基于共生理论的兵团与地方城市“三生”功能跨界整合发展研究

张惠婷,王宏卫,*,雷 军,张 飞,王正伟,谈 波,高一薄

1 新疆大学资源与环境科学学院, 乌鲁木齐 830046 2 绿洲生态教育部重点实验室, 乌鲁木齐 830046 3 中国科学院新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐 830011

随着经济全球化的加速与城市发展的高速演进,城市间的竞争与合作日渐趋于频繁,区域发展空间战略的重心逐渐从单个城市的发展转变为以核心城市为中心的城市群,近年来,我国将城市群作为空间主体,积极推进我国新型城镇化的发展,现如今,不断涌现区域城市间跨界融合的现象,以行政区划为界的传统管理模式面临挑战[1],城市发展一体化的诉求不断增强。而区域跨界融合作为城市发展一体化的重要路径,被广泛应用于城市群内部的协同发展[2- 3],城市圈经济一体化[4],经济活动与跨界发展之间相互作用关系[5- 8]等方面,研究成果丰富。

共生这一概念是由德国生物学家Anton Deborry于1879年提出,是生物学中的重要理论,他将共生定义为在特定的环境中,不同的物种形成的一种相互促进、和谐共处的状态。袁纯清博士将这一生物概念向社会科学领域拓展[9],目前,共生理论已被引入到生态学、经济学、建筑学、管理学等众多学科领域,内容主要涉及区域合作[10]、城乡统筹[11- 12]、产业融合[13- 14]、海陆统筹[15]、资源整合[16]、区域旅游[17- 19]等方面。而城市间跨界融合发展是两城市间相互作用、相互依存的结果[20],其实质就是两城市的共生融合发展,因此共生理论可以较好的表达城市间相互作用关系,将共生理论应用到兵地城市间跨界融合发展具有一定的可行性。

多功能的概念最先源于农业多功能,后逐渐扩展到各个领域,其中生产、生活、生态功能涵盖了国土空间提供的各项功能,部分学者逐渐将“三生”功能概念应用到国土空间开发和利用中[21- 22],并主要从“三生”功能内涵[23],“三生”功能识别及分类[24- 25],“三生”功能耦合[26- 27]等展开,鲜有学者分析“三生”功能共生关系,研究仍有待创新及提升,鉴于此,探究城市间“三生”功能共生状态具有一定的现实意义。

40年以来,乘着改革开放的东风,新疆城镇化进程取得了显著成就,而新疆维吾尔自治区是我国行政区划最为特殊的地区之一,由新疆维吾尔自治区和新疆生产建设兵团(以下简称兵团)两个省级单位共同组成,兵团作为新疆维吾尔自治区的重要组成部分,近年来,其城镇化也呈现较快的发展,但兵团和地方为两个利益主体,两单位分别在各自管辖的范围内进行生产经营活动,从而导致兵地间形成相互竞争,资源浪费的局面,新疆的经济和社会的发展在一定程度上受到了影响[28]。中央新疆工作座谈会的召开,进一步推进了兵团与地方的发展关系,经过长时间的实践证明,实现兵地融合发展是科学妥善处理兵地关系的最根本方法,因此,本文选取天山北坡城市群中的乌鲁木齐市(地方城市)、五家渠市(兵团城市)、昌吉市(地方城市)为研究对象,借助土地利用数据剖析兵地城市“三生”空间时空特征,基于共生理论视角解读兵地城市“三生”功能共生模式,提出兵地城市三生共生发展的建议,以期为兵地城市跨界融合发展提供理论参考。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

乌鲁木齐市(Urumqi)、五家渠市(Wujiaqu)、昌吉市(Changjji)(以下简称乌五昌地区)位于新疆维吾尔自治区天山山脉北麓,古尔班通古特沙漠南缘,地势南高北低,地貌类型多样,日照时间长,寒暑变化剧烈,属于典型的温带大陆性气候。在行政权属上乌鲁木齐市和昌吉市属自治区政府管辖,五家渠市属兵团第六师管辖,两地方城市将兵团城市包裹其中,具体位置及研究范围见图1(乌鲁木齐市及昌吉市辖区范围内的兵团不在本研究范围内)。截止2018年,研究区总面积22509.6868km2,其中乌鲁木齐市13793.5320km2,五家渠市739.1545km2,昌吉市7977.0003km2,人均地区生产总值分别为87196元、133740元、78075元,区域间经济发展差异凸显,研究城市土地利用变化及城市间共生关系,对未来各城市协调共生及兵地融合发展具有典型性和较强的现实指导意义。

