遼寧沿海經濟帶“三生空間”功能耦合協調時空分異及影響因素

趙麗玲, 張 華

(1.遼寧師范大學 地理科學學院,遼寧 大連 116029; 2.大連市人民政府 辦公室,遼寧 大連 116012)

遼寧沿海經濟帶作為遼寧構建“一圈一帶兩區”區域發展格局重要組成,是遼寧實現全面振興新突破的重要戰略支撐.近年來,隨著遼寧沿海經濟帶戰略深入實施,區域綜合實力進一步增強,全面優化國土空間格局實現進一步優化,堅持以“人”為本,突出生產、生活、生態“三生”融合協調發展成為時代必然.黨的二十大報告明確指出,“要深入實施區域協調發展戰略、區域重大戰略、主體功能區戰略、新型城鎮化戰略,優化重大生產力布局,構建優勢互補、高質量發展的區域經濟布局和國土空間體系”“要堅定不移走生產發展、生活富裕、生態良好的文明發展道路,實現中華民族永續發展”.2023年7月,習近平總書記在全國生態環境保護大會上強調“要加快推動發展方式綠色低碳轉型,堅持把綠色低碳發展作為解決生態環境問題的治本之策,加快形成綠色生產方式和生活方式,厚植高質量發展的綠色底色”.由此不難看出,生產、生活、生態空間協調發展之路,這既是生態文明建設的內在要求,也是高質量發展的必然選擇,已日益引起各級政府部門高度重視.遼寧沿海經濟帶是東北主要出海通道和對外開放的重要窗口,是東北亞地區極具潛力的國際航運中心,是支撐東北全面振興的重要區域.因此,針對遼寧沿海經濟帶“三生空間”進行功能耦合協調時空分析及影響因素分析,對于協調推進“四個全面”戰略布局,統籌推進“五位一體”總體布局,實現新時代東北全面振興、全方位振興具有十分重要的意義.

目前,研究學者和機構對“三生空間”的功能研究主要體現在以下方面[1-8]:①“三生空間”土地功能利用轉型分析.例如:楊清可等學者,將區域轉型發展和土地轉型利用相銜接,對長江三角洲“三生空間”土地利用主導功能進行分類分析,研究土地利用轉移與生態環境效應[3].②“三生空間”用地分類與空間格局分析.例如:張紅旗等學者,從“三生空間”土地功能為起點,將土地利用類型予以細化分類,剖析土地空間格局[4].③“三生空間”演變與協調性功能分析.例如:楊辰叢海等學者,將土地利用類型重新分類為生活生產空間、生態生產空間、生態生活空間、生態空間4種空間類型,對海岸地區“三生空間”沖突變化趨勢予以研究[5].④“三生空間”功能識別分析.例如:方創琳等學者,從生態服務、土地功能和景觀格局綜合視角構建三生空間功能體系,對城市“三生空間”進行定量識別研究[6-8].然而,當前對沿海區域“三生空間”功能耦合協調時空分異及影響因素研究卻較少.因此,本文基于遼寧沿海經濟帶區域空間格局特征基礎上,基于農業生產、生活水平、生態壓力等方面構建功能評價指標體系,應用功能耦合協調度、空間動態面板數據、回歸模型探討“三生空間”空間情況,探究遼寧沿海經濟帶空間溢出效應,為遼寧沿海經濟帶“三生空間”用地結構優化路徑提供參考借鑒.

1 數據來源與指標體系構建

1.1 數據來源

本文以2005年、2008年、2015年、2020年為研究時間窗,以遼寧沿海經濟帶為研究對象.其中,土地數據來源于國家地球系統科學數據共享平臺,該數據以Landsat TM和ETM+為主要信息源解釋完成,分辨率為30×30,綜合精度97.325%.社會經濟指標來源于大連、營口、錦州、丹東、盤錦、葫蘆島《統計年鑒》及《遼寧省統計年鑒》.還有部分社會、經濟、生態方面數據來自6子區的統計公報、《生態環境狀況公報》等.

