初期為0.2%，5 a 后增至0.3%，后一期降至0.1%，最終回到0.2%。2 次增長出現(xiàn)在2005—2010 年和2015—2020 年，結合單一土地利用動態(tài)度可知，前者主要為生活空間增長，期間城鎮(zhèn)化快速擴張且陜西人口急劇增長，后者主要為生態(tài)空間增長，隨著“兩山論”的貫徹實施，全社會對于生態(tài)環(huán)境提出了更高的要求，加速了生態(tài)空間的增長。

3.1.2 單一土地利用動態(tài)度分析研究時期內，生活空間動態(tài)度長期最大多為正值，其次是生產空間多為負值，生態(tài)空間長期最小多為正值。2000—2005 年生活空間擴張最快，生態(tài)空間小幅度擴大，生產空間縮小。下一期生活空間加快至3.3%，生態(tài)空間同速增長，生產空間持續(xù)減少。之后生活空間降至1.4%，生產空間低速擴張，生態(tài)空間同速減小。最終生態(tài)空間同速增長，其余空間均縮減（表2）。

表2 陜西省“三生”空間土地利用動態(tài)度變化Tab.2 Rate of production-living-ecology spaces change in Shaanxi Province /%

3.1.3 一級分類土地利用轉移矩陣分析2000—2005 年生產空間面積變化最大為-932.4 km2，其余空間面積增加，生態(tài)空間增量是生活空間的近2倍。2005—2010 年生產空間持續(xù)減少1444.4 km2，其余類型增大，生態(tài)空間增加895.8 km2。2010—2015 年生態(tài)空間變化最大為負值-503.9 km2，生活空間增量更大。2015—2020 年生態(tài)空間變化最大，增加908.1 km2，其余類型減少，生產空間減少更多（表3）。3 種空間的數(shù)量結構未發(fā)生絕對性變化，生態(tài)空間經歷“增—減—增”的波動過程，生產空間與之相反，生活空間長期增加近期減少。

表3 2000—2020年陜西省“三生”空間土地利用轉移矩陣Tab.3 Transfer matrix of production-living-ecology spaces in Shaanxi Province from 2000 to 2020 /km2

3.1.4 二級分類土地利用轉移矩陣分析2000—2005 年生產生態(tài)空間變化最大為-961.0 km2，主要轉為綠色生態(tài)空間和農村生活空間。2005—2010年與上一期情況相似，但藍色生態(tài)空間由增變減，減少64.6 km2。2010—2015 年工礦生產空間變化最大為643.2 km2。此外，綠色生態(tài)空間減少最多，主要轉為生產生態(tài)空間，生態(tài)價值退化。礦區(qū)治理未產生顯著成果，但面積增大且開采的副產物，如污水、礦渣對生態(tài)已形成負面影響。2015—2020 年生產生態(tài)空間變化最大為-982.2 km2，主要轉為綠色生態(tài)空間。綠色生態(tài)空間增量最大為824.6 km2（表4）。多年間，各級政府為治理陜西省水土流失問題實行退耕還林還草。2017 年符合條件的生態(tài)林納入森林生態(tài)效益補償范圍，2018 年上一輪補助到期的生態(tài)林進一步納入撫育補助范圍，對于林戶的補償提升減輕林戶的經濟顧慮。

表4 2000—2020年陜西省“三生”空間二級分類土地利用轉移矩陣Tab.4 Transfer matrix of the secondary production-living-ecology spaces in Shaanxi Province from 2000 to 2020 /km2

3.2 陜西省“三生”空間地域分布特征

陜西省“三生”空間格局以生態(tài)空間為主，多位于省域南部，即寶雞市和西安市南部及陜南，少量聚集在中部和西北部，即延安市南部和榆林市西部。其次生產空間分布較廣，主要位于中部，即渭南市、咸陽市、西安市北部、寶雞市東部，部分在榆林市南部、延安市北部、漢中市中部。生活空間規(guī)模最小，多位于西安都市圈一帶，逐年向外擴張，其余小聚居點逐年小幅度增大，土地城鎮(zhèn)化的快速擴張導致生活空間不斷增加。

