河谷城市“三生”空间冲突演化与分异机制——以兰州市为例

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空间优化专辑｜河谷城市“三生”空间冲突演化与分异机制——以兰州市为例

原创 董建红 等 中国国土资源经济 2024-03-22 15:00 北京

导 读

文章以河谷城市甘肃省兰州市为例，在测度“三生”空间冲突强度并揭示多尺度分异机制的基础上提出冲突协调策略。结果显示：①“三生”空间格局演化与地域分异显著。生活空间的增加主要源于对生态空间和生产空间的侵占。②兰州市“三生”空间冲突时空演化与地类分异显著。时序上，“三生”空间冲突强度呈持续上升态势，整体处于基本可控级别；空间上，形成了“一心、两翼、多轴带”的空间冲突格局；就地类而言，城镇的生活空间与生产空间冲突水平较高。③兰州市“三生”空间冲突影响因素尺度效应和异质性明显。高程、坡度、地形起伏度等对“三生”空间冲突具有抑制作用；人口密度、人均GDP、夜间灯光指数等因素加剧了区域“三生”空间冲突程度。

本文引用信息

董建红,陈冉,刘奔腾,张新红,钟敏琪,程杰.河谷城市“三生”空间冲突演化与分异机制——以兰州市为例[J].中国国土资源经济,2024,37(2):36-46.

章节目录

CONTENTS

0 引言

1 研究区概况与研究方法

2 结果分析

3 结论与讨论

0 引言

“冲突”一词常见于“文化冲突”“文明冲突”“组织冲突”等社会学和管理学领域。空间冲突作为一切冲突的空间缩影和综合表征，与其相关研究逐渐成为地理学和区域经济学研究的热点。例如学者们相继提出了“空间竞争”“空间管治”“空间整合”“空间剥夺”等与空间冲突较为相似的概念，这些概念的内涵均反映了空间资源利用过程中的矛盾现象。近年来，随着我国城镇化的深入推进、乡村转型发展提速及生态文明战略的提出，资源环境问题逐渐受到关注，相关学者将“冲突”的概念引入资源环境管理领域，提出了“土地利用冲突”“国土空间冲突”等概念，并从地理学视角探析了土地资源利用过程中因资源错配、资源供需所产生的空间竞争与权益冲突。

土地利用冲突研究方面，国内外学者从利益相关者、土地利用适宜性、景观格局、生态安全、城乡统筹等视角，采用PSR模型、网络分析、多目标评价、F-H分析法、小波相干分析法等模型方法，对土地利用冲突的来源、冲突分类、冲突识别、冲突管理等方面进行了深入研究。国土空间冲突研究方面，学者们分别从生态学和地理学视角，基于“三生”适宜性评价模型、国土开发强度、景观格局指数等方法，结合土地利用主体功能划分、国土空间“双评价”结果，在界定空间冲突内涵、构建空间冲突理论框架体系的基础上，对国土空间冲突的演变特征、影响机制、模拟优化和调控路径进行了分析。

综上所述，国内外学者就土地利用冲突和国土空间冲突已经展开了大量的理论分析和实践研究，取得了丰硕的研究成果，但还有诸多方面有待进一步深入探讨：一是河谷型城市存在多重属性在空间上叠置复合的特殊情况，尤其地形、地貌是影响国土空间冲突的重要因子，对国土空间的数量配置和空间布局具有一定的限制性，因此，加强特殊地形区国土空间冲突研究具有重要的实践意义；二是目前国土空间冲突识别研究多从经济区位出发，研究重点聚焦于城市生活与生产目标间的冲突，对生态安全问题欠缺考虑，尤其是生态脆弱约束下河谷型城市“三生”空间矛盾化解和耦合协调发展路径研究；三是既有研究中缺乏对国土空间冲突影响机制的深层次剖析，对影响因素的“尺度效应”和空间异质性关注较少。鉴于此，本文以河谷型城市的典型代表甘肃省兰州市为例，在分析“三生”空间格局特征的基础上，基于生态安全视角构建“三生”空间冲突评价体系，测度“三生”空间冲突特征，并运用MGWR模型揭示“三生”空间冲突多尺度分异机制，进而提出差异化的冲突协调策略。研究结果既可深化和拓展生态学视角下“三生”空间冲突研究的思路和范畴，也可为生态脆弱约束下河谷型城市合理规划和管理国土资源提供参考和借鉴，推进生态文明建设与社会经济协同发展。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