图1 研究区概况图Fig.1 Location of the study area

1.2 数据来源

研究数据主要为：(1)土地利用数据为2013年、2015年、2018年中国土地利用现状遥感监测数据(30m),来源于中国科学院资源环境科学数据中心；(2)行政区划数据来源于国家基础地理信息中心；(3)社会经济数据为2014—2019年新疆统计年鉴,兵团统计年鉴,各县市统计公报。

2 研究方法

2.1 “三生”空间评价体系构建

依据土地发挥功能的不同,可将土地利用分为生产、生活和生态用地三大类[29-31],依据土地主次功能差异,构建“三生”空间评价体系,可将各功能用地进行强弱等级的划分,以准确把握土地“三生”空间格局。共划分为4个等级,以生产用地为例,包括强生产用地(5分)、半生产用地(3分)、弱生产用地(1分)以及功能缺失(0分),基于此对乌五昌地区土地利用类型进行整理和评分(表1)。

表1 基于“三生”空间乌五昌地区土地利用分类体系及评分

2.2 “三生”功能综合评价模型

梳理现有文献的相关评价指标并结合“三生”功能内涵,以指标对生产、生活和生态三维功能的作用力性质为考量,自上而下构建“三生”功能评价指标体系,根据研究区现状特点,并咨询相关专家意见,最终建立“三生”功能评价指标体系(表2),通过熵权法,计算各指标权重,采用线性加权模型,测算兵地城市“三生”功能综合发展水平。

表2 “三生”功能评价指标体系

(1)

式中,V为各城市功能综合发展水平值,λ为各指标权重,t为各指标的标准化值。

2.3 共生度模型

共生度一般用来反映两个质参量相互影响的关联度[32]。假设共生单元X和Y,质参量ZA和ZB,dZA和dZB分别是A和B的变化量,则X对Y的共生度为：

(2)

则Y对X的共生度为：

(3)

通过比较两共生单元的共生度,判断两者共生模式,当δAB=δBA>0,两共生单元为正向对称共生,表明两者均受益,且受益程度相等；当δAB≠δBA>0,两共生单元为正向非对称共生,表明两者均受益,但受益程度不等；当δAB=0、δBA>0或δAB>0、δBA=0,两者为正向偏利共生,表明一方受益,一方不受益；当δAB=0,δBA=0,两共生单元不存在共生关系,各自独立发展；当δAB=δBA<0,两共生单元为反向对称共生,表明两者均受害,且受害程度相等；当δAB≠δBA<0,两共生单元为反向对称共生,表明两者均受害,但受害程度不等；当δAB>0,δBA<0或δAB<0,δBA>0,两共生单元为寄生关系,共生度为正值的是受益方,负值的为受害方。

2.4 共生系数

共生系数是指单元之间的相互影响程度[33],则X和Y的共生系数为：

(4)

(5)

θX+θY=0

(6)

若θX=0,表明单元X对单元Y无任何影响,只有单元Y对单元X有影响；若θX=1,表明单元Y对单元X无任何影响,只有单元X对单元Y有影响；若0<θX<0.5,表明单元Y对单元X的影响大于单元X对单元Y的影响；若θX=0.5,表明两单元相互作用相同；若0.5<θX<1,表明单元X对单元Y的影响大于单元Y对单元X的影响。

3 实证分析

3.1 兵团与地方“三生”空间时空格局特征

3.1.1生产空间格局

如图2，2013—2018年乌五昌地区生产空间格局特征基本一致,主要分布在研究区中部绿洲区,不同等级用地面积增减趋势不同,其中强生产用地面积在研究期间共扩张330.3392km2,半生产用地小幅减少,弱生产用地大幅缩减,共缩减303.1301km2,生产功能缺失用地面积总体变化不大。具体而言,强生产用地面积三市均有不同程度的扩张,其中乌鲁木齐市扩张最明显,集中在新市区北部、米东区城区南部、水磨沟区北部及沙依巴克区西部；半生产用地三市缩减程度相当；乌鲁木齐市与昌吉市弱生产用地均有较大面积转变为生产功能缺失用地,集中在乌鲁木齐市及昌吉市南部山区,而五家渠市两等级用地则几乎未改变。

