山東省土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度時空演變及障礙因子分析

解林曉，段藝芳，肖超菲，李金龍

（聊城大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，山東聊城 252000）

0 引言

隨著中國城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，以及計劃生育政策的放開，人地矛盾被進(jìn)一步激化，諸如土地利用結(jié)構(gòu)失衡、資源配置不合理、環(huán)境污染與破壞、土地人均占有量少等問題日漸突顯[1-3]，科學(xué)分析區(qū)域土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)關(guān)系及其時空演變規(guī)律，識別主要影響因素，對于協(xié)調(diào)區(qū)域人地關(guān)系、促進(jìn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

以往對土地利用效益的研究多從城鎮(zhèn)空間尺度展開，并逐漸由單一城市向城市群及區(qū)域尺度轉(zhuǎn)變，現(xiàn)已涵蓋鄉(xiāng)村、縣域、城市、省域、流域和全國等諸多尺度，如王磊、李啟權(quán)、趙娜倩等分別對城鄉(xiāng)一體化進(jìn)程中的鄉(xiāng)村、川中丘陵縣域、晉城市等的土地利用效益進(jìn)行相關(guān)研究[4-6]，田俊峰、范樹平、Liu等則從東北三省、巢湖流域、全國尺度等更大的空間尺度開展研究[7-9]。已有研究多采用DEA數(shù)據(jù)包絡(luò)模型、綜合指數(shù)模型、耦合協(xié)調(diào)度模型等定量化數(shù)學(xué)模型開展土地利用效益及耦合關(guān)系研究[10-12]，此外還引入了GIS、遙感技術(shù)等進(jìn)行綜合分析[13-14]；近年來，隨著生態(tài)效益研究的日漸成熟，研究內(nèi)容已由早期的社會、經(jīng)濟(jì)單項效益評價[15-16]轉(zhuǎn)向綜合效益評價[17-18]，并開始關(guān)注區(qū)域內(nèi)部不同土地利用效益之間的協(xié)調(diào)關(guān)系及其空間分布特征[16-17]。

目前，對耦合協(xié)調(diào)關(guān)系的研究多以兩兩之間的靜態(tài)現(xiàn)狀研究為主，而針對社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)三者之間整體耦合協(xié)調(diào)演變趨勢以及各子系統(tǒng)間相對發(fā)展水平的分析均略顯不足，此外對影響土地利用效益提升的諸多因素的探討也相對薄弱?；诖耍狙芯繌纳鷳B(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)3個方面構(gòu)建土地利用效益評價指標(biāo)體系和生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)度模型，引入相對發(fā)展度模型和障礙度模型，揭示了山東省土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)度的時空演變特征及趨勢，并探討了耦合協(xié)調(diào)度的主要影響因素，以期了解山東省土地利用效益未來發(fā)展趨勢，為促進(jìn)山東省區(qū)域可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展及因地制宜地優(yōu)化相關(guān)政策提供理論與數(shù)據(jù)支持。

1 研究區(qū)概況

山東省位于中國華東沿海地帶，同時北承京津冀地區(qū)，南臨長江三角洲，地理位置優(yōu)越，且境內(nèi)水路、鐵路交通網(wǎng)發(fā)達(dá)，具備承接兩大城市群產(chǎn)業(yè)、技術(shù)轉(zhuǎn)移的便利（圖1）。截至2017年底，轄17個地級市，137個縣級行政區(qū)，區(qū)域總面積達(dá)1.58×105km2。山東省是東部沿海的人口大省、經(jīng)濟(jì)大省，但區(qū)域間發(fā)展質(zhì)量很不平衡，空間差異明顯，大致呈由東向西逐漸降低的梯度分異現(xiàn)象，靠近沿海的魯東地區(qū)吸引外資與社會投資的能力明顯優(yōu)于其他地區(qū)[19]。

圖1 研究區(qū)區(qū)位圖

2 研究方法

2.1 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

本研究借鑒已有研究成果[20-22]，基于系統(tǒng)性、代表性、科學(xué)性等原則，以山東省17地市為研究對象，綜合考慮土地利用現(xiàn)狀及相關(guān)數(shù)據(jù)的可獲取性，從土地利用的生態(tài)效益、社會效益、經(jīng)濟(jì)效益3個方面共選取19項指標(biāo)，構(gòu)建山東省土地利用效益評價指標(biāo)體系（表1）。

