辽宁沿海经济带“三生空间”功能耦合协调时空分异及影响因素

赵丽玲, 张 华

(1.辽宁师范大学 地理科学学院,辽宁 大连 116029; 2.大连市人民政府 办公室,辽宁 大连 116012)

辽宁沿海经济带作为辽宁构建“一圈一带两区”区域发展格局重要组成,是辽宁实现全面振兴新突破的重要战略支撑.近年来,随着辽宁沿海经济带战略深入实施,区域综合实力进一步增强,全面优化国土空间格局实现进一步优化,坚持以“人”为本,突出生产、生活、生态“三生”融合协调发展成为时代必然.党的二十大报告明确指出,“要深入实施区域协调发展战略、区域重大战略、主体功能区战略、新型城镇化战略,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”“要坚定不移走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路,实现中华民族永续发展”.2023年7月,习近平总书记在全国生态环境保护大会上强调“要加快推动发展方式绿色低碳转型,坚持把绿色低碳发展作为解决生态环境问题的治本之策,加快形成绿色生产方式和生活方式,厚植高质量发展的绿色底色”.由此不难看出,生产、生活、生态空间协调发展之路,这既是生态文明建设的内在要求,也是高质量发展的必然选择,已日益引起各级政府部门高度重视.辽宁沿海经济带是东北主要出海通道和对外开放的重要窗口,是东北亚地区极具潜力的国际航运中心,是支撑东北全面振兴的重要区域.因此,针对辽宁沿海经济带“三生空间”进行功能耦合协调时空分析及影响因素分析,对于协调推进“四个全面”战略布局,统筹推进“五位一体”总体布局,实现新时代东北全面振兴、全方位振兴具有十分重要的意义.

目前,研究学者和机构对“三生空间”的功能研究主要体现在以下方面[1-8]:①“三生空间”土地功能利用转型分析.例如:杨清可等学者,将区域转型发展和土地转型利用相衔接,对长江三角洲“三生空间”土地利用主导功能进行分类分析,研究土地利用转移与生态环境效应[3].②“三生空间”用地分类与空间格局分析.例如:张红旗等学者,从“三生空间”土地功能为起点,将土地利用类型予以细化分类,剖析土地空间格局[4].③“三生空间”演变与协调性功能分析.例如:杨辰丛海等学者,将土地利用类型重新分类为生活生产空间、生态生产空间、生态生活空间、生态空间4种空间类型,对海岸地区“三生空间”冲突变化趋势予以研究[5].④“三生空间”功能识别分析.例如:方创琳等学者,从生态服务、土地功能和景观格局综合视角构建三生空间功能体系,对城市“三生空间”进行定量识别研究[6-8].然而,当前对沿海区域“三生空间”功能耦合协调时空分异及影响因素研究却较少.因此,本文基于辽宁沿海经济带区域空间格局特征基础上,基于农业生产、生活水平、生态压力等方面构建功能评价指标体系,应用功能耦合协调度、空间动态面板数据、回归模型探讨“三生空间”空间情况,探究辽宁沿海经济带空间溢出效应,为辽宁沿海经济带“三生空间”用地结构优化路径提供参考借鉴.

1 数据来源与指标体系构建

1.1 数据来源

本文以2005年、2008年、2015年、2020年为研究时间窗,以辽宁沿海经济带为研究对象.其中,土地数据来源于国家地球系统科学数据共享平台,该数据以Landsat TM和ETM+为主要信息源解释完成,分辨率为30×30,综合精度97.325%.社会经济指标来源于大连、营口、锦州、丹东、盘锦、葫芦岛《统计年鉴》及《辽宁省统计年鉴》.还有部分社会、经济、生态方面数据来自6子区的统计公报、《生态环境状况公报》等.

