成渝城市群土地利用效益與生態(tài)環(huán)境耦合協調關系

楊曉涵 唐祥云

摘要：在構建土地利用效益與生態(tài)環(huán)境水平評價指標體系的基礎上，運用變異系數法確定權重，結合耦合協調度模型揭示了成渝城市群2006-2016年土地利用效益和生態(tài)環(huán)境水平耦合協調度的時間和空間變化情況。結果表明，成渝城市群各城市的土地利用效益表現出逐步上升的趨勢，上升速度逐年放緩，內部差異顯著。各城市生態(tài)環(huán)境水平也基本呈現逐年增長的趨勢，少部分城市在2011年以后開始出現回落。成渝城市群土地利用效益與生態(tài)環(huán)境的協調度亟須加強，大部分城市常年處于失調狀態(tài)，以中度失調和瀕臨失調為主，耦合度的空間變化表現為從成都市開始向城市群的東北再向東南上升的態(tài)勢。

關鍵詞：成渝城市群;土地效益;生態(tài)環(huán)境;耦合

中圖分類號：F061.6 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）09-0177-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.09.038

改革開放40年，中國經歷了快速的城鎮(zhèn)化擴張過程。一方面，由于建設用地粗放利用，無序擴張等現象而導致土地經濟和社會效益低下，人地矛盾加劇;另一方面，粗放型的土地利用模式往往忽略了對生態(tài)環(huán)境的保護，由環(huán)境污染和對土地不當利用而引發(fā)的土地承載力和土地質量降低，甚至生態(tài)系統(tǒng)退化等一系列問題日益凸顯，城市生態(tài)環(huán)境面臨著前所未有的挑戰(zhàn)[1，2]。實現環(huán)境友好型的土地利用模式，在提升土地利用效益、實現土地的綜合高效利用的同時提高城市生態(tài)環(huán)境質量也成為學術界研究的熱點問題。

國內學者對土地利用效益耦合協調關系進行了定量分析和實證分析。在土地利用效益的界定和評價上，從開始的單項土地利用效益向土地的社會、經濟、生態(tài)效益的多維效益轉變[3];在研究內容上，多采用耦合協調度模型等對不同地區(qū)的土地利用效益和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)進行量化分析，針對存在的問題提出了對策和建議[4-6]，也有學者從生態(tài)安全、城市擴張、碳儲量等視角出發(fā)，對土地利用效益與生態(tài)環(huán)境兩大系統(tǒng)的耦合關系進行了探析[6-9]。從研究對象上看，較多研究將土地利用效益系統(tǒng)看成是由社會效益、經濟效益、生態(tài)效益3個子系統(tǒng)組成，以此來判別三者之間的相互耦合關系，而將社會經濟效益合并，重點突出土地利用，對生態(tài)環(huán)境影響的研究較少。從研究尺度上看，以覆蓋到全國、省域、城市圈、流域到單一的城市和縣域，研究尺度不斷細化，而涉及城市群這一尺度的研究相對較少[10]。研究區(qū)域主要集中在經濟發(fā)達、城鎮(zhèn)化水平較高的中國東南部、中部等區(qū)域，而對正處于加速城鎮(zhèn)化過程中的廣大中西部區(qū)域重視不夠，缺乏對部分區(qū)域城市發(fā)展過程中土地利用問題的研究與指導。

基于此，選取對中國中西部發(fā)展有重要帶動意義的成渝城市群作為研究區(qū)域，構建土地的社會經濟效益系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境效益系統(tǒng)評價指標體系，結合耦合協調度模型定量分析土地利用效益與生態(tài)環(huán)境耦合的時序變化特征，為推進成渝城市群的可持續(xù)發(fā)展與規(guī)劃提供有益的借鑒與參考。

