駱海燕, 吳 卓, 甘梓瑩, 陳嘉怡, 何珮婷, 陳振芳

(廣州大學地理科學與遙感學院,510006,廣州)

隨著珠三角城市化進程不斷加快,城鄉(xiāng)建設用地不斷擴張,造成水土流失嚴重、生態(tài)環(huán)境破壞、城鄉(xiāng)發(fā)展不均衡等一系列問題[1]。黨的十八大報告明確提出“促進生產(chǎn)空間集約高效、生活空間宜居適度、生態(tài)空間山清水秀”的總體要求,協(xié)調(diào)人類活動和生態(tài)環(huán)境之間的關系變得尤為重要?！叭笨臻g指具有生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能用地的總稱,是自然系統(tǒng)與社會經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)耦合的產(chǎn)物[2-3]。但是,在國土空間管理中,三生空間的關系通常是矛盾的,空間發(fā)展不平衡。珠三角城市群作為全國最重要的經(jīng)濟體之一,其內(nèi)部發(fā)展的不平衡更加凸顯,尤其是部分地區(qū)由石漠化和城鎮(zhèn)化導致的水土流失等生態(tài)問題日益嚴重。因此,以三生空間視角開展城市群多功能相互關系研究,能夠更好地理解珠三角發(fā)展與生態(tài)保護之間的關系,為珠三角水土保持功能的整體提升和國土空間生態(tài)修復提供參考。

當前,三生空間的研究主要涉及三生功能的分類體系構建[4-5]、空間識別[6-7]、空間格局演變及其驅(qū)動因素[8-9]、土地利用轉(zhuǎn)型[10-12]以及耦合協(xié)調(diào)關系[13-15]等方面。相關研究充分認識三生空間功能耦合協(xié)調(diào)關系有利于系統(tǒng)分析當前土地利用矛盾、診斷國土空間健康狀況。例如,付晶瑩等[16]通過探究齊齊哈爾市多尺度三生功能沖突耦合協(xié)同關系,提出針對性國土空間優(yōu)化調(diào)控路徑;倪維秋等[17]研究黑龍江省鄉(xiāng)村地域三生空間功能演化與耦合協(xié)調(diào)度,為促進鄉(xiāng)村地域三生空間協(xié)調(diào)發(fā)展提供理論依據(jù);李玲慧等[18]研究黃河上游地區(qū)三生空間功能的演變特征及耦合協(xié)調(diào)關系,為解決三生空間發(fā)展矛盾提供差異化策略。這些研究在不同行政單元和空間尺度上開展一定探索,但是不同城鎮(zhèn)化背景下三生空間的矛盾存在較大差異。因此,筆者利用三生空間耦合協(xié)調(diào)模型計算1999—2019年每5年珠三角城市群三生空間功能耦合度和耦合協(xié)調(diào)度,分析三生空間功能的耦合協(xié)調(diào)時空分異特征和演變規(guī)律,旨在為珠三角城市群功能協(xié)調(diào)發(fā)展提供思路。

1 研究區(qū)概況

珠江三角洲城市群(圖1)位于中國華南地區(qū)、廣東省中南部(E 110°21′～115°25′,N 21°27′～24°24′),由廣州、深圳、佛山、中山、惠州、東莞、珠海、江門和肇慶等9個城市組成,覆蓋面積約5.4萬km2。以亞熱帶季風氣候為主,年均降水量在1 500 mm以上,年均氣溫為21～23 ℃。地勢北高南低,山地大多分布于東北部和西北部,中部及其他沿海地區(qū)以平原為主。植被類型以亞熱帶常綠闊葉林為主,森林覆蓋約達51.8%。2021年4月,珠三角國家森林城市群成為我國首個國家森林城市群,主要建設區(qū)域綠化覆蓋率達45.95%。珠三角城市群擁有廣東70%的人口,創(chuàng)造著全省85%的GDP,是亞太地區(qū)最具活力的經(jīng)濟區(qū)之一。2021年,珠江三角洲城鎮(zhèn)人口7 860.6萬人,城鎮(zhèn)化率高達87.5%,近5年人口年均增量超300萬,是中國城鎮(zhèn)化率最高的城市群。

