区域低碳经济发展与土地利用变化关联度分析——以长沙市为例＊

张 鑫，张 勇，2，3，苏霁康，蒋 威

（1.湖南科技大学建筑与城乡规划学院，湖南湘潭 411201；2.湖南科技大学区域地理研究所，湖南湘潭 411201；3.湖南师范大学资源与环境科学学院，湖南长沙 411081）

区域低碳经济发展与土地利用变化关联度分析
——以长沙市为例＊

张 鑫1，张 勇1，2，3，苏霁康1，蒋 威1

（1.湖南科技大学建筑与城乡规划学院，湖南湘潭 411201；2.湖南科技大学区域地理研究所，湖南湘潭 411201；3.湖南师范大学资源与环境科学学院，湖南长沙 411081）

基于2005—2011年长沙市土地利用变更数据，运用土地利用动态度和利用程度综合指数分析长沙市2005—2011年间土地利用变化的时空差异，并从宏观和微观角度探讨土地利用程度与低碳经济发展的关联度.研究结果表明，长沙市2005—2011年间土地利用变化明显，土地利用程度综合指数较大，并呈上升趋势；土地利用程度与低碳经济发展存在极强的相关性，灰色关联度达到0.649 8.该研究结果可为两型社会建设过程中低碳型土地利用对策提供科学依据.

土地利用动态度；土地利用程度；低碳经济；灰色关联度

1 研究区域概况

长沙市位于湖南省东北部，湘江中下游地区，东经111°53′～114°15′，北纬27°51′～28°41′，下辖芙蓉区、岳麓区、开福区、天心区和雨花区以及长沙县、望城县、宁乡县、浏阳市，共5区4县（市），如图1所示.区域内地貌类型多样，山地、岗地和平原多，丘陵少.气候属于典型的亚热带季风湿润气候，全年平均气温17.2℃，无霜期为275d，年均日照数位1 677h，年降水量为1 390mm.该地区自然生态和资源条件良好，城际和对外交通日益便捷，高速公路、铁路、航运等立体交通网络不断完善，科研实力雄厚，产业基础良好，为经济发展提供了独特的发展条件和潜力［11］.

图1 研究区域分布图

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

长沙市2005—2011年土地利用数据来源于长沙市国土资源局土地利用变更调查数据，根据研究需要，将土地利用划分为耕地、园地、林地、草地、其他农用地、居民点及工矿用地、交通运输用地、水利设施用地和未利用地.社会统计数据主要来源于2006—2012年《长沙市统计年鉴》、2006—2012年《湖南省统计年鉴》和相关网站统计数据.

2.2 低碳经济评价指标体系

2.2.1 构建原则 （1）系统性与综合性原则.低碳经济涉及经济、能源、碳排放和环保等各个方面，是一种综合性的经济发展模式.从系统性和综合性的角度出发，选择反映经济、能源、碳排放和环境保护之间相互关系的指标，从全方位、多角度反映低碳经济的发展水平.（2）全面性和整体性原则.评价指标体系应从全面性和整体性反映低碳经济的发展水平，从而有助于决策者制定相关策略.（3）目标性和针对性原则.评价指标应根据低碳经济的发展特点，指导低碳经济的发展.既能全面反映低碳经济的发展状况，又能对低碳经济发展具有前瞻性和激励性.（4）主导型和可操作性原则.评价指标应反映区域低碳经济发展水平，主导低碳经济的发展方向，并且具有极强的可操作性.选取的指标尽可能从现有统计数据中选取，以方便数据量化，对于一些不能量化的数据尽量避免选择，从而加强数据的可操作性.（5）科学性和可对比性原则.评价指标应按照低碳经济的内涵，依据低碳经济发展的综合特点，从社会、经济、生态等方面作出合理的描述，从而使评价指标具有科学性和可对比性［12－14］.

2.2.2 评价体系 低碳经济以低排放、低能耗、低污染和高收益为基础，通过技术创新和制度创新，改善能源结构和提高能源效率，减缓气候变化，最终实现人类生存、社会发展和环境保护三者可持续发展的经济发展模式.评价指标体系是量化低碳经济发展的基础工作，也是评价低碳经济发展状况的主要依据.依据上述原则，结合低碳经济的内涵，从低排放、低能耗、低污染和高收益这4个方面建立评价指标体系，共分为3个层次，包括低碳经济评价指标，4个一级指标和20个二级指标（见表1）.

