云南省国土空间“三生”功能变化及耦合协调特征

李媛媛，李志英，龙 晔，汪 琳，裴玉力，郑文皓

（云南大学建筑与规划学院，昆明 650091）

国土空间是一个功能空间，考虑空间主体功能，从“三生空间”角度可将其划分为生产功能、生活功能、生态功能，“三生”功能源于“三生空间”。从微观地理现象认识“三生空间”，每一个空间单元都可能由多种功能混合。在宏观尺度上，“三生”功能更符合对国土空间的认知［1，2］，随着工业化和城镇化加快，出现了“三生”功能互相抢占空间，矛盾冲突不断的问题［3］。在人多地少，土地资源紧张的现实背景下，提升“三生”功能协同作用并使其发挥乘数效应，成为实现国土空间可持续发展的必然要求。国外对国土空间功能的研究以土地功能展开。农业土地多功能性［4］概念提出后，国外关于土地多功能性的研究日益增多，并多以生态系统服务价值［5］、景观生态研究［6］、土地利用变化［7］等为关注点。国内关于土地功能的定义并不明晰，对于国土空间功能的研究更多以人对土地的需求出发，侧重于土地利用功能分类［8］、评价以及动态变化［9］等。为统筹区域协调发展，《全国主体功能区规划》对国土空间功能分区做了进一步谋划，其后，土地利用功能多样性研究成为热点［10，11］。“三生空间”目标提出后，国土空间特征及协调研究更多向“三生”视角转变，且理论成果较为丰富，对“三生”功能进行了识别和分类［12］；基于“三生”功能，对国土空间进行功能评价和分区优化［13-15］；借鉴协同学［16，17］、生态位态势理论［18］研究功能的时空格局和协调关系。研究方法上，大多通过定量识别［13-19］构建“三生”功能指标体系，采用熵值法［16，17］、熵权TOPSIS 模型［20］等构建评价模型，并采用比较优势指数［14］、聚类分析［20］、空间相关性分析［21］、耦合协调模型［16，17］等进一步研究。研究区域主要集中于长江流域及经济发展较好的东部地区［13-21］，对国土开发受限较多的高原山地城市区域研究较少。针对评价指标反映多个功能属性的情况［15］，对其功能界定还应更加清晰。本研究从“三生”功能视角出发，以州市为评价单元，在指标选取上依托云南省社会经济发展和生态建设情况，构建评价指标体系。选取2007、2012、2017 年为评价时间节点，采用熵值法、耦合协调度模型和变异系数法对2007—2017 年云南省“三生”功能时空变化和耦合协调特征进行研究，并根据研究结果提出优化建议，以期为生态环境较为脆弱的高原山地区域“三生”功能格局调整提供理论借鉴。

1 研究区与数据来源

云南省地处中国西南边陲，有8 个自治州8 个地级市，是中国边界线较长的省份，境内山地众多，城市开发与生产活动主要依托于国土空间6%的坝区。作为长江上游的生态安全屏障，云南省承担了重要的生态功能；作为面向南亚、东南亚的门户，云南省具有重要的战略地位和广阔的发展前景。2007—2017 年间，云南省经济发展较迅速，城镇化率由31.6%上升至46.7%，人均GDP 由1.05 万元上升至3.41 万元，并且随着与南亚、东南亚对外贸易政策的颁布，进出口贸易也有进一步发展。但由于产业资源依赖度高、附加值低等问题，云南省经济发展水平不高且各州市发展参差不齐；基础设施建设薄弱，公共服务设施差距较明显，尤其体现在边疆和民族地区；生态环境脆弱，水资源时空分布不均且坝区水污染严重，滇东北和滇东南成为土地荒漠化重灾区［22］。2014 年，《云南省主体功能区规划》对国土空间开发做出指导，并对生态保护和经济发展提出了现实考验。随着区域内人口、经济、社会快速发展，实现生态安全、经济发展和人居保障三者的平衡成了亟须解决的问题，选取地处高原山地及边疆区域的云南省作为研究对象也具有一定典型性。因此，研究以云南省16 个州市为评价单元，统计数据资料主要来源于2008、2013、2018 年《云南省统计年鉴》《中国区域经济统计年鉴》和各州市统计年鉴及各类统计公报等。