圖1 研究區(qū)地理位置及2020年土地利用Fig.1 Location of the study area and land use in 2020

2 材料與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

三生空間生產(chǎn)功能數(shù)據(jù)如農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)值、工業(yè)總產(chǎn)值等來源于《廣東農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》《廣東統(tǒng)計年鑒》(http://stats.gd.gov.cn/)以及珠三角9個城市的市統(tǒng)計年鑒。建成區(qū)綠化覆蓋率、人均道路面積等數(shù)據(jù)來源于中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部下的《中國城市建設年鑒》(https://www.mohurd.gov.cn/)。人均水資源數(shù)據(jù)來源于廣東省水利廳發(fā)布的《廣東省水資源公報》(slt.gd.gov.cn)。針對各市個別年份缺失的統(tǒng)計數(shù)據(jù),由臨近年份對應數(shù)據(jù)代替或采用均值法計算得到,部分人均指標數(shù)據(jù)經(jīng)過計算后得出。

2.2 研究方法

2.2.1 三生空間評價指標體系的構建 參考近年來同類文獻中使用頻次較高的指標,并根據(jù)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性與可獲取性,最終確定為24個評價指標(表1)。采用極差標準化[19]的方法去除數(shù)據(jù)量綱影響后,根據(jù)熵權法[20]和變異系數(shù)法[21]2種客觀賦權法計算權重,再采取綜合賦權法得到24個指標的綜合權重,從而形成三生空間功能評價指標體系。

表1 珠三角城市群“三生空間”評價指標體系Tab.1 Evaluation index system of “production-living-ecology”space in Pearl River Delta urban agglomeration

2.2.2 三生空間功能耦合協(xié)調(diào)度模型的構建 耦合是指2個及2個以上的系統(tǒng)在發(fā)展過程中產(chǎn)生相互作用、相互影響[22]。耦合度則用來描述多個系統(tǒng)相互影響的程度,用于研究珠三角城市群三生空間功能相互作用的過程、判斷三生空間之間的發(fā)展狀態(tài),發(fā)現(xiàn)三生空間功能的演變規(guī)律。參考相關研究成果[23]進行三生空間功能耦合度模型的構建,具體計算為公式(1)。為進一步反映“生產(chǎn)—生活”“生活—生態(tài)”“生產(chǎn)—生態(tài)”功能兩兩耦合之間的相互作用關系,可演化為公式(2)～(4),如下所示:

(1)

(2)

(3)

(4)

式中:C為耦合度,0≤C≤1;當C=1的時候耦合度值最大,即離散程度最小,表示生產(chǎn)空間、生活空間、生態(tài)空間3個系統(tǒng)間的相關性最高,彼此間有序發(fā)展;C=0表示離散程度最大,3個系統(tǒng)之間無關且彼此發(fā)展無序。i為行政界面;Pi、Li、Ei分別為生產(chǎn)空間綜合評價值、生活空間綜合評價值、生態(tài)空間綜合評價值。

耦合度反映系統(tǒng)間相互作用的強弱,耦合協(xié)調(diào)度則用來衡量多個系統(tǒng)在耦合過程中協(xié)調(diào)一致的程度,體現(xiàn)耦合程度的好壞[24]。引入耦合協(xié)調(diào)度便于彌補耦合度不能反映各功能是相互促進還是相互制約的不足,具體公式[25-26]如下:

(5)

T=αPi+βLi+γEi。

(6)

式中:D為生活功能、生產(chǎn)功能、生態(tài)功能三者的耦合協(xié)調(diào)度,取值范圍為[0,1],D值越大,耦合協(xié)調(diào)度越高,即生產(chǎn)空間、生活空間、生態(tài)空間3個子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性越好;T為協(xié)調(diào)發(fā)展綜合評價指數(shù),取值范圍為[0,1];α、β、γ分別為生產(chǎn)功能、生活功能、生態(tài)功能權重,就珠三角城市群的發(fā)展而言,相對側重生活與生產(chǎn)功能,故將待定系數(shù)確定為α=0.35,β=0.35,γ=0.30。同樣,結合公式(5)和公式(7)～(9)可計算兩兩三生空間功能的耦合協(xié)調(diào)度,公式[27]如下所示:

