北京大学学报(自然科学版) 第62 卷 第5 期 2026 年9 月
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis,Vol.62,No.5 (Sept.2026)
doi: 10.13209/j.0479-8023.2026.071
湖北省自然科学基金(2024AFB952)、中央高校基本科研业务费专项资金(CCNU26ZZ057,CCNU24ZZ073)、国家自然科学基金(421012 82)、湖北省社会科学基金(HBSKJJ20233271)和陕西省土地整理重点实验室开放基金(3001023545012)资助
收稿日期: 2025-12-25; 修回日期: 2026-04-30
生产、生活和生态(三生)空间是为满足人类需求的各类产品与服务的土地利用复合功能空间,是国土空间治理体系和治理能力现代化的重要载体。工业化与城镇化的快速推进正深刻地重塑地域空间的结构与功能,然而,高资源消耗与高污染排放的粗放式国土开发导致生产和居住空间的无序发展和生态空间的严重破坏[1-2]。生态文明理念被纳入国土空间开发范畴,特别是重大生态保护工程与国土空间用途管控措施的实施,改善了区域生态环境,促使国土开发转向三生空间协调统筹[3],但也在一定程度上限制了资源开发和工农业生产[4],加剧了三生空间的潜在冲突。因此,在城镇化进程加速背景下,系统地解析生态建设对三生空间冲突的影响路径与机理,是缓解国土开发保护矛盾、建设和谐宜居城市的关键科学议题。
三生空间冲突是从三生视角出发的土地利用空间冲突,其测度方法是通过构建土地功能评价指标体系,揭示三生空间的冲突水平[5],或基于景观格局指数构建冲突指标体系,计算冲突强度,后者已成为当前研究的主流方法[6]。在三生空间冲突类型及其强度测度基础上,其时空分布特征及原因的分析亦开始受到关注[7-8]。此外,CLUE-S,CA-Markov及多尺度集合模型等空间模拟技术也逐步应用于多情景框架下未来三生空间冲突格局的预测与模拟研究中[9-10]。然而,三生空间冲突分析多局限于某一区域,如流域[11]、省份[12]和城市群[13]等宏观层面以及城市[14]和县域[15]等中微观单元,缺乏不同功能定位城市间的直接对比研究,难以识别这些区域面临的冲突类型及根源。三生空间冲突源于空间资源的数量有限性及功能的多宜性,折射出人地关系的动态演变特征[16]。人口集聚、经济增长和建设用地扩张等城镇化过程往往以过度消耗资源和侵占生态要地为代价,加剧三生空间冲突的激烈程度[17]。为缓解三生空间冲突,生态修复和环境治理等生态建设实践减轻了人类对空间资源的压力[18],但也容易因管控方式过于僵化而引发新的矛盾,例如过度强调保护而限制开发,束缚正当发展权,甚至加剧区域间的发展不平衡。现有关于三生空间冲突影响的研究多聚焦于城镇化或生态建设的单一视角,对二者间协同或权衡作用机制的关注较为有限,导致难以厘清两者的动态交互作用机制,从而难以有效地推动区域人地系统的协调可持续发展。因此,本研究致力于阐明城镇化与生态建设对三生空间冲突的共同影响,并特别关注生态建设在这一过程中的调节作用,以期为国土空间开发保护格局优化提供参考依据。
经济发达型城市的快速发展往往伴随建设用地的快速扩张与农业用地的持续减少,导致耕地资源持续缩减,生产-生活空间不断侵占生态空间[19]。然而,生态资源型城市多位于地形复杂、生态敏感的区域,尽管有优良的生态环境本底,却因担负生态保护重任,面临城镇建设空间拓展受限的发展困境[20]。“发展优先”与“保护优先”两种城镇化路径使两类城市面临截然不同的三生空间冲突模式,亟需对其三生空间冲突的内在特征及影响因素进行比较分析。武汉市是国家中心城市和长江中游城市群的核心城市,城镇化率高,经济发展迅速,建设用地扩张显著,呈现高密度高强度开发的特征,存在生态空间总量不足、布局失衡及连通性差等问题。十堰市是国家重要水源涵养区和秦巴山区重要生态屏障,城镇化速度相对平缓,生态保护约束显著,存在生态底线守护与城镇发展空间需求难以调和的突出矛盾。因此,本研究选取湖北省武汉和十堰市作为研究区域,基于景观生态风险评估模型刻画 2000—2020年三生空间冲突的时空分布特征,采用空间误差模型揭示土地、人口和经济城镇化对三生空间冲突的影响效应,并比较分析生态建设在不同城镇化类型与三生空间冲突影响关系中的调节作用,进而提出疏解三生空间冲突的针对性政策建议,以期深化对三生空间冲突形成机制的理论认知,并为武汉市、十堰市及类似城市国土空间开发保护格局的优化提供分类施策方案。
