吉林省西部农牧交错区“三生空间”时空演变

翟羽娟，张艳红，姜琦刚，刘 润

吉林大学地球探测科学与技术学院，长春 130026

0 引言

农牧交错区是中国西部畜牧业与东部农业之间的过渡区域，农牧业之间的矛盾尤其是草地与耕地的利用问题尤为突出，同时该地区是生态问题集中表现区，处于“森林-草原-荒漠”过渡带上，区域内部结构不稳，且降水少、风沙大导致外部环境脆弱。在经济利益推动下，草地与湿地多开垦为耕地，易造成土地的退化，且广种薄收的土地利用是导致其荒漠的主要原因[1-5]，土地利用方式不合理及用地不协调对区域经济发展及生态环境的影响尤为严重[6]。吉林西部属于典型的农牧交错区，区域用地类型复杂，且随着工业化、城镇化的快速推进，人们对不同功能土地的需求增多，对土地资源的利用强度也逐渐上升，随之而来的是不同用地类型之间的矛盾与冲突，以及土地空间结构的失衡，这将对国土空间格局与区域的可持续发展产生严重影响[7-8]。如何缓解土地之间用地冲突，成为亟需解决的重要问题之一[9]。

面对发展困境，十八大提出要构建“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”的生产-生活-生态空间的发展目标[10]。“三生空间”(production-living-ecological space,PLES)的概念着眼于土地利用功能视角提出，指具有生产、生活和生态功能用地的总称，是自然系统与社会经济系统协调耦合的产物[11]，其中：生产空间是指以提供工、农业产品为主，涵盖了种植业、林业、牧业、渔业等，为生产经营活动提供服务的地域空间；生活空间是指人们日常生活活动所使用的场所，为人们的居住和公共活动提供必要的空间条件；生态空间是指具有生态防护作用，能提供生态产品和服务的地域空间，它是人类生产和生活的保障，是必须严格管控和维护的区域[12-13]。“三生空间”从可持续发展的角度出发对土地利用功能进行分类，这与可持续发展中经济、社会和生态“三位一体”的发展理念不谋而合[14]。目前学者们对“三生空间”的研究多从概念、理论框架、评价模型以及格局的优化等方面切入，涉及范围主要有城市群、流域等[15-17]，而对农牧交错和生态脆弱且具有显著空间异质性的区域，尚未有研究报道。

本文以“三生空间”为视角，利用1990、2000、2010和2020年4期土地利用数据，结合耦合协调模型，从空间分布格局及相互作用关系分析吉林西部“三生空间”的时空变化情况，以期为寻找缓解空间用地冲突的途径，协调国土空间关系政策的制定提供参考和理论依据。

1 研究区概况

吉林西部地区(121°38′E—126°11′E，43°59′N—46°18′N)位于松嫩平原西南部，科尔沁大草原东部，属于低洼易涝盐碱地与风沙地交错区，生态环境十分脆弱。行政区包括白城和松原2个地级市，白城地区直辖白城市市区(洮北区)、通榆县、洮南市、大安市及镇赉县，松原地区直辖松原市市区(宁江区)、前郭县、乾安县、长岭县及扶余县[18]。该区地域辽阔，总面积约4.69×104km2，地形似簸箕状，东、南、西三面高，北部和中部较低，海拔范围在96～648 m(图1)。年均气温为4～5 ℃，降雨量在400～500 mm之间，从平原的东部向西部递减，降水量远小于蒸发量。研究区地处我国北方农牧交错区，属于典型的半干旱、半湿润地区，区域内土壤盐渍化、沙化、草地退化问题严重，湿地萎缩，土地利用结构不合理[19-21]。

