南昌市是江西省的省会、鄱阳湖生态经济区的核心城市,曾被国务院命名为全国历史文化名城之一,地处江西省中北部,位于115°27'—116°35'E,28°10'—29°11'N。境内山脉、丘陵、平原相间分布,西北部丘陵起伏,东南则相对平坦,水网密布,湖泊数量多,水系发达。气候为亚热带湿润季风性气候,湿润温和,日照充足,热量丰富、雨量充沛的气候特点使得农作物的生长期内水热状况良好,有利于农业生产,因此被誉为“鱼米之乡”。全市下辖6个区(东湖区、西湖区、青云谱区、湾里区、青山湖区、新建区),3个县(南昌县、进贤县、安义县),3个国家级开发区(南昌高新技术产业开发区、南昌经济技术开发区和南昌小蓝经济技术开发区)和红谷滩新区、临空经济区、综合保税区。截至2019年末,南昌市总人口约555万,土地面积约7 402.36 km²,占全省总面积的4.4%。

近年来,南昌市的经济贯彻稳中求进的发展理念,经济结构在不断优化,三大产业协调发展,质量也得到了很大的提升。然而,经济发展和产业结构调整的同时,也涌现出了一系列用地问题,如快速城镇化致使城镇无序扩张、耕地资源被占用、后备耕地资源不足、生态环境破坏严重等,导致生态、生活、生产空间的资源配置不协调和不合理。因此,在国土空间规划的背景下,有效识别“三线冲突”,缓解“三生”空间之间的矛盾,科学划定“三线”,强化底线约束,就显得至关重要^[12-13]。

本研究采用的数据主要包括南昌市的基础地理数据、“三线”数据、人口与城镇化率等社会经济数据。其中,基础地理数据来自南昌市2018年土地利用变更调查数据和地理空间数据云平台(http://www.gscloud.cn); 永久基本农田保护红线、生态保护红线、城镇开发边界的“三线”数据分别来自《土地利用总体规划(2006—2020年)》和《生态保护红线区划》中划定的永久基本农田区、城镇允许建设区和生态保护红线; 人口、城镇化率等数据来自《南昌市统计年鉴(2018—2019年)》和《国民经济和社会发展公报(2018—2019年)》。将所有数据转换到统一坐标系下,并划分为30 m×30 m的格网,通过ArcGIS 10.2软件,对“三线”数据进行空间叠加分析,提取“三线”重叠图斑。

为了表达“三线冲突”的剧烈程度,本文引用“三线冲突”强度指数^[4](Three Line Conflict Index,TLCI),即用“三线冲突”的面积除以区域总面积,具体公式如下:

TLCL=S/S_总 (1)

其中:S为“三线冲突”的面积; S_总为区域总面积。

本文将对“三线”冲突的4种类型进行分析:城镇开发边界—永久基本农田保护红线冲突(以下简称“城镇—基本农田”冲突)、城镇开发边界—生态保护红线冲突(以下简称为“城镇—生态”冲突)、生态保护红线—永久基本农田保护红线冲突(以下简称为“生态—基本农田”冲突)、城镇开发边界—生态保护红线—永久基本农田保护红线冲突(以下简称“城镇—生态—基本农田”冲突)。

为了分析“三线冲突”的集聚程度,本文选择空间自相关分析法^[14]。采用Moran's I指数描述“三线冲突”的强度指数在区域内的整体分布状况,并判断“三线冲突”是否存在集聚特性,反映相邻区域的“三线冲突”强度指数之间的相互关系程度,Moran's I指数的计算公式如下:

式中:n代表样本的数量; W_ij表示空间位置i和j的相对重要性; x_i和x_j表示空间位置i和j的样本值; x^-表示x的平均值。

对Moran's I进行显著性检验:

式中:E(I)表示样本间自相关性的期望值; var(I)代表方差。

I的值介于-1～1,当I=1的时候表示空间自相关性为正且极强,I=-1的时候空间自相关性为负且极强; 当I>0的时候表示要素在区域内集聚,I<0的时候表示要素在区域内分散; 当I无限接近于0的时候表示不存在空间自相关性,且要素在区域内呈零散随机分布。

采用Getis-Ord G^*_i指数描述“三线冲突”集聚的具体区域,探寻“三线冲突”的热点区域和冷点区域,其具体公式如下:

式中:E(G^*_i)和var(G^*_i)分别为G^*_i数学期望和方差; ω_ij为空间权重^[4]。

当Getis-Ord G^*_i值大于数学期望,并且通过了显著性检验,证明存在热点区域; 当Getis-Ord G^*_i值小于数学期望,并且通过了显著性检验,证明存在冷点区域。

