土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調發(fā)展及其影響因素研究
——以廣西為例

韋燕飛，蒙月瑩，唐 任，葉宗達

（1.南寧師范大學自然資源與測繪學院，廣西 南寧 530001；2.廣西壯族自治區(qū)自然資源生態(tài)修復中心，廣西 南寧 530001）

土地利用轉型是一種區(qū)域土地利用形態(tài)在時序上發(fā)生變化的表現形式[1]，與國家、地區(qū)經濟轉型及社會變革相互反映、相互促進[2]。在國家工業(yè)化、城市化不斷推進的背景下，土地利用只有加快轉型，才能與新的經濟社會時期相匹配[3-5]。生態(tài)環(huán)境關系到國家和地區(qū)的長遠發(fā)展，是維護社會安定的重要基礎，更是當今人類社會可持續(xù)進步與發(fā)展亟須關注的挑戰(zhàn)[6-7]。國家提出要長期規(guī)劃生態(tài)文明建設路線，持續(xù)改善生態(tài)環(huán)境質量，推進生態(tài)優(yōu)先、節(jié)約集約、綠色低碳發(fā)展，牢固樹立人與自然和諧共生理念。在此背景下，既要推動區(qū)域土地利用優(yōu)勢轉型，促進土地資源的優(yōu)化配置，又要考慮生態(tài)環(huán)境問題[8]。土地利用轉型與生態(tài)環(huán)境問題成為學術界和政府部門關心的重大課題。

土地利用轉型包含顯性形態(tài)轉型與隱性形態(tài)轉型兩種，隱性形態(tài)研究基于顯性形態(tài)，具有質量、產權、固有投入和產出能力等多種特征[9-11]。土地利用隱性形態(tài)研究是土地利用轉型研究中的重要組成部分，是探討土地利用轉型演變規(guī)律的重要研究方向[12-13]。程建等[14]基于全國尺度開展土地利用隱性形態(tài)研究，深入認識土地利用轉型規(guī)律。戈大專等[15]通過耕地和村莊建設用地視角證明隱性轉型能夠不斷推動糧食生產格局演變。許鳳嬌等[16]通過分析市域單元演進的時空分異和地域差異格局，了解城鄉(xiāng)建設用地隱性轉型發(fā)展走向。曲藝等[17]以綜合分區(qū)、時空差異及驅動因子為切入點，根據黃淮海區(qū)域土地利用的特點，建立土地開發(fā)利用強度、土地經濟發(fā)展和土地污染排放等指標進行評價。國內外已有眾多學者深入開展生態(tài)環(huán)境研究，基于這些生態(tài)環(huán)境方面優(yōu)秀研究成果的積累，研究角度及切入點都逐漸豐富，主要集中在構建指標體系、評價方法、尺度等方面[18-20]，對于生態(tài)環(huán)境的研究已較為成熟。

由于人們長期對土地利用轉型與生態(tài)環(huán)境概念認識和理解上存在差異，很少在真正意義上對二者進行結合研究。學術界大多從定性的角度去研究二者的關系，而從定量的視角，以系統(tǒng)、整體、動態(tài)、量化的角度去探討二者相互作用、協(xié)調發(fā)展的研究較少，且相關研究成果僅代表土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境各自的整體水平，不能深層次地反映二者所在系統(tǒng)相互協(xié)調發(fā)展的問題。基于以上因素，本文將土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境兩大系統(tǒng)整合起來研究，探討二者的發(fā)展關系及耦合規(guī)律（圖1），為土地利用的可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考。

圖1 土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調機理

1 研究區(qū)概況

廣西是中國唯一具有沿海、沿江、沿邊優(yōu)勢的少數民族自治區(qū)。東臨廣東省，南臨北部灣，西與云南省毗鄰，西南與越南接壤，西北面靠近云貴高原的交界處，土地面積約2.38×105km2，境內多為山地、丘陵，地勢由西北向東南趨緩，林地資源豐富，水力資源充足。2019 年全區(qū)森林覆蓋率達62.45%，森林蓄積超過8×108m3。廣西具有良好的發(fā)展前景，全區(qū)經濟實力不斷提升，2019年常住人口4960萬人，生產總值為21237.14 億元。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本研究土地利用數據來源于中國科學院資源環(huán)境科學數據中心，柵格大小為1 km×1 km。自然環(huán)境、經濟社會等數據來源于對應年份《中國城市統(tǒng)計年鑒》《廣西統(tǒng)計年鑒》和廣西14 個設區(qū)市統(tǒng)計年鑒，以及國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報等，并借用SPSS19.0 作插值法處理得到部分缺失數據。