二級分類整體經歷由相對簡單到相對復雜的過程，不同種類的空間特征不同。生活空間中，生活生產空間擴張突出，大多在藍色生態(tài)空間的兩側及交界處；農村生活空間呈小斑塊均勻鑲嵌在生產生態(tài)空間中。生產空間中，工礦生產空間靠近斑塊較大的生活空間，體現(xiàn)生產與生活的密切聯(lián)系，北部分布穩(wěn)定、南部緩慢增長，部分分布在榆林市西部的潛在生態(tài)空間內。生活空間以及工礦生產空間的面積擴張多來自綠色生態(tài)空間，生態(tài)空間分布主要與自然地理條件相關。

3.3 陜西省“三生”空間變化驅動力分析

結合“三生”空間影響因素的研究成果［27-30］，考慮各地不同的自然條件，對陜西省以及陜北、關中和陜南從整體到局部逐一進行驅動力探究。

空間利用的形式起初由居民因地制宜，在不斷演化中，各項社會活動對空間功能的影響不斷累加，尤其對短期內的變化起決定作用?；诖耍x取年平均氣溫（X1）、年平均降水量（X2）、NDVI（X3）、人口總數(shù)（X4）、人口密度（X5）、財政收入（X6）、社會消費品零售總額（X7）、第一產業(yè)增加值（X8）、第二產業(yè)增加值（X9）、第三產業(yè)增加值（X10）、人均GDP（X11）、全社會固定資產投資（X12）、城鎮(zhèn)居民可支配收入（X13）13 個因子作為自變量（表5），空間類型為因變量（Y），探討近年來陜西省“三生”空間分布變化的原因。由于因素影響與空間變化是一個長期過程，本文以5 a 為一節(jié)點，分別測算2000—2020 年內5個時間點的驅動機制。

3.3.1 因子探測各年份結果所示如下，代表單個因子對于“三生”空間分布的解釋程度（圖2a～d）。所有因子的P值均為0，說明結果通過0.05 水平顯著性檢測，模型均可信。

（1）陜西省全域

人口密度對空間布局的解釋度最強，在0.3～0.4上下，其余因素的位次不定改變。X2與X3多位于解釋度高位，反映自然條件的基礎作用。城市規(guī)模要素中，人口要素的解釋度總高于0.1，X6逐年提升（圖2a）。陜西省對于人口長期關注，除流動人口落戶政策放寬，2010年7月早已發(fā)布《陜西省中長期人才發(fā)展規(guī)劃（2010—2020 年）》，該規(guī)劃設立未來10 a 人口發(fā)展目標及方向。經濟發(fā)展要素中，產業(yè)增加值的多次高位體現(xiàn)產業(yè)結構的重要影響。

（2）陜西省分區(qū)域

陜北受自然環(huán)境影響較強，人口要素也多居于高位（圖2b）；關中自然環(huán)境和城市規(guī)模影響較強（圖2c）；陜南主要受到城市規(guī)模要素及X12的影響（圖2d）。綜上所述，各區(qū)域主導因素不同，但均多受城市規(guī)模影響，其代表著地方消費實力、勞動力儲備量及發(fā)展?jié)摿?，說明空間利用主體的數(shù)量對空間分布模式產生較大影響。

圖2 因子探測結果Fig.2 Results of factor detector

表5“三生”空間驅動因子Tab.5 Production-living-ecology spaces driving force indicators

3.3.2 交互探測交互探測計算2 個變量交互后對于因變量的解釋程度，可多角度探究空間格局形成的原因（圖3a～t）。

圖3 交互探測結果Fig.3 Results of interaction detector

（1）陜西省全域

2000 年各因子交互后均有明顯提升，其中X5增強效果最突出；2005 年自然環(huán)境與人口要素的增強效果明顯；2010 年多數(shù)要素呈增強效果，但經濟發(fā)展要素的增幅較?。?015 年自然環(huán)境、人口要素和X7的增強效果顯著；2020年與2015年近似但經濟發(fā)展要素的增加效果提升。

（2）陜西省分區(qū)域

要素組合對三大區(qū)域的解釋度更高。所有組合的平均解釋度在陜北最高，大多高于50%，自然環(huán)境要素、人口要素、X7和X10的增強作用明顯。陜北以煤炭資源豐富著稱，是黃河流域生態(tài)保護的重要城市帶，應強調以產業(yè)綠色升級帶動生態(tài)資源高質量發(fā)展。關中以自然環(huán)境和人口要素作用明顯。西安都市圈經濟基礎好、人口稠密，為區(qū)域內電子、航空航天等優(yōu)勢產業(yè)提供了更多的發(fā)展機會，產業(yè)結構調整助力區(qū)域綠色發(fā)展，也為區(qū)域吸引各界人才。陜南以城市規(guī)模和經濟發(fā)展要素作用明顯，特別是人口要素和X7。秦巴山地是省內的生態(tài)底線，優(yōu)質的自然資源孵化環(huán)保與產業(yè)融合的發(fā)展模式，綠色食品、文旅康養(yǎng)等主導產業(yè)相輔相成，形成較為完整的生態(tài)產業(yè)鏈，為游客帶來全面的體驗，為投資業(yè)務的擴展與合作提供了平臺。

