中國土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)度時(shí)空格局

朱慶瑩，陳銀蓉，胡偉艷，梅 昀

·土地整理工程·

中國土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)度時(shí)空格局

朱慶瑩，陳銀蓉※，胡偉艷，梅 昀

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，武漢 430070）

土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展對(duì)城市可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)意義重大。該文采用熵權(quán)法和非期望產(chǎn)出的超效率SBM模型分別評(píng)價(jià)了2004—2016年中國284個(gè)地級(jí)市土地集約利用程度和區(qū)域生態(tài)效率；在此基礎(chǔ)上，分別運(yùn)用耦合協(xié)調(diào)度模型和空間自相關(guān)分析方法研究了兩者耦合協(xié)調(diào)度及空間關(guān)聯(lián)格局的時(shí)空演變特征。研究結(jié)果表明：當(dāng)前中國城市土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率協(xié)調(diào)性整體處于輕度失調(diào)階段，但耦合協(xié)調(diào)度隨時(shí)間呈逐步增強(qiáng)態(tài)勢(shì)。協(xié)調(diào)度空間分布整體呈現(xiàn)“東部和中部高，西部低”的格局，且隨時(shí)間推移發(fā)生較小改變。全局空間自相關(guān)結(jié)果表明：耦合協(xié)調(diào)度存在顯著空間正相關(guān)性，且隨時(shí)間推移關(guān)聯(lián)程度先增強(qiáng)后減弱。局部空間自相關(guān)結(jié)果顯示：正相關(guān)類型高高集聚（HH）與負(fù)相關(guān)類型低高集聚（LH）主要分布在東部地區(qū)，而正相關(guān)類型低低集聚（LL）和負(fù)相關(guān)類型高低集聚（HL）主要分布在西部地區(qū)，其中，HH、LH和LL型主要以“組團(tuán)”形式出現(xiàn)，聚集性強(qiáng)，HL型則散亂分布。隨時(shí)間推移，除HL型外，其余類型空間分布的整體格局較為穩(wěn)定。應(yīng)制定科學(xué)的環(huán)境經(jīng)濟(jì)和環(huán)境技術(shù)政策，加強(qiáng)對(duì)城市的差異化監(jiān)控與管理，合理進(jìn)行分區(qū)管控并推進(jìn)市域之間的技術(shù)與創(chuàng)新合作等來增強(qiáng)土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率的協(xié)調(diào)性，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展。

土地利用；生態(tài)；耦合協(xié)調(diào)度；時(shí)空格局；空間關(guān)聯(lián)格局

0 引 言

土地利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)關(guān)系一直都是土地領(lǐng)域的研究重點(diǎn)[1-3]。土地集約利用是指在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中，通過增加對(duì)單位面積土地的要素投入、優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)、改善土地管理制度等手段，以提高土地利用產(chǎn)出效率和經(jīng)濟(jì)效益的行為，已成為當(dāng)前政府和學(xué)術(shù)界在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中倡導(dǎo)的主要土地利用方式。生態(tài)效率的概念由Schaltegger和Sturm在1990年首次提出，指增加的價(jià)值與增加的環(huán)境影響的比值[4]；世界可持續(xù)發(fā)展工商業(yè)委員會(huì)（WBCSD）對(duì)生態(tài)效率的定義被廣泛認(rèn)可，即“生態(tài)效率是指提供能滿足人類需要和提高生活質(zhì)量的有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品和服務(wù)，同時(shí)使整個(gè)生命周期的生態(tài)影響和資源強(qiáng)度逐漸降低到和地球的估計(jì)承載力相一致的水平，并同時(shí)達(dá)到環(huán)境與社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的目標(biāo)”[5]?？梢?，生態(tài)效率代表著經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境壓力的關(guān)系，代表著經(jīng)濟(jì)效率與環(huán)境效益的統(tǒng)一。經(jīng)過經(jīng)合組織（OECD）對(duì)其概念的延伸，生態(tài)效率的應(yīng)用范圍從企業(yè)[6]逐步延伸到行業(yè)[7]和區(qū)域[8]層次。

耦合協(xié)調(diào)是指系統(tǒng)與系統(tǒng)之間相互作用達(dá)到共同促進(jìn)和發(fā)展的一種狀態(tài)。從土地集約利用和區(qū)域生態(tài)效率的內(nèi)涵看，土地集約利用通過與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的相互作用與區(qū)域生態(tài)效率相互影響。兩者的相互作用存在兩種情況：一方面，土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率相互促進(jìn)。土地集約利用通過改善土地投入水平，改變土地利用強(qiáng)度，進(jìn)而提高土地利用產(chǎn)出效益和土地可持續(xù)利用水平，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和生態(tài)環(huán)境改善，提升區(qū)域生態(tài)效率。生態(tài)效率提升可使獲得同等經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和生態(tài)環(huán)境改善所消耗的環(huán)境和資源代價(jià)降低，土地的產(chǎn)出效益和利用可持續(xù)性明顯增強(qiáng)，土地集約利用程度增加。另一方面，土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率相互制約。土地粗放或過度集約利用都會(huì)導(dǎo)致資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，從而減弱生態(tài)效率。而區(qū)域生態(tài)效率降低意味著環(huán)境污染加重，環(huán)境承載力減弱，土地產(chǎn)出生態(tài)效益和土地利用可持續(xù)性都會(huì)減弱，土地集約利用受到制約。