1.2 评价指标体系构建

区域空间功能指一定区域内,外部环境及内部要素作用下,对人类生产和生活产生的影响,是经济、社会、土地利用等多重要素混合体,伴随着区域经济发展和土地利用转型,区域空间功能复杂性和多样性日趋凸显.借鉴前人已有研究方法和成果[9-12],按照数据可选取性、研究科学性原则,选取30项指标构建生产功能、生活功能、生态功能评价体系,对辽宁沿海经济带“三生空间”功能耦合协调时空分异及影响因素深入剖析.如表1所示:生产功能指提供农业、工业产品能力,选取人均耕地面积、地均农业机械总动力、农林牧渔业单产量、财政收入增长率、经济密度、地均固定资产投资、建成区面积、单位GDP能耗、一产贡献率和二产贡献率等10项内容作为生产功能评价体系指标;生活功能指土地提供生活保障能力,选取人均GDP、恩格尔系数、人口自然增长率、人口密度、户籍人口占总人口比例、人均生活用电量、常住城镇居民人均可支配收入、常住农村居民人均可支配收入等8项内容作为生活功能评价体系指标;生态功能指维持生态健康发展的能力,选取工业废水排放量、工业废气排放量、工业固体废物产生量、城市道路交通噪声均值、区域环境噪声平均声效、农用化肥施用量、森林覆盖率、草地面积、建成区绿化覆盖率、人均公园绿地面积、工业废水达标率、工业废弃物综合利用率等12项内容作为生活功能评价体系指标.

表1 “三生空间”功能评价指标与权重Table 1 Functional evaluation indicators and weights of the “three-life space”

1.3 权重确定

极差最大化法是组合赋权法的一种,即选用层次分析法作为主观赋权法,选用熵权法作为客观赋权法,通过极差方式计算得到评价指标组合权重的一种方法,是近年来使用较为广泛且更为科学的一种赋权法,因此,本文选用极差最大化法计算指标权重[13-15].

(1)单方法权重.假设有m种赋权方法对k个评价指标进行赋权,可得到权重矩阵A,即

(1)

其中,aij(i=1,2,…k;j=1,2,…m)为赋权方法对j对评价评价指标i赋权.

(3)级差最大化组合权重优化模型是通过最大化评价结果方差,得到的组合权重:

(2)

(3)

(4)计算各评价单元综合评价值:

(4)

其中,Rn为单元n的综合评价值,xin为评价指标i在单元n中的值.

2 “三生空间”功能耦合协调度建模与分析

基于辽宁沿海经济带实际情况和已有研究成果,构建辽宁沿海经济带“三生空间”功能耦合协调度模型[16-17],数学函数公式为

(5)

其中,Y为“三生空间”功能之间耦合度,一般介于0和1之间,数值越大,说明“三生空间”之间影响作用越紧密.Qi、Fi、Li代表生产、生活、生态综合评价值.

为进一步分析乡村“生产-生活”功能、“生活-生态”功能、“生产-生态”功能两两之间相互作用程度,耦合度模型可以演化为

(6)

借鉴已有成果,并结合本研究实际情况,将区域“三生空间”功能耦合度划分为4种类型(如表2).

表2 “三生空间”功能耦合度类型Table 2 Types of functional coupling of the “three-life space”

为表征各功能之间是高水平上相互促进还是低水平上相互制约,本文引入耦合协调指数以构建“三生空间”功能耦合协调模型.具体计算公式为

(7)

其中,T为耦合协调度,Z为“三生空间”功能三者耦合协调度,公式为Z=δQ+αF+βL,δ、α、β均为待定系数.本文在参照相关“三生空间”功能文献中各具体指标权重测算,将待定系数划定为δ=0.4,α=0.3,β=0.3,同理可以得到“三生空间”功能两两之间耦合协调度,计算公式为

Z1=δ1Q+α1F,Z2=δ2Q+β2L,Z3=α3F+β3L.

(8)

在此,将待定系数划定为δ1=0.55,α1=0.45,δ2=0.55,β2=0.45,α3=0.5,β3=0.5,依据研究区实际情况,利用非等间距方法将耦合协调度T值分为5个协调等级(如表3).