1.2 評價指標體系構建

區域空間功能指一定區域內,外部環境及內部要素作用下,對人類生產和生活產生的影響,是經濟、社會、土地利用等多重要素混合體,伴隨著區域經濟發展和土地利用轉型,區域空間功能復雜性和多樣性日趨凸顯.借鑒前人已有研究方法和成果[9-12],按照數據可選取性、研究科學性原則,選取30項指標構建生產功能、生活功能、生態功能評價體系,對遼寧沿海經濟帶“三生空間”功能耦合協調時空分異及影響因素深入剖析.如表1所示:生產功能指提供農業、工業產品能力,選取人均耕地面積、地均農業機械總動力、農林牧漁業單產量、財政收入增長率、經濟密度、地均固定資產投資、建成區面積、單位GDP能耗、一產貢獻率和二產貢獻率等10項內容作為生產功能評價體系指標;生活功能指土地提供生活保障能力,選取人均GDP、恩格爾系數、人口自然增長率、人口密度、戶籍人口占總人口比例、人均生活用電量、常住城鎮居民人均可支配收入、常住農村居民人均可支配收入等8項內容作為生活功能評價體系指標;生態功能指維持生態健康發展的能力,選取工業廢水排放量、工業廢氣排放量、工業固體廢物產生量、城市道路交通噪聲均值、區域環境噪聲平均聲效、農用化肥施用量、森林覆蓋率、草地面積、建成區綠化覆蓋率、人均公園綠地面積、工業廢水達標率、工業廢棄物綜合利用率等12項內容作為生活功能評價體系指標.

表1 “三生空間”功能評價指標與權重Table 1 Functional evaluation indicators and weights of the “three-life space”

1.3 權重確定

極差最大化法是組合賦權法的一種,即選用層次分析法作為主觀賦權法,選用熵權法作為客觀賦權法,通過極差方式計算得到評價指標組合權重的一種方法,是近年來使用較為廣泛且更為科學的一種賦權法,因此,本文選用極差最大化法計算指標權重[13-15].

(1)單方法權重.假設有m種賦權方法對k個評價指標進行賦權,可得到權重矩陣A,即

(1)

其中,aij(i=1,2,…k;j=1,2,…m)為賦權方法對j對評價評價指標i賦權.

(3)級差最大化組合權重優化模型是通過最大化評價結果方差,得到的組合權重:

(2)

(3)

(4)計算各評價單元綜合評價值:

(4)

其中,Rn為單元n的綜合評價值,xin為評價指標i在單元n中的值.

2 “三生空間”功能耦合協調度建模與分析

基于遼寧沿海經濟帶實際情況和已有研究成果,構建遼寧沿海經濟帶“三生空間”功能耦合協調度模型[16-17],數學函數公式為

(5)

其中,Y為“三生空間”功能之間耦合度,一般介于0和1之間,數值越大,說明“三生空間”之間影響作用越緊密.Qi、Fi、Li代表生產、生活、生態綜合評價值.

為進一步分析鄉村“生產-生活”功能、“生活-生態”功能、“生產-生態”功能兩兩之間相互作用程度,耦合度模型可以演化為

(6)

借鑒已有成果,并結合本研究實際情況,將區域“三生空間”功能耦合度劃分為4種類型(如表2).

表2 “三生空間”功能耦合度類型Table 2 Types of functional coupling of the “three-life space”

為表征各功能之間是高水平上相互促進還是低水平上相互制約,本文引入耦合協調指數以構建“三生空間”功能耦合協調模型.具體計算公式為

(7)

其中,T為耦合協調度,Z為“三生空間”功能三者耦合協調度,公式為Z=δQ+αF+βL,δ、α、β均為待定系數.本文在參照相關“三生空間”功能文獻中各具體指標權重測算,將待定系數劃定為δ=0.4,α=0.3,β=0.3,同理可以得到“三生空間”功能兩兩之間耦合協調度,計算公式為

Z1=δ1Q+α1F,Z2=δ2Q+β2L,Z3=α3F+β3L.

(8)

在此,將待定系數劃定為δ1=0.55,α1=0.45,δ2=0.55,β2=0.45,α3=0.5,β3=0.5,依據研究區實際情況,利用非等間距方法將耦合協調度T值分為5個協調等級(如表3).

