河南省國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)聯(lián)時空格局研究

謝曉彤 李效順

(1.中國礦業(yè)大學(xué)中國資源型城市轉(zhuǎn)型發(fā)展與鄉(xiāng)村振興研究中心， 徐州 221116;2.江蘇自然資源智庫中國礦業(yè)大學(xué)研究基地， 徐州 221116)

0 引言

國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境之間客觀上具有交互脅迫關(guān)系，國土空間是人類生產(chǎn)生活和社會經(jīng)濟(jì)活動以及生態(tài)文明建設(shè)的重要空間載體，國土空間格局是自然生態(tài)過程與人文社會系統(tǒng)交互耦合作用的綜合體現(xiàn)[1-2]。改革開放以來，我國的城鎮(zhèn)化率從1978年的17.92%增長至2018年的59.58%，尤其是2000年以來城市化步入快速發(fā)展階段，我國建設(shè)區(qū)規(guī)模從1981年的7×103km2迅速擴(kuò)張至2018年的5.8×104km2。另外，工業(yè)用地一直在我國國土空間格局中扮演重要角色，其占建設(shè)用地比重長期保持在20%以上，而東部及北部等工業(yè)重鎮(zhèn)甚至突破30%，工業(yè)用地偏多、生活用地偏少、生態(tài)空間供給不足、人居矛盾突出逐步影響我國國土空間結(jié)構(gòu)。國土資源過度開發(fā)、粗放利用的增長模式，人口過度集聚和侵占自然資源，勢必造成生態(tài)環(huán)境的破壞[3-4]。在持續(xù)快速的城市化進(jìn)程以及國土空間結(jié)構(gòu)逐漸失衡的現(xiàn)實背景及相關(guān)政策導(dǎo)向下，如何協(xié)調(diào)國土空間利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)，科學(xué)引導(dǎo)國土空間有序開發(fā)，成為實現(xiàn)區(qū)域全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境既相互作用又相互約束，一方面，通過合理開發(fā)國土空間格局，促使空間內(nèi)各類要素合理流動與高效集聚，進(jìn)而推進(jìn)城市土地集約利用，改善生態(tài)環(huán)境，而生態(tài)環(huán)境的良好發(fā)展則會降低經(jīng)濟(jì)增長產(chǎn)生的資源消耗；另一方面，國土空間的過度開發(fā)會導(dǎo)致環(huán)境污染及資源浪費，而生態(tài)環(huán)境水平的下降意味著資源環(huán)境承載能力和土地集約利用水平的減弱，進(jìn)而制約高質(zhì)量國土空間格局的開展[5]。目前，國內(nèi)外學(xué)者對城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的相關(guān)研究主要涉及3方面：①針對國土空間開發(fā)與格局優(yōu)化的研究[6-7]，如黃賢金等[8]、林伊琳等[9]以黃河流域和滇中城市群為研究對象，基于國土開發(fā)強(qiáng)度和生態(tài)安全格局為視角分析國土空間格局優(yōu)化路徑。隨著國土空間規(guī)劃工作的全面開展，關(guān)于國土空間分區(qū)優(yōu)化及開發(fā)適宜性評價的研究亦逐漸增多[10-12]。②針對城市發(fā)展進(jìn)程中生態(tài)環(huán)境保護(hù)與治理的單一維度研究，主要涉及生態(tài)環(huán)境中的土地利用、水資源利用、環(huán)境污染等問題與城市發(fā)展的關(guān)系研究[13-17]。③針對城市化與生態(tài)環(huán)境的交互耦合關(guān)系及作用機(jī)理研究，例如從人口、空間、經(jīng)濟(jì)和社會等層面探討城市化對生態(tài)環(huán)境的脅迫作用，從生態(tài)資源、生態(tài)壓力和生態(tài)響應(yīng)等層面分析生態(tài)環(huán)境對城市化的約束效應(yīng)[18-20]。研究尺度上涵蓋國家、城市群、省域、市域等，并多以長三角、珠三角、京津冀等城市群，流域以及城市為研究重點[21-23]，研究方法主要包括GIS空間分析[24]、耦合協(xié)調(diào)度模型[25]、空間相關(guān)分析[26]、PSR模型[27]以及部分?jǐn)?shù)學(xué)模型[28]等。