兰州市位于中国陆域版图的几何中心，行政区划范围介于102°35’58″E～104°34’29″E，35°34’20″N～37°07’07″N，地处青藏高寒区、西北干旱半干旱区和东部季风区的交汇地带，自然环境突出的特点是地理过渡区域的复杂性与敏感性（图1）。兰州市区地处黄河上游，黄河自西向东穿城而过，城市布局在地形封闭、向外拓展较为困难的河谷盆地中，属于典型的带状河谷型盆地城市。兰州市作为国家西部生态文明建设的枢纽区域、丝绸之路经济带建设的重要节点城市和向西开放的重要通道，在保障国家生态安全、推动区域经济发展方面具有重要的战略地位。随着西部大开发战略持续推进、兰州市新区落地建设、“一带一路”倡议提出，以及黄河流域生态保护与高质量发展战略的实施，兰州作为黄河上游生态脆弱区，在一系列国家战略的推动下，经历了快速的社会经济发展与城市化进程，导致生态环境保护与社会经济发展之间的矛盾日益突出。

图1 研究区区位

（注:该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2019)3266的标准地图制作，底图无修改。）

1.2 数据来源与处理

1.2.1 “三生”空间分类体系构建

兰州市1990年、2000年、2010年和2018年4期土地利用数据来源于国家地球系统科学数据共享平台。该数据基于分辨率为30m的Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像，依据《全国生态遥感监测土地利用/覆盖分类体系》，通过人工目视解译生成，综合精度达95%以上。本文基于土地利用主导功能，在参考相关研究的基础上，构建“三生”空间分类体系（表1）。

1.2.2 影响因子指标体系构建

在综合考虑兰州市“三生”空间冲突现状的基础上，从自然条件、社会经济、可达性、国家政策四个方面共筛选13项因子构建“三生”空间冲突影响因子指标体系（表2）。

1.3 研究方法

1.3.1 “三生”空间冲突测度模型

借鉴景观生态风险评价模式（风险源—风险受体—风险效应），结合已有研究成果，将“三生”空间冲突水平测度概括为“空间冲突=外部压力+空间暴露性-空间稳定性”，计算公式见表3。为避免研究单元过于破碎化，在综合考虑研究区范围、数据分辨率、研究尺度等因素的基础上，创建1km×1km渔网划分空间网格单元，并将网络单元与土地利用数据进行空间叠置和关联，利用Fragstats软件的移动窗口法测算不同时期各空间网格单元的景观生态指数；然后将测算结果代入空间冲突指数模型，得到每个网格单元的空间冲突指数，而后将结果标准化后划分为稳定可控、基本可控、轻度冲突、中度冲突、重度冲突5个等级。

1.3.2 多尺度地理加权回归模型

多尺度地理加权回归（MGWR）模型允许每个变量不同的空间平滑水平，并利用每个自变量不同的带宽衡量每个因变量在地理空间作用的尺度，相较于地理加权回归模型（GWR）和多元线性回归模型（OLS）更符合地理过程空间异质性特征。其计算公式如下：

式中

为因变量；

为第

j个解释变量；bwj为第j

个变量回归系数使用的带宽；

为样本

i

的地理区位坐标；

为自变量的回归系数；

为随机误差。

2 结果分析

2.1 “三生”空间格局演变

本文基于“三生”空间分类体系分析了1990—2018年兰州市“三生”空间格局演变特征（图2）。结果显示：兰州市生态空间分布范围较广，主要分布于市域西北部和西南部的石质山地、庄浪河西部的黄土山梁区、榆中北山，面积呈缩减趋势，研究期内共减少121.25km2；兰州市生产空间主要分布于湟水、宛川河、庄浪河谷地及榆中盆地、秦王川盆地，面积也呈减少趋势，研究期内共减少88.12 km2；兰州市生活空间主要集中于黄河河谷盆地、榆中盆地、秦王川盆地，规模呈持续扩张趋势，研究期内共增加209.37km2。

图2 1990—2018年兰州市“三生”空间格局演变

（注:该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2019)3266的标准地图制作，底图无修改。）

