摘要：研究目的：揭示2021年武漢市“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)—非農(nóng)生產(chǎn)—生活—生態(tài)”土地利用功能系統(tǒng)間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系，探索不同主體功能情形設(shè)定下驅(qū)動因子的影響差異性，為促進(jìn)當(dāng)?shù)赝恋刭Y源的優(yōu)化利用與空間精細(xì)化管理提供參考依據(jù)。研究方法：地理空間分析法，皮爾遜相關(guān)系數(shù)法，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。研究結(jié)果：（1）武漢市不同土地利用功能空間分異特征明顯，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能的高值與較高值主要集中在武漢市北部與南部地區(qū)，非農(nóng)生產(chǎn)與生活功能基本呈現(xiàn)“中心城區(qū)高、遠(yuǎn)城區(qū)低”的特征，生態(tài)功能的低值、高值分布特征則與建設(shè)用地、林地等土地利用類型高度關(guān)聯(lián)；（2）研究區(qū)非農(nóng)生產(chǎn)與生活功能互為協(xié)同關(guān)系（r = 0.84），農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與非農(nóng)生產(chǎn)功能（r = -0.25）、生活功能（r = -0.25）互為權(quán)衡關(guān)系，生態(tài)功能與非農(nóng)生產(chǎn)功能（r = -0.36）、生活功能（r = -0.4）互為權(quán)衡關(guān)系，生態(tài)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能則無明顯相互關(guān)系（r = -0.027）；（3）人類活動強(qiáng)度、距區(qū)中心遠(yuǎn)近、土地利用強(qiáng)度、地表徑流量是影響當(dāng)?shù)赝恋乩霉δ懿町惢l(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動因子，且在不同主體功能情形設(shè)定下，各因子的狀態(tài)變化不盡相同。研究結(jié)論：武漢市應(yīng)注重不同區(qū)域間的非農(nóng)生產(chǎn)、生活功能平衡發(fā)展，通過建成區(qū)的生態(tài)宜居建設(shè)與城鄉(xiāng)均衡發(fā)展改善土地利用功能間的權(quán)衡關(guān)系，并基于不同地區(qū)的主體功能制定差異化的管控策略。

關(guān)鍵詞：土地利用功能；權(quán)衡協(xié)同關(guān)系；貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型；武漢市

中圖分類號：F301.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-8158（2024）06-0066-12

基金項(xiàng)目：國家社科基金重大項(xiàng)目“共享發(fā)展理念下的我國新型城鄉(xiāng)土地制度體系構(gòu)建研究”（16ZDA020）。

改革開放以來，我國工業(yè)化與城鎮(zhèn)化高速發(fā)展，取得了舉世矚目的成就。但長期以來的粗放發(fā)展模式，導(dǎo)致產(chǎn)生城鎮(zhèn)用地?zé)o序擴(kuò)張與利用低效、農(nóng)業(yè)用地被過多侵占以及生態(tài)系統(tǒng)功能退化等一系列問題[1-3]。目前我國經(jīng)濟(jì)已由高速增長階段轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展階段，在由“數(shù)量追趕”向“質(zhì)量追趕”的發(fā)展取向轉(zhuǎn)變新形勢下[4]，如何實(shí)現(xiàn)土地資源優(yōu)化利用成為當(dāng)前土地資源管理工作亟需解決的關(guān)鍵問題之一。土地利用功能即土地資源為人類活動提供各種有形與無形產(chǎn)品和服務(wù)的能力[5]，其功能實(shí)現(xiàn)的有效性與多元性是促進(jìn)區(qū)域土地優(yōu)化利用的重要途徑。不同類別的土地利用功能系統(tǒng)間存在著復(fù)雜的權(quán)衡（此消彼長）與協(xié)同（相互增益）關(guān)系，掌握土地利用功能系統(tǒng)間的相互關(guān)系及其驅(qū)動因子，能為區(qū)域土地利用優(yōu)化提供參考依據(jù)。

