改革开放以来,我国社会经济飞速发展,从而引发土地利用功能深刻转型,严重影响生态安全
[1-2]。在此背景下,党的十八大从全局战略高度出发,首次提出“三生空间”的国土空间规划新目标;党的十九大进一步阐述科学划定“生态保护红线、永久基本农田、城镇开发边界”三条红线;党的二十大明确指出“优化重大生产力布局、构建优势互补、高质量发展的区域经济布局和国土空间体系”。此后,“三生空间”成为学术界研究热点。
优化国土“三生空间”开发保护格局是生态文明建设的重要内容之一
[3]。关于“三生空间”研究仍处于理论探索阶段,目前没有准确的概念,不同学者对“三生空间”的概念理解存在较大差异
[4]。对“三生空间”的概念界定,基于已有研究,本文认为土地具有多重功能属性,但在多重功能属性中有其主导功能,即土地利用的生产功能、生活功能和生态功能(简称“三生功能”)
[5-6]。当前,国外学者对“三生空间”的研究集中在土地演变特征
[7]、土地利用变化对人类的影响
[8]、土地利用优化等方面
[9]。国内学者关于“三生空间”的研究主要集中在分类体系
[10]、生态环境效应
[11]、驱动机制等
[12]方面。关于“三生空间”分类体系划分,不同学者有不同观点。段亚明等
[13]根据土地权属性和自然景观异质性进一步细化“三生空间”分类,刘继来等
[14]按照“自下而上、功能分级”的方法对“三生空间”进行分类,张红旗等
[10]以土地利用主导功能为基础,兼顾土地其他功能,同时纳入生态用地理论划分“三生空间”分类体系。随着美丽中国战略的深入推进,“三生空间”功能演变的生态环境响应受到广泛关注
[13]。当前“三生空间”功能演变的生态环境响应研究主要集中在气候
[15]、水资源
[16]、生态系统服务价值等方面
[17];在研究尺度上,主要集中在省域
[18]、市域
[19]、城市群等
[20];在研究方法上,主要有生态系统服务价值模型
[21]、景观生态风险指数
[22]、生态环境质量指数等方法
[23]。就“三生空间”生态环境质量演变的驱动机制而言,现有研究运用偏最小二乘法
[2]、地理探测器模型等
[12]。总体来看,学界对“三生空间”的研究取得了丰硕成果,为“三生空间”优化布局提供了重要支撑。但现有研究关于“三生空间”研究区域主要集中在省域、市域、城市群等,较少关注集“老、少、边、山、石漠化”于一体的边境地区。
中国中越边境地区是通往东盟各国的咽喉枢纽和最便捷的国际大通道。近年来,在西部大开发战略、兴边富民行动、“一带一路”等政策推动下,边境地区社会经济快速发展,“三生空间”功能冲突日益突出。基于此,本文以“三生空间”功能为视角,探究该地区“三生空间”功能演变对生态环境质量的影响,并运用地理探测器探测生态环境质量空间分异驱动力分析,为中国中越边境地区优化“三生空间”功能和建设美丽生态边境提供参考。
1 研究区概述及数据来源说明
1.1 研究区概述
中国中越边境地区(以下简称:研究区)地处我国南疆,云贵高原东南缘,边境线长约为2 470 km
[24],从中国、越南和老挝三国交界点起,至北仑河口止,涉及云南的江城、绿春和广西的那坡、靖西等15个县(市、区),土地总面积约为3.9万km
2,2020年末总人口约为468万人。研究区从东至西,海拔逐步升高,呈阶梯式变化形态(
图1)。近年来,随着研究区国土空间开发强度不断增强,土地利用功能变化引发的生态环境问题日益凸显,且该地区石漠化分布广泛、生态环境恶劣。因此,选取中国中越边境地区作为研究区对保护地缘生态屏障具有重大的现实意义。
1.2 数据来源说明
本文5期土地利用数据的来源为中国科学院资源环境科学与数据中心(https:∥www.resdc.cn/),其空间分辨率为30 m×30 m。DEM来源于地理空间数据云平台(https:∥www.gscloud.cn/)。矢量数据的来源为自然资源部发布的2017年国家基础地理信息数据库。社会经济数据主要参考2001—2021年期间的《云南统计年鉴》《广西统计年鉴》及各县(市、区)社会经济发展与统计公报。数据来源及说明详见
