黄河流域三生空间的演变与区域差异——基于资源型与非资源型城市的对比

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李江苏^,¹, 孙威²^,³^,⁴, 余建辉^,²^,³^,⁴

1.河南大学黄河文明与可持续发展研究中心暨黄河文明省部共建协同创新中心,开封 475001

2.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101

3.中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室,北京 100101

4.中国科学院大学资源与环境学院,北京 100049

Change and regional differences of production-living-ecological space in the Yellow River Basin: Based on comparative analysis of resource-based and non-resource-based cities

LI Jiangsu^,¹, SUN Wei²^,³^,⁴, YU Jianhui^,²^,³^,⁴

1. Key Research Institute of Yellow River Civilization and Sustainable Development & Collaborative Innovation Center on Yellow River Civilization Jointly Built by Henan Province and Ministry of Education, Henan University, Kaifeng 475001, China

2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China

3. Key Laboratory of Regional Sustainable Development Analysis and Simulation, CAS, Beijing 100101, China

4. College of Resources and Environment, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

通讯作者: 余建辉,男,甘肃张掖人,副研究员,研究方向为经济地理与区域发展。E-mail: yujh@igsnrr.ac.cn

收稿日期:2020-06-22修回日期:2020-09-4网络出版日期:2020-12-25

基金资助:

国家自然科学基金项目.41401129
河南省哲学社会科学规划项目.2018CJJ073
河南省教育厅人文社科项目.2020-ZDJH-033
河南省高校科技创新人才支持计划.2020-CX-006

Received:2020-06-22Revised:2020-09-4Online:2020-12-25
作者简介 About authors
李江苏,男,云南陆良人,副教授,研究方向为空间分析与区域发展。E-mail: lijs.09b@igsnrr.ac.cn

摘要
黄河流域是中国生态脆弱性较典型的国土空间范围,流域内资源型与非资源型城市经济发展方式差异大,研究两者三生空间的演变与区域差异,对认知黄河流域国土空间开发利用状况很重要。在三生空间分类的基础上,采用空间自相关、泰尔指数,测度了流域内两类城市三生空间的区域差异。研究表明：①两类城市三生空间均变化较大,生活空间上升显著,资源型城市生态空间被生活、生产空间挤压的时段更长;非资源型城市生产空间被生活、生态空间挤压的时段更长。②两类城市三生空间具有空间聚集特征,三生空间的高密度区和低密度区较稳定。③对于影响两类城市三生空间区域差异的要素（经济和人口）而言,经济发展更易扰动三生空间变化。在经济和人口要素的影响下,非资源型城市三生空间的区域差异较大,而资源型城市的区域差异较小,其可能的原因与非资源型城市经济发展方式多样而资源型城市相对单一有关。黄河流域所有城市三生空间的总体差异主要来自两类城市内部。资源型城市生产、生态空间的区域差异,以及非资源型城市生活空间的区域差异,对黄河流域所有城市三生空间的区域差异产生主要影响。本文提出相关对策建议,以期为黄河流域国土空间管控与治理提供参考。
关键词： 黄河流域;三生空间;区域差异;资源型城市;非资源型城市

Abstract

It is known that the ecological vulnerability is rather prominent in the Yellow River Basin (YRB); there are great differences in economic development mode between resource-based and non-resource-based cities in this basin. Studying the evolution and regional differences of the production-living-ecological space (PLES) of two types of cities in the basin, which is particularly important to understand the development and utilization of land-space in the YRB. Based on the PLES classification, this study measured the regional differences of PLES in the two types of cities by employing spatial auto-correlation and Theil index. It was found that: (1) PLES of the two types of cities changed dramatically, living space had increased significantly; the ecological space of resource-based cities was squeezed by living and production space for a longer time; while the production space of non-resource-based cities was squeezed by living and ecological space for a longer time. (2) PLES of the two types of cities showed the characteristics of spatial aggregation, and the high-density area and low-density area of PLES of each type was relatively stable. (3) For factors (economy and population) affecting the regional difference of PLES of the two types of cities, economic development was more likely to cause the change of PLES. Influenced by economic development and population, the regional difference of the PLES of non-resource-based cities was obvious, while that of resource-based cities was comparatively small. Possible reasons for the differences may be the diverse modes of economic development in non-resource-based cities and the lack of diversity in resource-based cities. The overall regional differences of PLES of all cities in the Yellow River Basin mainly depend on the internal differences of the two types of cities. The regional differences of production and ecological spaces from the resource-based cities and the regional differences of living space from the non-resource-based cities had major impact on the regional differences of PLES of all cities in the Yellow River Basin. This paper puts forward relevant countermeasures and suggestions, which is of significance for the management of land-space in the YRB.