2.2 “三生”空间冲突指数测度

2.2.1 “三生”空间冲突时空演变

2.2.1.1 时序演变

表4为1990—2018年兰州市“三生”空间冲突指数结果。由表4可知，兰州市“三生”空间冲突强度总体呈持续上升态势，冲突指数从1990年的0.481上升至2018年的0.495，整体虽处于基本可控级别，但已临近轻度冲突等级，表明随着城市化进程的深入推进，区域国土空间开发程度提高，面临的冲突风险增强。就“三生”空间冲突分区而言，非冲突区的基本可控区和稳定可控区空间单元占比均呈下降趋势，分别从1990年的59.44%、7.63%下降至2018年的56.20%、7.21%，其中基本可控区国土空间单元的比重超过一半，这对兰州市国土空间生态安全维护和生态风险控制起到了重要作用。轻度冲突区国土空间单元占比保持相对稳定，所占比重介于22.11%～22.41%之间；中度冲突区和重度冲突区国土空间单元占比均呈增加态势，分别从1990年的8.52%、1.99%增加至2018年的9.38%、4.97%，重度冲突区空间单元增加迅速，增加了1.49倍。

2.2.1.2 空间分异

兰州市“三生”空间冲突强度地域分异显著：稳定可控区分布于市域西北部和东南部，该区域受地形和海拔影响，人类活动干扰较小，土地生态系统较为稳定；基本可控区分布范围较广，主要分布于榆中县北部、永登县中部和皋兰县的绝大部分地区；轻度冲突区分布于西固区和七里河区南部、永登县北部、皋兰县中部、榆中县东北部；中度冲突区主要分布于黄河河谷盆地边缘、秦王川盆地和榆中盆地，以及湟水、宛川河、庄浪河谷地；重度冲突区主要集中于主城区所在的黄河河谷盆地，湟水、宛川河、庄浪河谷地零星分布，2010年后榆中盆地和秦王川盆地增加明显（图3）。综上所述，研究区“三生”空间冲突现象普遍存在且冲突范围逐步扩大，冲突程度日益加剧。

图3 1990—2018年兰州市“三生”空间冲突指数变化

（注:该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2019)3266的标准地图制作，底图无修改。）

2.2.2 “三生”空间冲突分异

“三生”空间冲突的差异性体现在各地类对不同冲突级别的贡献程度。从图4可以看出，兰州市各国土空间类型中冲突区面积占比由高到低依次为城镇生活空间、城镇生产空间、农村生活空间、其他生态空间、水域生态空间、农业生产空间、林地生态空间、草地生态空间。其中：①城镇生活空间冲突等级主要以重度冲突为主，研究期内由77.33km2增至237.64km2，反映出兰州市城镇生活空间冲突等级较高；同时，受河谷地形制约，城镇生活空间冲突的规模和等级呈现出向更广范围和更高级别扩张演变的态势。②城镇生产空间冲突等级以重度冲突和中度冲突为主，且随着工业化和城市化进程的加速推进，城镇生产空间的冲突规模呈扩张态势，区域冲突风险加剧。③农村生活空间冲突等级以中度冲突为主，面积呈先增后减的变化态势，比重从60.02%持续下降至48.78%；其次为重度冲突区，研究期间比重从18.32%升至29.35%。总的来看，农村生活空间冲突等级呈现出以中度冲突等级为主转向中度冲突等级和重度冲突等级并存的态势。④农业生产空间冲突等级以轻度冲突和基本可控为主，其中轻度冲突区的规模呈下降态势，研究期内面积净减少233.78km2；基本可控区面积波动变化中略有减少，比重维持在36.43%～40.38%之间。⑤林地生态空间冲突等级集中于非冲突区等级，其中稳定可控区和基本可控区所占比重均在35%以上，表明林地生态空间的冲突风险较小，生态景观格局较为稳定。⑥草地生态空间冲突水平以基本可控为主，比重和面积变化较为稳定，国土空间冲突潜在风险较低。⑦水域生态空间冲突水平以重度冲突和中度冲突为主，且规模呈扩大态势，反映出水域生态空间冲突水平增强，景观单元冲突风险加剧。⑧其他生态空间冲突等级集中于轻度冲突和中度冲突，研究期间面积和比重呈波动变化态势。

