吐鲁番市土地利用与生态环境协调发展分析

(1．新疆大学 绿洲生态教育部重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830046；2．新疆大学 资源与环境科学学院，

新疆 乌鲁木齐 830046；3．新疆大学 旅游学院，新疆 乌鲁木齐 830046)



吐鲁番市土地利用与生态环境协调发展分析

张琴琴1，2,瓦哈甫·哈力克1,2,3,袁玉芸1,2,彭菲1,2,卢龙辉1,2

(1．新疆大学 绿洲生态教育部重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830046；2．新疆大学 资源与环境科学学院，

新疆 乌鲁木齐 830046；3．新疆大学 旅游学院，新疆 乌鲁木齐 830046)

选用吐鲁番市2001-2013年土地利用与生态环境指标数据，构建土地利用与生态环境评价指标体系，用变异系数法计算权重，用综合评价函数计算综合得分、协调度和协调发展度.结果表明：土地利用与生态环境协调发展度总体上呈现增长的趋势，但整体发展水平不高，具体可分为3个阶段，第1阶段，平稳发展的4年(2001-2004)，生态环境得分远高于土地利用，土地还未得到充分的利用，生态环境良好；第2阶段，波动较大的4年(2005-2008)，随着经济的发展，土地开发力度加大，产业结构开始转变，协调性也转变为生态环境滞后型；第3阶段，逐渐增长变好的5年(2009-2013)，2013年的协调度高达0.983，生态环境和土地利用稳步增长的同时在更加协调地发展.

土地利用；生态环境；协调度；协调发展度

土地利用是人类活动对土地的自然和经济再生产进行持续或周期性干预的过程[1],生态环境是“生命有机体赖以发展、生存、繁衍、进化的各种生态因子和生态关系的总和”[2].二者压力随着城镇化的快速发展和人口增加而越来越大，矛盾也日益突出，因而揭示它们之间的关系变得越来越重要，尤其是处于生态脆弱区的吐鲁番市，两者之间的矛盾更加突出.如何在经济持续增加的基础上，使两者更好更协调地发展，是亟待解决的问题.探讨发现土地利用与生态环境发展的现状，揭示随着时间的变化两者之间的发展变化情况，是首要研究的内容.

土地利用与生态环境的关系，与一个地区能否更好更协调以及可持续地发展息息相关，一直受到国内外关注.国外研究得比较早，1977年Daly[3]提出了稳态经济理论，他认为环境资源是被约束的.随着进一步深入的研究，DeSerpa[4]提出要实现经济与生态坏境的协调发展，国家得进行必要的干预，随后Crecenie[5]和Metzger[6]研究了土地利用对生态环境的影响.中国起步比较晚，杨士弘[7]在1994年首次应用协调度分析，对广州市的生态与经济协调发展状况进行分析.缪重斌[8]对珠江三角洲城市群的环境与经济协调发展进行了定量评判，张富刚[9]建立了土地利用水平和生态环境质量的评价指标体系，分析河北曲周县的土地利用协调发展度.李边疆、王万茂[10]认为两系统之间有着复杂的动态耦合关系，并结合了灰色关联和系统动力学，分析了土地利用与环境之间的协调关系.张晓琴、石培基[11]等对天水市土地利用与生态环境协调发展进行了研究.陈珏、雷国平[12]对大庆市土地利用与生态环境的协调度进行了评价.在吐鲁番市，张玉萍[13]对旅游、经济和生态环境进行了耦合分析，党建华[14]从人口—经济—生态方面对其进行了协调分析.以上学者的研究分析，虽为当地的发展决策提供了一定参考，但总体上还不成熟，处于探索阶段.

大多数人应用定性评价的方法[15]，对其进行定量评价目前还处于初始探索阶段，并以分析大区域的时间上的协调发展为主，小区域的定量分析很少.因此，本文选取吐鲁番市2009—2013年的土地利用与生态环境指标，分别建立土地利用与生态环境子系统进行更加明确地分析与评价，以指导区域经济和社会的发展.