表1 低碳经济评价指标体系

2.2.3 评价方法 目前常用的指标评价方法有层次分析法、德尔菲方法、模糊层次分析法、物质流分析方法、粗糙集方法、主成分分析法、因子分析法、聚类分析法等，各种方法各有利弊.笔者选择层次分析法进行低碳经济评价.层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称AHP）是将一个复杂的多目标决策问题作为一个系统，将目标分解为多个目标或准则，进而分解为多指标（或准则、约束）的若干层次，在此基础上进行定性和定量分析的决策方法.

2.2.4 数据搜集 通过分析各级统计年鉴和政府网站中的数据，选取长沙市低碳经济评价指标数据.数据来源丰富，然而个别数据无法直接获取，需要通过已有的数据，经过一定的处理，低碳经济评价指标数据见表2.

表2 低碳经济评价指标数据

2.2.6 指标权重 权重是反映各个评价指标重要性的权数，表示各个评价指标在总体上所起的作用.通常分为绝对数权重和相对数权重，相对数权重更能直观地反映权重在评价中的作用.常用的指标权重确定方法有专家打分法、主成分分析法、因子分析法、熵值法、变异系数法、复相关系数法、组合权数法等.笔者采用变异系数法确定各指标的权重.

变异系数法是利用各项指标所包含的信息，通过计算得到各项指标的权重，是一种客观赋权的方法.首先计算各指标的均值和方差，然后计算变异系数，最后进行归一化处理，即可得到低碳经济发展各项指标权重（见表3）.

表3 评价指标权重

2.2.7 综合评价 将经过量纲处理的指标数据，结合表3中的各项指标权重，通过公式：算得到长沙市低碳经济发展综合指数，其中：Z表示低碳经济发展水平；xi表示低碳经济评价指标值；ξi表示指标权重.

2.3 土地利用动态度

2.3.1 单一土地利用动态度 单一土地利用动态度表示研究区域一年内某种土地利用类型的变化幅度，它对比较土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势具有重要作用.其计算公式为

其中：Ua，Ub分别为研究初期及末期某一种土地利用类型的数量；T为研究时段.当T设定为年时，K值表示该研究区域某种土地利用类型年变化率.

2.3.2 综合土地利用动态度 综合土地利用动态度从总体上反映研究区域一定时间范围内各种土地利用／覆被变化相互转化的强烈程度.其公式表示为

其中：LUi为监测起始时间i类土地利用类型面积；ΔLUi－j为监测时段第i类土地利用类型转化为非i类土地利用类型面积的绝对值；T为监测时段长度.当T设定为年时；LC值表示该研究区域土地利用年变化率.

2.4 土地利用程度综合指数

土地利用程度不仅反映土地的自然属性，而且反映了人类因素与自然环境因素的综合效应，可定量地揭示研究区域内土地利用的综合水平和变化趋势.刘纪远等人建立了土地利用程度分级标准，将土地利用程度划分为4个等级（见表4），计算长沙市土地利用程度综合指数，其计算公式为

其中：Lj是研究区域土地利用程度综合指数；Ai为研究区域内第i级土地利用程度分级指数；Ci为研究区域内第i级土地利用程度分级面积占该区域土地总面积的百分比；n为土地利用程度分级指数.

表4 土地利用类型及分级表

2.5灰色关联度分析方法

灰色关联度分析［15］对于一个系统发展变化态势提供了量化的度量，是基于灰色系统的灰色过程，进行因素间时间序列的比较来确定影响大的主导因素，是一个动态过程的研究，具体方法如下：

2.5.1 确定参考数列 确定反映系统行为特征的参考数列和影响系统行为的比较数列，反映系统行为特征的数据序列称为参考数列，影响系统行为的因素组成的数据序列称比较数列.设参考数列（又称母序列）为Y＝｛Y（k）｜k＝1，2，...，n｝，比较数列（又称子序列）为Xi＝｛Xi（k）｜k＝1，2，...，n｝，其中i＝1，2，...，m.

