2000-2018年廣東省土地生態安全與經濟發展耦合協調分析

張焱文, 王 楓

(華南農業大學 公共管理學院, 廣州 510642)

土地是萬物之本，人類的生存和發展要求保護土地的安全。然而，工業革命以來，城市化和工業化的快速發展，導致土地不合理利用和環境的污染，給土地造成巨大的壓力。而我國改革開放以來，在傳統發展觀的影響下，片面追求經濟發展，大規模發展污染環境的工業，從而嚴重威脅到土地的安全。土地生態安全是衡量土地安全狀況的主要指標，土地生態安全又是生態文明建設的重要組成部分。進入新時代，生態文明建設被國家提高到了戰略性的高度，如何協調好土地生態安全與經濟發展的關系成為眾多土地科研人員的熱門研究課題。通過對土地生態安全和經濟發展進行定量的耦合協調分析，有利于了解研究區域土地生態安全與經濟發展的耦合協調狀況，為進一步研究或制定相應的土地保護和經濟發展措施提供有效依據。

國內學者對土地生態安全的研究較多，如曲福田、梁留科、崔峰等從宏觀層面判斷土地生態系統能否滿足自身需求、提供人類發展所需資源、對環境造成破壞三方面功能狀態探究土地生態安全概念[1-4]。評價體系上，采用壓力—狀態—響應(PSR)[5-6]、自然—經濟—社會(NES)[7-8]、經濟—環境—社會(EES)等[9-10]概念模型，結合研究區實際情況構建評價指標體系，并采用熵值法[5-6]、層次分析法[9]、綜合賦權法等[10]確定權重，從而對特定區域進行土地生態安全評價分析。結合一系列成果來看，大部分研究都僅是圍繞土地生態安全，從不同的角度，運用不同模型探究其含義和評價方式，對于土地生態安全與經濟發展水平兩系統的研究相對較少[11-13]，研究還主要集中于評價二者的耦合協調關系，評價結果屬于兩系統的總體關系狀況，為此，有必要對土地生態安全與經濟發展各子系統的耦合協調關系進行分析探討。廣東省是我國第一經濟大省，粵港澳大灣區有9個城市分布于此，經濟發展與土地生態環境的矛盾和問題較為突出，與我國其他省份相比具有代表性。基于以上考慮，本文以廣東省為研究區域，運用驅動力—壓力—狀態—影響—響應(DPSIR)概念模型建立土地生態安全評價指標體系，從經濟實力、人民生活和經濟結構3個層面確定廣東省經濟發展狀況，然后測算廣東省2000—2018年土地生態安全和經濟發展的耦合協調度，并進一步分析和探討經濟總量、人民生活、經濟結構與土地生態安全的耦合協調水平，以期為廣東省經濟發展和生態文明建設提供決策依據。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

廣東省位于我國最南部，北緯20°13′—25°31′，東經109°39′—117°19′，境內陸地面積為17.98萬km2，海岸線長3 368.1 km。屬于東亞季風氣候，光水熱資源豐富，年平均氣溫約19～24℃，降水量約1 300～2 500 mm。地勢北高南低，地貌類型復雜，山地和丘陵面積約為11.15萬km2，占全省陸地面積的62%，主要分布在北部、東北部和西部;臺地和平原則主要分布于中部和南部，面積約為6.83萬km2，占全省陸地面積的38%。分為珠三角、粵東、粵西和粵北4個區域，下轄21個地級市。

據統計，2018年末，全省常住人口達1.135億人，占我國大陸總人口的8.13%，城鎮化率為70.70%;從1989年開始，廣東經濟總量超過江蘇成為中國第一經濟大省后，已連續31年穩居全國第一，2019年全省全年地區生產總值達10.767萬億元，占全國生產總值的10.89%，比第二名的江蘇多0.804萬億元。隨著《粵港澳大灣區發展規劃綱要》的印發，廣東未來經濟的發展將更加快速，土地生態安全與經濟發展的矛盾將日益突出，如果能及時解決土地生態安全問題，將為廣東經濟的可持續發展掃清一重障礙。