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

吐鲁番市(41°12′N～43°40′N， 87°16′E～91°55′E)是以山地和平原为主的地形，土地总面积约为69，713 km2，占全疆面积的4.2%，总人口64.3万.到2013年，国有建设用地为823.7 hm2，完成造林面积3 994 hm2，农作物播种面积68 333.33 hm2，相比于过去十几年，种植面积在不断地扩大.吐鲁番市地处西北干旱内陆区，有着典型的大陆性暖温带荒漠气候，热量充裕，气候干燥，年均降水量16 mm，年蒸发量3 000 mm以上，因此使该地生态环境略显脆弱，土地的使用方式也与生态环境的好坏紧密相关.

1.2 数据来源

本文的初始数据来源于2002—2014年的《吐鲁番地区统计年鉴》、网站和野外调查数据.为了获取更多更可靠的数据以及对研究区实际情况进行深入了解，以达到数据的准确可取性.调研组成员于2014，2015年共进行为期30 d的调研，调研主要以问卷和各个相关部门获取为主，问卷的主要对象是当地居民，主要获取部门为农业局、林业局、统计局和环保局等.

2 评价体系与模型

2.1 建立指标体系

建立指标体系是评价模型建立的基础，本文在总结前人研究成果的同时[16-18]进行定量评价.遵循指标的客观性、有效性、层次性、动态性、可获得性[9]以及吐鲁番市实际，并征询专家的建议，在祛除不恰当指标的同时，对其他指标进行调整，最终选取土地利用的9个指标和14个生态环境指标，建立评价指标体系(表1).

表1 吐鲁番市土地利用与生态环境协调评价指标体系与权重

2.2 评价模型

2.2.1 指标的标准化与权重

由于各个指标的计量单位不同，因而在评价之前要对数据进行标准化，使各个指标有统一的量纲，以减小指标之间的数量级差异，极差标准化是一种常用的无量纲化方式(式1，式2).

正向指标：Bi=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin),

(1)

逆向指标：Bi=(Xmax-Xi)(Xmax-Xmin),

(2)

Bi为标准化后的数值，标准化前的指标值、最小值和最大值分别用Xi，Xmin，Xmax表示.

本文应用变异系数法计算各个指标的权重(表1)，是一种应用变异系数来计算的客观赋权法.变异系数公式如下：

(3)

各项指标的权重为

(4)

2.2.2 综合评价函数

目前环境经济协调发展的评价模型主要有6个[15]，本文对变异系数的协调度模型进行改进，得到土地利用与生态环境的协调发展评价模型.用数学方法计量，采用离差来衡量，离差的大小决定了协调程度的大小，离差小协调程度高，离差大，协调程度低[18].

土地利用评价函数

(5)

生态环境评价函数

(6)

其中，m，n分别表示土地利用与生态环境的指标个数，Wi与Wj表示指标的权重值，Xi与Yj表示标准化值.F(x)与G(y)的值越大说明土地利用与生态环境状况越好，越低说明越差.

土地利用与生态环境协调度评价函数

(7)

C是协调度，取值范围在[0，1]，F(x)与G(y)分别表示土地利用与生态环境的评价函数，C越大，表示它们越协调，k是调节系数，赋值为2.

为了更好地反映该地区土地利用与生态环境的耦合协调度，构建了协调发展度评价函数

(8)

C,D分别为协调度，协调发展度.T为综合评价指数，a,b为权重，因为两指标同等重要，因而都取值0.5[6].

参照缪重斌[8]、陈欣雷等[12]的协调度等级划分标准，在0到1之间C值分为8级(表2).将D值在0到1之间按照0.1等分10级和3个类型，根据F(x)与G(y)的大小关系，最终确定协调类型，以此构建二者协调度的划分标准(表3).

表2 土地利用与生态环境协调度等级划分标准

表3 土地利用与生态环境协调度类型的划分标准

3 评价结果及分析

本文选用吐鲁番市土地利用与生态环境的各个因子，时间为2001—2013年，应用协调度模型分别计算生态环境综合指数、土地利用综合指数,以及它们的总体效益综合指数T、协调度C、协调发展度D，最终得到2001—2013年13年的计算结果，如表4和图1.