綜上可見，學(xué)者們在不同層面已開展大量研究，但尚存在一些不足。目前針對國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)作用關(guān)系的研究較少，而且關(guān)于交互作用層面，多側(cè)重于兩類系統(tǒng)間耦合協(xié)調(diào)度在時間維度上的排序，動態(tài)化規(guī)律引入不足。國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境間的相互關(guān)系受制于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段和地域分異規(guī)律，具有一定的空間關(guān)聯(lián)特征，但以往研究偏重于測度出兩類系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)類型，空間關(guān)聯(lián)性研究不足?；诖?，面向國土空間高質(zhì)量發(fā)展的現(xiàn)實需求，本文以河南省市域單元為研究對象，選擇經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的2008—2018年為研究時段，對國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的交互耦合機(jī)制進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境綜合評價指標(biāo)體系以測度國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指數(shù)的演變趨勢，并借助耦合協(xié)調(diào)模型和空間自相關(guān)方法，探析國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)的時空分異特征以及空間關(guān)聯(lián)時空格局，以期為探索河南省國土空間高質(zhì)量發(fā)展路徑，實現(xiàn)區(qū)域社會-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供新思路和參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況、指標(biāo)體系與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

河南省界于北緯31°23′～36°22′，東經(jīng)110°21′～116°，位于我國中部、黃河中下游，土地面積1.67×105km2，地勢西高東低，山地、丘陵、平原、盆地等地貌類型齊全，氣候四季分明，植被類型豐富，國土空間自然稟賦優(yōu)勢突出。河南省作為我國農(nóng)業(yè)、人口和經(jīng)濟(jì)大省，近年來實現(xiàn)了城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的快速推進(jìn)，但在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時，河南省自然資源約束趨緊，經(jīng)濟(jì)發(fā)展給生態(tài)環(huán)境帶來的壓力不斷增大，國土空間格局結(jié)構(gòu)逐漸失衡。因此，亟需通過合理判斷國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境間的交互耦合關(guān)系，優(yōu)化國土空間格局。

1.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

協(xié)調(diào)國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)，是實現(xiàn)區(qū)域全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。河南省國土空間通過人口集聚、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、用地擴(kuò)張等給生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞，而生態(tài)環(huán)境由于環(huán)境惡化、生態(tài)破壞、資源枯竭等原因約束著國土空間的良好發(fā)展，國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境間的交互耦合關(guān)系如圖1所示。為準(zhǔn)確反映國土空間開發(fā)系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的交互耦合機(jī)制，考慮到數(shù)據(jù)指標(biāo)的可獲得性，分別從2個系統(tǒng)層、6個準(zhǔn)則層、26項指標(biāo)構(gòu)建國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境綜合評價指標(biāo)體系。國土空間開發(fā)系統(tǒng)主要反映國土空間的開發(fā)現(xiàn)狀與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度，其中國土空間承載能力以城鎮(zhèn)用地比例、農(nóng)村用地比例表征區(qū)域空間承載能力，以交通用地密度表征區(qū)域交通承載強(qiáng)度，以每萬人擁有建成區(qū)面積表征區(qū)域城市人口所占土地面積；社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平方面以經(jīng)濟(jì)密度、地均工業(yè)總產(chǎn)值及二三產(chǎn)業(yè)比重反映區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度，以人均社會消費品零售總額、城鄉(xiāng)居民可支配收入比表征人們的物質(zhì)生活條件，以在校大學(xué)生人數(shù)及醫(yī)院床位數(shù)表征區(qū)域社會保障水平；人口規(guī)?，F(xiàn)狀方面以人口密度、人口城鎮(zhèn)化率及人口自然增長率反映區(qū)域土地面積上的人口數(shù)量，以二三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員比重表征區(qū)域二三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員數(shù)量。生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)主要反映區(qū)域資源環(huán)境的承載能力與生態(tài)現(xiàn)狀，其中生態(tài)環(huán)境壓力以人均工業(yè)廢水排放量、人均工業(yè)二氧化硫排放量、人均綜合用水量及農(nóng)用化肥投入強(qiáng)度表示區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境的良好與否；生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀以森林覆蓋率、人均水資源總量、人均生態(tài)用地面積及生物豐度指數(shù)表征區(qū)域生態(tài)環(huán)境的稟賦情況；生態(tài)環(huán)境響應(yīng)以生活垃圾無害處理率、工業(yè)固廢綜合利用率及環(huán)境投資總額占比表示區(qū)域針對生態(tài)現(xiàn)狀采取的基礎(chǔ)措施。具體如表1所示。