Keywords：Yellow River Basin;production-living-ecological space (PLES);regional differences;resource-based cities;non-resource-based cities

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李江苏, 孙威, 余建辉. 黄河流域三生空间的演变与区域差异——基于资源型与非资源型城市的对比. 资源科学[J], 2020, 42(12): 2285-2299 doi:10.18402/resci.2020.12.03
LI Jiangsu, SUN Wei, YU Jianhui. Change and regional differences of production-living-ecological space in the Yellow River Basin: Based on comparative analysis of resource-based and non-resource-based cities. RESOURCES SCIENCE[J], 2020, 42(12): 2285-2299 doi:10.18402/resci.2020.12.03

1 引言

改革开放以来,中国经济快速增长导致人地关系紧张,“生态-生产-生活”空间争地现象突出^[1]。城镇空间扩张占用优质耕地^[2];一味追求新增耕地,导致大量林、草地被占用^[3];未利用地作为耕地的后备资源,却被随意调整为建设用地;而生态用地正在被农用地、建设用地所蚕食^[4]。随着中国工业化、城市化进程的加快,区域三生空间结构比例趋于失衡,空间冲突愈演愈烈^[5],生产、生活和生态用地之间的博弈不断升级。国土空间的无序开发,会制约区域可持续发展,衍生出导致区域发展竞争力下降的系列社会问题,影响到生态环境、投资环境、人居环境。改革开放后的很长一段时期内,中国缺少对整个国土空间的战略部署^[6],2012年党的“十八大”报告首次将优化国土空间开发格局提到战略高度,国土空间被视为生态文明建设的空间载体,优化国土空间开发格局被确定为中国生态文明建设的首要任务。随着这一战略向纵深推进,国土空间开发研究主要从过程、格局、机制和政策等方面展开。专家****分析不同空间尺度下的国土空间开发演变过程,研究国土空间要素的数量、布局、时空联系、区域分异特征及形成机制,在此基础上构建国土空间开发布局情景模拟和优化模型,基于模型结果提出国土空间优化政策建议^[7]。学界已在主体功能区规划^[8,9]、国土空间优化^[10,11]、国土空间资源环境承载能力^[12,13]和开发适宜性评价^[14,15]（也称为“双评价”^[16,17]）、国土空间开发强度^[18,19,20]等方面积累了大量研究成果。

近年来,为保障国土空间的合理开发利用,中国高度重视三生空间的协调发展。2015年中央城市工作会议提出“统筹生产、生活、生态三大布局,提高城市发展的宜居性。城市发展要把握好生产空间、生活空间、生态空间的内在联系,实现生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”,形成生产、生活、生态空间的合理结构。2017年党的“十九大”报告提出“完成生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界三条控制线划定工作”,旨在统筹生产、生活和生态的空间格局关系,推动城市经济环境的可持续发展。国家对三生空间的重视标志着中国城乡建设、国土开发的模式从以生产空间为主导,向重视三生空间协调发展转变^[21]。如何有效缓解三生空间之间的矛盾,实现生产、生活、生态空间的协调发展,成为国土空间开发中备受关注的焦点问题。

土地资源的多功能属性兼顾了粮食安全、经济发展和生态保护之间的关系,激发了****对三生空间相关科学问题的探索^[22]。三生空间是生产空间、生活空间和生态空间的简称。在学术界,三生空间尚无统一的概念界定,基于通俗理解和学界相关解释,其涵盖的3个术语被概括为：生活空间是人们日常生活活动的空间载体;生产空间是人们从事生产活动所形成的特定功能区;生态空间是提供生态产品和生态服务的地域空间^[23]。目前,有关三生空间的研究集中围绕三生空间的类型划分、时空格局以及空间优化3个方向开展。①三生空间分类问题是开展三生空间时空格局、空间优化研究的基础,现有文献做了大量讨论^[4,22,24,25]。部分****从土地利用类型主导功能出发,界定了三生空间土地利用类型目录^[25,26];然而,有部分****由于考虑某类土地利用类型的交叉功能,在生产空间、生活空间、生态空间的基础上,增加了生活-生产用地、生产-生态用地、生态-生产用地等类型,使之与三生空间并列^[22,27],这样使三生空间的分类趋于复杂。②****从不同尺度对三生空间格局进行探讨。在全国尺度,采用ArcGIS软件中的重分类赋值法探讨三生空间分布格局,研究表明生产空间主要分布在胡焕庸线东侧的主要城市群及粮食主产区,生活空间主要分部在全国主要城市及城市群,生态空间主要分布在胡焕庸线西侧^[25]。在省域尺度,格网分析、空间自相关分析、三生空间综合评价、单一动态度的三角图分析、空间分析被用于省域空间分布格局和演化特征研究。研究显示：省域内部三生空间格局与演化呈现明显的地域差异^[27,28];湖北省的研究表现为生产空间和生活空间扩张明显,生态空间明显萎缩^[28];而河南省的研究表现为生活空间、生态空间趋于稳定,生产空间变化较大^[27]。在城市群尺度,三生空间功能测度模型被用于实证分析,研究发现生产、生活空间集中分布于东部沿海地区且呈扩张趋势,生态空间则集中分布于西部山地、丘陵地区且整体呈缩减变化态势^[29]。在地级市尺度,格网核密度方法被用于分析特大城市（武汉）的三生空间格局^[30]。在县域尺度,空间洛伦兹曲线和结构基尼系数^[4,31]、空间转移矩阵、邻域分析、空间自相关与热点分析^[32]被用于不同县域三生空间格局实证分析。除上述行政空间尺度外,部分研究突破了行政边界,探讨河流流域（白龙江流域）^[33]、三角洲（长江三角洲核心区）^[34]、山区自然地理空间范围（太行山区）^[26]、生态旅游区（福建省马洋溪生态旅游区）^[35]的三生功能空间格局。③针对生产、生活和生态用地之间博弈不断升级的现实,在充分认知三生空间的协同与竞争关系的基础上,学界开展三生空间优化研究。“千层饼”模型^[36]、三生空间分类评价指标体系^[21]、生态评估模型^[23]被用于制定不同空间尺度的三生空间优化策略。