表1。
1.3 “三生空间”体系构建与研究方法
1.3.1 “三生空间”功能分类体系构建和生态环境质量指数计算
土地是一个复杂的自然综合体,由于人类对土地利用具有多样性,导致土地利用功能差异较大。参考现有研究成果
[5],划分中国中越边境地区“三生空间”功能分类体系见
图2。参考李晓文
[25]和黄天能
[5]等的研究成果,同土地利用类型及同一地类在不同土地利用结构中的生态环境质量存在差异,可据此构建生态环境质量指数体系,结果见
表2。
1.3.2 主要研究方法
论文主要用到了“三生空间”功能转移矩阵、“三生空间”功能重心转移模型、生态环境质量指数、生态贡献率、地理探测器模型等研究方法。“三生空间”功能转移矩阵可以刻画“三生空间”土地利用类型之间相互转换数量以及方向之间的相互关系,计算公式参考相关文献
[26]。“三生空间”功能重心转移模型可以刻画“三生空间”功能转移方向和距离,计算公式参考相关文献
[5]。“三生空间”生态环境质量指数计算可以定量描述研究区生态环境质量的变化特征,计算公式参考相关文献
[6]。
“三生空间”功能生态贡献率是指“三生空间”功能转换将影响区域生态环境质量,可从正反两面计算分析,将“三生空间”功能转换导致生态环境质量改善和恶化分别计算,计算公式参考相关文献
[5]。地理探测器模型是王劲峰等
[27]提出,该模型可以刻画生态环境质量指数的影响因子。除地理探测器模型外,其他模型都已经被广泛使用,此处不再赘述其表达公式,地理探测器模型表达式为:
式中:为中国中越边境地区生态环境质量指数变化的解释力指数;的取值范围为[0,1],越靠近1说明驱动因子对生态环境质量指数解释力越强;分别为层类型的样本数和样本总数;为多目标分类数;分别为研究区生态环境质量的方差和层类型的方差。
2 结果与分析
2.1 “三生空间”功能演变特征
中国中越边境地区“三生空间”面积变化趋势结果见
图3。随着西部大开发战略、兴边富民行动、一带一路、中国—东盟自由贸易区等政策实施,中国中越边境地区加强了边民互市点和通商口岸建设,边境贸易功能得到优化,逐渐形成“国内大循环和国外大循环”两大市场发展格局,生产资本要素向边境地区流动为边境地区城镇化快速发展提供了客观条件。2000—2020年中国中越边境地区生活生产空间面积表现为上升态势,其中2015—2020年增速最大为90.04 km
2,占研究期增速的31.71%;生态空间面积整体呈下降趋势,由2000年的33 075.894 6 km
2下降到2020年的32 890.790 7 km
2;2000—2020年生产生态空间面积先减后增再减的变化趋势。具体来看,2000—2005年面积缩减了26.29 km
2,2005—2010年面积增加了71.91 km
2,2010—2020年面积下降了65.50 km
2,即使受耕地保护制度的约束,但20年间中国中越边境地区生产生态空间面积仍减少19.89 km
2;生态生产空间面积表现为上升态势,从2000年的190.114 2 km
2增加到2020年的272.098 8 km
2。
为深入分析中国中越边境地区“三生空间”的数量转移特征,利用Origin软件绘制了研究区“三生空间”数量变化弦图(
图4)。2000—2005年该区域“三生空间”功能转移中,生产生态空间转为生态空间的面积变化最为突出,达到79.38 km²;紧随其后的是生态空间向生产生态空间转移,面积为59.87 km²。相比之下,生态生产空间和生活生产空间向其他“三生空间”的转移面积较小。2005—2010年该地区“三生空间”功能演变呈现显著特征:生产生态空间向生态空间转化188.95 km
