城市土地利用效益评价及其耦合关系研究—以桂林市为例

颜开发，叶祥峰，苏黎馨

（福建师范大学 地理科学学院，福建 福州 350007）

城市土地利用效益评价及其耦合关系研究—以桂林市为例

颜开发，叶祥峰，苏黎馨

（福建师范大学 地理科学学院，福建 福州 350007）

通过建立城市土地利用效益评价及其耦合度评价模型，对生态环境重点关注城市桂林市的土地利用社会经济效益和生态环境效益及其耦合关系进行研究.结果表明：桂林市的土地利用效益有着不同于沿海经济城市的特点.2002-2009年，桂林市土地利用效益迅速增长，社会经济效益和生态环境效益总体上处于协调发展状态，两效益的耦合度在2007年达到最高水平.由于桂林市土地利用生态环境效益发展速度高于社会经济效益发展速度，2008-2009年，两者的耦合度呈现略微下降趋势.

桂林市；土地利用；社会经济效益；生态环境效益；耦合关系

城市土地是城市中各种人类活动存在的载体.随着经济的飞速发展和城市化的快速推进，城市土地利用产生了巨大的社会经济效益，与此同时，城市土地利用的生态环境效益也愈来愈成为人们关注的重要问题[1-4].正确处理好城市土地利用与经济社会发展、生态环境建设之间的关系，提高城市土地利用效益，已经成为城市可持续发展的重要因素和核心问题[5-7].

目前，学术界对于城市土地利用效益评价的研究较多，关于土地利用社会经济效益和生态环境效益之间的耦合或者协调关系研究较少.在现有关于土地利用耦合关系的研究中，梁红梅等基于系统工程理论建立了土地利用效益耦合模型，将土地利用效益的耦合关系分为低级共生、协调发展、极限发展和再生发展4个阶段，搜集20多年的资料对深圳、宁波市等沿海经济发达城市的土地利用耦合关系进行研究，得出近20多年来，两市的土地利用经济效益和生态环境效益的耦合关系由低级共生过渡到协调发展阶段，而随着时间的变化，协调发展阶段的协调程度亦有所不同.已有研究认为，沿海经济城市土地利用的生态环境效益滞后于社会经济效益发展[8-9].曹堪宏等以广州、深圳市为例，通过土地利用效益耦合关系模型对两市的土地利用效益耦合关系进行研究，得出两市的土地利用效益可能进入极限发展阶段的结论[10].桂林市是国内外知名的旅游城市，也是国务院批准的国家旅游综合改革试验区唯一城市，桂林市的城市定位决定了它在土地利用方面有着不同于沿海经济城市的特点.本文以桂林市为研究对象，分析其在经济社会快速发展时期的土地利用效益及其耦合关系.

1 评价模型的构建

1.1 效益评价模型

土地利用效益是指土地利用所带来的各种有用成果的总称，分为土地利用社会经济效益和生态环境效益，涉及社会、经济、生态、环境各个方面，内涵十分丰富.目前，通常采用多因素加权模型对土地利用效益进行评价.设Q1、Q2分别表示土地利用的社会经济效益和生态环境效益，则其一般函数为：

式中，xi，yj为分别为两系统的评价指标，ai，bj为相应评价指标的权重.

1.2 耦合度模型

土地利用所产生的社会经济效益与生态环境效益相互作用、相互影响，两者之间具有非线性关系[11].土地利用的社会经济效益和生态环境效益之间的相互关系构成了一个复合系统，其协调发展的耦合程度即为耦合度.根据一般系统理论，设A、B为受自身与外界影响的土地利用社会经济效益子系统与生态环境效益子系统的演化状态，VA为社会经济效益系统发展速度，VB为生态环境效益系统发展速度.则有：

A、B是相互作用、相互影响的，任一个子系统的变化都会引起整个系统的变化，设V为整个系统的发展速度，则V由VA和VB共同决定.在二维平面中，以VA、VB为变量建立坐标系，则V的变化轨迹即为坐标系中的椭圆[12].VA与VB之间的夹角即为耦合度，满足α=arctanVA/VB.

如图1所示，在土地利用效益复合系统的一个演化周期之内，系统将经历4个阶段：当-90°＜α≤0°时，系统处于低级共生阶段，此阶段土地利用强度较少，生态环境容量较大，两子系统的发展水平都很低；当0°＜α≤90°时，系统处于协调发展阶段，此阶段两子系统的发展水平较高，社会经济效益和生态环境效益都很明显，当α=45°时，系统处于最佳协调水平，当α接近0°或90°时，系统之间不甚协调；当90°＜α≤180°时，系统处于极限发展阶段，此阶段由于生态环境的持续恶化，土地利用的社会经济效益发展受到制约，从极限开始下降，最终将导致系统的瓦解.当-180°＜α≤-90°时，系统处于再生发展阶段.由于两子系统都处于不良状态，旧系统瓦解，新系统产生[8].土地利用新旧系统的关系表现为再生、循环、停滞、倒退4种模式[13].