表1 國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境綜合評價指標(biāo)體系Tab.1 Comprehensive index systems of land space development and eco-environment

圖1 國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境交互耦合機(jī)制Fig.1 Interactive coupling mechanism between land space development and eco-environment

1.3 數(shù)據(jù)來源與處理

本文所需數(shù)據(jù)主要為河南省各地級市數(shù)據(jù)：①土地利用數(shù)據(jù)來源于河南省自然資源廳2008—2018年的土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)。②社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口以及生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)來源于2008—2018年的各地市統(tǒng)計年鑒和《河南統(tǒng)計年鑒》、《河南省水資源公報》以及各地市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。部分地市個別年份缺失數(shù)據(jù)以相鄰年份數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過移動平均、趨勢外推的方法進(jìn)行補(bǔ)充。為避免指標(biāo)體系中不同量綱無法直接匯總的問題，本文采用無量綱方法[29]對正向和負(fù)向指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，計算式為

(1)

式中Xij——評價對象第i個評價指標(biāo)在第j年的標(biāo)準(zhǔn)化值

xij——評價對象第i個評價指標(biāo)在第j年的指標(biāo)值

i——評價指標(biāo)數(shù)量

j——年份

1.4 指標(biāo)權(quán)重確定

由于本文研究區(qū)域涉及多地域、跨年度的綜合指數(shù)測算，考慮到指標(biāo)間的相互關(guān)聯(lián)性，為消除權(quán)重確定的主觀因素，本文采用熵值法[30]測算指標(biāo)權(quán)重。具體計算方法為

(2)

其中

hi=1-ei

(3)

(4)

k=1/lnn

(5)

(6)

式中ei——第i個評價指標(biāo)的信息熵

hi——第i個評價指標(biāo)的信息效用值

wi——第i個評價指標(biāo)的權(quán)重

n——研究單元的數(shù)量

根據(jù)式(2)～(6)處理確定國土空間開發(fā)指標(biāo)體系和生態(tài)環(huán)境指標(biāo)體系中基礎(chǔ)指標(biāo)的權(quán)重，處理結(jié)果如表1所示。

2 研究方法

2.1 綜合指數(shù)評估模型

運用線性加權(quán)方法分別計算國土空間開發(fā)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的評價指數(shù)[31]，具體計算方法為

(7)

(8)

式中F(x)——國土空間開發(fā)系統(tǒng)綜合評價指數(shù)

G(y)——生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)綜合評價指數(shù)

Xi——國土空間開發(fā)系統(tǒng)評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值

Yj——生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值

Wi——國土空間開發(fā)系統(tǒng)評價指標(biāo)綜合權(quán)重

Wj——生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)評價指標(biāo)綜合權(quán)重

2.2 耦合協(xié)調(diào)度模型

2.2.1國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合度模型

耦合度是某一系統(tǒng)中各模塊間緊密程度的度量[32],研究國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的耦合度可以定量反映兩者之間的交互作用與脅迫關(guān)系。參考已有研究，構(gòu)建國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合度模型，具體計算方法為