當(dāng)前，土地集約利用與生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展矛盾日益突出，嚴(yán)重威脅人類可持續(xù)發(fā)展，引起了學(xué)者和政府部門對(duì)生態(tài)文明和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的高度重視。林堅(jiān)等認(rèn)為土地集約利用對(duì)生態(tài)文明建設(shè)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展意義重大[9-10]。十八屆五中全會(huì)提出“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”5大發(fā)展理念，提出建設(shè)生態(tài)文明成為當(dāng)前中國的重要戰(zhàn)略任務(wù)；十九大報(bào)告中也強(qiáng)調(diào)要推動(dòng)形成人與自然和諧發(fā)展現(xiàn)代化建設(shè)新格局，建設(shè)美麗中國；《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014－2020）》中也提出要將生態(tài)文明理念全面融入城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程之中?？梢?，研究土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率之間的協(xié)調(diào)關(guān)系具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。現(xiàn)有研究主要側(cè)重于土地利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展或土地利用與生態(tài)環(huán)境之間關(guān)系的分析[11-15]。在土地利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面，韓德軍等通過研究貴州省土地利用與區(qū)域經(jīng)濟(jì)耦合關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展受不同土地利用因素制約，經(jīng)濟(jì)發(fā)展也會(huì)通過不同方式影響土地利用[11]。郇紅艷等通過對(duì)城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程中耕地利用變化的驅(qū)動(dòng)因素的研究表明，耕地利用變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān)，不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的耕地變化的驅(qū)動(dòng)特征差異明顯[12]。唐亮等通過研究城市建設(shè)用地消耗與經(jīng)濟(jì)社會(huì)的協(xié)調(diào)性發(fā)現(xiàn)，不同發(fā)展階段城市建設(shè)用地消耗強(qiáng)度與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平之間的協(xié)調(diào)程度存在顯著差異，耦合協(xié)調(diào)度沿城市等別由高到低呈下降趨勢(shì)[13]。在土地利用與生態(tài)環(huán)境方面，趙亞莉等通過研究省會(huì)城市土地開發(fā)強(qiáng)度與生態(tài)環(huán)境關(guān)系發(fā)現(xiàn)，土地開發(fā)強(qiáng)度對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響的邊際效應(yīng)區(qū)域差異明顯；且隨著土地開發(fā)強(qiáng)度的變化，生態(tài)環(huán)境效應(yīng)變化的顯著程度也明顯不同[14]。趙丹陽等對(duì)松花江流域城市用地?cái)U(kuò)張的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的研究表明，城市用地?cái)U(kuò)張系統(tǒng)要素與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)要素之間存在很強(qiáng)的相互作用關(guān)系，城市擴(kuò)張系統(tǒng)中的土地集約利用要素對(duì)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生較大脅迫作用，而生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中各要素則對(duì)城市用地?cái)U(kuò)張表現(xiàn)出較強(qiáng)的約束力[15]。綜上可見，土地利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境之間存在著復(fù)雜的相互作用關(guān)系。研究土地利用與區(qū)域生態(tài)效率之間的相互作用關(guān)系能夠較好地統(tǒng)籌研究土地利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系。截至目前，僅個(gè)別學(xué)者從省域?qū)用嫜芯苛送恋丶s利用與區(qū)域生態(tài)效率之間的協(xié)調(diào)關(guān)系[16]?；谝陨戏治?，本文擬研究全國市域尺度土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率協(xié)調(diào)性時(shí)空格局及變化特征及空間關(guān)聯(lián)格局空變化規(guī)律，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)土地集約利用與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和城市可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考。

1　研究方法

1.1　土地集約利用程度測(cè)度

目前，土地集約利用程度一般通過建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行測(cè)度。借鑒已有研究成果[17-20]，結(jié)合指標(biāo)選取的科學(xué)、系統(tǒng)、可比和可獲取性等原則，本文從土地投入水平、土地產(chǎn)出效益（社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)）、土地利用可持續(xù)性3方面構(gòu)建土地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。在土地投入水平方面，參考已有研究[18]，本文選取地均固定資產(chǎn)投資和地均就業(yè)人數(shù)2項(xiàng)指標(biāo)來表征。現(xiàn)有文獻(xiàn)指出[17-18,20]，在土地產(chǎn)出效益方面，地均地區(qū)生產(chǎn)總值、地均工業(yè)總產(chǎn)值、地均財(cái)政收入和地均社會(huì)消費(fèi)品零售總額是衡量經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)；人均城市道路面積、人口密度和人均建設(shè)用地面積是表征社會(huì)效益的重要指標(biāo)；人均綠地面積和建成區(qū)綠化覆蓋率則是生態(tài)效益的重要表征指標(biāo)。除此之外，土地利用可持續(xù)性也是評(píng)價(jià)土地集約利用的重要方面，參考相關(guān)研究[19,21]，本文選用GDP增長(zhǎng)與建設(shè)用地增長(zhǎng)彈性系數(shù)和人口增長(zhǎng)與建設(shè)用地增長(zhǎng)彈性系數(shù)來衡量土地利用可持續(xù)性。所有指標(biāo)均為正向指標(biāo)，指標(biāo)體系詳細(xì)說明見表1。土地集約利用程度計(jì)算公式（1）-（4）所示。

