孙 萍，盖兆雪，曲长祥

黑龙江省东部煤电化基地土地利用与生态环境协调性研究

孙 萍1，盖兆雪1，曲长祥2

（1.东北大学土地管理研究所，沈阳 110169；2.东北农业大学文法学院，哈尔滨 150030）

工业化和城市化快速发展进程中，合理利用土地并保护生态环境成为热点问题。文章以湿地面积缩小、水土流失、功能退化及环境污染等问题突出地区—黑龙江省煤电化基地为研究区域，选取2004～2013年指标数据，构建土地利用与生态环境评价指标体系，利用综合函数、协调度模型评价两者之间关系，运用GM（1∶1）预测其未来发展趋势。结果表明，两者之间存在复杂非线性动态协调关系，2004～2013年黑龙江省煤电化基地土地利用与生态环境协调性呈上升趋势，经历“中度失调—濒临失调—初级协调—中度协调”四个阶段；2004～2008年属波动调整期；2009-2010年处于平稳过渡期；2011～2013年为稳步发展期；2004年空间上呈中间高，南北低特点；2007年出现南低北高状态；2010年呈现两极分化特点；2013年协调等级全部达到中度协调状态；未来五年6个城市协调等级逐渐趋向优质协调发展类型并具稳定性。

土地利用；生态环境；协调性；黑龙江

近年来，为追求经济效益最大化，出现忽略生态环境保护，造成土地荒漠化、水土流失、土壤污染等土地生态问题，协调土地利用效益和生态环境关系成为热点问题[1-2]。相关研究主要集中在土地利用生态效率和土地利用对生态环境影响方面，二者耦合协调发展关系研究较少。游和远、朱旭森、盖兆雪等利用DEA模型评价不同地区生态效率[3-5]；林坚等以“资源节约、环境友好”为目标评价甘肃省榆中县土地利用生态效应[6]；殷格兰、李景远等分别研究不同地区土地利用变化特征及其生态环境效应[7-8]；倪维秋、雷国平等建立评价指标体系分析不同地区土地利用与生态环境耦合协调性[9-10]。在研究方法上，利用统计分析法[11-12]、DEA模型[3]、GIS[13-14]研究土地利用与生态环境问题。综合现有成果发现：① 在研究尺度上，多以省、市为研究单元，基于生态环境脆弱区研究较匮乏，土地利用模式在生态环境脆弱区生态环境效应放大；② 在研究内容上，多侧重于纵向时空特征分析，区域间横向对比研究较少。③ 对未来土地利用与生态环境协调性预测分析较少。黑龙江省东部煤电化基地既是黑龙江省重要东部经济区域，也是生态环境脆弱区，土地资源粗放利用、生态环境破坏严重，如何避免资源环境不协调现象，同步提升土地利用与生态环境质量，判断二者之间相互影响强度，优化土地利用结构，提高生态环境质量，成为东部煤电化基地发展问题之一。因此，本文以黑龙江省东部煤电化基地为研究对象，采用综合函数法、协调度模型测算2004～2013年土地利用与生态环境协调性，利用GM（1：1）模型预测未来发展趋势，掌握发展规律，为黑龙江省东部煤电化基地土地利用与持续发展提供理论支撑。

1 研究区概况及数据来源

黑龙江省东部煤电化基地是黑龙江省重点支持能源工业基地。包括佳木斯、牡丹江、鹤岗、双鸭山、七台河、鸡西6个城市，土地面积为13.77万平方千米。土地利用率达84%以上，水土流失面积约占耕地面积30%。本文指标来源于《黑龙江统计年鉴》（2005～2014年）《中国环境年鉴》（2005～2014年）《中国城市统计年鉴》（2005～2014年）、各城市《国民经济和社会统计公报》（2004～2013年）等。

2 指标体系与评价模型

2.1 建立评价指标体系

不同指标对土地利用与生态环境协调性影响程度不同，遵循科学性、整体性、可操作性和侧重性等原则，选取影响程度较大指标（见表1）。从土地利用结构、程度、效益三方面建立土地利用指标体系；从生态涵养指数、环境污染指数、环境治理指数三方面建立生态环境评价指标体系，土地利用包括17个指标，生态环境包括16个指标。

