2009-2018年广西国土空间“三生”功能评价及耦合协调性分析

庞 丽, 周 兴, 韦芦桂

(南宁师范大学 自然资源与测绘学院, 广西 南宁530001)

国土空间作为一个国家或地区政治、经济、社会、文化等活动的复杂系统与场所，是人类社会与经济发展的载体、基础与依托[1]。国土空间“三生”功能指生产功能、生活功能、生态功能。“三生”功能的耦合协调发展是协调人地关系、促进可持续发展内涵的延伸。明确辨析“生产—生活—生态”功能之间的相互作用，是科学开展国土空间开发的前提。国内外学者对土地利用功能的研究大多集中在功能类型划分以及评价模型上。在功能类型划分上，可归纳为“生产+社会+生态”“调节+居住+生产+信息”“社会+经济+环境”“经济+社会+文化+生态+生产”等功能组合[2-6]。在评价模型方面，主要有两种类型，一是量化，二是表征[7]。表征法的使用较广，通常是构建土地多功能评价指标体系，运用客观或主观求权重或阈值，综合计算功能分值表征土地利用功能水平。目前国内外学者对土地利用功能评价研究较为成熟，对于“三生”功能相互作用关系的研究，主要集中于“三生”功能的数量分布以及空间结构排列组合[8-10]、“三生”功能之间的相互转换及空间影响[11-12]、“三生”功能时间空间上演变规律[13]。但针对“三生”功能间相互作用关系的定量表征及其演化规律的研究尚未系统的深入展开，亟需为其进一步研究注入新的思路。广西目前对土地利用功能的研究主要倾向于从国土空间的经济、社会、生态功能进行评估[14-15]，缺乏从“三生”视角研究“三生”功能是如何发展以及三者之间是否和谐发展的研究。

耦合度描述系统之间的相互作用彼此影响的程度[16]，耦合协调模型可用于测度两个或以上系统之间相互作用程度及其相互协调配合情况[17]，现已广泛用于地理[18]、生态[19-20]、农业[21]、经济等[20,22-23]领域的研究并取得了丰硕的成果，为探究“三生”功能间的互动关系提供了重要的参考。

广西壮族自治区(以下简称“广西”)正处在构建面向东盟的国际大通道，打造西南中南地区开放发展新的战略支点，形成21世纪海上丝绸之路和丝绸之路经济带有机衔接的重要门户的发展道路上。建设空间的急速扩张，加速了国土空间“三生”功能的转型，同时，由于广西各区域自然条件、经济水平、文化差异等多重因素的影响，广西土地利用结构及国土空间“三生”功能的区域差异愈发明显。鉴于此，本文选取广西14个地级市作为研究对象，通过建立指标体系表征国土空间“三生”功能，系统构建国土空间“三生”功能耦合协调模型，测算2009—2018年广西14个地级市的“三生”功能耦合度和耦合协调度并进行时空分析，以揭示其耦合协调的时空分异特征，为探究“三生”功能间的互动关系，实现国土空间“三生”功能协调发展，进一步优化国土空间提供新的研究思路和有价值的参考。

1 研究区概况

广西地理位置为104°26′—112°04′E,20°54′—26°24′N，行政区域面积2.37×105km2，辖14个地级市，7个县级市，64个县(含12个民族自治县)，40个市辖区，799个镇，319个乡(含59个民族乡)，128个街道办事处；地貌为具有盆地大小间杂、山系多呈弧形，兼并丘陵、盆地、喀斯特地貌特征的山地丘陵性盆地地貌；气候属于亚热带季风气候区，年平均气温16.0～23.0 ℃，年平均降水量1 070 mm以上，降水多集中在4—9月。2018年末，全区常住人口4.93×107人，全年全区生产总值(GDP)2.04×1012元，三大产业结构比例为14.8∶39.7∶45.5。近年广西工业化城镇化遇上机遇期和高峰期，建设用地面积不断攀升，从2009—2018年末，增加了约30%。建设用地面积的不断增加，生态环境的不断恶化，耕地保护的巨大压力，促使广西面临着如何更好地推动“生产—生活—生态”“三生”功能的相互作用与协调发展问题。本文对广西国土空间“三生”功能进行评价及分析“三生”功能的耦合协调性，以期提高广西“三生”功能利用效率、为广西的国土空间系统协调发展提供参考。

2 数据来源与方法

2.1 数据来源

本文依据科学性与可获得性选取2009—2018年作为研究区间，所选用数据来源于《广西统计年鉴》《中国城市统计年鉴》、各地级市统计年鉴以及各地级市国民经济和社会发展统计公报。