武汉市地处湖北省东部,土地总面积约为0.857万 km2,地形以平原为主(占 46.06%),森林覆盖率仅为 14% (图1(a))。作为湖北省经济、政治和文化中心,2023年城镇化率达到 84.79%,常住人口为 1377.40万,GDP突破 20011.65亿元。快速城镇化进程中,经济增长与人口集聚带来城镇空间的蔓延,长期侵占城郊农田和湖泊等生态空间,使人地关系日趋紧张。为应对这一挑战,武汉市紧扣生态文明建设要求,通过“千园之城”计划大幅度增加公园绿地,截至 2025年,公园总数超千个,人均公园绿地面积为 15.03 m2; 同时建成总长度超过 2426 km的绿道。十堰市位于湖北省西北部,是南水北调中线工程核心水源涵养区和重要生态屏障,土地总面积约为 2.368万 km2,以丘陵山地为主。2023年城镇化率为 63.58%,常住人口为 315.31万,GDP约为2359亿元。城镇沿河谷分散扩张,对有限耕地及坡地和林地形成挤压,威胁区域水源安全。十堰市通过实施天然林保护以及退耕还林还草等工程,森林覆盖率从 1999年的 45.65%显著地提升至 2023年的71.82% (图1(b)),丹江口水库的水质常年稳定地保持在国家地表水环境质量标准Ⅱ类以上。
图1 研究区概况
Fig.1 Overview map of the study area
武汉市和十堰市城镇化阶段与生态建设措施的显著差异,导致其三生空间冲突特征与强度不尽相同。武汉市三生空间冲突表现为高强度开发对生态空间的持续侵占,十堰市则体现为城镇建设在复杂地形与严格生态管制下的有限扩张。通过武汉与十堰的案例对比,能有效地揭示不同城镇化阶段生态建设对三生空间冲突的差异化影响。同时,武汉和十堰同处湖北省,其宏观政策环境和数据统计口径等具有高度一致性,能够最大程度地控制省域层面的共同变量干扰,更精准地聚焦于揭示城镇化阶段与生态建设措施这两个核心驱动力对三生空间冲突的差异化作用机制。因此,选取武汉和十堰作为案例具有典型性与可比性,可为生态文明导向下国土空间规划的分类调控提供实证支撑。
利用 Yang等[21]研发的 30 m中国年度土地覆盖数据集(annual China Land Cover Dataset,CLCD),获取武汉市和十堰市 2000,2010和 2020年 3期土地利用数据,进行三生空间分类。
数字高程模型 DEM数据获取自地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn),2020年年均降水量、年均气温、植被覆盖度(用归一化差值植被指数NDVI表征)、路网密度、水网密度以及 GDP空间数据均来源于中国科学院资源与环境科学数据中心(http://www.resdc.cn)。对所有栅格数据集,使用Arc-GIS 10.2软件的 Resample工具,采用最近邻插值法进行空间重采样,统一至 30 m分辨率。
为准确地表征三生空间冲突的空间分布特征,本研究评估不同尺度网格单元(900 m×900 m,1200 m×1200 m,1500 m×1500 m及 1800 m×1800 m),发现1500 m×1500 m尺度的网格能够较好地表达两个城市的空间冲突分布特征,且数据量较为合适。最终,将武汉市划分为 4100个空间评价单元,将十堰市划分为 11007个空间评价单元。
1.3.1 三生空间分类体系和冲突水平测度模型
科学地识别区域三生空间是研究土地利用冲突的重要基础。由于土地是一个多功能综合体,其生产功能、生活功能和生态功能相互关联,相互统一[22],每种土地利用方式都不是单一的功能载体,在实际层面经常表现出多功能性,但不同的土地利用方式、利用强度及利用主体,使得土地呈现的功能主次和高低也存在差异[23-24]。本研究借鉴既有三生空间分类体系[15,25-28],结合武汉和十堰两市的土地利用特征,从土地利用多功能性的角度,将研究区域划分为生活-生产空间、生产-生态空间、生态-生产空间和生态空间 4种空间类型(表1),兼顾土地利用在功能用途与物理形态上的内在多样性。
表1 三生空间分类体系
