成渝城市群土地利用效益与生态环境耦合协调关系

2020-08-19杨晓涵唐祥云

湖北农业科学 2020年9期

杨晓涵唐祥云

摘要：在构建土地利用效益与生态环境水平评价指标体系的基础上，运用变异系数法确定权重，结合耦合协调度模型揭示了成渝城市群2006-2016年土地利用效益和生态环境水平耦合协调度的时间和空间变化情况。结果表明，成渝城市群各城市的土地利用效益表现出逐步上升的趋势，上升速度逐年放缓，内部差异显著。各城市生态环境水平也基本呈现逐年增长的趋势，少部分城市在2011年以后开始出现回落。成渝城市群土地利用效益与生态环境的协调度亟须加强，大部分城市常年处于失调状态，以中度失調和濒临失调为主，耦合度的空间变化表现为从成都市开始向城市群的东北再向东南上升的态势。

关键词：成渝城市群;土地效益;生态环境;耦合

中图分类号：F061.6 文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2020）09-0177-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.09.038

改革开放40年，中国经历了快速的城镇化扩张过程。一方面，由于建设用地粗放利用，无序扩张等现象而导致土地经济和社会效益低下，人地矛盾加剧;另一方面，粗放型的土地利用模式往往忽略了对生态环境的保护，由环境污染和对土地不当利用而引发的土地承载力和土地质量降低，甚至生态系统退化等一系列问题日益凸显，城市生态环境面临着前所未有的挑战[1，2]。实现环境友好型的土地利用模式，在提升土地利用效益、实现土地的综合高效利用的同时提高城市生态环境质量也成为学术界研究的热点问题。

国内学者对土地利用效益耦合协调关系进行了定量分析和实证分析。在土地利用效益的界定和评价上，从开始的单项土地利用效益向土地的社会、经济、生态效益的多维效益转变[3];在研究内容上，多采用耦合协调度模型等对不同地区的土地利用效益和生态环境系统进行量化分析，针对存在的问题提出了对策和建议[4-6]，也有学者从生态安全、城市扩张、碳储量等视角出发，对土地利用效益与生态环境两大系统的耦合关系进行了探析[6-9]。从研究对象上看，较多研究将土地利用效益系统看成是由社会效益、经济效益、生态效益3个子系统组成，以此来判别三者之间的相互耦合关系，而将社会经济效益合并，重点突出土地利用，对生态环境影响的研究较少。从研究尺度上看，以覆盖到全国、省域、城市圈、流域到单一的城市和县域，研究尺度不断细化，而涉及城市群这一尺度的研究相对较少[10]。研究区域主要集中在经济发达、城镇化水平较高的中国东南部、中部等区域，而对正处于加速城镇化过程中的广大中西部区域重视不够，缺乏对部分区域城市发展过程中土地利用问题的研究与指导。

基于此，选取对中国中西部发展有重要带动意义的成渝城市群作为研究区域，构建土地的社会经济效益系统和生态环境效益系统评价指标体系，结合耦合协调度模型定量分析土地利用效益与生态环境耦合的时序变化特征，为推进成渝城市群的可持续发展与规划提供有益的借鉴与参考。

1 数据与研究方法

1.1 研究区域概况

成渝城市群位于中国西南，是西部地区最大的城市集聚区，其辐射范围包括四川、重庆、云南、贵州、西藏、甘肃、青海、陕西，战略地位十分重要。其行政区划分别包括了四川和重庆的部分地区，其中15个地级市120个区（县）属四川省，30个区（县）属于重庆市管辖。成渝城市群地形复杂，地貌类型多样，是四川盆地的核心地带，地貌以丘陵为主，中间为成都平原，四周为中低山环绕。独特的盆地地形使成渝城市群的气候相比同纬度的其他地区偏暖湿，年均气温在15℃左右。该地区城镇化水平相比全国仍处于较低水平，是中国今后相当一段时间城镇化发展的重点区域。

1.2 数据来源

为研究2006-2016年成渝城市群土地利用和生态环境的变化情况，以5年为1个时间截面，由于年鉴中所记录数据均为上一年实际发生的数据情况，故分别选取了2007、2012、2017年的《中国城市统计年鉴》《四川统计年鉴》《重庆统计年鉴》《成都统计年鉴》，部分数据通过年鉴中的数据计算所得，部分缺失数据通过插值法补充。由于数据获得和区域的限制，重庆的数据采取其市辖区的数据进行表征。