2 数据来源及方法

2.1 数据来源

本文的土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学与数据中心所提供的土地利用遥感监测数据库(http://www.resdc.cn/)[22]，包括1990、2000、2010和2020年4期，人机交互目视判读相应年份的Landsat遥感影像(分辨率均为30 m)，通过野外验证和专家评估，可保证其解译精度为90%以上[23]。土地利用类型分类标准采取“中国科学院土地资源分类系统”的分类标准，即分为耕地、林地、草地、水域、建设用地(居民点和工矿用地)及未利用地6个一级类型和水田、旱地等21个二级类型[24]。行政区划数据来源于该数据中心2015年的中国省及县、市级行政边界数据。

2.2 研究方法

2.2.1 “三生空间”指标体系构建及评分

为了合理分析“三生空间”的演变，首先要建立其指标体系。“三生空间”是基于土地利用功能提出的[8]，是一个集“生产、生活和生态”功能于一体的综合载体，每一种土地类型的利用都不唯一，但土地具有主体功能性，即以某种主体功能为主，兼具其他功能[25-27]。因此，结合土地利用现状分类体系并依据土地所具有的功能，把具有相同功能的土地归纳为一个空间；在主次强弱上，依据评分分值的高低来体现。由于研究区位于农牧交错区，用地类型复杂，功能多，因此，本文采取0，1，2，3，4，5六级赋分制原则。以生产用地为例，提供主体功能的生产用地赋值5分，一般功能的半生产用地赋值3分，最低功能的弱生产用地赋值1分，功能缺失的生产用地赋值0分，主体功能与一般功能之间的生产用地赋值4分，一般功能与最低功能之间的生产用地赋值2分[28-30]。参考刘继来等[10]对全国“三生空间”的分类体系及评分结果，请相关领域13位专家对研究区21个二级地类进行评分，采取众数统计的方法，最终确定分值，结果如表1所示。其中对于生产用地，考虑到研究区以提供粮食等农产品为主，还提供了畜牧业等产品；因此，打分过程中，对不同耕地类型，水田和旱地均赋为5分，而不同级别的草地，分别赋为3分、2分和1分。对于生态用地，由于土地覆被类型较复杂，在评分的过程中，综合考虑了不同类型具有的生态功能，如大气调节、水源涵养及净化功能等，其中：林地面积占比较少，但是被称为“地球之肺”，其是重要的生态用地，根据不同类型林地生态功能强弱不同，分别赋值5分、3分、4分、4分；草地面积占比较大，且能提供气候调节、生态景观和休憩娱乐等生态功能，其重要性与林地相同，因此不同覆盖度的草地，本文分别赋值5、4、3分。其他空间用地的评分结果如表1所示。

2.2.2 耦合协调模型

耦合协调模型可用于分析事物的协调发展水平，表示两者或多者之间通过相互作用彼此影响，进而实现协调发展的动态关联关系[31-32]。耦合度反映 “三生空间”之间相互依赖、相互制约的程度，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系统之间的协调发展水平。因此，引入协调度来反映三者之间的良性耦合程度，体现其协调状况的好坏[33]：

T=αU1+βU2+γU3。

式中：C为“三生空间”功能的耦合度；U1、U2、U3分别为生产、生活、生态空间用地功能评分值；D为“三生空间”功能的协调度；T为整体评价指数；α，β和γ为三者的功能权重，且α+β+γ=1，本文认为三者的用地功能同等重要，因此取α=β=γ=1/3。参考前人的划分标准，本文将耦合度及协调度进行等级划分[34]，结果见表2所示。

表2 吉林西部“三生空间”耦合协调度等级划分

3 结果与分析

3.1 “三生空间”时间变化特征

1990—2020年吉林西部生产空间用地的面积变化既有扩张也有缩减，总体上扩张大于缩减。从1990年的31 166.62 km2增加到2020年的32 449.52 km2，增加了4.12%；2020年能够提供的生产功能总分值为1.5×108，比1990年增加了16%。生活空间用地面积近31 a呈增加态势，由1990年的1 561 km2增加到2020年的1 831 km2，增加了17.24%；2020年能够提供的生活功能总分值为9.8×106，比1990年增加了14%。生态空间用地面积呈现减少的趋势，从1990年的45 099.43 km2减少到2020年的44 830.01 km2，减少了0.6%；2020年能够提供的生态功能总分值为1.19×108，比1990年减少了10.34%。生产空间、生态空间及生活空间的功能总分比值从1990年的16∶13∶1变为2020年的16∶10∶1，用地面积比从1990年的19∶28∶1变为2020年的17∶24∶1。可以看出，“三生空间”中，生产空间及生态空间所占比例较大，处于主导地位，但这31 a间，生态空间呈小幅度减少趋势，而生产空间及生活空间则呈增加的态势。

