武汉都市圈乡村地域系统结构与功能演变及耦合优化
2024-01-01 00:00:00孟春妍孔雪松
中国土地科学 2024年5期
摘要：研究目的：基于“人—地—域”与“三生空间”视角，分析2010—2020年武汉都市圈乡村地域系统结构与功能的时空演变特征，系统探讨结构与功能的耦合关系及其优化路径。研究方法：指标评价法和弹性系数模型。研究结果：（1）武汉都市圈乡村地域系统结构与功能指数空间格局相对稳定，2010—2020年结构与功能指数整体呈现波动上升趋势。（2）根据结构与功能指数变化及弹性系数的组合特征，将武汉都市圈乡村地域划分为6种类型。（3）协调增长区应找准特色发展主轴，巩固脱贫攻坚成果；双减区应变被动虹吸为主动承接，依托特色引领产业发展；结构滞后增长区和结构减—功能增反向区应借助区位优势打造品牌，实现转型发展；功能滞后增长区和结构增—功能减反向区应推动农村农业现代化，改善农村人居环境。研究结论：乡村地域系统结构与功能存在显著的阶段性和分异性耦合特征，通过制定针对性分区优化策略，促进乡村地域系统结构与功能的协调发展。
关键词：乡村结构；乡村功能；弹性系数模型；耦合关系；武汉都市圈
中图分类号：F301.2 文献标志码：A 文章编号： 1001-8158（2024）05-0068-11
基金项目：国家社会科学基金项目（23BGL267）。
快速城镇化在造就城市繁荣的同时，也带来了乡村地域社会结构、经济形态和生态环境的巨大变化，导致了全球性的乡村衰退问题[1]。当前，中国仍存在十分显著的城乡二元结构差异[2]，多年来偏重城市的发展策略、偏重市民的分配制度及偏重工业的产业结构，使得城乡发展严重失衡，制约了中国乡村发展转型。乡村聚落空心化、劳动力短缺、组织衰败及社会活力丧失等问题日益突出[3]，乡村地域系统面临着结构与功能分化重组态势。
乡村地域系统结构转变与功能演化是乡村地理学研究的重要内容。大量研究探讨了乡村土地利用结构动态演变规律及作用机制[4-5]，随着城乡要素流动加速，与土地密切相关的人口和产业发展引起了广泛关注；相关研究在构建人—地—业评价指标体系的基础上，定量测度乡村地域系统结构演变特征，并利用耦合协调度模型及地理探测器等方法，揭示乡村地域不同要素间的时空关联与影响因素[6-8]。结构决定功能，乡村地域系统结构的变化促进了乡村功能的转型，学者们以稳定生产、突出生活和强化生态为导向，研究了乡村生产—生活—生态多功能演化趋势，并定量化分析了各个功能间的权衡—协同关系，提出乡村综合功能影响因素的逻辑框架[9-11]，为乡村地域系统多功能协同优化提供了重要支撑。然而，现有研究往往基于乡村地域系统结构或功能的单一维度开展，割裂了两者时空耦合的动态关系，难以从规划层面为乡村地域系统结构与功能分区优化提供指引。
都市圈是以带动作用强的大城市为中心、以周边中小城市为依托的城市区域联合体，是引领地区高质量发展的重要增长极[12]。都市圈具备空间集聚、要素关联紧密和政策协同强等优势，在推动新型城镇化与城乡融合发展方面发挥着重要作用[13]，都市圈中心城市的辐射引导作用更容易覆盖到圈内农村地区，有利于实现乡村振兴与共同富裕的目标。因此，面向当前乡村地域转型发展需求和分化重组态势，开展都市圈乡村地域系统结构与功能演变及耦合优化研究，对于推动以都市圈为载体的乡村地域高质量发展有重要的现实意义。基于此，本文融合统计数据、POI数据和土地利用等多源异构数据，基于“人—地—域”与“三生空间”视角，测度2010—2020年武汉都市圈乡村地域系统结构与功能的时空演变特征，深入探讨结构与功能的互动关系和耦合模式，提出乡村地域系统结构与功能分区优化策略，为都市圈统筹视角下的乡村地域系统结构优化与功能提升提供决策依据。
1 研究区概况与数据来源
1.1 研究区概况
武汉都市圈是以武汉为中心，涵盖周边黄石、鄂州、黄冈、孝感、咸宁、仙桃、天门、潜江共9个大中型城市所组成的区域经济联合体，总面积约为5.8×104 km2。武汉都市圈是湖北经济最发达的核心区域，以不足湖北省1/3的面积支撑了全省过半的常住人口及超六成的GDP总量，是长江经济带的重要引擎和中部崛起的重要战略支点。在城镇经济高速发展的同时，武汉都市圈乡村地域面临着内部发展不平衡和转型发展困境，亟需在把握乡村地域系统结构及功能动态规律的基础上，探索武汉都市圈乡村转型发展路径。