表1 山東省土地利用效益評價指標(biāo)體系

2.2 耦合協(xié)調(diào)度模型

本研究采用極值法對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和無量綱化處理，并考慮到熵權(quán)法為客觀賦權(quán)法，能有效避免主觀賦權(quán)法所致的人為誤差，故采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)的權(quán)重[19]。在此基礎(chǔ)上，通過加權(quán)求和測算得到山東省17地市土地利用綜合效益指數(shù)T。同時，為了反映各系統(tǒng)之間的良性互動關(guān)系，以避免由于低生態(tài)水平與低社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平所引起的高耦合狀況，本研究引入耦合協(xié)調(diào)度的概念[16-18]，構(gòu)建土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)度模型。土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)度計算見公式(1)，土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)系數(shù)計算見公式(2)，土地利用綜合效益指數(shù)計算見公式(3)，土地利用的生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)效益指數(shù)計算見公式(4)。

式中：D表示土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)度，C表示土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)系數(shù)，T表示土地利用綜合效益指數(shù)，U1、U2、U3分別表示土地利用的生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)效益指數(shù)，xij’為樣本經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)。其中α、β、γ均為待定系數(shù)，且α+β+γ=1，三系統(tǒng)追求協(xié)調(diào)發(fā)展，此處取值。參考已有研究成果[12,23]，本研究對土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)等級及其所處階段進(jìn)行相應(yīng)劃分（表2），以便于分析其時空格局及演變趨勢。

表2 耦合協(xié)調(diào)度等級及階段劃分

2.3 相對發(fā)展度模型

為了更加直觀地表達(dá)土地利用生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)間的相對發(fā)展程度，并據(jù)此分析各制約類型區(qū)的發(fā)展演變情況。本研究引入相對發(fā)展度模型[18,23]，對土地利用生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)間的相對發(fā)展程度進(jìn)行測度，計算公式見(5)、(6)、(7)。

式中，Ecm、Ecs、Ems分別表示土地利用生態(tài)-經(jīng)濟(jì)、生態(tài)-社會和經(jīng)濟(jì)-社會相對發(fā)展度，Um、Uc、Us分別代指經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會效益指數(shù)。參考已有相關(guān)研究成果[18,23]，確定Ecm、Ecs、Ems的取值區(qū)間及其對應(yīng)的實際含義（表3）。

表3 相對發(fā)展度取值區(qū)間劃分

2.4 障礙度模型

為進(jìn)一步細(xì)化制約山東省及各地市不同時期土地利用效益耦合協(xié)調(diào)程度的主要障礙因子，本研究通過引入因子貢獻(xiàn)度Fj、指標(biāo)偏離度Vj和障礙度Mj等變量對指標(biāo)因子的障礙度[20,24-25]進(jìn)行測算。具體見公式(8)、(9)、(10)。

式中，Mj表示第j項指標(biāo)的障礙度值，可根據(jù)Mj的大小判斷制約土地利用效益耦合協(xié)調(diào)程度的主要障礙因子；Fj為因子貢獻(xiàn)度，即各指標(biāo)相對于總目標(biāo)的權(quán)重，表示第j項指標(biāo)對總目標(biāo)的影響程度；rj表示第j項指標(biāo)所屬第i個準(zhǔn)則層的權(quán)重，rj取值均為1/3；wj表示第j項指標(biāo)在各準(zhǔn)則層中的權(quán)重；Vj表示指標(biāo)偏離度，它是各項指標(biāo)與土地利用效益總目標(biāo)之間的差距；xij’表示單項指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