上述研究对本文具有重要借鉴价值,但研究多关注三生空间的分类及时空格局,且时空格局多关注行政区划单一尺度,如全国、省域、城市尺度等,较少分析生态较脆弱的自然流域三生空间的时空格局及区域差异。黄河流域作为具有复杂特征的自然流域,在经历了长期的国土空间无序开发利用后,出现水土流失、河流断流（1972—1999年）、荒漠化等问题,使该区域成为中国乃至全球生态脆弱的典型流域。自1999年起,国家为了应对生态脆弱问题,实施了退耕还林政策,对生态空间占比提升有积极作用。2000年,国家实施了西部大开发和产业转移战略,这些国家战略对黄河流域土地利用方式产生深远影响。与此同时,流域内各省、地市竞相提高工业化和城镇化水平,未来这种趋势还将延续,这也在很大程度上改变着流域内的土地利用结构。综上,黄河流域作为国家生态脆弱典型区^[37],近几十年叠加了多项国家战略,且经历了快速工业化和城市化,生产、生活和生态用地之间博弈不断升级,这种状况已成为制约黄河流域经济社会可持续发展的重要因素。流域内“资源型”与“非资源型”城市各占一半,资源型城市与非资源型城市相比,其生态环境和经济发展问题更加突出,对区域可持续发展带来巨大挑战。2018年首届全国资源型城市学术研讨会上,相关专家指出,在现有相关研究的基础上,亟待开展“资源型”与“非资源型”城市的比较分析,发现两类城市的异同,更好地指导区域可持续发展。本文在三生空间分类的基础上,探讨黄河流域内部两类城市（资源型城市与非资源型城市）的三生空间演变状况,采用空间自相关、泰尔指数,测度两类城市的三生空间区域差异,有利于厘清两类城市在国土资源开发利用上的异同,相关研究结论可为黄河流域国土空间管控与治理、黄河流域生态保护和高质量发展提供相关依据。

2 研究区域

黄河发源于青藏高原,全长5464 km,是中国仅次于长江的第二大河。黄河流域位于东经96°—119°,北纬32°—42°之间,东西长约1900 km,南北宽约1100 km。流域面积79.5万 km²（包括内流区面积4.2万 km²）^[38],占国土面积的8.3%。河口镇以上为黄河上游,河道长3472 km,流域面积42.8万 km²;河口镇至桃花峪为中游,河道长1206 km,流域面积34.4万km²;桃花峪以下为下游,河道长786 km,流域面积为2.3万km²。黄河支流众多,从河源的玛曲曲果至入海口,沿途直接流入黄河,流域面积大于100 km²的支流共220条,组成黄河水系。支流中面积大于1000 km²的有76条,大于10000 km²的支流有11条,支流是构成黄河流域面积的主体。

黄河流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南、山东9个省区。在黄河水利委员会界定的黄河流域范围内,有71个地级市,392个县级行政区。黄河流域各种矿产资源较为丰富,建国以来矿产资源被大规模开发,造就了大批资源型城市。据《全国资源型城市可持续发展规划（2013—2020年）》显示,流域内共有55个资源型城市,其中地级资源型城市39个（占全流域地级城市数量的一半）,县级市16个。由于流域内存在县域尺度的资源型城市,为保证空间计量尺度一致性,本文将地级资源型城市和非资源型城市拆分为县域单元进行研究。黄河流域内资源型城市与非资源型城市的地域范围见图1。

图1

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图1黄河流域资源型城市与非资源型城市空间分布示意图

Figure 1Sketch map of spatial distribution of resource-based cities and non-resource-based cities in the Yellow River Basin