2,继续占据主导地位;生态空间向生产生态空间逆向转化261.33 km
2;值得关注的是,生态生产空间与生活生产空间功能转化面积较前期显著扩大,其向其他空间类型的转移面积呈现出加速扩展态势。2010—2015年生产生态空间向生态空间转化规模显著,转移总量达54.41 km
2;其次是生态空间转为生产生态空间,转移面积为51.11 km
2,值得重点关注的是,2010—2015年生产生态空间转为生态空间和生态空间转为生产生态空间与前两期相比急剧下降,原因是中国中越边境地区开展土地整治和改造中低产田,如龙州实行“小块并大块”土地整治提高了土地生产效率,在一定程度上避免耕地转为其他生产用地。2015—2020年生产生态空间转为生态空间面积最大,转移面积为255.68 km
2,与上一期逆向增长,可能是全面建成小康社会攻坚阶段,通过产业扶贫、土地流转、建立农村生产合作社等惠农政策种植农副产品生产加工,在多因素综合作用下,耕地转为生态用地;其次是生态空间转为生产生态空间,转移面积为261.18 km
2,与上一期逆向增长,原因是党中央高度重视耕地非农化问题,严禁耕地转为其他用地,政府部门通过土地复垦和生态修复,使生态空间用地转为可利用耕地。总体上看,中国中越边境地区主要以生产生态空间和生态空间相互转换为主;生产生态空间转为生活生产空间,生态空间转为生活生产空间面积总体呈上升趋势。
2.2 “三生空间”功能重心转移
由
图5可知。2000—2020年中国中越边境地区生产生态空间重心向西北方向转移了2 697.01 m(
图5虚线所示,下同)。2000—2020年期间,研究区的生态空间重心经历了多阶段的位移变化。具体表现为首先向东南方向移动206.73 m,随后向正东方向移动34.22 m,最后向西北方向移动72.52 m。2000—2020年期间,生态空间重心净位向东南方向移动133.22 m。与此同时,生态生产空间重心位移幅度最为显著,在20年间向西北方向移动了64 975.82 m。生活生产空间重心位移受城镇化进程的显著影响,在4个研究时段内均表现为向西北方向移动,总共移动了37 027.54 m。中国中越边境地区,生态生产空间与生活生产空间的重心迁移距离显著大于生态空间和生产生态空间的重心迁移距离,表明河渠、湖泊、水库坑塘、城镇用地、农村居民点和其他建设用地,受人类活动影响较为强烈,而林地、耕地等生态空间和生产生态空间受自然地理制约因素较大,短期内变化不大。
2.3 “三生空间”功能演变的生态环境响应
2.3.1 生态环境质量演变
从
图6可以看出,在过去的20年间,研究区生态环境质量指数总体呈下降态势,原因一是在西部大开发战略、兴边富民行动、边境建设大会战、一带一路、中国—东盟自由贸易区等系列政策驱动下,社会经济提速发展,但区域自然资源条件薄弱,短期内生态环境质量指数变化不是特别显著。中国中越边境地区生态环境脆弱,是石漠化典型区域,生态安全对维护边境地区的生产和生活具有重要意义,随着区域生态环境质量持续下降,社会各界应持续关注;二是中国中越边境地区生态环境质量指数存在两种表现形式,分别为改善和恶化,两者之间相互抵消,但生态环境质量指数下降占支配地位。
中国中越边境地区生态环境质量空间分布,结果见
图7。2000—2020年江城、绿春、金平、河口、麻栗坡和凭祥生态环境质量较高。江城、绿春、金平和河口,受海拔、地形地貌等自然区位的影响,人口流动密度较低,社会经济发展水平缓慢,在一定程度上制约城镇化发展,是中国中越边境地区贸易水平较低区域,故生态环境质量高;麻栗坡和凭祥分别是国家重点生态功能区和森林城市,因此生态环境质量相对较高;马关、靖西、龙州、大新和宁明是矿产资源相对富集,故生态环境质量相对较低;那坡自然资源本底相对较差,素有“石头缝里种玉米”之称,因此生态环境质量相对较低;防城区和东兴属于沿海城市,地势平坦、交通便利、港口贸易发达及城市基础设施密度较高,是中国中越边境地区人口流动、资本投资等最活跃地带,故生态环境质量较低。从时间尺度看,2000—2020年中国中越边境地区14个县(市、区)生态环境质量指数表现为下降趋势,生态环境质量指数低质量区主要在中部的那坡和富宁;东部的靖西、大新、龙州、防城区和东兴。
