乡村“三生”空间发展水平综合评价与耦合协调分析——以绵阳市游仙区为例

郑 达 李长奇 曹 琦

(西南科技大学土木工程与建筑学院 四川绵阳 621010)

生产空间、生活空间、生态空间是构成乡村空间重要的子系统。近年来，随着新型城镇化的快速发展，乡村空间的发展不断受到城市元素的干扰，多元化的乡村人居环境面临着生活空间碎片化、生产功能紊乱、生态环境失衡等一系列危机。而党的十八大所提出的“促进生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”的国土空间优化目标以及十九大所提出的“走城乡融合发展之路”“走乡村绿色发展之路”“走质量兴农之路”的乡村振兴战略都旨在实现乡村三生空间功能的整合与协调发展。因此，适时引导调控乡村“三生”空间发展，促进其科学健康发展，厘清生产、生活和生态空间之间的关系已成为亟待研究的重要课题。目前对于“三生”空间的研究主要从识别与分类[1-4]、空间格局特征[5-7]、空间格局优化[8-10]等方面开展，以区域或市县级行政区划尺度为研究区居多，较少涉及镇域尺度下的乡村“三生”空间研究，且大多乡村空间方面的研究仅停留在单一功能的评价与空间格局优化[11-13]，虽有学者初步探讨了乡村“三生”空间的划分[14]、土地适宜性评价[15]、三生功能评价[16]、空间格局演变[17]等，但缺乏从系统的角度综合评价乡村空间资源配置，且未能明晰各种空间功能之间的耦合互动关系。本文以绵阳市游仙区为研究区域，通过构建游仙区“三生”空间发展水平评价指标体系，对游仙区乡村生产生态空间、生活生产空间、生态空间和生态生产空间的发展水平进行评价，利用“三生”空间耦合协调度模型对各乡镇耦合协调度值进行计算，分析游仙区各乡镇“三生”空间耦合协调程度，并以此为依据探讨游仙区乡村空间发展和乡村振兴建设路径。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

游仙区位于四川盆地西北缘丘陵地带，嘉陵江支流涪江中上游东部，东临梓潼县，南连三台县，西连涪城区，北临江油市，是绵阳市的核心城区和主城区(图1)。全区面积1 018 km2，有1个经济开发区、1个经济试验区、5个街道、24个乡镇、55个社区、226个村，总人口56.83万人(根据《四川省人民政府关于同意绵阳市调整部分乡镇行政区划的批复》(川府民政〔2019〕27号)文件，游仙区部分乡镇行政区划已进行相应调整。本文仅参考游仙区各乡镇行政区划调整前所获取的数据进行研究)。近年来，为实现农业产业、乡村旅游、文化传播、娱乐休闲等产业转型，推进农业综合升级、农村全面进步、农民综合发展，游仙区政府试图通过旅游业带动“山湾农场”建设，提升林地、水体、文化、住宿、土地等可供开发资源的价值。开发与建设力度的加大虽然在一定程度上给当地带来了经济效益，但资源分布不均所造成的发展失衡、人居环境恶化以及发展状态与生态效应不匹配等问题也日益凸显。因此，如何指导乡村发展过程中“三生”空间的协调与有序开发，将成为游仙区开展乡村振兴综合项目的核心工作。

图1 游仙区在绵阳市的区位分布图Fig.1 Location of Youxian District in Mianyang

1.2 数据来源与数据处理

研究采用的土地利用数据来源于USGS上获取的Landsat-8 OLI/TIRS遥感影像数据产品与地理空间数据云上获取的30 m 分辨率DEM数据以及源于《绵阳市游仙区土地利用总体规划(2006-2020年)》的相关数据。生态环境数据来源于EARTHDATASEARCH上获取的MOD13Q1与 MOD17A3陆地数据产品。社会经济数据主要来源于《绵阳统计年鉴2019》与《游仙年鉴2019》。

采用ENVI5.1与ArcGIS10.5专业软件，结合目视解译监督分类两种方法，以土地利用数据 30 m 精度二级分类为标准，将Landsat-8 OLI/TIRS遥感影像数据通过辐射校正、大气校正进行数据预处理，最后采用监督分类方法对影像进行土地利用数据解译。解译得到耕地、园地、林地、草地、水面坑塘、城乡建设用地以及农村居民点等土地利用栅格斑块数据。由于《全国土地利用总体规划纲要(2006-2020)》提出“生态用地与生活用地、生产用地并行”，因此，需在现行土地利用分类的基础上将土地按照生态、生产、生活功能重新进行分类。结合现有研究成果[1, 6, 18-19]，将解译得到的土地利用分类斑块进行“三生”用地归并处理，并细化成为生产生态空间、生活生产空间、生态空间以及生态生产空间(表1)，分类结果如图2所示。MOD13Q1与MOD17A3数据产品通过MODIS Reprojection Tool软件对HDF数据格式进行解译，并且提取相应波段的数据信息，最终得到植被覆盖度数据以及NPP 植被净初级生产力数据。