(9)

式中C——國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境間的耦合度，取0～1

k——調(diào)節(jié)系數(shù)，取2

2.2.2國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度模型

耦合度模型雖然可以測度系統(tǒng)間交互作用的強(qiáng)弱，但是無法反映系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)發(fā)展水平。因此，本文構(gòu)建了國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)度模型，具體計算式為

(10)

其中

T=αF(x)+βG(y)

(11)

式中D——國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)度，取0～1

T——國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的綜合指數(shù)

α、β——國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的待定系數(shù)，取0.5

2.2.3國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)等級劃分

為明確國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境間的耦合協(xié)調(diào)程度，結(jié)合相關(guān)研究成果[33-34]，將兩者間的耦合協(xié)調(diào)度劃分為3大類10個亞類，如表2所示。

表2 國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)類型劃分Tab.2 Classification of coupling coordination types between land space development and eco-environment

2.3 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)分析可反映一個區(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。空間自相關(guān)分析一般分為全域相關(guān)(Global Moran’sI)和局部相關(guān)(Local Moran’sI)。Global Moran’sI指數(shù)可以反映空間相鄰單元屬性值的相似程度。Local Moran’sI指數(shù)可以反映區(qū)域與相鄰區(qū)域間的差異程度及顯著性[35]，具體計算式為

(12)

(13)

其中

(14)

式中GMI——Global Moran’sI指數(shù)，取-1～1

LMIi——Local Moran’sI指數(shù)

Zi、Zj——變量在相鄰配對空間單元的取值

wij——空間權(quán)重矩陣元素

S2——統(tǒng)計量方差

當(dāng)GMI>0時，表明研究單元的觀測值趨于空間聚集，呈正相關(guān)；當(dāng)GMI<0時，表明空間呈離散狀態(tài)，呈負(fù)相關(guān)；當(dāng)GMI=0時，表明空間不存在相關(guān)關(guān)系。當(dāng)LMIi>0時，表明存在“高-高”(“低-低”)聚集；當(dāng)LMIi<0時，表明存在“高-低”(“低-高”聚集)；當(dāng)LMIi=0時，即為不顯著區(qū)域。

3 實例與分析

3.1 國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指數(shù)時空演變分析

采用熵值法對指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行賦權(quán)，根據(jù)式(2)～(8)計算河南省2008—2018年18個地市國土空間開發(fā)系統(tǒng)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的評價指數(shù)。基于子系統(tǒng)與系統(tǒng)的評價指數(shù)，分析其時空演變規(guī)律。

圖2為河南省2008—2018年國土空間開發(fā)系統(tǒng)指數(shù)的變化趨勢。國土空間開發(fā)系統(tǒng)指數(shù)在整個研究時段表現(xiàn)出穩(wěn)中有進(jìn)的趨勢，2012年出現(xiàn)小幅上升，隨后穩(wěn)定發(fā)展?？臻g上看，鄭州市國土空間開發(fā)水平高于其他地市，區(qū)域梯度差異明顯，焦作市、漯河市、洛陽市等空間開發(fā)水平較好，呈條帶狀集中分布，主要原因在于經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)良好、交通便利、人口密度較大。水平低值區(qū)多位于河南省南部與東南部，成集聚狀分布，成因歸結(jié)于社會經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)效率低下，非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力薄弱，欠缺提升區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力的動力點。

圖2 2008—2018年國土空間開發(fā)系統(tǒng)指數(shù)演變趨勢Fig.2 Evolution trends of land space development during 2008—2018

圖3為河南省2008—2018年生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指數(shù)的變化趨勢。生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指數(shù)總體呈緩慢縮減并提升的態(tài)勢，2008—2018年河南省中部、南陽盆地以及豫東平原地帶擴(kuò)展明顯，西北部呈縮小狀態(tài)。空間上生態(tài)環(huán)境多依山傍水，高值區(qū)于洛陽市、三門峽市、南陽市等聚集，該類地區(qū)山地較多、水網(wǎng)密集，生態(tài)資源稟賦良好。生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指數(shù)低值區(qū)多集中于鄭州市、洛陽市、許昌市等地，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高，隨之帶來的環(huán)境污染嚴(yán)重，致使生態(tài)環(huán)境水平較低。