2.2 综合评价模型

综合评价模型是协调性评价基础，包括土地利用指数和生态环境指数，分别表示研究区不同年份土地利用程度及其生态环境发展水平，模型计算关键在于权重确定和指标无钢量处理。为消除指标不统一现象，本文采用极差标准化法对指标标准化处理，为减小主观或客观因素对权重测算结果造成的误差，选取综合集成赋权法，即主观采用AHP法，客观采用变异系数法，将二者结合计算综合权重。

公式如下：

式中：L（x）为土地利用指数；E（x）为生态环境指数；Wi、Wj分别为 xi、xj权重；xi、xj两个子系统指标标准化值。

表1 土地利用与生态环境协调性评价指标体系Table1 Evaluation index system of land useand ecological environment coordination

2.3 协调性评价模型建立

协调度为反映土地利用与生态环境之间协调程度综合性指标，二者评价指数越接近，综合水平越高，系统越协调，公式为：

为反映二者协调程度，协调发展度函数：

式中：D为协调发展度；C为协调度；T为二者综合评价指数；α，β为待定权数，由于土地利用与生态环境同等重要，取值0.5，如表2所示。

2.3 GM（1：1）模型

GM（1：1）预测模型通过对随机、无规律原数据列一次累加，生成新数据列，增强规律性，弱化随机性，建立生成序列微分方程模型[15]。公式如下：

由非负原始数据系列x(0)，计算一次累加序列x（1）

设原始数据序列：

一次累加序列：

后验差比值：

式中：x代表原始数据；A代表后验差比；P代表小误差概率；E代表残差；S1、S2分别代表原始数据标准差和残差标准差；Eˉ表示残差均值。

3 结果与分析

3.1 系统协调性分析

以2004～2013年数据为基础，利用公式（1）～（4）分别计算土地利用指数、生态环境指数和协调发展度，通过测算结果判断2004～2013年黑龙江省煤电

化基地土地利用与生态环境协调类型，见表3。

表2 协调发展类型分类和评判标准Table 2 Classification and evaluation criteria for the coordinated development type

表3 土地利用与生态环境协调关系Table3 Relationship between land useand ecological environment

2004～2007年土地利用L(x)值呈上升趋势，且增长120%，上升幅度较大，由于振兴东北战略实施，土地资源开发强度大，土地利用效益提高，但生态环境E(x)值呈缓慢下降趋势，表明只注重土地开发利用，造成生态环境质量下降。2008年《黑龙江省东部煤电化基地发展规划》正式实施，2008～2010年土地利用L(x)值呈缓慢增加态势，增长率为24%，而生态环境E(x)值呈波动下降趋势，表明土地利用对生态环境具有一定程度破坏作用，需注重集约、有效地利用土地，加强生态环境治理力度。2011～2013年土地利用L(x)值、生态环境E(x)值均有小幅度增长，表明生态建设理念初见成效。从协调性来看，2004～2013年土地利用与生态环境协调性呈上升趋势。协调度由0.445 2上升到0.768 3，协调等级由中度失调向优质协调转变，协调发展度由2004年0.445 2升至2013年0.768 3，经历4个阶段，最终达到中度协调发展类型。2004～2008年属于波动调整期，经历“中度失调-濒临失调-初级协调”更替调整阶段，生态环境评价值明显高于土地利用评价值，土地利用由损益型转变为滞后性；2009～2010年处于平稳过渡期，该阶段为初级协调状态，土地利用指数高于生态环境指数，为生态环境滞后型，相比上一阶段土地利用、生态环境指数均有所提高，但土地利用开发强度加大，对生态环境破坏严重，造成生态环境相对土地利用滞后；2011～2013年为稳步发展期，该阶段为中度协调发展型，协调发展度呈上升趋势，但土地利用指数仍高于生态环境指数，属于生态环境滞后性。