1 數據與研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

成渝城市群位于中國西南，是西部地區(qū)最大的城市集聚區(qū)，其輻射范圍包括四川、重慶、云南、貴州、西藏、甘肅、青海、陜西，戰(zhàn)略地位十分重要。其行政區(qū)劃分別包括了四川和重慶的部分地區(qū)，其中15個地級市120個區(qū)（縣）屬四川省，30個區(qū)（縣）屬于重慶市管轄。成渝城市群地形復雜，地貌類型多樣，是四川盆地的核心地帶，地貌以丘陵為主，中間為成都平原，四周為中低山環(huán)繞。獨特的盆地地形使成渝城市群的氣候相比同緯度的其他地區(qū)偏暖濕，年均氣溫在15℃左右。該地區(qū)城鎮(zhèn)化水平相比全國仍處于較低水平，是中國今后相當一段時間城鎮(zhèn)化發(fā)展的重點區(qū)域。

1.2 數據來源

為研究2006-2016年成渝城市群土地利用和生態(tài)環(huán)境的變化情況，以5年為1個時間截面，由于年鑒中所記錄數據均為上一年實際發(fā)生的數據情況，故分別選取了2007、2012、2017年的《中國城市統(tǒng)計年鑒》《四川統(tǒng)計年鑒》《重慶統(tǒng)計年鑒》《成都統(tǒng)計年鑒》，部分數據通過年鑒中的數據計算所得，部分缺失數據通過插值法補充。由于數據獲得和區(qū)域的限制，重慶的數據采取其市轄區(qū)的數據進行表征。

1.3 研究方法

1.3.1 建立指標體系 通過統(tǒng)計CNKI中相關文獻對土地利用效益和生態(tài)環(huán)境的指標頻度[1-15]，結合研究目的和研究區(qū)域的實際情況，建立成渝城市群土地利用效益與生態(tài)環(huán)境水平綜合評價指標體系，見表1。從社會效益和經濟效益兩個層面對土地利用效益進行測度，依據壓力-狀態(tài)-響應（PSR）模型，選取3個目標層表示城市的生態(tài)環(huán)境水平。

1.3.2 指標的標準化處理由于指標的單位和大小不一，為了使各個變量能夠綜合計算，應先對所有的指標進行無量綱的標準化處理。標準化處理的公式如（1）。

Z_ij為標準化后的數據，X_ij為每個指標的原始值，x_i為均值，s_j為該項指標的標準差。其中對于影響土地利用效益和生態(tài)環(huán)境的負向指標，標準化之后再取其相反數處理，得出土地利用效益與生態(tài)環(huán)境的標準化數據。

1.3.4 變異系數法確定權重 采取變異系數法確定指標權重，該方法能充分利用指標本身所提供的信息，可以防止因指標量綱不同而對權重產生影響，因而更能反映指標的相對重要程度[18]。公式如（2）、（3）。

式中，V_i為第i項指標的變異系數，σ_i為該項指標的標準差，x_i為該項指標的平均值;w_i為第i項指標的權重。

1.3.2 耦合協調度模型 耦合作為物理學概念，是指兩個或兩個以上體系或運動形式通過各種相互作用而彼此影響的現象，耦合度則用來描述系統(tǒng)或要素相互影響的程度[11]。耦合度大小反映了對區(qū)域土地利用效益一生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的作用強度和貢獻程度，決定著系統(tǒng)在達到臨界區(qū)域時由無序走向有序的趨勢[12]。兩個系統(tǒng)的耦合度可用模型（4）表示。

式中，C為兩者耦合度大小，u_i（i=1，2）分別為土地利用系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的綜合發(fā)展水平。

由于耦合度更多的是反映系統(tǒng)要素的相似性，不能很好地反映要素發(fā)展的整體水平及兩者的協同效應，不能很好地表征土地利用效益與生態(tài)環(huán)境的發(fā)展水平及其協調性，進一步構造耦合協調度模型，公式如（5）。

D=（C+T）^1/2，T=αu₁+βU₂。（5）

D為耦合協調度;T為土地利用效益與生態(tài)環(huán)境的綜合協調指數;α、β分別為土地利用效益和生態(tài)環(huán)境對城市發(fā)展的貢獻程度，考慮到二者貢獻度不分彼此，此處取α=β=0.5。根據耦合協調度D大小，可以將土地利用效益與生態(tài)環(huán)境的協調類型劃分為六大類型，見表2。

