基于遙感影像的中山市城市生態(tài)環(huán)境狀況及經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展度分析*

郭衛(wèi)華，周永章，闞興龍

( 1. 中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院， 廣東 廣州 510275; 2. 中山大學(xué)地球環(huán)境與地球資源研究中心, 廣東 廣州 510275; 3. 吉林大學(xué)珠海學(xué)院, 廣東 珠海 519041)

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基于遙感影像的中山市城市生態(tài)環(huán)境狀況及經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展度分析*

郭衛(wèi)華1,2，周永章2，闞興龍3

( 1. 中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院， 廣東 廣州 510275; 2. 中山大學(xué)地球環(huán)境與地球資源研究中心, 廣東 廣州 510275; 3. 吉林大學(xué)珠海學(xué)院, 廣東 珠海 519041)

構(gòu)建一種以濕度指數(shù)、綠度指數(shù)、建筑覆蓋度指數(shù)為分指標(biāo)，以主成分分析法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成的城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)方法，并以珠三角中山市不同年份的Landsat TM遙感影像為例，探討該方法的適用性和準(zhǔn)確性。結(jié)果表明，該方法可較好地反映研究區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化，研究區(qū)1994年和2009年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體上均處于良好水平，2009年整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量優(yōu)于1994年，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)為較差的面積大幅度下降，但局部區(qū)域中生態(tài)環(huán)境退化的面積有所增加。生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展度的研究結(jié)果表明，1994年中山市各鎮(zhèn)區(qū)的協(xié)調(diào)發(fā)展度狀況較好，而2009年大部分鎮(zhèn)區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展度呈下降趨勢，部分鎮(zhèn)區(qū)出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展嚴(yán)重失調(diào)的狀況。

中山市；生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)；GIS；協(xié)調(diào)發(fā)展度

當(dāng)前，我國已進(jìn)入城市化快速發(fā)展階段。在城市發(fā)展過程中，人類活動(dòng)的范圍和強(qiáng)度空前擴(kuò)大。而作為城市發(fā)展的物質(zhì)支撐和載體，隨著城市的不斷發(fā)展，城市生態(tài)環(huán)境對城市發(fā)展的影響也將越來越明顯。一般而言，城市生態(tài)環(huán)境與城市發(fā)展之間存在著一種交互耦合的脅迫約束機(jī)制，具體表現(xiàn)在城市通過人口增長，經(jīng)濟(jì)發(fā)展，消耗能源和交通擴(kuò)張對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生脅迫，而生態(tài)環(huán)境又通過人口驅(qū)逐、資本排斥、資金爭奪和政策干預(yù)對城市發(fā)展產(chǎn)生約束[1]?？梢哉f，城市的生態(tài)環(huán)境決定并制約著城市發(fā)展的質(zhì)量及未來趨勢。因此，客觀的認(rèn)識(shí)和了解城市生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量狀況及變化情況，開展城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)研究，對于城市的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

大量學(xué)者針對不同區(qū)域開展了城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)工作，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、方法不一。有針對單因素的評價(jià)，如水體、土地、大氣等[2-4]。有針對多環(huán)境要素的綜合評價(jià)，評價(jià)方法涉及層次分析法、主成分分析法、模糊綜合評價(jià)法、綜合指數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法等[5]。珠三角地區(qū)是我國最發(fā)達(dá)的三大經(jīng)濟(jì)區(qū)域之一，經(jīng)過多年的高速發(fā)展，目前區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境問題突出，而針對珠三角地區(qū)城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的相關(guān)研究卻很少[6-7]?；诖?，本文選取位于珠三角核心地區(qū)的中山市作為研究區(qū)域，通過基于遙感影像信息的城市生態(tài)環(huán)境評價(jià)方法，開展中山市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)。并在此基礎(chǔ)上，分析區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展情況。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