Table 1 Classification system of production-living-ecological spaces (PLES)
三生空间类型 土地利用类型 含义生活-生产空间 建设用地 以居住保障和生活服务功能为主导,同时承载工商业、物流仓储等非农产业生产活动的空间区域生产-生态空间 耕地 以农产品生产为核心功能,同时兼具气候调节、土壤保持和涵养水源等部分生态功能生态-生产空间 林地和水域 以提供生态调节与支持服务为主导功能的自然或半自然空间,但同时具备提供可持续林产品、水产养殖等供给服务的潜力生态空间 草地和未利用地 以生态功能为主,人类生产和生活活动干预极少或需严格限制的自然空间
本研究基于景观生态风险评估模型,从空间复杂性、空间脆弱性和空间稳定性 3个维度构建三生空间冲突指数,评估三生空间的冲突特征[27]。计算公式为
式中,SCCI为 PLES冲突指数,SCI,SFI和 SRI分别为复杂性指数、脆弱性指数和稳定性指数。复杂性指数反映人类活动对景观格局的割裂程度,数值越大,空间冲突水平越高。脆弱性指数反映景观对外部压力的抵御能力,数值越大,空间冲突水平越高。稳定性指数指景观系统受到干扰后维持原有结构功能或达成新平衡状态的能力,数值越大,空间冲突水平越低。
复杂性指数计算公式为
式中,Pij表示第 i类空间类型第 j个斑块的周长,aij表示第 i类空间类型第 j个斑块面积,A表示评价空间单元面积。
脆弱性指数计算公式为
式中,fis表示第 i空间类型中第 s种景观类型的景观脆弱度,根据文献[29]及研究区的实际情况,景观脆弱性由低到高依次为建设用地(1)、林地(2)、耕地(3)、草地(4)、水域(5)、未利用地(6); ais表示第 i空间类型中第 s种景观类型的斑块面积; m表示空间类型数量; n表示评价单元斑块数量; r表示景观地类种类。
稳定性指数计算公式为
式中,PD为景观破碎度,PD=n/A; PDmin和 PDmax分别表示其最小值和最大值。
根据研究区域空间冲突指数的累计频率曲线分布特征,结合等间距法,将三生空间冲突水平划为5个等级: 弱冲突[0,0.2]; 较弱冲突[0.2,0.4]; 中等冲突[0.4,0.6]; 较强冲突[0.6,0.8]和强冲突[0.8,1]。
1.3.2 城镇化与生态建设水平测度
城镇化表现为农村人口向城镇转移、农村地区转变为城镇地区的过程[30]。本研究针对人口、经济和土地 3个维度遴选相应指标,用来测度人口城镇化、经济城镇化和土地城镇化的发展水平。其中,人口城镇化强调人口向城市区域集聚的过程,以人口密度为特征指标,考虑到本文以空间单元为分析尺度,人口密度能够直接反映人口在空间上的集聚程度及分布差异,故将其作为人口城镇化的核心表征指标; 经济城镇化侧重于经济活动从农业向非农业的结构转型,人均 GDP能够综合地反映区域经济发展水平与非农经济活动强度,在跨区域比较中具有较强的可比性与稳定性,因此将其作为经济城镇化的表征指标; 土地城镇化涉及土地向非农用途的转化过程,建成区比例能够直观地刻画建设用地扩张程度及城市空间规模变化,是衡量土地城镇化水平的常用指标,因此用建成区比例进行表征。
生态建设工程是区域生态系统管理与环境优化的重要举措,通常包括约束导向和工程修复两个方面[31]。植被覆盖度、健康状况及其多样性对环境胁迫具有高度敏感性和可观测性,能够直接反映生态保护政策的累积效应。因此,本研究将植被恢复状况作为区域生态建设水平的表征指标。
生态建设水平采用多元回归残差分析法进行量化[32],主要有 4个步骤。1) 基于生长季 NDVI以及插值后的气温和降水量时间序列数据,以 NDVI为因变量,以气温和降水量为自变量,构建二元线性回归模型,并估计模型中各项参数; 2) 利用上述气温和降水量数据及回归模型参数,计算得到 NDVI的预测值(NDVICC),用来表征当前气候条件下植被NDVI的预期状况; 3) 计算 NDVI观测值 NDVIobs与NDVICC的差值,即 NDVI残差(NDVIHA),用来表示人类活动对植被 NDVI的净影响; 4) 用 NDVIHA评估人类活动对植被的影响方向,NDVIHA>0表明呈现生态恢复或建设行为,反之则表明存在生态退化或破坏行为。计算公式如下:
式中,a,b和 c为模型参数,T和 P分别为生长季平均气温(℃)和累积降水量(mm)。
1.3.3 城镇化与生态建设对三生空间冲突影响测度