2.2 研究方法

2.2.1 评价指标体系构建 本着科学性、指导性、真实性、可比性、可操作性以及数据的可获得性的原则，选取最能够表征生产功能、生活功能和生态功能的具有代表性的指标(见表1)。

表1 广西国土空间“三生”功能评价指标体系

从农业生产及经济发展两个角度选取地均粮食产量等6个指标来表征生产功能，从交通、社会保障居住就业以及旅游休闲3个角度选取交通用地密度等11个指标来表征生活功能，从环境保护和生态保障两个角度选取污水处理率等8个指标来表征生态功能。其中值越大表明系统功能越差的指标称为负指标(用“-”表示)，相反，值越小表明系统功能越差的指标称为正指标(用“+”表示)[24]。各个评价指标的权重采用熵值法计算，国土空间“三生”功能评价分值采用综合评价模型计算：

(1)

(2)

(3)

式中：Ei为指标i的信息熵;m为某个评价指标的个数;Pij为指标i在第j年比重;Wi为指标i的权重;k为各个子系统的指标数;Zij表示第i个指标第j年的标准化值;Sij为第i指标第j年的评价分值。

2.2.2 数据标准化 评价指标之间的量纲及数量级存在差异，无法进行直接的比较，因此需要对各个评价指标进行标准化处理，本文采用极值标准化，公式如下[25]:

(4)

(5)

式中：Zij表示第i个指标第j年的标准化值;Xij是第i个指标第j年的初始值；Xijmax和Xijmin分别表示第i个指标在所有研究年份内的最大值和最小值;α=0.9[26]。其中,公式(4)适用于正项指标，公式(5)适用于负向指标。

2.2.3 耦合协调度模型 耦合是指两个(或两个以上)体系或运动形式通过相互作用而彼此影响的现象[23]。用耦合度反映“三生”功能之间的影响程度，耦合度越强，说明三者之间的相互作用强度越大。但这种相互作用无法体现两个系统之间的协调水平，因此再引入协调度来反映二者之间相互配合，良性互动水平。根据已有研究成果，借鉴丛晓男[27]的耦合模型计算公式。

耦合度C：

(6)

协调发展度D：

(7)

整体评价指数T：

T=αU1×βU2×γU3

(8)

式中：C为国土空间“三生”功能的耦合度;D为国土空间“三生”功能的协调发展度;T为整体评价指数;α，β和γ为待定系数,且α+β+γ=1,本文认为“三生”功能同等重要,因此取α=β=γ=1/3。参考前人的研究成果,将耦合度以及耦合协调度进行等级划分(见表2)。

表2 广西国土空间“三生”功能耦合协调度等级划分标准

3 结果与分析

3.1 广西国土空间“三生”功能时空特征分析

根据公式(1)—(4) 计算2009—2018年广西14个地级市国土空间“三生”功能评价综合得分，在此基础上绘制反映2009—2018年广西14个地级市“三生”功能各功能评价得分折线图(见图1)，以呈现在时间序列上较直观的变化特征。

图1 2009-2018年广西国土空间“三生”功能评价分值趋势

3.1.1 时间变化特征分析 广西在研究期间“三生”功能得分整体呈现稳步上升趋势(见图1a)，从2009年的0.302 8上升到2018年的0.456 5，上升了50.76%，各地级市增长速度不尽相同，其中增速最快的是防城港市，增长率为79.71%。其次为北海市，增长率为70.48%，北海市和防城港市都是广西滨海城市，是“一带一路”重要支点城市，在区位优势以及旅游资源条件上优于广西其他城市。桂林市的上升速度最慢，主要是受生态功能影响，体现在污水处理率和地均污水排放量上，环境保护工作不够扎实，在一定程度上影响桂林市的发展。桂西资源富集区以及来宾市、贺州市、梧州市的国土空间“三生”功能评价分值在10 a内均低于广西平均水平，由于地理位置以及资源条件的限制，在经济发展以及农业生产、基础设施建设方面存在较大阻碍。

从生产功能评价得分上看(见图1b)，广西14个地级市整体得分呈上升趋势，其中桂西资源富集区和来宾市、贺州市在10 a内处于较缓慢平稳增长状态；从生活功能评价得分上看(见图1c)，广西14个地级市整体得分上升幅度较大，趋势走向大体相同；从生态功能评价得分上看(见图1d)，广西14个地级市整体得分呈波动上升趋势，南宁市波动起伏大，上升趋势不明显，波动起伏最大的是钦州市。对比“三生”功能的变化程度，生活功能的变化最大。表明2009—2018年，广西农业生产以及经济发展都得到较大发展，各地方政府注重招商引资，发挥自身优势以期提高当地的农业、经济的增长。同时加大对基础设施以及医疗卫生保健方面的投入，促使生活功能的得到很大提升，并注重生态环境的保护，尽可能地减小对生态环境的破坏，使广西国土空间“三生”功能协调有序发展。

