基于耦合协调度的揭阳市土地生态安全与经济发展评价

2021-01-26后雪峰江英志

海南师范大学学报（自然科学版） 2020年4期

后雪峰，江英志

（1.华南师范大学地理科学学院，广东广州 510631；2.揭阳职业技术学院，广东揭阳 522000）

近年来，随着城市化进程的加快、现代生产生活的展开及人类活动范围和边界的扩张，生态环境问题日益突出进而演变成生态安全问题，其中土地生态安全问题逐步引起人们的关注[1]。土地生态安全压力增大对城市经济健康发展有不可忽视的影响，土地生态安全水平已逐渐成为城市发展竞争力的评价因子之一。如何有效地协调土地生态安全与经济发展之间的关系成为政府和社会各界共同关注的话题。土地生态安全和经济发展本身是两个独立运行的系统，但在实际运行中相互影响，形成交叉性的复合系统[2]。土地生态安全系统本身具有自我消化能力，一旦超过其自身供给能力，就会造成土地生态安全失衡。经济发展系统受到人口与空间的交合作用，对其他系统会产生不同程度的影响[3]。

关于土地生态安全的研究多侧重构建评价方法对其进行综合评价，主要评价方法有P-S-R（压力－状态－反应）方法[4]、生态足迹法[5]和灰度分析法[6]等。对经济发展的研究主要通过城市化率、GDP等经济因子构建模型进行计量分析[7]。将土地生态安全与经济发展两者结合进行耦合协调度评价的研究不足，而构建耦合协调度模型有利于实现系统间的结构调整和功能优化。目前关于耦合协调度的研究主要从省级尺度探讨各系统之间和系统内部子系统之间的相互作用和协调发展程度[8-11]，并归纳耦合协调类型与发展阶段，进而进行综合评价[12-14]。由于省级区域内同层级行政单位经济发展差异较大[15-17]，特别是省会城市与其他城市在土地利用和经济发展上有显著差别，从省级尺度进行耦合协调度分析会导致结果失灵，而从市级尺度研究耦合协调度更具有实际意义。揭阳市是广东省的一个地级市行政区，属于粤东北欠发达地区，经济发展水平较落后，人口较多，土地利用区域差异明显，土地承载压力较大[18]。本研究以广东揭阳市为例，在对土地生态安全和经济发展进行综合评价的基础上，对二者耦合协调度进行综合测算，探讨土地生态安全与经济发展之间的耦合协调关系，以期为维护揭阳市土地生态安全和促进城市经济健康发展提供数据支撑。

1 研究区域和数据来源

1.1 研究区域

揭阳市位于广东省东北部（22°50'N —23°46'N，115°36'E —116°37'E），地处潮州市和汕头市之间，属于粤东北欠发达地区。辖区土地面积5 240.5 km2，户籍人口705万（2018年底）。揭阳市地势西高东低，西北部和西南部多山地、丘陵，中部和东南部以平原为主。全境属亚热带季风气候，光照充足，雨量充沛。2018年全市耕地面积868 km2，森林面积2 940 km2，森林覆盖率55.72%。2018 年全市生产总值2 152 亿元，人均GDP为35 368元，在广东省排名靠后。由于揭阳市经济基础较弱，人口密度较大，近年来又积极进行工业园区建设，城镇用地规模扩大，土地压力增大。

1.2 数据来源

（1）揭阳市2010 —2018年土地利用规划数据（采用中科院地理空间数据云上的遥感数据并解译）；（2）国家已公布的1∶400万行政区划界限图；（3）揭阳市2010—2019年统计年鉴、《社会经济统计年鉴》、《环境公报》及《国民经济和社会发展统计公报》。

2 研究方法和模型构建

2.1 评价指标体系

考虑城市化过程引起的城市资源、生态环境和社会经济各方面的变化，结合揭阳市土地利用现状（表1）及指标获取的可行性，构建揭阳市土地生态安全评价指标体系和经济发展评价指标体系。评价指标体系由准则层和指标层组成，准则层是对指标体系进行的大类划分，指标层是对准则层具体要素的解释。土地生态安全评价指标体系包括3个准则层和18个指标层（表2），其中准则层包括自然、经济、社会3个大类。经济发展评价指标体系包括2个准则层和10个指标层（表3），其中准则层包括经济水平和生活水平2个方面。