表1 土地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)及其權(quán)重

1.2 區(qū)域生態(tài)效率測(cè)度

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法已被廣泛運(yùn)用于生態(tài)效率的測(cè)度，它能較好地克服單一比值法和指標(biāo)體系法的缺陷[23-24]，其中，超效率SBM模型結(jié)合了超效率DEA模型和SBM模型的優(yōu)勢(shì)。相比傳統(tǒng)DEA模型，第一，將非期望產(chǎn)出納入考量；第二，較好解決投入產(chǎn)出變量的松弛性問題；第三，解決了多個(gè)決策單元同時(shí)有效時(shí)的排序問題[25]。因此，本文采用非期望產(chǎn)出的超效率SBM模型對(duì)區(qū)域生態(tài)效率進(jìn)行測(cè)算。

本研究將期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出同時(shí)當(dāng)作產(chǎn)出指標(biāo)，考慮個(gè)地級(jí)市單元（DMU），每個(gè)地級(jí)市包括個(gè)投入指標(biāo)、1個(gè)期望產(chǎn)出指標(biāo)和2個(gè)非期望產(chǎn)出指標(biāo)。參考相關(guān)研究[26-28]，選取的投入指標(biāo)有全社會(huì)固定資產(chǎn)投資、就業(yè)人數(shù)、全年供水量、全社會(huì)供電量、能源消耗量、城市建設(shè)用地面積；選取的期望產(chǎn)出指標(biāo)為地區(qū)GDP，非期望產(chǎn)出指標(biāo)為工業(yè)廢水排放量、工業(yè)SO2排放量、煙（粉）塵排放量，具體指標(biāo)說明見表2。本文測(cè)度區(qū)域生態(tài)效率的超效率SBM模型如公式（5）所示。

表2 區(qū)域生態(tài)效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.3 耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)

土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率的協(xié)調(diào)發(fā)展強(qiáng)調(diào)整體性、綜合性和內(nèi)生性的發(fā)展，以耦合耦合協(xié)調(diào)度來衡量較為科學(xué)。借鑒廖重斌對(duì)耦合耦合協(xié)調(diào)度的定義和計(jì)算方法[29]。計(jì)算公式如式（6）-（8）所示。

參考已有的研究成果[32]，依據(jù)如表3所示的劃分依據(jù)對(duì)土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率之間的耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行定量判斷。

表3 耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)劃分依據(jù)

1.4 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)分析可反映一個(gè)區(qū)域單元上的某種地理現(xiàn)象或某一屬性值與鄰近區(qū)域單元上同一現(xiàn)象或?qū)傩灾档年P(guān)聯(lián)程度[33]。為避免空值單元對(duì)研究結(jié)果造成影響，本文在刪除非研究區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)行空間自相關(guān)分析。分別采用Global Moran’I指數(shù)、Local Moran’I指數(shù)和Lisa圖來衡量土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)度的全局和局部空間自相關(guān)情況。Lisa圖中正相關(guān)類型高高值集聚區(qū)（HH）和低低值集聚區(qū)（LL）分別代表高耦合協(xié)調(diào)度關(guān)聯(lián)性大和低耦合協(xié)調(diào)度關(guān)聯(lián)性大的區(qū)域，負(fù)相關(guān)類型低高值集聚區(qū)（LH）和高低值集聚區(qū)（HL）分別代表低-高和高-低耦合協(xié)調(diào)度關(guān)聯(lián)性較大的區(qū)域；不顯著區(qū)則為獨(dú)立關(guān)系。Global Moran’I指數(shù)和Local Moran’I指數(shù)計(jì)算如公式（9）、（10）所示。

式中GMI和LMIi分別代表Global Moran’I指數(shù)和Local Moran’I指數(shù)。X和X分別代表第和第個(gè)地級(jí)市土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)度；為地級(jí)市個(gè)數(shù)；W為空間權(quán)重矩陣，鑒于部分地級(jí)市數(shù)據(jù)缺失，本文選擇距離型空間權(quán)重矩陣。

通常采用Z檢驗(yàn)法Global Moran’I指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，公式如式（11）所示。

1.5 數(shù)據(jù)來源與處理

本文所用數(shù)據(jù)為各地級(jí)市的市轄區(qū)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)主要來源于2005—2017年《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》，部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于各地級(jí)市的統(tǒng)計(jì)公報(bào)和統(tǒng)計(jì)年鑒，歷年各產(chǎn)值的價(jià)格指數(shù)（包括工業(yè)總產(chǎn)值、地區(qū)生產(chǎn)總值、地方財(cái)政收入及社會(huì)消費(fèi)品零售總額）來源《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》。個(gè)別地級(jí)市個(gè)別年份數(shù)據(jù)的缺失以相鄰年份數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用移動(dòng)平均、趨勢(shì)外推的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)重建；所有涉及產(chǎn)值的數(shù)據(jù)都用相應(yīng)的價(jià)格指數(shù)以2004年為基期進(jìn)行平減，消除價(jià)格因素的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 耦合協(xié)調(diào)度時(shí)空格局分析