3 数据与方法

3.1 数据来源

本文使用的数据包含：①1995年、2000年、2005年、2010年、2015年中国土地利用/土地覆盖遥感监测数据库（LUCC,30 m精度）,用于提取黄河流域资源型城市以及非资源型城市的三生空间用地,该数据用于分析资源型城市、非资源型城市三生空间时空格局以及三生空间区域差异,数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http://www.resdc.cn/）。②1995年、2000年、2005年、2010年、2015年中国1 km网格的人口分布和GDP数据,用于提取资源型城市和非资源型城市的人口和GDP数据,数据来源同①。泰尔指数计算时分别以GDP和人口为权重,以GDP为权重考虑了经济发展差异对三生空间的影响,以人口为权重考虑了人口分布差异对三生空间的影响。③黄河流域自然边界、行政边界,来自国家基础地理信息系统1:400万数据和黄河水利委员会。

3.2 研究方法

3.2.1 三生空间分类

通过对比当前关于三生空间分类的研究成果,本文基于三生空间的概念,综合借鉴耿守保等^[26]、李明薇等^[27]、郇璐琳等^[31]的三生空间分类方法（不在三生空间一级分类目录中增加除生产空间、生态空间、生活空间之外的空间类型）,将中国现行的土地利用/覆被变化分类体系LUCC^[39]进行了整合和重分类,分类情况见表1。

Table 1
表1
表1黄河流域三生空间分类体系
Table 1Classification system of production-living-ecological space (PLES) in the Yellow River Basin

一级分类	二级分类
生产空间	水田、旱地、其他林地（未成林造林地、迹地、苗圃及各类园地）、其他建设用地（指厂矿、大型工业区、油田、盐场、采石场等用地以及交通道路、机场及特殊用地）
生活空间	城镇用地（指大、中、小城市及县镇以上建成区用地）、农村居民点（指独立于城镇以外的农村居民点）
生态空间	有林地（指郁闭度>30%的天然林和人工林）、灌木林（指郁闭度>40%、高度在2 m以下的矮林地和灌丛林地）、疏林地（指林木郁闭度为10%~30%的林地）、高覆盖度草地（指覆盖度>50%的天然草地、改良草地和割草地）、中覆盖度草地（指覆盖度在20%~50%的天然草地和改良草地）、低覆盖度草地（指覆盖度在5%~20%的天然草地）、河渠、湖泊、水库坑塘、永久性冰川雪地、滩涂、滩地、沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石质地、海洋和其他

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3.2.2 泰尔指数分解

泰尔指数又称泰尔熵标准,早期被用于衡量区域收入水平差异,后来被学术界广泛用于各种区域社会经济现象的差异测度。泰尔指数是一个无量纲化的指数,数值越大说明差距越大,反之亦然。本文将泰尔指数引入黄河流域资源型城市与非资源型城市的三生空间区域差异研究。泰尔指数具有良好的可分解性,当样本分为多个群组时,泰尔指数可分解为组间差距与组内差距。本文依据泰尔指数分解的基本思想,并借鉴前人研究成果^[40],构建了黄河流域“资源型”与“非资源型”城市三生空间面积区域差异的泰尔指数,相关测度及分解公式见公式（1）-（5）。

测度黄河流域城市三生空间面积差距程度,计算公式为：

（1）

T_{r} = \overset{n}{\sum_{i = 1}} \frac{s {}_{i}}{s_{r}} \cdot \ln (\frac{\frac{s {}_{i}}{s_{r}}}{\frac{q {}_{i}}{q_{r}}})

（2）

T_{g} = \overset{n}{\sum_{i = 1}} \frac{s {}_{i}}{s_{g}} \cdot \ln (\frac{\frac{s {}_{i}}{s_{g}}}{\frac{q {}_{i}}{q_{g}}})

（3）

T_{1} = q_{r} \cdot \ln (\frac{s_{g}}{q_{g}}) + q_{r} \cdot \ln (\frac{s_{g}}{q_{g}})

（4）

T_{2} = q_{r} \cdot T_{r} + q_{g} \cdot T_{g}

（5）

T = T_{1} + T_{2}

式中：

T_{r}

、

T_{g}

分别为资源型城市、非资源型城市三生空间的泰尔指数;

T_{1}

、

T_{2}

分别为反映黄河流域区域间和区域内三生空间的泰尔指数;

T

为黄河流域内所有城市三生空间的泰尔指数;

s {}_{i}

为第

i

个城市某类三生空间面积占黄河流域此类三生空间面积的比值;

s_{r}

、

s_{g}

为所有资源型城市、非资源型城市某类三生空间面积之和占黄河流域同类三生空间面积的比值;

q {}_{i}

为第

i

个城市GDP或人口占黄河流域GDP或人口的比值;

q_{r}

、

q_{g}

为所有资源型城市、非资源型城市GDP或人口占黄河流域GDP或人口的比值;当

q

值选择GDP数据时,研究中的泰尔指数考虑了经济发展对黄河流域三生空间区域差异的影响;当

q

值选择人口数据时,则考虑了人口空间分布对黄河流域三生空间区域差异的影响。

在泰尔指数分解的基础上,对泰尔指数各类贡献率进行测度,以反映黄河流域内资源型城市以及非资源型城市三生空间差异对全流域三生空间差异的影响,以及资源型城市与非资源型城市间、以及两类城市内部三生空间差异对黄河流域三生空间差异的影响。各类基于泰尔指数计算公式为：