3 結(jié)果與分析

3.1 耦合協(xié)調(diào)度時空演變

3.1.1 時序演變趨勢 2008—2017年間，山東省土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)性整體處于磨合階段，并呈現(xiàn)出持續(xù)上升趨勢，且各地市間耦合協(xié)調(diào)度均衡化水平逐步提高（表4）。具體來看，山東省土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)度多年均值為0.63，總體處于磨合階段的初級協(xié)調(diào)狀態(tài)，且呈現(xiàn)出持續(xù)增長的趨勢，由2008年的勉強(qiáng)協(xié)調(diào)(0.54)轉(zhuǎn)變?yōu)?017年的中級協(xié)調(diào)(0.70)，可見，山東省土地利用生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)三子系統(tǒng)間良性互動程度逐漸增強(qiáng)。此外，2008—2011年耦合協(xié)調(diào)度水平增幅明顯較大，這與該時期山東省生態(tài)效益水平增長相對緩慢，而社會、經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展較為迅速，且三者總體趨于協(xié)調(diào)有關(guān)。期間，各地市耦合協(xié)調(diào)度差異性逐漸縮小，變異系數(shù)由2008年的0.126降至2017年的0.072。

表4 山東省各地市土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)度

具體來看，東營市、威海市耦合協(xié)調(diào)度最高，均高于0.70，達(dá)到了協(xié)調(diào)階段的中級協(xié)調(diào)狀態(tài)，且耦合協(xié)調(diào)等級逐漸升高，但年均增速較慢，年均增長率不足2.5%，這主要與東營市、威海市生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)較好，但受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)制約較為嚴(yán)重有關(guān)；棗莊市、臨沂市、聊城市和菏澤市水平較低，介于0.50～0.60之間，處于磨合階段的勉強(qiáng)協(xié)調(diào)狀態(tài)，亦呈持續(xù)增長態(tài)勢，其中，菏澤市耦合協(xié)調(diào)度增速最快，由2008年的0.34增至2017年的0.58，年均增長率達(dá)5.97%，這與菏澤市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化程度及節(jié)能減排力度關(guān)系密切，但目前仍處于瀕臨協(xié)調(diào)的邊緣，應(yīng)注意繼續(xù)推進(jìn)新舊動能轉(zhuǎn)換，加快社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展；其余11個地級市則處于磨合階段的初級協(xié)調(diào)狀態(tài)，整體水平介于0.60～0.70之間。

3.1.2 空間格局演變 山東省土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)度呈自魯東至魯中、魯西遞減的梯度分布特征，且2008—2017年間各地市耦合協(xié)調(diào)度等級明顯提高（圖2）。2008年，菏澤市、聊城市、棗莊市、臨沂市均處于輕度失調(diào)或瀕臨失調(diào)狀態(tài)，東營市和威海市均處于初級協(xié)調(diào)狀態(tài)，其余11地市均呈勉強(qiáng)協(xié)調(diào)狀態(tài)；較之2008年，2011年的菏澤市、聊城市、棗莊市和臨沂市均提升至勉強(qiáng)協(xié)調(diào)狀態(tài)，東營市率先達(dá)到中級協(xié)調(diào)狀態(tài)，萊蕪市、濟(jì)寧市和日照市變化不明顯，其余8地市則均由勉強(qiáng)協(xié)調(diào)提升至初級協(xié)調(diào)狀態(tài)。至2014年，菏澤市持續(xù)提升至勉強(qiáng)協(xié)調(diào)狀態(tài)，聊城市、濟(jì)寧市、棗莊市、臨沂市、萊蕪市和日照市提升至初級協(xié)調(diào)狀態(tài)，青島市、煙臺市和威海市提升至中級協(xié)調(diào)狀態(tài)，其余地市則無明顯變化。該階段的變化主要歸結(jié)于山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)、黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)、魯南經(jīng)濟(jì)帶等重點區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的有效實施，使得各地市生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)均有所提高；至2017年，濟(jì)南市和淄博市提升至中級協(xié)調(diào)狀態(tài)，而其余地市則無明顯變化?？傮w來看，山東省各地市生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展效果越來越明顯，但仍未出現(xiàn)良好協(xié)調(diào)區(qū)，且區(qū)域空間分異特征明顯，故山東省耦合協(xié)調(diào)度水平尚存在較大提升空間，區(qū)域一體化仍有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