中國地級(jí)市土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率的耦合協(xié)調(diào)度的平均值處于0.30～0.36之間（圖1），2004、2008、2012和2016年的平均耦合協(xié)調(diào)度依次為0.314、0.331、0.347和0.354。整體上，中國城市土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率協(xié)調(diào)性整體處于輕度失調(diào)衰退，這是由于目前城市發(fā)展側(cè)重經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)而忽視生態(tài)環(huán)境。協(xié)調(diào)程度隨時(shí)間呈增強(qiáng)態(tài)勢(shì)，這是由于地方政府對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境越來越重視，注重經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)數(shù)量質(zhì)量并重，出臺(tái)了許多促進(jìn)土地集約利用和實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保護(hù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的相關(guān)政策。如推動(dòng)小城鎮(zhèn)試點(diǎn)政策，推進(jìn)農(nóng)民向小城鎮(zhèn)集中，集約利用土地；政府注重社會(huì)效益和生態(tài)效益在土地集約利用中所起的作用；政府將集約用地指標(biāo)納入經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展規(guī)劃并進(jìn)行集約用地績(jī)效考核。政府對(duì)超標(biāo)排放SO2、煙塵等企業(yè)進(jìn)行行政和經(jīng)濟(jì)處罰；大量環(huán)境技術(shù)政策的實(shí)施提高了能源和資源利用效率、減少污染物的排放，如企業(yè)在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)使用先進(jìn)的技術(shù)、清潔生產(chǎn)工藝和無毒無害的原料等等。從表4可以看出，失調(diào)衰退型地級(jí)市數(shù)量占總數(shù)的80%以上。據(jù)環(huán)境污染部門最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年中國大氣中SO2排放量居世界第一，高達(dá)1.6×108t；廢水排放量高達(dá)2.0×107t；工業(yè)煙塵排放量1.5×108t，大量污染物排放導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境受損嚴(yán)重，造成區(qū)域生態(tài)效率較低，與土地集約利用之間的協(xié)調(diào)性較差。各協(xié)調(diào)性等級(jí)數(shù)量隨時(shí)間推移主要存在3種特征：逐步增加型、逐步減少型和穩(wěn)定型。逐步增加型包含輕度失調(diào)衰退、瀕臨失調(diào)衰退和勉強(qiáng)協(xié)調(diào)3種，其中，輕度失調(diào)衰退型從2004年的107個(gè)增加到2016年的130個(gè)；瀕臨失調(diào)衰退型從2004年的42個(gè)增加到2016年的64個(gè)；勉強(qiáng)協(xié)調(diào)型從2004年的7個(gè)增加到2016年的15個(gè)。逐步減少型包含極度失調(diào)衰退、嚴(yán)重失調(diào)衰退、中度失調(diào)衰退型3種。極度失調(diào)衰退型從2004年的4個(gè)減少到2016年的1個(gè)；嚴(yán)重失調(diào)衰退型從2004年的43個(gè)減少到2016年的9個(gè)；中度失調(diào)衰退型從2004年的81個(gè)減少到2016年的65個(gè)。穩(wěn)定型主要初級(jí)、中級(jí)、良好和優(yōu)質(zhì)4種類型，研究期內(nèi)還未出現(xiàn)良好和優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)的城市，且歷年的初級(jí)和中級(jí)協(xié)調(diào)型也只出現(xiàn)個(gè)別城市。綜上，當(dāng)前只是部分城市由極度、重度或中度向輕度或?yàn)l臨失調(diào)型勉強(qiáng)協(xié)調(diào)型發(fā)生轉(zhuǎn)化，而幾乎沒有向初級(jí)、中級(jí)、良好和優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)型進(jìn)行轉(zhuǎn)化。因此，目前全國地級(jí)市土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率的協(xié)調(diào)性雖有所增強(qiáng)，但一直還是處于輕度失調(diào)狀態(tài)。這就要求各級(jí)地方政府進(jìn)一步加強(qiáng)土地集約利用和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，如積極發(fā)展綠色型經(jīng)濟(jì)，綜合考核企業(yè)土地利用所帶來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展績(jī)效和生態(tài)環(huán)境代價(jià)，提高相關(guān)企業(yè)準(zhǔn)入門檻等，促使土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率協(xié)調(diào)性大幅提高。

圖1 土地集約利用程度與區(qū)域生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)度變化趨勢(shì)

2004、2008、2012和2016年土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)度的空間分布圖如圖2所示。從圖2可以看出，2004年，中級(jí)和初級(jí)協(xié)調(diào)城市只有深圳和上海；勉型協(xié)調(diào)城市主要包含東部沿線的北京、東莞、廣州、廈門和蘇州等城市。極度失調(diào)衰退型城市散亂分布于保山、來賓、昭通和武威等幾個(gè)城市；嚴(yán)重失調(diào)衰退城市主要存在以下幾個(gè)集中區(qū)：黑河-綏化、通遼-赤峰、天水-慶陽-榆林-沂州一線和吉安-撫州-南平-寧德一線，還有部分城市散亂分布；中度失調(diào)衰退型主要有以下幾個(gè)集中區(qū)：內(nèi)蒙呼倫貝爾和黑龍江東部佳木斯-雙鴨山一線，內(nèi)蒙巴彥淖爾-鄂爾多斯一線、縱跨陜西和山西的晉中-運(yùn)城-安康-南充一帶，縱跨湖北和湖南的荊門-荊州-益陽-懷化一帶，還有位于江蘇、浙江、福建、湖南等省內(nèi)部的小型城市群。瀕臨和輕度失調(diào)衰退型城市主要位于東三省、河北、山西、陜西、河南和山東等省份組成的超大城市群；東部的長(zhǎng)三角、海峽西岸與珠三角組成的城市群及貴州、重慶組成的城市群和江西、湖南、廣西組成的城市群。2008年，中級(jí)協(xié)調(diào)型發(fā)展型城市依舊只有深圳市；勉強(qiáng)協(xié)調(diào)型城市除了2004年東部沿海的7個(gè)城市外，還增加了杭州、成都、長(zhǎng)沙、沈陽等城市。極度失調(diào)衰退型城市只有隴南和武威市；嚴(yán)重失調(diào)衰退型城市主要沿延安-慶陽-天水一線和賀州-來賓-崇左一線分布，其余散亂發(fā)生于赤峰、綏化、阜陽等城市；相比2004年，中度失調(diào)衰退型數(shù)量稍微有所減少，空間分布格局整體沒有發(fā)生太大的變化；瀕臨和輕度失調(diào)衰退型增加了個(gè)別省份的少數(shù)城市，如廣東省的河源、清遠(yuǎn)等城市，其空間分布整體格局也較為穩(wěn)定。