表4 2001—2013年吐鲁番市土地利用与生态环境协调发展评价结果

图1 2001—2013年吐鲁番市土地利用与生态环境协调发展值

根据土地利用与生态环境协调度等级划分标准(表2)、协调度类型的划分标准(表3)和2001—2013年吐鲁番市评价结果(表4)，得到吐鲁番市的协调度等级和协调发展度类型如表5，结合图1以及吐鲁番市的实际情况可以将它划分为3个阶段，2001—2004年平稳发展的4年，2005—2008年波动较大的4年，2009—2013年为逐渐增长变好的5年.

第1阶段：平稳发展期(2001—2004)，本阶段的协调等级均为良好协调型，并且在此阶段中生态环境得分均大于土地利用得分，即为土地利用滞后型.在这一时期内吐鲁番市的人均公共绿地面积从2.56 m2上升到4.16 m2，上升了1.6 m2，造林总面积从812 hm2上升到3 539 hm2，上升了2 727 hm2，工业固体废弃物综合利用率从7.09%到65.12%上升了58.03%，人均农业总产值从0.2万元/人上升到0.3万元/人,单位耕地粮食单产从2001年的1.8 kg/m2上升到2004年的2.4 kg/m2，总体上都呈现良好增长的态势，土地集约化程度不高但政府对土地利用和生态环境的投入基本持平，呈现平稳发展的状态.

表5 2001—2013年吐鲁番市土地利用与生态环境协调发展类型和等级

第2阶段：调整波动期(2005—2008)，该阶段是从优质协调到轻度失调再到濒临失调的过程，两者相对变率最大的时期都处在本阶段，F(x)最大为0.57，最小为0.12，G(y)最大为0.59，最小为0.38，差值分别为0.45和0.21.导致这一时期波动的主要原因是吐鲁番市响应国家政策，合理有效地调整农业产业结构和土地利用方式,大力发展葡萄、哈密瓜、蔬菜、农区畜牧业四大特色产业，粮食的种植面积从2005年的16 800 hm2到2008年的1 333.33 hm2，在急速减少，人均农业总产值从0.34 万元/人上升到0.5 万元/人，人均粮食产量125.4 kg/人到10.9 kg/人，单位耕地粮食单产从20.3 kg/m2到1.9 kg/m2，人均耕地面积从2005年的61.4 m2/人到2008年的56.8 m2/人.因此，这一时期在发展的同时，对生态环境带来一定的破坏，由于地处干旱区的绿洲生态脆弱区，当地生态环境保护意识较强，政府适时调整土地利用和生态环境之间的矛盾，加大对环境的投入，环境与土地利用之间有了很大的转变，也可以看到当地对环境保护的重视程度.因此这一时期较为波动.

第3阶段：逐步发展期(2009—2013)，在这一时期内，协调等级从濒临失调到中级协调到良好协调再到优质协调，是逐步发展的过程，协调类型也是从勉强协调土地利用滞后型到初级协调土地利用滞后型的过程.2013年，综合评价指数、协调度、协调发展度都达到了最大值，分别是0.484，0.98，0.69.土地利用综合指数得分与生态环境综合指数得分也逐渐趋近，2009年相差0.28，而2013年相差0.09.耕地面积在此阶段也一直增长，到2013年达到48 200 hm2.2013年的人均道路铺设面积为55.25 m2，比2009年的17.8 m2多出37.45 m2.在此阶段，产业结构得到调整，两者之间开始走向协调发展，由于处于初始阶段，因而整体的协调发展水平不高，2013年仍是初级协调.

总体上看,综合指数得分和协调发展度都呈现上升趋势,土地利用综合指数在2001为0.29，而2013年上升到0.44，上升了0.15，随着经济的发展，土地利用效益和集约化程度不断地提高，但它的总体利用程度不高，2001年到2013年间生态环境综合指数从0.49上升到0.53，上升了0.036，生态环境也在不断地改善；协调度C在13年间从0.88上升到0.98,上升了0.107；13年间协调发展度D从0.59上升到0.69，上升了0.10，整体协调发展度不高.从近几年看，生态环境综合指数趋于稳定且高于土地利用综合指数，它们之间的差值也逐渐缩小，说明土地利用在逐年集约高效化.

