城市土地利用效益評(píng)價(jià)及其耦合關(guān)系研究—以桂林市為例

顏開發(fā)，葉祥峰，蘇黎馨

（福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007）

城市土地利用效益評(píng)價(jià)及其耦合關(guān)系研究—以桂林市為例

顏開發(fā)，葉祥峰，蘇黎馨

（福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007）

通過建立城市土地利用效益評(píng)價(jià)及其耦合度評(píng)價(jià)模型，對(duì)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)關(guān)注城市桂林市的土地利用社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益及其耦合關(guān)系進(jìn)行研究.結(jié)果表明：桂林市的土地利用效益有著不同于沿海經(jīng)濟(jì)城市的特點(diǎn).2002-2009年，桂林市土地利用效益迅速增長，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益總體上處于協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，兩效益的耦合度在2007年達(dá)到最高水平.由于桂林市土地利用生態(tài)環(huán)境效益發(fā)展速度高于社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益發(fā)展速度，2008-2009年，兩者的耦合度呈現(xiàn)略微下降趨勢.

桂林市；土地利用；社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益；生態(tài)環(huán)境效益；耦合關(guān)系

城市土地是城市中各種人類活動(dòng)存在的載體.隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和城市化的快速推進(jìn)，城市土地利用產(chǎn)生了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，與此同時(shí)，城市土地利用的生態(tài)環(huán)境效益也愈來愈成為人們關(guān)注的重要問題[1-4].正確處理好城市土地利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境建設(shè)之間的關(guān)系，提高城市土地利用效益，已經(jīng)成為城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素和核心問題[5-7].

目前，學(xué)術(shù)界對(duì)于城市土地利用效益評(píng)價(jià)的研究較多，關(guān)于土地利用社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益之間的耦合或者協(xié)調(diào)關(guān)系研究較少.在現(xiàn)有關(guān)于土地利用耦合關(guān)系的研究中，梁紅梅等基于系統(tǒng)工程理論建立了土地利用效益耦合模型，將土地利用效益的耦合關(guān)系分為低級(jí)共生、協(xié)調(diào)發(fā)展、極限發(fā)展和再生發(fā)展4個(gè)階段，搜集20多年的資料對(duì)深圳、寧波市等沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市的土地利用耦合關(guān)系進(jìn)行研究，得出近20多年來，兩市的土地利用經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益的耦合關(guān)系由低級(jí)共生過渡到協(xié)調(diào)發(fā)展階段，而隨著時(shí)間的變化，協(xié)調(diào)發(fā)展階段的協(xié)調(diào)程度亦有所不同.已有研究認(rèn)為，沿海經(jīng)濟(jì)城市土地利用的生態(tài)環(huán)境效益滯后于社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益發(fā)展[8-9].曹堪宏等以廣州、深圳市為例，通過土地利用效益耦合關(guān)系模型對(duì)兩市的土地利用效益耦合關(guān)系進(jìn)行研究，得出兩市的土地利用效益可能進(jìn)入極限發(fā)展階段的結(jié)論[10].桂林市是國內(nèi)外知名的旅游城市，也是國務(wù)院批準(zhǔn)的國家旅游綜合改革試驗(yàn)區(qū)唯一城市，桂林市的城市定位決定了它在土地利用方面有著不同于沿海經(jīng)濟(jì)城市的特點(diǎn).本文以桂林市為研究對(duì)象，分析其在經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展時(shí)期的土地利用效益及其耦合關(guān)系.

1 評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

1.1 效益評(píng)價(jià)模型

土地利用效益是指土地利用所帶來的各種有用成果的總稱，分為土地利用社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益，涉及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境各個(gè)方面，內(nèi)涵十分豐富.目前，通常采用多因素加權(quán)模型對(duì)土地利用效益進(jìn)行評(píng)價(jià).設(shè)Q1、Q2分別表示土地利用的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益，則其一般函數(shù)為：

式中，xi，yj為分別為兩系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，ai，bj為相應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重.