空间误差模型(Spatial Error Model,SEM)是一种用于处理空间统计中空间依赖性的关键分析技术[33],核心特征在于通过在误差项中引入空间滞后项来刻画空间自相关特征,有效地表征模型残差中的空间依赖模式,揭示邻近空间单元间的相互影响。本研究选取 2020年武汉市和十堰市三生空间冲突指数为因变量,以人口城镇化水平、经济城镇化水平、土地城镇化水平以及生态建设水平为自变量,应用空间误差模型,深入地考察城镇化与生态建设对三生空间冲突的个体效应及其交互效应。交互效应分析旨在检验城镇化对三生空间冲突的影响是否被生态建设政策干预所调节(即生态建设工程是否调节了城镇化对三生空间冲突的影响),计算公式为
式中,y是三生空间冲突水平的 1×n向量,β 是与三生空间冲突强度相关参数的 1×k向量,x是城镇化水平(包括经济城镇化、人口城镇化和土地城镇化)、生态建设状态及其交互项的 k×n向量,ε 是空间随机误差的 1×n向量,λ 是回归残差之间空间相关性的系数,W是 n×n的 空 间 权 重 矩 阵,μ 是 区 域 随 机 扰动项。
2.1.1 三生空间的动态变化
2000—2020年间,武汉市生产-生态空间面积最大,但呈现显著下降趋势,而十堰市生态-生产空间面积最大,且呈持续增加趋势(表2)。两个城市生活-生产空间面积的不断增加与城镇化带动人口增长和产业集聚相关,其中武汉市生活-生产空间占比从 6.13%扩大至 13.87%,而十堰市的生活-生产空间占比仅从 0.7%上升至 1.13%。生态空间面积在两个城市均持续减少,占比始终未超过 3%。
表2 2000-2020 年武汉市和十堰市的三生空间面积及占比
Table 2 Area and proportion of PLES in Wuhan and Shiyan cities from 2000 to 2020
2000 年2010 年2020 年城市空间类型面积/km2占比/%面积/km2占比/%面积/km2占比/%生产-生态空间6239.64 72.76 5929.98 69.15 5545.37 64.67生态-生产空间1805.64 21.06 1781.76 20.78 1839.52 21.45武汉市生态空间4.19 0.05 4.21 0.05 1.30 0.02生活-生产空间525.67 6.13 859.20 10.02 1188.96 13.87总计8575.15 100.00 8575.15 100.00 8575.15 100.00生产-生态空间4512.48 18.99 4209.54 17.71 3608.65 15.18生态-生产空间18535.95 77.99 19086.96 80.31 19807.91 83.34十堰市生态空间552.20 2.32 271.63 1.14 82.36 0.35生活-生产空间166.18 0.70 198.67 0.84 267.88 1.13总计23766.80 100.00 23766.80 100.00 23766.80 100.00
武汉市与十堰市生活-生产空间的分布格局相似,均呈现显著的空间集聚特征(图2)。其中,两地的生活-生产空间集中分布于各自的主城区核心区域; 生产-生态空间集中分布于武汉北部区域(尤其是黄陂区和新洲区)和十堰市东北部; 生态-生产空间在十堰市广泛分布,在武汉市则集中于黄陂区和江夏区; 生态空间在武汉和十堰两市近郊区域内呈零星分布状态。
图2 2000-2020年武汉市和十堰市的三生空间格局
Fig.2 Changes of PLES in Wuhan and Shiyan cities from 2000 to 2020
2.1.2 三生空间的结构转型
2000—2020年,武汉和十堰市三生空间类型相互转换总面积分别为 1364 km2和 2843.55 km2 (图3)。两市的三生空间转换均呈现以生态-生产空间与生产-生态空间相互转换为主的特征,表明这种生态空间类型的转换是实现三生空间结构重组与优化的重要途径。同时,生态-生产空间和生产-生态空间向生活-生产空间转化的趋势显著,反映大量耕地和林地被转化,用于城乡建设。其中,2000—2010年,武汉市和十堰市三生空间类型转换总面积分别为 833.78和 1747.35 km2,以生产-生态空间和生态-生产空间之间的转换最为显著。2010—2020年,武汉市和十堰市三生空间类型转换总面积分别为 905.70和 1796.02 km2。其中,武汉市的三生空间转换特征与前一阶段类似,但生产-生态空间向生态-生产空间转换的面积增加 64.41 km2,反映出退耕还湖以及公园建设等相关政策的实施力度有所增强。十堰市生产-生态空间向生态-生产空间转换的面积仍然在增加,与当地退耕还林政策的持续推进密切相关。