1.1 中山市概況

中山市位于東經(jīng)113°9′2″至113°46′，北緯22°11′12″至22°46′35″之間，地處珠江三角洲中南部，珠江出海口西岸，北連廣州，毗鄰港澳。總面積約1 783 km2，人口約314萬。中山市經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，2013年全年生產(chǎn)總值(GDP)已超過2 600億元，其中第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)占比超過95%，經(jīng)濟(jì)總量連續(xù)多年位居廣東省前五。中山市以全省1%的國土面積，不到2%的戶籍人口，創(chuàng)造了占廣東省4.2%的國內(nèi)生產(chǎn)總值。中山市產(chǎn)業(yè)集群密集，多年以來，資源環(huán)境承載壓力處于較高的水平。

1.2 數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理

本研究中采用的遙感影像數(shù)據(jù)為Landsat5 TM衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于美國地質(zhì)勘探局(http://landsat.usgs.gov/)，條帶號(hào)/行編號(hào)為122/44和122/45，成像時(shí)間分別為1994年10月24日和2009年11月2日*美國地質(zhì)勘探局網(wǎng)站于2010年后停止更新本研究區(qū)域TM影像數(shù)據(jù)，2009年11月2日為符合本研究要求的最新TM影像成像時(shí)間。。在進(jìn)行衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)，以中山市 1∶5萬土地利用類型圖和地形圖為基準(zhǔn)，對原始遙感影像進(jìn)行幾何糾正工作，同時(shí)進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正、圖像拼接和圖像裁剪等處理?？紤]到水體生態(tài)環(huán)境特征的單一性，本研究中對研究區(qū)域內(nèi)的主要水道和近岸海域進(jìn)行掩膜處理，使得相關(guān)水體區(qū)域不參與評價(jià)，最終得到了研究區(qū)域內(nèi)的預(yù)處理影像。本文涉及到的中山市統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均來自1994年和2009年中山市統(tǒng)計(jì)年鑒。

2 研究方法

2.1 分指標(biāo)構(gòu)建

用于研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況的遙感指標(biāo)眾多，選取何種遙感指標(biāo)用于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)是本研究的首要問題[8]。本研究中，按照區(qū)域性(能夠體現(xiàn)珠三角地區(qū)城市生態(tài)環(huán)境基本特征)、規(guī)范性(相關(guān)指標(biāo)科學(xué)、規(guī)范，在生態(tài)遙感領(lǐng)域得到廣泛使用)、便利性(數(shù)據(jù)便于獲得，利用推廣應(yīng)用及區(qū)域間的比較)原則，結(jié)合中山市的區(qū)域特征和Landsat TM影像特點(diǎn)，經(jīng)過多種方案比較，選取濕度指數(shù)(Humidity Index，HI)、綠度指數(shù)(Normalized Difference Vegetation Index, NDVI)、建筑覆蓋度指數(shù)(Index Based Built-up Index, IBI)等3項(xiàng)指數(shù)作為評價(jià)中山市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況的指標(biāo)。各指數(shù)的生態(tài)環(huán)境意義及計(jì)算方法如下：

1)濕度指數(shù)(HI)

纓帽變換所獲得的濕度指數(shù)可以較好地去除土壤對植物反射率的影響，所反映出來的水熱狀況更接近實(shí)際分布狀況，可以對區(qū)域的水分狀況有較詳細(xì)的反映[9]。 對于Landsat TM影像，濕度指數(shù)計(jì)算公式為：

HI=0.031 5ρ1+ 0.202 1ρ2+0.310 2ρ3+

0.159 4ρ4-0.680 6ρ5-0.610 9ρ7

(1)

式中，ρi(i= 1,...,5, 7)為TM 影像數(shù)據(jù)各波段的反射率，由原始遙感圖像經(jīng)輻射定標(biāo)和大氣校正處理后得到，下同。

2)植被指數(shù)(NDVI)

