農牧交錯區三生空間時空演變特征與影響因素
——以內蒙古呼和浩特市為例

黨 慧， 榮麗華， 李伊彤， 趙名君

（內蒙古工業大學建筑學院，內蒙古 呼和浩特 010000）

1978 年以來，城鎮化、工業化進程迅速推進，我國城鎮化率從17.6%上升至2022 年的64.72%［1］。城市人口膨脹加劇了國土資源開發利用進程,人類對土地功能需求日趨多元，致使生產、生活、生態空間在有限的國土面積內沖突激烈［2-3］，空間功能失調嚴重桎梏了城鄉高質量發展［4］。研究“三生”空間演變特征及影響因素有利于深入認識土地利用發展機制，對構建“三生”協同發展格局、完善國土空間治理體系具有重要意義。

“三生”空間是人類開展生產生活活動和生態文明建設的重要載體，“生產-生活-生態”三類空間以主體功能為導向，共生融合，相互制約。當前，相關研究主要集中于概念界定與要素識別［5-6］、功能測度與耦合關系［7-8］、演變特征及影響因素［9-10］、空間優化及發展策略［11］等方面。格局演化作為人地關系互動的重要表征日益受到關注，逐步形成了“分類體系-演化特征-影響因素/優化策略”的研究思路［12-15］；部分學者基于研究對象空間功能復合、用地異質等特性，運用指標量化測度、土地利用歸并、功能分級賦分等方法構建“三生”空間分類體系，為后續研究提供支持［12］，并將“三生”空間演變與生態環境效應［10］、影響因素、優化策略［15］等方向結合進行深入研究；有學者運用主成分分析、RDA 分析、地理探測器等方法探析自然、社會經濟因素對不同尺度研究區“三生”空間演變的影響［9，13-14］?？傮w來講，現有研究成果涵蓋全國、城市群、省市縣、鄉鎮、特色地帶等尺度，對生境脆弱、空間異質性顯著的農牧交錯區關注較少；研究者大多基于地類主導功能探究“生產-生活-生態”三類空間相互轉化關系，缺乏對特定地域某類空間的針對性分類與深入研究。

農牧交錯區是牧區與農區接壤的生態脆弱帶，農牧業空間交錯、生產交替，是人地關系研究的重點關注對象［11］。隨著社會經濟發展和生態保護政策的實施，呼和浩特等農牧交錯地區各要素不斷重組，人地關系緊張，“三生”用地間博弈激烈［16］，土地沙化、草場退化現象頻發，了解其空間演化規律與驅動機制是該地區實現社會-經濟-生態可持續發展的重要命題。鑒于此，本文以呼和浩特市為例，構建符合農牧交錯區發展特色的“三生”空間分類體系，運用動態度模型、轉移矩陣、地理探測器等方法探尋內蒙古農牧交錯區“三生”空間演變特征及影響因素，以期豐富空間異質性顯著地區土地利用研究，為當地“三生”空間優化策略提供依據與引導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

呼和浩特市地處我國北方農牧交錯帶中段，市域總面積1.72×104km2，下轄4 個市轄區、1 個開發區、4 縣和1 旗，年平均降水量335.2～534.6 mm。2022 年全市總人口達355.11×104人，地區生產總值3329.1×108元。境內呈現“一山一原兩丘陵”的地貌特征，中北部大青山、中部土默川平原、北部、東南部丘陵交錯分布，奠定了該地區農牧結合的產業發展基底，但長期“重農輕牧、重生產輕生態”使當地成為典型的風蝕化荒漠區與生境脆弱區［17］，研究其“三生”空間演化特征與驅動因素具有典型性。

1.2 數據來源

呼和浩特市2000—2020 年“三生”用地分類數據來自中國科學院資源環境科學與數據共享平臺，該數據主要基于Landsat 8 遙感影像解譯生成（分辨率30 m）［18］，采用中國科學院土地資源分類系統標準分類。自然因子中的高程、坡度、坡向數據獲取自地理空間數據云；降水、氣溫數據源自中國氣象要素年度空間插值數據集；社會經濟因子獲自《呼和浩特市統計年鑒（2000—2020年）》。