3.2 “三生空间”空间变化特征

将1990年与2020年“三生空间”评分结果与行政区划矢量图进行叠加，图2—图4显示了西部地区1990和2020年两个时期“三生空间”的分布格局，可以看出，过去31 a间，西部地区的“三生空间”发生了显著变化。生活空间及生产空间总体呈扩张趋势，而生态空间受到侵占，呈现缩减的趋势。从空间格局分布可以看出，生产空间功能评分高值区主要分布在松嫩平原西部边缘地带，呈扩张的趋势，而低值区则分布较为零散，呈缩减趋势(图2)；从贡献度(表3)来看，生产空间变化总体扩张幅度较大的区域为镇赉县(28.49%)、通榆县(20.25%)、大安市(20.00%)以及前郭县(19.44%)，而其缩减的区域主要分布在洮南区(-13.29%)和乾安县(-3.78%)。

图2 吉林西部1990—2020年生产空间分布格局

图3 吉林西部1990—2020年生活空间分布格局

图4 吉林西部1990—2020年生态空间分布格局

生活空间分布较为零散，其分布主要与城镇、农村居民点用地基本一致，生活空间变化特征是以扩张为主，以地级市的核心区域扩张最为集中(图3)；从贡献度(表3)来看，扩张幅度较大的区域有宁江区(15.82%)、洮北区(15.17%)、洮南区(13.88%)，该区域是西部人口数量最多、最密集的区域，也是经济最发达的地区，城镇化率相比其他地区处于领先水平。生态空间功能评分值呈现中部高、东西低的态势，总体呈现缩减的趋势，高值区主要分布在大安、前郭以及镇赉，呈现缩减的趋势，而低值区则分布在长岭、扶余及乾安，呈现增加的趋势(图4)；从贡献度(表3)来看，高值区缩减幅度较大的区域有洮南区(38.40%)、通榆县(27.83%)，而低值区扩张幅度较大的区域有通榆县(30.07%)和洮南区(42.00%)。总体生态空间有所下降，下降区域与生活空间新增区域基本一致。可以看出，吉林西部地区近31a生活空间面积的增加是以生态空间面积的减少换取。

3.3 “三生空间”耦合与协调

为进一步分析 “三生空间”之间内在的影响与作用关系，本文采用耦合度与协调度指标来分析西部地区“三生空间”的相互作用关系。以3 km×3 km为栅格单元，进一步测算不同时期“三生空间”的耦合度及协调度，各耦合类型与协调类型占比如表4、5所示。

表3 吉林西部1990—2020年三生空间变化贡献度

表4 吉林西部不同时期“三生空间”耦合类型占比

表5 吉林西部不同时期 “三生空间”协调类型占比

通过表4可以看出：“三生空间”耦合类型整体处于磨合阶段，且随时间推移，磨合阶段所占比例逐渐升高，由1990年的38.16%提高到2020年的41.28%；低水平耦合所占比例逐渐下降，由1990年的33.48%降低到2020年的28.82%，拮抗耦合及高水平耦合所占比例逐渐上升，但上升幅度较小，而磨合阶段上升幅度较大，上升了3.12%。

