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（来源：生态修复网）

DOI：10.20103/ j.stxb.202408191953

黄鑫, 王宏卫, 王灿, 吴晋华, 伊素燕. 中国县域国土空间功能演化博弈过程及其影响因素. 生态学报, 2025, 45(12): 5811-5823. 

Huang X, Wang H W, Wang C, Wu J H, Yi S Y. The evolutionary game process and influencing factors of territorial spatial functions at county level in China. Acta Ecologica Sinica, 2025, 45(12): 5811-5823. 

中国县域国土空间功能演化博弈过程及其影响因素

黄鑫1,2 , 王宏卫1,2 , 王灿1,2 , 吴晋华1,2 , 伊素燕1,2 

1. 新疆大学地理与遥感科学学院, 乌鲁木齐 830046;

2. 新疆大学绿洲生态自治区重点实验室, 乌鲁木齐 830046

摘要: 国土空间功能的类型多样性、空间分布不均衡性以及受人类需求影响的特性导致国土空间功能处于复杂的博弈状态, 探究国土空间功能演化博弈过程及其影响因素对实现国土空间高质量发展至关重要。以中国2844个县域单元为例, 基于多源地理空间数据定量评估1980—2020年国土空间功能演化博弈过程, 并运用基于最优参数的地理探测器模型识别国土空间功能演化博弈过程的影响因素。结果表明：(1)研究期间中国县域国土空间功能主导博弈类型表现为正和博弈, 博弈强度呈倒U型变化, 2000—2010年是博弈类型和博弈强度的转折时期。(2)国土空间功能演化博弈过程以低强度正和博弈为主, 但演化博弈过程在胡焕庸线两侧表现出显著差异。(3)影响胡焕庸线两侧国土空间功能演化博弈过程的主导因素较为一致, 但作用效果存在差异, 社会发展要素影响作用最为显著。

关键词: 国土空间功能  演化博弈过程  影响因素  中国县域  

国土空间功能是在特定的地域空间范围内与人地关系交互作用下, 以满足人类需求或增进人类福祉为目的, 利用不同类型空间所直接或间接地为人类社会提供各类产品和服务的综合体[1]。作为国土空间规划的核心内容, 通过国土空间功能协同的空间治理已成为国土空间高效利用和发展、推进生态文明建设的先决条件[2]。中共二十大报告提出“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”的空间优化目标, 以主体功能区为核心, 依托国土空间规划, 构建协调发展的“城镇空间、农业空间、生态空间”管控格局, 是新时代国土空间治理所提出的创新空间管制办法[3—4]。基于此, 近年来国土空间功能研究已成为学术界聚焦的前沿课题和热点问题之一。

目前关于国土空间功能的研究主要围绕国土空间功能的识别、评价、功能分区与优化等方面开展。国土空间功能的识别方面, 大致形成了三种方案, 一是以土地多功能研究为基础, 将国土空间主体功能划分为社会、经济、生态功能[5—6]；二是与“三生空间”相衔接, 将其划分为生产、生活、生态功能[7—9]；三是遵循国土空间规划中的底线管控思维, 以“三区空间”为切入点, 将其划分为城镇、农业、生态功能[10—12]。国土空间功能评价是在识别基础上的进一步延伸, 目前常用的方法主要有两种, 一是通过选取测量指标计算功能综合指数[4, 13], 二是运用土地利用/覆盖数据、遥感数据、社会经济数据等计算功能值[14—16], 并辅以统计分析、空间分析等方法揭示国土空间功能演化特征[17—18]。功能分区与优化方面, 当前研究多依据空间聚类算法或空间叠加法, 依据功能值的高低或类型情况划定不同分区调控方案, 并据此提出差异化的优化方案[19—22]。上述关于国土空间功能的理论与实证探索, 取得了丰硕的研究成果, 为架构国土空间功能研究的框架体系打下了坚实的基础。但在以下方面还有待强化：研究视角上, 国土空间功能的呈现是国土空间系统构成要素动态博弈的结果, 但现有研究缺乏对国土空间系统动态性和博弈性特征的量化分析。研究区域上, 当前研究范围主要集中在省域、市域、流域或城市群等尺度, 对于非重点开发县域空间的探究相对较少。然而, 县域是我国基础的国土空间规划编制与研究单元, 探讨其演变过程对国土空间治理具有最直接的指导性作用。