圖3 2008—2018年生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指數(shù)演變趨勢Fig.3 Evolution trends of eco-environment during 2008—2018

3.2 國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度時空格局分析

依據(jù)國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的系統(tǒng)指數(shù)值，通過式(9)～(11)測度兩類系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度，結(jié)果如圖4所示。

圖4 國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度變化趨勢Fig.4 Time change about coupling coordination degree of land space development and eco-environment

由圖4可知，時序上看，2008—2018年河南省國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度平均值處于0.46～0.76之間，耦合協(xié)調(diào)度主要位于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)與初級協(xié)調(diào)階段，總體呈現(xiàn)出穩(wěn)中有升的態(tài)勢，這是由于地方政府對區(qū)域生態(tài)環(huán)境愈加重視，注重經(jīng)濟(jì)增長數(shù)量質(zhì)量并重，并出臺了諸多促進(jìn)國土空間綠色發(fā)展，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的保護(hù)政策。

空間上看，河南省國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度演變具有明顯的地域分異特征(圖5)。其中：①2008年耦合協(xié)調(diào)度處于0.45～0.69之間，商丘市、周口市、駐馬店市等豫東平原區(qū)域處于瀕臨失調(diào)狀態(tài)，而開封市、許昌市、漯河市等中部地區(qū)為勉強(qiáng)協(xié)調(diào)狀態(tài)，這是由于該類地區(qū)城市發(fā)展主要側(cè)重經(jīng)濟(jì)增長而忽視生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而導(dǎo)致空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系逐漸失衡。②2011年耦合協(xié)調(diào)度處于0.43～0.74之間，相較于2008年，增加了中級協(xié)調(diào)類型。其中初級協(xié)調(diào)與中級協(xié)調(diào)的區(qū)域為鄭州市、濟(jì)源市、洛陽市、三門峽市等中西部區(qū)域，勉強(qiáng)協(xié)調(diào)與瀕臨協(xié)調(diào)區(qū)域主要聚集于河南省中東部地帶。河南省中部與東部平原是重要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)與糧食生產(chǎn)基地，國土空間開發(fā)水平較高，耦合協(xié)調(diào)處于過渡狀態(tài)，需要進(jìn)一步提升。③2014年，勉強(qiáng)協(xié)調(diào)與瀕臨協(xié)調(diào)狀態(tài)空間分布格局較2011年相對穩(wěn)定，個別城市有一定程度變化，例如平頂山市由勉強(qiáng)協(xié)調(diào)型轉(zhuǎn)變?yōu)闉l臨協(xié)調(diào)型。處于中級協(xié)調(diào)狀態(tài)的只有鄭州市，初級協(xié)調(diào)型的區(qū)域有濟(jì)源市、洛陽市和三門峽市，該類地區(qū)國土空間開發(fā)程度較高，地方政府重視保護(hù)生態(tài)和資源環(huán)境，合理集約的空間開發(fā)帶來了經(jīng)濟(jì)水平和生態(tài)環(huán)境的同步發(fā)展，致使兩者間處于耦合協(xié)調(diào)提升狀態(tài)。④2018年耦合協(xié)調(diào)度處于0.44～0.75之間，處于初級協(xié)調(diào)與中級協(xié)調(diào)狀態(tài)的有濟(jì)源市、洛陽市和鄭州市。勉強(qiáng)協(xié)調(diào)與瀕臨失調(diào)的地區(qū)增長至15個，主要聚集于豫東平原、黃淮海平原與部分豫北平原地區(qū)。綜上可見，2008—2018年的耦合協(xié)調(diào)度整體空間格局類似，局部類型有所變化?？傮w上看，國土空間開發(fā)與區(qū)域生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)的空間格局呈現(xiàn)中東部協(xié)調(diào)過渡，中部和西北部協(xié)調(diào)提升的特征，兩者間的耦合協(xié)調(diào)度有顯著聚集效應(yīng)，不同耦合協(xié)調(diào)類型在空間分布上存在集聚特征。因此，需要通過空間相關(guān)分析對國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的空間關(guān)聯(lián)格局作進(jìn)一步研究。