表3 “三生空间”功能耦合度类型划分Table 3 Classification of functional coupling types of the “three-life space”

根据空间功能耦合度测量模型,测算出辽宁沿海经济带2005年、2008年、2015年、2020年耦合度值,按照耦合度类型划分标准,通过耦合类型在同一时间所占比例,拟合成耦合度演进曲线.随着辽宁沿海经济带相关政策深入实施和东北振兴新突破战略不断推进,辽宁沿海经济带“三生空间”功能耦合度呈现出低水平耦合向高水平耦合演进波浪式曲线特征.同时,根据2005年、2008年、2015年、2020年耦合演化曲线,拟合出辽宁沿海经济带“三生空间”功能整体演化曲线(如图1).

图1 2005年、2008年、2015年、2020年辽宁沿海经济带“三生空间”功能耦合度演变曲线Fig.1 Evolution curve of functional degree of the “three-life space” in the Liaoning coastal belt in 2005,2008,2015,and 2020

可以发现,辽宁沿海经济带“三生空间”功能耦合度演变态势接近于“S”形成长曲线,空间功能之间相互作用呈现扩散效应之后,逐渐由低耦合阶段向协调耦合阶段发展,区域空间系统逐渐能够实现自我调节,趋于有序发展状态.

区域“三生空间”功能两两耦合协调特征,能够反映空间功能各子区系统之间相互作用情况,对于进一步揭示“三生空间”功能之间耦合协调特征具有重要意义.根据辽宁沿海经济带2005年、2008年、2015年、2020年“三生空间”功能两两之间耦合度、耦合协调度结果,绘制演变曲线(图2、图3).

图2 耦合度演变曲线Fig.2 Coupling degree evolution curve

图3 耦合协调度演变曲线Fig.3 Evolution curve of coupling coordination degree

结果显示:①辽宁沿海经济带“生产-生活”功能耦合度及耦合协调度优于同一时期“生产-生态”和“生活-生态”的功能耦合度及耦合协调度,并随着年度的增长,呈现出越来越优的发展态势,整体处于较好水平的协调耦合状态.即生产功能、生活功能能够保障区域内生产和生活需求,两者处于相互促进状态.②“生产-生态”耦合协调的上升幅度相较于“生活-生态”“生产-生活”呈现出明显优势,持续增长的特征较为显著,表现为拮抗到磨合,失调向协调转化趋势;③“生活-生态”功能耦合协调度呈现“基本协调、中度失调、中度协调”演进趋势,整体处于低水平耦合协调状态,说明辽宁沿海经济带生活、生态在空间上存在竞争式关系,生活功能占据优势,生态功能处于弱势.

2.1 空间自相关模型检验

检验空间相关性方法一般有LM检验、Moran’sI检验、混合KP检验等,Moran’sI因检验方法的优越性,备受国内外空间相关性研究者青睐[18-21].其定义为

(9)

其中,Yi表示i地区观测值,n为地区总数,Wij为二进制的临近空间权值矩阵,用以定义空间相互临近关系.一般Moran’sI介于-1到1之间:若>0,说明空间存在正自相关,数值越大说明空间分布的正自相关性越强;若<0,说明空间相邻单元之间不具有相似属性,数值越小则说明各空间单元差异性越大;若其数值为0,则说明该空间服从随机分布,即不存在空间相关性.将辽宁沿海经济带生产、生活、生态30项评价指标作为观测值,对空间相关性进行检验.检验结果(如表4)所示,LMsar方法对“三生空间”相关性检验结果均有未通过选项,而Moran’sI检验值符合误差检测临界值.因此,本文选取空间面板数据回归模型进行检验和分析.

表4 空间自相关检验Table 4 Spatial autocorrelation test

2.2 空间面板数据回归模型

Cliff于1973年最早提出空间回归概念,1981年Ord对空间回归模型进行了深入研究[21-23].空间回归模型核心是将截面差项进行加权平均,用以研究两个或两个以上变量之间关系的一种统计方法.一般分为空间滞后模型(Spatial auto regressive Model,SAR)和空间误差模型(Spatial error model,SEM).空间滞后模型一般是表示一个地区各变量是否有扩散现象,即是否存在溢出效应,公式为

Y=ρWY+Xβ+ε.