图2 乌五昌地区“三生”空间格局Fig.2 Spatial pattern of "Production-living-ecological" space in study area

3.1.2生活空间格局

2013—2018年乌五昌地区生活空间格局整体呈现中间高,四周低的格局,强生活用地面积有大幅扩张,在研究期间共扩张162.2100km2,半生活用地无明显变化,生活功能缺失用地有较大面积缩减。具体来说,乌鲁木齐市强生活用地面积扩张趋势明显,集中在新市区北部及米东区城区北部；乌鲁木齐市半生活用地面积在米东区城区南部有一定程度的缩减,其余两城市均有部分扩张；而生活功能缺失用地三市均大幅缩减。

3.1.3生态空间格局

2013—2018年乌五昌地区生态空间格局主要集中在研究区南部,整体呈缩减趋势,强生态用地面积变化最大,呈现逐年缩减的态势,共缩减343.6827km2,半生态用地各城市呈现不同的变化态势,弱生态用地及生态功能缺失用地均有不同程度扩张。具体来说,乌鲁木齐市强生态用地面积缩减最明显,缩减区域主要集中在乌鲁木齐市米东区东部、乌鲁木齐市与昌吉市南部；半生态用地在研究区城区部分地区有少量变化；弱生态用地昌吉市扩张明显,集中在昌吉市南部,主要由强生态用地转变而来；生态功能缺失用地扩张区域则集中于乌鲁木齐市新市区北部,米东区城区北部地区。

3.2 兵团与地方“三生”空间功能综合发展水平评价

“三生”空间是国土用地发挥“三生”功能的承载,“三生”功能又是对“三生”空间承载强弱的最直接评价,利用面板数据,依据公式1分别测算乌鲁木齐市、五家渠市、昌吉市生产、生活、生态功能发展水平综合评价值,并绘制发展趋势图。

由图3可知,在生产功能方面,昌吉市位居第一,乌鲁木齐市次之,五家渠市则排名最后；2013—2018年乌鲁木齐市、五家渠市生产功能总体呈上升趋势,而昌吉市自2016年开始逐渐下降至第二。生活功能方面,乌鲁木齐市城市基础设施完善,生活功能整体较强,昌吉市次之,五家渠市紧跟其后；2013—2018年三城市生活功能总体呈上升趋势,乌鲁木齐市上升明显,且在2017年尤为突出。生态功能方面,三者生态功能水平均呈现先下降后升高的趋势,2013—2015年逐渐下降,2015年后缓慢上升,表明三城市生态环境质量在逐年改善。在“三生”综合功能方面,乌鲁木齐市稳居第一,另外,除昌吉市外,乌鲁木齐市与五家渠市均呈现逐年上升的趋势。

图3 乌五昌“三生”功能发展综合评价值 Fig 3 Comprehensive evaluation of "Production-living-ecological" function in study area

3.3 兵团与地方城市三生空间功能共生发展模式分析

共生度一般用来反映两个质参量相互影响的关联度,运用SPSS软件分别对乌五昌地区各功能进行相关性检验,各相关系数均大于0.9,说明兵团与地方城市生产、生活、生态功能在0.01的水平上显著相关。因此分别对乌五昌地区各功能进行回归分析,利用共生度模型公式整理后得到乌五昌地区各功能共生度的计算公式,并利用公式测算各城市间共生度与共生系数。