鉴于此, 本文融合博弈论视角, 以中国2844个县域单元为研究对象, 在定量分析1980—2020年国土空间功能演化博弈过程的基础上, 以最优参数地理探测器模型揭示胡焕庸线两侧国土空间功能演化博弈过程的关键要素, 以期为制定国土空间优化政策提供定量参考和决策依据。本文的边际贡献在于：提供基于博弈论视角探究国土空间功能交互关系的新思路, 一方面采用计量方法分析国土空间功能的相互作用规律及其影响因素, 另一方面基于长时序数据揭示中国县域国土空间功能演化博弈过程。

1 研究区域与数据来源

本文以中国2844个县域行政单位为研究对象(不含海域海岛), 研究数据主要包括社会经济、土地利用和其他数据。社会经济数据来源于1980—2020年《中国统计年鉴》《中国城市年鉴》《中国县域统计年鉴》以及各省市县国民经济和社会发展统计公报。土地利用数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心(https://www.resdc.cn)。其中, 多期土地利用数据均以各期LandsatTM/ETM遥感影像为主要数据源, 通过人工目视解译生成, 综合精度达到90%以上。夜间灯光数据、人口密度数据来源于地球资源数据云(http://gis5g.com)；高程数据来源于地理空间数据云(https://www.gscloud.cn)；降雨量、气温等气象数据来源于中国气象局(https://data.cma.cn/)。以上数据均进行了数据清洗及预处理, 个别缺失或异常数据进行线性插值处理。

2 研究方法

2.1 国土空间功能博弈类型识别方法

2.1.1 博弈主体识别方法

本文基于国土空间功能内涵和特征的差异, 以“三区空间”为切入点[3, 11], 结合主体功能区划相关分类方式[12, 17]与目前已有研究[23—25], 构建土地利用分类系统和国土空间功能的衔接途径(表 1)。在此基础上, 对1980—2020年国土空间功能的转移情况进行评估, 博弈主体为转移比例最高的两类空间, 博弈主体是动态变化的。

2.1.2 博弈类型识别方法

博弈论将博弈类型定义为正和博弈和零和博弈[26]。其中, 正和博弈是指博弈主体之间存在合作关系, 即博弈主体双方的利益均有所增加, 或者至少一方的利益有所增加, 同时另一方的利益没有受到损害。零和博弈是指博弈主体之间存在竞争关系, 即博弈主体一方获利而另一方受损, 获利一方的收益被受损一方的损失所抵消, 博弈双方整体利益没有增加。结合以往研究[25—27], 国土空间功能博弈类型的识别方法如下：

式中, GS代表博弈状态, GS值越高, 表明博弈状态越趋向于合作关系, GS值越低, 则表明博弈状态越趋向于竞争关系, GS取值范围在[0-1]之间；S1、S2、S3分别代表国土空间功能所占的面积；t代表研究时期；GT代表博弈类型, 当GT>0时, 认为博弈类型为正和博弈, 当GT < 0时, 则认为博弈类型为零和博弈。

2.2 国土空间功能博弈强度测度方法

2.2.1 转移强度测度方法

本文采用地学图谱模型揭示国土空间功能的转移状况[18], 在此基础上, 测度国土空间功能的转移强度[28—29], 方法如下：

式中, Cij代表新生成的空间图谱；Ci代表前一期的空间图谱；Cj表示后一期的空间图谱；TI代表国土空间功能的转移强度；SCij为前一期第i种国土空间功能向后一期第j种国土空间功能转移的面积；n为转移间隔时间；LAd为d区域的总面积；j为参与博弈的国土空间功能的类型数量。

2.2.2 景观格局变化强度测度方法

本文使用Fragstats 4.2软件识别斑块密度、最大斑块指数、面积加权平均分维数、散布与并列指数、聚合度指数和聚集度6个景观格局指数[30], 在此基础上, 测度景观格局变化强度：

式中, LP为某一个景观格局指数P的变化强度；t为研究时期；n为研究时期数量；LPCI为景观格局变化强度；N为景观格局指数数量。

2.2.3 博弈强度测度方法

为揭示国土空间功能博弈强度, 本文同时考虑国土空间功能数量、位置和构成格局的变化, 采用转移强度和景观格局变化强度两个指标衡量博弈强度[25], 测度模型为：

式中, GI为博弈强度；LPCI为景观格局变化强度；TI为转移强度。

2.3 国土空间功能演化博弈过程分类方法

本文参照演化博弈论的内涵[25]与目前已有研究[26, 31], 将演化博弈过程划分为低强度零和博弈、高强度零和博弈、高强度正和博弈、低强度正和博弈4种类型。其中, 低强度零和博弈是指博弈强度小于均值且博弈类型为零和博弈；高强度零和博弈是指博弈强度大于均值且博弈类型为零和博弈；高强度正和博弈是指博弈强度大于均值且博弈类型为正和博弈；低强度正和博弈是指博弈强度小于均值且博弈类型为正和博弈。