表2 揭阳市土地生态安全评价指标体系Table 2 Assessment indicators system for land ecological security in Jieyang city

表3 揭阳市经济发展评价指标体系Table 3 Economic development evaluation index system in Jieyang city

2.2 指标权重和系统评价函数

为消除不同量纲带来的差异需要对数据指标进行标准化处理，标准化处理公式为

式中，Pij为标准化后的指标值，Rij为量纲指标值，Rj为第j个指标的均值，δ为样本标准差，rij为正向指标值，-rij为负向指标值。

数据经标准化处理后，还需对指标赋予合理的权重以便对土地生态安全水平和经济发展水平进行客观评价。目前，指标权重的确定方法有赋值法[19]、熵权法[20]、AHP 法[21]等。本研究选取的熵权法可有效避免人为主观因素对评价结果造成的偏差。土地生态安全评价体系中人均耕地面积（X1）、人均GDP（X8）、人口密度（X13）和环保投资占GDP 比重（X18）权重较高，是影响揭阳市土地生态安全的关键因素。人口密度过大，人均耕地面积过少，会加剧土地开发强度，增加土地承载力；人均GDP较低，环保投资比重不高，会增加土地污染及破坏的风险。在经济发展评价体系中固定资产投资额（Z3）、地方财政收入（Z5）及农村人均纯收入（Z9）权重较高。投资是拉动经济增长的重要动力，财政收入和农村人均纯收入可反映地方经济发展水平和发展潜力。

本研究选取综合评价指数评价土地生态安全和经济发展情况。土地生态安全指数[8]和经济发展指数[9]的计算公式分别为

式中，Y为土地生态安全指数，Xij为第i年第j个土地生态安全指标的标准化值，Wj为第j项指标对应的权重，F为经济发展指数，Zij为第i年第j个经济发展指标的标准化值。Y值越大说明该区域土地生态安全水平越高，F值越大说明该区域经济发展水平越高。

由于土地生态安全系统和经济发展系统之间存在动态耦合关系，因此需要分析系统间的耦合程度，以便进一步准确评价土地生态安全和经济发展水平。土地生态安全系统和经济发展系统之间耦合度计算公式[11]为

式中，O为土地生态安全系统和经济发展系统之间的耦合度，O越大说明两者耦合程度越高。

耦合度仅仅反映系统之间的耦合程度，无法很好地反映系统之间的协调关系，还需要进一步构建系统之间的耦合协调度模型，耦合协调度计算公式[11]为

式中，D为土地生态安全系统与经济发展系统综合评价指数，a和b为系数，T为土地生态安全系统和经济发展系统之间的耦合协调度。T越大说明两者协调程度越高。为便于直观判定土地生态安全系统与经济发展系统之间的耦合协调度，可以根据T值的大小划定相应的等级。本研究采用均匀分布函数法划分耦合协调度等级（表4）。

表4 耦合协调度等级划分标准Table 4 Coordination level classification standard

3 结果与分析

3.1 土地生态安全指数

根据式（3）计算揭阳市2008 —2018 年土地生态安全指数，结果见表5。揭阳市土地生态安全水平2008 —2018年总体变化不大，只有小幅波动，2008 —2010年处于上升趋势，随后下降，2013年又开始上升，在2018年达到最高值0.749 6，说明近年来揭阳市土地生态安全总体上向好的方向发展。土地生态安全出现波动的原因主要是土地开发加剧导致人均耕地面积减少，对土地生态安全造成一定压力。但经济增长和环境保护力度加大在一定程度上抵消了土地开发带来的压力。

表5 2008 — 2018年揭阳市土地生态安全指数和经济发展指数Table 5 Land ecological security index and economic development index from 2008 to 2018 in Jieyang city