1.3 研究方法

1.3.1“三生”空間分類體系構建及評分“三生”空間分類體系構建是空間演化分析的基礎。本文聚焦于研究區農牧混合的空間異質性及農牧結構失衡的現狀發展問題［19］，在基于主導功能劃定“生產-生活-生態”三類空間的基礎上［20］，參考鄒利林等［21］、劉平輝等［22］依據產業特色劃分生產空間的思路，將生產空間進一步劃分為農業、牧業、其他生產空間（林業、漁業、二產、三產）三類，深入探索農牧業用地內在演化關系。同時，考慮到空間功能復合性，參考劉繼來等［23］、王世清等［16］、翟羽娟等［24］對“三生”用地功能主次強弱劃分和已有研究對農牧交錯區“三生”空間評分結果，采取0～5 六級賦分原則描述各類空間功能主次強弱，構建農牧交錯區“三生”空間與用地分類體系銜接表（表1），為后續“三生”空間功能評分變化及高值區格局分析提供基礎。其中，耕地以農業生產為主體功能，在冬季可作為臨時草場，具有弱牧業生產用地性質，同時，又發揮著半生態作用；林地以生態功能為主，具有弱生產功能，其他林地具有弱農業生產用地及弱牧業生產用地性質；草地以生態功能為主，兼具牧業生產用地性質，結合植被覆蓋度對不同類型草地賦值。

表1 農牧交錯區“三生”空間分類及評分體系Tab.1 Classification and scoring system of ecology-living-production spaces in agro-pastoral ecotone

1.3.2 土地利用動態度 動態度模型可定量表征空間動態變化速率與劇烈程度［25］。采用單一動態度描述呼和浩特市各類“三生”空間變化情況。公式如下：

式中：D為某類空間動態度；a、b為研究時期；Sa、Sb分別為a、b時期某類空間面積。

采用綜合動態度描述呼和浩特市“三生”空間整體變化劇烈程度。公式如下：

式中：DC為綜合動態度；a、b為研究時期；?LSi-j表示空間i轉為空間j的絕對面積；LSi為a時期空間i的面積；b-a為研究時段。

1.3.3 用地轉移矩陣 用地轉移矩陣可定量表征“三生”空間變化特征及轉移方向［25］。采用地圖代數工具獲取相應時段內“三生”空間相互轉移情況。表達式如下：

式中：Pij表示空間i轉為空間j的面積；n表示“三生”空間類型數。

1.3.4 地理探測器 地理探測器是分析研究對象空間分層異質性，并用q值［0,1］度量驅動因素對其空間分異影響力的統計學工具，解釋力隨q值增大而增強［26］。本文選取分異及因子探測器分析自然及社會經濟因子X對研究區各類“三生”空間面積變化Y的驅動作用。表達式如下：

式中：L為社會經濟因子X的分區；Nh，N為區和全域的單元數；δ2h，δ2為區h和全域Y值的方差。

2 結果與分析

2.1“三生”空間演化特征

2.1.1 動態演變特征 20 a 間“三生”空間綜合變化幅度較平緩，大多在0.02%～0.04% 波動，2010—2015 年綜合動態變化最劇烈且遠高于其他時期（0.08%），主要由生活空間、其他生產空間突增引起。研究期內，生態、農業生產、牧業生產空間呈縮減態勢，單一動態度多為負，功能評分總值分別降低了1.2%、3.6%和1.4%；生活、其他生產空間呈擴張態勢，單一動態度多為正，功能評分總值分別增加了31.5%和76.4%。2005—2010 年，農業生產空間（0.06%）、牧業生產空間（0.10%）單一動態度為正，其他生產空間（-0.15%）、生態空間（-0.01%）單一動態度為負，表明該時段用地粗放，濫墾過牧形勢嚴峻。2010—2015 年，城市人口激增，生活空間（1.27%）、其他生產空間（0.78%）出現擴張高峰，單一動態度達歷時段最大，不斷擠占生態空間及農牧業生產空間（表2）。

表2 呼和浩特市“三生”空間動態變化Tab.2 The dynamics of ecology-living-production spaces in Hohhot

2.1.2 空間格局演變特征 將表1“三生”空間分類及評分結果進行重分類與可視化表達，得出呼和浩特市2000 年與2020 年“三生”空間格局分布圖（圖1），并運用自然斷點分級法，以保持、縮減、擴張描述呼和浩特市“三生”空間演化特征（圖2）。

圖1 2000—2020年呼和浩特市“三生”空間評分及格局分布Fig.1 The spatial score and layout of ecology-living-production spaces in Hohhot from 2000 to 2020

圖2 2000—2020年呼和浩特市“三生空間”演化Fig.2 The evolution of ecology-living-production spaces in Hohhot from 2000 to 2020

呼和浩特市“三生”空間因地就勢布局。農業生產空間高值區主要集中于地勢平坦、水文地質條件優良的土默川平原及武川縣北部丘陵地區（圖1a）；牧業生產空間高值區集中于武川縣與南部丘陵區（圖1b）；20 a間，隨著社會經濟快速發展，廠礦、大型工業區等其他生產空間高值區在城區南部及土默特左旗南部呈散點狀分布并逐步擴張（圖1c）；生活空間呈現出“大集聚、小分散”的布局特征，呼和浩特城區呈高度聚集大斑塊，縣城有一定集聚效應，鄉鎮及自然村零散布局（圖1d）；生態空間高值區主要集中于大青山沿線及東南部蠻漢山丘陵，是土默川平原重要的生態安全屏障（圖1e）。