圖2 山東省各地市耦合協(xié)調(diào)度空間演變

3.2 相對發(fā)展關(guān)系空間演變

從空間格局來看，山東省各地市經(jīng)歷了由社會、經(jīng)濟(jì)滯后向生態(tài)滯后及協(xié)調(diào)發(fā)展的轉(zhuǎn)變，其中，魯西北以生態(tài)滯后為主，魯中南部以社會滯后為主，半島地區(qū)逐漸向協(xié)調(diào)發(fā)展區(qū)轉(zhuǎn)變（圖3）。2008年，山東省主要受社會、經(jīng)濟(jì)因素的制約，除聊城市、德州市、濱州市、東營市等，受生態(tài)建設(shè)步伐緩慢和社會基礎(chǔ)服務(wù)水平較低的影響，構(gòu)成生態(tài)、社會滯后區(qū)外，其余地市生態(tài)建設(shè)力度大于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，屬于社會、經(jīng)濟(jì)滯后區(qū)；至2011年，社會、經(jīng)濟(jì)因素仍屬于主要制約因素，但在重點區(qū)域帶動戰(zhàn)略驅(qū)動下，社會基礎(chǔ)建設(shè)水平不斷提高，社會、經(jīng)濟(jì)滯后區(qū)范圍明顯縮小，并出現(xiàn)了社會滯后區(qū)和經(jīng)濟(jì)滯后區(qū)的分化，而東營市、濱州市積極加大社會基礎(chǔ)建設(shè)力度，但經(jīng)濟(jì)建設(shè)力度有所減緩，屬于生態(tài)、經(jīng)濟(jì)滯后區(qū)；2014年，受國家生態(tài)文明建設(shè)的推動，濟(jì)寧市、泰安市、煙臺市、威海市演變?yōu)閰f(xié)調(diào)發(fā)展區(qū)，而青島市及魯西北部分城市生態(tài)問題逐漸顯現(xiàn)，構(gòu)成了明顯的生態(tài)滯后區(qū)，但因各地區(qū)受社會、經(jīng)濟(jì)因素制約程度的不同，而分化為生態(tài)、社會滯后區(qū)和生態(tài)、經(jīng)濟(jì)滯后區(qū)；至2017年，生態(tài)影響進(jìn)一步顯現(xiàn)，威海市同魯中地區(qū)南部兩側(cè)及其以北構(gòu)成了明顯的半圈式生態(tài)滯后區(qū)，且亦存在著生態(tài)、社會滯后區(qū)和生態(tài)、經(jīng)濟(jì)滯后區(qū)的分化，而日照市得益于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，該時期已演變?yōu)閰f(xié)調(diào)發(fā)展區(qū)。

圖3 2008—2017年山東省各制約類型區(qū)空間演變

3.3 障礙因子診斷分析

歷年障礙度排名前6位的障礙因子，障礙度累計貢獻(xiàn)率均超過50%，故選取歷年前6位障礙因子進(jìn)行土地利用效益耦合協(xié)調(diào)度障礙因子分析（表5）。結(jié)果表明，2008—2017年間的障礙因子主要包括C1、C2等生態(tài)因子，C9、C11、C13等社會因子以及C15、C16、C17等經(jīng)濟(jì)因子，其中，社會及經(jīng)濟(jì)因子一直占據(jù)主導(dǎo)地位，但2013年后生態(tài)影響明顯增強(qiáng)。2008—2012年間，公路交通等社會基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對落后，社會經(jīng)濟(jì)資產(chǎn)和生產(chǎn)技術(shù)雖持續(xù)積累，但受山東省雙核結(jié)構(gòu)影響，邊緣城市社會經(jīng)濟(jì)效益增長相對緩慢，加之耕地不合理的開發(fā)利用現(xiàn)象較為普遍且長期存在，使得該時期C19、C16、C15、C11、C9等社會、經(jīng)濟(jì)障礙因子占據(jù)主導(dǎo)地位；2013—2017年間，受社會、經(jīng)濟(jì)障礙因子影響的同時，C1、C2等生態(tài)障礙因子的影響程度不斷加強(qiáng)，該時期社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展已具備一定規(guī)模，但生態(tài)環(huán)境方面的負(fù)面影響逐步顯現(xiàn)，如林地面積減小，濕地生態(tài)環(huán)境惡化等，不利于區(qū)域協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

表5 山東省土地利用效益主要障礙因子及其障礙度

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本研究通過構(gòu)建土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)度模型、相對發(fā)展度模型和障礙度模型，深入分析了山東省17地市土地利用生態(tài)、社會和經(jīng)濟(jì)3個子系統(tǒng)間的整體耦合協(xié)調(diào)性、相對發(fā)展?fàn)顟B(tài)及主要障礙因子，可為山東省土地利用生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)間的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展提供相應(yīng)的理論支持。主要研究結(jié)論如下。