2 研究方法

2.1 综合评价模型

2.1.1 评价指标选取 根据“三生”功能定义［12］，在参考已有“三生”功能研究基础上［13-21］，兼顾云南省实际发展情况［22，23］，研究选取26 个评价指标。生产功能选取农业生产、非农业生产、经济发展水平相关指标；生活功能考虑地区生活水平和服务水平，反映生活空间适宜程度和保障程度；生态功能选取生态承载、环境整治、生态维持相关指标，反映生态环境的污染程度、改善水平和维持能力。鉴于云南省水资源时空分布不均且水污染严重的情况，选取水耗、废水排放等相关指标，详细指标见表1。

表1 “三生”功能评价指标体系

2.1.2 “三生”功能值确定

1）数据标准化处理。为利于评价，进行数据标准化处理。将h年、m个州市、n项指标组成初始数据矩阵X=h×m×n（1≤θ≤h；1≤i≤m；1≤j≤n），为第θ年份第i个城市第j项指标的原始数值。然后，借鉴非零变换的标准化方法［14］对原始矩阵进行标准化处理。

式中，为标准化后数值，max（xj）、min（xj）分别为某州市第j项指标所有年份中的最大值和最小值。

2）指标权重确定。为排除人为主观判断的影响，获得更为客观的数据，采用客观赋权法中操作较为简单和反映更为客观的熵值法进行权重计算［24］。主要步骤为：

第一，计算第θ年第j项指标所占权重。

第二，计算指标信息熵ej。

第三，计算信息熵冗余度dj。

第四，计算指标权重wj。

3）“三生”功能值计算。将式（6）计算后所得指标权重wj乘以相应标准化数值，得出各州市各年份“三生”功能值。

2.2 耦合协调度模型

耦合度能反映“三生”功能相互作用强度，不能反映协调水平高低［25］。为体现各州市功能协调程度，了解云南省整体发展水平，借鉴姜磊等［26］的耦合协调度模型进行计算。

式中，C、T分别为“三生”功能耦合度和综合发展水平，Z1、Z2、Z3分别为生产、生活、生态功能综合评价值，α1、α2、α3分别为生产、生活、生态功能待定系数，D为“三生”功能耦合协调度。考虑到“三生”功能对国土空间起同等重要的作用［16，27］，故取α1=α2=α3=1/3。

为便于比较“三生”功能发展水平和协调度发展情况，参考已有研究［28，29］，构建协调度评价等级标准，如表2。

表2 “三生”功能协调等级标准

2.3 变异系数

由于反映绝对差异的标准差、极差等会受整体样本数据大小影响，在样本数据相差较大的情况下，不同时间点具有不可比性。为更直观反映各州市“三生”功能协调水平差异，借鉴反映相对差异的变异系数CV进行测度［30］。

3 结果与分析

3.1 “三生”功能评价

采用ArcGIS 10.5 对“三生”功能结果进行可视化，并利用自然断点法将其按高、较高、较低、低4 个等级划分，见图1、图2、图3。

3.1.1 生产功能 2007、2012、2017 年生产功能均值分别为0.106、0.180、0.256，有明显提高。2007 年，功能低值区占比最大，为68.75%，较高值区仅有昆明市；2012 年，功能低值区占比显著下降，为37.5%，较低值和较高值区占比上升，昆明市生产功能转变为高值；2017 年，功能低值区包含怒江和迪庆两州，较低值区占比最大，为56.25%，红河州功能值升至较高，德宏州迈入高值区行列（图1）。空间分布上，表现出较明显的“中心—外围”结构，高值主要以昆明市为中心，集中在滇中地区。