植被指數(shù)用來反映植被狀況、植被覆蓋、生物量等信息，是反映生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)[10]。該指數(shù)對土壤背景的變化較為敏感，在很大程度上消除了地形和群落結(jié)構(gòu)陰影的影響，并削弱了大氣的干擾，因而大大擴(kuò)展了對植被覆蓋度的監(jiān)測靈敏度，常用來反映植被狀況、植被覆蓋、生物量等信息，其計(jì)算公式為[11]：

(2)

3)建筑覆蓋度指數(shù)(IBI)

中山市土地利用程度較高，經(jīng)過多年的發(fā)展，建筑用地發(fā)展成為僅次于農(nóng)林、水體的第3大土地利用類型?？梢哉f，中山市建筑用地面積和分布發(fā)生變化，將會(huì)對城市生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生重大影響?；诖耍疚倪x用徐涵秋等提出的基于建筑用地的指數(shù)IBI(Index Based Built-up Index)[12]來反映中山市建筑用地的空間分布特點(diǎn)。IBI的計(jì)算公式為：

(3)

考慮到上述3個(gè)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果存在量綱和數(shù)量級(jí)的差異，在應(yīng)用上述公式計(jì)算得到結(jié)果后，需對結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化處理公式如下：

(4)

式中，X為指標(biāo)值；Xmin為指標(biāo)最低閾值；Xmax為指標(biāo)最高閾值

2.2 綜合指數(shù)構(gòu)建

本文擬構(gòu)建綜合生態(tài)指數(shù)對區(qū)域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評價(jià)。所構(gòu)建的生態(tài)指數(shù)要求既能以單一指標(biāo)的形式出現(xiàn)，又可以綜合以上3個(gè)指標(biāo)的信息。因此，如何以單一變量來耦合以上多個(gè)變量，是本研究的關(guān)鍵。當(dāng)前常用的方法是指標(biāo)加權(quán)法，如《生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)技術(shù)規(guī)范》中推薦的方法即是[13]。但該方法最大的弊端是，指標(biāo)之間權(quán)重的人為確定，往往會(huì)影響結(jié)果的合理性[14]。因此，本文選用多元統(tǒng)計(jì)方法中的主成分分析法(PCA)對指標(biāo)進(jìn)行集成。主成分分析法的最大優(yōu)點(diǎn)是集成各指標(biāo)的權(quán)重不是人為確定，而是根據(jù)數(shù)據(jù)本身屬性得到指標(biāo)間的內(nèi)在結(jié)構(gòu)關(guān)系，權(quán)重具有較好的客觀性，便于定量分析[15-16]。鑒于主成分分析法已使用較多，這里不再進(jìn)行方法介紹，詳情可參考文獻(xiàn)[15-16]。

生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)的計(jì)算公式如下：

(5)

式中，E0為評價(jià)單元生態(tài)環(huán)境綜合評價(jià)指數(shù)，Pi為第i個(gè)成分得分，Ai為第i個(gè)成分貢獻(xiàn)率。

值得注意的是，在利用公式(5)計(jì)算得到初始生態(tài)環(huán)境指數(shù)E0后，為便于指標(biāo)的度量和比較，需對E0進(jìn)行正規(guī)化，操作步驟可參照公式(4)進(jìn)行，正規(guī)化后獲得最終的生態(tài)環(huán)境指數(shù)E。E值介于[0,1]之間，數(shù)值越高表示該像元所對應(yīng)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越好。

3 結(jié)果與討論

3.1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)結(jié)果

表1是主成分分析結(jié)果。從表1可以看出，對于不同時(shí)期的遙感指標(biāo)，主成分1和主成分2的特征值貢獻(xiàn)率之和均超過了90%。這說明，主成分1和主成分2集中了各指標(biāo)的大部分特征，可以用于創(chuàng)建生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)。

以0.25為間隔，將生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)分為4個(gè)等級(jí)，依次為較差、中等、良好、優(yōu)秀，對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行分級(jí)評價(jià)。中山市1994年和2009年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的總體評價(jià)結(jié)果和各級(jí)別土地面積統(tǒng)計(jì)值見表2。