學(xué)術(shù)界針對土地利用功能的研究主要包括功能類型劃分與實(shí)證分析兩大部分：功能類型劃分方面，較為主流的分類方式是依據(jù)土地的主導(dǎo)用途屬性分為生產(chǎn)、生活、生態(tài)（環(huán)境）三大類[6]，也有學(xué)者在此基礎(chǔ)上出于不同研究視角進(jìn)行細(xì)化，如依據(jù)農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)、生態(tài)空間布局分為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、非農(nóng)生產(chǎn)、生活保障、生態(tài)服務(wù)4種功能[7]，結(jié)合鄉(xiāng)村振興目標(biāo)，將鄉(xiāng)村土地利用分為生產(chǎn)、生活、生態(tài)、文化4種功能[8]等。實(shí)證分析方面，多采取地類賦值法[9-10]、指標(biāo)體系評價(jià)法[11-13]等進(jìn)行功能識別與評價(jià)，通過耦合協(xié)調(diào)分析[14-16]、空間相關(guān)性分析[17]等方法判斷不同土地利用功能系統(tǒng)間的相互關(guān)系，并利用空間回歸模型[18]、地理探測器模型[19-20]等方法，從自然地理、社會經(jīng)濟(jì)及政策[21-22]等角度開展驅(qū)動因子分析。

這些研究揭示了土地利用功能分類的多樣性以及不同區(qū)域多種土地利用功能的時(shí)空分異特征與相互關(guān)系，但在實(shí)證分析方面，研究尺度多以全國、省域、城市群等為主，較少基于市域視角對土地利用功能空間異質(zhì)性進(jìn)行精細(xì)化分析，且主體功能區(qū)劃作為我國國土空間合理利用與保護(hù)的重要手段[23]，上述研究的驅(qū)動因子分析對于如何實(shí)現(xiàn)不同主體功能區(qū)的土地利用功能差異化發(fā)展也存在一定局限性。為解決上述研究的不足之處，近些年來，微觀尺度下的土地利用功能研究已成熱點(diǎn)[24-26]。多綜合運(yùn)用衛(wèi)星遙感影像、土地利用、經(jīng)濟(jì)社會等多維數(shù)據(jù)，以細(xì)分網(wǎng)格為分析單位，研判不同區(qū)域土地利用功能水平及其權(quán)衡協(xié)同關(guān)系，所得結(jié)果更具精準(zhǔn)性，能更好地識別不同區(qū)域土地利用功能的空間分布差異。同時(shí)，在生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)研究領(lǐng)域，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型能直觀反映驅(qū)動因子在不同目標(biāo)狀態(tài)下的影響作用差異，如FENG等[27]利用貝葉斯網(wǎng)模型模擬生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供給過程，并采用敏感性分析識別影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供應(yīng)的關(guān)鍵因素。荔童等[28]基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，對處于不同權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行動態(tài)情形模擬分析，發(fā)現(xiàn)各驅(qū)動因子在不同目標(biāo)狀態(tài)下產(chǎn)生協(xié)同（或權(quán)衡）方式存在顯著差異。

本文以武漢市為例，擬從以下兩個(gè)方面進(jìn)行拓展：一是從微觀尺度出發(fā)，量化評估當(dāng)?shù)?021年土地利用功能各系統(tǒng)指數(shù)及其權(quán)衡協(xié)同關(guān)系；二是構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，以權(quán)衡協(xié)同關(guān)系為基礎(chǔ)進(jìn)行不同主體功能情形設(shè)定，確定影響土地利用功能權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的關(guān)鍵驅(qū)動因子，以期為武漢市未來的土地利用優(yōu)化與空間精細(xì)化管理提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