2.5.2 处理原始数据 由于各因素各有不同的计量单位，因而原始数据存在量纲和数量级上的差异，不同的量纲和数量级不便于比较，或者比较时难以得出正确结论.因此，在计算关联度之前，通常要对原始数据进行无量纲化处理：

其中：Zi为无量纲化后的数据；Xi（j）为无量纲化前的数据；X0（j）为无量纲化前的第1个数据.2.5.3计算关联系数 计算比较数列与参考数列在时刻k时的绝对差值，即

其中：Δmin为Δi（j）的最小绝对差值；Δmax为Δi（j）的最大绝对差值；分辨系数β的取值范围为（0，1），一般取β＝0.5，用来消弱Δmax过大而使关联系数失真的影响，人为引入这个系数是为了提高关联系数之间的差异显著性.

2.5.4 关联度的计算与比较 每个比较数列与参考数列的关联程度是通过n个关联系数来反映的，关联信息分散，不便于从整体上进行比较.因此，用比较数列与参考数列各个时期的关联系数之平均值来定量反映这2个数列的关联程度，其计算公式为

3 结果分析

3.1 低碳经济发展水平分析

根据上述方法，结合低碳经济评价指标数据（见表2），运用Excel软件计算得到长沙市2005，2007，2009，2011年低碳经济发展水平分别为0.905 2，0.991 2，1.172 1，1.371 4.从中可以看出，长沙市2005—2011年低碳经济发展水平呈上升趋势，由2005年的0.905 2上升到2011年的1.371 4.长沙市在两型社会建设过程中，以低碳经济为经济发展模式，通过调整产业结构，优化能源结构，提高能源利用效率，促进低碳经济的发展.2007年，“长株潭”城市群设立为“资源节约型”和“环境友好型”综合改革实验区，低碳经济发展速度加快.到2011年，低碳经济发展已过5年，低碳经济发展水平达到1.371 4.

3.2 土地利用时空变化分析

3.2.1 土地利用动态变化分析 根据（1），（2）式，结合长沙市土地利用数据，计算得到长沙市土地利用动态度（见表5）.

表5 长沙市土地利用动态度 %

从表5中可知，长沙市土地利用动态变化速度2009—2011年间最快，达到0.589 8%；2005—2007年间最慢，只为0.472 1%.

（1）2005—2007年间长沙市草地的变化幅度最大（达－11.538 5%），土地利用动态度从大到小依次排序为：交通运输用地，居民地及工矿用地，园地，水利设施用地，未利用地，耕地，其他农用地，林地.耕地、园地、林地、其他农用地和未利用地面积减少.

（2）2007—2009年间长沙市草地的变化幅度最大（达75%），土地利用动态度从大到小依次排序为：交通运输用地，未利用地，居民点及工矿用地，其他农用地，园地，耕地，水利设施用地，林地.园地、林地、其他农用地和未利用地面积减少.

（3）2009—2011年间长沙市草地的变化幅度最大（达20%），土地利用动态度从大到小依次排序为：交通运输用地，未利用地，居民点及工矿用地，园地，水利设施用地，其他农用地，林地，耕地.园地、林地、其他农用地和未利用地面积减少.

3.2.2 土地利用程度分析 根据（3）式，结合长沙市土地利用数据，通过Excel软件计算得到2005，2007，2009，2011年长沙市土地利用程度综合指数分别为244.015 1，245.389 5，247.237 3，249.699 1.2005—2011年间长沙市土地利用程度综合指数较大，总体呈上升水平.土地利用程度综合指数的上升无非就是社会经济的发展改变了土地资源的利用方式，土地利用由农业用地转向工业及居住用地，进而提高了土地利用程度综合指数.长沙市作为湖南省政治经济中心，社会经济发展迅速，土地利用变化明显.

3.3 土地利用程度与低碳经济发展关联度分析

利用灰色关联度分析方法，结合低碳经济发展水平和土地利用程度综合指数，分辨率设定为0.5，计算得到土地利用程度与低碳经济发展水平关联度.