图4 1990—2018年兰州市各地类“三生”空间冲突指数变化

2.3 “三生”空间冲突影响因素分析

2.3.1 模型拟合对比

在构建MGWR模型前，首先基于OLS模型进行线性回归分析，根据方差膨胀因子值（VIF）剔除存在多重共线因子（≥10℃积温、距铁路距离）；其次，通过检验影响因子的莫兰指数，发现解释变量均存在空间异质性，满足地理加权回归模型的数据要求；最后，通过OLS、GWR、MGWR模型回归结果对比，发现无论是赤池信息值（AICc）和残差平方和，还是拟合优度（R2）和校正拟合优度，MGWR模型明显优于OLS和GWR模型，表明MGWR模型更有利于揭示影响因子的空间作用机制，具有较强的可靠性和稳健性，故采用MGWR模型进一步探究影响兰州市“三生”冲突分异的作用因素（表5）。

2.3.2 影响因素异质性分析

MGWR计算结果显示，各变量因子作用的空间尺度存在较大差异（表6），为进一步探讨“三生”空间冲突影响因子空间异质性特征，将模型计算结果进行可视化表达（图5）。

图5 多尺度地理加权回归系数的空间格局

（注:该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS(2019)3266的标准地图制作，底图无修改。）

自然因素维度中，高程（Dem）作用尺度较大，对“三生”空间冲突具有抑制作用，回归系数空间异质性特征显著，作用程度呈现出由东南向西北递减态势（图5b）；坡度（Slop）的作用尺度居中，在县域尺度上存在较为明显的空间异质性，与“三生”空间冲突呈负相关关系（图5c）；地形起伏度（Relief）的作用尺度居中，属于局部显著性因子，与“三生”空间冲突呈负相关关系，其中城关区东部和永登县北部乡镇（街道）影响程度明显（图5d）；降水（Precipitation）作用尺度较大，属于全局尺度，系数为正且在空间表现上较为平稳，影响程度整体上呈东南向西北递增态势（图5e）。

社会经济维度中，人口密度（People）加深了“三生”空间冲突的程度，其作用尺度较小，介于乡镇（街道）与县域（区）尺度之间，回归系数空间格局呈现出由西北向东南阶梯式递减的态势，这说明“三生”空间冲突受人类活动的影响在空间上差异较大（图5f）；地均生产总值（GDP）（图5g）和夜间灯光强度指数（DMSP）（图5h）作用尺度较大，属于全局尺度，且均与“三生”空间冲突程度呈正相关关系，回归系数空间格局呈中心高外围低的圈层式分布结构，其中夜间灯光强度指数作用程度显著且空间异质性特征鲜明，是导致兰州市“三生”空间冲突日趋增强的主要因子之一。

可达性维度中，距主要公路距离（Road）、距县区中心距离（Town）的作用尺度较大，属于全局尺度；距离河流距离（River）影响因素的作用尺度居中，在县域（区）尺度上存在较为明显的空间异质性。同时，距县区中心距离和距离河流距离属于局部显著性因子，在部分研究单元（乡镇/街道）未能通过显著性检验。具体来看，距主要公路距离与“三生”空间冲突呈负相关关系，距公路越远则“三生”空间冲突程度越低，回归系数高值区主要集中于榆中县大部分地区，永登县和皋兰县接壤处乡镇受到的影响程度较小（图5i）；距县区中心距离因子回归系数空间上呈典型的中心外围结构特征，由主城区向外围作用程度递减，榆中县北部和皋兰县东北部部分区域未能通过显著性检验（图5j）；距河流距离对“三生”空间冲突影响存在两面性，市域北部区域随河流距离增加冲突程度递减，这符合河谷型城市“三生”空间冲突区域集中于河谷地区的现状；榆中县北部地区由于距主要河流距离较远，受到影响程度较小，“三生”空间冲突与距离河流距离呈弱正相关关系（图5k）。

政策因素维度中，是否位于开发区（Zone）属于局部显著性因子，在七里河区南部部分乡镇（街道）未能通过显著性检验，且作用尺度较小，介于乡镇（街道）与县域（区）尺度之间，这说明“三生”空间冲突受开发区建设相关因素的影响在空间上差异较大。整体来看，开发区建设与“三生”空间冲突呈正相关关系，表明随着兰州新区、兰州市经济技术开发区、兰州市高新技术开发区等的开发建设，国土空间利用程度加深，区域“三生”空间冲突日益严重，其中兰州新区所在区域尤为显著（图5l）。