2.2 指標體系構建

基于土地利用隱性形態(tài)的內涵，以土地的投入水平、產出效益、利用強度3 個維度為切入點構建綜合的指標體系[21-23]。從經濟社會投入、社會民生發(fā)展狀況，考慮土地利用投入水平；土地產出效益方面反映土地產量和經濟效益水平；土地利用強度綜合考慮了勞動、能源，以及生活因素對應的土地利用狀態(tài)。關于生態(tài)環(huán)境綜合水平評價，則考慮從環(huán)境影響及生態(tài)屬性構建指標體系，環(huán)境方面考慮了土地受污染情況及人居環(huán)境質量；用人均水資源總量、地均生態(tài)服務價值、森林覆蓋率來表示生態(tài)狀況，其中，生態(tài)服務價值參考謝高地等[24]的研究，通過量化獲取。結合綜合權重，構建廣西土地利用隱性形態(tài)和生態(tài)環(huán)境指標體系（表1）。

表1 土地利用隱性形態(tài)和生態(tài)環(huán)境指標體系

2.3 數據處理

2.3.1 數據標準化

以評價指標實際情況為基礎，借助極差法進行數據無量綱化處理，公式如下：

式中，Yij為第j個評價單元第i個指標的標準化值；Xij為第j個評價單元第i個指標的原始值；Xmax和Xmin為指標的最大值和最小值。

2.3.2 指標權重確定

（1）熵權法

熵權法是指可以通過指標變異度，分析各項指標間的關聯程度，從而判斷指標權重。計算步驟如下：

①第n項指標下第m個指標的比重：

②計算第j項指標的熵值：

③ 計算指標的權重：

（2）變異系數法

變異系數法是基于均值與方差，通過指標的相互關系及內部變異信息來計算權重的方法。計算步驟如下：

①計算均值與方差：

②計算變異系數：

③計算指標權重：

（3）確定最終指標權重

2.3.3 綜合指數模型

運用綜合指數模型分別計算土地利用隱性形態(tài)指數與生態(tài)環(huán)境綜合指數，公式為：

式中：M（x），N（y）代表隱性形態(tài)水平與生態(tài)環(huán)境綜合水平；ai，bi為第i個指標綜合權重；Xi，Yi為無量綱化處理后的第i個指標值。

2.4 耦合協(xié)調模型

耦合協(xié)調模型是通過對土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境進行耦合協(xié)調度的測算，得到二者的耦合協(xié)調程度，從而分析其協(xié)調發(fā)展水平。公式為：

式中：C∈[0，1]，是耦合度，C越大說明耦合狀態(tài)越好，反之則說明越弱。根據已有的研究[25]，當C=0 時，表明無耦合；當C∈(0，0.3]時，表明低水平耦合；當C∈(0.3，0.5]時，表明拮抗耦合；當C∈(0.5，0.8]時，表明磨合耦合；當C∈(0.8，1]時，表明高水平耦合。α，β是待定系數，土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境權重等同，因此α，β都為0.5；T是綜合協(xié)調度；D介于[0，1]，為耦合協(xié)調度，D值越大，表明協(xié)調關系越好，反之越弱；E是相對發(fā)展系數。判定準則見表2。