1.2 数据来源
本文基于科学性、代表性和数据可获取性，选取2010、2015和2020年三个时间截面，以武汉都市圈32个区县级行政单元（剔除主城区）为研究区域（由于统计原因，将鄂州市视作整体进行研究），对研究区域构建500 m×500 m的格网。研究所涉及的3期土地利用数据来自中国科学院资源环境科学与数据中心[14]，分辨率为30 m；社会经济数据来源于2010—2020年各地市、区县级统计年鉴及《湖北农村统计年鉴》；NDVI数据来源于国家生态科学数据中心[15]，分辨率为30 m；兴趣点（POI）数据来源于高德地图API，对其进行清洗操作，剔除无效及异常数据，将其重分类为科教文卫服务、医疗保健服务等类别。研究数据空间投影坐标系统一至WGS_1984_UTM_ Zone_50N。
2 理论框架与研究方法
2.1 理论框架
乡村地域系统是由人文、经济、资源和环境构成的，具有一定结构、功能和区际联系的乡村空间体系[16]。随着经济社会发展和城乡生产要素的自由流动，乡村地域系统演化与重组态势明显，改变着乡村要素组成、空间形态与社会关系，带来了宜居宜业和美乡村建设的机遇与挑战。
乡村地域系统结构是不同要素经自组织和被组织过程形成的相对稳定形态[17]。系统结构变化直接影响整体功能，在城市化需求拉力与乡村发展内需推力的双重作用下，乡村呈现出家庭微型化、少子化和老龄化的结构变化[18]，带来了乡村土地利用结构与配置格局的改变，进而影响着区域整体产业结构与生产效率[19]。都市圈是新型城镇化和乡村振兴战略叠加的重要地域空间，对于都市圈内部的乡村而言，城乡要素流动所带来的产业发展水平和收入差距等结构差异，反映了乡村发展的区域本底与城乡共治的协同度[20]。乡村地域系统功能是要素在系统内外部作用与联系中表现出来的性质与能力，由要素与结构共同决定，具有多重性和复杂性[21]。乡村人口通过农业生产满足乡村自身及城市发展需要，为居民提供生活居住空间及社会保障[22]；受城乡生产要素流动和产业结构升级的影响，乡村逐步提供多样化的生产功能，并进行产业发展模式的革新及产业融合度的提升[23]。此外，乡村优良的自然资源条件为城乡居民提供了重要的生态空间，在区域生态调节保育和生物多样性保护方面的作用日益显著[24]。
乡村地域系统结构与功能间存在复杂的交互作用关系，要素结构和发展水平直接决定功能水平，而功能强弱则为结构优化调整指明了方向（图1）。具体而言，人口结构及其变化趋势是乡村生活设施规划的重要基础，土地利用数量与空间结构反映了乡村产业功能水平；同时，居民生活方式与物质需求也会受到所在区域经济结构的影响，区域生产消费链条直接影响着城乡人口分布及土地资源配置。从人口、土地和区域视角识别乡村结构演变特征，突破了传统就乡村论乡村的局限，将城乡区域差异纳入乡村人地关系结构中，可以更好地把握乡村地域系统结构演化规律。此外，基于乡村功能优化转型视角，以乡村“三生空间”为载体构建测度体系，能够更好地突出乡村发展的地域特色。因此，基于乡村地域系统结构与功能的比较优势，动态调整要素的演进方向，能够有效实现乡村地域结构优化、多功能发展和全方位振兴[25]。
2.2 评价指标体系构建
基于“人—地—域”和“三生空间”视角，构建乡村地域系统结构与功能综合评价指标体系（表1）。结构评价方面，包括人口、土地和区域结构3个维度：人口结构选取乡村劳动力数量、人口密度与外出就业率3个指标，表征乡村人口数量结构与动态特征；土地结构通过耕地面积占比、土地信息熵和农村居民点用地面积进行表征，反映乡村生产生活用地状态及土地利用复杂度；区域结构选取第一产业比重、城乡收入水平比和城乡恩格尔系数比进行测度，反映城乡产业结构和发展水平的本底差异。功能评价方面，包括生产、生活和生态功能3个维度：生产功能基于地均农业机械总动力、第二三产业生产能力和人均农林牧渔产值进行测度，表征乡村产业发展水平和功能强弱；生活功能选取教育条件、医疗条件和人均农村用电量进行评价，反映乡村社区生活圈配套水平和社会活力；生态功能选取NDVI、化肥投入强度和农药使用强度进行评价，表征乡村生态本底条件及生产活动对生态空间的影响。采用极差标准化法对各指标进行标准化处理，为避免单一赋权法的局限性与弊端，本文综合运用CRITIC权重法和层次分析法确定指标权重，基于乡村地域系统结构和功能指数划分等级（表2）。
