平原-山地过渡带土地利用综合效益耦合协调度及时空变化研究——以四川省乐山市为例

张 琴， 李加安， 潘洪义

（四川师范大学地理与资源科学学院西南土地资源评价与监测教育部重点实验室，四川成都610066）

土地利用效益是指一切加诸在土地利用活动中，所取得包括经济、社会、生态环境等有用的活动成果的总称［1］.耦合协调度是指两个或多个系统通过各种相互作用而相互影响，在这个作用过程中，系统或系统内各要素之间和谐一致，关系配合得当的现象［2］.山地平原过渡带是山地与平原两大地域单元的交接地带，具有明显的自然地理边缘效应，生态环境承受压力较大，研究其土地利用效益耦合协调度对改善过渡带的生态与土地利用具有重要意义［3］.随着我国各地区经济持续发展，城市化和工业化的水平不断提高，资源浪费、环境破坏等问题越来越突出，如何促进土地利用的经济、社会、生态效益三者之间协调发展尤为重要.

国内外已有很多关于土地利用效益的研究，国外学者对土地利用效益的影响因素、土地利用效益的评价及土地利用效益的政策等多方面进行大量研究［4-6］.国内学者同样从不同方面展开了研究，文献［7-8］以熵值法、变异系数法对土地利用经济效益或社会效益进行了分析；史进等［9］基于规模、结构和集约三维视角，对中国城市群进行了综合分析；熊征等［10］采用主成分分析法，基于耦合度模型分析1996—2010年武汉市土地利用社会经济效益与生态环境效益之间的协调程度；赵丹丹等［11］采用DEA模型和因子分析法对城市土地利用效率与城市化水平进行了测度，并对二者耦合协调关系展开了分析；张海朋等［12］改进了土地利用程度分级法，借助耦合协调度和相对发展度模型探讨了2000—2015年西峡各乡镇土地利用程度与效益耦合协调关系的时空演变特征；黄鹂等［13］基于耦合协调度模型，采用熵值赋权与变异系数法，分析了2013年黑龙江省土地利用经济-社会-生态效益两两间耦合协调性.彭博等［14］运用耦合协调模型，采用熵值法，对中国各省份2008—2014年经济、社会和环境系统三者之间的耦合协调性进行测度和评价.

目前，在土地利用效益的研究中，多就土地利用的经济、社会和生态效益中的两者之间的关系进行探讨；在时空范围上，多以连续年份面板数据城市群区域为主，其时间跨度较短；并且研究尺度主要是省域和市域，其研究视角多为不同土地利用类型，而以地形特征的视角来研究平原—山地过渡带土地利用经济、社会和生态效益三者之间耦合协调性较少，对空间差异的刻画更为鲜见.由于2008年发生“汶川”特大地震，乐山市也受到一定程度的影响，目前可获取的数据为2016年，为保持年份前后一致，因此，本文选取2000年、2008年和2016年3个具有代表性的年份，以平原一山地过渡带作为研究对象，选取乐山市各县（市、区）为研究区域，运用变异系数法和熵值法，分别从经济、社会和生态效益以及综合效益进行研究，揭示不同时间的效益动态变化和空间差异，并在此基础上，分析土地利用经济-社会-生态效益三者之间耦合协调性，以期为提高乐山市土地利用效益与区域经济可持续发展提供数据上的支撑和理论上的参考.

1 研究区概况

乐山市地处岷江、青衣江、大渡河中下游，四川盆地向西南山地过渡地带（东经102°15′～104°15′、北纬28°28′～29°56′之间），总体趋势西南高，东北低，最高海拔4 288 m，最低海拔307 m，高差悬殊大.全市属于中亚热带气候带，具有四季分明的特点.地貌有山地、丘陵、平坝3种类型，以山地为主，平均海拔500 m，乐山城区海拔360 m（图1）.乐山市幅员面积12 827 km2，占四川省幅员面积的2.64%.辖区含11个区市县，分别是4个市辖区、4个县和2个自治县，代管1个县级市，其中，2个国家级贫困县：沐川县和马边彝族自治县，2个省级贫困县：金口河区和峨边彝族自治县，这“三县一区”是精准扶贫的重点对象.2017年，全市户籍人口354.7万，年末常住人口326.5万人.乐山市为四川省平原向山地过渡的典型地带，是成（都）绵（阳）乐（山）经济带重要组成部分，其土地利用变化较为强烈，同时存在生态环境脆弱的特点，因此研究该区域土地利用效益耦合协调度和时空变化既可以揭示平原山地过渡带的耦合协调度现状和区域内的时空差异，为其优化发展指明方向；又可以为其贫困县的发展提供借鉴.