表1 主成分分析結(jié)果

表2 不同年份中山市生態(tài)環(huán)境評價(jià)結(jié)果1)

1) 各級(jí)別所占面積按像元數(shù)統(tǒng)計(jì)值換算

從表2可以看出，1994和2009年中山市全市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)等級(jí)均處于良好級(jí)別，說明中山市整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好。在具體的評價(jià)結(jié)果上，2009年中山市生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)要高于1994年，顯示近年來中山市整體生態(tài)環(huán)境狀況有所改善。各像元值的標(biāo)準(zhǔn)偏差統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，1994年該值為0.283，而2009年該值為0.165，這說明2009年中山市全市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較之1994年要趨于平均化。對不同評價(jià)等級(jí)區(qū)域的面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，2009年中山市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況為優(yōu)秀級(jí)別的區(qū)域面積較1994年下降了26.3%，這表明中山市的城市發(fā)展，對原有較高等級(jí)生態(tài)環(huán)境狀況的區(qū)域造成了一定影響。同時(shí)，2009年中山市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況為良好和中等級(jí)別的區(qū)域面積則分別增加了20.6%和158.5%，較差級(jí)別的區(qū)域面積下降了66.4%，這說明近年來中山市生態(tài)環(huán)境狀況較差區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到了很大程度的改善?？傮w來看，中山市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈良好發(fā)展態(tài)勢。雖然部分區(qū)域的生態(tài)環(huán)境受到了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所下降，但整體上中山市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈上升趨勢，較差級(jí)別區(qū)域所占面積也從1994年的16.4%下降到了2009年的5.5%。

3.2 評價(jià)結(jié)果的空間分析

由于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與空間屬性緊密相關(guān)，研究區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量往往存在著一定的空間差異，因此有必要對評價(jià)結(jié)果進(jìn)行空間分析。中山市不同年份生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的分級(jí)顯示結(jié)果見圖1。

由圖1可以看出，中山市生態(tài)環(huán)境受影響區(qū)域主要集中在中心城區(qū)、西北片區(qū)和南部片區(qū)，這與中山市的城鎮(zhèn)空間發(fā)展戰(zhàn)略相一致。20世紀(jì)90年代，中山市開始實(shí)施“一核”(石岐區(qū))、“兩副”(小欖鎮(zhèn)、三鄉(xiāng)鎮(zhèn))城市中心發(fā)展戰(zhàn)略，其中，西北片區(qū)以小欖鎮(zhèn)為核心，大力發(fā)展與金屬制品、電器機(jī)械、食品加工相關(guān)的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)；南部片區(qū)以三鄉(xiāng)鎮(zhèn)為核心，大力發(fā)展出口加工制造業(yè)；而中部地區(qū)作為主城區(qū)，大力發(fā)展綜合服務(wù)業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。目前，小欖鎮(zhèn)、三鄉(xiāng)鎮(zhèn)已打造成為片區(qū)中心城鎮(zhèn)，具備中山市城市副中心的地位[17]。

圖1 不同時(shí)期中山市生態(tài)環(huán)境狀況分級(jí)顯示Fig.1 Gradation display of ecological environment status of Zhongshan in different years

對比1994年和2009年中山市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)圖，可以看出，雖然中山市生態(tài)環(huán)境受人類活動(dòng)影響的區(qū)域在不斷擴(kuò)大，但已受影響區(qū)域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量卻在不斷好轉(zhuǎn)。這與前面的分析結(jié)果相一致。近年來，中山市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中注重生態(tài)環(huán)保工作，注重城市環(huán)境質(zhì)量的改善。曾先后投入大量資金進(jìn)行城市水環(huán)境、大氣環(huán)境整治，建設(shè)固體廢物處理基地，著力構(gòu)建“五桂山”生態(tài)保護(hù)區(qū)生態(tài)屏障。另外，大力發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)，全面落實(shí)污染減排工作，加強(qiáng)污染源監(jiān)管[18]。在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面，中山市加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力發(fā)展現(xiàn)代服務(wù)業(yè)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，優(yōu)化工業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，淘汰高污染、高能耗的工業(yè)企業(yè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化調(diào)整[17]。這一系列措施，都促進(jìn)了中山市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善， 2009年中山市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較1994年呈上升趨勢。