2.4 国土空间功能演化博弈过程影响因素分析

2.4.1 指标选取

国土空间功能是土地资源和规划的核心要素, 国土空间功能演化博弈过程是人类发展活动与自然环境交互作用的塑造结果, 其影响因素具有多层次、复杂性特征。因此, 本文从人地关系理论出发, 衔接国土空间“双评价”技术指南中的推荐指标, 并结合已有空间演化解释机制研究, 从自然环境、经济动力、社会发展3方面选取影响因素。其中, (1)自然环境：自然环境决定了国土空间功能的适宜性和初始分布的可能性, 在整体上制约或助推着国土空间功能演变的方向和规模[11]。研究选取高程等代表自然环境的要素, 探究自然环境对国土空间功能演化博弈过程的影响作用。(2)经济动力：地区的经济实力和经济基础是国土空间功能演变的基本动力和前提条件[4], 研究选取夜间灯光指数等表征经济动力的指标, 探究经济发展对国土空间功能演化博弈过程的影响。(3)社会发展：地区的社会发展规模和发展水平是国土空间功能演变的重要推动力[10], 研究选取区域土地面积等指标, 用于考虑社会发展对国土空间功能演化博弈过程的影响。

在进行影响因素分析之前先对自变量进行多重共线性分析, 共线性结果中13个指标的方差膨胀因子(VIF)均远小于临界值10, 表明自变量不存在多重共线性, 可以作为独立变量进行研究(表 2)。

2.4.2 基于最优参数的地理探测器模型

地理探测器是揭示空间现象背后驱动力的常用手段[35]。其中, 通过空间数据离散化确定空间分层异质性的最佳尺度是地理探测器运行的关键步骤[36]。离散化分类效果可通过q值大小来反映, q值越大代表分类效果越好。因此, 本文运用R语言中GD包, 借助相等间隔、自然断点、分位数、几何间隔、标准差分类5种分类方法, 将分类等级数设置为4—10类, 进而选择q值最大的空间尺度作为地理探测器分析的最优参数。

在选择最优参数的基础上, 应用地理探测器中因子探测器与交互作用探测器对上述影响因子展开分析, 探讨各因子对国土空间功能演化博弈过程的影响力和多因子交互作用强度, 计算公式为：

式中, q代表因子的解释力, 取值范围在[0, 1]之间；h代表解释变量或被解释变量的分层；Nh和N为层h和全区的单元数；σh和σ2分别代表层h和全区的Y值的方差。

3 结果与分析

3.1 国土空间功能博弈类型与博弈主体识别结果

从博弈类型的分布来看(图 1), 正和博弈的县域数量大于零和博弈的县域数量, 且随着时间的推移, 正和博弈的县域数量呈上升趋势。从博弈主体的分布来看(图 1), 占据主导地位的博弈主体为农业空间与城镇空间, 研究期间农业空间与城镇空间作为博弈主体的县域从1415个增加到1984个, 说明县域国土空间功能发展中该两类空间的矛盾与冲突最为普遍；农业空间与生态空间作为博弈主体的县域集中在农业主产区, 研究期间农业空间与生态空间作为博弈主体的县域从682个增加到701个；生态空间与城镇空间作为博弈主体的县域在研究期间集中在胡线西侧, 随着时间的推移, 生态空间与城镇空间作为博弈主体的县域从747个减少到159个。

Fig. 1 Identification results of game types and game subjects of territorial spatial functions at county level in China

3.2 国土空间功能博弈强度测度结果

3.2.1 转移强度测度结果

研究期间国土空间功能转移强度呈现先上升后下降的趋势(图 2)。1980—1990年国土空间功能的转移强度最低。1990—2000年县域间的转移强度差异和转移强度平均值与上期基本持平。2000—2010年县域间的转移强度差异显著增大, 这一变化表明, 这一时期大多数县域的转移强度上升, 而且县域之间的差距也在扩大。2010—2020年转移强度平均值与上期持平, 但最大值与最小值之间的差距缩小, 表明在这一时期县域之间的转移强度差距逐步缩小。

Fig. 2 Transfer intensity of territorial spatial functions at county level in China