图1 研究区位置及高程示意图Fig.1 Research area location and elevation diagram

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源依据资料的可获取性与现实性等条件，乐山市行政区划图来自中国基础地理数据，统计数据包括经济、社会和生态环境三方面的数据，主要来源于2000年、2008年和2016年乐山市各区市县土地利用效益相关数据《乐山统计年鉴（2001—2017）》，部分数据由计算所得.

2.2 研究方法

2.2.1指标体系的构建 为了使研究结果能更好的反映研究区域概况，在指标选取时，要遵循科学性、系统性、可操作性等原则，结合乐山市实际情况，借鉴已有研究成果［7-14］，选取经济效益、社会效益、生态效益3个准则层，投入程度、经济效果、人民生活水平、社会发展状况、生态条件和环境质量6个因子层，共24个具体指标，构建乐山市土地利用综合效益评价指标体系（表1）.

2.2.2指标数据标准化的处理 由于每个指标都具有各自的特点且量纲单位不同，为方便数据研究，采用极差法对数据进行无量纲化处理.指标标准化公式如下：正向指标

负向指标

适度指标

其中，Xij为标准处理的数值；xij为指标实际值；别为指标数据最大值和最小值；i表示城市，j表示指标个数为城市i第j个指标的理想.

2.2.3指标权重确定的方法 指标权重的确定方法有很多，主要分为主观赋权法和客观赋权法这2个方面，包括层次分析法、熵值法、主成分分析法及变异系数法等.本文采用变异系数法和熵值法这2种客观赋权法确定权重，将其进行组合赋权确定综合权重，不但能减轻主观赋权法导致的偏差，而且能避免单一客观赋权法所带来的错误与缺点.

用变异系数法［15］确定指标的权重Sj：

其中，n为城市数是第j项指标的平均数，Xij是第j项指标的标准差，m为指标个数，Vj表示变异系数.

用熵值法［］确定指标的权重Wj：16

其中，Yij为城市i的第j项指标值的比重，k＝1／lnn为常数，为指标冗余度dj.

用组合赋权法确定综合权重：

综合效益得分：

其中，u为综合效益得分，u1、u2、u3为分别代表土地利用经济、社会、生态效益3个子系统综合水平，m为指标个数，Xij为标准值，Zj为第j项指标的综合权重.ut∈［0，1］，ut值越大，说明效益越好.

通过把相关统计数据进行标准化处理，利用熵值法和变异系数法分别计算权重，再结合（6）式计算出乐山市土地利用效益的综合权重（表1）.

指标性质分为正向、负向和适度指标三类.由于适度指标的理想值难以确定，故根据研究区域实际情况可转化为正向或负向指标.选取的指标中有人口密度和单位种植面积农用化肥施用量为适度指标，由于乐山市目前的农业土地使用化肥的程度远高于世界平均水平，农业技术革新迫在眉睫，加之受乐山市经济发展水平和科技创新能力等因素影响，在处理中将以上两个指标转化为负向指标.

2.2.4土地利用经济-社会-生态效益的耦合度模型 耦合是物理学中的概念，指2个（或2个以上）体系通过相互作用而互相影响的现象［17］.根据乐山市土地利用效益现状，借鉴物理学中的耦合协调度模型来定量辨识土地的经济、社会及生态功能间相互作用的强弱及耦合协调程度，揭示三者之间的协同演化状态［18］，其公式为：

其中，C为各地区3种效益之间的耦合度，u1、u2、u3分别为各地区土地利用经济、社会、生态效益得分.C∈［0，1］，C＝0时，耦合度极小，系统间或系统内部要素之间处于无序状态；当C＝1时，耦合度极大，子系统之间或系统内部要素之间达到良性共生耦合；当C∈（0，0.3］、（0.3，0.5］、（0.5，0.8］、（0.8，1］时，土地利用效益分别处于低度耦合、拮抗、磨合和高度耦合阶段［19］.