1.2 耦合度模型

土地利用所產(chǎn)生的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)環(huán)境效益相互作用、相互影響，兩者之間具有非線性關(guān)系[11].土地利用的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益之間的相互關(guān)系構(gòu)成了一個(gè)復(fù)合系統(tǒng)，其協(xié)調(diào)發(fā)展的耦合程度即為耦合度.根據(jù)一般系統(tǒng)理論，設(shè)A、B為受自身與外界影響的土地利用社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益子系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境效益子系統(tǒng)的演化狀態(tài)，VA為社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益系統(tǒng)發(fā)展速度，VB為生態(tài)環(huán)境效益系統(tǒng)發(fā)展速度.則有：

A、B是相互作用、相互影響的，任一個(gè)子系統(tǒng)的變化都會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)的變化，設(shè)V為整個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展速度，則V由VA和VB共同決定.在二維平面中，以VA、VB為變量建立坐標(biāo)系，則V的變化軌跡即為坐標(biāo)系中的橢圓[12].VA與VB之間的夾角即為耦合度，滿足α=arctanVA/VB.

如圖1所示，在土地利用效益復(fù)合系統(tǒng)的一個(gè)演化周期之內(nèi)，系統(tǒng)將經(jīng)歷4個(gè)階段：當(dāng)-90°＜α≤0°時(shí)，系統(tǒng)處于低級(jí)共生階段，此階段土地利用強(qiáng)度較少，生態(tài)環(huán)境容量較大，兩子系統(tǒng)的發(fā)展水平都很低；當(dāng)0°＜α≤90°時(shí)，系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)發(fā)展階段，此階段兩子系統(tǒng)的發(fā)展水平較高，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益都很明顯，當(dāng)α=45°時(shí)，系統(tǒng)處于最佳協(xié)調(diào)水平，當(dāng)α接近0°或90°時(shí)，系統(tǒng)之間不甚協(xié)調(diào)；當(dāng)90°＜α≤180°時(shí)，系統(tǒng)處于極限發(fā)展階段，此階段由于生態(tài)環(huán)境的持續(xù)惡化，土地利用的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益發(fā)展受到制約，從極限開始下降，最終將導(dǎo)致系統(tǒng)的瓦解.當(dāng)-180°＜α≤-90°時(shí)，系統(tǒng)處于再生發(fā)展階段.由于兩子系統(tǒng)都處于不良狀態(tài)，舊系統(tǒng)瓦解，新系統(tǒng)產(chǎn)生[8].土地利用新舊系統(tǒng)的關(guān)系表現(xiàn)為再生、循環(huán)、停滯、倒退4種模式[13].

圖1 土地利用效益耦合關(guān)系Fig.1 The coupling relationships of land use benefits

2 數(shù)據(jù)來源和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)來源主要是《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒（2003-2010）》、《廣西統(tǒng)計(jì)年鑒（2003-2010）》、《桂林市環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)（2002-2009）》.

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

1）數(shù)據(jù)的無量綱化.

為使各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)具有可比性，須對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除量綱，得到標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值，以此作為評(píng)價(jià)的基礎(chǔ).處理方法為：

式中xij為指標(biāo)實(shí)際值，yij為無量綱化后的數(shù)值，i為指標(biāo)個(gè)數(shù)，j為年份（2002-2009年），aij為第i個(gè)指標(biāo)的最大值，bij為第i個(gè)指標(biāo)的最小值.

2）熵值法確定權(quán)重.

熵值法是一種通過判斷系統(tǒng)的有序程度進(jìn)而確定權(quán)重的方法，一個(gè)系統(tǒng)的有序程度越低，則信息熵越大，其信息的效用值越小.在城市土地利用效益評(píng)價(jià)中，某項(xiàng)指標(biāo)的熵越大，其對(duì)土地利用效益的影響越小，權(quán)重系數(shù)就越低，反之亦然.所以，根據(jù)信息熵可以計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的信息效用值，從而計(jì)算出權(quán)重，為效益評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ).其計(jì)算公式[14]如下：

其中，ej為為第j項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值，i為評(píng)價(jià)的年份（取值為1-8），yij為第i年第j項(xiàng)指標(biāo)的無量綱化值，K為調(diào)節(jié)系數(shù)，dj為第j項(xiàng)指標(biāo)的差異系數(shù)，Wj為第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù).

3）評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重.

為準(zhǔn)確、科學(xué)地評(píng)判土地利用社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益，本文根據(jù)桂林市的實(shí)際情況和評(píng)價(jià)模型的要求，選取了地方財(cái)政收入等22項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并通過熵值法確定各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)（見表1）.