图1 2007—2017 年间生产功能分布

生产功能主要受政策驱动和地理环境影响。昆明市作为省会城市，受政策驱动和投资倾向等影响，资金和信息聚集程度相对较高。2007—2017 年，农业、非农业生产和经济发展表现均较突出，且与其余州市有梯度式差距，极化效应十分明显。滇中玉溪、曲靖等城市主要受自然条件、地理区位和政策驱动影响。首先，滇中坝区面积相对较大，国土开发限制较少，其经济密度较高；其次，在地理空间上与昆明市存在一定近邻效应，城市流流动相对通畅；此外，2009 年《滇中城市群规划》、2014 年《滇中城市经济圈一体化发展规划》等战略规划给滇中带来发展机遇，使其在工业产出、国内生产总值及财政收入上较其余州市显著领先。2007—2017 年，其生产功能仅次于昆明市且较其余市州发展势头强劲，但由于楚雄产业单一且产出低效，生产功能表现相对乏力。沿边城市地处交通末梢位置，交通区位欠佳［31］，滇西德宏州受对外开放政策影响较大，相继建立了边境贸易区、经济合作区，其进出口贸易总额占全省比重较大，发展趋势明显加快；滇西北州市由于地处“三江并流”地带，国土开发建设受限且交通闭塞，其农业及工业产值低；滇西南州市地均工业产出、国内生产总值较低，外贸表现不突出，在2007—2012 年发展较缓慢。总的来看，生产功能出现梯度式上升，主要因为“十一五”及“十二五”期间，各州市GDP 提高明显，2012 年较2007 年增长50%以上，而2017 年较2012 年增长38%以上。

3.1.2 生活功能 2007、2012、2017 年生活功能均值分别为0.161、0.281、0.471，有明显提高。2007 年，13 个州市处于低值区，滇中生活功能相对较强，但依然处于中等水平；2012 年，低值区逐步转化为较低值区，较低值区占比较大，昆明市生活功能向高值迈进；2017 年，全省生活功能表现为较高和高两个等级，较高值区占比大（图2）。空间分布上，“中心—外围”结构突出且分布趋于均衡，空间分异有梯度式缩小，整体表现出昆明市、玉溪市生产功能强，而其余州市较其次之且差距不大。

图2 2007—2017 年间生活功能分布

各州市生活功能有梯度式提高主要受经济水平和地理环境影响，表现在2007—2017 年，人均GDP、工资水平、医疗服务设施配置有显著提高。昆明市和玉溪市城镇化率较高，在生活水平和人居保障上相对领先，由于玉溪市与昆明市空间联系强度较强［32］，差距进一步缩小。其余州市功能分布呈现均衡且不突出主要与生活水平低有关，由于云南地形复杂，除滇中地区地势相对平坦，其余州市均不同程度受地理隔离影响，表现为生活水平上各州市城镇化率、人均GDP 较昆明市差距明显且州市间差距不大，人口分散以致设施配置不足等。其中，昭通市生态环境脆弱、贫困人口多且贫困程度深，表现出生活水平极低且人居保障中医疗设施配置不足、失业率偏高等问题，在同梯度中功能较弱。滇西北地区受地理环境限制，人口密度、交通通达度极低，服务设施不完善，虽然其城镇化率不高、生产功能较弱，但由于高原补助等相关政策扶持，怒江州和迪庆州的职工工资水平却不低，在生活水平上有较好改善。

3.1.3 生态功能 2007、2012、2017 年生态功能均值分别为0.516、0.610、0.678，有明显提高，且整体比生产和生活功能强。2007 年，生态功能低值和较低值区占比较大，分别为37.5%、43.75%，高值区仅有1个；2012 年，高值区新增丽江市，较高值区占比增大，为43.75%，滇中和滇东北、滇东南城市提升至较低水平；2017 年，生态功能大多提升至中上及以上水平，高值区占比最大，为43.75%，较低值区主要有昆明市、曲靖市、文山州和玉溪市（图3）。空间分布上，西部生态水平较高，滇中的昆明市、曲靖市以及滇东北和滇东南生态功能值较低，整体表现出西部生态功能强，东部生态功能弱的特点。