图3 2000-2020年武汉市和十堰市的三生空间演变
Fig.3 Chord diagram of PLES in Wuhan and Shiyan cities from 2000 to 2020
2.2.1 三生空间冲突的时序演变
从整体趋势看,武汉市的三生空间冲突水平呈现明显上升趋势(表3),冲突平均指数由 2000年的0.400增至 2020年的 0.484。十堰市的三生空间冲突水平则呈现下降趋势,冲突平均指数由 2000年的0.524降至 2020年的 0.456。具体而言,中等冲突类型是两个城市三生空间冲突的主导类型。在武汉市,该类型占比持续增加,而在十堰市表现为波动性上升。值得注意的是,两市冲突结构的变化差异显著,即十堰市弱冲突和较弱冲突类型占比提高14.16%,武汉市则大幅度下降 22.05%。与此同时,武汉市的较强及强冲突类型占比增长显著,由9.63%上升至 25.44%,而十堰市的较强及强冲突类型占比同期大幅度下降,由 36.52%降至 20.25%,其中仅强冲突类型的降幅就高达 15.01%。
表3 2000-2020 年武汉市和十堰市的三生空间冲突指数
Table 3 PLES conflict index in Wuhan and Shiyan cities from 2000 to 2020
城市冲突类型冲突分级空间冲突单元数量冲突单元占比/%2000 年2010 年2020 年2000 年2010 2020弱冲突0~0.2 146 111 76 3.56 2.71 1.85较弱冲突0.2~0.4 2175 1700 1345 53.05 41.46 32.80武汉市中等冲突0.4~0.6 1384 1549 1636 33.76 37.78 39.90较强冲突0.6~0.8 376 668 931 9.17 16.29 22.71强冲突0.8~1.0 19 72 112 0.46 1.76 2.73总计4100 4100 4100 100.00 100.00 100.00弱冲突0~0.2 74 77 83 0.67 0.70 0.75较弱冲突0.2~0.4 2763 3931 4313 25.10 35.71 39.18十堰市中等冲突0.4~0.6 4151 4413 4382 37.71 40.09 39.81较强冲突0.6~0.8 3754 2453 2102 34.11 22.29 19.10强冲突0.8~1.0 265 133 127 2.41 1.21 1.15总计11007 11007 11007 100.00 100.00 100.00
值得注意的是,2000—2010年,十堰市三生空间冲突水平高于武汉市。这是因为十堰市山地多,可耕地少,生态空间有限,城市扩张迅速导致生产和生活空间扩张快,对生态空间的挤占更为剧烈,而武汉市平原多,可开发用地较多,缓冲空间大,空间冲突相对较低。2010—2020年,武汉市三生空间冲突水平高于十堰市,这是因为武汉市成为国家中心城市后,经济高速发展,人口快速流入,引发生产空间(工业园区)和生活空间(房地产热潮)大规模扩张,生态空间面临更大的压力,而十堰市山区土地开发潜力小,加上南水北调中线工程的启动,生态保护成为核心任务,空间冲突水平显著下降。
2.2.2 三生空间冲突的格局变化
2000—2010年,武汉市与十堰市大部分区域的三生空间冲突水平总体上保持相对稳定(图4)。从不同空间冲突类型来看,强冲突及较强冲突集中于武汉市和十堰市的中心城区附近,主要由强烈的城市建设活动扰动所致。随着城镇化进程的推进,更多的人口持续向中心城区或规划新区(如光谷和长江新城)集聚,引发三生空间类型的频繁转换,进而导致区域稳定性下降和景观脆弱性增强。中等程度冲突区则主要受高强度冲突区的辐射影响,多呈环状分布于高值区的外围。与之相反,弱冲突与较弱冲突区域多以团块状形态分布于城市内部,主要归因于其空间单元内部三生空间类型相对单一。尤为突出的是,弱冲突单元内部往往由耕地和林地主导,由于其固有的景观结构,对外界扰动的敏感性较低,因此冲突程度也相对较弱。