4 生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展度分析

4.1 協(xié)調(diào)發(fā)展度

近年來，國家在大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)。生態(tài)文明建設(shè)其中的一個(gè)目的就是要實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，而“協(xié)調(diào)發(fā)展度”則是度量生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展水平高低的定量指標(biāo)。它不僅可以反映區(qū)域環(huán)境質(zhì)量變化與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的同步性，還可以反映區(qū)域環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的綜合實(shí)力水平[19]。協(xié)調(diào)發(fā)展度的計(jì)算公式如下[20]：

(6)

式中，F(xiàn)、E分別為經(jīng)濟(jì)綜合指數(shù)和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)；α和β分別為經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境在綜合評判中的權(quán)重，本研究中認(rèn)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境狀況同等重要，故α和β均取值為0.5；k為調(diào)節(jié)系數(shù)，本研究中取值為3；H為協(xié)調(diào)發(fā)展度，反映生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展水平的高低。將協(xié)調(diào)發(fā)展度的計(jì)算結(jié)果以0.2為間隔，可分成嚴(yán)重失調(diào)、中度失調(diào)、瀕臨失調(diào)、中等協(xié)調(diào)、良好協(xié)調(diào)5個(gè)協(xié)調(diào)狀態(tài)。在本研究中，以中山市23個(gè)鎮(zhèn)區(qū)作為研究樣本，開展各鎮(zhèn)區(qū)不同時(shí)期生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展度分析(注：五桂山鎮(zhèn)屬于自然保護(hù)區(qū)范圍，屬于限制開發(fā)區(qū)域，因此不參與分析)。各鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)E在本文第三節(jié)計(jì)算成果的基礎(chǔ)上，由ArcGIS 10.0軟件中的區(qū)域統(tǒng)計(jì)模塊(Zonal Statistics)計(jì)算得出。經(jīng)濟(jì)綜合指數(shù)F通過選擇各鎮(zhèn)區(qū)總?cè)丝凇⒊Ｗ∪丝谌司a(chǎn)總值、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、工業(yè)總產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值等5項(xiàng)指標(biāo)，采用主成分分析法計(jì)算得出。采取該方法能夠客觀確定指標(biāo)權(quán)重，同時(shí)保證生態(tài)環(huán)境指數(shù)和經(jīng)濟(jì)指數(shù)在形式和取值范圍上保持一致性，有利于開展兩者的協(xié)調(diào)發(fā)展程度分析[21]。

4.2 生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展評價(jià)結(jié)果

對中山市各鎮(zhèn)區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，1994年中山市各鎮(zhèn)區(qū)協(xié)調(diào)發(fā)展度H值的平均值是0.711，處于“中等協(xié)調(diào)”等級(jí)；而2009年中山市各鎮(zhèn)區(qū)H值的平均值是0.512，處于“瀕臨協(xié)調(diào)”等級(jí)。這說明，整體上中山市經(jīng)濟(jì)與城市生態(tài)環(huán)境之間的差距在逐漸擴(kuò)大，二者向著不協(xié)調(diào)方向發(fā)展。表3是對中山市不同協(xié)調(diào)發(fā)展等級(jí)鎮(zhèn)區(qū)數(shù)量的統(tǒng)計(jì)。從表3中可以看出，1994年中山市74%以上的鎮(zhèn)區(qū)處于“中等協(xié)調(diào)”以上發(fā)展等級(jí)(包括“中等協(xié)調(diào)”等級(jí))，“瀕臨失調(diào)”等級(jí)以下的鎮(zhèn)區(qū)個(gè)數(shù)只有3個(gè)(包括“瀕臨失調(diào)”等級(jí))。而到了2009年，只有不到50%的鎮(zhèn)區(qū)處于“中等協(xié)調(diào)”以上發(fā)展等級(jí)，“瀕臨失調(diào)”等級(jí)以下的鎮(zhèn)區(qū)數(shù)量則大幅度增加，增加到了11個(gè)，甚至個(gè)別鎮(zhèn)區(qū)出現(xiàn)了“嚴(yán)重失調(diào)”的發(fā)展結(jié)果。