3 實(shí)證分析

3.1 土地利用效益評(píng)價(jià)

根據(jù)上文評(píng)價(jià)模型中的多因素加權(quán)模型和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系計(jì)算得到2002-2009年8年間桂林市土地利用社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益評(píng)價(jià)值（見圖2）.

在這8年中，桂林市土地利用社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益總體上都呈現(xiàn)上升的發(fā)展趨勢.社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益值從2002年的0.14上升到2009年地0.329，生態(tài)環(huán)境效益值從2002年的0.145上升到2009年的0.541，生態(tài)環(huán)境效益的上升幅度高于社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益.

表1 桂林市土地利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重Tab.1 The indexes and their weights of land use benefits in Guilin City

圖22002-2009年桂林市土地利用效益演化曲線Fig.2 The evolving curves of land use benefits of Guilin City in 2002-2009

3.2 耦合度研究

利用SPSS17.0軟件，分別對(duì)上述兩曲線進(jìn)行非線性擬合，得到土地利用的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)環(huán)境效益關(guān)于時(shí)間t的函數(shù)：

分別對(duì)上述兩函數(shù)求導(dǎo)，得出桂林市土地利用社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境效益系統(tǒng)發(fā)展速度VA、VB：

根據(jù)公式α=arctanVA/VB，計(jì)算得出2002-2009年桂林市土地利用效益耦合度，見圖3.

2002-2009 年，桂林市土地利用效益耦合度介入0～39.336°之間，土地利用系統(tǒng)處于協(xié)調(diào)發(fā)展階段.2002-2007年，土地利用效益耦合度持續(xù)上升，從0°發(fā)展到最高峰39.336°，土地利用系統(tǒng)從協(xié)調(diào)發(fā)展階段的不甚協(xié)調(diào)向最佳協(xié)調(diào)靠近.2007-2009年，土地利用效益耦合度略微下降，2009年的土地利用效益耦合度為38.119°.近10年來，桂林市正確處理土地利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，土地集約化利用不斷加強(qiáng)，土地利用的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益迅速提升.特別是2007年以來，桂林市加大生態(tài)環(huán)境建設(shè)力度，全市森林覆蓋率和建成區(qū)綠化覆蓋率較快增長，導(dǎo)致土地利用的生態(tài)環(huán)境效益發(fā)展速度高于社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益發(fā)展速度，土地利用的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益的整體協(xié)調(diào)性呈現(xiàn)略微下降趨勢.

圖32002-2009年桂林市土地利用效益耦合度演化曲線Fig.3 The coupling degree evolving curves of land use benefits of Guilin City in 2002-2009

4 結(jié)論與建議

通過利用系統(tǒng)科學(xué)理論和方法，建立多因素加權(quán)和耦合度模型，直觀地評(píng)價(jià)了桂林市的土地利用社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益及其耦合度.研究結(jié)果表明，基于一般系統(tǒng)理論的耦合度模型能夠較好地運(yùn)用于城市土地利用效益評(píng)價(jià)及其耦合度研究.桂林市作為生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)保護(hù)和建設(shè)城市，其土地利用效益有著不同于沿海經(jīng)濟(jì)城市的特點(diǎn).2002-2009年，桂林市土地利用效益處于協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顟B(tài).其中2002-2007年，桂林市土地社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)環(huán)境效益快速發(fā)展，兩效益的耦合度在2007年達(dá)到最高水平.2008-2009年，桂林市土地利用生態(tài)環(huán)境效益發(fā)展速度高于社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益發(fā)展速度，其耦合度呈現(xiàn)略微下降趨勢.基于上述研究，為促進(jìn)桂林市經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展，對(duì)桂林市土地利用提出如下建議：

1）桂林市的土地利用表現(xiàn)出社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益略顯滯后的現(xiàn)象，這說明桂林市的生態(tài)環(huán)境得到了有效的保護(hù)，與其作為國內(nèi)外知名的山水旅游城市的性質(zhì)是相一致的.今后應(yīng)鞏固生態(tài)環(huán)境保護(hù)成果，以建設(shè)國家旅游綜合改革試驗(yàn)區(qū)為契機(jī)，繼續(xù)加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和建設(shè)，打造更加生態(tài)、宜居的世界旅游名城.