武漢市地處江漢平原東部，是我國兩型社會建設(shè)綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)、全面創(chuàng)新改革試驗(yàn)區(qū)、長江經(jīng)濟(jì)帶中游核心城市。作為我國重要的工業(yè)與科教基地，近年來，伴隨著經(jīng)濟(jì)社會的高速發(fā)展與城鎮(zhèn)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，武漢市土地利用強(qiáng)度日漸加強(qiáng)。2002—2021年，武漢市GDP由1 467.8億元增至17 716.76億元，人口密度由970人/km2增至1 593人/km2，建成區(qū)面積由214.22 km2增至885.1 km2，整體擴(kuò)張4.13倍①，致使城市外圍農(nóng)業(yè)與生態(tài)空間被大量侵占，三生空間協(xié)調(diào)發(fā)展問題愈趨嚴(yán)峻。目前，武漢市已發(fā)布《武漢市國土空間總體規(guī)劃（2021—2035年）》，對市域范圍內(nèi)的生態(tài)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村、城鎮(zhèn)空間作出了明確劃定，因此，從三生空間視角出發(fā)掌握當(dāng)?shù)赝恋乩霉δ艿目臻g分異特征，了解各功能彼此間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系及其驅(qū)動因子，對實(shí)現(xiàn)武漢市土地資源的集約高效利用具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本文所涉及的經(jīng)濟(jì)社會、土地利用、資源環(huán)境等數(shù)據(jù)來源如下：（1）糧食產(chǎn)量、人口、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于2022年武漢市統(tǒng)計(jì)年鑒；（2）土地利用數(shù)據(jù)來自基于歐洲空間局衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)的Sentinel-2土地覆蓋資源管理器，分辨率為10 m；（3）NPP-VIIRS夜間燈光數(shù)據(jù)來自地球觀測組，分辨率為500 m，并采用CHEN等[29]的方法進(jìn)行矯正；（4）凈初級生產(chǎn)力（NPP）、蒸散發(fā)、歸一化植被指數(shù)（NDVI）數(shù)據(jù)來自GEE平臺，分辨率分別為500 m、500 m和30 m；（5）教育、醫(yī)療設(shè)施POI數(shù)據(jù)采自高德開放平臺，并經(jīng)過人工篩選剔除重復(fù)項(xiàng)；（6）土壤相關(guān)數(shù)據(jù)來自世界土壤數(shù)據(jù)庫（HWSD）的中國土壤數(shù)據(jù)集，比例尺為1∶100萬；（7）降水氣象數(shù)據(jù)來自國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（https：//www.geodata.cn/），分辨率為1 km；（8）數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)來自地理空間數(shù)據(jù)云 （https：// www.gscloud.cn/），分辨率為30 m。以上數(shù)據(jù)除土壤與DEM數(shù)據(jù)外年份均為2021年，在ArcGIS 10.2平臺上對所有柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行空間分辨率30 m重采樣，采取WGS_1984_UTM_zone_50N標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行統(tǒng)一投影，并構(gòu)建600 m×600 m網(wǎng)格開展分析。

2 實(shí)證研究設(shè)計(jì)

2.1 土地利用功能指數(shù)評價(jià)

“三生空間”理論即依據(jù)國土空間的不同用途屬性與結(jié)構(gòu)功能，將其劃分為生產(chǎn)、生活與生態(tài)空間。人類基于自身發(fā)展需求對各類空間進(jìn)行開發(fā)、利用或保護(hù)，從而演變出多樣的土地利用類型[30]，由此產(chǎn)生了土地利用的生產(chǎn)、生活與生態(tài)功能。其中，生產(chǎn)功能指人類利用土地進(jìn)行各類經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品生產(chǎn)的能力，可進(jìn)一步細(xì)分為利用農(nóng)地資源進(jìn)行農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)與利用建設(shè)用地進(jìn)行非農(nóng)產(chǎn)品（服務(wù)）生產(chǎn)兩部分；生活功能即土地為人類活動提供居住場所和生活服務(wù)的能力，主要包括居住承載功能與生活服務(wù)供給功能；生態(tài)功能則是指土地為人類提供生態(tài)產(chǎn)品與服務(wù)，保持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展的能力。據(jù)此本文將土地利用功能分為生產(chǎn)、生活、生態(tài)功能系統(tǒng)。同時(shí)鑒于研究區(qū)九成以上的糧食生產(chǎn)與耕地資源集中在遠(yuǎn)城區(qū)，且農(nóng)業(yè)與非農(nóng)生產(chǎn)功能的影響因素存在一定差異，因此，將土地利用功能細(xì)化為“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、非農(nóng)生產(chǎn)、生活、生態(tài)”4個(gè)功能系統(tǒng)。基于科學(xué)性、全面性、數(shù)據(jù)可獲取性原則，結(jié)合武漢市實(shí)際情況及《武漢市國土空間總體規(guī)劃（2021—2035年）》，同時(shí)參考學(xué)術(shù)界相關(guān)研究[24-26]，以突出各子系統(tǒng)核心功能為出發(fā)點(diǎn)，確定具體指標(biāo)如下：