2.2.5土地利用经济-社会-生态效益的协调度模型 协调度是指系统演变过程内部各要素各种质的差异部分，在组成一个统一整体时的相互和谐一致的属性［20］.由于2个子系统发展水平各异，因此有可能存在两者评价得分均较低而耦合度较高的结果［21］.故采用协调度模型评价各效益之间的协调发展水平，其公式为：

表1 乐山市土地利用综合效益指标体系Tab.1 Comprehensive benefit index system of land use in Leshan City

其中，D为各地区3种效益之间的协调度，D∈［0，1］；T为各地区土地利用经济、社会、生态效益的综合协调指数；a、b、c为待定系数，且a+b+c＝1.在此研究中，参见文献［13］，土地利用经济、社会、生态效益同等重要，故a＝b＝c＝1／3；将其划分为10个等级：1）D∈（0，0.1］为极度失调；2）D∈（0.1，0.2］为严重失调；3）D∈（0.2，0.3］为中度失调；4）D∈（0.3，0.4］为轻度失调；5）D∈（0.4，0.5］为濒临失调；6）D∈（0.5，0.6］为勉强协调；7）D∈（0.6，0.7］为初级协调；8）D∈（0.7，0.8］为中级协调；9）D∈（0.8，0.9］为良好协调；10）D∈（0.9，1］为优质协调［22］.

3 结果与分析

3.1 土地利用综合效益时空变化分析由（7）式计算出综合效益得分；运用ArcGIS 10软件的自然断裂法将其划分为低值区、中低值区、中值区、中高值区和高值区（图2）.通过对比可以发现，2000、2008和2016年乐山市各县（市、区）土地利用综合效益得分呈现不同幅度的变化.

图2 2000、2008和2016年乐山市土地利用综合效益得分空间分布Fig.2 Spatial distributions of land use comprehensive benefit scores in Leshan City in 2000，2008 and 2016

从图2可知，乐山市土地利用综合效益空间分布差异性显著且保持两级分化的特点，北部平原区较高，最高是市中区，维持在0.8左右；而南部山地区较低，最低是马边彝族自治县，介于0.1～0.2之间.2000—2008年，沙湾区和五通桥区土地利用综合效益从中值区上升到中高值区，峨边彝族自治县和沐川县从中低值区下降到低值区，经济、社会和生态效益均下降，但生态效益仍最高，维持在0.1左右，经济效益最低，维持在0.03左右，效益之间差异显著，在发展过程中，经济、社会和生态效益未能保持均衡发展，总体水平下降.2008—2016年，唯有沐川县，从低值区上升到中低值区，其他区县出现不同程度波动，但均保持原来的分值区，因为发挥地理优势，发展旅游业，兼顾经济效益和生态效益，总体水平提高.而2000—2016年马边彝族自治县和市中区的效益分值一直分别保持在低值区和高值区，相差0.65左右.

3.2 土地利用经济-社会-生态效益耦合度与协调度分析

3.2.1耦合度分析 从图3可知，乐山市各县（市、区）土地利用经济-社会-生态效益耦合度分别处于低度耦合和拮抗阶段，耦合度水平较低.

图3 2000、2008和2016年乐山市土地利用经济-社会-生态效益耦合度空间分布Fig.3 Spatial distributions of coupling degree of land use economic-social-ecological benefits in Leshan City in 2000，2008 and 2016

总体来看，2000—2016年乐山市各县（市、区）土地利用经济-社会-生态效益耦合度变化幅度较小，区域差异不大，但平原区大多为拮抗阶段，山地区为低度耦合阶段.2000年，乐山市各县（市、区）耦合度除夹江县、五通桥区等4个县区为低度耦合期，其余均为拮抗期；2008年，沙湾区耦合度下降，马边彝族自治县耦合度上升，与五通桥区一同处于低度耦合期，其余耦合度上升，但仍处于拮抗期；2016年，乐山市各县（市、区）耦合度逐渐集中，处于拮抗阶段的区域主要分布在乐山市的东北部平原，处于低度耦合阶段的区域在乐山市的西南部山地，即峨边彝族自治县和马边彝族自治县.既受地形西南高东北低的影响，又因为各县（市、区）在发展社会经济的同时，忽略了生态环境的保护，人地矛盾突出，经济、社会和生态效益耦合度低，尤其是峨边彝族自治县和马边彝族自治县.

3.2.2协调度分析 由图4可知，乐山市各县（市、区）协调度呈现不均衡发展的特点，平原与山地协调度差异明显.

图4 2000、2008和2016年乐山市土地利用经济-社会-生态效益协调度空间分布Fig.4 Spatial distributions of coordination degree of economic-social-ecological benefits of land use in Leshan City in 2000，2008 and 2016

图5 2000—2016年乐山市土地利用经济-社会-生态效益协调度变化Fig.5 Changes of coordination degree of economic-socialecological benefits of land use in Leshan City from 2000 to 2016

从时间尺度看，2000—2016年乐山市各县（市、区）协调度发生不同幅度变化，总体上存在上升的趋势（图5），但仍处于失调状态.2000年仅有平原区的峨眉山市和市中区协调性较好，处于中度失调，大部分县（市、区）处于严重失调，更有山地区的马边彝族自治县处于极度失调状态.对比发现，2008年平原区的五通桥区协调度提高为中度失调；山地区的峨边彝族自治县和沐川县协调度下降；其余区县协调度保持原有状态.2016年以来，沙湾区协调度提高为中度失调状态；马边彝族自治县协调性得以突破，出现较好的态势，从极度失调转为严重失调；各县（市、区）协调度均有所提高.