（6）

T = T_{1} + T_{2} = T_{1} + q_{r} \cdot T_{r} + q_{g} \cdot T_{g}

在等式两侧同除以

T

,则等式变型为：

（7）

1 = \frac{T_{1}}{T} + \frac{T_{2}}{T} = \frac{T_{1}}{T} + \frac{q_{r} \cdot T_{r}}{T} + \frac{q_{g} \cdot T_{g}}{T}

据变形后的等式,可以计算各类泰尔指数的贡献率：

（8）

C T_{1} = \frac{T_{1}}{T}

（9）

C T_{2} = \frac{T_{2}}{T}

（10）

C T_{r} = \frac{q_{r} \cdot T_{r}}{T}

（11）

C T_{g} = \frac{q_{g} \cdot T_{g}}{T}

式中：

C T_{1}

、

C T_{2}

分别为区域间和区域内区域差异对总体差异的贡献率;

C T_{r}

、

C T_{g}

分别为资源型城市与非资源型城市区域差异对总体差异的贡献。

3.2.3 空间自相关分析

空间自相关反映的是一块区域中的某种现象与邻近区域单元上同一现象的相关程度,用于发现现象之间潜在的相互依赖性。空间自相关分析有全域和局域测度两种,本文采用全域莫兰指数判断三生空间的空间自相关关系,采用局部自相关分析三生空间的空间分布差异性。

全局自相关计算公式^[41]：

（12）

Moran’ I = \frac{n \overset{n}{\sum_{i = 1}} \overset{n}{\sum_{j = 1}} ω_{ij} (P_{i} - P_{mean}) \times (P_{j} - P_{mean})}{(\overset{n}{\sum_{i = 1}} \overset{n}{\sum_{j = 1}} ω_{ij}) \times \overset{n}{\sum_{i = 1}} {(P_{i} - P_{mean})}^{2}}

式中：

Moran’ I

为全域莫兰指数;

P_{i}

和

P_{j}

分别为第

i

、

j

个区域相关指标数值;

n

为区域数量;

P_{mean}

为指标均值;

ω_{ij}

表示空间权重矩阵。

I

指数值域范围为[-1, 1],当

I > 0

时,表示区域

i

的指标值与相邻区域的指标值存在正相关关系,空间上呈现聚集状态;当

I ＜ 0

时,表示区域

i

的指标值与相邻区域的指标值存在负相关关系,空间上呈现离散状态;当

I = 0

时,表示区域

i

的指标值与相邻区域的指标值无关,不存在空间依赖性。

局部自相关计算公式^[42]：

（13）

Local Moran’ I = \frac{n (P_{i} - P_{mean}) \overset{m}{\sum_{j = 1}} ω_{ij} (P_{j} - P_{mean})}{\overset{n}{\sum_{i = 1}} {(P_{i} - P_{mean})}^{2}}

式中：

m

为与区域

i

相邻接的区域数量,其余含义同式（12）。

4 结果与分析

4.1 三生空间演变特征

基于三生空间分类体系（表1）,在ArcGIS 10.6软件中,对黄河流域LUCC数据进行重分类,提取了黄河流域两类城市的三生空间面积数据。为观测研究时段内黄河流域资源型城市与非资源型城市三生空间的演变趋势,对不同时间节点两类城市各类三生空间面积进行了栅格统计并制图（图2）。

图2

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图21995—2015年黄河流域两类城市三生空间演变趋势

注：资源型城市参考左侧纵轴,非资源型城市参考右侧纵轴。
Figure 2Trend of change of production-living-ecological space (PLES) of two types of cities in the Yellow River Basin, 1995-2015

图2显示,1995—2015年,黄河流域资源型城市与非资源型城市三生空间均呈现剧烈变动状态,两类城市三生空间的演变趋势既有差异性又有相似性。差异性表现为：1995—2000年,资源型城市生产空间上升,生态空间下降,而非资源型城市则相反。相似性表现为：2000—2015年,生产空间先降后升（拐点为2010年）,1995—2015年生活空间持续上升,2000—2015年生态空间先升后降（拐点为2010年）。结合资源型城市与非资源型城市三生空间的变动趋势,可以得到基本的判断为：①1995—2000年,资源型城市生产、生活空间的同步增加,共同挤压了生态空间;而同期非资源型城市生活、生态空间同步上升,挤压了生产空间。②2000—2010年,资源型城市与非资源型城市生活、生态空间同步上升,挤压了生产空间。③2010—2015年,资源型城市与非资源型城市生产、生活空间同步上升,挤压了生态空间。综合上述分析表明,1995—2015年间的不同时段内,两类城市均存在如下现象：①生态空间被生产、生活空间挤压,资源型城市此类现象发生的时段更长;②生产空间被生活、生态空间挤压,非资源型城市此类现象发生的时段更长。上述两种现象,前者不利于黄河流域生态环境保护,后者不利于黄河流域工、农业生产发展。