20 a間研究區“三生”空間格局變化顯著。主要表現為退耕還林政策引導下武川縣、和林格爾縣丘陵地區農牧業生產空間轉為生態空間；快速城鎮化推動下呼和浩特城區周邊生活空間侵占農牧業生產空間；土地開荒與改良項目驅動下土默川平原地區灘地、鹽堿地等低評分生態空間轉為農業生產空間、其他生產空間（以其他建設用地為主）；過度放牧及水土流失影響下和林格爾縣南部林地退化為牧草地，牧業生產功能增強，生態功能減弱（圖2）。

2.1.3 用地轉移特征 轉移矩陣結果表明（表3），2000—2010 年，生態空間、農牧業生產空間相互轉移劇烈。生態空間主要轉出為農業生產空間（269.96 km2）和牧業生產空間（279.40 km2）；農牧業生產空間相互轉化面積分別為279.52 km2、184.65 km2；生活空間、其他生產空間呈凈轉入狀態，分別轉入88.92 km2、17.85 km2。說明該時段生態空間遭到擠壓，耕地與草地矛盾突出，土地資源浪費嚴重。

表3 2000—2020年呼和浩特市“三生”空間轉化Tab.3 The spatial transformation of ecology-living-production spaces in Hohhot from 2000 to 2020

對比2000—2010 年和2010—2020 年兩個時段轉移矩陣可知（表3），2010—2020 年，生態空間、農牧業生產空間相互轉化較前10 a 有所減緩；生活空間、其他生產空間凈轉入面積大幅增加，分別增加至原來的2倍和11倍。說明2010年后生活空間、其他生產空間迅速擴張，人地矛盾日益加劇。

2.2 影響因素分析

農牧交錯區是多要素復合的過渡區，其空間格局受自然、社會經濟、政策等因素綜合作用［27］。本文運用因子探測工具定量分析自然及社會經濟因子對研究區“三生”空間格局演變的影響，參考已有研究成果［27-29］，選取2000—2020 年呼和浩特市各區縣平均坡度（X1）、坡向（X2）、平均高程（X3）、年降雨量（X4）、年平均氣溫（X5）5 項自然因子和人口密度（X6）、城鎮化率（X7）、人均GDP（X8）、農牧民人均可支配收入（X9）、第一（X10）、第二（X11）、第三（X12）產業產值、農林牧漁業總產值（X13）、糧食總產量（X14）和當年肉類總產量（X15）10 項社會經濟因子作為自變量，以呼和浩特市不同時期“三生”空間面積作為因變量進行探測，結果均通過顯著性檢驗（P＜0.05）；定性分析難以量化的政策因素。

2.2.1 自然因素 因子探測結果表明（表4），自然因子對牧業生產空間影響最顯著，對生態空間影響程度相對較低。平均坡度、年降雨量決定了地形復雜程度及對地上生物的滋養水平，是影響農業生產空間、牧業生產空間、生活空間演變的高位自然因素，其中，平均坡度對牧業生產空間解釋力最大（0.24～0.4）；年平均氣溫對各類空間的解釋力均較弱（q＜0.1）。從時間動態來看，20 a 間隨著空間選址和用地結構的相對穩定，自然因素對研究區“三生”空間格局的解釋力有所減弱。

表4 2000—2020年自然因子探測器q值結果Tab.4 Results of q value of natural factor detector from 2000 to 2020

2.2.2 社會經濟因素 因子探測結果表明（圖3），相較于自然因子，社會經濟因子對研究區“三生”空間演變影響更顯著。農林牧漁業總產值、第一產業產值和城鎮化率是農業生產空間演變的主導因素；第二產業產值、糧食總產量和人均GDP 是牧業生產空間演變的主導因素；第二產業產值、農林牧漁業總產值和第一產業產值是其他生產空間演變的主導因素；人口密度、第三產業產值和城鎮化率是生活空間演變的主導因素；糧食總產量、第二產業產值和第一產業產值是生態空間演變的主導因素。綜上所述，各類空間演變主導因素不同，但第一、第二產業產值、城鎮化率、農林牧漁業總產值和糧食總產量等因子對農牧交錯區“三生”空間演變的解釋度較強，說明產業發展、人類活動和農業生產規模對該地區空間分布模式影響較大，其中，農業生產規模對牧業生產空間及生態空間影響顯著。從時間動態來看，20 a 間社會經濟因素對生活空間的解釋力逐漸增強，對其余空間的解釋力有所減弱。