图2 游仙区乡村“三生”空间分类Fig.2 Classification of the rural Production-Living-Ecological space in Youxian District

表1 游仙区乡村“三生”空间分类体系Table 1 Classification system of the rural Production-Living-Ecological land in Youxian District

2 研究方法

2.1 景观格局指数计算

景观格局及其变化可以综合反映一定区域内生态环境系统在自然因素与人为因素相互作用下产生的空间分异特征。本研究利用Fragstats 4.2软件对研究对象的空间特性进行分析，计算出斑块的景观格局指数，作为乡村“三生”空间发展水平的评价指标。

2.2 “三生”空间发展水平评价指标体系构建

借鉴乡村“三生”空间适宜性评价[15]、功能评价[16]、综合评价[20]等相关研究成果，对相关指标进行初步筛选，在遵循评价指标的综合性、可比性、可操作性及相对稳定性等原则下，利用SPSS 22工具，在Shapro-Wilk正态性检验通过下(样本量小于50)，对二级指标进行Pearson相关性分析，将两两相关性系数大于0.95的指标进行二次对比筛选，保证指标的综合性与独立性。考虑到乡村“三生”空间发展水平的完整度和协调度，综合研究区乡村空间发展特征，立足景观空间格局属性以及自然资源禀赋两个维度，最终构建了游仙区乡村“三生”空间发展水平评价指标体系(表2)。

表2 游仙区乡村“三生”空间发展水平评价指标体系Table 2 Evaluation index system of the rural Production-Living-Ecological spatial development level in Youxian District

2.3 熵权法确定指标权重

(1)将各个指标的数据进行归一化处理。

(2)求各指标的信息熵。

(3)求出第i组数据的第j项指标的信息熵为：

(1)

(2)

(4)计算信息效用值：

dj=1-ej

(3)

(5)计算各指标的权重(表3)：

表3 游仙区乡村“三生”空间发展水平评价指标权重的确定Table 3 Determination of the weights of evaluation indicators for the development level of the rural Production-Living-Ecological space in Youxian District

(4)

2.4 “三生”空间耦合协调模型

本文结合耦合协调模型的改进以及应用的研究成果[21-23]，构建生产生态空间、生活生产空间、生态空间以及生态生产空间4个子系统以及两两子系统之间耦合协调模型，用以测度系统之间相互作用关系。

(5)

式中：Ui指各空间子系统的发展水平评价分值；Uj是除Ui系统外的任何子系统；n是子系统的总数目，在文中取n=4与n=2。耦合度的大小由各个子系统Ui的大小决定。耦合度值c∈[0，1]，根据耦合度值的变化分为以下6种类型[24-25]：①c=0，子系统间处于无关状态且向无序发展；②c∈(0，0.3]，处于较低水平耦合时期；③c∈(0.3，0.5]，处于颉颃时期；④c∈(0.5，0.8]，进入磨合时期，子系统间开始良性耦合；⑤c∈(0.8，1.0)，处于协调耦合时期；⑥c=1.0，各子系统之间的耦合良好，并趋于一种新的有序结构。

(6)

t=γU1+ηU2+ιU3+κU4或

t=λUi+μUj

(7)

式中：c为耦合度；d为耦合协调度；t为生产生态空间、生活生产空间、生态空间以及生态生产空间发展水平的协调指数。由于四类空间的发展水平同等重要，因此，本文取γ=η=ι=κ=0.25，λ=μ=0.5。为了更好地体现生产生态、生活生产、生态以及生态生产空间四者以及两两空间子系统之间的耦合协调程度，参照已有的研究[26-27]，对耦合协调度以及具体协调对比类型进行划分，划分结果如表4所示。

表4 乡村“三生”空间协调程度与协调对比类型划分Table 4 Classification of the coordination degree and contrast coordination ratio types of rural Production-Living-Ecological space