图1 土地利用效益耦合关系Fig.1 The coupling relationships of land use benefits

2 数据来源和评价指标体系

2.1 数据来源

本研究的数据来源主要是《中国城市统计年鉴（2003-2010）》、《广西统计年鉴（2003-2010）》、《桂林市环境质量状况公报（2002-2009）》.

2.2 评价指标体系的建立

1）数据的无量纲化.

为使各项评价指标具有可比性，须对各项指标的原始数值进行标准化处理，以消除量纲，得到标准化后的数值，以此作为评价的基础.处理方法为：

式中xij为指标实际值，yij为无量纲化后的数值，i为指标个数，j为年份（2002-2009年），aij为第i个指标的最大值，bij为第i个指标的最小值.

2）熵值法确定权重.

熵值法是一种通过判断系统的有序程度进而确定权重的方法，一个系统的有序程度越低，则信息熵越大，其信息的效用值越小.在城市土地利用效益评价中，某项指标的熵越大，其对土地利用效益的影响越小，权重系数就越低，反之亦然.所以，根据信息熵可以计算各项指标的信息效用值，从而计算出权重，为效益评价提供基础.其计算公式[14]如下：

其中，ej为为第j项评价指标的熵值，i为评价的年份（取值为1-8），yij为第i年第j项指标的无量纲化值，K为调节系数，dj为第j项指标的差异系数，Wj为第j项指标的权重系数.

3）评价指标体系及权重.

为准确、科学地评判土地利用社会经济效益和生态环境效益，本文根据桂林市的实际情况和评价模型的要求，选取了地方财政收入等22项评价指标构建评价指标体系，并通过熵值法确定各项评价指标的权重系数（见表1）.

3 实证分析

3.1 土地利用效益评价

根据上文评价模型中的多因素加权模型和评价指标体系计算得到2002-2009年8年间桂林市土地利用社会经济效益和生态环境效益评价值（见图2）.

在这8年中，桂林市土地利用社会经济效益和生态环境效益总体上都呈现上升的发展趋势.社会经济效益值从2002年的0.14上升到2009年地0.329，生态环境效益值从2002年的0.145上升到2009年的0.541，生态环境效益的上升幅度高于社会经济效益.

表1 桂林市土地利用效益评价指标体系及权重Tab.1 The indexes and their weights of land use benefits in Guilin City

图22002-2009年桂林市土地利用效益演化曲线Fig.2 The evolving curves of land use benefits of Guilin City in 2002-2009

3.2 耦合度研究

利用SPSS17.0软件，分别对上述两曲线进行非线性拟合，得到土地利用的社会经济效益与生态环境效益关于时间t的函数：

分别对上述两函数求导，得出桂林市土地利用社会经济效益系统和生态环境效益系统发展速度VA、VB：

根据公式α=arctanVA/VB，计算得出2002-2009年桂林市土地利用效益耦合度，见图3.

2002-2009 年，桂林市土地利用效益耦合度介入0～39.336°之间，土地利用系统处于协调发展阶段.2002-2007年，土地利用效益耦合度持续上升，从0°发展到最高峰39.336°，土地利用系统从协调发展阶段的不甚协调向最佳协调靠近.2007-2009年，土地利用效益耦合度略微下降，2009年的土地利用效益耦合度为38.119°.近10年来，桂林市正确处理土地利用与经济社会发展、生态环境保护之间的关系，土地集约化利用不断加强，土地利用的社会经济效益和生态环境效益迅速提升.特别是2007年以来，桂林市加大生态环境建设力度，全市森林覆盖率和建成区绿化覆盖率较快增长，导致土地利用的生态环境效益发展速度高于社会经济效益发展速度，土地利用的社会经济效益和生态环境效益的整体协调性呈现略微下降趋势.