4 讨论

从时间的角度探讨了土地利用和生态环境的协调发展度，分析了吐鲁番市的协调发展现状.从计算的权重得到影响其关键指标，即吐鲁番市要保护生态环境使其更好地发展，应减少工业二氧化硫和固体废弃物排放量、固体废弃物的产生量，控制好这3项指标，提高单位耕地粮食单产、人均粮食产量、人均道路铺设面积，才能使土地利用和生态环境更好更协调地发展.

文章中构建评价模型，参照协调等级划分标准得到时间变化规律和变化特征，总的规律是从协调到不协调再到协调的过程，说明吐鲁番市在确保当地脆弱的生态环境不被破坏的前提下，随着人口的增加和经济的发展，在不断调整自己的发展模式，使土地利用和生态环境更加协调发展.文章总体上评价了吐鲁番市的协调情况，没能详细地评价各个乡镇的协调发展情况，因此在今后的研究中应更加细化评价，从时空上进行综合分析.

5 结论

综合评价了吐鲁番市2001—2013年的土地利用与生态环境状况，计算协调度和协调发展度，探讨它们之间的关系，得到以下结果：

1)通过处理并计算原始数据，得到吐鲁番市土地利用子系统贡献前三是：单位耕地粮食单产0.341 7，人均粮食产量0.204 7，人均道路铺设面积0.148 1.生态环境子系统前三是：工业二氧化硫排放量0.168 2，工业固体废弃物排放量0.141 1，工业固体废弃物产生量0.141 1，因此，在今后的发展中，应协调管理好这6个指标.

2)研究区时间范围内，土地利用与生态环境协调发展度总体呈增长趋势，系统协调等级经历了由良好协调—优质协调—轻度失调—濒临失调—中级协调—良好协调—优质协调的变化过程，他们的总体发展水平不高，因而在今后的发展中应注重土地的集约化和对生态环境保护的投入.

3)吐鲁番市生态环境综合指数得分基本稳定而土地利用得分波动较大，但总体上都呈现增加的趋势，因而在保护环境的同时应合理地调整土地利用方式，向集约节约化发展，把它们的协调发展度提高到更高的水平.

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(责任编辑：赵藏赏)

Analysis on the coordinated development between land use and ecological environment in Turpan City

ZHANG Qinqin1,2,WAHAFU Halike1,2,3,YUAN Yuyun1,2,PENG Fei1,2,LU Longhui1,2

(1.The Key Laboratory for Oasis Ecosystem of Ministry of Education,Xinjiang University,Urumqi 830046,China;2.College of Resources and Environmental Science,Xinjiang University,Urumqi 830046,China; 3.College of Tourism,Xinjiang University,Urumqi 830046,China)

This paper selects Turpan City indicator data of land use and ecological environment from 2001 to 2013,to build the evaluation index system,apply variation coefficient calculated from their weights,and calculate the composite score comprehensive evaluation function,coordination degree,and coordinated development degree.The result shows that the land use and ecological environment coordinated development of the overall growth inclease,but the overall development level is not high,and can be divided into three stages,the first stage:from 2001 to 2004,4 years of steady development,ecological environment is much higher than that of land use score,land has not been fully utilized,ecological environment is good;the second stage:2005 to 2008,4 years fluctuations,with the development of economy,increase the intensity of land development,industrial structure began to change and coordination transformation for the ecological environment was lagged;The third stage: 2009 to 2013 the gradual growth of the five years,in 2013 the coordination of up to 0.983,the steady growth of the ecological environment and land use at the same time in a more coordinated development.

land use;ecological environment;coordination degree;coordinated development degree

10.3969/j.issn.1000-1565.2017.01.011

2016-07-26

国家自然科学基金资助项目(41271168)

张琴琴(1990—)，女，甘肃平凉人，新疆大学在读硕士研究生.E-mail:1592157088@qq.com

瓦哈甫·哈力克(1967—)，男，维吾尔族，新疆哈密人，新疆大学教授，博士，主要从事干旱区资源与可持续发展研究.E-mail:wahap@xju.edu.cn

K903

A

1000-1565(2017)01-0071-09