3 “三生”空间综合发展水平评价与耦合协调度分析

3.1 “三生”空间综合发展水平评价结果

自然间断点分级法(Natural Breaks)基于数据中固有的自然分组来确定分类区间，该方法可将相似值进行最恰当的分组，最大化不同类别之间的差异。该分组的方法是将数据分成若干类，对于这些类，边界设置在数据值差异较大的位置[28]。为体现各乡镇“三生”空间发展水平分值差异性最大化，本研究利用ArcGIS专业软件上的自然断点分级法将各乡镇的生产生态空间、生活生产空间、生态空间、生态生产空间以及“三生”空间综合发展水平评价分值归一化处理后按低、较低、中、较高、高5个等级进行划分(图3)。从生产生态空间发展水平评价分值来看，总体上看大多乡镇评价为中值，评价为低值的乡镇有石马镇、游仙镇以及白蝉镇,其中仅建华乡达到高值，这表明近年来建华乡在实施高标准农田项目和改造蔬菜制种基地建设、逐步完善农业基础条件的发展政策上取得了较好的成效。从生活生产空间发展水平评价分值来看，小枧沟镇、松垭镇发展水平达到高值，均分布在游仙区西部，整体上呈现“西高东低”的空间格局，这表明生活生产空间发展趋势是以绵阳城区西部功能发达的涪城区为核心逐渐向外扩散。从生态空间发展水平评价分值来看，街子镇、松垭镇达到高值，这表明生态空间发展水平高的乡镇通过有序推进乡村环境的综合整治，生态功能实现一定程度的修复。例如街子镇实施人居环境整治行动，围绕“垃圾治理、污水处理、厕所革命和村容村貌提升”，采取生活垃圾“定时清扫、定时保洁、定点投放、定时清运”和“户分集、村收集、镇转运、区处理”等措施使得镇域内生态环境与人居环境得到有效治理。从生态生产空间发展水平评价分值来看，仅沉抗镇达到高值，这主要得益于政府坚持“保护生态、发展经济”的方针，坚持开发与保护并重，致力社会效益、经济效益、环境效益的协调发展，发挥了仙海风景区的本底资源优势以及沉抗水库省级水利设施的投资建设优势。

图3 游仙区乡村“三生”空间发展水平评价等级空间分布Fig.3 Spatial distribution of evaluation grades of the rural Production-Living-Ecological spatial development level in Youxian District

通过自然间断点分级法对游仙区各乡镇“三生”空间综合发展水平评价分值等级划分结果可以看出，高值区间为0.545 2～1.000 0，处于该区间内的乡镇有松垭镇与小枧沟镇，较高值区间为0.299 6～0.545 1，处于该区间内的乡镇有石马镇、游仙镇、沉抗镇。采用空间自相关法分析各乡镇“三生”空间发展水平评价值空间分布特征，结果表明，游仙区各乡镇“三生”空间发展水平评价值空间分布的MoranI指数为0.221 072，Z-score值为2.358 245且在0.05显著性水平下通过检验，表明其空间分布存在显著的空间正相关，说明游仙区乡镇“三生”空间发展水平在空间上存在高值区连片聚集的空间分布特征。

3.2 “三生”空间耦合协调度分析

游仙区乡村“三生”空间耦合度c值的高值区主要包括松垭镇、小枧沟镇、游仙镇、石板镇、徐家镇、忠兴镇以及新桥镇(表5)，分值分布0.8～1.0区间内，表明其乡村“三生”空间功能之间良性耦合愈强并逐渐向有序方向发展，处于“三生”空间协调耦合时期；大部分乡镇分值在0.5～0.8区间内，表明乡村“三生”的空间功能开始相互平衡、相互配合，呈现出良性耦合，处于“三生”空间磨合时期；东林镇、建华乡耦合度值在0.3～0.5之间，表明其乡村“三生”空间功能相互作用增强，乡村主导功能增强，占据了其他乡村空间功能，而其他功能正在弱化的过程中，处于“三生”空间拮抗时期；而分值在0～0.3 区间内的沉抗镇、白蝉镇、梓棉镇以及凤凰乡，其乡村“三生”空间功能之间开始进行博弈，处于较低水平耦合时期。

表5 游仙区各乡镇“三生”空间耦合协调度对比类型Table 5 Comparison types of coupling coordination degree of rural Production-Living-Ecological space in each town in Youxian District

从“三生”空间耦合协调度值来看(图4)，乡镇间的差异显著。松垭镇最高，其值为0.881，介于0.8～0.9区间内，属于“三生”空间发展良好协调型；小枧沟镇耦合协调度值处于0.7～0.8区间内，属于中级协调型。以上乡镇“三生”空间已达到协调程度。耦合协调度值处在0.4～0.6区间的乡镇，协调程度达到过渡阶段，占比37.5%。其余乡镇耦合协调度值在0.2～0.4区间内，属于轻度失调型与中度失调型，协调程度仍处于失调衰退阶段，占比54.2%。从“三生”空间耦合协调度的空间格局上看，总体也呈现出耦合协调度值“西高东低”的空间分布特征。