3 结论与讨论

3.1 结论

本文以河谷型城市的典型代表兰州市为案例区，在分析“三生”空间格局特征的基础上，基于生态安全视角构建“三生”空间冲突评价体系，测度“三生”空间冲突特征，并运用MGWR模型揭示“三生”空间冲突分异机制，进而提出差异化的冲突协调策略。结果表明：

（1）“三生”空间格局演化与地域分异显著。生态空间主要集中于市域西北部和西南部的石质山地、庄浪河西部的黄土山梁区及榆中北山且呈缩减态势，研究期内面积锐减121.25km2；生产空间主要分布于湟水、宛川河、庄浪河谷地及榆中和秦王川盆地，面积缩减了88.12km2；生活空间主要分布于黄河河谷盆地、榆中盆地和秦王川盆地，规模呈持续扩张趋势，面积增加了209.37km2。

（2）“三生”空间冲突时空演化与地类分异显著。时序上，“三生”空间冲突强度总体呈持续上升态势，整体处于基本可控级别；空间上，形成了以黄河河谷盆地为核心，榆中盆地和秦王川盆地为重点扩展区域，湟水、宛川河、庄浪河谷地为纽带的“一心、两翼、多轴带”的空间冲突格局。从各地类来看，城镇生活空间和城镇生产空间冲突水平较高，其余国土空间类型冲突程度较轻。

（3）“三生”空间冲突影响因素作用尺度和异质性明显。高程、坡度、地形起伏度、距主要公路距离、距县区中心距离、距河流距离对“三生”空间冲突具有抑制作用；人口密度、人均GDP、夜间灯光强度、降水、开发区建设等因素加剧了区域“三生”空间冲突强度。此外，地形起伏度、距县区中心距离、距离河流距离、开发区建设属于局部显著性因子，影响范围有限。

3.2 讨论

国土空间具有相对性、功能外溢性、资源稀缺性。作为稀缺资源，受特定时期主体利益诉求驱动和区域发展战略影响，某类空间的急剧扩张或空间相互间的争夺势所难免，空间冲突成为发展常态。因此，如何识别“三生”空间冲突区域，调控“三生”空间冲突重点区域，成为提升国土空间利用可持续性的必要条件。

首先，对于兰州市西北部和东南部等国土空间较为稳定的区域和轻度冲突区，应围绕生态安全格局建设目标，尽可能优化组合生态空间要素，构建生态源地、生态廊道、生态节点相融合的“点—线—面”多层次、复合型生态网络空间结构，形成功能化、网络化的区域生态空间体系；同时，加强生态红线边界管控，减少人类社会经济活动频率，持续缓解人类活动对脆弱生态环境带来的压力。

其次，对于黄河河谷盆地的边缘、榆中盆地、秦王川盆地，以及湟水、宛川河、庄浪河谷地等中度冲突区，由于受经济增长的扰动较大，加之区域内生态资本相对贫乏，生态系统服务供给能力难以满足需求，生态系统服务供需矛盾突出，该区域应以生态改善为主，重视生态修复及生态系统服务功能的提升，充分考虑资源环境承载力，坚持节约用地和集约发展，努力提升国土资源利用效率，科学划定城镇增长边界，加大国土空间利用监管力度，构建空间扩张生态风险监测预警系统，保障社会经济发展和生态保护动态平衡。

最后，针对主城区所在的黄河河谷盆地等重度冲突区，由于受地形因素制约，城镇空间、农业空间均沿河谷分布，建设用地的快速扩张不断切割、占用耕地和生境斑块，导致生态空间不断破碎化，“三生”空间冲突严重。因此，需做好中长期国土空间规划，以集约利用为导向，注重国土空间功能的改造和提升；同时，优化用地功能配置，逐步推进城市更新，有序腾退重化工业企业，加快产业出城入园，不断完善绿色基础设施，增加公园与休闲绿地面积，扩容生态空间，综合权衡生态建设与经济高质量发展的关系。

作者信息

第一作者：董建红（1985—），男，甘肃省环县人，兰州理工大学设计艺术学院讲师，理学博士，主要从事城乡规划与国土评价等方面的研究。

通讯作者：刘奔腾（1978—），男，广东省兴宁市人，兰州理工大学设计艺术学院教授，工学博士，主要从事建筑与城市遗产保护、地域性建筑与城市设计等方面的研究。