圖5 2008—2018年河南省國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度空間分布Fig.5 Spatial distributions of coupling coordination degree of land space development and eco-environment from 2008 to 2018 in Henan Province

3.3 國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境空間關(guān)聯(lián)時空格局分析

3.3.1全局自相關(guān)分析

依據(jù)全局自相關(guān)分析得出2008年、2011年、2014年及2018年的國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的全局自相關(guān)指數(shù)(表3)。從表3中可看出，歷年全局自相關(guān)指數(shù)在P=0.05水平下顯著為正，說明國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境水平均存在正相關(guān)關(guān)系，其中國土空間開發(fā)水平歷年的Global Moran’I指數(shù)分別為0.242 8、0.226 9、0.215 0、0.169 3，指數(shù)由強(qiáng)減弱；生態(tài)環(huán)境水平歷年的Global Moran’I指數(shù)分別為0.446 8、0.414 3、0.351 8、0.481 6，指數(shù)先減弱后增強(qiáng)，2018年的正向空間關(guān)聯(lián)性最高，整體空間關(guān)聯(lián)性高于國土空間開發(fā)水平。

表3 全局自相關(guān)指數(shù)Tab.3 Global auto-correlation index

3.3.2耦合協(xié)調(diào)度局部空間關(guān)聯(lián)分析

為進(jìn)一步明晰國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的空間關(guān)聯(lián)格局，采用全局自相關(guān)和局部自相關(guān)進(jìn)行分析。如表3所示，2008年、2011年、2014年、2018年國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的Global Moran’I指數(shù)分別為0.569 6、0.440 5、0.292 4、0.281 4，指數(shù)逐漸下降，2008年的正向空間關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)。進(jìn)一步運用GEODA軟件對耦合協(xié)調(diào)度的局部空間自相關(guān)進(jìn)行分析，探討局部區(qū)域的空間異質(zhì)性，并利用ArcGIS軟件繪制耦合協(xié)調(diào)度的局部空間自相關(guān)LISA圖(圖6)。

圖6 河南省國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度局部空間關(guān)聯(lián)圖Fig.6 Local spatial correlation of coupling coordination degree between land space development and eco-environment from 2008 to 2018 in Henan Province

從圖6看出，國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度空間分異特征明顯。時序上看，2008—2018年HH集聚單元由3個減至2個，集中區(qū)域有所縮減，HH區(qū)域由洛陽市、濟(jì)源市、焦作市縮減至濟(jì)源市和焦作市；2008—2018年間，LL集聚單元數(shù)量未發(fā)生變化，但集中位置發(fā)生轉(zhuǎn)移，有“分散布局”趨勢，由東南部向東部和北部移動，其中2018年LL區(qū)域增加了北部的鶴壁市；2018年研究單元內(nèi)出現(xiàn)LH類型，即平頂山市，非顯著類型區(qū)域的空間格局隨時間推移較為穩(wěn)定?？臻g分布上，HH集聚單元多分布在西北部地區(qū)，LL集聚單元主要位于東部與南部。另外，國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度存在一定的空間集聚特征，HH呈現(xiàn)“組團(tuán)”形式，LL區(qū)域由“散布”式向“組團(tuán)”式轉(zhuǎn)變，LH區(qū)域隨機(jī)分布在LL區(qū)域周邊。