以上結(jié)果表明，1994年中山市生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展程度整體處于較好的水平，而到了2009年，中山市生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的優(yōu)勢不復(fù)存在，部分鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和改善與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展程度不匹配，兩者失調(diào)的狀況較為嚴(yán)重。

表3 不同年份各協(xié)調(diào)發(fā)展等級(jí)鎮(zhèn)區(qū)數(shù)

為對中山市各鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展水平進(jìn)行空間變化分析，本文繪制了不同時(shí)期中山市各鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展水平空間分布圖，結(jié)果見圖2。

圖2表明，1994年中山市絕大部分鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展水平處于“中等協(xié)調(diào)”等級(jí)以上。而2009年，除北部，中部和南部部分鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展水平保持不變外，其余鎮(zhèn)區(qū)區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)均朝著不協(xié)調(diào)方向發(fā)展。這些鎮(zhèn)區(qū)主要集中在中山市中北部、中南部和南部區(qū)域，且有兩個(gè)鎮(zhèn)區(qū)(神灣鎮(zhèn)與民眾鎮(zhèn))出現(xiàn)了“嚴(yán)重失調(diào)”情況。

基于協(xié)調(diào)發(fā)展度的計(jì)算結(jié)果，本文判斷得出在1994年，中山市生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系屬于“良好協(xié)調(diào)發(fā)展類經(jīng)濟(jì)滯后型”，2009年環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系屬于“勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展類經(jīng)濟(jì)滯后型”。結(jié)合對中山市各鎮(zhèn)區(qū)的經(jīng)濟(jì)狀況、地理環(huán)境狀況的統(tǒng)計(jì)，本文認(rèn)為，中山市整體上生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展水平從1994年的“中等協(xié)調(diào)”等級(jí)下降到2009年的“瀕臨協(xié)調(diào)”等級(jí)，主要是由于中山市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)落后于環(huán)境保護(hù)造成的。在具體的鎮(zhèn)區(qū)上，表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)鎮(zhèn)區(qū)的生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r較差，而經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)鎮(zhèn)區(qū)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r較好。例如2009年出現(xiàn)“嚴(yán)重失調(diào)”的民眾鎮(zhèn)和神灣鎮(zhèn)，都是典型的不發(fā)達(dá)鎮(zhèn)區(qū)。鎮(zhèn)區(qū)第一產(chǎn)業(yè)所占比例大，分別占到了當(dāng)年鎮(zhèn)區(qū)生產(chǎn)總值的11%和6%。鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)較多基本農(nóng)田，其面積分別占到了鎮(zhèn)區(qū)面積的51%和24%[22]。長期的經(jīng)濟(jì)落后，使得該區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作。對于出現(xiàn)“瀕臨失調(diào)”等級(jí)的港口鎮(zhèn)、阜沙鎮(zhèn)、大涌鎮(zhèn)和板芙鎮(zhèn)等鎮(zhèn)區(qū)，也均屬于經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)鎮(zhèn)區(qū)，各鎮(zhèn)區(qū)在中山23個(gè)鎮(zhèn)區(qū)的經(jīng)濟(jì)排名均在17名以后。這說明，中山市環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的不協(xié)調(diào)發(fā)展主要是由于不發(fā)達(dá)鎮(zhèn)區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后于環(huán)境保護(hù)工作造成的。

圖2 中山市各鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展水平空間分布圖Fig. 2 The spatial distribution of coordination degree between different towns in Zhongshan