图32002-2009年桂林市土地利用效益耦合度演化曲线Fig.3 The coupling degree evolving curves of land use benefits of Guilin City in 2002-2009

4 结论与建议

通过利用系统科学理论和方法，建立多因素加权和耦合度模型，直观地评价了桂林市的土地利用社会经济效益和生态环境效益及其耦合度.研究结果表明，基于一般系统理论的耦合度模型能够较好地运用于城市土地利用效益评价及其耦合度研究.桂林市作为生态环境重点保护和建设城市，其土地利用效益有着不同于沿海经济城市的特点.2002-2009年，桂林市土地利用效益处于协调发展状态.其中2002-2007年，桂林市土地社会经济效益和生态环境效益快速发展，两效益的耦合度在2007年达到最高水平.2008-2009年，桂林市土地利用生态环境效益发展速度高于社会经济效益发展速度，其耦合度呈现略微下降趋势.基于上述研究，为促进桂林市经济社会又好又快发展，对桂林市土地利用提出如下建议：

1）桂林市的土地利用表现出社会经济效益略显滞后的现象，这说明桂林市的生态环境得到了有效的保护，与其作为国内外知名的山水旅游城市的性质是相一致的.今后应巩固生态环境保护成果，以建设国家旅游综合改革试验区为契机，继续加强生态环境保护和建设，打造更加生态、宜居的世界旅游名城.

2）由于受到旅游城市这一城市定位的影响，桂林市特别是市区受到严格的规划限制，城市容量、居住用地和工业用地等受到严格控制，各类建设项目也相应被严格限制发展，地方政府财政增长乏力，旧城区人民生活水平提高缓慢.今后桂林市应正确处理好建设与保护的关系，协调城市土地利用，加快发展临桂新区，打造新的经济中心和就业中心，提高桂林市整体经济实力和政府财力，改善人们生活条件，促进城市可持续发展.

[1]张忠国,高军.从经济效益和生态效益来探索城市土地利用的合理模式[J].中国人口·资源与环境，2004,14（2）：104-107.

[2]陈兴雷,李淑杰,郭忠兴.吉林省延边朝鲜自治州土地利用与生态环境协调度分析[J].中国土地科学,2009,23(7):66-70.

[3]周刚,晏涵.土地利用和生态环境建设的研究进展[J].湖南农业大学学报:自然科学版,2010,36(1):24-26.

[4]邓伟,杨华,崔艳军.重庆主城区近30年来土地利用变化的生态环境效应评价[J].水土保持研究,2010,17（3）:232-236.

[5]郭嵘,陆明,卢军.可持续城市化发展问题[J].哈尔滨工业大学学报,2003,35（9）:1147-1149.

[6]陆铭.重构城市体系—论中国区域和城市可持续发展战略[J].南京大学学报:哲学·人文科学·社会科学版,2010,(5):15-26.

[7]郑斌,黄丽娜,卢新海.论城市土地集约利用中的全面可持续观—国内外研究比较与评述[J].中国土地科学,2010,24（3）:75-79.

[8]梁红梅，刘卫东，刘会平,等.深圳市土地利用社会经济效益与生态环境效益的耦合关系研究[J].地理科学,2008,28（5）:636-641.

[9]梁红梅,刘卫东,刘会平,等.土地利用社会经济效益与生态环境效益的耦合关系—以深圳市和宁波市为例[J].中国土地科学,2008,22(2):42-48..

[10]曹堪宏,朱宏伟.基于耦合关系的土地利用效益评价—以广州和深圳为例[J].中国农村经济,2010,8:58-66.

[11]黄金川,方创琳.城市化与生态环境交互耦合机制与规律性分析[J].地理研究,2003,22(2):211-220.

[12]李崇明,丁烈云.小城镇资源环境与社会经济协调发展评价模型及应用研究[J].系统工程理论与实践,2004,24(11):134-139.

[13]刘耀彬,宋学峰.城市化与生态环境耦合模式及判别[J].地理科学,2005,25（4）:408-414.

[14]刘力,邱道持,粟辉,等.城市土地集约利用评价[J].西南师范大学学报:自然科学版,2004,29(5):887-890.

Evaluation and Coupling Relationship Research of Urban Land Use Benefit—A Case Study in Guilin City

YAN Kaifa，YE Xiangfeng，SU Lixin
（College of Geography Science，Fujian Normal University，Fuzhou350007，China）

Through establishing the evaluation model of city land use benefit and it’s coupling degree,the social and economic benefits,the ecological and environment benefit and it’s coupling degree of land use were researched in Guilin city where the construction of the ecological environment is a major concern.The results show that the land use benefit of Guilin is different from that of coastal economic cities in our country.From 2002 to 2009,the land use benefit increase rapidly,the social economic benefit and the ecological environment of land use developed coordinately in general,the coupling degree of two benefits reached the highest level in 2007.Because the ecological environment benefit’s develop⁃ment speed is faster than social economic benefit of Guilin city’s land use,from 2008-2009,the coupling degree of two benefits is show a downward trend.

Guilin city；land use；social and economic benefits；ecological and environment benefits；coupling relation⁃ship

F 301

A

1674-4942（2011）04-0449-05

2011-09-28

国家基础科学人才培养基金项目（J0830521）

黄 澜