珠三角城市群三生空間功能的耦合協調時空演變特征

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,城鄉建設用地不斷擴張,造成水土流失嚴重、生態環境破壞、城鄉發展不均衡等一系列問題[1]。黨的十八大報告明確提出“促進生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀”的總體要求,協調人類活動和生態環境之間的關系變得尤為重要?！叭笨臻g指具有生產、生活和生態功能用地的總稱,是自然系統與社會經濟系統協調耦合的產物[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,空間發展不平衡。珠三角城市群作為全國最重要的經濟體之一,其內部發展的不平衡更加凸顯,尤其是部分地區由石漠化和城鎮化導致的水土流失等生態問題日益嚴重。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展與生態保護之間的關系,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動因素[8-9]、土地利用轉型[10-12]以及耦合協調關系[13-15]等方面。相關研究充分認識三生空間功能耦合協調關系有利于系統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同關系,提出針對性國土空間優化調控路徑;倪維秋等[17]研究黑龍江省鄉村地域三生空間功能演化與耦合協調度,為促進鄉村地域三生空間協調發展提供理論依據;李玲慧等[18]研究黃河上游地區三生空間功能的演變特征及耦合協調關系,為解決三生空間發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調模型計算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調度,分析三生空間功能的耦合協調時空分異特征和演變規律,旨在為珠三角城市群功能協調發展提供思路。

1 研究區概況

珠江三角洲城市群(圖1)位于中國華南地區、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,主要建設區域綠化覆蓋率達45.95%。珠三角城市群擁有廣東70%的人口,創造著全省85%的GDP,是亞太地區最具活力的經濟區之一。2021年,珠江三角洲城鎮人口7 860.6萬人,城鎮化率高達87.5%,近5年人口年均增量超300萬,是中國城鎮化率最高的城市群。

圖1 研究區地理位置及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 數據來源

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

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,并根據數據的穩定性與可獲取性,最終確定為24個評價指標(表1)。采用極差標準化[19]的方法去除數據量綱影響后,根據熵權法[20]和變異系數法[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調度模型的構建 耦合是指2個及2個以上的系統在發展過程中產生相互作用、相互影響[22]。耦合度則用來描述多個系統相互影響的程度,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展狀態,發現三生空間功能的演變規律。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—生活”“生活—生態”“生產—生態”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,表示生產空間、生活空間、生態空間3個系統間的相關性最高,彼此間有序發展;C=0表示離散程度最大,3個系統之間無關且彼此發展無序。i為行政界面;Pi、Li、Ei分別為生產空間綜合評價值、生活空間綜合評價值、生態空間綜合評價值。

耦合度反映系統間相互作用的強弱,耦合協調度則用來衡量多個系統在耦合過程中協調一致的程度,體現耦合程度的好壞[24]。引入耦合協調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、生產功能、生態功能三者的耦合協調度,取值范圍為[0,1],D值越大,耦合協調度越高,即生產空間、生活空間、生態空間3個子系統之間的協調性越好;T為協調發展綜合評價指數,取值范圍為[0,1];α、β、γ分別為生產功能、生活功能、生態功能權重,就珠三角城市群的發展而言,相對側重生活與生產功能,故將待定系數確定為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調度,公式[27]如下所示:

T1=αPi+βLi;

(7)

T2=βLi+γEi;

(8)

T3=αPi+γEi。

(9)

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

表2 耦合度及耦合協調度類型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,并呈現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明顯波動,如江門經歷先減后增,中山、惠州經歷先增后減過程,表明其三生空間功能仍處于較不穩定的相互制衡的良性耦合狀態?？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,逐漸呈現有序、協調的良性共振耦合。

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調度時空演變特征

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

圖3 1999—2019年耦合協調度時空分布Fig.3 Spatial-temporal distribution of coupling coordination degree from 1999 to 2019

圖4 耦合協調度比例分布Fig.4 Proportion distribution of coupling coordination degree

3.3 三生空間功能兩兩耦合協調度演變特征

通過頻數分析法[30],分組統計1999、2004、2009、2014和2019年5個時間段所占的不同耦合協調類型比例(圖5)。珠三角城市群三生空間功能的耦合協調度呈現由低值向高值演進的特征,其中“生態—生產”與“生態—生活”之間的耦合協調度由低向高演進的速度較快、提升明顯,主要從中度耦合協調轉變為高度耦合協調,而“生產—生活”的耦合協調度由低到高的演進速度較慢、仍以中度耦合協調為主。

圖5 兩兩耦合協調度演進曲線Fig.5 Evolution curve of pairwise coupling coordination degree

3.4 三生空間功能耦合協調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調度的重心整體呈現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、生活、生態空間功能逐漸走向協調。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定。

圖6 耦合協調度重心變化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調度在空間上的分布顯示(圖7),東西方向(x軸方向)上耦合協調度由不均走向均勻,南北走向(y軸方向)的耦合協調度變化更加明顯并趨于平衡。由于近20年城市群的內部經濟交流不斷加深、核心城市輻射范圍逐漸擴大、生態文明理念的逐步落實等因素的影響,珠三角區域內部城市發展差異逐漸縮小。但2019年結果表明,南部城市如中山市、珠海市的耦合協調度仍有待提升。

圖7 1999年和2019年耦合協調度空間變化趨勢(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量協同發展是當前國土空間優化調控的重點。三生功能識別及耦合協調分析可以為國土空間規劃和生態修復“精準施策”提供客觀依據。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展差異較大,應重點關注中山、惠州、肇慶在珠三角城市群發展中的定位和對三生空間的需求,提升對整體區域的貢獻度。其次,“生產—生活”方面仍以中度耦合協調為主,說明珠三角城市群生產、生活的協同發展程度相對滯后,需進一步從“生產—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展不均衡問題仍比較突出,應繼續落實可持續發展理念、更加注重生態環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,基礎數據收集困難,部分指標數據只能用相近的指標替代。且因數據獲取有限,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、植被覆蓋指數等數據代替部分統計數據。三生空間功能的耦合協調關系研究有利于促進三生空間功能協調發展,而耦合協調背后的作用機制和耦合協調發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系越來越緊密。耦合度呈現以廣佛等高耦合地區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整體協同發展的特征。兩兩耦合協調度差異明顯,“生態—生產”與“生態—生活”從中度耦合協調轉變為高度耦合協調,但“生產—生活”仍以中度耦合協調為主,說明珠三角城市群生產、生活空間的協同發展程度相對滯后,需從“生產—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部三生空間的相互互動關系有利于識別珠三角城市群內部三生空間發展過程的不平衡、不協調問題,為珠三角水土保持功能的整體提升和國土空間生態修復提供參考。