结果表明，低碳经济发展水平与土地利用程度存在极强的相关性，关联系数达到0.649 8.长沙市是湖南省的政治经济中心，2005年以后，该地区社会经济发展迅速，能源利用突增，土地利用程度加剧，进而导致碳排放量增加.2007年，“长株潭”城市群设定为资源节约型和环境友好型两型社会综合改革试验区，低碳经济成为促进两型社会建设的有力手段.低碳经济发展过程中，土地利用程度对其存在强烈的作用，进而影响低碳经济的发展.因此，实现土地资源的低碳型利用是促进两型社会建设的有力措施.

4 结论

（1）2005—2011年间，长沙市低碳经济发展呈上升趋势，由0.905 2上升到1.371 4.自2007年“长株潭”城市群设立为“资源节约型”和“环境友好型”综合改革实验区，长沙市加大低碳经济发展力度，以此促进两型社会的建设.

（2）随着城市的发展和两型社会的建设，长沙市土地利用动态变化明显，土地利用程度较大.2005—2007年间长沙市草地的变化幅度最大（达－11.538%），土地利用动态度从大到小依次排序为：交通运输用地，居民地及工矿用地，园地，水利设施用地，未利用地，耕地，其他农用地，林地.耕地、园地、林地、其他农用地和未利用地面积减少.2007—2009年间长沙市草地的变化幅度最大（达75%），土地利用动态度从大到小依次排序为：交通运输用地，未利用地，居民点及工矿用地，其他农用地，园地，耕地，水利设施用地，林地.园地、林地、其他农用地和未利用地面积减少.2009—2011年间长沙市草地的变化幅度最大（达20%），土地利用动态度从大到小依次排序为：交通运输用地，未利用地，居民点及工矿用地，园地，水利设施用地，其他农用地，林地，耕地.园地、林地、其他农用地和未利用地面积减少.

（3）低碳经济发展与土地利用程度存在极强的关联度，达到0.649 8.低碳经济的发展不仅从调整产业结构，改善能源结构方面着手，而且需要优化土地利用结构，实现低碳型土地利用以此促进两型社会的建设.

［1］ 胡 明，马继东.安塞县土地利用变化与经济发展的关系［J］.水土保持研究，2008，15（1）：182－185.

［2］ 李 馨，石培基.城市土地利用与经济协调发展度评价研究——以天水市为例［J］.干旱区资源与环境，2011，25（3）：33－37.

［3］ 臧淑英，王凌云，那晓东.基于经济驱动因子的土地利用结构变化区域差异分析——以哈大齐工业走廊为例 ［J］.地理研究，2011，30（2）：224－232.

［4］ 王业侨.海南省经济社会发展与土地利用相关分析［J］.地域研究与开发，2006，25（3）：81－84.

［5］ 郭 斌，任志远，高孟绪.3S支持的城市土地利用变化与生态安全评价研究［J］.测绘科学，2010，35（2）：125－129.

［6］ 汤进华，李 晖.1991—2001年南昌市土地利用／覆被变化特征研究［J］.长江流域资源与环境，2005，14（2）：1 73－176.

［7］ 曹银贵，袁 春，王 静，等.1997—2005年区域城市土地集约度变化与影响因子分析［J］.地理科学进展，2008，27（3）：86－93.

［8］ 张海兵，鞠正山，张凤荣.中国社会经济结构与土地利用结构变化的相关性分析［J］.中国土地科学，2007，21（2）：1 2－17.

［9］ 王 莉，陈 浮，陈海燕，等.低碳经济和土地集约利用的脱钩分析体系研究——以江苏省昆山经济开发区为例 ［J］.水土保持研究，2012，19（4）：218－222.

［10］ 孙宇杰，张宇辰，李 鹏.低碳背景下区域土地合理利用评价研究［J］.地域研究与开发，2011，30（5）：93－96.

［11］ 肖志坤，王 芳，全 斌，等.长沙市土地利用结构预测及其驱动力研究［J］.水土保持通报，2012，32（2）：142－146.

［12］ 卢 珂，李国敏.低碳视域下城市土地利用模式的变革及其路径选择［J］.中国人口·资源与环境，2010，20：68－72.