2）由于受到旅游城市這一城市定位的影響，桂林市特別是市區(qū)受到嚴(yán)格的規(guī)劃限制，城市容量、居住用地和工業(yè)用地等受到嚴(yán)格控制，各類建設(shè)項(xiàng)目也相應(yīng)被嚴(yán)格限制發(fā)展，地方政府財(cái)政增長乏力，舊城區(qū)人民生活水平提高緩慢.今后桂林市應(yīng)正確處理好建設(shè)與保護(hù)的關(guān)系，協(xié)調(diào)城市土地利用，加快發(fā)展臨桂新區(qū)，打造新的經(jīng)濟(jì)中心和就業(yè)中心，提高桂林市整體經(jīng)濟(jì)實(shí)力和政府財(cái)力，改善人們生活條件，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展.

[1]張忠國,高軍.從經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益來探索城市土地利用的合理模式[J].中國人口·資源與環(huán)境，2004,14（2）：104-107.

[2]陳興雷,李淑杰,郭忠興.吉林省延邊朝鮮自治州土地利用與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度分析[J].中國土地科學(xué),2009,23(7):66-70.

[3]周剛,晏涵.土地利用和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的研究進(jìn)展[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2010,36(1):24-26.

[4]鄧偉,楊華,崔艷軍.重慶主城區(qū)近30年來土地利用變化的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)[J].水土保持研究,2010,17（3）:232-236.

[5]郭嶸,陸明,盧軍.可持續(xù)城市化發(fā)展問題[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,35（9）:1147-1149.

[6]陸銘.重構(gòu)城市體系—論中國區(qū)域和城市可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略[J].南京大學(xué)學(xué)報(bào):哲學(xué)·人文科學(xué)·社會(huì)科學(xué)版,2010,(5):15-26.

[7]鄭斌,黃麗娜,盧新海.論城市土地集約利用中的全面可持續(xù)觀—國內(nèi)外研究比較與評(píng)述[J].中國土地科學(xué),2010,24（3）:75-79.

[8]梁紅梅，劉衛(wèi)東，劉會(huì)平,等.深圳市土地利用社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)環(huán)境效益的耦合關(guān)系研究[J].地理科學(xué),2008,28（5）:636-641.

[9]梁紅梅,劉衛(wèi)東,劉會(huì)平,等.土地利用社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)環(huán)境效益的耦合關(guān)系—以深圳市和寧波市為例[J].中國土地科學(xué),2008,22(2):42-48..

[10]曹堪宏,朱宏偉.基于耦合關(guān)系的土地利用效益評(píng)價(jià)—以廣州和深圳為例[J].中國農(nóng)村經(jīng)濟(jì),2010,8:58-66.

[11]黃金川,方創(chuàng)琳.城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合機(jī)制與規(guī)律性分析[J].地理研究,2003,22(2):211-220.

[12]李崇明,丁烈云.小城鎮(zhèn)資源環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展評(píng)價(jià)模型及應(yīng)用研究[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐,2004,24(11):134-139.

[13]劉耀彬,宋學(xué)峰.城市化與生態(tài)環(huán)境耦合模式及判別[J].地理科學(xué),2005,25（4）:408-414.

[14]劉力,邱道持,粟輝,等.城市土地集約利用評(píng)價(jià)[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2004,29(5):887-890.

Evaluation and Coupling Relationship Research of Urban Land Use Benefit—A Case Study in Guilin City

YAN Kaifa，YE Xiangfeng，SU Lixin
（College of Geography Science，F(xiàn)ujian Normal University，F(xiàn)uzhou350007，China）

Through establishing the evaluation model of city land use benefit and it’s coupling degree,the social and economic benefits,the ecological and environment benefit and it’s coupling degree of land use were researched in Guilin city where the construction of the ecological environment is a major concern.The results show that the land use benefit of Guilin is different from that of coastal economic cities in our country.From 2002 to 2009,the land use benefit increase rapidly,the social economic benefit and the ecological environment of land use developed coordinately in general,the coupling degree of two benefits reached the highest level in 2007.Because the ecological environment benefit’s develop?ment speed is faster than social economic benefit of Guilin city’s land use,from 2008-2009,the coupling degree of two benefits is show a downward trend.

Guilin city；land use；social and economic benefits；ecological and environment benefits；coupling relation?ship

F 301

A

1674-4942（2011）04-0449-05

2011-09-28

國家基礎(chǔ)科學(xué)人才培養(yǎng)基金項(xiàng)目（J0830521）

黃 瀾