4.2 三生空间聚集特征分析

仅分析资源型城市或仅分析非资源型城市时空间单元存在空间断裂现象,无法进行空间自相关分析,为此本文将两类城市拼接成连续的空间单元（即全流域）,分析1995—2015年三生空间的全局、局部空间自相关特征。全局自相关分析时,空间关系的概念化采用INVERSE_DISTANCE,距离法采用欧式距离,标准化使用ROW,距离范围300 km,分析结果见表2。P值均小于0.008,其置信度较高;Moran’I指数均为正数,表示黄河流域县域尺度三生空间分布存在正相关性,呈现一定的空间聚集特征。为进一步观测显著区域（高-高、高-低、低-高、低-低）和非显著区域的空间格局,开展了局部自相关分析（相关分析参数选择与全局自相关分析一致）;在此基础上,本文将资源型城市和非资源型城市进行空间拆分,以对比两类城市的显著区域和非显著区域的时空格局（图3、图4）。由图3、图4可知,资源型城市与非资源型城市各类三生空间的高密度区（高-高类）和低密度区（低-低类）总体呈稳定态势。

Table 2
表2
表21995—2015年黄河流域三生空间全局自相关结果
Table 2Trend of change of production-living-ecological space (PLES) of two types of cities in the Yellow River Basin, 1995-2015

类型	Moran’I	Z值	P值	方差
1995年
生产空间	0.025	2.681	0.007	0.000
生活空间	0.122	11.985	0.000	0.000
生态空间	0.043	4.541	0.000	0.000
2000年
生产空间	0.027	2.831	0.005	0.000
生活空间	0.116	11.458	0.000	0.000
生态空间	0.044	4.638	0.000	0.000
2005年
生产空间	0.028	2.963	0.003	0.000
生活空间	0.105	10.352	0.000	0.000
生态空间	0.044	4.600	0.000	0.000
2010年
生产空间	0.026	2.788	0.005	0.000
生活空间	0.088	8.777	0.000	0.000
生态空间	0.044	4.587	0.000	0.000
2015年
生产空间	0.037	3.854	0.000	0.000
生活空间	0.065	6.554	0.000	0.000
生态空间	0.040	4.226	0.000	0.000

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图3

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图31995—2015年资源型城市三生空间局部自相关结果

注：Not Sig表示不显著,H-H表示高-高类,H-L表示高-低类,L-H表示低-高类,L-L表示低-低类。
Figure 3Local spatial auto-correlation results of production-living-ecological space (PLES) in resource-based cities, 1995-2015

图4

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图41995—2015年非资源型城市三生空间局部自相关结果

注：Not Sig表示不显著,H-H表示高-高类,H-L表示高-低类,L-H表示低-高类,L-L表示低-低类。
Figure 4Local spatial auto-correlation results of production-living-ecological space (PLES) in non-resource-based cities, 1995-2015

4.3 三生空间区域差异分析

4.3.1 两类城市泰尔指数比较

从数值大小来看,在两种权重下,以GDP为权重计算的两类城市的泰尔指数,均高于以人口为权重计算的泰尔指数。说明在黄河流域内,不论是资源型城市还是非资源型城市,受城市经济发展水平差异影响的三生空间面积差异程度,远远高于受人口空间分布差异影响的三生空间面积差异程度。在GDP和人口两种权重下,非资源型城市的生产、生活、生态空间泰尔指数均高于资源型城市的各类三生空间泰尔指数（表3）,说明GDP和人口要素影响下的非资源型城市各类三生空间的区域差异相对较大,而资源型城市相对较小,其可能的原因为诸多非资源型城市经济发展方式多样化,不同城市对三生空间的供需水平存在很大差异,而资源型城市经济发展方式相对单一,不同城市对三生空间的供需水平差异相对较小。

Table 3
表3
表31995—2015年两类城市三生空间泰尔指数计算结果
Table 3Results of production-living-ecological space (PLES) Theil index in two types of cities, 1995-2015