表3 “三生空間”功能耦合度類型劃分Table 3 Classification of functional coupling types of the “three-life space”

根據空間功能耦合度測量模型,測算出遼寧沿海經濟帶2005年、2008年、2015年、2020年耦合度值,按照耦合度類型劃分標準,通過耦合類型在同一時間所占比例,擬合成耦合度演進曲線.隨著遼寧沿海經濟帶相關政策深入實施和東北振興新突破戰略不斷推進,遼寧沿海經濟帶“三生空間”功能耦合度呈現出低水平耦合向高水平耦合演進波浪式曲線特征.同時,根據2005年、2008年、2015年、2020年耦合演化曲線,擬合出遼寧沿海經濟帶“三生空間”功能整體演化曲線(如圖1).

圖1 2005年、2008年、2015年、2020年遼寧沿海經濟帶“三生空間”功能耦合度演變曲線Fig.1 Evolution curve of functional degree of the “three-life space” in the Liaoning coastal belt in 2005,2008,2015,and 2020

可以發現,遼寧沿海經濟帶“三生空間”功能耦合度演變態勢接近于“S”形成長曲線,空間功能之間相互作用呈現擴散效應之后,逐漸由低耦合階段向協調耦合階段發展,區域空間系統逐漸能夠實現自我調節,趨于有序發展狀態.

區域“三生空間”功能兩兩耦合協調特征,能夠反映空間功能各子區系統之間相互作用情況,對于進一步揭示“三生空間”功能之間耦合協調特征具有重要意義.根據遼寧沿海經濟帶2005年、2008年、2015年、2020年“三生空間”功能兩兩之間耦合度、耦合協調度結果,繪制演變曲線(圖2、圖3).

圖2 耦合度演變曲線Fig.2 Coupling degree evolution curve

圖3 耦合協調度演變曲線Fig.3 Evolution curve of coupling coordination degree

結果顯示:①遼寧沿海經濟帶“生產-生活”功能耦合度及耦合協調度優于同一時期“生產-生態”和“生活-生態”的功能耦合度及耦合協調度,并隨著年度的增長,呈現出越來越優的發展態勢,整體處于較好水平的協調耦合狀態.即生產功能、生活功能能夠保障區域內生產和生活需求,兩者處于相互促進狀態.②“生產-生態”耦合協調的上升幅度相較于“生活-生態”“生產-生活”呈現出明顯優勢,持續增長的特征較為顯著,表現為拮抗到磨合,失調向協調轉化趨勢;③“生活-生態”功能耦合協調度呈現“基本協調、中度失調、中度協調”演進趨勢,整體處于低水平耦合協調狀態,說明遼寧沿海經濟帶生活、生態在空間上存在競爭式關系,生活功能占據優勢,生態功能處于弱勢.

2.1 空間自相關模型檢驗

檢驗空間相關性方法一般有LM檢驗、Moran’sI檢驗、混合KP檢驗等,Moran’sI因檢驗方法的優越性,備受國內外空間相關性研究者青睞[18-21].其定義為

(9)

其中,Yi表示i地區觀測值,n為地區總數,Wij為二進制的臨近空間權值矩陣,用以定義空間相互臨近關系.一般Moran’sI介于-1到1之間:若>0,說明空間存在正自相關,數值越大說明空間分布的正自相關性越強;若<0,說明空間相鄰單元之間不具有相似屬性,數值越小則說明各空間單元差異性越大;若其數值為0,則說明該空間服從隨機分布,即不存在空間相關性.將遼寧沿海經濟帶生產、生活、生態30項評價指標作為觀測值,對空間相關性進行檢驗.檢驗結果(如表4)所示,LMsar方法對“三生空間”相關性檢驗結果均有未通過選項,而Moran’sI檢驗值符合誤差檢測臨界值.因此,本文選取空間面板數據回歸模型進行檢驗和分析.

表4 空間自相關檢驗Table 4 Spatial autocorrelation test

2.2 空間面板數據回歸模型

Cliff于1973年最早提出空間回歸概念,1981年Ord對空間回歸模型進行了深入研究[21-23].空間回歸模型核心是將截面差項進行加權平均,用以研究兩個或兩個以上變量之間關系的一種統計方法.一般分為空間滯后模型(Spatial auto regressive Model,SAR)和空間誤差模型(Spatial error model,SEM).空間滯后模型一般是表示一個地區各變量是否有擴散現象,即是否存在溢出效應,公式為

Y=ρWY+Xβ+ε.