2 成渝城市群土地利用效益與生態(tài)環(huán)境耦合協調度時序特征

2.1 各城市綜合水平和耦合協調度的計算

對原始數據進行標準化處理，通過SPSS 22軟件計算土地利用效益和生態(tài)水平的各項指標，再由各項指標值乘以其權重分別得到2006、2011和2016年成渝城市群土地利用效益水平和生態(tài)環(huán)境水平得分，為了便于分析將最終得分轉換為百分制。根據公式（4）、（5）得出研究時段3年的城市群內部各城市土地利用效益和生態(tài)環(huán)境耦合度C，計算出協調度D。結果見表3。

2.2 土地利用效益時序變化分析

為更好地分析成渝城市群土地利用效益的變化情況，根據表3繪制出研究時間段成渝城市群各城市的土地利用效益水平綜合指數折線（圖1）。

從圖1可見從2006-2016年，成渝城市群各城市的土地利用效益水平總體呈上升趨勢。2011年末較2006年末而言，各城市的平均土地利用效益提高了99%，漲幅明顯：2011年和2016年相比，各城市平均土地利用效益同比增長29.5%，說明這一時段土地利用效益的增加速度放緩，增幅減弱，其中，綿陽、樂山、南充、達州、雅安5市幾乎沒有增加;廣安、成都、資陽3市的漲幅較為顯著。國家更加重視提高土地的利用效率和開發(fā)強度，接連出臺了政策以調整土地利用結構，轉變土地利用方式，如對城市低效利用土地的二次開發(fā)、土地集約節(jié)約利用、土地碳減排等，土地利用效益的逐年增加可能與這些政策的實施和社會經濟發(fā)展水平的提高相關。廣安市2016年地均貨運量為46.2萬t/km²，是2016年該指標平均值3.7萬t/km²的12.5倍，廣安市作為連接成渝經濟走廊的重要城市和川東北重要交通樞紐，承載了大量的貨物運輸，土地利用社會效益作用明顯，是2016年廣安市土地利用效益得分猛增的主要原因。除成都市以外，大部分城市土地利用水平處于中等偏下狀態(tài)。成都作為四川的省會城市，自古有天府之國的美譽，是西南地區(qū)的金融、科技、文化中心和重要交通樞紐，其城市規(guī)模和城市綜合實力一直在西部地區(qū)處于領先地位;重慶自成立直轄市后在國家多項政策的幫助下，城市規(guī)模和城市等級得到迅速提升，經濟水平也不斷增強，但距離成都市的綜合土地利用效益水平還有一定差異，未體現出成渝城市群雙核心城市之一的優(yōu)勢，未來還需進一步落實土地利用政策，提高土地利用效益水平。

生態(tài)環(huán)境水平也基本呈現逐年增長的趨勢，自貢、內江、樂山和重慶幾個城市的生態(tài)環(huán)境水平在研究時間段內有較為顯著的增長，但成都、綿陽、樂山3市在2011年以后開始出現回落，特別是成都市降幅明顯，這可能與城市發(fā)展過程中對資源的消耗過大，導致生態(tài)環(huán)境壓力過大，建設用地無序擴張嚴重有關（圖2）。2016年成都市地均社會用電量為251.5萬kW·h/km²，遠高于城市群內的均值45.46萬kW·h/km²，2016年成都市新增建設用地167km²，而成渝城市群的各城市平均新增建設用地約為20km²。各城市的生態(tài)環(huán)境差異水平隨時間推移而逐漸縮小。

2.3 耦合協調度分析

根據計算得出的耦合協調度，繪制出各城市的協調度折線，如圖3所示。成渝城市群16市土地利用效益與生態(tài)環(huán)境2個系統(tǒng)具有較強的耦合交互作用，二者的依托關系密切。不同城市處在不同的發(fā)展水平，協調程度也存在差異，但大多數城市的協調度表現出在2006-2011年5年中增長顯著而在后5年時間段內增加滯緩的情況。