图4 2000-2020年武汉市和十堰市三生空间冲突的空间格局
Fig.4 Spatial pattern of PLES conflicts in Wuhan and Shiyan cities from 2000 to 2020
从冲突强度的变化来看,武汉市冲突加剧区域面积占 24.2%,缓解区域面积仅占 2.9%,十堰市则以冲突缓解为主(占 26.6%),加剧的区域则较少(仅占 1.8%) (图5)。值得关注的是,无论武汉市还是十堰市,冲突加剧区域均与城镇建设用地扩张区域具有高度重合性,印证了城镇化建设对三生空间冲突的重要影响。2010—2020年,武汉市三生空间冲突加剧区域呈现南移趋势,其中江夏区南部冲突水平的提升尤为明显。与此同时,冲突缓解区域则向北扩展,新洲区与黄陂区的改善态势最为突出,其主要驱动力在于退垸(田、渔)还湖工程以及小流域综合治理等生态保护政策的实施。十堰市三生空间冲突加剧区域的面积相较前一阶段有所扩大,而冲突缓解区域缩减,在西南部区域的表现较为显著。这是由于山区生态环境脆弱,而近年来特色农产品加工业和旅游业等相关基础设施的建设不可避免地侵占部分生态敏感区域,从而导致冲突加剧区域的面积扩大。
图5 2000-2020年武汉市和十堰市三生空间冲突格局的时空变化
Fig.5 Spatiotemporal change of PLES conflicts in Wuhan and Shiyan cities from 2000 to 2020
2.3.1 空间误差模型的适用性检验
为评估空间误差模型(SEM)的适用性,通过计算得到 2020年武汉市和十堰市三生空间冲突的全局莫兰指数(Moran’s I )分别为 46.977和 81.332,表明两市的三生空间冲突均存在显著的正向空间自相关性,呈现空间集聚特征。经拉格朗日乘数(LM)及其稳健形式(Robust LM)检验后,发现 SEM的相关性检验结果在 1%显著性水平下均显著。因此,本研究选择 SEM来分析三生空间冲突的空间效应是合理的。
2.3.2 城镇化对三生空间冲突的影响效应
1) 经济城镇化的影响效应。武汉市和十堰市经济城镇化的回归系数分别为-0.0054和-0.0125,均在 1%的水平下显著为负(表4),表明经济城镇化显著地缓解了两市三生空间冲突状态。这一效应可归因于区域经济结构向生态优先方向的调整与升级,不仅为环境保护提供资金支持,也有效地降低资源和能源消耗。值得关注的是,与十堰市不同,武汉市更快的经济增长往往伴随着较高的环境代价。因此,经济城镇化对武汉市三生空间冲突的减缓作用弱于十堰市。
表4 SEM 的估计结果
Table 4 Estimation results of regression models
城市 经济城镇化 人口城镇化 土地城镇化 生态建设 Likelihood R2 空间单元数量 控制变量武汉 -0.0054*** -0.0444*** 0.5419*** 0.1377*** 2551.6944 0.7093 4100 是十堰 -0.0125*** 0.3158*** 0.6025*** -0.1798*** 2822.4041 0.4574 5491 是
注: ***p<0.001。
2) 人口城镇化的影响效应。武汉市人口城镇化的回归系数为负值(-0.0444),表明该进程有效地缓解了当地的三生空间冲突。这可能是因为武汉的城镇化推动其发展模式向立体化转型,高密度社区(如高层住宅)提升了单位土地的人口和功能承载密度,减少了人均生活空间占用面积,降低了对周边生态保护区和耕地的“蚕食”压力。相反,十堰市人口城镇化的回归系数为正值(0.3158),意味着城镇化加剧了三生空间冲突。究其原因,十堰市的山地占比高达 72%以上,可供开发的建设用地仅不足10%,人口和产业高度集中于狭窄河谷地带,从而造成对生态空间的侵占。
3) 土地城镇化的影响效应。武汉市和十堰市土地城镇化的影响效应皆在 1%显著性水平上正相关,表明两市的土地城镇化进程均显著地加剧三生空间冲突。这种冲突本质上源于城市建设用地扩张对周边耕地、草地、林地和水域等的侵占,进而潜在地提升区域空间的脆弱性和复杂性。值得注意的是,武汉市的土地城镇化系数(0.5419)低于十堰市(0.6052),意味着生态敏感性强城市的土地城镇化对三生空间冲突的加剧效应更为显著。这是因为相较于武汉城市用地的蔓延式扩张,十堰市的城市用地增长主要依赖于低丘缓坡的开发利用,对原生山地植被的破坏性更为强烈,还极易诱发土壤侵蚀与地质灾害,进一步加剧区域景观生态的脆弱性和不稳定性。