2.3 弹性系数模型
当b>0时，乡村地域系统结构与功能指数同向耦合。若StD>0，说明结构指数和功能指数同步增加，本文认为结构和功能在乡村发展中占有同等重要地位，同时考虑到结构与功能变化率在数值上存在的客观差异，因此取0.9与1.1作为结构与功能良性协同增长的分界值。0.9
当b<0时，结构与功能指数反向耦合，呈现非同步的解耦状态。若StD>0，说明结构指数增长的同时，出现了功能指数下降的情况，该区为“结构增—功能减反向区”；若StD<0，该区为“结构减—功能增反向区”。
3 武汉都市圈乡村地域系统结构和功能指数时空演变特征
3.1 结构指数时空演变特征
2010—2020年，武汉都市圈乡村地域系统结构指数分布格局相对稳定，指数较大的区域大体上呈现西北部集中并沿西北—东南轴线逐年向外延伸的态势（图3）。大部分区域结构指数水平呈上升趋势，平均数值由0.44增加到0.49；等级分布结构也呈现稳定的阶梯状，逐年向高水平方向平缓移动。随着新农村建设及乡村振兴战略的实施，乡村二三产业发展提供了更多的就业机会，农村劳动力的合理流动一定程度上促进了人地关系优化；同时，乡村生产生活及发展需求日益多元化，促进了土地利用类型和配置方式的多样化；城乡差距进一步缩小，区域协调发展水平整体提高。
从行政尺度来看，结构指数较高水平的地区集中分布于武汉市、孝感市南部、仙桃市和天门市。这些地区地处江汉平原，交通区位条件优良，人口集中且土地开发具有天然优势，城乡间形成良性互动。从格网尺度来看，各等级呈现出与地形关联明显的纹路特征。地势较低的平原地区劳动力丰富，土地开发程度高且用地类型多样，城乡差距较小；山区丘陵地带及紧邻河流的地区用地类型单一，各方面发展受限导致结构指数水平较低。随着时间推移，同一区域内的等级对比愈发明显，说明人口、土地和区域要素之间的流动具有更加明确的方向性，有利于实现不同区域、不同资源的高效利用与专业化发展。
分时段来看，2010年较低及低水平的区域占比超过50%，乡村人口流失、用地方式单一和城乡区域固化等问题较为突出；2015年较低及低水平占比下降为38%，农村劳动力的增加和城乡差距的缩小，使得潜江市、咸宁市及黄冈市结构指数有明显升高，但安陆市、大悟县、黄陂区和阳新县等地结构指数明显降低，农村外出就业率升高是主要动因；2020年，较高水平占比增长至28%，成为占比最多的类型，结构指数水平进一步提升。研究期间，低水平整体沿都市圈边缘形成反“C”型分布格局，这与武汉都市圈地形分布和经济发展水平高度相关。
3.2 功能指数时空演变特征
2010—2020年，乡村地域功能指数较高的区域集中分布于都市圈中南部（图4）。功能指数在整体上呈现出由低水平为主向较低及以上水平发展的特征，平均值由0.30增加到0.39。相较于结构指数变化，功能指数各个等级的变化幅度更大、速度更快且更不平稳，但整体仍呈现逐年向高水平方向提升的特征。研究期间，从精耕细作式的小农经济向以种粮大户为主的规模化经营转型，带来了生产效率的提高及现代都市农业的发展，居民生活水平的改善为农产品提供了更大的市场空间，刺激乡村第二三产业发展；乡村基础设施不断完善，教育、医疗等反映生活水平的相关指标也在逐年升高；湖北省化肥农药减量增效等乡村生态方面工作的推进也带来了生态功能的提升。
从行政尺度来看，随着时间推移，指数较高的区域集中于武汉市、咸宁市、黄石市、潜江市以及黄冈市英山县，指数较低的区域从西部天门市、北部大悟县、再到东南部黄梅县呈现连续的倒U型分布格局。随着交通网络的逐渐完善与武汉市的辐射带动，武汉市周边乡村也逐渐承接了武汉市发展的外溢需求，带动功能指数上升，并以梯层推进的模式向外发展。从格网尺度来看，相较于结构指数，功能指数沿地形分布的纹路特征并不明显，但部分高水平及较高水平格网呈现点状集中分布，这些地区区位条件较好、生态环境质量高，具有一定的生产优势，同时附近分布大量学校及医院，整体提升了乡村地域功能水平。
分时段来看，2010年功能指数占比最多的类型为低水平，数量超过50%，整体功能指数较低，仅有不到1%的格网为高水平等级，以单一的农业生产为主，基础设施建设薄弱且农药化肥施用量高；2015年功能指数提高明显，较高及高水平占比上升至30%，仅有6%的格网处于较低水平，社会经济的高速发展助推了乡村功能指数的提升，全面深化农村改革的政策也为农村注入新活力；2020年，功能指数进一步提升，相较于上一时段，该时段的提升幅度变缓，低水平占比降至1%，较低及中等水平的占比略有下降，较高及高水平的占比提升为38%，这与乡村振兴战略的实施密切相关。
