优化国土空间开发格局是实现我国生态文明建设的重要举措,是关系到区域经济社会可持续发展的重大战略问题。我国正处于工业化、城镇化的快速推进时期,而城市群国土空间作为产业发展与人口集聚的重要载体,存在空间开发失衡与无序利用等问题,区域协调发展与生态安全格局都面临严峻挑战。因此,在新形势下,如何实现国土空间格局优化、科学安排空间开发秩序以及促进空间资源的高效利用,就成为区域经济社会协调发展中备受关注的焦点问题。党的“十八大”报告明确提出要优化国土空间开发格局,促进生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀,“三生”空间的合理布局与开发是推动区域国土空间均衡、协调利用的重要途径。长江中游城市群地处我国中部地区,是以武汉城市圈、环长株潭城市群和环鄱阳湖城市群为主体形成的特大型城市群,不仅是引领中部崛起的重要支撑,还是推进长江经济带建设的新兴增长极。随着长江中游城市群工业化、城镇化以及城乡一体化建设的快速发展,城市群国土空间开发混乱、生态环境恶化等问题也日益突出,如何准确定位城市群不同空间功能、合理构建国土空间开发模式,也成为长江中游城市群可持续发展中亟待解决的问题。基于以上背景,本文以长江中游城市群国土空间作为研究对象,将生产、生活和生态功能作为切入点,以国土空间“系统特征-动力机制-结构演变-功能识别-空间优化-格局重构”作为全文分析的逻辑主线,逐步展开城市群国土空间的相关研究。首先,在明确三生功能与空间内涵的基础上,运用系统科学理论探究国土空间三生功能系统的相互作用关系,明晰功能系统演化的动力机制。其次,以三生功能为视角,从数量结构与景观结构两方面,探讨长江中游城市群国土空间结构的时空演变规律;通过评价城市群三生功能水平,从空间异质性与空间相关性两方面揭示国土空间功能的格局特征;在此基础上,引入标准显示性比较优势指数(NRCA),确定城市群国土空间优势功能分布格局,并运用空间聚类等方法,逐步调整孤立单元,形成长江中游城市群国土空间优化方案;为实现国土空间优化的目标,从国土空间产业发展、城镇化格局以及生态安全布局入手,运用空间结构理论,提出长江中游城市群国土空间利用的模式和路径。论文的主要研究内容及结论如下:(1)利用系统科学理论构建了城市群国土空间三生功能系统相互作用以及运行机理的分析框架,提出自组织机制、竞争与协同机制及主体需求与能动作用是系统演化的动力。利用系统科学理论剖析了三生功能系统特征以及相互之间的作用关系,认为生产功能是功能系统演变的动力,生活功能是三生功能之间联系的纽带,生态功能是功能系统能够稳定运行的保障;三生功能系统是具有整体性与开放性、耗散结构以及复杂性和不确定性等特征的自组织系统。在此基础上,运用自组织及协同学理论,揭示了自组织机制、竞争与协同机制、主体需求与能动性共同构成了功能系统演变的驱动机制。(2)长江中游城市群国土空间结构在类型转换、空间变化及地形梯度分布上具有一定的规律性;城市群国土空间的景观集聚水平呈下降趋势,破碎化程度越来越高。(1)农业生产空间与林地生态空间所占国土空间总面积80%以上,空间类型之间相互转换主要表现为农业生产空间、林地生态空间的转出,工矿生产空间和城镇生活空间的转入,林地生态空间面积减少趋势明显,多转为工矿生产空间和城镇生活空间。(2)农业、工矿生产空间、生活空间、水域和其他生态空间主要分布在低海拔、地形平坦及起伏度较小的低地形梯度上,而林地与草地生态空间在海拔高、坡度陡和起伏度较大的中高地形梯度上具有分布优势。(3)在斑块水平上,农业、生产与农村生活景观斑块数最多,呈逐年递增趋势。从景观尺度上看,农业生产景观与林地生态景观为城市群主体景观,景观均衡化和多样化水平逐渐增大,集聚和连通水平逐渐降低,非主体景观对空间的控制水平呈现上升趋势。(3)针对长江中游城市群三生功能进行评价,分析城市群国土空间功能格局特征:从空间异质性来看,不同功能空间分布呈现一定的级差化;从空间相关性来看,各类型功能在空间上都存在明显的空间相关性。从空间异质性来看,农业生产功能高值区分布于江汉平原、洞庭湖平原及鄱阳湖平原;工业生产功能水平以武汉市区和长沙市区最高,在空间分布上,武汉城市圈与宜昌、襄阳形成连片格局,环长株潭城市群以核心层市区单元为核心向外扩展;生活功能高水平单元多为地级市市区以及县级市单元,在空间格局中,武汉城市圈与鄂西北城市连接形成带状分布,“长株潭”市区与湘赣交界处的县区形成连片发展;生态功能高水平单元多位于鄂西山地、幕阜山、怀玉山、洞庭湖、鄱阳湖等区域,形成带状分布。从空间相关性来看,各功能均通过全局自相关与局域自相关检验,呈现显著的空间集聚特征,而不同功能集聚区的分布格局具有较大差异。(4)利用定量评价与定性调整相结合,确立长江中游城市群国土空间9个一级功能区和39个二级功能区的区划方案,实现城市群国土空间优化。按照城市群比较优势功能评价结果,结合城市群自然基底、空间结构特征、功能分布格局、产业与城镇发展等规划,以区域发生一致性、共轭性以及形态类似性等原则,逐步调整优势功能区孤立单元,形成了9个一级功能区:生态功能区、农业生产功能区、农业生产-生态功能区、农业-工业生产功能区、生活-生态功能区、农业生产-生活功能区、工业生产-生活功能区、工业生产-生态功能区及农业、工业生产-生活功能区。在此基础上,又依据自然隔断、分区原则等将一级功能区分为39个二级功能区,确立了长江中游城市群国土空间优化方案。(5)为保障国土空间优化方案的实施效果,构建农业生产基地、工业产业集群与发展轴带、城镇组团与发展走廊、生态保育区与生态廊道等多种开发模式。(1)农业生产空间采用农业生产基地作为开发模式,按照不同农产品优势划分为8个农业生产基地。工业生产空间采用“产业集群-轴带”发展模式,设计7个产业集群和5条产业发展轴带,在空间上形成“三纵两横”的发展格局。旅游产业空间通过构建5个旅游产业集群和3条旅游产业发展轴带,在空间上形成“一纵两横”的发展格局。(2)生活空间采用“极核-组团-走廊”开发模式,共划分为16个城镇组团,并构建了6条城镇发展走廊,在空间上形成“三纵三横”的开发格局。(3)生态空间选择“生态保育区-廊道”作为布局模式,由5个生态保育区和10条生态廊道构成了立体网状的空间格局。