3.3.1兵团与地方城市生产功能共生模式

依据公式2—5,计算得到乌鲁木齐市、五家渠市、昌吉市在生产功能方面兵地城市两两间共生度,见表3。结果表明：2013—2018年间,五家渠市与周边不同地方城市在生产功能方面表现出不同的共生模式。分开来看：①特征共生度δPuw≠δPwu>0,且均值δPuw=0.4389<δPwu=1.2623,表明五家渠市与乌鲁木齐市在生产功能方面存在正向非对称关系；共生系数0<θPuw<0.5,0.5<θPwu<1,表明在生产功能方面,五家渠市对乌鲁木齐市的影响较大。②五家渠市与昌吉市的特征共生度δPcw≠δPwc<0,且均值δPcw=-0.5716>δPwc=-0.9880,表明五家渠市与昌吉市在生产功能方面存在反向非对称关系,说明五家渠市与昌吉市在生产功能发展方面两者均受害,但受害程度不同,这是由于两城市的农业作为该城市发展的主要产业之一,发展都较强,两者相互竞争所导致；在2013—2016年间,共生系数0<θPcw<0.5,0.5<θPwc<1,表明在生产功能方面,五家渠市对昌吉市的影响比昌吉市对五家渠市的影响程度大。在2017—2018年间,0<θPwc<0.5,0.5<θPcw<1,昌吉市对五家渠市的影响更大。

表3 兵团与地方生产功能共生度及共生系数分析

3.3.2兵团与地方生活功能共生模式

依据公式2—5,计算得到乌鲁木齐市、五家渠市、昌吉市在生活功能方面兵地城市两两间共生度,见表4。结果表明：在2013—2018年间,五家渠市与周边地方城市各年度共生度均大于0且不相等,说明五家渠市与周边地方城市在生活功能方面存在正向非对称关系。分开来看：①特征共生度δLuw≠δLwu>0,且均值δLuw=1.6086>δLwu=0.4165,表明五家渠市与乌鲁木齐市在生活功能方面存在正向非对称关系；共生系数0<θLwu<0.5,0.5<θLuw<1,且两者相差较大,表明乌鲁木齐市在生活功能方面对五家渠市的影响显著超过五家渠市对乌鲁木齐市的影响,这是由于乌鲁木齐市作为新疆维吾尔自治区的省会城市,其基础设施完善,公共服务健全,生活功能辐射范围大,可带动五家渠市生活服务设施的发展。②五家渠市与昌吉市的特征共生度δLcw≠δLwc>0,且均值δLcw=0.8235>δLwc=0.6136,表明昌吉市与五家渠市在生活功能方面也存在正向非对称关系；共生系数0<θLwc<0.5,0.5<θLcw<1,且两者相差不大,表明在生活功能方面,由于两城市发展程度相差不大,均可满足当地居民的日常生活需求,两者对彼此的影响基本持平。

表4 兵团与地方生活功能共生度及共生系数分析

3.3.3兵团与地方生态功能共生模式

依据公式2—5,计算得到五家渠市与周边地方城市在生态功能方面两两间的特征共生度及共生系数,见表5。结果表明：①特征共生度δEuw≠δEwu>0,均值δEuw=0.6690<δEwu=0.7268,共生系数0<θEuw<0.5,0.5<θEwu<1,表明五家渠市与乌鲁木齐市在生态功能方面存在正向非对称关系,且五家渠市对乌鲁木齐市的影响较大,说明在两城市的发展过程中,由于五家渠市工业相对较弱,减少了该地区的环境污染,从而也会影响到周边乌鲁木齐市的环境质量,在生态环境治理方面两者互帮互助,生态环境得到不断提升。②五家渠市与昌吉市的特征共生度δEcw≠δEwc>0,均值δEcw=0.3922<δEwc=1.1706,共生系数0<θEcw<0.5,0.5<θEwc<1,表明五家渠市与昌吉市在生态功能方面存在正向非对称关系,且五家渠市对昌吉市的影响比昌吉市对五家渠市的影响程度大,由于两城市均为小城市,其中一方发展不会破坏另一方生态环境的建设,并且随着近几年生态环境理念的提出,五家渠市不断推进准噶尔盆地南缘防砂治沙工程、“三北”防护林建设,坚持人工造林和封沙育林相结合,其不仅加强自身环境建设,也与周边城市建立良好合作,共同改善区域生态环境,因此呈现以上共生发展模式。

表5 兵团与地方生态功能共生度及共生系数分析

3.3.4兵团与地方“三生”综合功能共生模式

将生产、生活、生态功能加和作为“三生”综合功能,同理测算五家渠市与周边地方城市两两间的特征共生度及共生系数,见表6结果表明：①在2013—2018年间,特征共生度δSuw≠δSwu>0,且共生系数θPuw远大于θPwu,因此五家渠市与乌鲁木齐市在三生综合功能方面存在正向非对称关系,且乌鲁木齐市对五家渠市的影响远大于五家渠市对乌鲁木齐市的影响。②昌吉市与五家渠市的特征共生度均小于零且不相等,两者存在负向非对称共生关系,不同年份，两城市相互影响程度不同。