2.3.3 生态建设对三生空间冲突的影响效应
生态建设在武汉市表现为显著的正向作用(系数为 0.1377),在十堰市则表现为显著的负向作用(系数为-0.1798)。这表明,生态建设工程在经济发达地区(如武汉)加剧了“三生空间”冲突,但在生态敏感区(如十堰)有助于降低冲突水平。产生这种差异性的原因可能在于武汉市快速城镇化导致其土地利用趋于饱和,特别是在城市“三区三线”的底线约束下,生态修复项目的实施反而在一定程度上加剧了与城市发展之间的矛盾。与之相反,十堰市长期坚持“生态立市”战略,实施的生态建设项目工程推动林地景观连片发展,有效地促进生态环境的修复与改善,大幅度提升空间稳定性,从而有效地降低三生空间冲突水平。
2.3.4 城镇化与生态建设对三生空间冲突的交互影响效应
为探究城镇化、生态建设与三生空间冲突之间的关系,本研究在 SEM框架内引入城镇化与生态建设的交互项,从而分析生态建设在不同城镇化类型与三生空间冲突影响关系中的调节作用。如表5所示,武汉市三生空间冲突主要受生态建设与土地城镇化交互作用的驱动,该交互因子在 1%显著性水平下的系数为 1.1430,表明生态建设与土地城镇化的交互效应显著地加剧区域三生空间冲突水平。其主要原因在于,城市扩张倾向于首先占用建成区外围地区,而这些区域往往也是关键的生态屏障区。近年来,武汉市通过严格划定生态保护红线和建立自然保护区等措施,有效地限制并压缩城市建设用地的增长空间。然而,这也导致生活-生产空间与生态空间、生产-生态空间的布局发生冲突。
表5 城镇化与生态建设交互项的 SEM 估计结果
Table 5 Estimation results of regression models incorporating interaction terms between urbanization and ecological construction
城市 经济城镇化 人口城镇化 土地城镇化 生态建设 经济城镇化×生态建设武汉 -0.0053*** -0.0519** 0.7296*** 0.0956*** -0.0043十堰 -0.0188*** 1.1254*** 0.5761*** -0.1999*** -0.0361*城市 人口城镇化×生态建设 土地城镇化×生态建设 Likelihood 空间单元数量 控制变量武汉 -0.0431 1.1430*** 2603.0975 4100 是十堰 3.1731*** 0.5780 2877.7295 5491 是
注: * p<0.05,** p<0.01,***p<0.001。
十堰市生态建设与经济城镇化、人口城镇化的交互作用系数分别为-0.0361和 3.1731,且均在统计学意义上显著,表明生态建设缓解了经济城镇化进程中的三生空间冲突,却加剧人口城镇化过程中的冲突。这种差异的根源在于,经济城镇化与人口城镇化的空间刚性需求与生态保护刚性约束之间的作用机制不同。具体而言,经济城镇化主要表现为以二、三产业扩张带动的用地需求增长。十堰市在推动生态经济发展的过程中,一方面为生态修复工程(如水土流失治理、矿山生态修复和流域综合治理等)提供资金支持,显著地提升区域生态系统服务功能和环境承载力,增强生态空间对适度经济开发的“缓冲”能力; 另一方面,通过严格的法规和标准,对经济开发的空间布局和性质进行强制性约束,有效地控制其对生态空间的侵占,从而缓解三生空间冲突。人口城镇化则突出地表现为城市人口增长驱动下,对住宅、交通和公共服务等生活空间的刚性需求扩张。十堰市生态保护红线以及生态功能区等刚性保护政策,极大地限制了城市外延扩张的潜力,导致新增生活空间供给受限。与此同时,乡村人口持续向市区和县城集聚,加剧中心城区的人口密度和空间承载压力。因此,生态刚性保护与人口刚性增长需求的叠加,显著地削弱生态建设的整体成效,降低区域空间系统的稳定性,促使三生空间冲突进一步加剧。
2.3.5 城镇化以及生态建设对三生空间冲突的影响机制