4 武汉都市圈乡村地域系统结构与功能耦合演变及优化路径
2010—2020年整体耦合关系以同向变化为主，占比达到69%，以“同增耦合”类型为主；在反向耦合类型中，88%的区域为结构减—功能增反向区。整体结构与功能耦合情况较好，多数乡村地域实现了结构与功能指数的双提升，但部分地区仍存在结构与功能发展错位问题。不同类型区呈现出明显的空间聚集特征，根据结构与功能指数时空耦合特征，将武汉都市圈划分为协调增长区、双减区、结构滞后增长区、结构减—功能增反向区、功能滞后增长区和结构增—功能减反向区（图5），进而明确各分区特征与优化方向（图6）。
（1）协调增长区：找准发展主轴，巩固脱贫攻坚成果。2010—2015年，协调增长区占比为5%，主要集中分布于红安县、崇阳县及蕲春县东部，这三个区县都曾为国家级或省级贫困县。2015—2020年，主要集中分布于黄石市阳新县，零散分布于武汉市黄陂区，与前一时间段类似，该部分协调增长区实现了结构与功能指数的小幅提升。协调增长区大部分为刚刚脱贫的区县，多数乡村尚在乡村振兴之路的探索途中，结构与功能指数水平普遍较低。对该类型区而言，如何守住脱贫成果、防止返贫是发展关键。要结合村庄特色及资源，找准未来发展主轴。结构方面要通过挖掘村庄特色产业增加就业机会，合理分配用地布局，通过农户增收缩小城乡差距；功能方面应加强不同产业的融合发展，改善乡村基础设施，运用农业技术提高农产品附加值，以绿色创新引领乡村地域高质量发展。
（2）双减区：变被动虹吸为主动承接，依托特色引领产业发展。2015—2020年，双减区集中分布于中部偏西的孝感市云梦县、武汉市蔡甸区及咸宁市赤壁市，三个区县均紧邻主城区，城乡收入差距直接拉低了结构指数；同时，为满足城市建设需求，国土空间开发强度增大，导致植被覆盖率降低，功能指数也随之下降。该区应积极变被动虹吸为主动承接，着重提升乡村人口质量，对内开展专业技能与能力培训，对外吸引优秀人才返乡，激活农村创新活力，同时积极完善乡村养老保障体系。在功能方面，重点提升生产功能，促进农业生产效率提高与产业融合发展。未来可依托当地文化和生态本底发展特色产业，释放生态红利，打造涵盖种养业、农产品销售加工和田园综合体的乡村产业链条，把农村资源变为创富资本，实现结构与功能协同优化，逐步实现与周边城镇融合发展。
（3）结构滞后增长区和结构减—功能增反向区：借助区位优势打造品牌，实现转型发展。结构滞后增长区主要位于都市圈边缘，受武汉市辐射带动作用相对较小，结构指数的增速稍落后于功能指数。该类型区多为经济基础较好的农林业大县，农业机械化水平高，随着农村人居环境综合治理及农业生产绿色转型的推进，生活及生态质量得以提升。结构减—功能增反向区农业基础资源得天独厚，例如应城市是国内最适宜种植糯稻的地区之一，相关产业的链条化发展带动了该地区的乡村产业振兴，进一步带来了功能指数的综合提升。
这两类区域可在保持相对功能优势的基础上优化结构，依据资源禀赋实现农业、旅游业等产业转型发展。应采取有差异化的人口政策，对于经济发展水平较好、距离城市主城区较近的乡村，可以鼓励条件合适的村民“市民化”发展，而选择留在农村的居民则可以通过土地流转等方式实现规模化经营，提升用地效率；凭借农业基础和特色资源，打造农业品牌特色，构建完善的供产销产业体系并提高覆盖范围，提升乡村经济实力；此外，应着力保护农村生态空间，实现绿色转型，渐渐向现代农业、旅游业及农村商贸业过渡与发展。
（4）功能滞后增长区和结构增—功能减反向区：推动农村农业现代化，改善农村人居环境。功能滞后增长区主要分布于远离主城区的经济欠发达县，结构与功能指数整体呈现正向发展，但由于地理位置偏远，教育与医疗等基础设施配套水平相对较低，功能指数增速略慢于结构指数，形成不协调的正向发展态势。结构增—功能减反向区零散分布于都市圈北部，随着农业生产方式绿色转型发展，区内乡村生态环境有所改进，但因自身农业生产规模较大，化肥农药的大量投入导致功能下降。