整體來看，河南省國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的集聚特征與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段相關(guān)。西部和北部地區(qū)，國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度較高，區(qū)域之間存在高協(xié)調(diào)輻射，形成HH集聚類型區(qū)；東部和南部地區(qū)，國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)不足，區(qū)域之間存在低協(xié)調(diào)輻射，形成LL集聚類型區(qū)?；趦烧唏詈蠀f(xié)調(diào)空間分布格局(圖5)與局部LISA圖(圖6)，可分析得出，HH集聚類型區(qū)域主要對應(yīng)中級協(xié)調(diào)與初級協(xié)調(diào)類型區(qū)域；LL和LH集聚類型區(qū)域主要對應(yīng)瀕臨失調(diào)區(qū)域。

4 討論

通過剖析河南省國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)指數(shù)的時序演變規(guī)律、兩者耦合協(xié)調(diào)度的時空分異特征及空間關(guān)聯(lián)格局，能夠為河南省合理規(guī)劃區(qū)域發(fā)展政策提供依據(jù)。根據(jù)研究結(jié)果看出，河南省國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度及空間關(guān)聯(lián)格局變化趨勢存在兩種模式：一種是隨著國土空間開發(fā)程度不斷提升，生態(tài)環(huán)境持續(xù)遭致破壞，兩類系統(tǒng)間的耦合關(guān)聯(lián)性逐漸分散；另一種是用地開發(fā)程度提升伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的逐步提高，進(jìn)而使研究區(qū)域更具備環(huán)保投資能力，能夠緩解區(qū)域存在的生態(tài)環(huán)境壓力，促使國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境間聯(lián)系更為協(xié)調(diào)，兩種模式能夠為城市建設(shè)與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供不同層面的參考。

5 結(jié)論

(1)2008—2018年國土空間開發(fā)水平整體穩(wěn)中有進(jìn)，生態(tài)環(huán)境水平表現(xiàn)為緩慢縮減并提升的態(tài)勢?？臻g上看，河南省國土空間開發(fā)水平存在區(qū)域梯度差異，水平高值區(qū)以鄭州市為核心呈條帶狀分布，水平低值區(qū)主要位于東南部并呈集聚態(tài)勢；河南省生態(tài)環(huán)境水平存在明顯的地域依賴規(guī)律，水平高值區(qū)多以依山傍水的西南區(qū)域為主，水平低值區(qū)集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度高、環(huán)境污染嚴(yán)重的中部與北部區(qū)域。

(2)河南省國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度整體處于瀕臨失調(diào)與勉強(qiáng)協(xié)調(diào)階段，協(xié)調(diào)程度隨時間推移呈增強(qiáng)態(tài)勢，其中2011年后出現(xiàn)中級協(xié)調(diào)類型區(qū)?？臻g上，2008—2018年的耦合協(xié)調(diào)度表現(xiàn)出中東部協(xié)調(diào)過渡，中部和西北部協(xié)調(diào)提升的特征，局部區(qū)域類型有所變化，兩者間的耦合協(xié)調(diào)度有顯著聚集效應(yīng)。

(3)全局自相關(guān)結(jié)果表明，國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境水平均存在顯著正相關(guān)關(guān)系，國土空間開發(fā)水平相關(guān)程度由強(qiáng)減弱，生態(tài)環(huán)境水平相關(guān)程度先減弱后增強(qiáng)。進(jìn)一步分析國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的空間關(guān)聯(lián)格局，兩者耦合協(xié)調(diào)度歷年呈正相關(guān)性，局部空間自相關(guān)結(jié)果顯示，兩者耦合協(xié)調(diào)度有明顯集聚特征，HH類型組團(tuán)分布，LL類型由分散向組團(tuán)轉(zhuǎn)變，LH類型隨機(jī)分布在LL類型周邊。整體上看，河南省國土空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度的集聚格局隨時間推移較為穩(wěn)定，局部區(qū)域發(fā)生些許變化，而基于局部空間自相關(guān)得出的耦合協(xié)調(diào)度空間關(guān)聯(lián)格局與整體的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展空間分布情況基本相符。