2.1.1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能

2.3 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的驅(qū)動因子分析

2.3.1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（Bayesian Belief Network）是一種基于概率模型來反映不確定條件下變量潛在相互關(guān)系的一種圖形網(wǎng)絡(luò)[39]。主要由通過有向無環(huán)圖確定各變量間相互依賴關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)，與通過條件概率表體現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間相互關(guān)系強(qiáng)弱的參數(shù)學(xué)習(xí)兩部分組成。該模型通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)所得的先驗(yàn)概率結(jié)合似然函數(shù)計(jì)算出的后驗(yàn)概率，能對研究對象的發(fā)生概率進(jìn)行重新評估。利用該特性本研究可以通過不同主體土地利用功能的情形設(shè)定，確定影響不同功能權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的關(guān)鍵影響因素。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)變量選取體現(xiàn)研究對象內(nèi)在的邏輯關(guān)系[40]，因此，本文將土地利用功能各子系統(tǒng)的評價(jià)值設(shè)為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，在前文各指標(biāo)構(gòu)成變量的基礎(chǔ)上，參考相關(guān)文獻(xiàn)[24]，確定NPP、NDVI、降雨量、蒸散發(fā)量、地表徑流量、降雨侵蝕、土壤可蝕性、DEM、人類活動強(qiáng)度、土地利用強(qiáng)度、距區(qū)中心遠(yuǎn)近為驅(qū)動因子節(jié)點(diǎn)①，搭建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析框架。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對于離散化數(shù)據(jù)的處理效果最佳，因此，在ArcGIS 10.2平臺中利用自然斷點(diǎn)法對全部變量進(jìn)行離散化處理分為“低、較低、中、較高、高”5個(gè)等級，以前文構(gòu)建的網(wǎng)格為單位提取各變量數(shù)據(jù)，帶入Netica軟件進(jìn)行驅(qū)動因子重要性與動態(tài)模擬分析，具體節(jié)點(diǎn)變量狀態(tài)分級見表2。

2.3.2 驅(qū)動因子重要性分析

在識別研究區(qū)土地利用功能系統(tǒng)間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系與各驅(qū)動因子的重要程度基礎(chǔ)上，參考FENG等的研究[27]，基于不同主體功能區(qū)土地利用功能的差異化發(fā)展需求，對處于不同權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的土地利用功能系統(tǒng)進(jìn)行情形設(shè)置（表3）。利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的概率推導(dǎo)，計(jì)算不同情形設(shè)定下各關(guān)鍵驅(qū)動因子的后驗(yàn)概率相較先驗(yàn)概率的變化情況，以變化幅度超過25%為標(biāo)準(zhǔn)，確定影響研究區(qū)土地利用功能差異化發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動因子。

3 實(shí)證結(jié)果分析

3.1 土地利用功能評價(jià)指數(shù)空間可視化分析

2021年武漢市土地利用功能評價(jià)指數(shù)空間分布如圖1所示，為方便結(jié)果展示，對除生態(tài)功能外的其他功能指數(shù)，在ArcGIS 10.2平臺中與對應(yīng)的土地利用類型進(jìn)行相交處理。其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能指數(shù)的高值主要集中分布在武漢市的北部（新洲區(qū)、黃陂區(qū)）與蔡甸區(qū)西南部，較高值與中值主要集中在江夏區(qū)南部與西南角，較低值主要集中在東西湖區(qū)東部等，且武漢市北部、西南部、南部的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能呈現(xiàn)高值、較高值、中值交錯(cuò)分布的格局特征。具體來看，新洲區(qū)、江夏區(qū)、黃陂區(qū)作為武漢市乃至湖北省的糧食主產(chǎn)區(qū)，2021年貢獻(xiàn)了全市73.6%的糧食作物產(chǎn)量。其中，高值較為集中的黃陂與新洲區(qū)因耕地面積廣闊，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力較強(qiáng)，較高值集中的江夏區(qū)則因區(qū)域內(nèi)林地、耕地交錯(cuò)分布面積較廣，連片耕地面積相對較小，因此，其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能受到一定影響。

非農(nóng)生產(chǎn)功能指數(shù)的高值集中分布在江漢區(qū)與漢南區(qū)，且武昌區(qū)存在零散分布，較高值集中在硚口區(qū)、江岸區(qū)與武昌區(qū)，且洪山區(qū)等存在較高值零散分布，中值主要集中在青山區(qū)、漢陽區(qū)、洪山區(qū)、東西湖區(qū)，較低值主要分布在江夏區(qū)、黃陂區(qū)、新洲區(qū)等遠(yuǎn)城區(qū)。高值大范圍集中區(qū)域的產(chǎn)生原因與江漢區(qū)作為武漢市商業(yè)與金融中心，現(xiàn)代金融與現(xiàn)代商貿(mào)產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，漢南區(qū)作為國家級高新技術(shù)開發(fā)區(qū)，汽車制造、航空航天、新材料等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)，且兩區(qū)建設(shè)用地面積相對較小有關(guān)，低值產(chǎn)生的原因則與遠(yuǎn)城區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主導(dǎo)定位存在一定關(guān)聯(lián)。