这两类区域可借助其结构优势，不断优化乡村功能。推进土地流转、集体经营性建设用地入市等农村土地制度改革，盘活闲置用地；鼓励社会资本对农村产业及项目的投入，帮助乡村经营主体与外部市场建立稳定的线上线下产销关系，逐步缩小城乡收入及生活水平之间的差距；加大农田水利基础设施建设投入与先进科技利用，构建现代农业示范基地。同时，破除城乡二元结构壁垒，发展更加公平同时更有质量的乡村教育，促进物质文明与精神文明的协调发展；推进医疗数字一体化建设，构建武汉都市圈医疗卫生互通互联机制，实现优质医疗资源下沉，缩小区域公共服务水平差异；推进垃圾无害化处理及污水治理，全面改善农村人居环境。
5 结论与讨论
本文构建了基于“人—地—域”与“三生空间”的乡村地域系统结构与功能综合评价指标体系，分析了2010—2020年武汉都市圈乡村地域系统结构与功能的时空演变特征，识别了结构与功能时空耦合的类型特征，进而提出分区优化路径。
（1）武汉都市圈乡村地域系统结构与功能指数空间格局相对稳定，结构指数较高的区域大体上呈现西北部集中并沿西北—东南轴线逐年向外延伸的态势，功能指数较高的区域集中分布于以武汉市为中心的都市圈核心地区以及南部地区。2010—2020年结构与功能指数整体呈现波动上升状态，结构指数的平均值由0.44增加到0.49，功能指数的平均值由0.30增加到0.39。
（2）通过弹性系数模型计算结构与功能耦合程度，划分为6种类型。结构与功能指数均呈现下降趋势的类型为最不理想的发展状态，划分为“双减区”，占比最低；结构与功能实现协调增长的最理想耦合状态划分为“协调增长区”；结构指数增加、功能指数下降的区域为“结构增—功能减反向区”，占比小于5%；结构增速慢于功能增速的区域为“结构滞后增长区”，结构指数增速快于功能指数的区域为“功能滞后增长区”，结构指数下降、功能指数增加的区域为“结构减—功能增反向区”，这三类占比均在20%～40%范围内。
（3）明确了武汉都市圈乡村地域系统结构与功能耦合的分区优化路径。协调增长区应找准特色发展主轴，巩固脱贫攻坚成果；双减区应变被动虹吸为主动承接，依托特色引领产业发展；结构滞后增长区和结构减—功能增反向区应借助区位优势打造品牌，实现转型发展；功能滞后增长区和结构增—功能减反向区应推动农村农业现代化，改善农村人居环境。
本文基于区域统筹视角分析乡村地域系统结构与功能的时空耦合关系，并据此提出分区优化策略，有助于实现乡村地域结构与功能协同优化，为推进武汉都市圈乡村高质量发展提供决策参考。受村级数据可获取性的限制，本文在综合评价指标体系中部分指标以区县级数据进行代替，一定程度上影响了分析结果的精准性。此外，结构与功能时空作用关系复杂，结构变动反映到功能变化需要一定的时间，而功能对结构的目标引导也存在一定的反馈过程，因此，对于两者同一时间节点的耦合分析可能忽视了相互作用的时间滞后性问题。在未来的研究中需进一步关注多时段结构与功能系统内部要素之间的作用以及相互耦合协调情况，以期更精准地把握乡村地域系统动态演化的时空规律。
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Evolution and Coupling Optimization of Structures and Functions of Rural Regional System in Wuhan Metropolitan Area
MENG Chunyan1， KONG Xuesong1，2
（1. School of Resource and Environmental Sciences， Wuhan University， Wuhan 430079， China； 2. Key Laboratory of National Geographic Census and Monitoring， MNR， Wuhan 430079， China）