T1=αPi+βLi;

(7)

T2=βLi+γEi;

(8)

T3=αPi+γEi。

(9)

式中:當生產(chǎn)功能和生活功能進行耦合協(xié)調(diào)度測算時,α=β=0.50;當生活功能和生態(tài)功能進行耦合協(xié)調(diào)度測算時β=0.55,γ=0.45;當生產(chǎn)功能和生態(tài)功能進行耦合協(xié)調(diào)度測算時α=0.55,γ=0.45。參考相關文獻的研究[28-29],將耦合度及耦合協(xié)調(diào)度的類型劃分為表2所示。

表2 耦合度及耦合協(xié)調(diào)度類型Tab.2 Types of coupling degree and coupling coordination degree

3 結果與分析

3.1 三生空間功能耦合度時空演變特征

珠三角城市群三生空間功能耦合度較高的城市主要處于中心地區(qū),并呈現(xiàn)逐漸向外擴散的趨勢(圖2)。肇慶、珠海等一直處于磨合階段,良性共振耦合進程緩慢。部分城市的耦合度演進呈現(xiàn)明顯波動,如江門經(jīng)歷先減后增,中山、惠州經(jīng)歷先增后減過程,表明其三生空間功能仍處于較不穩(wěn)定的相互制衡的良性耦合狀態(tài)?？傮w上珠三角城市群耦合度逐步由磨合階段向高耦合階段邁進,各城市三生空間之間的相互作用越來越緊密,逐漸呈現(xiàn)有序、協(xié)調(diào)的良性共振耦合。

圖2 1999—2019年耦合度時空分布Fig.2 Spatial-temporal distribution of coupling degree from 1999 to 2019

3.2 三生空間功能耦合協(xié)調(diào)度時空演變特征

耦合協(xié)調(diào)度在空間上呈現(xiàn)“中低周高—中高周低—北高南低”的變化特征(圖3)。1999—2004年中度失調(diào)和瀕臨失調(diào)的比例發(fā)生轉(zhuǎn)折性變化(圖4),中度失調(diào)和瀕臨失調(diào)的比例均增加10%,勉強協(xié)調(diào)的比例大幅下降;2004—2009年,中度失調(diào)的比例下降,勉強協(xié)調(diào)的比例上升。到2019年,城市的協(xié)調(diào)數(shù)量最多、失調(diào)數(shù)量最少。整體而言,1999—2019年珠三角城市群的三生空間功能耦合協(xié)調(diào)度逐步由不同層次的失調(diào)向較高層次協(xié)調(diào)演進。

圖3 1999—2019年耦合協(xié)調(diào)度時空分布Fig.3 Spatial-temporal distribution of coupling coordination degree from 1999 to 2019

圖4 耦合協(xié)調(diào)度比例分布Fig.4 Proportion distribution of coupling coordination degree

3.3 三生空間功能兩兩耦合協(xié)調(diào)度演變特征

通過頻數(shù)分析法[30],分組統(tǒng)計1999、2004、2009、2014和2019年5個時間段所占的不同耦合協(xié)調(diào)類型比例(圖5)。珠三角城市群三生空間功能的耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)由低值向高值演進的特征,其中“生態(tài)—生產(chǎn)”與“生態(tài)—生活”之間的耦合協(xié)調(diào)度由低向高演進的速度較快、提升明顯,主要從中度耦合協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨锐詈蠀f(xié)調(diào),而“生產(chǎn)—生活”的耦合協(xié)調(diào)度由低到高的演進速度較慢、仍以中度耦合協(xié)調(diào)為主。

圖5 兩兩耦合協(xié)調(diào)度演進曲線Fig.5 Evolution curve of pairwise coupling coordination degree

3.4 三生空間功能耦合協(xié)調(diào)度重心變化與趨勢分析

從1999年到2019年珠三角城市群三生空間耦合協(xié)調(diào)度的重心整體呈現(xiàn)由西南往東北偏移而后折返的變化(圖6)。重心變化的結果表明,廣州周圍城市的生產(chǎn)、生活、生態(tài)空間功能逐漸走向協(xié)調(diào)。1999—2004年的重心變化較大,其他年份的重心偏移較小,也說明城市群整體三生空間功能變化由波動趨于穩(wěn)定。