图3 2007—2017 年间生态功能分布

生态功能空间分异主要受生态环境、生产活动等影响，其功能提高得益于生态维持、环境治理能力不断加强；哀牢山以西及横断山区水资源丰富、森林覆盖率高，生态功能高及较高值区由西向东逐渐扩大，并呈组团式、连片式增强。此外，这些区域还包含大部分国家级和省级重点生态功能区，国土开发较受限，生态环境相对较好。2007—2012 年间，滇西北的怒江州由于污水及固废物处理能力较弱，生态功能相对较差。虽然迪庆州、怒江州生态环境良好，但其建成区绿化覆盖率仍处于极低水平，城市生活环境亟须提升。滇中及东部地区中，滇中坝区国土开发适宜性较好，承担了更多城市建设和生产活动，生产活动对环境施加压力较大，表现出与生产功能发展相悖，但在城镇空间生态维持上，滇中地区表现较好。昭通市、曲靖市、文山州、红河州受地质环境影响，水土流失严重，生态环境较脆弱，森林覆盖率较低。其中昭通市地质结构复杂且地质灾害频发、人均公园绿地面积低，生态功能提升较慢。红河州矿产资源丰富，重工业比重相对较大，污染排放较严重，2007—2017 年，通过加大环保投入及严格监管污染物排放，SO2排放逐渐减少，其生态功能提升较明显。

3.2 “三生”功能耦合协调分析

1）时序特征。2007—2017 年间，耦合协调度逐步上升（图4），反映出各州市“三生”功能协调水平进一步提高。由于研究期间各州市“三生”功能有较好改善，因此协调水平处于向好的发展态势。在2007—2012 年间，丽江市耦合协调度年平均增长率最大，怒江州最小；2012—2017 年间，普洱市耦合协调度年平均增长率最大，曲靖市最小。除怒江州和普洱市外，整体表现出2007—2012 年耦合协调度年平均增长率大于2012—2017 年的态势（图5），反映出2007—2012 年，“三生”功能协调水平快速提升。利用变异系数对数据进行描述性统计分析，由表3可知，2007—2017 年各州市变异系数小幅减小，反映出协调度差异有缩小的趋势。

表3 2007—2017 年耦合协调度时序差异

图4 2007—2017 年各州市“三生”功能耦合协调度

图5 “三生”功能耦合协调度年平均增长率

2）空间分异。协调度高值主要集中在滇中昆明市及玉溪市，低值主要集中于沿边的迪庆、怒江、普洱等州市，整体表现出较明显的“中心—外围”结构（图6）。除滇中和沿边部分区域外，其余州市协调水平相差不大，空间布局呈“总体失衡，局部均衡”的特点。2007 年，全省以轻度失调和中度失调为主，昆明市和玉溪市处于协调和失调之间的过渡阶段，无处于协调阶段的州市；2012 年，以轻度失调和基本协调为主，处于协调阶段的州市较少，昆明市转变为中度协调，滇中地区曲靖市和玉溪市提升至初级协调水平；2017 年，以初级协调和基本协调为主，昆明市提升至高度协调水平，无处于失调阶段的州市。从2007—2017 年协调度演变可得，大部分州市处于轻度失调到初级协调（基本协调及其左右）的水平，空间分布较均衡且整体协调水平不高，与各州市自身生产功能较弱，生活功能表现不够突出有关。昆明市和玉溪市生产和生活功能较强，处于较高协调水平。沿边城市中，德宏州由于外贸发展势头较好，且生态功能较强，“三生”功能协调水平也较高。迪庆州、怒江州、普洱市由于生产和生活功能均较弱，表现出与较强的生态功能相对抗，总体处于失调和过渡阶段。昭通市“三生”功能不突出，2007—2017年协调水平不高。