1.2 數據來源

本研究數據來源于2001—2019年《廣東統計年鑒》、《廣東統計公報》和《中國農村統計年鑒》，國家統計局和中國經濟社會大數據研究平臺統計數據，以及研究文獻整理獲得的數據。對于無法直接獲取的數據，則通過科學公式計算出相應的數值。

2 研究方法

2.1 評價指標體系構建

土地生態安全系統和經濟發展系統均為涉及多影響因子的復合系統，復雜程度高，在構建評價指標體系時，應當遵循科學性與客觀性原則、整體性與層面性原則、代表性與可得性原則，才能更加真實、準確地描述兩系統的狀況，保障研究結果的可靠性和可用性。

2.1.1 土地生態安全評價指標體系 土地生態安全評價指標體系的選擇和確定是定量研究土地生態安全的關鍵所在[14]，目前學術界用來研究土地生態安全評價指標體系的模型較多，本研究采用DPSIR模型，一方面該模型繼承了DPS模型的優點，具有清晰的邏輯思路和理論框架[15]，另一方面該模型經過多年的發展，已是較成熟的理論框架模型。在中國知網中，有508條關于該模型的研究和應用，被廣泛運用于城市發展、水資源、生態環境等領域。

本文將DPSIR模型作為準則層，借鑒其他專家的研究成果[5-6,14,16-17]，結合廣東省的土地生態環境狀況，建立包括16個具體評價指標的廣東省土地生態安全評價指標體系(表1)，以客觀、真實地描述廣東省土地生態安全水平。

表1 廣東省土地生態安全評價指標體系

2.1.2 經濟發展評價指標體系 經濟發展是以經濟增長為基礎，社會經濟結構持續高級化的創新過程或變化過程，涉及的因素眾多，其內涵比經濟增長更廣泛，除了要展現地區自身的經濟水平和未來的發展外，還要體現人民的生活水平。前人的研究[11-14,18-19]多從經濟總量、經濟結構和經濟效益三方面描述經濟發展水平，雖然經濟效益的指標選取上會關注到人民的生活水平，但還是以經濟本身為從發點，對人民生活狀況的體現不夠全面、深入。

鑒于此，本研究對前人的三方面評價體系進行改進、優化，從經濟總量、人民生活和經濟結構3個層面出發，根據廣東省經濟發展的實際情況，建立具有10項具體評價指標的經濟發展評價指標體系(表2)，使評價體系在更加關注人本身、突出人文關懷的基礎上，實現對廣東省經濟發展的全面、客觀評價。

表2 廣東省經濟發展評價指標體系

2.2 數據標準化處理

土地生態安全與經濟發展評價指標體系中，每個指標的量綱和單位存在一定的差異，如果直接參與計算得到結果，進行分析時會造成數字過大，評定標準難易確定等問題。因此，在計算前應采用極差標準化法進行標準化處理，將各指標數據投影到0～1之間，實現數據的無量化。而根據指標趨向性的不同，采用的公式存在差異。

正向指標:Bij=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

負向指標:Bij=(Xmax-Xij)/(Xmax-Xmin)

(2)

式中:Bij為標準化處理結果值；Xij為第i列第j行的指標實際值；Xmax第i列指標實際值中的最大值；Xmin為第i列指標實際值中的最小值。

2.3 計算綜合評價值

土地生態安全與經濟發展綜合評價的首要任務是賦權，指標權重的確定可分為主觀賦權法、客觀賦權法、主客觀組合賦權法[20]。主觀賦權法受研究者主觀偏好影響較大，研究結果容易出現誤差;主客觀組合賦權法雖然綜合運用到了主、客觀賦權法，在一定程度上能降低主觀偏好的影響，但算法的復雜度普遍比較高，其應用性受到較大限制。因此，本研究采用客觀賦權法。

客觀賦權法又分為熵值法、主成分分析法和多目標規劃法，其中運用較多的是熵值法，它是根據指標離散程度的大小來確定指標權重，具有較強的客觀性、合理性和科學性，可以充分避免個人主觀因素對評價結果的影響，提高研究結果的可信度。具體計算方法為:

第一步:計算第i列指標的熵值:

(3)

第二步:計算各指標的差異系數和權重：

Gi=1-Ej

(4)

(5)

式中:Gi為指標差異系數值；W為各指標權重。

第三步:計算土地生態安全和經濟發展的綜合評價值:

(6)

(7)

式中:N土地生態安全綜合評價值；M為經濟發展綜合評價值。

2.4 構建耦合協調模型

借鑒相關成果[21]，確定土地生態安全與經濟發展耦合協調水平要通過構建耦合協調模型，測算耦合度指數，再計算土地生態安全與經濟發展綜合指數進而求得耦合協調度指數，從而判斷兩系統的耦合協調發展程度，公式如下:

C={NM/[(N+M)/2]2}2

(8)

T=aN+bM

(9)

(10)

式中:C為耦合度指數；T為綜合指數；D為耦合協調度指數；a,b分別為土地生態安全和經濟發展重要性系數。由于土地生態安全和經濟發展對于社會、國家和人類的未來同等重要,所以a,b值均取0.5。

3 結果與分析

3.1 廣東省土地生態安全綜合水平分析

從土地生態安全水平來看(圖1),2000—2018年十九年間廣東省土地生態安全經歷了從下降—快速上升—波動上升的變化。2000—2004年廣東省土地生態安全一直下降，土地生態安全綜合評價值從0.303 3下降到0.184 3，約降低39.23%，土地生態系統不斷遭受破壞。2004—2010年廣東省土地生態安全綜合評價值由0.184 3快速增長到了0.500 9，增長率高達1.5倍以上，年均增長約28.63%，其中2006—2007年有所下降，但降幅不太，降低后仍超過2000年的綜合評價值，由此可以看出該段時間內土地生態系統獲得快速改善，生態環境得到重視。2010—2018年是廣東省土地生態安全綜合評價值波動上漲的階段，年均增長率約為1.92%，其中2017—2018年增長較大，增長率約為16.12%。

為使廣東省土地生態安全評價結果有更加直觀的判斷和比較，根據廣東省的土地生態系統實際狀況和結合學者對其他地區土地生態安全等級的劃分研究[5-6,9-10]，將廣東省土地生態安全水平劃分為5個等級：[0,0.25)為不安全;[0.25,0.45)為較不安全;[0.45,0.55)為臨界安全;[0.55,0.75)為安全;[0.75,1]為非常安全。因此，廣東省的土地生態安全等級從2009年開始就升到臨界安全等級，2015年達到安全等級且一直保持。

對于土地生態安全DPSIR模型中的各子系統(圖1)，驅動力子系統變化較小，評價值在0.059 3至0.091 6內波動，最小值出現在2000年、2014年達到最大值;壓力子系統整體上呈現波動下降，2000—2007年的波動軌跡與土地生態安全綜合評價值完全吻合且每年的波動幅度較接近，從2007年開始，該子系統評價值與土地生態安全綜合評價值隨著時間呈相反方向發展，前者不斷降低，后者則呈上升趨勢;狀態子系統整體在波動上升，波動規律明顯，前5 a上下波動交替出現，波動幅度小，變化不大，對土地生態安全綜合評價值影響較小，后14 a則每上漲兩年或三年下降一次，且下降之前總能創造2000年以來的峰值，2018年達最大值，為0.151 4;影響子系統的變化較為復雜，2000—2006年系統評價值在緩慢下降，平均每年下降0.009 9,2006年開始不斷上升，直至2012年，接著是快速降低和反彈回升的三年，最后保持在0.22水平上下，其中快速降低上升的三年對土地生態安全影響較大，使得綜合評價值產生略微的降低；響應子系統的評價值除2011年有所下降外，其他各年都在不斷上升，2018年已達到0.202 2，年均增長0.010 6，在不斷提升土地生態安全狀況。