3.1.2空间变化特征分析 运用综合评价模型，对2009—2018年广西国土空间“三生”功能进行定量分级，从小到大划分为5个等级，分别为低(≤0.3)、较低(0.3～0.5)、中(0.5～0.7)、较高(0.7～0.9)、高(≥0.9)，将评价结果运用ArcGIS 10.0绘制成国土空间“三生”功能分布图(见图2)。

图2 2009-2018年广西国土空间“三生”功能分布特征

从生产功能来看，广西2009年、2018年生产功能空间分异明显，呈现“北部低，南部高”且连片集聚的空间特征，2009年广西各地级市普遍处于“低”“较低”等级水平，2018年仅有北海市跻身“较高”等级。广西北部湾经济区在自然资源以及地理位置上占据优势，经济发展以及农业生产水平相对较高。

从生活功能来看，空间分布呈现类似“X”型的“东北、西南部高，西北、东南部低”的空间分布格局。与生产功能空间分布相似，表明生产功能与生活功能有一定的联系。广西北部湾经济区以及桂林市、柳州市的生活功能整体水平相对较高，说明这些城市为了能够保持经济发展以及农业生产的优势，加强对基础设施的建设，尤其加强对交通道路的建设，加大对社会保障就业支出以及医疗救助的投入，生活功能明显有所提升。

从生态功能来看，2009年广西各地级市生态功能基本处于“低”等级水平，仅有南宁市和柳州市生态功能等级相对较高，2018年广西生态功能空间分布呈现“工”字形态，“中”等级水平生态功能地级市数量明显增多，生态功能水平有所提高，原因是自生态文明建设以及“两山论”提出后，广西各地方政府加强对生态治理措施的投入，提高环境治理能力，如污水处理率由2009年的部分地级市达100%至2018年基本实现污水处理率100%。

3.2 广西国土空间“三生”功能耦合协调性分析

在“三生”功能评价的基础上，运用公式(6)—(8)公式，测算2009—2018年广西14个地级市的耦合度C和协调度发展度D(见表3)，并绘制广西14个地级市10 a国土空间“三生”功能耦合度和协调发展度变化雷达图(见图3)。

表3 广西国土空间“三生”功能耦合协调度指数

3.2.1 国土空间“三生”功能耦合协调时序变化分析 结合表3以及图3a，2009—2018年，广西14个地级市都处于高水平耦合阶段。钦州市、贺州市、来宾市的端点几乎集中于一点上，说明它们的耦合度在10 a内几乎不变，南宁市、柳州市、桂林市、梧州市、北海市、防城港市、贵港市、玉林市、百色市的耦合度波动较大，且南宁市、柳州市、贵港市、玉林市的耦合度指数越来越接近于1，说明各地级市国土空间“三生”功能的相互作用强度越来越密切。河池市、崇左市的耦合度水平均低于广西平均水平，说明这2个地级市的国土空间“三生”功能的相互作用强度亟待加强。

由表3和图3b发现，2009—2018年广西14个地级市的协调发展度整体呈上升趋势，但各地级市的分值分布不均衡，变化范围为0.8～0.4。从协调发展度分值变化来看，变化最大的是北海市，从2009年的0.616 7增加至2018年的0.798 3，其次为防城港市、钦州市，说明在10 a内，北海市和防城港市的国土空间“三生”功能协调度发展度上升幅度相对较大，“三生”功能之间在发展过程中彼此和谐一致水平相对较高。从协调等级变化来看，2009—2018年，协调等级由濒临失调上升到良好协调，上升了4个等级。柳州市和北海市的等级变化跨度相同，都是2个等级，柳州市从勉强协调跨越到中级协调，北海市从初级协调跨越到良好协调；来宾市保持勉强协调等级；其余地级市协调等级跨越等级都是1个等级。从协调大类变化来看，2009—2018年，总的来说协调大类上升了2个等级，由中度耦合协调上升到优度耦合协调。南宁市、玉林市、百色市、河池市、来宾市、崇左市的协调大类等级没有变化；其余8个市协调大类等级上升了1个跨度。

