山东省土地利用生态-社会-经济系统耦合协调度时空演变及障碍因子分析

解林晓，段艺芳，肖超菲，李金龙

（聊城大学地理与环境学院，山东聊城 252000）

0 引言

随着中国城镇化和工业化进程的不断加快，以及计划生育政策的放开，人地矛盾被进一步激化，诸如土地利用结构失衡、资源配置不合理、环境污染与破坏、土地人均占有量少等问题日渐突显[1-3]，科学分析区域土地利用生态-社会-经济系统耦合协调关系及其时空演变规律，识别主要影响因素，对于协调区域人地关系、促进区域可持续发展具有重要意义。

以往对土地利用效益的研究多从城镇空间尺度展开，并逐渐由单一城市向城市群及区域尺度转变，现已涵盖乡村、县域、城市、省域、流域和全国等诸多尺度，如王磊、李启权、赵娜倩等分别对城乡一体化进程中的乡村、川中丘陵县域、晋城市等的土地利用效益进行相关研究[4-6]，田俊峰、范树平、Liu等则从东北三省、巢湖流域、全国尺度等更大的空间尺度开展研究[7-9]。已有研究多采用DEA数据包络模型、综合指数模型、耦合协调度模型等定量化数学模型开展土地利用效益及耦合关系研究[10-12]，此外还引入了GIS、遥感技术等进行综合分析[13-14]；近年来，随着生态效益研究的日渐成熟，研究内容已由早期的社会、经济单项效益评价[15-16]转向综合效益评价[17-18]，并开始关注区域内部不同土地利用效益之间的协调关系及其空间分布特征[16-17]。

目前，对耦合协调关系的研究多以两两之间的静态现状研究为主，而针对社会、经济、生态三者之间整体耦合协调演变趋势以及各子系统间相对发展水平的分析均略显不足，此外对影响土地利用效益提升的诸多因素的探讨也相对薄弱。基于此，本研究从生态、社会、经济3个方面构建土地利用效益评价指标体系和生态-社会-经济耦合协调度模型，引入相对发展度模型和障碍度模型，揭示了山东省土地利用生态-社会-经济耦合协调度的时空演变特征及趋势，并探讨了耦合协调度的主要影响因素，以期了解山东省土地利用效益未来发展趋势，为促进山东省区域可持续协调发展及因地制宜地优化相关政策提供理论与数据支持。

1 研究区概况

山东省位于中国华东沿海地带，同时北承京津冀地区，南临长江三角洲，地理位置优越，且境内水路、铁路交通网发达，具备承接两大城市群产业、技术转移的便利（图1）。截至2017年底，辖17个地级市，137个县级行政区，区域总面积达1.58×105km2。山东省是东部沿海的人口大省、经济大省，但区域间发展质量很不平衡，空间差异明显，大致呈由东向西逐渐降低的梯度分异现象，靠近沿海的鲁东地区吸引外资与社会投资的能力明显优于其他地区[19]。

图1 研究区区位图

2 研究方法

2.1 评价指标体系的构建

本研究借鉴已有研究成果[20-22]，基于系统性、代表性、科学性等原则，以山东省17地市为研究对象，综合考虑土地利用现状及相关数据的可获取性，从土地利用的生态效益、社会效益、经济效益3个方面共选取19项指标，构建山东省土地利用效益评价指标体系（表1）。

表1 山东省土地利用效益评价指标体系

2.2 耦合协调度模型

本研究采用极值法对指标数据进行标准化和无量纲化处理，并考虑到熵权法为客观赋权法，能有效避免主观赋权法所致的人为误差，故采用熵权法确定各指标的权重[19]。在此基础上，通过加权求和测算得到山东省17地市土地利用综合效益指数T。同时，为了反映各系统之间的良性互动关系，以避免由于低生态水平与低社会经济发展水平所引起的高耦合状况，本研究引入耦合协调度的概念[16-18]，构建土地利用生态-社会-经济耦合协调度模型。土地利用生态-社会-经济耦合协调度计算见公式(1)，土地利用生态-社会-经济系统的耦合协调系数计算见公式(2)，土地利用综合效益指数计算见公式(3)，土地利用的生态、社会、经济效益指数计算见公式(4)。