(10)

其中,Y为解释变量,X为外生变量,ρ为被空间回归系数,W为n×n阶的空间权重矩阵,WY为滞后解释变量,ε为误差项.而当地区间的相互关系是通过误差项来体现,用空间误差模型,表达式为

Y=Xβ+ε,ε=λWε+μ.

(11)

其中,ε为随机误差项,λ为空间误差系数,μ为正态分布的随机误差向量.而空间误差系数直接影响着样本观察值中的空间依赖作用.同时,空间误差模型是在回归模型中的残差项中,添加了空间相邻矩阵与残差项的乘积.

虽然OLS利用最小残差平方和的思想可以对误差的分布不做假设,但需满足误差项与解释变量不相关条件,因此引入极大似然函数,即

(12)

其中,N表示个体数量,w为误差的空间权重矩阵,ε为N×1模型的误差项.利用极大似然估计参数λ和δ要求误差η有一个具体分布,即密度函数或分布函数,利用似然函数最大参数值来消除可能存在的偏差性弊端.同时,由于Hausman检验能够在遗漏相关变量情况下,可能导致解释变量与随机扰动项出现同期相关性,即Cov(Xt,ut)≠0.因此,本文用Hausman检验来确定面板数据为固定效应模型抑或随机效应模型.

根据模型结果,除了S5、S12、S13、S14、S16、S19、S20、S21、S24、S30,其余20个变量所对应的水平方程均为零阶单序列I(0),对S1、S2、S3、S4、S6、S7、S8、S9、S10、S11、S15、S17、S18、S22、S23、S25、S26、S27、S28、S29和耦合协调度T值进行Robust回归分析(表5),由此得出Robust回归分析中拟合度为0.97,表明该模型效果较好.

表5 面板数据检验及回归分析Table 5 Panel data testing and regression analysis

3 讨论与结论

(1)辽宁沿海经济带“三生空间”功能存在耦合交互复合关系.模型结果显示,辽宁沿海经济带“三生空间”功能30个指标值和耦合协调度均有相关关系.其中,S2回归系统系数为0.2340,表明农业机械带动了农业现代化发展,对生产功能的耦合协调起到了重要作用.再如S6回归系统系数为0.1607,表明固定资产投资推动了非农业快速发展,促进了“三生空间”功能耦合协调.同时,辽宁沿海经济带“三生空间”耦合结果可以发现,2005年、2008年、2015年、2020年空间耦合度和耦合协调度均具有明显阶段性,耦合度呈现低耦合、拮抗、磨合、协调耦合4种类型.所以,辽宁沿海经济带需要在生产发展、生活提高和生态环境保护和经济社会发展间找到一个平衡点.

(2)辽宁沿海经济带“三生空间”功能耦合协调时空格局差异性明显.2005年、2008年、2015年、2020年的演进趋势耦合度演变曲线趋势显示,近年来耦合度成长曲线呈现“S”形趋势,即空间耦合度呈现出由低水平耦合向高水平耦合演进波浪式演进特征.从变化趋势图还可以发现,耦合协调度整体增长速度较慢,2005-2020年演变态势接近于“U”形曲线.由此可以推测,辽宁沿海经济带“三生空间”功能耦合协调从拮抗、磨合逐渐向“耦合-协调”良性共振类型演进,应立足空间功能时空差异特征规律,向生产、生活、生态齐头并进和可持续化迈进.

(3)辽宁沿海经济带“三生空间”两两之间耦合协调差异明显.辽宁沿海经济带整体上处于高水平协调耦合状态,同时“生产-生活”耦合度高于“生活-生态”“生产-生态”耦合度,且逐年增长.其中,协调耦合类型增长最为显著.“生产-生态”耦合协调度高于“生产-生活”“生活-生态”耦合协调度.“生活-生态”功能耦合在空间功能两两耦合中结果最差,属于较低水平阶段.由此可见,辽宁沿海经济带应在政策制定和中、长期规划中加大向生态倾斜力度,协调生活空间和生态空间功能之间的耦合关系.