Abstract： The purpose of this study is to construct an index system from the perspectives of “man-land-domain”and “production-living-ecological” spaces， to analyze the spatial-temporal evolution characteristics of structures and functions of rural regional system in Wuhan metropolitan area from 2010 to 2020 and propose the optimization paths based on the coupling relationship between structures and functions. The research methods include index evaluation and elastic coefficient model. The results show that 1） the spatial distribution pattern of structural and functional indexes of rural regional system in Wuhan metropolitan area is relatively stable， and the overall structural and functional indexes show a fluctuating upward trend from 2010 to 2020. 2） Wuhan metropolitan area is divided into six types according to the combination characteristics of the changing value of structures and functions with their elastic coefficient. 3） The coordinated growth area should identify the main axis of characteristic development and upgrade the structural functional level. Double reduction areas should change passive siphon into active undertaking， relying on local characteristics to lead the industrial development. The structural lag growth areas and structure decrease-function increase reverse areas should build brands based on the location advantages to realize transformation and development. The function lag growth areas and structure increase-function decrease reverse areas should implement modernization of the agriculture and villages to improve the rural living environment. In conclusion， the structures and functions of rural regional system have obvious coupling characteristics of stages and differences. By formulating targeted zoning optimization strategies， the coordinated development of structures and functions of rural regional system can be promoted.
Key words： rural structure； rural function； elastic coefficient model； coupling relation； Wuhan metropolitan area
（本文责编：陈美景）