式中：D表示土地利用生态-社会-经济耦合协调度，C表示土地利用生态-社会-经济系统的耦合协调系数，T表示土地利用综合效益指数，U1、U2、U3分别表示土地利用的生态、社会、经济效益指数，xij’为样本经标准化处理后的数据。其中α、β、γ均为待定系数，且α+β+γ=1，三系统追求协调发展，此处取值。参考已有研究成果[12,23]，本研究对土地利用生态-社会-经济系统耦合协调等级及其所处阶段进行相应划分（表2），以便于分析其时空格局及演变趋势。

表2 耦合协调度等级及阶段划分

2.3 相对发展度模型

为了更加直观地表达土地利用生态、社会、经济子系统间的相对发展程度，并据此分析各制约类型区的发展演变情况。本研究引入相对发展度模型[18,23]，对土地利用生态、社会、经济子系统间的相对发展程度进行测度，计算公式见(5)、(6)、(7)。

式中，Ecm、Ecs、Ems分别表示土地利用生态-经济、生态-社会和经济-社会相对发展度，Um、Uc、Us分别代指经济、生态、社会效益指数。参考已有相关研究成果[18,23]，确定Ecm、Ecs、Ems的取值区间及其对应的实际含义（表3）。

表3 相对发展度取值区间划分

2.4 障碍度模型

为进一步细化制约山东省及各地市不同时期土地利用效益耦合协调程度的主要障碍因子，本研究通过引入因子贡献度Fj、指标偏离度Vj和障碍度Mj等变量对指标因子的障碍度[20,24-25]进行测算。具体见公式(8)、(9)、(10)。

式中，Mj表示第j项指标的障碍度值，可根据Mj的大小判断制约土地利用效益耦合协调程度的主要障碍因子；Fj为因子贡献度，即各指标相对于总目标的权重，表示第j项指标对总目标的影响程度；rj表示第j项指标所属第i个准则层的权重，rj取值均为1/3；wj表示第j项指标在各准则层中的权重；Vj表示指标偏离度，它是各项指标与土地利用效益总目标之间的差距；xij’表示单项指标的标准化值。

3 结果与分析

3.1 耦合协调度时空演变

3.1.1 时序演变趋势 2008—2017年间，山东省土地利用生态-社会-经济耦合协调性整体处于磨合阶段，并呈现出持续上升趋势，且各地市间耦合协调度均衡化水平逐步提高（表4）。具体来看，山东省土地利用生态-社会-经济耦合协调度多年均值为0.63，总体处于磨合阶段的初级协调状态，且呈现出持续增长的趋势，由2008年的勉强协调(0.54)转变为2017年的中级协调(0.70)，可见，山东省土地利用生态、社会、经济三子系统间良性互动程度逐渐增强。此外，2008—2011年耦合协调度水平增幅明显较大，这与该时期山东省生态效益水平增长相对缓慢，而社会、经济水平发展较为迅速，且三者总体趋于协调有关。期间，各地市耦合协调度差异性逐渐缩小，变异系数由2008年的0.126降至2017年的0.072。

表4 山东省各地市土地利用生态-社会-经济耦合协调度

具体来看，东营市、威海市耦合协调度最高，均高于0.70，达到了协调阶段的中级协调状态，且耦合协调等级逐渐升高，但年均增速较慢，年均增长率不足2.5%，这主要与东营市、威海市生态、社会、经济基础较好，但受产业结构制约较为严重有关；枣庄市、临沂市、聊城市和菏泽市水平较低，介于0.50～0.60之间，处于磨合阶段的勉强协调状态，亦呈持续增长态势，其中，菏泽市耦合协调度增速最快，由2008年的0.34增至2017年的0.58，年均增长率达5.97%，这与菏泽市产业结构优化程度及节能减排力度关系密切，但目前仍处于濒临协调的边缘，应注意继续推进新旧动能转换，加快社会经济发展；其余11个地级市则处于磨合阶段的初级协调状态，整体水平介于0.60～0.70之间。