图4 游仙区乡村“三生”空间耦合协调度空间分布Fig.4 Spatial distribution of the rural Production-Living-Ecological spatial coupling coordination degree in Youxian District

为进一步揭示“三生”空间子系统之间耦合协调特征，明晰乡村空间功能各子系统之间相互作用情况，本文对游仙区各乡镇乡村“三生”空间两两子系统耦合协调度进行了测算(图5)。

图5 游仙区乡村三生空间子系统两两耦合协调度空间分布Fig.5 Spatial distribution of the coordination degree of the pairwise coupling of the rural Production-Living-Ecological space subsystem in Youxian District

生产生态-生活生产空间耦合协调测度下，松垭镇、小枧沟镇、魏城镇以及游仙镇协调度最佳，处于协调发展阶段，而62.5%以上的乡镇正处于过渡协调阶段。凤凰乡、刘家镇、梓棉镇以及石马镇相对较差，处于失调衰退阶段，这些乡镇生活生产空间发展水平低且生产生态空间发展水平评价值相对较弱，且全部集中在区域边缘地区，生活生产空间发展受限于地形、交通等要素。生产生态-生态空间耦合协调测度下，有25%的乡镇已达到协调发展阶段，仅凤凰乡、沉抗镇、白蝉镇与石马镇的耦合协调度较低，除凤凰乡以外其余乡镇生态空间发展水平低，多以农业生产为主导，生产资源要素较为集中，弱化了生态功能建设，导致协调程度仍处于失调衰退的状态。生态-生态生产空间耦合协调测度下，大多数乡镇仍处于失调衰退阶段，这些乡镇大多是生态生产空间发展评价等级低，对于生态容纳用地牧草地以及饮用与农用水源用地等具有生态生产功能的资源要素开发过度，导致生产功能大于生态功能，发展失衡。生活生产-生态空间与生活生产-生态生产空间耦合协调测度下，松垭镇、小枧沟镇均处于协调发展阶段。而仍有大部分乡镇在以上两种测度下处于失调衰退阶段，原因是其乡村生活生产功能处于绝对优势地位，导致生态功能相对弱化。

4 结论与建议

通过对绵阳市游仙区各乡镇“三生”空间综合发展水平评价与耦合协调度测度，得到以下结论：(1)从“三生”空间综合发展水平评价分值等级划分结果来看，松垭镇与小枧沟镇的评价分值最高，空间分布上存在显著的空间正相关,且呈现“西高东低”高值聚集的空间分异特征。(2)游仙区各乡镇“三生”空间耦合度值测度下，大多数乡镇处于“三生”空间磨合时期，乡村“三生”空间功能之间开始相互制衡、配合，呈现出良性耦合。从“三生”空间耦合协调度值来看，有54.2%的乡镇协调程度仍处于失调衰退阶段。(3)通过进一步分析“三生”空间两两子系统耦合协调特征可知，游仙区各乡镇“生活生产-生态空间”“生活生产-生态生产空间”以及“生态-生态生产空间”耦合协调程度差异明显。近期，游仙区开展部分乡镇行政区划调整，在此政策背景下，各乡镇应立足“三生”共融的综合视角，尽可能考虑行政区划调整前后的区域差异和比较优势，合理规划和布局区域内乡村空间。基于此，本文提出如下建议：第一，明晰全区“三生”空间整体特征，确定各乡镇乡村空间主导功能优势。游仙区乡村空间发展的区际差异显著，仅有较少高发展水平的乡镇发挥出区域主导产业优势，如现代农业产业园区、高新技术产业开发区等以生产生态或生活生产为主导的产业园区多分布在松垭镇、小枧沟镇及周边区域。导致区域差异的原因涉及到自然资源本底、地理环境、社会发展等多方面因素。因此，可通过乡镇间资源共享以及乡镇间合作等方式优化各自空间子系统的资源配置差的短板，提高乡村“三生”空间协调程度，实现全区乡村空间统筹发展。第二，协调乡村空间发展与生态建设。未来的乡村空间发展应严格限制乡村生活、生产功能对生态功能的侵占，严格控制生态红线保护区，加强对生态资源开发利用的管控，在“三生”空间协调的基础上做好土地整治，提高耕地质量，积极治理生活污水、垃圾回收、基本农田侵占等问题，做好乡村生态修复。第三，科学合理开展乡村空间建设。对于即将开展或者正在进行的乡村规划设计，应采取乡村“三生”空间差别化优化布局的方式，合理指导乡村发展建设，提升乡村人居环境质量，引导乡村“三生”空间功能向更为有序、协调的方向发展。