［13］ 马 军，周 琳，李薇.城市低碳经济评价指标体系构建——以东部沿海6省份低碳发展现状为例 ［J］.科学进步与对策，2010，27（22）：165－167.

［14］ 胡大立，丁 帅.低碳经济评价指标体系研究［J］.科技进步与对策，2011，27（22）：160－210.

［15］ 邓聚龙.灰色系统基本方法［M］.武汉：华中理工大学出版社，1987.

（责任编辑 陈炳权）

Degree of Correlation Between Regional Low Carbon Economic Development and Land Use Changes：A Case Study of Changsha City

ZHANG Xin1，ZHANG Yong1，2，3，SU Ji－kang1，JIANG Wei1
（1.School of Architecture and Urban Planning，Hunan University of Science and Technology，Xiangtan 411201，Hunan China；2.Institute Regional Geography，Hunan University of Science and Technology，Xiangtan 411201，Hunan China；3.College of Resources and Enviromental Science，Hunan Normal University，Changsha 411081，China）

Based on the data of land use changes in Changsha city from 2005to 2011，the spatial pattern of land use change is analyzed in terms of land use dynamic degree and the comprehensive index of land use degree.What’s more，the degree of correlation between low carbon economic development and land use degree is discussed from the macroscopic and microscopic perspectives.The result shows that the land use change in Changsha city from 2005to 2011is obvious and the comprehensive index of land use degree is large and in an upward trend.There is a strong correlation between low carbon economic development and land use degree and the grey correlation degree reached 0.649 8.That study can provide scientific reference for low carbon type of land use in the process of two type society construction.

LUDI；land use degree；low carbon economy；grey correlation degree

F310.2

A

10.3969／j.issn.1007－2985.2013.03.017

1007－2985（2013）03－0078－08

土地资源作为人类生存和社会发展的重要物质基础［1－2］，受到人类生产活动的高度作用.土地利用变化对生态环境、气候变化和人类生产活动产生重要的影响［3－4］，是引起全球变化的重要原因.作为国际地圈与生物圈计划（IGBP）和全球环境变化人文计划（IHDP）研究项目中的重要组成部分，土地利用与覆被变化成为各国学者的重点研究对象［5－7］.随着人口、资源与环境之间矛盾突出，低碳经济以其低能耗、低污染、低排放和高收益成为应对全球变化新的经济发展模式［8］.土地利用伴随着碳排放的发生，人类在土地上的生产活动以及土地利用状态的保持与转变是造成陆地碳排放的重要组成部分［9－10］.土地资源作为社会经济发展的物质基础和重要保障，在低碳经济发展中扮演着重要角色.加强低碳经济发展与土地利用程度相关性研究，有助于揭示土地利用变化的原因和机制，进而通过调整社会经济活动，优化土地利用结构，达到土地资源可持续利用的目的，实现人类社会的可持续发展.2007年12月“长株潭”城市群被批准为“资源节约型”和“环境友好型”建设综合配套改革试验区，以低能耗、低排放、低污染和高收益为基础的低碳经济正是“两型社会”建设的着力点和突破口.

笔者以长沙市为研究对象，基于2005—2011年土地利用变更数据，通过土地利用动态度和利用程度综合指数分析土地利用变化的时空差异.通过构建低碳经济发展评价指标体系，评价长沙市低碳经济发展水平.并在此基础上，采用灰色关联度分析方法从宏观和微观角度揭示低碳经济发展与土地利用程度的关系，探索低碳经济背景下合理的土地利用方式，为长沙市“两型社会”建设低碳土地利用政策提供科学依据.

2013－03－15

湖南省科技厅科技计划资助项目（2011RS4013）；湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划资助项目；湖南科技大学研究生创新基金资助项目（S110128）

张 鑫（1986－），男，山东日照人，湖南科技大学建筑与城乡规划学院硕士研究生，主要从事土地利用与覆被变化研究

张 勇（1973－），男，河南南阳人，湖南科技大学建筑与城乡规划学院副教授，博士，主要从事地貌环境与全球变化研究；E－mail：292278＠qq.com.