3.1.2 空间格局演变 山东省土地利用生态-社会-经济耦合协调度呈自鲁东至鲁中、鲁西递减的梯度分布特征，且2008—2017年间各地市耦合协调度等级明显提高（图2）。2008年，菏泽市、聊城市、枣庄市、临沂市均处于轻度失调或濒临失调状态，东营市和威海市均处于初级协调状态，其余11地市均呈勉强协调状态；较之2008年，2011年的菏泽市、聊城市、枣庄市和临沂市均提升至勉强协调状态，东营市率先达到中级协调状态，莱芜市、济宁市和日照市变化不明显，其余8地市则均由勉强协调提升至初级协调状态。至2014年，菏泽市持续提升至勉强协调状态，聊城市、济宁市、枣庄市、临沂市、莱芜市和日照市提升至初级协调状态，青岛市、烟台市和威海市提升至中级协调状态，其余地市则无明显变化。该阶段的变化主要归结于山东半岛蓝色经济区、黄河三角洲高效生态经济区、鲁南经济带等重点区域发展战略的有效实施，使得各地市生态、社会、经济均有所提高；至2017年，济南市和淄博市提升至中级协调状态，而其余地市则无明显变化。总体来看，山东省各地市生态、社会、经济协同发展效果越来越明显，但仍未出现良好协调区，且区域空间分异特征明显，故山东省耦合协调度水平尚存在较大提升空间，区域一体化仍有待进一步加强。

图2 山东省各地市耦合协调度空间演变

3.2 相对发展关系空间演变

从空间格局来看，山东省各地市经历了由社会、经济滞后向生态滞后及协调发展的转变，其中，鲁西北以生态滞后为主，鲁中南部以社会滞后为主，半岛地区逐渐向协调发展区转变（图3）。2008年，山东省主要受社会、经济因素的制约，除聊城市、德州市、滨州市、东营市等，受生态建设步伐缓慢和社会基础服务水平较低的影响，构成生态、社会滞后区外，其余地市生态建设力度大于社会经济发展水平，属于社会、经济滞后区；至2011年，社会、经济因素仍属于主要制约因素，但在重点区域带动战略驱动下，社会基础建设水平不断提高，社会、经济滞后区范围明显缩小，并出现了社会滞后区和经济滞后区的分化，而东营市、滨州市积极加大社会基础建设力度，但经济建设力度有所减缓，属于生态、经济滞后区；2014年，受国家生态文明建设的推动，济宁市、泰安市、烟台市、威海市演变为协调发展区，而青岛市及鲁西北部分城市生态问题逐渐显现，构成了明显的生态滞后区，但因各地区受社会、经济因素制约程度的不同，而分化为生态、社会滞后区和生态、经济滞后区；至2017年，生态影响进一步显现，威海市同鲁中地区南部两侧及其以北构成了明显的半圈式生态滞后区，且亦存在着生态、社会滞后区和生态、经济滞后区的分化，而日照市得益于经济的快速发展，该时期已演变为协调发展区。