通过表5可以看出：“三生空间”协调类型整体处于中度协调阶段，且随时间推移，中度协调所占比例逐渐升高；到2020年协调发展各类型中，严重失调比例下降了5.94%，而中度协调上升了5.59%，其他类型占比均小幅度提高，但高度协调下降了3.34%。从县域统计图(图5)可以看出：“三生空间”各协调类型中，失调比例较大的区域为通榆县、镇赉县、大安市等沙化和盐碱化较严重的地区，占比达到了5.00%以上，但其失调整体趋势逐渐降低，1990年以严重失调为主转变为2020年以中度协调为主;而中度协调比例较大的区域为长岭县、扶余县和前郭县等生产空间功能评分高值区，占比达到了7.00%;整体上“三生空间”协调性在空间上呈现“东高西低”的特征。

研究表明，西部地区“三生空间”无论是其耦合性还是协调性，都向着较好的趋势发展。与1990年相比，2010年低水平耦合及严重失调所占比例分别降低到29.21%与23.35%，而处于磨合阶段及中度协调所占比例提高到41.18%与53.96%，整体耦合及协调性均有明显提升。分析其原因，从2000到2010年，吉林西部相继实施了退耕还林/草、天然林保护及湿地保护等生态恢复和保护工程，与此同时，城乡发展建设由单一的追求经济利益转变为实现区域协调发展，意识到生态环境是城乡协调可持续发展的重要保障。因此，通过政策的约束及生态环境修复，“三生空间”的耦合与协调性有了明显提升。到了2020年，西部地区的高水平耦合及高度协调类型所占比例均小幅度提升，且磨合阶段与中度协调类型所占比例逐年增加。分析其原因，由于在2012年中共十八大首次提出了“生态文明建设”理念，即优化国土空间格局，促进资源节约利用，加大生态环境保护，并倡导区域经济与生态保护协调发展。同时吉林西部为保障国家粮食安全以及生态环境建设，于2008年批准并通过了《吉林省增产百亿斤商品粮能力建设总体规划》[35]，分别启动实施了“引嫩入白工程”“大安灌区”“哈达山水利枢纽工程”“吉林省西部地区土地开发整理重大项目”及“西部河湖连通”等生态工程[36]，通过土地整治及生态补水工程的实施，保障了水资源的供给，促进了水田面积的扩张,提高了农民的经济收入，区域的生态环境得到改善，实现了三生功能之间的良性互动，“三生空间”的耦合性及协调发展逐渐向有序、协调的良性共振耦合阶段迈进。

图5 吉林西部县域“三生空间”协调类型占比

4 结论与展望

1)生产、生活及生态空间无论是从功能得分还是用地面积来看，生产及生态空间都处于主导地位，但生态空间近31a呈减少态势，而生活空间及生产空间呈增加的趋势。

2)“三生空间”分布格局地区之间差异较大：生产空间总体呈扩张的趋势，主要分布于松嫩平原西部的边缘地带；生活空间分布除市区较为密集外，其余分布则较为零散，变化呈扩张的趋势，几乎没有缩减；生态空间总体呈缩减的趋势，且其缩减范围与生活空间扩张范围基本重合，主要分布于中部地区，其功能得分高值区呈缩减趋势而低值区则呈扩张的趋势。

3)西部地区“三生空间”的耦合与协调性整体处于磨合与中度协调阶段，且占比逐年提升，低水平耦合与严重失调所占比例逐年降低，说明 “三生空间”的协调性向好的方向发展。从空间布局来看，耦合协调度在空间上呈现“东高西低”的特征，协调度较低的地区主要集中于通榆县和大安市等沙化和盐碱化严重的地区，但近31 a这些地区的严重失调比例有所下降。

本研究分析了“三生空间”的时空变化及其耦合协调性，但没有进行两两对比分析其变化情况；阐述了其变化的人为因素，但没有分析自然因素的变化又是如何对其影响。在今后的研究中，应更多考虑并深入分析其影响变化因素，以及生产-生活，生活-生态，以及生产-生态两两之间的相互耦合关系，为进一步优化“三生空间”整体格局、促进区域协调发展提供更具有可操作性的对策建议。