2.3.2 生态贡献率
区域生态环境质量的变化表现为改善与恶化两种对立趋势,二者在一定范围内相互博弈,共同促使区域生态环境质量保持在合理区间。中国中越边境地区在不同时期生态环境质量的演变,主要依赖于“三生空间”功能转移类型生态贡献率,结果见
表3。中国中越边境地区农业生产用地转变重点生态用地、一般生态用地转变重点生态用地和农业生产用地转为一般生态用地,对改善生态环境质量起到了关键作用。2000—2005年研究区农业生产用地向重点生态用地转化,贡献率为70.69%;2005—2010年农业生产用地向重点生态用地的转化贡献率首次出现下降,达到63.06%,较前一阶段农业生产用地转为一般生态用地的贡献率降低了1.77%;2010—2015年这一转化贡献率显著提升至72.01%;2015—2020年与前几期相比,农业生产用地转为重点生态用地的贡献率进一步提升,达到72.42%;中国中越边境地区生态环境质量下降的主要原因是土地利用类型的转变,具体表现为重点生态用地转化农业生产用地、一般生态用地和城镇生活用地以及一般生态用地转化农业生产用地。2000—2005年重点生态用地转为农业生产用地和一般生态用地是导致研究区环境恶化的关键因素,贡献率高达80.18%,即使受退耕还林政策影响,但边境地区经济结构单一,主要依赖传统农业和林业,缺乏多元化产业支撑。边民收入来源有限,生活水平较低,导致部分人选择毁林开荒以扩大耕地,短期内增加收入;2005—2010年重点生态用地向农业生产用地和一般生态用地转化贡献率达到86.79%,较前一阶段上升了6.61%;2010—2015年重点生态用地转为农业生态用地、一般生态用地和城镇生活用地贡献率达到88.84%,值得注意的是,与前两期相比重点生态用地转为城镇生活用地,贡献率首次达到25.36%,主要原因是在国家相关政策的支持下,中国中越边境地区城镇化迅速扩张;2015—2020年重点生态用地向农业生产用地、一般生态用地及城镇生活用地的转化贡献率达82.98%。与前一阶段相比,重点生态用地转为城镇生活用地的贡献率下降了13.79%。原因是国家严格控制建设用地扩张,促进土地利用协调发展。
2.4 生态环境质量驱动力
中国中越边境地区生态环境质量在多因素综合影响下发生变化。参考现有研究
[28],且结合中国中越边境地区数据可获取性和区域特殊性,本研究从3个维度共16个指标探究其生态环境质量的驱动力,结果见
图8。自然驱动力包括平均海拔(
X1 )、平均坡度(
X2 )、平均气温(
X3 )、地形起伏度(
X4 )和年降雨量(
X5 ),表征自然环境对生态环境质量的影响;社会经济驱动力包括城镇化率(
X6 )、年末总人口(
X7 )、人口密度(
X8 )、第二产业占DGP比重(
X9 )、GDP(
X10 )、农民人均纯收入(
X11 )和路网密度(
X12 ),表征社会经济发展对生态环境质量的影响;政策驱动力包括固定资产投资总额(
X13 )、边境贸易总额(
X14 )、森林覆盖率(
X15 )和地方财政收入(
X16 ),探讨区域政策变化对生态环境质量的影响。
2.4.1 自然驱动力影响分析
自然驱动力是中国中越边境地区生态环境质量形成的本底。2000—2020年,年降雨量对生态环境质量的影响较为显著,q值达0.6以上。中国中越边境地区纬度低、降雨量丰富,易于植被生长,良好的降雨量对边境地区生态环境质量起促进作用;其次是地形起伏度,中国中越边境地区属喀斯特地貌,复杂的地形条件对生态环境质量具有较强的约束力;最后是平均坡度,中国中越边境地区海拔较高、坡度陡峭及人类活动弱对边境地区生态环境质量提高具有重要影响。