4.3 建議

從長遠(yuǎn)來看，中山市的生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展主要存在以下兩個(gè)挑戰(zhàn)。一是在中北部各鎮(zhèn)區(qū)，該區(qū)域國土開發(fā)強(qiáng)度高，資源環(huán)境承載壓力大；盡管社會(huì)經(jīng)濟(jì)各方面的建設(shè)取得巨大成就，但該區(qū)域生態(tài)環(huán)境脆弱，生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作面臨巨大的壓力，易出現(xiàn)不協(xié)調(diào)情況。二是在中山市東西兩側(cè)及南部鎮(zhèn)區(qū)，該區(qū)域集中了全市大多數(shù)的農(nóng)用地、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)、水源保護(hù)地等，是全市乃至珠江口西岸生態(tài)保護(hù)的重要區(qū)域，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)功能突出，但社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較低。經(jīng)濟(jì)發(fā)展長期落后于生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，也易出現(xiàn)不協(xié)調(diào)情況。

上述兩種環(huán)境-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)失調(diào)類型的形成，既受到各鎮(zhèn)區(qū)自然地理格局的客觀因素影響，也是近年來中山市城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快、國土開發(fā)強(qiáng)度逐步加大造成的。如何在中山市有限的國土空間內(nèi)，既滿足工業(yè)化發(fā)展、人民生活改善、經(jīng)濟(jì)增長對國土空間開發(fā)的巨大需求，又能為保障生態(tài)安全和人民健康提供綠色生態(tài)空間？本研究認(rèn)為，應(yīng)該在尊重各區(qū)域自然地理格局和社會(huì)發(fā)展現(xiàn)狀的前提下，對不同協(xié)調(diào)類型的區(qū)域?qū)嵤┎顒e化的國土開發(fā)政策和生態(tài)環(huán)境保護(hù)策略。對于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)-生態(tài)脆弱型區(qū)域，當(dāng)前首要任務(wù)是充分考慮環(huán)境容量、土地資源等剛性約束條件，嚴(yán)格控制開發(fā)強(qiáng)度，提高土地集約開發(fā)水平，挖掘現(xiàn)有建設(shè)用地潛力，通過探索城市土地立體化利用模式，緩解各種開發(fā)活動(dòng)對資源和生態(tài)環(huán)境的壓力。具體可采取的措施包括：① 包括整合優(yōu)化中心城區(qū)現(xiàn)有的建設(shè)用地，更新改造三舊用地，強(qiáng)化中心城區(qū)(包括石岐區(qū)、東區(qū)、西區(qū)和南區(qū))的生活服務(wù)功能和綠色生態(tài)空間，實(shí)現(xiàn)已有產(chǎn)業(yè)的優(yōu)化轉(zhuǎn)型升級(jí)；② 對于中北部當(dāng)前處于經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展階段的鎮(zhèn)區(qū)(如阜沙鎮(zhèn)、東升鎮(zhèn)、大涌鎮(zhèn)等)，應(yīng)積極整合現(xiàn)有工業(yè)園區(qū)，推動(dòng)工業(yè)項(xiàng)目集中布局，促使國土開發(fā)從占用土地的外延擴(kuò)張為主，轉(zhuǎn)向調(diào)整優(yōu)化空間結(jié)構(gòu)為主。

對于生態(tài)良好-經(jīng)濟(jì)滯后型區(qū)域，則應(yīng)以保護(hù)生態(tài)環(huán)境為前提，以水土資源承載能力為基礎(chǔ)進(jìn)行有序有度的開發(fā)。具體措施包括：① 在三角鎮(zhèn)、民眾鎮(zhèn)等具有一定農(nóng)業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)和條件的鎮(zhèn)區(qū)，構(gòu)建現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)體系，發(fā)展高效優(yōu)質(zhì)生態(tài)農(nóng)業(yè)和觀光農(nóng)業(yè)；② 充分利用神灣鎮(zhèn)、板芙鎮(zhèn)等西江磨刀門水道沿岸鎮(zhèn)區(qū)的區(qū)位優(yōu)勢，發(fā)展臨港制造業(yè)和現(xiàn)代物流業(yè)，并打造以游艇觀光、水鄉(xiāng)風(fēng)情為核心的休閑旅游業(yè)；③ 創(chuàng)新和完善生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償機(jī)制、財(cái)政轉(zhuǎn)移支付制度和政府績效考核方法，確保該區(qū)域的生態(tài)保護(hù)成效與當(dāng)?shù)卣?cái)政收入掛鉤，在滿足相應(yīng)鎮(zhèn)區(qū)政府和居民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求的同時(shí)，提高其保護(hù)生態(tài)環(huán)境的積極性。