3.2 协调发展度时空差异

将6个城市指标分别带入公式（1）～（4），计算协调发展度，判断其发展类型，如表4所示。

从均值来看，鸡西为濒临失调，鹤岗、双鸭山、佳木斯、七台河、牡丹江为初级协调，虽然5个城市均处于初级协调状态，但存在两种情况，其中鹤岗、牡丹江土地利用均值低于生态环境，属于土地利用滞后性，应提高土地利用效益；双鸭山、佳木斯、七台河土地利用均值高于生态环境，属于生态环境滞后性，应加大环境保护力度。从总体来看，2004～2013年6个城市协调度大致呈上升趋势，其中鸡西协调度波动性较大，且上升幅度明显，由完全失调状态提升至中度协调状态；鹤岗协调度由严重失调向中度协调转变，协调性逐渐提高；双鸭山协调性相对较高，且上升缓慢，9年间由初级协调上升至中度协调，仅上升一个等级。其他3个城市协调性均由中度失调逐渐趋向中度协调，2013年七台河达到良好协调，说明土地资源不断开发同时注重生态环境保护。从局部看，2004～2007年鸡西协调度由完全失调转变为初级协调；双鸭山为初级协调；鹤岗由不协调转变为协调；七台河由濒临失调提高至初级协调；牡丹江处于中度失调向濒临失调转变态势；佳木斯由中度失调向中度协调转变。2008～2010年鸡西、双鸭山稳定在初级协调发展类型；鹤岗、七台河由初级向中度协调过渡；牡丹江由濒临失调提高至初级协调；佳木斯处于中度协调。2011～2013年鸡西、双鸭山、鹤岗、牡丹江为中度协调；七台河、佳木斯由中度协调提高到良好协调。黑龙江省东部煤电化基地土地利用与生态环境协调性空间分布格局见图1。

图1 土地利用与生态环境协调发展类型空间变化Fig.1 Types space change of the land use and ecological environment coordinated development

2004年度分5个阶段，空间上呈中间高，南北低特点，土地利用与生态环境协调性较差，仅双鸭山处于初级协调类型，其他城市出现不同程度失调，不协调比例较大，主要原因是振兴东北规划实施，更注重土地资源开发强度，忽略生态环境影响，但生态环境指数仍大于土地利用指数，出现土地利用损益现象；2007年协调度改善，出现南低北高特点，其中经济中心城市佳木斯协调等级达到中度协调，而另一经济中心城市牡丹江协调等级则相反，处于濒临失调状态，其他四个城市均为初级协调，且土地利用普遍滞后；2010年协调类型为初级和中度协调发展类型，其中鹤岗、七台河为中度协调发展类型、其他4个城市均为初级协调发展类型，呈两极分化特点，但由于土地利用强度大，生态环境质量下降，演变为生态环境滞后型；2013年协调等级上升幅度较大，全部达到中度协调状态，主要由于在土地利用开发过程越来越重视生态环境保护，在生态建设前提下开发利用土地，协调性大幅提高。

3.3 预测协调性结果分析

利用GM（1：1）模型对2004～2013年指标数据测算，预测2016～2020年基地指标值，在此基础上利用协调度模型预测其协调性，得出6个城市土地利用与生态环境协调性结果（见图2）。

由图2可知，2016～2020年6个城市协调等级逐渐趋向优质协调发展类型，达到稳定，协调度呈缓慢上升趋势，说明黑龙江省东部煤电化基地保持稳定发展趋势，协调类型好转，但生态环境指数仍然小于土地利用指数，在土地利用开发同时加大生态环境治理力度，严格控制工业三废排放、提高生态涵养能力和资源承载力。双鸭山协调等级由中度协调向良好协调类型转变，其他5个城市均由良好协调类型缓慢地过渡到优质协调类型。其中鸡西、牡丹江协调类型一致，鹤岗、七台河、佳木斯协调类型相同。鸡西增长率达11.80%，增长速度最快；双鸭山增长速率5.06%，增长速度最慢，在四大煤炭城市中协调类型上升较快，但增加幅度较小。

图2 土地利用与生态环境协调发展类型预测Fig.2 Prediction tableof land use and ecological environment coordinated development type

4 结 论

本文选取2004～2013年数据，运用协调度、协调发展度测算黑龙江省煤电化基地土地利用与生态环境协调性，采用GM（1:1）模型预测未来五年协调发展类型。通过协调性和未来协调发展类型分析，揭示基地土地利用与生态环境协调性时空变化特征，结论如下：

① 2004～2013年黑龙江省煤电化基地土地利用与生态环境协调性呈上升趋势，且经历“中度失 调—濒临失调—初级协调—中度协调”四个阶段，由土地利用损益型转变为生态环境滞后型。生态环境是基地可持续发展必要条件，因此需要实施节能减排、生态建设，以节能、环保工艺和技术为基础，提高生态环境质量。

② 2004～2013年土地利用协调性经历波动调整（2001～2008）—平稳过渡（2009～2010）—稳定发展（2011～2013）三个时期。

③ 通过土地利用与生态环境协调性时空特征分析发现，2004～2013年6个城市协调度均呈上升趋势，空间上协调性呈现中间高、南北低特点，低协调类型城市较多，中度协调类型城市较少但有增加趋势，生态环境相对滞后，土地利用与生态环境协调性有待加强，说明提高基地生态环境可提高土地利用与生态环境协调性，对改善生态环境具有积极作用。