生活功能指數(shù)的分布格局與非農(nóng)生產(chǎn)功能基本一致，差異主要體現(xiàn)在中心城區(qū)的硚口區(qū)、江岸區(qū)靠近江漢區(qū)部分、武昌區(qū)絕大部分為高值，漢陽區(qū)沿長江、漢江區(qū)域主要為較高值，青山區(qū)基本呈現(xiàn)距市中心越遠(yuǎn)，較高值向較低值遞減的分布特征；遠(yuǎn)城區(qū)則呈現(xiàn)由區(qū)中心較高值向中值、較低值輻射分散的分布特征，漢南區(qū)除中部建成區(qū)域中值集聚外，其余均為較低水平等。具體來看，人口與公服設(shè)施集聚與城市擴(kuò)張密不可分，武漢市呈現(xiàn)的中心城區(qū)以長江為中軸線向兩岸擴(kuò)張發(fā)展、遠(yuǎn)城區(qū)由區(qū)中心向四周輻射擴(kuò)張的城市建設(shè)格局，造就了當(dāng)?shù)厣罟δ茉u價(jià)指數(shù)由中心向周邊地區(qū)階梯式遞減的空間分布特征。

生態(tài)功能指數(shù)的高值除集中分布在黃陂區(qū)北部以及新洲東北部地區(qū)外，其余零散分布在蔡甸區(qū)、洪山區(qū)、江夏區(qū)等地，且北部地區(qū)呈現(xiàn)較高值、中值混合分布的特征。較高值集中分布在武漢市東南角，中值集中分布在江夏區(qū)南部等，中心城區(qū)及遠(yuǎn)城區(qū)中心則基本為低值水平。結(jié)合研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)來看，2021年武漢市生態(tài)功能低值、高值的分布特征，分別與建設(shè)用地、林地等土地利用類型存在高度關(guān)聯(lián)，即植被覆蓋度越高、人類活動越少的區(qū)域生態(tài)功能指數(shù)越高。

3.2 土地利用功能權(quán)衡協(xié)同關(guān)系分析

2021年武漢市土地利用功能權(quán)衡協(xié)同關(guān)系分析結(jié)果詳見圖2，可知，2021年研究區(qū)非農(nóng)生產(chǎn)與生活功能互為協(xié)同關(guān)系，且互為增益狀態(tài)最為明顯（r = 0.84），農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能與非農(nóng)生產(chǎn)、生活功能，生態(tài)功能與非農(nóng)生產(chǎn)、生活功能互為權(quán)衡關(guān)系，生態(tài)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能則無明顯相互關(guān)系（r = -0.027）。權(quán)衡關(guān)系中，生態(tài)與非農(nóng)生產(chǎn)功能（r = -0.36）、生活功能（r = -0.4）的權(quán)衡關(guān)系最強(qiáng)，結(jié)合圖1可知，2021年武漢市絕大部分建成區(qū)域的生態(tài)功能為低值水平，因此，加強(qiáng)建成區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力是促進(jìn)三者協(xié)同發(fā)展的關(guān)鍵所在。對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與非農(nóng)生產(chǎn)、生活功能的權(quán)衡關(guān)系而言，當(dāng)?shù)剡h(yuǎn)城區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間內(nèi)農(nóng)村聚集點(diǎn)在非農(nóng)生產(chǎn)、生活功能上的低值水平，是導(dǎo)致三者出現(xiàn)權(quán)衡關(guān)系的主要原因。因此，在不侵占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的前提下，進(jìn)一步促進(jìn)城鄉(xiāng)均衡發(fā)展，能一定程度上緩解三者的權(quán)衡關(guān)系。

3.3 土地利用功能權(quán)衡協(xié)同關(guān)系驅(qū)動因子分析

3.3.1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果與精度驗(yàn)證

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)結(jié)果展示了11個(gè)驅(qū)動因子與4個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)組合形成的19對作用關(guān)系及其先驗(yàn)概率（圖3）。采用Netica軟件的誤差矩陣實(shí)現(xiàn)對模型預(yù)測精度的驗(yàn)證，計(jì)算所得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、非農(nóng)生產(chǎn)、生活、生態(tài)功能的預(yù)測準(zhǔn)確率分別為67.3%、88.37%、89.47%、74.67%，模型預(yù)測總精度為79.95%。說明模型整體模擬精度較高，能通過驅(qū)動因子節(jié)點(diǎn)變量較為有效地預(yù)測上述4個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的概率狀況。

3.3.2 土地利用功能驅(qū)動因子重要性分析

研究區(qū)各土地利用功能系統(tǒng)的驅(qū)動因子重要性分析結(jié)果詳見表4，可知在VR值大于0.5%的識別標(biāo)準(zhǔn)下，影響研究區(qū)“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、非農(nóng)生產(chǎn)、生活、生態(tài)”土地利用功能的關(guān)鍵驅(qū)動因子分別如下：