表4 2004—2016年各耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)地級(jí)市個(gè)數(shù)及占比

2012年，中級(jí)和初級(jí)協(xié)調(diào)型城市分別只有深圳市和東莞市；勉強(qiáng)協(xié)調(diào)型城市空間分布格局較2008年相對(duì)穩(wěn)定，個(gè)別城市發(fā)生變化。極度失調(diào)衰退型城市縮減至0；嚴(yán)重失調(diào)衰退型主要位于甘肅的定西-天水-隴南一線，其余城市散亂分布；中度失調(diào)衰退型城市存在于以下集中區(qū)：黑龍江黑河-伊春-佳木斯一線，內(nèi)蒙赤峰-通遼-白城一線，甘肅酒泉-嘉峪關(guān)-張掖一線，四川南充-資陽-眉山-樂山一線，廣西百色-河池-來賓一線，橫跨甘肅、陜西、山西所組成的超大城市群，縱跨跨河南、湖北的商州-阜陽-六安-池州一線，橫跨江西、浙江的宜春-撫州-南平-麗水一線，還有部分城市散亂分布；瀕臨和輕度失調(diào)衰退型城市整體的空間分布格局較2008年相對(duì)穩(wěn)定，局部有一定程度變化。2016年，處于極度衰退型的只有隴南市，嚴(yán)重失調(diào)衰退型的空間格局經(jīng)歷了由“聚集”到“擴(kuò)散”的變化，其余各協(xié)調(diào)類型的空間格局相比2012年整體較為穩(wěn)定，同樣只是局部存在一定改變，例如，位于黑龍江省內(nèi)的中度失調(diào)類型處于“內(nèi)縮”狀態(tài)等等。

從圖2中可以看出，協(xié)調(diào)型城市多數(shù)為省會(huì)和東部沿海的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市，此類地區(qū)土地集約利用程度較高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度也相對(duì)較高，地方政府注重融入生態(tài)和資源環(huán)境保護(hù)理念的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境的較為重視，合理的土地集約利用帶來了區(qū)域生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的同步提高；除此以外，該類城市科技創(chuàng)新能力較強(qiáng)，能源和資源的利用效率相對(duì)中西部和東北部地區(qū)要高，排放的SO2、廢水以及煙塵等污染物較少，因此，區(qū)域生態(tài)效率和土地集約利用之間表現(xiàn)出較好的同步性。失調(diào)型城市主要是中西部及東北部城市，這些經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度大都相對(duì)較低，目前以土地粗放式利用為主，并且以追逐GDP最大化為目的，一直走“高消耗、高污染、高排放、低產(chǎn)出”的經(jīng)濟(jì)發(fā)展之路，不合理的土地利用方式對(duì)地區(qū)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重土地集約利用破壞，與區(qū)域生態(tài)環(huán)境之間嚴(yán)重失調(diào)。各類型空間格局的變化與歷年各地區(qū)實(shí)施的土地利用、環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展等相關(guān)政策有關(guān)。

圖2 2004—2016年耦合協(xié)調(diào)度空間分布

綜上可見，2004年和2008年以及2012年和2016年的整體空間格局類似，局部有所變化。但相比于2008年，2012年空間格局發(fā)生較大程度改變，表現(xiàn)為失調(diào)型（極度和重度）縮減至“西南”部分城市；失調(diào)型（中度和輕度）主要在東部地區(qū)分別有所減少和增加；而失調(diào)型（瀕臨）主要沿東部沿海城市有所增加。而所有協(xié)調(diào)類的空間分布格局整體較為穩(wěn)定，但城市個(gè)數(shù)在局部有所增加或較少。歷年土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)度的空間格局呈現(xiàn)“東部和中部高，西部低”的特征，兩者的耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)明顯的“俱樂部趨同”現(xiàn)象，各城市土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率的空間分布呈現(xiàn)一定的空間集聚特征。因此，有必要運(yùn)用空間相關(guān)性分析方法對(duì)土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率的協(xié)調(diào)性的空間關(guān)聯(lián)格局進(jìn)一步分析。