3.2.2 景观格局变化强度测度结果

研究期间县域景观格局变化强度呈现先增长后下降的趋势, 2000—2010年是景观格局变化强度最为强烈的时期(图 3)。与县域景观格局变化强度相似, 国土空间功能景观格局变化强度也呈现先增长后下降的趋势, 在2000—2010年达到峰值。其中, 城镇空间的景观格局变化强度最为显著, 生态空间的景观格局变化强度最小。

Fig. 3 Landscape pattern change intensity at county level in China and landscape pattern change intensity of territorial spatial functions

3.2.3 博弈强度测度结果

研究期间中国县域国土空间功能博弈强度表现出明显的空间集聚特征(图 4)。1980—1990年绝大多数县域博弈强度均表现为低值(博弈强度≤0.5)；1990—2000年大部分县域博弈强度仍以低值为主；2000—2010年是博弈强度最强烈的时期, 除西北地区外, 县域博弈强度大幅度提高；2010—2020年博弈强度＞0.5的县域主要集中在胡线东侧, 胡线西侧的县域博弈强度回归到低值。

Fig. 4 Measurement results of the game intensity of territorial spatial functions at county level in China

3.3 国土空间功能演化博弈过程

从演化博弈过程结果来看(图 5), 研究期间大多数县域均表现为低强度正和博弈, 表现为高强度零和博弈的县域数量最少。1980—1990年表现为低强度零和博弈的县域集中在胡线西侧, 博弈主体以生态空间与城镇空间为主；高强度正和博弈的县域大多出现在胡线东侧, 博弈主体主要为农业空间与生态空间；1990—2000年低强度零和博弈的县域集中在青藏地区, 博弈主体以生态空间与城镇空间为主, 高强度正和博弈的县域聚集在胡线东侧, 博弈主体大多为农业空间与生态空间；2000—2010年表现为低强度零和博弈的县域数量减少, 主要分布在胡线西侧, 表现为高强度正和博弈的县域大多出现在胡焕庸线沿线；2010—2020年演化博弈过程的分布特征与前一时期趋同。

Fig. 5 The evolutionary game process of territorial spatial functions at county level in China

3.4 国土空间功能演化博弈过程的影响因素

结合国土空间功能演化博弈过程在胡焕庸线两侧表现出的显著差异, 研究从胡焕庸线两侧进一步探究国土空间功能演化博弈过程的影响因素。因子探测器结果显示(图 6), 胡线东侧国土空间功能演化博弈过程的影响因素在不同阶段呈现差异。研究期间社会发展要素是影响国土空间功能演化博弈过程的主要因素, 驱动作用逐渐增强, 而1990年之后自然环境要素对国土空间功能演化博弈过程的解释力减弱, 2010年之后经济动力要素的影响力也逐渐减弱。

Fig. 6 Factor detection results of the evolutionary game process of territorial spatial functions

X1：高程；X2：坡度；X3：年降雨量；X4：年平均气温；X5：夜间灯光指数；X6：国内生产总值；X7：第一产业产值；X8：第二产业产值；X9：第三产业产值；X10：区域土地面积；X11：区域开发强度；X12：土地利用强度；X13：人口密度。* *代表在0.01的水平上显著, *代表在0.05的水平上显著。本文所指的胡线西侧包括内蒙古自治区(不含赤峰市、通辽市、兴安盟)、甘肃省、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区、青海省、西藏自治区、大兴安岭地区、陕西省榆林市、四川省阿坝藏族羌族自治州、甘孜藏族自治州、云南省迪庆藏族自治州和怒江傈僳族自治州；胡线东侧是除西侧以外的全国部分[37]

研究期间社会发展要素对胡线西侧国土空间功能演化博弈过程的驱动作用较为突出, 且影响作用在后期不断增强, 其中, 2010—2020年区域土地面积、土地利用强度、区域开发强度q值达到0.596、0.505、0.484。在这一过程中, 经济动力要素也发挥了重要作用, 夜间灯光指数始终为主导影响因素, q值在0.302—0.585之间, 但其余经济动力要素解释力有限。此外, 2000年之后自然环境要素的驱动作用逐渐减弱。