對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能來說，NPP、土地利用強(qiáng)度、NDVI、DEM均有較為顯著的影響效果，且NPP的VR值最大（8.27%）。具體來說，NPP作為糧食作物生長的能量來源之一，NPP高值區(qū)域?yàn)榧Z食作物提供生長所需的養(yǎng)分和土壤肥力的能力也就越強(qiáng)。其次，糧食作物作為人類利用耕地資源進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要產(chǎn)出，其產(chǎn)量和質(zhì)量的高低與耕地資源的利用強(qiáng)度和效率存在一定關(guān)聯(lián)。同時(shí)，NDVI反映了植被綠度和生物量積累情況，NDVI高值區(qū)域的糧食作物生長狀態(tài)通常較好。最后，DEM反映了地區(qū)的地形海拔高低，不同高程區(qū)域的氣溫變化、光照強(qiáng)度、土壤特性等存在一定差異，從而對糧食作物的生長也會產(chǎn)生一定影響。因此，上述4個(gè)因子的高低水平，對于研究區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能至關(guān)重要。

對于非農(nóng)生產(chǎn)與生活功能來說，人類活動強(qiáng)度、土地利用強(qiáng)度、距區(qū)中心遠(yuǎn)近的影響效果最為顯著，且人類活動強(qiáng)度與土地利用強(qiáng)度的影響程度最高（VR值均大于27%），究其原因，較高的人類活動與土地利用強(qiáng)度的區(qū)域通常人口較為密集、經(jīng)濟(jì)社會活動較為繁榮，同時(shí)，距區(qū)中心越近的區(qū)域往往規(guī)劃與建設(shè)起步較早，且能享有更多政策扶持與資源分配。因此，上述3個(gè)因子高值集中的區(qū)域，就業(yè)機(jī)會、產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平、人口與公共服務(wù)設(shè)施集聚等較低值地區(qū)更具優(yōu)勢，與之對應(yīng)的非農(nóng)生產(chǎn)與生活功能也就越強(qiáng)。

對于生態(tài)功能來說，地表徑流量、NDVI、土壤可蝕性的影響效果最為顯著，且地表徑流量的VR值最大（7.2%）。地表徑流量、NDVI與土地利用類型息息相關(guān)，如建設(shè)用地的降雨滲透能力與植被覆蓋率相對較低，因此，在本文構(gòu)建的以韌性城市建設(shè)為考核目標(biāo)的生態(tài)功能評價(jià)體系下，絕大部分建成區(qū)域的評價(jià)指數(shù)為低值水平。同時(shí)，土壤可蝕性反映了土壤表層在水流作用下易于被侵蝕的性質(zhì)，因此，其高低水平對韌性城市的建設(shè)具有重要影響。

綜上所述，確定NPP、DEM、人類活動強(qiáng)度（HAI）、距區(qū)中心遠(yuǎn)近（DFC）、土地利用強(qiáng)度（LUI）、地表徑流量（SR）、NDVI、土壤可蝕性（SE）為影響研究區(qū)各土地利用功能的關(guān)鍵驅(qū)動因子。

3.3.3 權(quán)衡協(xié)同關(guān)系關(guān)鍵驅(qū)動因子識別

在前文確定的土地利用功能關(guān)鍵驅(qū)動因子及其權(quán)衡協(xié)同關(guān)系基礎(chǔ)上，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的概率推導(dǎo)，通過觀察不同主體功能情形設(shè)定下（表3），關(guān)鍵驅(qū)動因子后驗(yàn)概率較先驗(yàn)概率的變化情況（圖4）可知，在增減幅度超過25%的標(biāo)準(zhǔn)下，影響土地利用功能權(quán)衡協(xié)同關(guān)系，實(shí)現(xiàn)功能差異化發(fā)展的關(guān)鍵驅(qū)動因子為人類活動強(qiáng)度、土地利用強(qiáng)度、距區(qū)中心遠(yuǎn)近與地表徑流量。