2.2 耦合協(xié)調(diào)度空間關(guān)聯(lián)格局時(shí)空特征分析

全局自相關(guān)分析得到的土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度的Moran散點(diǎn)圖，鑒于歷年Moran散點(diǎn)圖的趨勢(shì)相同，只是各區(qū)間數(shù)量小幅度有所增加或減少，繪制出2016年的Moran散點(diǎn)圖（圖3）。散點(diǎn)圖以平均值為中心被分成4個(gè)象限。從各象限統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，圖中點(diǎn)主要分布在第一和第三象限，表現(xiàn)為高高集聚（H-H）和低低集聚（L-L）正相關(guān)類型。表5顯示，歷年的全局自相關(guān)指數(shù)在=0.05的水平下顯著為正，表明土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率的耦合協(xié)調(diào)度存在正向空間相關(guān)關(guān)系，耦合協(xié)調(diào)度在地域分布上有一定規(guī)律，呈空間集聚狀態(tài)。2004、2008、2012和2016年土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)度的Global moran’I指數(shù)值分別為0.079 5、0.085 6、0.102 2和0.075 9，指數(shù)先增強(qiáng)后減弱，2012年的正向空間關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)。為進(jìn)一步明晰土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)度局部的空間關(guān)聯(lián)格局，運(yùn)用GEODA軟件進(jìn)行發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度的局部空間自相關(guān)分析，并采用Arcgis繪制了顯著性<0.05水平下兩者耦合協(xié)調(diào)度的局部空間自相關(guān)Lisa圖（圖4），同時(shí)匯總了兩者耦合協(xié)調(diào)度的空間自相關(guān)類型及個(gè)數(shù)（表5）。

圖3 2016年耦合協(xié)調(diào)度Moran散點(diǎn)圖

表5 全局自相關(guān)指數(shù)顯著性檢驗(yàn)

注：HH為高高集聚；HL為高低集聚；LH為低高集聚；LL為低低集聚

從表6可以看出，2004年，HH和LL型分別占地級(jí)市總數(shù)的25.5%與17.8%；HL和LH型共占總數(shù)19.9%；非顯著型占地級(jí)市總數(shù)的36.4%。2008年，HH和LL型分別占總數(shù)的28.0%與18.2%；HL和LH型共占總數(shù)18.5%；非顯著型占總數(shù)的35.3%。2012年，HH和LL型分別占總數(shù)的29.7%與16.4%；HL和LH型共占總數(shù)18.5%；非顯著型占總數(shù)的35.3%。2016年，HH和LL型分別占總數(shù)的24.5%與17.5%；HL和LH型共占總數(shù)19.2%；非顯著型占總數(shù)的38.8%。由表6可知，HL、LH和LL型數(shù)量隨時(shí)間推移較為穩(wěn)定；HH型區(qū)隨時(shí)間推移數(shù)量先增后減；而非顯著型類型區(qū)先減后增。從圖4看，空間分布上，HH和LH型區(qū)主要位于東部地區(qū)，LL和HL型主要位于偏西部地區(qū)，非顯著型主要位于中部，各類型空間分異明顯。土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率的協(xié)調(diào)性呈現(xiàn)一定的空間聚集特征：其中，HH、LL和LH類型主要以“組團(tuán)”形式出現(xiàn)，呈顯著集聚特征，HL型除在2004年呈現(xiàn)出部分聚集性特征外，其余年份大都隨機(jī)分布在LL型周圍。HH型區(qū)在2012年之前整體格局較為穩(wěn)定，2016年則表現(xiàn)為大量減少，有“向北縮減”的趨勢(shì)；HL型區(qū)隨時(shí)間推移發(fā)生了由“聚集”轉(zhuǎn)為“擴(kuò)散”的變化；LL型局部發(fā)生了變化，表現(xiàn)為重慶、恩施、遵義等幾城市由HL型轉(zhuǎn)化而來，2012和2016年的空間格局較為穩(wěn)定；LH和非顯著型區(qū)的空間格局隨時(shí)間推移較為穩(wěn)定。

各類型區(qū)的集聚特征與城市之間土地集約利用所帶來的區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)空間溢出與空間輻射息息相關(guān)。對(duì)東部地區(qū)而言，地區(qū)之間的土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)度較高，區(qū)域之間存在著高協(xié)調(diào)輻射與溢出，形成HH型區(qū)；同時(shí)，高協(xié)調(diào)城市與相鄰的低協(xié)調(diào)城市形成LH型區(qū)。對(duì)偏西部地區(qū)而言，地區(qū)之間的土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)度較低，區(qū)域之間存在著低協(xié)調(diào)輻射與溢出，形成LL型區(qū)；同時(shí)個(gè)別高協(xié)調(diào)城市與相鄰的低協(xié)調(diào)城市形成HL型區(qū)。結(jié)合兩者耦合協(xié)調(diào)度的空間分布圖（圖2）分析可知，HH型區(qū)域?qū)?yīng)的主要是中級(jí)、初級(jí)協(xié)調(diào)區(qū)、瀕臨和輕度失調(diào)區(qū)；HL型區(qū)域主要對(duì)應(yīng)的是輕度和中度失調(diào)區(qū)；LL型區(qū)域主要對(duì)應(yīng)中度、嚴(yán)重和極度失調(diào)區(qū)；LH型區(qū)域主要對(duì)應(yīng)的是輕度、中度和嚴(yán)重失調(diào)區(qū)。可見，基于局部空間自相關(guān)分析得到的耦合協(xié)調(diào)度的空間關(guān)聯(lián)圖與其空間分布的實(shí)際情況基本相符。

表6 2004—2016年耦合協(xié)調(diào)度空間自相關(guān)類型的地級(jí)市個(gè)數(shù)及占比

3 結(jié)論討論與政策建議

本文以2004—2016年全國284個(gè)地級(jí)市為研究對(duì)象，在評(píng)價(jià)和測(cè)度土地集約利用程度和區(qū)域生態(tài)效率的基礎(chǔ)上，構(gòu)建兩者的耦合協(xié)調(diào)度模型和采用空間自相關(guān)方法分別分析了兩者耦合協(xié)調(diào)度的時(shí)空變化特征和空間關(guān)聯(lián)格局的時(shí)空演變規(guī)律。得到的主要結(jié)論如下：