表6 兵团与地方“三生”综合功能共生度及共生系数分析

4 兵地城市“三生”功能跨界融合发展优化方案

在综合分析兵团城市与地方城市“三生”空间格局与“三生”空间功能共生发展模式的基础上,基于不同城市之间共生发展模式的差异,分别从生产、生活、生态方面提出有助于乌五昌地区兵地城市跨界融合发展的优化方案,并绘制兵地城市“三生空间”规划图，见图4，以实现兵团与地方城市互惠共生发展。

图4 兵地城市“三生空间”规划图Fig.4 Plan of “production-living-ecological”land in XPCC and local city

4.1 生产方面

五家渠市与乌鲁木齐市生产功能共生发展模式为正向非对称共生,并且五家渠市对乌鲁木齐市的影响稍大,说明两者在生产发展方面均受益,发展处于一个较为良好状态。五家渠市与昌吉市生产功能共生发展模式为反向非对称共生,并且昌吉市对五家渠市的影响较大,说明两者在生产发展方面均受害,为使五家渠市与周边地方城市在生产发展方面达到一个互惠互利状态,结合研究区生产空间格局发展状况及生态红线范围[34],提出优化方案。

分别建立四区,三轴,一基地。昌吉市北部与五家渠市北部大部分为半生产用地,主要发展农业,在该地建立农业发展区并形成农业产业发展轴带,以连通昌吉市与五家渠市的农业区,可加强兵地间农业发展协作,改善两地竞争状态,促进合作连通,并合作增强北部防风固沙生态敏感性保护区的建设,提高区域生态环境质量,发挥各自优势,从而达到互惠合作模式；五家渠市与乌鲁木齐市工业园区距离较近,可在五家渠市东南部与乌鲁木齐市东北部建立工矿产业发展区,利用工业产业发展轴带为连接,在原本较好的发展状态上继续加强工业协作,缩小兵地发展差距,使共生系数逐渐趋于0.5,以促进兵团城市与地方城市产业协同共生发展；三城市城区距离较近,可加强各城市建成区的建设,建立商贸发展区,另外,三城市相接处主要产业均为蔬果、鱼虾、小麦等,乌五昌联合建立水产品农产品产业基地,促进兵地合作,使得兵地城市之间实现多方面的互联互通；两地方城市也应继续协同发展,在乌鲁木齐市南部建立仓储物流发展区以及昌吉市与乌鲁木齐市间的商业产业发展轴,但该区域有西山水源地、乌拉泊水源地等生态红线禁止开发区,发展的同时应兼顾不破环当地的生态环境。

4.2 生活方面

在生活功能方面,五家渠市与乌鲁木齐市、昌吉市共生模式均为正向非对称共生,乌鲁木齐市生活功能较强,对五家渠市的影响较大,而昌吉市与五家渠市相互影响程度相当,表明五家渠市与两地方城市在生活功能方面交流协作较好,为进一步提高乌五昌地区兵地城市生活质量,加强兵地连通性,结合研究区生活空间格局发展状况,提出优化方案。

乌五昌地区三城市生活用地逐年增加,说明三城市的城市建设不断完善,生活质量不断提高。乌鲁木齐市作为新疆维吾尔自治区的省会城市,生活基础设施完善,其城市各功能健全,可利用其中心城市的辐射带动作用,带动周边城市的发展,形成乌五昌城镇组团；五家渠市与昌吉市可适当增加生活用地面积以进行建成区的扩张,在城镇组团内部的协同发展基础上,五家渠市和昌吉市可吸收中心城市生活功能辐射,改善自身生活空间利用不足,以逐步形成宜居宜业的城镇组团；另外五家渠市与乌鲁木齐市、昌吉市联系不够紧密,应加强交通路网的建设,缩短兵地城市通勤时间,以在生活方面更好的实现兵地跨界融合发展。