具體來看，在針對協(xié)同關(guān)系的情形1設(shè)定中，人類活動強(qiáng)度、距區(qū)中心遠(yuǎn)近、土地利用強(qiáng)度3個(gè)變量高值增多的狀態(tài)下，能促使非農(nóng)生產(chǎn)與生活功能的高值協(xié)同。在針對權(quán)衡關(guān)系情形設(shè)定中，情形4a下，人類活動強(qiáng)度、土地利用強(qiáng)度、地表徑流量等的高值增加，能促使研究區(qū)生態(tài)功能低值與非農(nóng)生產(chǎn)、生活功能的高值權(quán)衡。而在與之對應(yīng)的情形3a下，雖然各驅(qū)動因子變化幅度未超過25%，但上述3個(gè)驅(qū)動因子低值、NDVI高值等的增加，也能實(shí)現(xiàn)生態(tài)功能高值與非農(nóng)生產(chǎn)、生活功能低值權(quán)衡。在情形3b下，以土地利用強(qiáng)度的較高值增加為主，NPP較高值與高值、人類活動強(qiáng)度低值等增加為輔的狀態(tài)下，能實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能高值與非農(nóng)生產(chǎn)、生活功能低值的權(quán)衡，情形4b下，關(guān)鍵驅(qū)動因子的變化情況則與情形1的發(fā)現(xiàn)基本一致，在此基礎(chǔ)上，NPP低值與NDVI較低值、中值等的小幅度增加，能實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能低值與非農(nóng)生產(chǎn)、生活功能的高值權(quán)衡。

4 結(jié)論與討論

本文綜合運(yùn)用地理空間數(shù)據(jù)、經(jīng)濟(jì)社會數(shù)據(jù)等，對2021年武漢市“農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、非農(nóng)生產(chǎn)、生活、生態(tài)”土地利用功能指數(shù)進(jìn)行測算，在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用皮爾遜相關(guān)系數(shù)法辨識不同土地利用功能的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系，最后構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，通過不同的主體功能情形設(shè)置，分析其權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的關(guān)鍵驅(qū)動因子影響效果差異性，研究結(jié)論如下：

（1）2021年武漢市不同土地利用功能的空間分布格局差異顯著，其中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能的高值與較高值大部分集中在武漢市北部與南部地區(qū)；非農(nóng)生產(chǎn)與生活功能基本呈現(xiàn)由市中心向四周輻射遞減的分布特征；生態(tài)功能的高值地區(qū)則與林地高度重疊，且絕大部分的建成區(qū)域基本為低值水平。

（2）研究區(qū)非農(nóng)生產(chǎn)與生活功能互為協(xié)同關(guān)系，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)功能與非農(nóng)生產(chǎn)、生活功能各為權(quán)衡關(guān)系，生態(tài)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能則無明顯相互關(guān)系，要實(shí)現(xiàn)整體權(quán)衡關(guān)系的改善，應(yīng)注重建成區(qū)域的生態(tài)服務(wù)系統(tǒng)優(yōu)化以及城鄉(xiāng)均衡發(fā)展。

（3）人類活動強(qiáng)度、距區(qū)中心遠(yuǎn)近、土地利用強(qiáng)度、地表徑流量是影響當(dāng)?shù)赝恋乩霉δ軝?quán)衡協(xié)同關(guān)系的關(guān)鍵驅(qū)動因子，且在不同主體功能情形設(shè)定下，各驅(qū)動因子的狀態(tài)變化也不盡相同。因此，要實(shí)現(xiàn)不同功能間權(quán)衡協(xié)同關(guān)系的減弱或加強(qiáng)，因視具體區(qū)域的主體功能規(guī)劃來應(yīng)用。

在土地利用功能評價(jià)的基礎(chǔ)上，辨析不同功能系統(tǒng)間的權(quán)衡協(xié)同關(guān)系及其關(guān)鍵驅(qū)動因子是實(shí)現(xiàn)區(qū)域三生空間優(yōu)化的重要基礎(chǔ)和依據(jù)。本文研究成果能為當(dāng)?shù)赝恋乩玫目臻g精細(xì)管控提供一定參考借鑒。

（1）量化評價(jià)結(jié)果表明武漢市非農(nóng)生產(chǎn)與生活功能均存在顯著的發(fā)展失衡問題，非農(nóng)生產(chǎn)功能方面，中心城區(qū)中洪山區(qū)、漢陽區(qū)與青山區(qū)等仍有大幅提升的潛力，這些區(qū)域應(yīng)注重產(chǎn)業(yè)差異化發(fā)展，在已有支柱產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上結(jié)合自身區(qū)位優(yōu)勢，調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；生活功能方面，應(yīng)強(qiáng)化主城區(qū)與新城區(qū)的互動聯(lián)系，提升新城區(qū)的公共基礎(chǔ)設(shè)施覆蓋，實(shí)現(xiàn)土地城鎮(zhèn)化與人口城鎮(zhèn)化的統(tǒng)籌發(fā)展。