1990—2020年78对因子组合对国土空间功能演化博弈过程的交互作用类型以双因子增强和非线性增强为主(图 7)。对于胡线东侧, 自然环境要素和社会发展要素存在较强的交互作用, 在指标上主要体现为1980—1990年前3对交互效应的因子组合为：区域土地面积∩年平均气温、区域土地面积∩坡度、高程∩年平均气温。1990—2000年区域土地面积与其他因子交互后解释力增强, 交互q值达到0.303—0.350。2000—2010年区域土地面积与其他因子交互后解释力最强, 其中, q值第一位的为区域土地面积∩年平均气温, 其次是区域土地面积∩高程。2010—2020年区域土地面积与其它因子交互后解释力最强, 交互q值达到0.552—0.642, 其中, 区域土地面积∩坡度解释力居首位, 其次为区域土地面积∩高程、区域土地面积∩区域开发强度。

Fig.7 Interaction detection results of the evolutionary game process of territorial spatial functions

BE：双因子增强；UNW：单因子非线性减弱；NE：非线性增强

对于胡线西侧, 不同阶段因子之间的交互作用存在一定的差异。1980—1990年自然环境要素存在强交互作用, 交互q值达到0.341—0.745。1990—2000年前3对交互效应的因子组合为：高程∩区域土地面积、夜间灯光指数∩第三产业产值、年降雨量∩区域土地面积。2000—2010年经济动力要素与社会发展要素的影响力逐步增强, 其中区域土地面积与其它因子交互后解释力最强, 交互q值达到0.552—0.642, 夜间灯光指数与其它因子交互后解释力也显著提高, 交互q值达到0.478—0.633。2010—2020年社会发展要素的影响力进一步凸显, 区域土地面积、区域开发强度、土地利用强度与其它因子交互后解释力均显著增强, 此外, 夜间灯光指数与其它因子交互后解释力也显著提高。总体来看, 区域土地面积是胡线西侧国土空间功能演化博弈过程关键驱动因素。

4 结论与讨论

4.1 结论

本文在博弈论的基础上, 定量评估1980—2020年中国县域国土空间功能演化博弈过程, 并通过基于最优参数地理探测器模型揭示胡焕庸线两侧国土空间功能演化博弈过程的关键要素, 主要研究结论如下：

(1) 1980—2020年中国县域国土空间功能的主导博弈类型表现为正和博弈, 博弈强度呈倒U型变化, 2000—2010年是博弈类型和博弈强度的重要转折时期。

(2) 中国县域国土空间功能演化博弈过程以低强度正和博弈为主, 但国土空间功能演化博弈过程在胡焕庸线两侧表现出显著差异。具体来看, 胡线东侧城市化水平高, 博弈强度高, 国土空间功能的冲突强烈, 表现为以牺牲农业空间为代价的零和博弈；胡线西侧博弈与冲突类型分布最为广泛, 但博弈强度较低；胡焕庸线沿线区域是博弈类型和博弈强度最多变的区域, 也是国土空间功能协同发展程度最高的区域。

(3) 中国县域国土空间功能演化博弈过程受自然环境、经济动力、社会发展要素的综合作用影响。影响胡焕庸线两侧国土空间功能演化博弈过程的主导因素较为一致, 但作用效果存在差异, 其中, 社会发展要素在国土空间功能演化博弈过程中发挥着关键作用。

4.2 讨论

上述研究为探讨国土空间功能协同发展路径带来启示如下：(1)严守基本农田红线, 加强农业空间管理。从国土空间功能博弈类型与博弈主体识别结果发现, 中国县域国土空间功能的矛盾主要发生在农业空间, 在未来的发展中, 需结合土地整治规划、农业空间规划等行动性规划, 遏制农业空间退化、破碎化, 恢复耕地地力, 保障农业空间合理开发利用。(2)合理匹配人类功能需求与自然环境“双评价”结果, 探索高效土地利用模式。针对少数大城市边缘地区仍然表现为高强度零和博弈的现象, 应积极探索加速都市农业发展的措施, 提高城市土地混合利用水平, 同时制定有效的城市扩张途径, 对城市蔓延与生态保护空间进行协调, 以推动大城市边缘地区国土空间功能转向协同发展。(3)充分运用国土空间功能抓手, 强化国土空间用途管制。进一步落实主体功能区规划对各县区地域功能的定位, 依据地方自然资源与社会结构的本底差异, 合理确定城镇、农业、生态空间的规模参数和空间结构, 明确各类空间的管制要求和措施, 探索国土空间功能的协同发展机制。

本文参考目前已有研究, 融合博弈论视角揭示国土空间功能演化博弈过程, 但仍存在改进之处：一是博弈类型识别方法忽略了三类国土空间功能的本质差异, 直接按照等效数据处理；二是针对国土空间功能演化博弈过程的影响因素分析未能涉及完整的驱动机制剖析, 有待在后续研究中进行探讨。

参考文献

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