权重类型	年份	$T_{r}$ 生产空间	$T_{r}$ 生活空间	$T_{r}$ 生态空间	$T_{g}$ 生产空间	$T_{g}$ 生活空间	$T_{g}$ 生态空间
GDP	1995	0.467	0.378	0.739	0.545	0.745	0.820
	2000	0.492	0.365	0.721	0.588	0.802	0.878
	2005	0.538	0.429	0.690	0.590	0.772	0.920
	2010	0.437	0.324	0.601	0.502	0.676	0.760
	2015	0.465	0.320	0.626	0.565	0.745	0.838
人口	1995	0.294	0.256	0.575	0.306	0.521	0.587
	2000	0.310	0.263	0.589	0.333	0.549	0.616
	2005	0.309	0.263	0.609	0.315	0.531	0.623
	2010	0.317	0.253	0.588	0.362	0.560	0.620
	2015	0.314	0.247	0.585	0.357	0.541	0.618

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从变动趋势来看（图5）,在GDP权重下（图5a,5b）,1995—2005年,两类城市内部生产空间差距扩大,同期资源型城市生活空间差距先降后增,生态空间差距缩小,非资源型城市生活、生态空间与之相反;2005—2015年,两类城市内部生产、生态空间差异均呈现先缩小后扩大的趋势,同期资源型城市生态空间差异呈现持续缩小的特征,而非资源型城市生态空间变动趋势与生产、生活空间一致。在人口权重下（图5c,5d）,1995—2005年,两类城市生产空间、生活空间差异变动趋势一致,表现为生产空间差异先扩大后缩小,生态空间差异持续扩大,同期资源型城市生活空间差异相对稳定,而非资源型城市生活空间差异先扩大后缩小;2005—2015年,两类城市生产、生态空间差异变动趋势一致,表现为生产空间差异先扩大后缩小,生态空间差异持续缩小,同期内资源型城市生活空间差异持续轻微缩小,而非资源型城市生活空间差异先扩大后缩小。

图5

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图51995—2015年两类城市三生空间泰尔指数演变趋势

Figure 5Trend of change of production-living-ecological space (PLES) Theil index in two types of cities, 1995-2015

4.3.2 区域间、区域内泰尔指数比较

从数值大小来看,在两种权重下,区域内泰尔指数远远高于区域间泰尔指数,T₁值均在0.010以下,而资源型城市内部以及非资源型城市内部各类三生空间差异较大,T₂值均在0.299以上（表4）。表明两种权重下,黄河流域所有城市各类三生空间的总体差异（即总体泰尔指数）主要来自于资源型城市和非资源型城市内部,而不是这两类城市之间。由于所有城市各类三生空间的总体差异主要来自两类城市内部,因此本文进一步观测区域内泰尔指数的变化趋势（图6）,在GDP权重下（图6a）,1995—2005年,生产、生活空间的区域内差异持续扩大,生态空间则先扩大后缩小;2005—2015年,各类三生空间的区域内差异均表现为先缩小后增大的趋势（拐点为2010年）。在人口权重下（图6b）,1995—2005年、2005—2015年,两个时段生产、生活空间的区域内差异先扩大后缩小（两个拐点分别为2000年、2010年）,在两个相同的时段,生态空间的区域内差异前时段扩大后时段缩小。

Table 4
表4
表41995—2015年三生空间的区域间和区域内泰尔指数
Table 4Interregional and intraregional Theil index of production-living-ecological space (PLES), 1995-2015

权重类型	年份	T₁生产空间	T₁生活空间	T₁生态空间	T₂生产空间	T₂生活空间	T₂生态空间
GDP	1995	0.000	0.003	0.001	0.497	0.522	0.771
	2000	0.000	0.001	0.000	0.532	0.547	0.786
	2005	0.001	0.007	0.002	0.557	0.555	0.774
	2010	0.002	0.009	0.004	0.460	0.447	0.657
	2015	0.000	0.002	0.001	0.504	0.485	0.708
人口	1995	0.000	0.004	0.001	0.299	0.358	0.580
	2000	0.000	0.004	0.001	0.319	0.374	0.599
	2005	0.000	0.004	0.001	0.311	0.366	0.615
	2010	0.000	0.002	0.000	0.335	0.376	0.601
	2015	0.000	0.001	0.000	0.332	0.366	0.598

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图6

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图61995—2015年区域内三生空间泰尔指数演变趋势

Figure 6Trend of change of production-living-ecological space (PLES) Theil index in the region, 1995-2015

4.3.3 两类城市各类三生空间的区域差异贡献率比较

从数值大小来看,无论是在GDP权重下还是人口权重下,资源型城市生产、生态空间的区域差异贡献率高于非资源型城市,即CT_r生产空间>CT_g生产空间;CT_r生态空间>CT_g生态空间,然而非资源型城市生活空间的区域差异贡献率高于资源型城市,即CT_g生活空间>CT_r生活空间（表5）。这表明资源型城市内部的生产、生态空间的区域差异,以及非资源型城市内部的生活空间的区域差异,对黄河流域所有城市三生空间的区域差异产生主要影响。从变化趋势来看,在两种权重下,两类城市各类三生空间的区域差异贡献率均表现为反向变化趋势（图7）,即资源型城市某类三生空间的区域差异贡献率缩小或扩大,非资源型城市某类三生空间的区域差异贡献率则扩大或缩小;1995—2015年,两类城市各类三生空间的区域差异贡献率均发生了波动变化,总体上资源型城市各类三生空间的区域差异贡献率在降低,而非资源型城市各三生空间的区域差异贡献率在上升。