土地自然生态安全指数（Y1）在2014年降到最低值0.194 5，主要是因为连续的土地开发和城镇建设占用大量耕地，导致人均耕地面积降低。但随着基本农田保护力度加大和对生态环境保护工作的日益重视，土地自然生态安全指数在2018 年上升到0.237 8。土地经济生态安全指数（Y2）稳步上升，2018 年达到最大值0.258 7，主要是因为经济层面整体上处于上升趋势，人均收入和人均GDP均有不同程度的增长。土地社会生态安全指数（Y3）总体上较为平稳，2016年以后有一定程度的上升，主要是因为生态环境保护力度加大，第三产业快速发展，一定程度上推动了土地社会生态安全水平的提升。

3.2 经济发展指数

根据式（4）计算揭阳市2008 —2018 年经济发展指数，结果见表5。揭阳市经济发展指数（F）2008 —2018年总体上呈现上升趋势，2015 —2018年快速上升，在2018年达到峰值0.565 9，主要原因是在此期间揭阳市积极进行产业结构和经济发展战略调整，大力推进榕江新城开发和惠来大南海石油化工建设，从而刺激了经济增长。2008—2018年经济发展水平指数（F1）的变化趋势与经济发展指数相似，但人均生活水平指数（F2）基本保持平稳，增幅不大，说明揭阳市经济发展受政策影响较大。政府政策影响大中型投资项目开工及进程，进而影响投资效率和经济增长速度。

3.3 土地生态安全系统与经济发展系统之间的耦合协调度评价

根据式（5）、式（6）和式（7）计算揭阳市2008 —2018年土地生态安全系统与经济发展系统综合评价指数（D）及两系统之间的耦合度（O）和耦合协调度（T），结果见表6。

揭阳市土地生态安全系统与经济发展系统之间的耦合度（O）在2008 —2015 年逐步上升，2015 年达到最大值0.581 2后随即下降，耦合作用由强变弱，但2018年又有上升，说明土地生态安全系统与经济发展系统之间存在相互影响的关系。2008年以来，揭阳市加大城镇化建设和土地开发，但由于开发强度不高，土地压力并没有达到最大承载度。2012 —2015 年，揭阳市对不锈钢生产企业进行了整顿，缓解了土地污染压力。此后，揭阳市开始了大规模的工业园区开发和中小城镇建设，土地开发强度明显增大，导致土地生态安全水平有所下降。

表6 2008 — 2018年揭阳市土地生态安全与经济发展耦合协调值Table 6 Coupling coordination score of land ecological security and economy development from 2008 to 2018 in Jieyang city

揭阳市2008—2018年土地生态安全系统与经济发展系统综合评价指数（D）呈现整体上升趋势，说明土地生态安全系统和经济发展系统之间的互动增强，经济发展对土地生态安全呈现正效应，土地开发也推动了经济增长，互相均有正外部性。2008 —2018年揭阳市土地生态安全系统和经济发展系统之间的耦合协调度（T）总体上呈现良好发展趋势，推动土地生态安全系统和经济发展系统耦合协调类型由轻度失调向弱度协调转变，但耦合协调度的最高等级是弱度协调，距离中高度协调还有较大距离。揭阳市在经济发展提升阶段过度依赖土地开发，高附加值的第三产业发展动力不足，需要采取切实可行的措施以提高土地生态安全系统与经济发展系统间的耦合协调度。

对揭阳市土地生态安全系统与经济发展系统之间的耦合度和耦合协调度的综合评价结果说明，揭阳市土地生态安全系统与经济发展系统间的耦合协调度还需进一步提高，要在土地安全承载力范围内发展生产，促进土地利用与经济发展有效互动；进一步加强土地质量管理和土壤污染治理，减少对耕地的占用，维持耕地总量动态平衡；提高民众的生态环境保护意识，加大生态环境治理投资力度，提高土地生态安全质量；在充分认清揭阳市人多地少、人均耕地面积处于低水平的现实情况基础上，严格控制人口增长和提高人口素质；加快产业结构调整，优先发展高附加值的第三产业，提高经济增长质量。