表2 耦合協(xié)調度的判定準則及相對發(fā)展類型分類表

2.5 地理探測器

地理探測器模型[26]是用于研究地理事物空間異質性及其驅動力的一種手段。借助統(tǒng)計量q值，探測自變量對因變量的空間分異的解釋程度。模型為：

式中：h為耦合協(xié)調度級別；N和Nh為研究區(qū)和第h級的單元數；σ2和為研究區(qū)和第h級的耦合協(xié)調度方差。

3 結果分析

3.1 土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境水平時空特征分析

3.1.1 土地利用隱性形態(tài)水平時空特征

將計算結果制圖，得到2005—2019 年土地利用隱性形態(tài)指數變化趨勢雷達圖（圖2），按照自然斷點法將土地利用隱性形態(tài)進行分級（低水平、較低水平、較高水平、高水平）。時序上，2005—2019 年土地利用隱性形態(tài)水平整體呈現緩慢上升趨勢。2005 年廣西土地利用隱性形態(tài)水平處于較低水平，各城市間相差較大；處于較高水平及以上的有南寧、柳州、北海、貴港和玉林，處于較低水平的有桂林、梧州、防城港、欽州、賀州和來賓，處于低水平的有百色、河池和崇左。2010 年土地利用隱性轉型有所發(fā)展，隱性形態(tài)水平總體在緩步提高，其中防城港市的形態(tài)指數由0.2485 上升至0.3826，進入較高水平階段。2015 年土地利用隱性形態(tài)總體變化不大，但南寧市的形態(tài)指數由0.6923 下降至0.6229，下降到較高水平階段。2019 土地利用隱性轉型進入快速發(fā)展時期，隱性形態(tài)水平持續(xù)上升，南寧市和崇左市均上升了一個階段，其余城市的隱性形態(tài)指數均有所提高，均有著向更高水平邁進的趨勢。空間上，2005—2019 年廣西土地利用隱性形態(tài)水平大體呈現“東南高、西北低”的發(fā)展態(tài)勢。原因在于，廣西東南地區(qū)城市在改革開放政策的支持下，借助沿海的區(qū)位優(yōu)勢迅速崛起；東北地區(qū)城市也借助工業(yè)、旅游業(yè)等產業(yè)而穩(wěn)步發(fā)展。相較于廣西的西北地區(qū)，這些地區(qū)的城市規(guī)模和經濟規(guī)模加大，社會轉型加快，隱性形態(tài)也更為高級。

圖2 2005—2019 年廣西土地利用隱性形態(tài)指數

3.1.2 土地利用隱性轉型模式

本文在龍花樓[3]、趙麗[11]等的研究基礎上，采用時間縱向比較法與空間橫向比較法，分別將4個年期的各城市隱性形態(tài)指數進行從左至右升序的橫向排序，觀察趨勢性轉折點的土地利用隱性形態(tài)演變情況，發(fā)現廣西各城市的土地利用隱性形態(tài)具有明顯的階段分布性。依據土地利用隱性轉型的變化規(guī)律與階段特點繪制轉型模式圖[14]（圖3）。其演變規(guī)律大致為一條“J”字曲線，隱性形態(tài)指數＜0.1的階段為“低階轉型期”，隱性形態(tài)指數為0.1～0.5的階段為“緩慢轉型期”，隱性形態(tài)指數＞0.5 為“劇烈轉型期”[2]。轉型之初土地利用隱性轉型處于摸索階段，驅動力匱乏，進步極為緩慢，處于“低階轉型期”；當進入一定成長期，受到外界的推動作用，隱性形態(tài)水平呈現相對較慢的提升趨勢，即“緩慢轉型期”；當經濟發(fā)展與社會變革給予新動力時，土地利用隱性形態(tài)進入“劇烈轉型期”，發(fā)展速度顯著上升。值得關注的是，每一次的土地利用隱性轉型都是由經濟社會發(fā)展直接推動的[15]。隨著政策與技術的變革，土地利用隱性轉型受到新的刺激，系統(tǒng)重新調整適應新的格局，將會進入下一輪演變。

圖3 廣西土地利用轉型模式圖

3.1.3 生態(tài)環(huán)境綜合水平時空特征

本研究將計算得到的生態(tài)環(huán)境綜合指數結果制圖，得到2005—2019 年生態(tài)環(huán)境綜合指數變化趨勢雷達圖（圖4），按照自然斷點法進行分級（低水平、較低水平、較高水平、高水平）。時序上，2005—2019 年生態(tài)環(huán)境水平整體表現為波動性增長趨勢，研究期內有小幅度的上漲。2005—2010 年，經濟穩(wěn)步發(fā)展，對生態(tài)環(huán)境產生一定影響，但其影響尚可控。2010—2015 年，經濟社會進一步發(fā)展，對生態(tài)與環(huán)境破壞更為嚴重，生態(tài)環(huán)境水平出現降低的態(tài)勢。2015—2019 年，經濟社會平穩(wěn)發(fā)展，土地產出能力逐步提升，有更多的資源用于保護生態(tài)環(huán)境，生態(tài)環(huán)境水平得到提高?？臻g上，市域間生態(tài)環(huán)境水平分異顯著，總體呈現“中部、西部低，東部高”的空間分布格局。生態(tài)環(huán)境水平較高的城市有南寧、柳州、桂林、玉林、賀州，這些城市在發(fā)展過程中，工業(yè)污染物排放較低，城市綠化覆蓋面積比例大，生態(tài)環(huán)境優(yōu)良，生態(tài)環(huán)境水平也就更高。