圖1 廣東省土地生態安全綜合評價值

綜合來看，研究期前期土地生態安全綜合評價值下降是因為壓力子系統與影響子系統評價值的降低，后期的逐漸增長則是受影響子系統、響應子系統和狀態子系統的作用。從指標層面看，主要受單位面積土地GDP產值和造林總面積的增加，城鎮污水日處理能力的增強以及生活垃圾無害化處理率上升的影響。

3.2 廣東省經濟發展綜合水平分析

從經濟發展水平來看(圖2)，廣東省的經濟發展水平總體上呈現不斷上漲趨勢，經濟發展綜合評價值從2000年的0.013 8增長到2018年的0.911 1，增長了65.02倍，由此也可以看出廣東省作為我國的第一經濟大省的發展速度之快，特別是從2005年以來，每年平均以36.74%的速度增長。但是研究中廣東省在2002—2004年廣東省的經濟發展出現了下降，這與廣東省經濟水平是一直上漲的常理相違背，為此需要進一步對準則層和指標進行具體分析。

圖2 廣東省經濟發展綜合評價值

從經濟總量上看，廣東省的地區生產總值、固定資產投資、地方財政預算收入和社會消費品零售總額4項指標與經濟發展的關系都成正向性，指標值越大，經濟發展水平越高。人民生活層面中的居民消費水平、城鎮居民人均可支配收入和農村居民人均可支配收入指標也是如此，因此這兩個層面的發展水平都在不斷提高。但經濟結構層面不一樣，在該層面內3項指標中，只有第三產業產值占比才與經濟發展水平成正向性，而第二產業產值占比和固定資產投資占GDP比重指標與經濟發展水平呈負向性，因為第二產業屬于對環境破壞較大的產業，其比重越大，對土地生態系統的污染和影響越嚴重，而固定資產投資占GDP比重越大，說明每年可以靈活運用的資金越少，區域經濟潛力越小，經濟結構越不穩固，越不利于區域經濟發展，所以該兩項指標的數值越大，在指標權重不變的情況下，若其他各項指標與權重乘積的累加值小于它們時，就會導致廣東省經濟發展水平的下降，研究中2002—2004年出現經濟發展下降正是這個原因。

3.3 土地生態安全與經濟發展耦合協調分析

構建的耦合協調模型中，土地生態安全與經濟發展耦合指數和耦合協調度指數是使用0至1區間范圍內的數字來表示的，數字越接近0，耦合度和協調度越差;如果越接近1，則耦合效果越好，土地生態安全系統與經濟發展系統也就越協調。但是，為對廣東省的土地生態安全與經濟發展的耦合協調狀況做出更加清晰判定和認識，以便研究結果有更好的實用性和操作性，需結合耦合度指數和協調度指數的測算結果及廣東省社會經濟的實際情況，借鑒前人的研究成果[11-14]，進行耦合度(表3)和協調度(表4)的等級劃分。

表3 廣東省土地生態安全與經濟發展耦合類型劃分標準

表4 廣東省土地生態安全與經濟發展協調類型劃分標準

3.3.1 耦合指數C分析 耦合指數可用來描述系統相互耦合作用的強弱相互關系[22]，本研究中表示廣東省的土地生態安全系統與經濟發展系統耦合作用的強弱。廣東省土地生態安全與經濟發展的耦合指數每年是上升還是下降有較強的不確定性，趨勢不明顯，但總體水平較高，在研究的時間范圍內，只有2000年和2006年的值較低，分別為0.223，0.360 8，其余年份耦合指數都在0.6以上(表5)，說明廣東省土地生態安全與經濟發展十九年來的耦合程度保持在較高水平，大部分年份屬于中度耦合類型，反映出兩系統不斷磨合以保證土地生態系統的安全和經濟的平穩發展。

