珠三角城市群三生空間功能的耦合協(xié)調(diào)時(shí)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(xué)地理科學(xué)與遙感學(xué)院,510006,廣州)

隨著珠三角城市化進(jìn)程不斷加快,城鄉(xiāng)建設(shè)用地不斷擴(kuò)張,造成水土流失嚴(yán)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(bào)告明確提出“促進(jìn)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(dòng)和生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系變得尤為重要。“三生”空間指具有生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能用地的總稱,是自然系統(tǒng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(guān)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(jì)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(dǎo)致的水土流失等生態(tài)問題日益嚴(yán)重。因此,以三生空間視角開展城市群多功能相互關(guān)系研究,能夠更好地理解珠三角發(fā)展與生態(tài)保護(hù)之間的關(guān)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(fù)提供參考。

當(dāng)前,三生空間的研究主要涉及三生功能的分類體系構(gòu)建[4-5]、空間識(shí)別[6-7]、空間格局演變及其驅(qū)動(dòng)因素[8-9]、土地利用轉(zhuǎn)型[10-12]以及耦合協(xié)調(diào)關(guān)系[13-15]等方面。相關(guān)研究充分認(rèn)識(shí)三生空間功能耦合協(xié)調(diào)關(guān)系有利于系統(tǒng)分析當(dāng)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(guān)系,提出針對(duì)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(jìn)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(guān)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(jì)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(shí)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(gè)城市組成,覆蓋面積約5.4萬km2。以亞熱帶季風(fēng)氣候?yàn)橹?年均降水量在1 500 mm以上,年均氣溫為21～23 ℃。地勢(shì)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(dá)51.8%。2021年4月,珠三角國家森林城市群成為我國首個(gè)國家森林城市群,主要建設(shè)區(qū)域綠化覆蓋率達(dá)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(jì)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(dá)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(jì)年鑒》《廣東統(tǒng)計(jì)年鑒》(http://stats.gd.gov.cn/)以及珠三角9個(gè)城市的市統(tǒng)計(jì)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(shè)部下的《中國城市建設(shè)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(bào)》(slt.gd.gov.cn)。針對(duì)各市個(gè)別年份缺失的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),由臨近年份對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)代替或采用均值法計(jì)算得到,部分人均指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算后得出。

2.2 研究方法

2.2.1 三生空間評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建 參考近年來同類文獻(xiàn)中使用頻次較高的指標(biāo),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(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)(表1)。采用極差標(biāo)準(zhǔn)化[19]的方法去除數(shù)據(jù)量綱影響后,根據(jù)熵權(quán)法[20]和變異系數(shù)法[21]2種客觀賦權(quán)法計(jì)算權(quán)重,再采取綜合賦權(quán)法得到24個(gè)指標(biāo)的綜合權(quán)重,從而形成三生空間功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

表1 珠三角城市群“三生空間”評(píng)價(jià)指標(biāo)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(gòu)建 耦合是指2個(gè)及2個(gè)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(gè)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?fàn)顟B(tài),發(fā)現(xiàn)三生空間功能的演變規(guī)律。參考相關(guān)研究成果[23]進(jìn)行三生空間功能耦合度模型的構(gòu)建,具體計(jì)算為公式(1)。為進(jìn)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(guān)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(dāng)C=1的時(shí)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(gè)系統(tǒng)間的相關(guān)性最高,彼此間有序發(fā)展;C=0表示離散程度最大,3個(gè)系統(tǒng)之間無關(guān)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(píng)價(jià)值、生活空間綜合評(píng)價(jià)值、生態(tài)空間綜合評(píng)價(jià)值。

耦合度反映系統(tǒng)間相互作用的強(qiáng)弱,耦合協(xié)調(diào)度則用來衡量多個(gè)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(bǔ)耦合度不能反映各功能是相互促進(jìn)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(gè)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(píng)價(jià)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(quán)重,就珠三角城市群的發(fā)展而言,相對(duì)側(cè)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(jié)合公式(5)和公式(7)～(9)可計(jì)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(dāng)生產(chǎn)功能和生活功能進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)度測(cè)算時(shí),α=β=0.50;當(dāng)生活功能和生態(tài)功能進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)度測(cè)算時(shí)β=0.55,γ=0.45;當(dāng)生產(chǎn)功能和生態(tài)功能進(jìn)行耦合協(xié)調(diào)度測(cè)算時(shí)α=0.55,γ=0.45。參考相關(guān)文獻(xiàn)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(jié)果與分析

3.1 三生空間功能耦合度時(shí)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(kuò)散的趨勢(shì)(圖2)。肇慶、珠海等一直處于磨合階段,良性共振耦合進(jìn)程緩慢。部分城市的耦合度演進(jìn)呈現(xiàn)明顯波動(dòng),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(jìn),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(shí)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(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(jìn)。

圖3 1999—2019年耦合協(xié)調(diào)度時(shí)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(jì)1999、2004、2009、2014和2019年5個(gè)時(shí)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shì)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(jié)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(dòng)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(jì)交流不斷加深、核心城市輻射范圍逐漸擴(kuò)大、生態(tài)文明理念的逐步落實(shí)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(jié)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(shì)(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(dòng)珠三角城市群高質(zhì)量協(xié)同發(fā)展是當(dāng)前國土空間優(yōu)化調(diào)控的重點(diǎn)。三生功能識(shí)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(fù)“精準(zhǔn)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(yīng)重點(diǎn)關(guān)注中山、惠州、肇慶在珠三角城市群發(fā)展中的定位和對(duì)三生空間的需求,提升對(duì)整體區(qū)域的貢獻(xiàn)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(duì)滯后,需進(jìn)一步從“生產(chǎn)—生活”空間關(guān)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(yīng)繼續(xù)落實(shí)可持續(xù)發(fā)展理念、更加注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)與社會(huì)生活改善,并加大珠三角核心城市的對(duì)外輻射。

本研究仍存在許多不足。由于研究時(shí)間跨度大,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集困難,部分指標(biāo)數(shù)據(jù)只能用相近的指標(biāo)替代。且因數(shù)據(jù)獲取有限,未在城市群縣域尺度下進(jìn)行研究。未來可基于更細(xì)微的尺度,并結(jié)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(jì)數(shù)據(jù)。三生空間功能的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系研究有利于促進(jìn)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(jī)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(jié)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(kuò)散的空間趨勢(shì),但中山、惠州、肇慶一直處于較低耦合階段,在時(shí)間維度上呈現(xiàn)由磨合階段逐步向高耦合階段邁進(jìn)的特點(diǎn)。

2)珠三角城市群各市三生空間功能的關(guān)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(duì)滯后,需從“生產(chǎn)—生活”空間關(guān)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(dòng)關(guān)系有利于識(shí)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(fù)提供參考。