④ 未来五年研究区协调等级逐渐趋向优质协调发展类型，并达一定稳定性。

5 建 议

在经济发展新常态下，土地利用与生态环境不协调制约经济可持续发展。在制定土地利用总体规划基础上，应明确生态环境指标，协调二者关系。在政策方面，以二者协调性为准则，以循环经济为手段，健全并完善法律法规，一方面建立鼓励政策，对保护生态环境项目给予优惠政策；另一方面将生态环境规划与土地利用规划、城乡环境综合治理结合，确保规划有效实施。

[1] 李边疆,王万茂.区域土地利用与生态环境耦合关系的系统分析[J].干旱区地理,2008,31(1):142-148.

[2] 曲长祥,刘璐,冯翔迪.城市土地集约利用评价及其驱动因子分析——以绥化市为例[J].东北农业大学学报,2015,46(4):94-100.

[3] 游和远,吴次芳,林宁,等.基于数据包络分析的土地利用生态效率评价[J].农业工程学报,2011,27(3):309-315.

[4]朱旭森.基于DEA的土地利用经济效率和生态效率评价——以西南地区为例[J].重庆师范大学学报:自然科学版,2016,33(4):194-200.

[5] 盖兆雪,赵映慧,曲长祥.黑龙江省东部煤电化基地土地利用生态效率时空特征分析[J].中国矿业,2014,23(9):61-63,128.

[6] 林坚,刘松雪,付雅洁,等.西部欠发达地区乡镇土地利用生态效应评价研究——以甘肃省榆中县为例[J].城市发展研究,2017,24(2):113-121.

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[13] 郭旭东,常青,刘筱,等.基于碳储量视角的城镇土地利用模式与生态效益分异特征[J].中国土地科学,2017,31(4):61-70.

[14] 杨凤海,赵越,刘英汉,等.低山丘陵县域土地利用总体规划

Coordination of land use and ecological environment in eastern coal-electric base in Heilongjiang Pro

SUN Ping1,GAI Zhaoxue1,QU Changxiang2
(1.Institute of Land Management,Northeast University,Shenyang 110169,China;2.School of Humanities and Law,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

In the process of rapid development of industrialization and urbanization,the rational use of land and protection of ecological environment has become one of the hot issues in the world.Areas with prominent problems such as shrinking wetland area,soil erosion,functional degradation and environmental pollution in eastern coal-electric base in Heilongjiang Province were studied,selecting index data in 2004-2013,constructing land use and ecological environment evaluation index system,using comprehensive function and coordination degree model to evaluate the coordination relationship,and GM(1:1)was used to predict its future development trend.The results showed that there was a complex nonlinear dynamic coordination relationship between them,the coordination between land use and eco-environmentwas on the rise in eastern coal-electric base in Heilongjiang Province in 2004-2013,and it has gone through four stages:moderate maladjustment,verge disorder,primary coordination and moderate coordination,it was fluctuation adjustmentperiod in 2004-2008;stationary transition period in 2009-2010;steady development period in 2011-2013.The space was middle height,low south and north in 2004;the south was low and north was high in 2007;it showed polarization characteristics in 2010;all the coordination levels reached moderate coordination in 2013;and in the next five years,the level of coordination will gradually become the type of coordinated development with high quality in six cities;and achieve a certain stability.

land use;ecological environment;coordination;Heilongjiang

S301.2；X24

A

1005-9369（2017）12-0089-08

时间2017-12-18 13:40:13 [URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20171218.1339.008.html

孙萍,盖兆雪,曲长祥.黑龙江省东部煤电化基地土地利用与生态环境协调性研究[J].东北农业大学学报,2017,48(12):89-96.

Sun Ping,Gai Zhaoxue,Qu Changxiang.Coordination of land use and ecological environment in eastern coal-electric base in Heilongjiang Province[J].Journal of Northeast Agricultural University,2017,48(12):89-96.(in Chinese with English abstract)

2017-07-08

国家自然科学基金项目（41071346）；国家自然基金项目（415711657）

孙萍（1962-），女，博士，教授，博士生导师。研究方向为行政管理与土地管理。E-mail:sunping626@126.com