1）全國地級(jí)市土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率的協(xié)調(diào)等級(jí)整體處于輕度失調(diào)衰退階段，兩者的協(xié)調(diào)性不容樂觀；協(xié)調(diào)程度隨時(shí)間推移呈增強(qiáng)態(tài)勢(shì)。空間上，耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)整體表現(xiàn)出東中部地區(qū)高于偏西部地區(qū)的特征；空間分布格局在2004—2008年和2012—2016年兩時(shí)間段間整體較為穩(wěn)定，局部有所變化；但2012年耦合協(xié)調(diào)度的空間分布格局較2008年變化明顯，主要體現(xiàn)在極度、嚴(yán)重和中度失調(diào)3種類型，表現(xiàn)為極度失調(diào)區(qū)個(gè)數(shù)在空間上急劇減少，嚴(yán)重失調(diào)區(qū)由全國范圍縮減至偏西部地區(qū)，中度失調(diào)區(qū)則呈現(xiàn)更進(jìn)一步“集聚”的態(tài)勢(shì)，其他類型區(qū)空間格局較為穩(wěn)定，只是局部在數(shù)量上有所變化。

2）全局自相關(guān)結(jié)果表明全國地級(jí)市土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率的耦合協(xié)調(diào)度存在著顯著的正向空間相關(guān)關(guān)系，相關(guān)程度先增強(qiáng)后減弱。局部空間自相關(guān)結(jié)果顯示，耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)明顯的空間集聚特征，表現(xiàn)為HH、LL和LH型聚集性較強(qiáng)，多以“組團(tuán)”形式出現(xiàn)；而HL類型除2004年表現(xiàn)出部分聚集規(guī)律外，其余年份大都無規(guī)律分布于LL類型周圍。HH和HL類型主要位于東部，而LL和LH類型主要位于偏西部地區(qū)。各類型區(qū)整體空間分布格局隨時(shí)間推移較為穩(wěn)定，只是局部發(fā)生不同程度的變化。

基于上述研究結(jié)論，為提高土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率的協(xié)調(diào)性，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展，本文提出如下政策建議：1）加強(qiáng)土地合理集約利用。加強(qiáng)規(guī)劃，調(diào)控土地利用方向，引導(dǎo)人口、產(chǎn)業(yè)等要素的合理流動(dòng)。進(jìn)一步推進(jìn)小城鎮(zhèn)試點(diǎn)工作，將人口向小城鎮(zhèn)集中，集約利用土地；注重生態(tài)效益和社會(huì)效益對(duì)土地集約利用的貢獻(xiàn)程度，合理考慮人口密度、人均建設(shè)用地、人均綠地面積等指標(biāo)；2）制定科學(xué)合理的環(huán)境經(jīng)濟(jì)和環(huán)境技術(shù)政策。如地方政府可對(duì)利用廢水、廢氣、廢渣等廢棄物作為原料進(jìn)行生產(chǎn)的企業(yè)長(zhǎng)期免征所得稅。同時(shí)，加強(qiáng)對(duì)技術(shù)落后企業(yè)、工廠等的技術(shù)改造，引導(dǎo)企業(yè)采用先進(jìn)的技術(shù)和清潔的生產(chǎn)工藝，提高資源和能源的利用效率，減少污染物的排放；3）政府相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)城市的監(jiān)控與管理。必須加強(qiáng)對(duì)處于極度、重度和中度失調(diào)衰退型城市的土地集約利用政策調(diào)控和區(qū)域生態(tài)環(huán)境治理，促進(jìn)協(xié)調(diào)程度改善。重點(diǎn)加強(qiáng)勉強(qiáng)協(xié)調(diào)區(qū)和瀕臨失調(diào)區(qū)兩類過度型城市的監(jiān)控，促進(jìn)兩者耦合協(xié)調(diào)度向更高類型轉(zhuǎn)化；進(jìn)一步加強(qiáng)處于中級(jí)和初級(jí)協(xié)調(diào)區(qū)土地集約利用程度和區(qū)域生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化和改善，促使其向良好和優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)型轉(zhuǎn)變；4）科學(xué)分區(qū)管控并積極推進(jìn)市域之間技術(shù)與創(chuàng)新合作。正相關(guān)類型（HH和LL）和負(fù)相關(guān)類型（HL和LH）分別是空間擴(kuò)散效應(yīng)和空間極化效應(yīng)的客觀體現(xiàn)。HH型為高耦合協(xié)調(diào)度高度集中區(qū)，受空間擴(kuò)散效應(yīng)的影響，應(yīng)劃為“協(xié)調(diào)優(yōu)勢(shì)區(qū)”；LL型與HH型相反，應(yīng)劃為“協(xié)調(diào)全面改良區(qū)”；HL型為局部區(qū)域內(nèi)高耦合協(xié)調(diào)度城市集中于中部，被周邊低耦合協(xié)調(diào)度城市包圍，受空間極化效應(yīng)的影響，HL易轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)L型，應(yīng)劃為“協(xié)調(diào)適度保護(hù)區(qū)”；LH型則與HL型相反，應(yīng)劃為“重點(diǎn)改良區(qū)”。在分區(qū)的基礎(chǔ)上，要充分發(fā)揮HH型城市的土地利用、環(huán)境創(chuàng)新和技術(shù)優(yōu)勢(shì)等，引領(lǐng)HL、LH和LL型城市土地利用和環(huán)境技術(shù)改造。具體而言，就是要中西部和東北部城市要借鑒和引進(jìn)東部沿海城市的土地利用、環(huán)境治理等的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展。