（1）2008—2017年，山東省土地利用生態(tài)-社會-經(jīng)濟(jì)整體處于磨合階段的初級協(xié)調(diào)狀態(tài)，且耦合協(xié)調(diào)度呈持續(xù)上升趨勢，由勉強(qiáng)協(xié)調(diào)(0.54)轉(zhuǎn)變?yōu)橹屑墔f(xié)調(diào)(0.70)；各地市耦合協(xié)調(diào)度均衡化水平明顯提高，但區(qū)域間耦合協(xié)調(diào)水平仍存在一定差異?？臻g上，整體呈自魯東至魯中、魯西遞減的梯度分布特征，中部地市梯度差異逐漸縮小，并向初級或中級協(xié)調(diào)階段轉(zhuǎn)變，但尚有較大改善空間，仍未出現(xiàn)良好協(xié)調(diào)區(qū)，區(qū)域一體化仍有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

（2）各地市土地利用生態(tài)、社會和經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)間相對發(fā)展度差異顯著。至2017年，除濟(jì)寧市、泰安市、日照市、煙臺市屬于協(xié)調(diào)發(fā)展區(qū)外，威海市同魯中地區(qū)南部兩側(cè)及北部構(gòu)成了明顯的半圈式生態(tài)滯后區(qū)，且因受社會、經(jīng)濟(jì)制約程度的不同而分化為生態(tài)、社會滯后區(qū)和生態(tài)、經(jīng)濟(jì)滯后區(qū)。

（3）影響山東省土地利用生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的主要障礙因子為社會經(jīng)濟(jì)因子，但2013年后生態(tài)影響有所增強(qiáng)。當(dāng)前主要障礙因子為新增林地面積、人均公路里程、地均水資源總量、人均耕地面積、地均GDP、地均固定資產(chǎn)投資總額。

4.2 建議

（1）考慮到當(dāng)前“生態(tài)影響有所增強(qiáng)”以及人均土地面積較少的現(xiàn)狀，未來應(yīng)加強(qiáng)科技創(chuàng)新培養(yǎng)，大力推進(jìn)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，并嘗試與綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，不斷提高第三產(chǎn)業(yè)比重，積極倡導(dǎo)綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式；合理規(guī)劃土地利用布局，進(jìn)一步加強(qiáng)對林地和濕地的生態(tài)治理與保護(hù)。

（2）根據(jù)當(dāng)前各地市土地利用生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)耦合協(xié)調(diào)性制約因素的差異化特點，可分別實施區(qū)域差別化發(fā)展對策。臨沂市、萊蕪市等經(jīng)濟(jì)滯后區(qū)，應(yīng)依托重點區(qū)域帶動戰(zhàn)略，不斷優(yōu)化營商環(huán)境，加快對外招商引資和新舊動能轉(zhuǎn)換，增強(qiáng)城市經(jīng)濟(jì)實力和綜合競爭力，提高土地利用效率；棗莊市等社會滯后區(qū)，則應(yīng)當(dāng)加快城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，加強(qiáng)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和提高公共服務(wù)水平；威海市同魯南地區(qū)兩側(cè)及其以北構(gòu)成的半圈式生態(tài)滯后區(qū)，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化系統(tǒng)治理，增加對科技創(chuàng)新清潔產(chǎn)業(yè)的投資力度，實行“生態(tài)效益為基，社會經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展”的策略方針；濟(jì)寧市、泰安市、日照市、煙臺市等協(xié)同發(fā)展區(qū)，應(yīng)當(dāng)在注重保障土地集約利用政策長效性和穩(wěn)定性的同時，積極優(yōu)化區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土地集約利用程度，推動區(qū)域可持續(xù)發(fā)展邁上新臺階；此外還應(yīng)注意在區(qū)域一體化的戰(zhàn)略背景下，積極發(fā)揮省會、膠東、魯南“三圈一體化”的優(yōu)勢，加強(qiáng)地區(qū)間的產(chǎn)業(yè)協(xié)同、資源整合及技術(shù)交流，推動區(qū)域間協(xié)同發(fā)展。