2.4.2 社会经济驱动力影响分析
社会经济驱动力是中国中越边境地区生态环境质量变化的主要驱动力路网密度对生态环境质量的影响较显著,
q值由2000年的0.81上升到2020年的0.98。中国中越边境地区作为“一带一路”衔接区域和通往东盟各国边境贸易的重要门户,边境地区为发展壮大边境口岸贸易,自2000年广西和云南加大沿边基础设施建设,修建边境口岸货运专用通道
[28],形成互联互通互达的路网密度,如修建中越沿边公路,连接广西8个边境县(市、区)穿过重点生态功能区,生态环境遭到破坏,对生态环境质量造成严重威胁;GDP对生态环境质量也产生重要影响,
q值除了2020年的0.41,其他年份都到达0.9以上。近年来,在西部大开发战略、兴边富民行动、一带一路、精准扶贫、乡村振兴等相关政策的支持下,中国中越边境地区社会经济提速发展,GDP由2000年的1 234 349万元增长到2020年的13 694 467万元,2020年是2000年的11倍;农民人均纯收入也是影响生态环境质量的重要因素之一,
q值除了2015年为0.37,其他年份都在0.8以上。中国中越边境地区产业结构单一,经济发展韧性弱,边民增收困难,“靠边吃边”且边境贸易不稳定性等因素,边民为了增收,开垦荒地、砍伐树木,对边境地区生态环境质量产生重要威胁。
2.4.3 政策驱动力影响分析
政策驱动力是中国中越边境地区生态环境质量变化的外在因素。2017年国务院办公厅印发《兴边富民行动“十三五”规划》指出增加边境地区财政、金融、基础设施、生态保护补偿等方面投入。此后,边境地区社会经济提速发展,生态环境也面临着巨大压力。地方财政收入对生态环境质量的影响较为显著,
q值在0.7以上。中国中越边境地区在长期发展中形成沿海、内陆、沿边“三位一体”特色鲜明的开放格局
[28],逐渐形成独具特色的边境旅游、边境贸易的发展格局,通过降低税收调节边境旅游、边境贸易增值税,激发区域经济活力,一方面促进了经济的快速增长,另一方面产业发展、城镇建设等大量占用生态用地,导致生态环境质量降低;固定资产投资总额是影响中国中越边境地区生态环境质量的主要因素之一,边境地区基础设施薄弱,为实现区域协调发展,国家及地方政府加大对边境地区基础设施投入,固定资产投资总额由2000年的265 781万元增加到2020年的14 484 065万元,2020年约为2000年的54倍,大规模投资导致边境地区生态环境质量下降;森林覆盖率是改善中国中越边境地区生态环境质量的主要因素之一,边境地区石漠化分布广泛,生态环境脆弱,在国家实施“退耕还林”“封山育林”等政策下,生态环境得到改善,生态环境质量有所提升。
2.4.4 多驱动力交互探测分析
中国中越边境地区2000—2020年生态环境质量驱动因子交互探测结果表明,16种驱动因子单一影响小于双因子交互影响,主要包括双因子增强和非线性增强,以双因子增强为主。其中,对生态环境质量影响较大的交互因子有平均坡度与地形起伏度、平均坡度与路网密度、城镇化率与GDP、城镇化率与年末总人口、城镇化率与农民人均纯收入、年末总人口与农民人均纯收入、GDP与农民人均纯收入、农民人均纯收入与森林覆盖率和路网密度与森林覆盖率。交互因子中,社会经济因素内部交互影响较大。近年来,边境地区抢抓发展机遇,社会经济加速发展,人类活动强度明显增强,对区域生态环境质量影响相对较大。
3 讨论与结论
3.1 讨 论