城镇化进程的快速推进是引发三生空间冲突的主要驱动因素,体现为人口的集聚、土地的扩张以及经济的发展(图6)。经济城镇化主要体现为产业结构调整,虽然增加了能源需求,但技术的进步提高了资源利用效率,减轻了资源消耗与环境污染。这有助于缓解城市空间承载压力,增强空间稳定性[34]。该模式在武汉市和十堰市已得到验证。人口城镇化表现为乡村人口向城市区域的持续迁移,导致生活与生产空间的需求增长,可能加剧对城市生态环境的干扰,从而升高生态敏感区的三生空间冲突水平[35]。土地城镇化则需要大量建设用地,可能与耕地保护和生态系统维系需求产生矛盾,是加剧武汉市和十堰市三生空间冲突的主要直接诱因。
图6 城镇化与生态建设对三生空间冲突的影响机制
Fig.6 Mechanisms of urbanization and ecological conservation for PLES conflicts
为应对日益严峻的资源环境压力,生态保护红线、永久基本农田和城镇开发边界等管控措施持续强化。一方面,这些举措有效地保护了关键生态空间; 另一方面,也导致新增城市建设用地的空间急剧收缩,使发展与保护的矛盾更突出地集中于有限的土地资源上。作为复杂的综合性系统,城市在城镇化扩张与生态建设的双重挤压下,其三生空间格局呈现动态演变的特征[36]。同一项生态建设政策或措施在城镇化的不同发展阶段(初始期、加速期和成熟期)实施时,其覆盖范围、实施深度乃至最终成效均可能出现显著的差异[37]。具体而言,在城镇化水平较低阶段,生态建设措施通常能有效地增加生态空间占比,但会限制城市发展空间。十堰市的实践则印证了这一点。然而,在城镇化的中高级阶段,受限于空间的稀缺性或历史累积形成的结构性约束,生态建设工程的实施效果可能显著弱化,甚至短期内制约生产-生活空间的供给潜力。武汉市的案例研究表明,生态修复项目在实际推进中可能加剧土地城镇化的负面效应,例如滨水公园建设引发大规模拆迁。由此可见,不同类型城市的城镇化发展阶段及其空间开发面临的生态建设约束形式各异,从而导致其三生空间冲突特征的差异性。
本研究运用景观生态风险评估模型与空间误差模型,对比分析 2000—2020年武汉市和十堰市的三生空间冲突变化特征,揭示城镇化与生态建设对三生空间冲突的影响效应,并探究不同城镇化阶段生态建设对三生空间冲突的影响机制,得到如下主要研究结论。
1) 2000—2020年,武汉市以生产-生态空间为主导,但其面积持续减少; 十堰市以生态-生产空间为主,面积不断增长。同时,两个城市的生产-生态空间与生态-生产空间之间均频繁转化。此外,生活-生产空间在两地均表现为净流入,且流入规模呈逐步扩大趋势。
2) 2000—2020年,武汉市三生空间冲突水平总体上渐趋加剧,以中等及弱冲突类型为主; 十堰市冲突水平整体上呈下降趋势,表现为弱冲突类型占比持续提升。空间分布上,武汉市三生空间冲突呈现显著的“核心-边缘”结构特征,强冲突类型集中分布于中心城区,并向外围区域强度逐级递减; 十堰市的冲突水平则在北部地区明显偏高。
3) 经济城镇化对武汉市和十堰市的三生空间冲突均具有显著的抑制效果,土地城镇化则显著地加剧两者的空间冲突。人口城镇化在武汉市缓解了三生空间冲突,却在十堰市表现为明显的加剧作用。生态建设加剧武汉市三生空间冲突,但缓解了十堰市三生空间冲突。在土地城镇化过程中,生态建设进一步加剧武汉市三生空间冲突。此外,生态建设在十堰市经济城镇化过程中发挥缓解冲突的作用,但在人口城镇化过程中却加剧冲突。
本研究采用区域对比的研究视角,系统地阐释城镇化和生态建设双重驱动对三生空间冲突的直接作用机制,并重点探讨二者的交互影响,特别是生态建设在其中所起的调节效应。其中,城镇化是三生空间冲突的关键诱因,主要通过人口集聚、产业调整和建设用地扩张等途径影响空间竞合关系; 生态建设主要发挥约束与调节功能,但其实际效果受城市发展阶段和空间结构等多重因素影响,可能缓解也可能加剧三生空间冲突关系。本文的研究结果揭示了生态建设与不同类型城镇化交互作用对三生空间冲突影响的差异性,可为不同城市国土空间开发保护格局的差异化优化策略提供科学依据。
本研究存在一定的局限性。受限于数据的可获取性,加上武汉市与十堰市处于不同的城镇化阶段,本研究通过跨区域对比,分析 2020年三生空间冲突的影响机制,研究结果受到特定时间截面的限制。在未来的研究中应开展长期序列追踪分析,进一步分析生态建设的动态演化特征及其影响效应。
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