圖3 不同時期因子探測器q值結果Fig.3 q results of factor detectors for different periods

2.2.3 政策因素 內蒙古在我國“兩屏三障”生態安全格局中地位突出，是生態文明建設的重要領地。2002 年以來，為恢復生態環境，我國全力推進“退耕還林”、“退牧還草”政策，武川縣北部、和林格爾縣等地生態空間恢復初具成效。十三五時期，自治區農牧業廳提出在呼和浩特市5個農牧交錯旗縣實施糧草輪作、退耕還草政策，推動了研究區農牧業生產空間交替轉換。隨著高質量發展理念的進一步落實，基本農田保護日益受到重視，鹽堿地改良等項目的實施推動了土默川平原地區農業生產空間恢復。而城鎮化、西部大開發戰略的實施則增強了城區吸引力，大量人口涌入市區，在《呼和浩特市城市總體規劃（2011—2020 年）》的引導下，城區逐步形成了“東優南擴西聯北控”的發展格局，致使外圍農牧業生產空間被生活空間替代。綜上所述，政策對農牧交錯地區“三生”空間演變引導作用顯著。

3 討論

以呼和浩特市為例探索內蒙古農牧交錯區“三生”空間演變特征及影響因素。與已有研究相比［16，24，30］，本文綜合考慮該區農牧復合現狀及發展問題，將生產空間進一步細化為農業、牧業、其他生產空間，深入分析農牧業生產用地內在演化關系，拓寬相關研究視角。選取糧食總產量、當年肉類總產量等影響因子表征農牧業生產規模，提升影響因子針對性。

研究發現，20 a 間呼和浩特城區生活空間擴張顯著，縣城生活空間斑塊增長較緩，集聚效應仍待增強；農業生產、牧業生產空間和生態空間持續減少且相互轉換頻繁，保護與發展矛盾突出［9］?；诖?，呼和浩特市應增強城區輻射帶動作用，向各旗縣輸送人才，盤活城區及各旗縣閑置用地，提升生活空間、其他生產空間土地使用效益；土默川平原及丘陵地區應分級分類精細化治理，在農牧業生產空間轉換頻繁的區域建立糧草耦合生產單元，大力發展飼草產業，糧草輪作，助力“草-畜-糧”可持續發展；在進行土地開荒、改良、退耕還草的區域建立緩沖單元，鞏固已有生態保護成果，防止土地退化。

在影響因素方面，“三生”空間演變受自然、社會經濟、政策因素綜合影響，與已有研究結果相似［27］。值得注意的是，社會經濟因子中的農業生產規模對牧業生產空間及生態空間影響顯著，這既是對已有研究成果的重要補充，也啟示規劃管理者在進行農牧交錯地區“三生”空間優化管理時，綜合考慮各項活動交叉作用。后續研究可采用多種影響因素分析方法，探尋因子影響的正負效應及各因素交互作用，模擬不同因素主導下“三生”空間發展趨勢，并提出對應優化策略。

4 結論

本文運用土地利用動態度模型、用地轉移矩陣、地理探測器模型綜合分析內蒙古農牧交錯區呼和浩特市“三生”空間演變特征及影響因素，主要結論如下：

（1）2000—2020 年，呼和浩特市“三生”空間整體動態變化較平緩（0.02%～0.04%），生態、農牧業生產空間趨減，生活、其他生產空間增加；前10 a，生態、農業生產、牧業生產空間相互轉化劇烈，生態空間轉出面積最大，耕地牧草地矛盾突出；后10 a，生活、其他生產空間突增，對其他空間的侵占越來越嚴重，人地關系緊張。

（2）2000—2020 年，呼和浩特市“三生”空間格局變化顯著，主要集中于呼和浩特城區、土默川平原及北部、東南部丘陵地區。城區生活空間呈“東優南擴西聯北控”急速擴張，后續發展應盤活閑置用地，增強對各旗縣的輻射帶動作用；土默川平原及丘陵地區應依據空間演化特點分級分類精細化治理，一方面探索“草-畜-糧”耦合的可持續發展模式，另一方面鞏固現有生態保護成果。

（3）平均坡度是農業、牧業生產空間布局的主導自然因素；社會經濟因素中，產業發展、人類活動、農業生產規模處于解釋力高位，農業生產規模對牧業生產空間和生態空間影響顯著；20 a間，除生活空間外，自然、社會經濟因素對研究區“三生”空間格局變化解釋力有所減弱；高質量發展背景下，政策引導對“三生”空間協調發展影響日益突出。