1.3 研究方法

1.3.1 建立指标体系通过统计CNKI中相关文献对土地利用效益和生态环境的指标频度[1-15]，结合研究目的和研究区域的实际情况，建立成渝城市群土地利用效益与生态环境水平综合评价指标体系，见表1。从社会效益和经济效益两个层面对土地利用效益进行测度，依据压力-状态-响应（PSR）模型，选取3个目标层表示城市的生态环境水平。

1.3.2 指标的标准化处理由于指标的单位和大小不一，为了使各个变量能够综合计算，应先对所有的指标进行无量纲的标准化处理。标准化处理的公式如（1）。

Z_ij为标准化后的数据，X_ij为每个指标的原始值，x_i为均值，s_j为该项指标的标准差。其中对于影响土地利用效益和生态环境的负向指标，标准化之后再取其相反数处理，得出土地利用效益与生态环境的标准化数据。

1.3.4 变异系数法确定权重采取变异系数法确定指标权重，该方法能充分利用指标本身所提供的信息，可以防止因指标量纲不同而对权重产生影响，因而更能反映指标的相对重要程度[18]。公式如（2）、（3）。

式中，V_i为第i项指标的变异系数，σ_i为该项指标的标准差，x_i为该项指标的平均值;w_i为第i项指标的权重。

1.3.2 耦合协调度模型耦合作为物理学概念，是指两个或两个以上体系或运动形式通过各种相互作用而彼此影响的现象，耦合度则用来描述系统或要素相互影响的程度[11]。耦合度大小反映了对区域土地利用效益一生态环境系统的作用强度和贡献程度，决定着系统在达到临界区域时由无序走向有序的趋势[12]。两个系统的耦合度可用模型（4）表示。

式中，C为两者耦合度大小，u_i（i=1，2）分别为土地利用系统和生态环境系统的综合发展水平。

由于耦合度更多的是反映系统要素的相似性，不能很好地反映要素发展的整体水平及两者的协同效应，不能很好地表征土地利用效益与生态环境的发展水平及其协调性，进一步构造耦合协调度模型，公式如（5）。

D=（C+T）^1/2，T=αu₁+βU₂。（5）

D为耦合协调度;T为土地利用效益与生态环境的综合协调指数;α、β分别为土地利用效益和生态环境对城市发展的贡献程度，考虑到二者贡献度不分彼此，此处取α=β=0.5。根据耦合协调度D大小，可以将土地利用效益与生态环境的协调类型划分为六大类型，见表2。

2 成渝城市群土地利用效益与生态环境耦合协调度时序特征

2.1 各城市综合水平和耦合协调度的计算

对原始数据进行标准化处理，通过SPSS 22软件计算土地利用效益和生态水平的各项指标，再由各项指标值乘以其权重分别得到2006、2011和2016年成渝城市群土地利用效益水平和生态环境水平得分，为了便于分析将最终得分转换为百分制。根据公式（4）、（5）得出研究时段3年的城市群内部各城市土地利用效益和生态环境耦合度C，计算出协调度D。结果见表3。

2.2 土地利用效益时序变化分析

为更好地分析成渝城市群土地利用效益的變化情况，根据表3绘制出研究时间段成渝城市群各城市的土地利用效益水平综合指数折线（图1）。

从图1可见从2006-2016年，成渝城市群各城市的土地利用效益水平总体呈上升趋势。2011年末较2006年末而言，各城市的平均土地利用效益提高了99%，涨幅明显：2011年和2016年相比，各城市平均土地利用效益同比增长29.5%，说明这一时段土地利用效益的增加速度放缓，增幅减弱，其中，绵阳、乐山、南充、达州、雅安5市几乎没有增加;广安、成都、资阳3市的涨幅较为显著。国家更加重视提高土地的利用效率和开发强度，接连出台了政策以调整土地利用结构，转变土地利用方式，如对城市低效利用土地的二次开发、土地集约节约利用、土地碳减排等，土地利用效益的逐年增加可能与这些政策的实施和社会经济发展水平的提高相关。广安市2016年地均货运量为46.2万t/km²，是2016年该指标平均值3.7万t/km²的12.5倍，广安市作为连接成渝经济走廊的重要城市和川东北重要交通枢纽，承载了大量的货物运输，土地利用社会效益作用明显，是2016年广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处于中等偏下状态。成都作为四川的省会城市，自古有天府之国的美誉，是西南地区的金融、科技、文化中心和重要交通枢纽，其城市规模和城市综合实力一直在西部地区处于领先地位;重庆自成立直辖市后在国家多项政策的帮助下，城市规模和城市等级得到迅速提升，经济水平也不断增强，但距离成都市的综合土地利用效益水平还有一定差异，未体现出成渝城市群双核心城市之一的优势，未来还需进一步落实土地利用政策，提高土地利用效益水平。