Table 5
表5
表51995—2015年两类城市三生空间泰尔指数贡献率
Table 5Contribution rate of production-living-ecological space (PLES) Theil index in two types of cities, 1995-2015

权重类型	年份	CT_r生产空间	CT_r生活空间	CT_r生态空间	CT_g生产空间	CT_g生活空间	CT_g生态空间
GDP	1995	0.57	0.44	0.58	0.43	0.56	0.42
	2000	0.54	0.39	0.54	0.46	0.61	0.46
	2005	0.61	0.49	0.56	0.39	0.50	0.43
	2010	0.61	0.46	0.59	0.38	0.52	0.40
	2015	0.57	0.40	0.54	0.43	0.59	0.46
人口	1995	0.60	0.43	0.61	0.40	0.56	0.39
	2000	0.60	0.43	0.60	0.40	0.56	0.40
	2005	0.61	0.44	0.61	0.39	0.55	0.39
	2010	0.57	0.40	0.59	0.43	0.59	0.41
	2015	0.56	0.40	0.58	0.44	0.60	0.42

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图7

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图71995—2015年三生空间泰尔指数贡献率演变趋势

Figure 7Trend of change of the contribution rate of production-living-ecological space (PLES) Theil index, 1995-2015

5 结论与讨论

5.1 结论

通过对1995—2015年黄河流域资源型城市和非资源型城市各类三生空间时空数据的处理,探讨了两类城市三生空间的演变、空间聚集特征,以及借助泰尔指数动态探讨了经济发展以及人口分布影响下两类城市各类三生空间区域差异特征。得出如下结论：

（1）1995—2015年,黄河流域资源型城市与非资源型城市三生空间均呈剧烈变动特征。此过程不同时段内,两类城市均存在如下现象：①生态空间被生产、生活空间挤压,资源型城市此类现象发生的时段更长;②生产空间被生活、生态空间挤压,非资源型城市此类现象发生的时段更长。上述两种现象,前者不利于黄河流域生态环境保护,后者不利于黄河流域工、农业生产发展。

（2）黄河流域三生空间的空间分布存在正相关性,呈现一定的空间聚集特征。1995—2015年,资源型城市与非资源型城市各类三生空间的高密度区（高-高类）和低密度区（低-低类）总体呈稳定态势。

（3）在GDP和人口两种权重下,黄河流域三生空间区域差异主要表现为两类城市内部的差异,经济发展更易扰动两类城市的三生空间变化。非资源型城市内部各类三生空间的区域差异相对较大,而资源型城市相对较小,其可能的主要原因与非资源型城市经济发展方式多样而资源型城市相对单一有关。资源型城市内部的生产、生态空间的区域差异,以及非资源型城市内部的生活空间的区域差异,对黄河流域所有城市三生空间的区域产生主要影响。

5.2 政策建议

结合本文相关结论,形成如下政策建议,以期对黄河流域国土空间管控与治理、黄河流域生态保护和高质量发展提供相关依据。

（1）对于生态脆弱性较为突出的黄河流域而言,在当前黄河流域生态保护和高质量发展战略背景下,应尽最大可能保障生态空间优先的地位,提高两类城市的生态空间占用率,通过产业迁移或升级、人口控制等方式增加生态空间,通过减少生态空间内部的人类社会经济活动频率,来缓解生态空间内部人类活动与生态脆弱性之间的突出矛盾。

（2）结合黄河流域两类城市自身的资源环境承载力、生态脆弱性和经济社会发展水平,科学地划定生产、生活空间边界,加强边界管控和监督机制,努力提高两类城市生产、生活空间的土地利用效率,保障黄河流域社会经济发展不以粗放的国土空间使用为代价。

（3）经济增长对黄河流域三生空间差异的扰动较大,未来在两类城市三生空间管控中,应充分重视两类城市中经济增长速度较快的城市的三生空间管控。

（4）差异化地制定相应的政策。对于生产、生活空间的高密度区,未来应以集约利用为导向,注重这两类国土空间功能的改造和提升;对于生产、生活空间的低密度区,应做好中长期国土空间规划,避免空间浪费。对于生态空间的高密度区,未来应保障此类空间的稳定;对于低密度区,未来应进一步提升生态空间占比,并以此缩小两类城市内部以及城市间生态空间的泰尔指数差距。

参考文献原文顺序
文献年度倒序
文中引用次数倒序
被引期刊影响因子

[1]

魏小芳, 赵宇鸾, 李秀彬, 等. 基于“三生功能”的长江上游城市群国土空间特征及其优化
[J]. 长江流域资源与环境, 2019,28(5):1070-1079.