本文雖然對(duì)土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)度時(shí)空格局及其空間關(guān)聯(lián)格局的時(shí)空演變特征進(jìn)行了分析，但囿于數(shù)據(jù)的可獲取性，土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率測(cè)度的指標(biāo)體系還需進(jìn)一步的完善和優(yōu)化；例如，土地集約利用中的生態(tài)效益方面只選取了人均綠地面積和建成區(qū)綠化覆蓋率指標(biāo)，后期還可增加污水集中處理率和生活垃圾無害化處理率等指標(biāo)；生態(tài)效率測(cè)算中非期望產(chǎn)出指標(biāo)還可以增加城市垃圾清運(yùn)量等指標(biāo)，使得測(cè)算結(jié)果更加精確；另外，本文只是對(duì)兩者的時(shí)空格局特征及關(guān)聯(lián)格局規(guī)律做了定性層面的研究，在未來的研究中，應(yīng)分析兩者之間更為具體的影響機(jī)制，從定量化的角度揭示最優(yōu)區(qū)域生態(tài)效率視角下的城市土地集約利用程度，為城市的建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供更為科學(xué)的參考。

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Spatiotemporal pattern of coupling coordination degree between land intensive use and regional ecological efficiency in China

Zhu Qingying, Chen Yinrong※, Hu Weiyan, Mei Yun

(,,430070,)

There is a complex interaction mechanism between land intensive use and regional ecological efficiency, and research on their coupling coordination is of great significance to promote urban sustainable development and construction of ecological civilization. Based on the definition of land intensive use and regional ecological efficiency, this paper established an evaluation index system to measure land intensive use and regional ecological efficiency respectively. Firstly, the entropy weight method and the non-expected output super-efficient SBM model were employed to evaluate and measure the land intensive use degree and regional ecological efficiency of 284 prefecture-level cities from 2004 to 2016 in China respectively. Secondly, the coupling coordination degree model was adopted to evaluate their coordination degree, and the paper analyzed the spatial-temporal evolution characteristics of coupling coordination degree.The spatial auto-correlation method was employed to measure the spatial correlation pattern of the coupling coordination degree between intensive land use and regional ecological efficiency. The results showed that the coordination of land intensive use and regional ecological efficiency of prefecture-level city was in a mild imbalance stage at present in the whole, and the coupling coordination degree between the two increased over the time.The spatial distribution of the coordination between land intensive use and regional ecological efficiency showed a pattern of “higher in the mid and east, lower in the west”; and the spatial distribution of the coupling coordination degree between the two had little transformation over the time.The global spatial auto-correlation results showed that there was a significant positive correlation of the coupling coordination degree between land intensive use and regional ecological efficiency, and the correlation degree between the two increased first and then weakened over the time.The results of local spatial auto-correlation analysis showed that there were four types of the coordination spatial association between land intensive use and regional ecological efficiency, these were the spatial positive correlation type including high-high aggregation (HH) and low-low aggregation (LL) and the spatial negative correlation type including high-low aggregation (HL) and low-high aggregation (LH).The results showed that spatial positive correlation type of HH and LH were mainly distributed in the east, and the spatial negative correlation type of HL and LL were mainly distributed in the middle region,the types of HH,LH and LL emerged as the shape of cluster and always had a powerful agglomeration, and the LH type distributed discretely; except for the HL type, the overall pattern of the spatial distribution of the other types were stable over the time relatively and only the number increased or decreased partially. The major findings derived from the study can be summarized as follows: it is necessary to implement scientific environmental economic and environmental technology policies, strengthen differentiated monitoring and management of cities, carry out district management and control rationally and promote technical and innovation cooperation between cities. Only in this way, can we enhance the coordination of land intensive use and regional ecological efficiency, then promote the sustainable development of the cities.

land use; ecology; coupling coordination degree; spatiotemporal pattern; spatial correlation pattern

朱慶瑩，陳銀蓉，胡偉艷，梅 昀. 中國土地集約利用與區(qū)域生態(tài)效率耦合協(xié)調(diào)度時(shí)空格局[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2020，36(4)：234－243. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.04.028 http://www.tcsae.org

Zhu Qingying, Chen Yinrong, Hu Weiyan, Mei Yun. Spatiotemporal pattern of coupling coordination degree between land intensive use and regional ecological efficiency in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering

(Transactions of the CSAE), 2020, 36(4): 234－243. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.04.028 http://www.tcsae.org

2019-08-17

2020-02-06

國家社科基金項(xiàng)目：基于系統(tǒng)仿真的城市土地利用碳排放分析與低碳利用調(diào)控研究（批準(zhǔn)號(hào)：14BGL203）；規(guī)劃基金項(xiàng)目：生計(jì)資本視角下農(nóng)地流轉(zhuǎn)行為決策機(jī)理、績(jī)效評(píng)估與改進(jìn)研究

朱慶瑩，博士生。主要研究方向?yàn)橥恋刭Y源經(jīng)濟(jì)與土地利用規(guī)劃。Email：1257019206@qq.com

陳銀蓉，教授，博士生導(dǎo)師。主要研究方向?yàn)橥恋亟?jīng)濟(jì)與管理。Email：chyinrong@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.04.028

F301.2

A

1002-6819(2020)-04-0234-10