（2）城鄉(xiāng)二元結(jié)構(gòu)與建成區(qū)域的生態(tài)功能不足是導(dǎo)致武漢市土地利用功能出現(xiàn)權(quán)衡關(guān)系的主要原因。要實(shí)現(xiàn)三生功能的權(quán)衡關(guān)系改善，對于農(nóng)村地區(qū)來說，應(yīng)進(jìn)一步促進(jìn)城鄉(xiāng)區(qū)域的協(xié)調(diào)聯(lián)動，形成城鄉(xiāng)融合發(fā)展新格局。對于城市地區(qū)來說，應(yīng)強(qiáng)化整體建成區(qū)域的生態(tài)宜居與韌性城市建設(shè)，補(bǔ)足生態(tài)功能短板。

（3）主體功能區(qū)規(guī)劃作為實(shí)現(xiàn)區(qū)域土地利用功能差異化發(fā)展的重要抓手，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主體區(qū)，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)耕地土地利用強(qiáng)度并減少人類活動，通過生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與保護(hù)等手段提升區(qū)域內(nèi)的NPP值，以此實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能高值與非農(nóng)生產(chǎn)、生活功能低值的權(quán)衡。對于生態(tài)保護(hù)優(yōu)先區(qū)，則應(yīng)控制人類活動強(qiáng)度與減少土地開發(fā)利用，通過加強(qiáng)水土保持與植被管理等手段減少地表徑流量，以此提升區(qū)域內(nèi)的生態(tài)功能，減弱其非農(nóng)生產(chǎn)與生活功能。

為客觀真實(shí)反映研究區(qū)土地利用功能的現(xiàn)實(shí)狀況，本文將研究時(shí)間設(shè)為綜合數(shù)據(jù)均可獲取的最近年份2021年，囿于部分?jǐn)?shù)據(jù)的獲取難度，所使用的土地利用數(shù)據(jù)在分類體系劃定上，與國內(nèi)研究中常見采用的中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的土地利用數(shù)據(jù)存在一定差異，可能會對土地利用功能指數(shù)的測算精度產(chǎn)生輕微影響。同時(shí)，例如研究區(qū)林產(chǎn)品產(chǎn)量等分區(qū)統(tǒng)計(jì)資料的缺失，使得本文在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能方面未能引入林產(chǎn)品生產(chǎn)等指標(biāo)。因此，后續(xù)土地利用功能系統(tǒng)的研究工作，需結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況采取更結(jié)合我國土地利用現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)資料，建立更為完善的評價(jià)指標(biāo)與驅(qū)動因子體系開展相關(guān)研究。

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Research on Trade-offs and Synergy Relationship of Land Use Functions and the Driving Factors： A Case Study in Wuhan

ZENG Kaihao， TANG Jian，YANG Shengfu

（School of Public Administration， China University of Geosciences （Wuhan），Wuhan 430074， China）

Abstract： The purposes of this study are to reveal the trade-offs and synergy relationship among agricultural production， non-agricultural production， living and ecological land use functions （LUFs） in Wuhan in 2021， to explore the differences in the impact of driving factors under different dominant function settings， and to provide references for promoting the optimal utilization and spatial refinement management of local land resources. The research methods include geospatial analysis， pearson correlation coefficient and Bayesian Network model. The results indicate that： 1） LUFs of Wuhan exhibits significant spatial differentiation. Areas with higher values for agricultural production function are mainly concentrated in the northern and southern regions of Wuhan. Non-agricultural production and living functions generally show a “higher value in the central urban area， lower value in the suburbs” pattern. While the distribution of low and high values of ecological function is closely associated with land use types， such as construction land and forests. 2） In the study area， there is a synergy relationship between non-agricultural production and living functions （r=0.84）. Agricultural production is in a trade-off relationship with non-agricultural production （r=-0.25） and living （r=-0.25） functions. Ecological function is in a trade-off relationship with non-agricultural production （r=-0.36）and living （r=-0.4） functions. However， there is no apparent mutual relationship between ecological and agricultural production functions （r=-0.027）. 3） The key driving factors of the differentiated development of LUFs include human activity intensity， distance from the central urban， land use intensity and surface runoff. Additionally， the status changes of these factors vary under different dominant function settings. In conclusion， Wuhan should pay attention to the balanced development of non-agricultural production and living functions in the different areas. To ameliorate the tradeoffs relationship between LUFs， ecological livable construction in built-up areas and balanced urban-rural development should be adopted. Moreover， differentiated control strategies should be formulated based on the main functions of different regions.

Key words： land use function； trade-offs and synergy relationship； Bayesian Network model； Wuhan

（本文責(zé)編：陳美景）