圖4 2005—2019 年廣西各市生態(tài)環(huán)境綜合指數

生態(tài)環(huán)境水平變化態(tài)勢與隱性形態(tài)轉型階段高度聯系?！暗碗A轉型期”“緩慢轉型期”階段，土地利用轉型遲緩，對生態(tài)環(huán)境影響不大，生態(tài)環(huán)境水平稍有上升。“劇烈轉型期”階段的生態(tài)環(huán)境水平反而有所下降，原因是此時土地利用劇烈轉型，引起生態(tài)環(huán)境惡化。2019 年，生態(tài)環(huán)境水平有所回升，該時期，土地利用隱性轉型進入“劇烈轉型期”的后期，政府部門開始注重保護生態(tài)環(huán)境，有效治理城市生態(tài)破壞與環(huán)境污染。

3.2 土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境綜合水平耦合協(xié)調分析

3.2.1 耦合協(xié)調時序特征

本研究運用耦合協(xié)調模型，計算出2005—2019年廣西14 個設區(qū)市的土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境耦合度及耦合協(xié)調度（圖5）。2005—2019 年各城市的耦合度水平處于緩慢波動時期，大部分城市耦合度在0.80 以上，這表明廣西的土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境為高水平耦合關系。

圖5 廣西土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境的耦合度及耦合協(xié)調度

總體上，土地利用隱性形態(tài)和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調水平為緩慢波動改善的狀態(tài)。這反映出二者的演變規(guī)律相同，能相互推動，且逐步向良性階段發(fā)展。2005—2019 年，可劃分為三個時期。第一個時期為2005—2010 年，耦合協(xié)調度呈現波動性提高的趨勢，在此期間土地利用隱性轉型加快，對生態(tài)環(huán)境造成了一定程度的破壞，但還在控制之內，加之隱性形態(tài)水平升高顯著，階段性促進耦合協(xié)調度提高。第二個時期為2010—2015 年，耦合協(xié)調度出現降低的趨勢，該時期土地利用隱性轉型加快，生態(tài)承載能力下降，生態(tài)環(huán)境對土地利用隱性形態(tài)造成制約，嚴重影響二者的協(xié)調發(fā)展水平。第三個時期為2015—2019 年，耦合協(xié)調度呈逐步上升態(tài)勢。該時期的隱性形態(tài)已經趨于高級水平，逐漸優(yōu)化用地結構，改善與治理生態(tài)環(huán)境，促進生態(tài)環(huán)境質量提升，使二者相互提升，協(xié)調發(fā)展。

綜上所述，土地利用隱性轉型會對生態(tài)環(huán)境造成威脅，表現為隱性形態(tài)水平提高帶來生態(tài)環(huán)境水平的下降，但長遠來看，隨著生態(tài)保護政策的施行，土地生態(tài)環(huán)境態(tài)勢趨好。土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境二者是能夠協(xié)同發(fā)展的。

3.2.2 耦合協(xié)調空間特征

2005—2019 年，廣西各城市耦合協(xié)調發(fā)展不均衡，但大多數城市耦合協(xié)調趨于良好狀態(tài)，空間上呈現“東部、中部高，西部低”的特征。

2005 年，南寧市耦合協(xié)調度最高，處于優(yōu)質協(xié)調階段，屬于同步發(fā)展型，北海市處于高級協(xié)調階段，屬于生態(tài)環(huán)境滯后型；桂西北的百色、河池、崇左等市均處于失調衰退階段，發(fā)展極度不平衡，屬于隱性形態(tài)滯后型城市。

2010 年，大部分城市的協(xié)調水平有所進步，協(xié)調度在0.70 以上的城市有南寧、柳州、北海和玉林，其中南寧、柳州和玉林發(fā)展均衡，屬于同步發(fā)展型城市，北海仍屬于生態(tài)環(huán)境滯后型。桂西北地區(qū)處于失調衰退階段，土地利用轉型處于初步階段，生態(tài)環(huán)境水平也不高，協(xié)調度升高不明顯，未能突破至協(xié)調階段。

2015 年，各城市整體耦合協(xié)調水平呈現下降的態(tài)勢。南寧下降到高級協(xié)調階段，屬于較高水平同步發(fā)展型；柳州、北海和玉林下降到中級協(xié)調階段，屬于較低水平同步發(fā)展型。低水平城市仍集中在桂西北地區(qū)。