3.3.2 耦合綜合指數T分析 耦合模型綜合指數可描述耦合作用主體整體發展水平對相互耦合協調度的貢獻程度，如果綜合指數越大，各主體的發展對耦合協調度的貢獻就越大。反之，綜合指數越小，貢獻也就越小。在本研究中，土地生態安全與經濟發展綜合指數描述的是廣東省土地生態安全與經濟發展對于兩系統相互耦合協調度的貢獻程度。廣東省土地生態安全和經濟發展綜合指數呈“勾型”,2000—2004年不斷下降，2004年降到最低值0.168 3，然后開始逐年上漲(表5)，說明2004年開始這兩系統的整體發展對其耦合協調度的貢獻力在不斷增強。

3.3.3 耦合協調度D分析 廣東省土地生態安全與經濟發展耦合協調度大致可以分為3個階段(表5)。第一階段是2000—2002年，耦合協調度指數快速上升，從0.221 9漲到0.439 5，年均增長率約為49.03%，使廣東省土地生態安全與經濟發展協調類型從中度失調躍升到瀕臨失調。在此期間，廣東省的土地生態安全綜合評價值大于經濟發展綜合評價值，但都保持在較低水平且土地生態安全綜合評價值在減小，經濟發展綜合評價值在增加，兩者評價值之差在縮小。因此，根據廣東省土地生態安全與經濟發展耦合協調類型劃分標準，可以確定廣東省當時屬于低水平經濟發展滯后型，且一直處于失調狀態。

表5 廣東省土地生態安全與經濟發展耦合協調度測算

第二階段是2002—2006年，耦合協調度在逐漸減小，兩系統的耦合協調類型從瀕臨失調降至輕度失調，土地生態安全綜合評價值仍舊大于經濟發展綜合評價值，且各年的增減趨勢相同，屬于經濟滯后型。其中2002—2004年兩系統的綜合評價值都在下降，兩系統綜合評價值之差保持在相同水平，而2004—2006年綜合評價值開始上升，土地生態安全綜合評價值增長速度大于經濟發展;2005—2006年土地生態安全綜合評價值的明顯上漲造成兩系統的協調度指數迅速下降，使協調類型下降一級至輕度失調，分析土地生態安全評價指標數據每年的變化發現，2005—2006年單位面積耕地化肥施用量和農藥施用量有明顯的減少，下降率分別為24.38%，21.95%，對土地生態安全狀況影響較大。

第三階段是2006—2018年，廣東省土地生態安全與經濟發展耦合協調水平愈來愈高，耦合協調度從0.312 3上升到0.771 7，增長率為147.1%。其中2006—2007年、2010—2011年增長較快，增長率分別為46.58%，21.3%,2016—2017年受土地生態安全綜合評價值的影響，耦合協調度有所降低，不過接著下一年又恢復到正常水平。相應地該段時間內廣東省土地生態安全與經濟發展協調類型經過了從輕度失調—勉強協調—基本協調—中度協調的等級上升變化，2017年出現降級，降至基本協調。對比土地生態安全與經濟發展綜合評價值，兩系統綜合評價值之差經歷了先減小后增大的變化，從2013年開始廣東省就從原先的經濟滯后型轉變為土地生態滯后型，且兩系統的綜合評價值之差在不斷地增大。由此也可以看出廣東省雖然對土地實施了一定的保護措施和政策，土地生態安全與經濟發展協調水平有了較大提升，但是隨著經濟的快速發展，土地保護已不再能跟上，造成土地生態系統保護的滯后。

3.4 土地生態安全與經濟發展子系統耦合協調分析

為進一步增加研究的實用性和針對性，以便更好地制定土地生態保護和經濟發展的政策，需進一步分析土地生態安全與經濟發展各層面的耦合協調狀況。

3.4.1 土地生態安全與經濟總量耦合協調分析 由圖3A可知，廣東省土地生態安全與經濟總量的耦合指數在研究時期內除2006年和2018年有降低外，整體呈現上升水平，從0上漲到0.909，耦合類型從研究期初的不耦合至期末的高度耦合。協調度呈現出非常平穩的上漲，從0開始一直上漲到0.693 5，協調類型從嚴重失調等級逐步升到基本協調。由此看出，廣東省土地生態安全與經濟總量相互耦合作用不斷增強，協調水平不斷上漲，以更好地相互促進，實現土地生態保護和經濟總量的健康發展。