(10)

其中,Y為解釋變量,X為外生變量,ρ為被空間回歸系數,W為n×n階的空間權重矩陣,WY為滯后解釋變量,ε為誤差項.而當地區間的相互關系是通過誤差項來體現,用空間誤差模型,表達式為

Y=Xβ+ε,ε=λWε+μ.

(11)

其中,ε為隨機誤差項,λ為空間誤差系數,μ為正態分布的隨機誤差向量.而空間誤差系數直接影響著樣本觀察值中的空間依賴作用.同時,空間誤差模型是在回歸模型中的殘差項中,添加了空間相鄰矩陣與殘差項的乘積.

雖然OLS利用最小殘差平方和的思想可以對誤差的分布不做假設,但需滿足誤差項與解釋變量不相關條件,因此引入極大似然函數,即

(12)

其中,N表示個體數量,w為誤差的空間權重矩陣,ε為N×1模型的誤差項.利用極大似然估計參數λ和δ要求誤差η有一個具體分布,即密度函數或分布函數,利用似然函數最大參數值來消除可能存在的偏差性弊端.同時,由于Hausman檢驗能夠在遺漏相關變量情況下,可能導致解釋變量與隨機擾動項出現同期相關性,即Cov(Xt,ut)≠0.因此,本文用Hausman檢驗來確定面板數據為固定效應模型抑或隨機效應模型.

根據模型結果,除了S5、S12、S13、S14、S16、S19、S20、S21、S24、S30,其余20個變量所對應的水平方程均為零階單序列I(0),對S1、S2、S3、S4、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S15、S17、S18、S22、S23、S25、S26、S27、S28、S29和耦合協調度T值進行Robust回歸分析(表5),由此得出Robust回歸分析中擬合度為0.97,表明該模型效果較好.

表5 面板數據檢驗及回歸分析Table 5 Panel data testing and regression analysis

3 討論與結論

(1)遼寧沿海經濟帶“三生空間”功能存在耦合交互復合關系.模型結果顯示,遼寧沿海經濟帶“三生空間”功能30個指標值和耦合協調度均有相關關系.其中,S2回歸系統系數為0.2340,表明農業機械帶動了農業現代化發展,對生產功能的耦合協調起到了重要作用.再如S6回歸系統系數為0.1607,表明固定資產投資推動了非農業快速發展,促進了“三生空間”功能耦合協調.同時,遼寧沿海經濟帶“三生空間”耦合結果可以發現,2005年、2008年、2015年、2020年空間耦合度和耦合協調度均具有明顯階段性,耦合度呈現低耦合、拮抗、磨合、協調耦合4種類型.所以,遼寧沿海經濟帶需要在生產發展、生活提高和生態環境保護和經濟社會發展間找到一個平衡點.

(2)遼寧沿海經濟帶“三生空間”功能耦合協調時空格局差異性明顯.2005年、2008年、2015年、2020年的演進趨勢耦合度演變曲線趨勢顯示,近年來耦合度成長曲線呈現“S”形趨勢,即空間耦合度呈現出由低水平耦合向高水平耦合演進波浪式演進特征.從變化趨勢圖還可以發現,耦合協調度整體增長速度較慢,2005-2020年演變態勢接近于“U”形曲線.由此可以推測,遼寧沿海經濟帶“三生空間”功能耦合協調從拮抗、磨合逐漸向“耦合-協調”良性共振類型演進,應立足空間功能時空差異特征規律,向生產、生活、生態齊頭并進和可持續化邁進.

(3)遼寧沿海經濟帶“三生空間”兩兩之間耦合協調差異明顯.遼寧沿海經濟帶整體上處于高水平協調耦合狀態,同時“生產-生活”耦合度高于“生活-生態”“生產-生態”耦合度,且逐年增長.其中,協調耦合類型增長最為顯著.“生產-生態”耦合協調度高于“生產-生活”“生活-生態”耦合協調度.“生活-生態”功能耦合在空間功能兩兩耦合中結果最差,屬于較低水平階段.由此可見,遼寧沿海經濟帶應在政策制定和中、長期規劃中加大向生態傾斜力度,協調生活空間和生態空間功能之間的耦合關系.