4.3 生态方面

在生态功能方面,五家渠市与乌鲁木齐市、昌吉市的共生模式均为正向非对称共生,且五家渠市对两地方城市生态环境的影响较大,表明五家渠市与乌鲁木齐市、昌吉市在生态发展方面协作关系良好。为保持兵地城市生态环境良好的的发展状态,进一步提升各城市生态环境条件,结合研究区生态空间格局发展状况及该区域生态规划,提出以下优化方案。

兵地协同建立生态保护区。研究区生态用地逐年减少,可适当增加生态用地,以改善生态环境,提升居民居住环境质量。研究区北部为古尔班通古特沙漠,建立荒漠生态保护区,以提高区域生态系统服务价值；研究区南部为天山山脉,建立天山森林生态保护区,缓解城市环境压力,在空间上形成城市群南部的生态屏障；耕地保护区主要用来保障基本农田这类生态红线禁止开发用地不受占用,并维持五家渠市与昌吉市良好生态协作模式；五家渠市东南部与乌鲁木齐市东北部均为工业园区,工业废气的排放影响了五家渠市与乌鲁木齐市的空气质量,两城市应积极协作,严格控制污染物的排放,构建防护林带,以改善工业区生态环境,提升共生系数朝互惠共生方向发展；另外,以河流为主体形式的生态廊道以乌鲁木齐河、头屯河、水磨河、白杨河为承载,纵横贯穿整个研究区,成为乌五昌地区生态空间一体化的重要组成部分。

5 结论与讨论

5.1 结论

临界区域共生是实现城市圈融合发展的必然选择。文章基于共生理论,以乌鲁木齐市、昌吉市、五家渠市为例,探讨兵团城市与周边地方城市的“三生”空间格局及“三生”功能共生模式,为兵地共生融合发展提供建议。结果表明：

(1)从“三生”空间格局来看：2013—2018年,兵地城市生产、生活、生态空间格局均有不同程度的改变。生产用地主要集中在研究区中部绿洲区,不同等级用地面积呈现不同的增减趋势；生活用地面积不断扩张,呈现中间高,四周低的空间格局；生态用地主要分布于研究区南部,整体呈缩减趋势。

(2)从“三生”功能共生模式来看：在生产功能方面,五家渠市与乌鲁木齐市、昌吉市共生模式分别为正向非对称共生、负向非对称共生,其中五家渠市对乌鲁木齐市的影响较大,昌吉市对五家渠市的影响较大；在生活功能方面,五家渠市与两地方城市共生模式均为正向非对称共生,乌鲁木齐市借由其中心城市的强生活功能,对五家渠市产生较大影响,而昌吉市与五家渠市互相影响程度相当；在生态功能方面,五家渠市与乌鲁木齐市、昌吉市共生模式均为正向非对称共生,且五家渠市对两地方城市的影响较大。

(3)加强兵地“三生”空间协作,其中,在生产方面分别建立四区,三轴,一基地,在生活方面构建兵地交通连接网络,并利用乌鲁木齐市中心城市辐射作用带动周边城市发展,在生态方面兵地协同建立生态保护区,以最终实现兵地城市之间多方面的互联互通。

5.2 讨论

科学、合理的分析兵地城市“三生”空间格局及“三生”功能共生模式,是新疆兵团与地方实现“三生”空间合理布局、跨界融合发展等亟需解决的关键问题。

国土“三生”空间格局受制于地域分异规律,并由于土地利用方式和发展阶段的不同而使其不断发生变化,“三生”空间是“三生”功能的空间表征,“三生”功能又是“三生”空间最直接的测度,两者双向互动、交叉影响。随着兵地融合战略的提出,兵地间协作程度虽不断加强,但融合问题也日益凸显,本文初步探讨了兵地城市“三生”空间格局,以分析兵地城市“三生”用地空间交互特征,基于共生模型测度兵地“三生”融合状态,创新了兵地跨界融合研究方法,细化了兵地融合方向,对于实现兵地城市间和谐共生发展具有重要意义。

本研究基于数据的精度,虽已对土地利用类型对应的三生用地分类体系做了相应的调整,但部分用地分类仍有待进一步优化；“三生”功能评价指标体系构建中缺乏对政策制定者影响的考虑；同时,由于数据还不够完善,微观尺度刻画不够精细,内在关联机制也未能深入探讨；后续研究将进一步细化三生用地分类体系,综合考虑各方面影响,以深化兵地跨界融合发展路径。