圖3 廣東省土地生態安全與經濟發展子系統耦合協調度

3.4.2 土地生態安全與人民生活耦合協調分析 由圖3B可知，廣東省土地生態安全與人民生活的耦合指數、協調度指數和土地生態安全與經濟總量的相似度較高，研究期初都為0，但各年的耦合指數與協調度指數都相對較小，2018年的耦合指數值為0.749 9，協調度值為0.599 2，耦合類型為中度耦合，協調類型為基本協調，說明廣東省土地生態安全與人民生活的耦合等級比土地生態安全與經濟總量要低一級，協調類型等級則相同。這說明在與土地生態安全耦合協調上，廣東省的人民生活水平要弱于經濟總量。在所選的經濟總量和人民生活指標都與經濟發展呈正相關關系，因此可以更加關注人民的生活，進一步提高人民生活水平，促進土地生態安全與經濟發展的協調程度的提升。

3.4.3 土地生態安全與經濟結構耦合協調分析 由圖3C可知，廣東省土地生態安全與經濟結構耦合度整體呈現上升—下降—上升的變化趨勢，2002年增長到最大值0.942 6,2010年降至最小值0.216 3。耦合類型從期初的中度耦合升級到高級耦合，之后逐步降級至勉強耦合，最后又升級到基本耦合，研究期后三年均保持在該等級。協調度整體變化不大，指數值介于0.2～0.45，協調類型經歷了瀕臨失調—輕度失調—中度失調—輕度失調—瀕臨失調的變化，呈現出“V”字型，屬于緩慢式的升降級變化。結合經濟結構層面各指標數值發現，2000—2018年廣東省第二產業產值占比呈現先變大后變小、第三產業產值占比和固定資產投資占GDP比重都呈波動式上漲。第二、三產業產值占比從接近到第二產業高于第三產業，再到第三產業高于第二產業，由此反映出廣東省從以發展第二產業為主的經濟結構向以第三產業為主轉變，而固定資產投資占比的上升正好說明廣東為實現該轉變進行的投資，也就使得廣東省土地生態安全與經濟結構協調度能逐漸上升。

4 討論與結論

(1) 2000—2018年廣東省土地生態安全和經濟發展整體呈現上升趨勢，其中土地生態安全經歷了從下降—快速上升—波動上升的變化，土地生態安全等級從2015年開始達到安全等級;經濟發展水平經歷了上升—下降—穩步上升的變化。

(2) 2000—2018年，廣東省土地生態安全與經濟發展耦合程度較高，基本保持在中度耦合水平，對協調度的貢獻從2004年開始不斷增大，兩系統的協調度上下波動較明顯，協調狀況經歷了中度失調—輕度失調—中度失調—輕度失調—勉強協調—基本協調—中度協調的變化，2013年實現經濟滯后型向土地生態滯后型的轉變。

(3) 2000—2018年廣東省的經濟總量和人民生活水平評價值都在穩步上漲，兩者與土地生態安全的耦合度和協調度也在不斷增強，但后者與土地生態安全的耦合協調水平要弱。廣東省經濟結構綜合評價值和經濟結構與土地生態安全的協調度處于穩定水平，但因耦合度的下降導致兩系統一直處于失調狀態。

根據以上結論，結合粵港澳大灣區建設背景，未來廣東經濟的發展速度將逐漸加快，協調土地生態安全與經濟發展，廣東省需繼續推進產業結構優化，發展第三產業和高新技術產業，完善各城市內部環境保護設施建設，提高綠化水平，關注人民的生活質量。需要說明的是，本研究只是對廣東省宏觀區域進行了分析和探討，未從空間區域的角度對各市的土地生態安全與經濟發展耦合協調水平進行分析，因各數據都為全省平均水平，在數據差異較大的地區，最終分析的結果可能存在較大差別，因此在實際應用中有必要結合各市情況，進行相應的深入研究。此外，受篇幅的限制，研究中并未對各具體評價指標的影響效果進行分析，因此在未來的研究中，可以對這一方面進行探討。