根據計算得出的耦合協調度，對照表2中的劃分標準，得出成渝城市群16個市土地利用效益和生態(tài)環(huán)境的耦合協調度類型?；贕IS分析平臺，根據協調度D區(qū)間劃分標準，進行空間化處理，生成圖4。從空間分布來看，2006年除成都市處于瀕臨失調階段以外，其余各市的協調度均處于中度失調，特別是雅安市與其他各市差異較大，雅安市的土地利用效益嚴重滯后其生態(tài)環(huán)境水平，從指標中反應出其地均GDP和地均工業(yè)總產值這2個指標處于墊底，遠落后于其他各城市水平，應吸引眾多產業(yè)入駐提高其工業(yè)總產值和經濟發(fā)展水平。成都市自2011年開始進入勉強協調階段，借用EKC曲線理論來解釋可認為，城市發(fā)展進入“倒U形曲線”的后階段，決策者開始注重提高土地利用的質量和生態(tài)環(huán)境質量，在發(fā)展過程中開始施加環(huán)保壓力，城市綠色發(fā)展和生態(tài)文明建設有了初步的實施結果，協調發(fā)展度穩(wěn)步上升。川東北地區(qū)的幾個城市轉入瀕臨失調階段，而川東南的幾個城市協調度仍然滯后。到2016年，位于成渝經濟走廊區(qū)域的廣安和資陽兩市由瀕臨失調轉為勉強協調階段，這兩個城市的土地利用效益水平不高，但其生態(tài)環(huán)境與其發(fā)展水平匹配，致使二者協調階段高于其他城市。除綿陽、樂山和雅安3市處于中度失調階段外，其余各市也轉入瀕臨失調階段。綿陽市的土地利用效益水平和生態(tài)環(huán)境水平在2011年和2016年幾乎無增長，導致其協調度發(fā)展幾乎處于停滯狀態(tài)。指標上反映為土地利用效益增長緩慢，未及各城市的平均水平。例如2011-2016年，各城市地均固定資產投資增幅為79.5%，而綿陽市該項指標僅為39.8%，僅為平均增幅的1/2。未來綿陽市應采取措施實現城市經濟水平的穩(wěn)步增長及土地利用經濟效益水平的提高。

3 小結與討論

成渝城市群各城市的土地利用效益表現出逐步上升的趨勢，上升速度逐年放緩，內部差異顯著。生態(tài)環(huán)境水平也基本呈現逐年增長的趨勢，自貢、內江、樂山和重慶幾個城市的生態(tài)環(huán)境水平在研究時間段內有較為顯著的增長，但部分城市在2011年以后開始出現回落。在未來要注意采取相應措施加大對生態(tài)環(huán)境的保護力度，著力控制化石能源的消費量;對“三廢”排放嚴加管控，最大限度地降低“三廢”對生態(tài)環(huán)境的影響;要加快提高工業(yè)固體廢物綜合利用率及工業(yè)重復用水率。通過以上措施逐步減輕生態(tài)環(huán)境壓力，實現土地利用效益與生態(tài)環(huán)境水平的同步協調發(fā)展。

成渝城市群土地利用效益與生態(tài)環(huán)境的協調度在研究時段內整體不高，大部分城市常年處于失調狀態(tài)，土地利用效益與生態(tài)環(huán)境之間的協調性有待加強。隨著時間的推進和城市發(fā)展，耦合度的空間分異與變化表現為從成都市開始向城市群的東北再向東南上升的態(tài)勢。未來應重點加強位于城市群西南部的雅安、樂山以及位于城市群東北部的綿陽市的土地利用效益管理，調整城市內產業(yè)結構，提升土地利用效益，以帶動生態(tài)環(huán)境效益的提升，使成渝城市群的發(fā)展更加均衡。

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收稿日期：2019-08-15

基金項目：湖北省國土整治局國土空間優(yōu)化方法與路徑專題研究項目（DTCG-190404）

作者簡介：楊曉涵（1994-），女，四川自貢人，在讀碩士研究生，研究方向為土地資源管理，（電話）18571605007（電子信箱）yangxiaohan@whu.edu.cn;通信作者，唐祥云，男，副教授，（電子信箱）463984255@qq.com。