图6 2007—2017 年耦合协调度等级分布

4 结论与建议

4.1 结论

结合评价指标体系、耦合协调度模型和变异系数研究后，发现2007-2017 年云南省“三生”功能变化如下。

1）“三生”功能逐渐加强，且空间分布特点较明显。生产功能和生活功能表现为较明显的“中心—外围”结构，生产功能受政策驱动和地理环境影响，高值区集中于昆明及邻近州市，其中，昆明市极化效应明显，与各州市有梯度式的差距。沿边城市中的德宏州受对外贸易政策扶持，生产功能发展也处于较高水平；生活功能受经济水平和地理环境影响，除滇中生活功能较强外，其余州市功能分布均衡且功能值相差不大；生态功能受生态环境和生产活动影响，整体表现强于生产功能和生活功能，空间分布呈现西部较强，东部较弱的特点，并且功能高、较高值区由西向东形成组团式、连片式扩张及增强的趋势。

2）耦合协调度时序特征上，由于研究期间“三生”功能有较好改善，各州市协调度逐渐提高且州市间差异小幅减小。其中，2007—2012 年间耦合协调度年平均增长率高于2012—2017 年。

3）“三生”功能耦合协调度经历了轻度失调和中度失调占主导到轻度失调和基本协调占主导，再到初级协调和基本协调占主导的演变，反映出云南省“三生”功能协调度总体还处于轻度失调到初级协调的阶段，“三生”功能协调度还存在较大提升空间。空间分布上呈现出较明显的“中心—外围”结构特点，高值区主要集中在昆明和玉溪两市，低值区主要集中在迪庆州、怒江州、普洱市、昭通市。由于除滇中和部分沿边区域外，其余州市协调度差距不大，空间布局表现出“总体失衡，局部均衡”的特点。

4.2 建议

通过对“三生”功能时空变化及耦合协调特征的反映来看，云南省还应继续加强“三生”功能，进一步提升功能协调度。针对云南省国土空间建设，提出建议如下。

1）生产功能上，各州市要打破行政壁垒，加快基础设施建设，促进资金、信息和技术的流动，并依托自身资源禀赋发展差异化、高附加值特色产业，相互联动构成网络化产业集群。要加大对各区域的政策扶持，厘清发展重点，合理进行产业分工。滇中重点开发地区中，昆明市要发展高新技术产业；曲靖、玉溪等市要依托地域资源发展采矿、烟草、冶金、制造等产业，并在发展同时增加其产业附加值，如烟草配套、新能源及旅游体验产业等。对于沿边城市，要发挥其地缘优势，加快与南亚和东南亚的商贸互通，通过对瑞丽和勐腊（磨憨）等重点开发开放试验区的建设，使其成为能辐射带动沿边州市发展的区域增长极。从长远看，未来各州市要走可持续发展道路则必须摆脱对不可再生资源的过度依赖，尽快实现产业结构转型升级。此外，处于重点生态功能区的州市（如怒江州、迪庆州）开发建设困难，且承担着维护生态安全的作用，因此在限制其开发的前提下，建立生态补偿制度，落实生产和生活保障。

2）生活功能上，要加快实现城镇化。全省仅昆明市人口城镇化率相对较高，要通过产业提升实现居民的非农化转变并加强人居环境建设。首先，克服山地城市地形复杂的自然环境劣势，保障基础设施互联互通，提高城乡区域交通通达度。其次，从区域角度入手，分等级合理配置医疗、教育、文化等设施，确保城乡都能享受到较高质量的公共服务设施。最后，加大各州市社会保障力度，继续加强滇西北等地区职工的工资保障，满足并提升其消费能力。

3）生态功能上，要坚守生态保护红线，城市建设采用“先生态保护后发展”的“反规划”理念，避免侵占生态用地。应构建生态廊道，维持生态安全格局，保障生态系统多样性。滇中地区为云南缺水最严重地区，生产致使水资源消耗较高，因此要加快高能耗产业的节能改革和水资源的循环再利用。滇东北和滇东南区域要着力治理陡坡荒地及水土流失，通过造林种草等手段最大程度提升生态服务价值。迪庆、怒江两州要着力改善建成区人居环境，可结合高原山地城市用地特点，打造特色景观（如构建口袋公园、街旁绿地等），提高建成区绿地率以增加城市生态空间和市民休憩空间。