5 結(jié) 論

基于Landsat TM遙感影像數(shù)據(jù)，對不同時(shí)期中山市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了評價(jià)，并結(jié)合中山市的相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對中山市的生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展情況進(jìn)行了分析，得到如下結(jié)論：

1)將GIS技術(shù)應(yīng)用于城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)，可在無需環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的情況下達(dá)到區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的目的。同時(shí)評價(jià)結(jié)果具有直觀、形象、動(dòng)態(tài)的特點(diǎn)，便于可視化和空間分析。本文所使用的主成分分析法，提高了指標(biāo)權(quán)重的客觀性，該方法可移植性較強(qiáng)，有助于實(shí)現(xiàn)城市生態(tài)環(huán)境的規(guī)范化評價(jià)和科學(xué)化管理。

2)對不同時(shí)期中山市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)結(jié)果表明，中山市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較好，整體呈良好發(fā)展趨勢。生態(tài)環(huán)境較差級(jí)別區(qū)域的面積大幅度下降，中等級(jí)別和良好級(jí)別的區(qū)域面積增加明顯。中山市的生態(tài)環(huán)境良好得益于中山市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，注重生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作；同時(shí)積極推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)，堅(jiān)決淘汰高耗能、高污染的落后產(chǎn)業(yè)。

3)對不同時(shí)期生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)發(fā)展度研究表明，1994年中山市生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為協(xié)調(diào)，但2009年協(xié)調(diào)程度大幅下降，部分鎮(zhèn)區(qū)甚至出現(xiàn)了“嚴(yán)重失調(diào)”狀況。中山市生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的原因，主要是由于不發(fā)達(dá)鎮(zhèn)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展落后于生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作造成的。

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Assessment of Urban Eco-Environment Status Based on Remote Sensing Image and the Coordination Development Degree with Economic Development in Zhongshan City

GUOWeihua1,2,ZHOUYongzhang2,KANXinglong3

(1. Geography and Planning School, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China; 2. Environment and Resources Center, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, China; 3. Zhuhai College of Jilin University, Zhuhai 519041, China)

A method, which was constituted by humidity index (HI), Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Index Based Built-up Index (IBI), was built to evaluate urban eco-environment quality based on remote sensing data and data-synthesized by principal component analysis. It was applied in Zhongshan City, Guangdong Province. The Landsat TM images in different years were used to explore the applicability and accuracy. The results showed that this method can reflect the variation of regional eco-environment quality. The eco-environment quality of Zhongshan in 1994 and 2009 was both at a good level. The overall eco-environment quality in 2009 was better than in 1994. In 2009, the area with poor eco-environment quality decreased, but the area of eco-environmental degradation increased in local region. The coordinative development degree between environment and economy was at a good level in 1994, but declined generally in 2009. Serious imbalance between eco-environment and economic development occurred in some towns.

Zhongshan City；eco-environment quality assessment；GIS；coordination development degree

10.13471/j.cnki.acta.snus.2015.06.027

2015-01-07 基金項(xiàng)目：廣東省科技計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2009B030801003)；中山市科技計(jì)劃基金資助項(xiàng)目(2013A3FC0247)

郭衛(wèi)華 ( 1971 年生 ), 男;研究方向：資源環(huán)境一體化與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展;E-mail:guoweihua001@ foxmail.com

X171.1

A

0529-6579(2015)06-0156-07