图3 2009-2018年广西国土空间“三生”功能耦合度及协调发展度变化雷达图

3.2.2 国土空间“三生”功能耦合协调空间差异分析 根据上述耦合协调度模型，利用ArcGIS 10.0软件制作耦合协调度等级空间分异图(见图4)。

图4 2009-2018年广西国土空间“三生”功能耦合协调等级分布特征

(1) 结合表3，图2，图3b以及图4可知，2009—2018年，广西14个地级市国土空间“三生”功能整体耦合协调性不断向前推进，空间差异明显，呈现出广西西部向东部地区逐渐升高的分布趋势，西部地区大于东部地区，沿海地区大于内陆地区。①北部湾经济区以及桂林市、柳州市的国土空间“三生”功能耦合协调度整体水平最高。南宁市生态环境优质，居民环保意识强烈，二三产业相对发达。北钦防地区为滨海城市，自然环境优越，旅游产业高度发达，对外开放程度高，是北部湾经济区的重要核心城市。柳州市是广西重要的工业城市，工业基础雄厚，但政府相关机构环境保护长效机制不够健全，排污处置能力欠缺。②虽然国土空间“三生”功能耦合协调性在不断的推进，但是各个地级市的推进速度不同，北海市的推进速度最快，其次为防城港市。③处于勉强协调和初级协调状态的地级市较多，国土空间“三生”功能耦合协调性整体水平较低。④桂西资源富集区和来宾市的国土空间“三生”功能耦合协调度最低。虽然摆脱了濒临失调的状态，但是在整个广西仍然处于最低位置。桂西资源富集区和来宾市的生产经营活动以农业活动为主，生态环境治理能力和保护意识相对薄弱。

(2) 根据表2，表3以及图4可知，从耦合协调类型上看，广西国土空间“三生”功能耦合协调类型从中度耦合协调向高度耦合协调甚至优度耦合协调开始转化。从耦合协调类型数量上看，2009—2018年，中度耦合协调的数量从2009年的11个减少到4个，高度耦合协调的数量从3个提升到9个，优度耦合协调从无增加到1个，表明广西国土空间“三生”功能之间的互动向有序良性方向发展。2018年桂西资源富集区和来宾市仍然处于中度耦合协调类，表明桂西资源富集区和来宾市的国土空间“三生”功能耦合协调发展存在阻碍。桂西资源富集区是集老少边穷特征为一体的特殊区域，交通欠发达，旅游产业难以发展，工业产业整体发展水平低，经济基础薄弱，技术创新能力低，石山分布多且广，生态环境恶劣，这些因素都制约了桂西资源富集区的国土空间“三生”功能利用水平的提高；来宾市生态环境严峻，农业生产受到限制，导致整体生态环境更加严峻。

4 讨论与结论

4.1 结 论

(1) 2009—2018年，广西国土空间“三生”功能均有较大提升，增幅为50.76%。各市发展速度不同，防城港市和北海市远大于广西其他地级市。生产功能和生活功能变化特征类似，总体呈现平稳上升趋势，表明生产功能与生活功能存在一定的联系。

(2) “三生”功能空间变化表现为：生产功能和生活功能空间分布相似，东北、西南部高于西北、东南部。北部湾经济区以及桂林整体水平高于，桂西资源富集区整体较低。在经济中高速发展的带动作用下，促使基础设施与公共服务配置日益完善，从而拉大了沿海与内陆地区之间的差距，呈现出明显的空间分异现象。

(3) 2009—2018年，广西国土空间“三生”功能耦合度属于高水平耦合阶段，协调发展度呈由濒临失调到良好协调的增强趋势，国土空间“三生”功能良性互动越来越强，但各地级市增强程度不同。从协调发展度分值、协调等级和协调大类变化情况分析，北钦防地区增强程度相对较大，桂西资源富集区增强程度相对较小。

(4) 2009—2018年，广西国土空间“三生”功能耦合协调性空间格局变化呈现西部向东部地区逐渐升高的分布趋势，西部地区大于东部地区，沿海地区大于内陆地区，且各地级市之间发展不均衡现象显著。

4.2 讨 论

(1) 北部湾经济区以及桂林市、柳州市，应继续发挥自身的自然环境、经济发展、社会文化优势，一方面加强区域合作辐射带动周边城市的发展，拉动并促进区域的协调发展。另一方面应强化区域环境保护与治理能力，实现国土空间“三生”功能更高水平的耦合协调发展。

(2) 贺州市、梧州市、贵港市，依托粤港澳大湾区建设加快产业结构调整优化，处理好经济发展和环境保护之间的关系，促进“三生”功能良性互动。

(3) 桂西资源富集区的河池市、百色市和来宾市，应在保持生态环境优势的前提下，充分挖掘旅游资源、自然资源发展特色产业以促进经济增长，同时加快基础设施建设、加大社会保障力度，提高生产功能、生活功能利用水平，实现区域国土空间“三生”功能均衡发展。