2019 年，各城市總體協(xié)調水平呈現上漲的趨勢，突出的有南寧市、柳州市，均屬于同步發(fā)展型。處于失調衰退階段的城市大多屬于隱性形態(tài)滯后型，其中崇左從中度失調升至瀕臨失調，一定程度上表明處于衰退階段的城市也在不斷進步，有向耦合協(xié)調階段發(fā)展的趨勢。

綜上所述，土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境能夠達到較高耦合協(xié)調發(fā)展分為兩種情況，一是二者相互影響較強，土地利用隱性轉型合適，對原生態(tài)環(huán)境威脅較小，能實現協(xié)調發(fā)展；二是二者相互影響較弱，存在單一方面的滯后。

3.3 耦合協(xié)調影響因素分析

借助地理探測器模型計算每個因子對耦合協(xié)調關系的影響水平q值（圖6）。各因子p值均＜0.05，通過顯著性檢驗。結果顯示，按照影響力程度高低排序依次為：地均國內生產總值＞單位面積二三產業(yè)產值＞地均固定資產投入＞城鎮(zhèn)化率＞地均財政支出＞地均社會服務支出＞地均生態(tài)服務價值＞森林覆蓋率，這些因子產生較為劇烈的影響，為主導因子。人口密度、地均從業(yè)人員、地均用電量、建成區(qū)綠化覆蓋面積、工業(yè)二氧化硫排放量、人均水資源總量為一般影響因子，因子解釋力在0.20～0.40之間。工業(yè)廢水排放量、生活垃圾無公害處理率的q值＜0.10，影響最小。

圖6 基于地理探測器的驅動因子影響水平分析

通過分析主導因子的機制，可以發(fā)現：地均國內生產總值、單位面積第二第三產業(yè)產值、地均固定資產投入、地均財政支出為經濟因素，其對耦合協(xié)調的影響非常明顯，原因在于經濟產業(yè)的蓬勃發(fā)展，直接推動土地利用隱性形態(tài)發(fā)展，并作用于生態(tài)環(huán)境。城鎮(zhèn)化率、地均社會服務支出為社會因素，城鎮(zhèn)化率的提高體現城市結構與規(guī)模趨向高級，社會服務支出的提高表明經濟社會發(fā)展態(tài)勢良好，均促進協(xié)同發(fā)展。地均生態(tài)服務價值、森林覆蓋率為生態(tài)資源因素，既能保護生態(tài)環(huán)境，又能推動土地利用隱性形態(tài)發(fā)展，對協(xié)調發(fā)展水平有推動作用。

4 結論與討論

（1）2005—2019 年，廣西土地利用隱性形態(tài)與經濟發(fā)展水平相一致，隱性形態(tài)水平有上升的趨勢，總體呈現從桂東南地區(qū)到桂西北地區(qū)逐漸下降的階梯狀分布格局。生態(tài)環(huán)境綜合水平總體上呈波動增長的趨勢，在市域間差異較大且分布規(guī)律不均勻，大體特征為桂東北和桂東南地區(qū)高，桂中、桂南和桂西北地區(qū)低的格局。

（2）2005—2019 年，廣西土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調發(fā)展關系日趨良好，大多數城市處于中級耦合協(xié)調階段，為良好狀態(tài)；空間上呈“東部、中部高，西部低”的特征。桂東地區(qū)耦合協(xié)調度總體呈上升趨勢；桂中地區(qū)耦合協(xié)調度總體變化不大，區(qū)域間分異顯著；桂西北地區(qū)耦合協(xié)調度時序變化較小，保持在中度失調階段。

（3）廣西土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調發(fā)展水平受到多個因子的共同作用。其中，地均國內生產總值、單位面積第二第三產業(yè)產值、地均固定資產投入、城鎮(zhèn)化率、地均財政支出、地均社會服務支出、地均生態(tài)服務價值、森林覆蓋率的影響力均較顯著，對推動協(xié)調發(fā)展水平起重要作用。

根據上述結論，廣西土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境在空間分布上存在差異，二者耦合協(xié)調度整體處于中等偏上水平，提升較慢。要使土地利用隱性形態(tài)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調發(fā)展，必須更加關注經濟、社會、生態(tài)資源因素的共同作用，使土地投入水平、產出效益和利用強度的提升與生態(tài)環(huán)境資源稟賦相匹配。今后，要因地制宜地提高土地可持續(xù)利用水平，引導土地利用優(yōu)勢轉型，促進生態(tài)環(huán)境建設；加快產業(yè)的升級轉型，形成更加綠色循環(huán)的發(fā)展模式，實現協(xié)調均衡發(fā)展。