图3 2008—2017年山东省各制约类型区空间演变

3.3 障碍因子诊断分析

历年障碍度排名前6位的障碍因子，障碍度累计贡献率均超过50%，故选取历年前6位障碍因子进行土地利用效益耦合协调度障碍因子分析（表5）。结果表明，2008—2017年间的障碍因子主要包括C1、C2等生态因子，C9、C11、C13等社会因子以及C15、C16、C17等经济因子，其中，社会及经济因子一直占据主导地位，但2013年后生态影响明显增强。2008—2012年间，公路交通等社会基础设施建设相对落后，社会经济资产和生产技术虽持续积累，但受山东省双核结构影响，边缘城市社会经济效益增长相对缓慢，加之耕地不合理的开发利用现象较为普遍且长期存在，使得该时期C19、C16、C15、C11、C9等社会、经济障碍因子占据主导地位；2013—2017年间，受社会、经济障碍因子影响的同时，C1、C2等生态障碍因子的影响程度不断加强，该时期社会经济发展已具备一定规模，但生态环境方面的负面影响逐步显现，如林地面积减小，湿地生态环境恶化等，不利于区域协调可持续发展。

表5 山东省土地利用效益主要障碍因子及其障碍度

4 结论与建议

4.1 结论

本研究通过构建土地利用生态-社会-经济耦合协调度模型、相对发展度模型和障碍度模型，深入分析了山东省17地市土地利用生态、社会和经济3个子系统间的整体耦合协调性、相对发展状态及主要障碍因子，可为山东省土地利用生态、社会、经济间的协调可持续发展提供相应的理论支持。主要研究结论如下。

（1）2008—2017年，山东省土地利用生态-社会-经济整体处于磨合阶段的初级协调状态，且耦合协调度呈持续上升趋势，由勉强协调(0.54)转变为中级协调(0.70)；各地市耦合协调度均衡化水平明显提高，但区域间耦合协调水平仍存在一定差异。空间上，整体呈自鲁东至鲁中、鲁西递减的梯度分布特征，中部地市梯度差异逐渐缩小，并向初级或中级协调阶段转变，但尚有较大改善空间，仍未出现良好协调区，区域一体化仍有待进一步加强。

（2）各地市土地利用生态、社会和经济子系统间相对发展度差异显著。至2017年，除济宁市、泰安市、日照市、烟台市属于协调发展区外，威海市同鲁中地区南部两侧及北部构成了明显的半圈式生态滞后区，且因受社会、经济制约程度的不同而分化为生态、社会滞后区和生态、经济滞后区。

（3）影响山东省土地利用生态、社会、经济耦合协调发展的主要障碍因子为社会经济因子，但2013年后生态影响有所增强。当前主要障碍因子为新增林地面积、人均公路里程、地均水资源总量、人均耕地面积、地均GDP、地均固定资产投资总额。

4.2 建议

（1）考虑到当前“生态影响有所增强”以及人均土地面积较少的现状，未来应加强科技创新培养，大力推进高新技术产业发展，并尝试与绿色生态产业相结合，不断提高第三产业比重，积极倡导绿色循环经济模式；合理规划土地利用布局，进一步加强对林地和湿地的生态治理与保护。

（2）根据当前各地市土地利用生态、社会、经济耦合协调性制约因素的差异化特点，可分别实施区域差别化发展对策。临沂市、莱芜市等经济滞后区，应依托重点区域带动战略，不断优化营商环境，加快对外招商引资和新旧动能转换，增强城市经济实力和综合竞争力，提高土地利用效率；枣庄市等社会滞后区，则应当加快城市产业转型升级，加强城市基础设施建设和提高公共服务水平；威海市同鲁南地区两侧及其以北构成的半圈式生态滞后区，应当强化系统治理，增加对科技创新清洁产业的投资力度，实行“生态效益为基，社会经济协同发展”的策略方针；济宁市、泰安市、日照市、烟台市等协同发展区，应当在注重保障土地集约利用政策长效性和稳定性的同时，积极优化区域土地利用结构，增强土地集约利用程度，推动区域可持续发展迈上新台阶；此外还应注意在区域一体化的战略背景下，积极发挥省会、胶东、鲁南“三圈一体化”的优势，加强地区间的产业协同、资源整合及技术交流，推动区域间协同发展。