圖6 耦合協(xié)調(diào)度重心變化Fig.6 Center-of-gravity change of coupling coordination degree

珠三角各城市三生空間功能耦合協(xié)調(diào)度在空間上的分布顯示(圖7),東西方向(x軸方向)上耦合協(xié)調(diào)度由不均走向均勻,南北走向(y軸方向)的耦合協(xié)調(diào)度變化更加明顯并趨于平衡。由于近20年城市群的內(nèi)部經(jīng)濟交流不斷加深、核心城市輻射范圍逐漸擴大、生態(tài)文明理念的逐步落實等因素的影響,珠三角區(qū)域內(nèi)部城市發(fā)展差異逐漸縮小。但2019年結果表明,南部城市如中山市、珠海市的耦合協(xié)調(diào)度仍有待提升。

圖7 1999年和2019年耦合協(xié)調(diào)度空間變化趨勢(從左到右)Fig.7 Spatial variation trend of coupling coordination degree in 1999 and 2019 (from left to right)

4 討論

如何推動珠三角城市群高質(zhì)量協(xié)同發(fā)展是當前國土空間優(yōu)化調(diào)控的重點。三生功能識別及耦合協(xié)調(diào)分析可以為國土空間規(guī)劃和生態(tài)修復“精準施策”提供客觀依據(jù)。首先,珠三角的邊緣城市如肇慶、惠州、江門、中山與廣深等核心城市的三生空間功能發(fā)展差異較大,應重點關注中山、惠州、肇慶在珠三角城市群發(fā)展中的定位和對三生空間的需求,提升對整體區(qū)域的貢獻度。其次,“生產(chǎn)—生活”方面仍以中度耦合協(xié)調(diào)為主,說明珠三角城市群生產(chǎn)、生活的協(xié)同發(fā)展程度相對滯后,需進一步從“生產(chǎn)—生活”空間關系入手解決矛盾問題。最后,珠三角城市群三生空間發(fā)展不均衡問題仍比較突出,應繼續(xù)落實可持續(xù)發(fā)展理念、更加注重生態(tài)環(huán)境保護與社會生活改善,并加大珠三角核心城市的對外輻射。

本研究仍存在許多不足。由于研究時間跨度大,基礎數(shù)據(jù)收集困難,部分指標數(shù)據(jù)只能用相近的指標替代。且因數(shù)據(jù)獲取有限,未在城市群縣域尺度下進行研究。未來可基于更細微的尺度,并結合一些如生物多樣性指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)等數(shù)據(jù)代替部分統(tǒng)計數(shù)據(jù)。三生空間功能的耦合協(xié)調(diào)關系研究有利于促進三生空間功能協(xié)調(diào)發(fā)展,而耦合協(xié)調(diào)背后的作用機制和耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的策略是今后研究的重要方向。

5 結論

1)珠三角城市群各市三生空間功能的相互作用與聯(lián)系越來越緊密。耦合度呈現(xiàn)以廣佛等高耦合地區(qū)逐漸向外擴散的空間趨勢,但中山、惠州、肇慶一直處于較低耦合階段,在時間維度上呈現(xiàn)由磨合階段逐步向高耦合階段邁進的特點。

2)珠三角城市群各市三生空間功能的關系演變呈現(xiàn)整體協(xié)同發(fā)展的特征。兩兩耦合協(xié)調(diào)度差異明顯,“生態(tài)—生產(chǎn)”與“生態(tài)—生活”從中度耦合協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨锐詈蠀f(xié)調(diào),但“生產(chǎn)—生活”仍以中度耦合協(xié)調(diào)為主,說明珠三角城市群生產(chǎn)、生活空間的協(xié)同發(fā)展程度相對滯后,需從“生產(chǎn)—生活”空間關系入手解決矛盾問題。

3)從城市群視角探討城市群內(nèi)部三生空間的相互互動關系有利于識別珠三角城市群內(nèi)部三生空間發(fā)展過程的不平衡、不協(xié)調(diào)問題,為珠三角水土保持功能的整體提升和國土空間生態(tài)修復提供參考。