国土“三生空间”的演变通过空间格局重组与功能冲突对生态环境产生复杂影响,其机理主要表现为:首先,生产空间和生活空间的扩张往往是以压缩和侵占生态空间为代价,这种空间格局的变化导致了生态系统完整性受到破坏,生物多样性保护面临严峻挑战。其次,“三生空间”结构失衡严重削弱了生态系统的自我调节和修复能力。另外,自然过程与人类活动的相互作用进一步加剧了这种影响。这种多尺度作用、多驱动因素共同作用的耦合机制,导致了当前生态环境质量呈现出“点状改善、全域退化”的空间格局特征。根据论文研究发现的问题,结合研究结论,本文提出以下建议:(1) 持续加强边境地区生态文明建设,实行最严格的土地用途管制制度,严禁建设用地占用耕地、生态用地等地类,保障生态用地,促进“三生空间”用地协调发展。(2) 树立“绿水青山就是金山银山”的发展理念,把生态环境纳入政府年终考核,上级部门应加大生态环境保护监督执法力度,对于生态环境保护较好区域,给予更多的财政补贴,对于生态环境保护较差区域进行通报批评并减少财政支持。(3) 因地制宜,分类施策。矿产资源富集区县域,应改良企业生产器械,提高污水处理率,防止排放的污水污染生态环境,关闭高耗能、高污染、低效率的企业,后期通过政府部门评估达标方可重启;沿海县域应大力发展旅游业和高新技术产业,淘汰中低端产业,促进地方经济绿色发展。(4) 设立国家自然生态保护区,通过国家宏观调控政策,设立“生态护林”基金,维护边境地区生态环境安全。
3.2 结 论
(1) 从中国中越边境地区“三生空间”功能面积数量变化情况看,研究区生活生产空间和生态生产空间用地面积总体表现为增长态势。生活生产空间面积由2000年的283.983 3 km2增加到2020年的421.692 3 km2,2020年较2000年增长了48.49%;生态生产空间面积从2000年的190.114 2 km2增加到2020年的272.098 8 km2,2020年较2000年增长了43.12%;生产生态空间面积先减后增再减的变化趋势,即使受耕地制度保护,20年间生产生态空间面积仍减少19.89 km2;生态空间面积整体呈下降趋势,由2000年的33 075.894 6 km2下降到2020年的32 890.790 7 km2,2020年较2000年减少了0.56%。
(2) 从中国中越边境地区“三生空间”重心转移方向和距离来看,生态生产空间重心转移最大,20年间向西北方向转移64 975.82 m;生活生产空间重心向西北方向转移,2000—2020年共转移37 027.54 m;生产生态空间向西北方向共转移2 697.01 m;生态空间重心先向东南方向转移206.73 m,再向正东转移34.22 m,最后向西北转移72.52 m,20年间生态空间共向东南方向转移133.22 m。
(3) 从中国中越边境地区生态环境质量结果来看,生态环境质量总体呈下降态势;江城、绿春、金平、河口、麻栗坡和凭祥生态环境质量较高;马关、靖西、龙州、大新和宁明矿产资源相对富集地区生态环境质量较低;防城区和东兴属于沿海城市人类活动较强生态环境质量较低。
(4) 中国中越边境地区农业生产用地转变重点生态用地、一般生态用地转变重点生态用地和农业生产用地转为一般生态用地,对改善生态环境质量起到了关键作用;生态环境质量下降的主要原因是土地利用类型的转变,包括重点生态用地转为农业生产用地、一般生态用地和城镇生活用地以及一般生态用地转为农业生产用地。
(5) 中国中越边境地区生态环境质量变化与自然驱动力、社会经济驱动力和政策驱动力有着密切关系。自然驱动力影响生态环境质量的空间分布格局,社会经济驱动力是生态环境质量变化的主要抓手,政策驱动力是宏观调控和优化布局生态环境质量的外在因素;各驱动因素之间对生态环境质量影响呈双因子增强和非线性增强效应。
国家自然科学基金项目(72464001)
国家自然科学基金项目(42161046)
广西哲学社会科学研究课题(23FMZ018)
广西“四新”研究与实践项目(XNK2023013)
广西财经学院经济与贸易学院学科项目(2022QNE03)