“三线冲突”是一个复杂的综合过程,受到自然环境、地理区位、社会经济等众多因素的影响。基于全面性、代表性和数据可获取性的考虑,根据南昌市的实际情况,并参考相关研究的基础上^[15],从自然环境、地理区位、社会经济3个方面,选取高程、坡度、居民点密度、距离市中心距离、距离主要公路距离、人口、城镇化率等7项指标,探讨“三线冲突”强度的影响因素。自然环境方面选取高程(X₁)、坡度(X₂)、居民点密度(X₃)作为二级指标,因为高程高、坡度陡的地区,城镇发展缓慢甚至发展受限,进行农业生产的成本较高,生态环境的稳定性也较差,而居民点密度高的地区农业生产和城镇建设需求较大,人们生产生活对生态环境的影响也较大; 地理区位方面选取距离市中心的距离(X₄)、距离主要公路的距离(X₅)作为二级指标,因为这两项指标会直接影响土地利用布局; 社会经济方面选取人口数量(X₆)、城镇化率(X₇)作为二级指标,因为人口聚集、城镇化率高的地区,经济发展水平高,城镇扩张对土地的需求较大。通过对3个方面的7项指标进行双变量相关分析,研究各指标与3类冲突强度指数是否存在线性相关,在此基础上建立多元线性回归模型,探讨“三线冲突”强度的影响因素和作用机制。

双变量相关分析中,本文选取Pearson相关系数主要用于研究两个正态连续变量之间的线性关系。相关系数r的计算公式如下:

式中:x_i和Y_i代表两个变量; x^-和Y^-分别代表x和Y两个变量的平均值; n代表样本的数量。

相关系数r的值介于-1～1,r越接近于-1或1,相关性越强; r越接近于0,相关性越弱; r的绝对值越大,相关性也越强。

多元线性回归模型建立:

Y=β₀+β₁x₁+β₂x₂+β₃x₃+β₄x₄+β₅x₅+β₆x₆+β₇x₇+μ (7)

式中:x_i(i=1,2,…,7)表示选取的影响因素变量; β_i(i=1,2,…,7)为相应的系数; μ表示随机误差项。

首先利用ArcGIS 10.2软件,分别提取城镇开发边界^[16]、生态保护红线和永久基本农田保护红线分布范围; 然后对南昌市的“三线”进行叠加分析,获取了“城镇—基本农田”、“城镇—生态”、“生态—基本农田”、“城镇—生态—基本农田”冲突的图斑。通过对“三线冲突”的面积进行统计(表1),南昌市的“三线冲突”以“生态—基本农田”冲突为主,共4 243个图斑,面积为149.939 km²,占全市总面积的2.08%,“生态—基本农田”冲突的强度指数(TLCL)为0.021; “城镇—基本农田”冲突共150个图斑,面积为7.391 km²,占全市总面积的0.1%,“城镇—基本农田”冲突的强度指数为0.001; “城镇—生态”冲突共47个图斑,面积为5.842 km²,占全市总面积的0.08%,“城镇—生态”冲突的强度指数为0.001。“城镇—生态—基本农田”冲突最小,共12个图斑,面积为0.111 km²,占全市总面积的0.002%。

为了更具体的了解南昌市 “三线冲突”的强度指数在空间上的分布情况,本文分别对南昌市6区3县的“三线冲突”强度指数(TLCI)进行了计算,结果见表1。由表1可知,湾里区的TLCL值最高,为0.012,湾里区以“生态—基本农田”冲突为主,达到了0.045,“城镇—基本农田”和“城镇—生态—基本农田”冲突指数为零; 除此之外,新建区、安义县、进贤县、南昌县的TLCL值超过了0.005,东湖区、西湖区、青山湖区则不足0.005; 青云谱区“三线冲突”最小。安义县的“城镇—基本农田”冲突最为明显,TLCL值为0.005; 西湖区的“城镇—生态”冲突的TLCL值最大为0.011; 新建区的“城镇—生态—基本农田”冲突面积最大,为0.058 km²。

表1 南昌市各县区“三线冲突”面积及“三线冲突”强度指数统计

为了揭示南昌市“三线冲突”的空间集聚特征,本文利用GeoDa软件和ArcGIS 10.2软件,对“三线冲突”的强度指数与其邻域之间进行空间关联特征分析^[17-19]。接下来在工具栏space中进行全局空间自相关分析和局部空间自相关分析,由于“城镇—生态—基本农田”冲突图斑面积太小,将不对其进行分析。“三线冲突”强度指数全局空间自相关分析的结果,见表2。由表2可知,“城镇—基本农田”、“城镇—生态”、“生态—基本农田”3类冲突的强度指数的Moran's I指数分别为0.242,0.574,0.322,且均通过了p<0.01的显著性检验,说明3类冲突在空间上存在正相关性,有空间集聚的特征。

表2 “三线冲突”强度指数全局空间自相关分析结果统计

利用ArcGIS 10.2软件,采用其空间统计模块下的热点分析(Getis-Ord G^*_i )工具进行聚类分析,以反映南昌市“三线冲突”强度指数在局部空间上的集群格局。“城镇—基本农田”冲突强度指数的局部空间自相关分析中,热点区域大多分布在安义县中北部及西部,即研究区西北部边缘,区位条件较差,冲突强度指数大; “城镇—生态”冲突中,热点区域在进贤县中部和新建区北部,分布较为零散; “生态—基本农田”冲突中,热点区域大多分布在新建区中北部和南昌县北部,即研究区北部平原地区,人口多,冲突强度指数大; 冷点区域大多分布在进贤县东部和湾里区大部分地区,分布不均匀。