从空间尺度看，乐山市土地利用经济-社会-生态效益协调度分布不均，协调度较好的区域与综合效益得分较高的地域基本一致，都集中在平原区，市中区最好，协调度在0.29左右，并存在往轻度失调发展的趋势；而综合效益得分较低和耦合度、协调度较差的区域都分布在山地区，马边彝族自治县最差，协调度在0.1左右，但总体存在上升趋势.乐山市各县域协调度较好的城市数量增加，由2个县区协调性较好提升到4个县区协调性较好，各城市协调发展水平都有较大提升.

由上述分析可看出，马边彝族自治县、峨边彝族自治县、沐川县和金口河区（三县一区）这几个处于地势较高、地形起伏大的县区，由于受自然条件的影响，土地利用限制性因素较多，经济发展水平低，耦合协调度极低；其余区县在经济社会发展时，未能深入挖掘土地资源，使得各效益间的协调度处于失调状态.

4 讨论与结论

4.1 讨论本文研究平原山地过渡带的土地利用耦合协调度及时空变化，而乐山市是四川盆地向西南山地过渡地带的典型，以此为例，综合分析发现，乐山市土地利用综合效益耦合协调度虽在不断增加，但总体水平偏低，平原与山地差异明显，土地利用的经济-社会-生态系统间不协调.

在十九大的背景下，根据平原与山地的不同实际情况提出对应建议.对于山地区的“三县一区”应该打好脱贫攻坚战，不断完善道路等基础设施建设，提高教育文化水平，化劣势为优势，利用自然条件发展旅游业，吸引外地游客；对于市中区、五通桥区、沙湾区和峨眉山市这4个地区，经济社会发展较为迅速，要着重加强生态建设，不断增加绿地面积，提高废弃物处理技术，并优化其设备，保持三大效益同步上升；而其他区县需调整土地利用方式，根据自身条件，挖掘土地潜力，在发挥好生态环境优势的基础上，加强社会经济建设，调整产业结构，大力发展以旅游业为主的第三产业，提高土地利用率，充分响应“绿水青山就是金山银山”，使得经济-社会-生态系统和谐共生，提高其耦合协调性.

本文以平原山地过渡带作为研究对象，仅以乐山市11个县级尺度为例，通过耦合协调度模型，研究乐山市土地利用综合效益、耦合度和协调度的时空特征及演变规律，未深入到乡镇尺度，使其精确性稍弱.除此之外，受数据来源局限，部分更加具有代表性的指标未能选取，使得乐山市土地利用经济-社会-生态三者之间的耦合协调度仍有一定的偏差.如何改善乐山市土地利用方式，提高其效益，特别是“三县一区”使其绿色有序发展，需进一步研究分析.

4.2 结论1）2000—2016年乐山市各县域土地利用综合效益空间差异大且两极分化明显，东北部平原区较高，而西南部山地区较低，其效益最高值和最低值分别为市中区和马边彝族自治县，2个区县效益得分相差0.65左右.沙湾区、夹江县等4个县区的综合效益随时间稳定增长，但增加幅度不一；而金口河区和峨边彝族自治县随时间持续下降，但下降幅度较小；其他区县波动变化.

2）2000—2016年乐山市土地利用经济-社会-生态三者效益之间的耦合度水平低且变化幅度较小，区域差异不大，但平原区大多为拮抗阶段，山地区为低度耦合阶段.乐山市各（市、区）耦合度在研究期内总体上都在提升，尤其是夹江县和五通桥区由低度耦合转变为拮抗阶段；沙湾区和峨边彝族自治县随时间不断在低度耦合和拮抗间变化；马边彝族自治县虽一直处于低度耦合阶段，但在不断上升.

3）2000—2016年乐山市土地利用经济-社会-生态三者效益之间的协调度区域差异显著，主要呈现为极度失调、严重失调和中度失调.平原区的协调度较高，与综合效益高得分值一致，山地区的协调度较低，与综合效益低得分值和耦合度低值均一致.各县（市、区）协调度也在不断提高，沙湾区和五通桥区由严重失调转为中度失调，马边彝族自治县由极度失调转为严重失调，但仍处于失调阶段，需待继续提升效益三者间的协调性.