生态环境水平也基本呈现逐年增长的趋势，自贡、内江、乐山和重庆几个城市的生态环境水平在研究时间段内有较为显著的增长，但成都、绵阳、乐山3市在2011年以后开始出现回落，特别是成都市降幅明显，这可能与城市发展过程中对资源的消耗过大，导致生态环境压力过大，建设用地无序扩张严重有关（图2）。2016年成都市地均社会用电量为251.5万kW·h/km²，远高于城市群内的均值45.46万kW·h/km²，2016年成都市新增建设用地167km²，而成渝城市群的各城市平均新增建设用地约为20km²。各城市的生态环境差异水平随时间推移而逐渐缩小。

2.3 耦合协调度分析

根据计算得出的耦合协调度，绘制出各城市的协调度折线，如图3所示。成渝城市群16市土地利用效益与生态环境2个系统具有较强的耦合交互作用，二者的依托关系密切。不同城市处在不同的发展水平，协调程度也存在差异，但大多数城市的协调度表现出在2006-2011年5年中增长显著而在后5年时间段内增加滞缓的情况。

根据计算得出的耦合协调度，对照表2中的划分标准，得出成渝城市群16个市土地利用效益和生态环境的耦合协调度类型。基于GIS分析平台，根据协调度D区间划分标准，进行空间化处理，生成图4。从空间分布来看，2006年除成都市处于濒临失调阶段以外，其余各市的协调度均处于中度失调，特别是雅安市与其他各市差异较大，雅安市的土地利用效益严重滞后其生态环境水平，从指标中反应出其地均GDP和地均工业总产值这2个指标处于垫底，远落后于其他各城市水平，应吸引众多产业入驻提高其工业总产值和经济发展水平。成都市自2011年开始进入勉强协调阶段，借用EKC曲线理论来解释可认为，城市发展进入“倒U形曲线”的后阶段，决策者开始注重提高土地利用的质量和生态环境质量，在发展过程中开始施加环保压力，城市绿色发展和生态文明建设有了初步的实施结果，协调发展度稳步上升。川东北地区的几个城市转入濒临失调阶段，而川东南的几个城市协调度仍然滞后。到2016年，位于成渝经济走廊区域的广安和资阳两市由濒临失调转为勉强协调阶段，这两个城市的土地利用效益水平不高，但其生态环境与其发展水平匹配，致使二者协调阶段高于其他城市。除绵阳、乐山和雅安3市处于中度失调阶段外，其余各市也转入濒临失调阶段。绵阳市的土地利用效益水平和生态环境水平在2011年和2016年几乎无增长，导致其协调度发展几乎处于停滞状态。指标上反映为土地利用效益增长缓慢，未及各城市的平均水平。例如2011-2016年，各城市地均固定资产投资增幅为79.5%，而绵阳市该项指标仅为39.8%，仅为平均增幅的1/2。未来绵阳市应采取措施实现城市经济水平的稳步增长及土地利用经济效益水平的提高。

3 小结与讨论

成渝城市群各城市的土地利用效益表现出逐步上升的趋势，上升速度逐年放缓，内部差异显著。生态环境水平也基本呈现逐年增长的趋势，自贡、内江、乐山和重庆几个城市的生态环境水平在研究时间段内有较为显著的增长，但部分城市在2011年以后开始出现回落。在未来要注意采取相应措施加大对生态环境的保护力度，着力控制化石能源的消费量;对“三废”排放严加管控，最大限度地降低“三废”对生态环境的影响;要加快提高工业固体废物综合利用率及工业重复用水率。通过以上措施逐步减轻生态环境压力，实现土地利用效益与生态环境水平的同步协调发展。

成渝城市群土地利用效益与生态环境的协调度在研究时段内整体不高，大部分城市常年处于失调状态，土地利用效益与生态环境之间的协调性有待加强。随着时间的推进和城市发展，耦合度的空间分异与变化表现为从成都市开始向城市群的东北再向东南上升的态势。未来应重点加强位于城市群西南部的雅安、乐山以及位于城市群东北部的绵阳市的土地利用效益管理，调整城市内产业结构，提升土地利用效益，以带动生态环境效益的提升，使成渝城市群的发展更加均衡。

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