每組因子的關系均為正向加強，多為非線性增強，部分為雙因子增強，多因子的共同作用增強效應明顯。陜西省境內3 個地區(qū)特點不同，各組合在關中解釋度較弱，推測原因為關中是陜西省的發(fā)展中心，開發(fā)時間長，因此空間利用更為復雜，影響因素相應更多。

4 討論

雖然陜西省不同區(qū)域的驅動組合不同，但總與人口要素相關，同已有研究［27-29］的結論具有相似性。然而，本文在考慮各地差異后分區(qū)域探討影響因素，為陜西省空間利用研究引入新的尺度。

生產空間的持續(xù)縮小與人口增長的趨勢相反，對生活空間的開發(fā)模式以及生產空間的生產效率提出了更高要求。陜西省應加強區(qū)域協(xié)作，形成優(yōu)勢互補的發(fā)展格局。陜北需加強對礦區(qū)的修復治理并在開發(fā)過程中堅持合理開發(fā)、適度開發(fā)；西安都市圈中，生活空間不斷擴張體現(xiàn)西安吸引人才落戶政策的成功，對周邊起輻射帶動作用，適合金融、服務業(yè)等第三產業(yè)和戰(zhàn)略新型產業(yè)的發(fā)展；陜南應該分級治理、精細管理，以環(huán)境保護為前提開展產業(yè)活動，對不適宜開墾的區(qū)域推行退耕還林還草的政策，充分利用南部山林廣闊的優(yōu)勢發(fā)展林下種植，保障陜西省糧食安全，推動實現(xiàn)“生態(tài)美、產業(yè)興、百姓富”的有機統(tǒng)一。

對全省而言，生態(tài)空間的擴張體現(xiàn)出陜西省環(huán)保意識的增強，增加面積以綠色生態(tài)空間和潛在生態(tài)空間為主，潛在生態(tài)空間還需要長期的養(yǎng)護轉為生態(tài)價值更高的空間，提高黃河流域生態(tài)承載力。值得注意的是，藍色生態(tài)空間的面積仍在下降。還需加強對水域的關注，尤其注重對境內黃河、渭河等江河，以及紅堿淖、瀛湖等湖泊濕地的保護和治理，設定專項法規(guī)，引導與監(jiān)督社會對于水資源的集約利用，加強河長制等政策的落實與監(jiān)察。

5 結論

（1）陜西省“三生”空間分布受社會經濟活動的影響程度在0.2%上下。單一土地利用動態(tài)度的同期中，生活空間數(shù)值最大但逐漸減小轉為負值；生產空間變化次之多為負值，速率略增轉為負值；生態(tài)空間多為正值并維持在0.1%。

（2）2000—2020 年3 種地類波動變化，生產空間變化最大為減量，其余空間為擴張。二級地類中生態(tài)生產空間減量多轉換為綠色生態(tài)空間，體現(xiàn)出陜西省環(huán)保意識的增強。生產生態(tài)空間的縮減對陜西省糧食作物單位產量提出了新要求。生活空間需注重盤活存量土地，提升開發(fā)質量。

（3）各類空間分布有明顯的地域特征。陜西省以生態(tài)空間為主，多在南部；面積次位為生產空間，多在中部和北部；末位為生活空間，多在中部。在二級分類中，生活生產空間沿水系分布；工礦生產空間靠近面積較大的生活空間；綠色生態(tài)空間的減少與工礦生產和生活空間有關。

（4）人口要素在因子探測和交互探測中始終作用突出。單一因子中，全域受人口密度影響較強；陜北受自然環(huán)境和人口要素影響較強；關中與自然環(huán)境和城市規(guī)模要素相關性強；陜南受城市規(guī)模要素及全社會固定資產投資影響較強。但單一因子驅動力有限，多因子交互后多呈非線性增強。各組社會經濟因素對于“三生”空間分布的解釋程度在陜西省北部和南部較強。