陜西省10市“土地-經濟-環境”耦合協調關系

閔義嵐,陳 艷,李錄堂

(西北農林科技大學 經濟管理學院,陜西 楊凌 712100)

隨著“十三五”規劃的完美收官，我國已逐步進入城鎮化建設加速階段和工業化建設后期，以巨大資源消耗及環境污染為代價的發展加劇了國土空間開發失衡、人地矛盾尖銳、資源環境約束趨緊等問題[1]。尋求如何在保障經濟增速及效益的同時，最大化地避免資源浪費、生態破壞的新路徑，創建土地—經濟—環境的良性、協調、低碳和可持續發展模式，成為學術界關注的重要領域。

目前，國內外學者對土地利用、生態效益、經濟發展等領域展開了大量研究[2]，通常呈現出4種研究思路：(1)對土地、經濟、環境的單一子系統的研究[3-4]；(2)子系統間兩兩相互作用的研究[5-7]；(3)以土地、經濟、環境中某一要素為基點，綜合考慮該要素對其他要素建設的影響及耦合作用[8-9]；(4)從人口、經濟、生態、社會、產業、城鎮化和城市化建設要素中選擇2～3個進行耦合協調度的相關研究，鮮有將土地作為一個重要因素納入其中[10-12]。分析發現，當前研究多數聚焦于東部發達地區，且鮮有研究將三者當成彼此獨立的子系統，分析其間的作用機理。

西部地區幅員遼闊，卻同步伴隨產業布局不合理、發展速度較低、土地、經濟與環境協調性差等矛盾，嚴重阻礙了西部地區的發展。本文以“西部大開發”建設名單中的陜西省及其轄內西安、咸陽、銅川、寶雞、渭南、榆林、延安、漢中、商洛及安康10個市為研究對象，通過構建耦合協調模型，從理論上探討土地—經濟—環境3個子系統之間的耦合作用機理，評價陜西省土地—經濟—環境之間的時空演變特征及耦合協調性，綜合考慮發展質量、效率與均衡性，以期為盤活存量資源、釋放錯配空間，進而促進西部地區整體高質量發展提供決策參考。

1 土地-經濟-環境耦合機理分析

土地利用、環境演變、經濟發展是區域發展的重要表征，其協調關系一直是土地領域的研究重點[13]。環境資源是自然賦予人類的寶貴財富，是經濟效率與環境效益的統一，代表著經濟增長與環境壓力的關系，同時也是制約人類社會發展的關鍵性因素。經濟建設則摒棄了以往的“唯增速”發展方式，強調經濟的高質量平穩發展，試圖通過質量、效率、動力變革提高全要素生產率、建立符合我國國情的現代化經濟體系。合理利用土地資源，以最小的土地和生態資源消耗獲取最大化經濟、社會效益成為影響國家及地區未來可持續化發展的關鍵。作為既相互獨立又緊密聯系的3個不同子系統，三者均具有不同的特點和規律。具體而言，土地、經濟、環境之間的耦合機理如圖1所示。

圖1 土地-經濟-環境作用機制

(1)土地與環境。二者既可相互制約，又能相互促進。土地低碳化集約化發展通過合理規劃產業、城鎮化建設布局，改變土地利用結構及投入水平，進而實現土地產出水平與可持續性的雙增長，促進生態環境的改善與生態效率的提高；而良好的生態環境是土地集約利用和城市可持續發展的基礎，能夠在獲得同等經濟增長的同時，實現資源代價最小化與產出效益最大化，增強土地集約利用程度。土地粗放經營或過度集約利用都可能導致資源浪費與環境污染，從而減弱生態效率，而區域生態效率的降低反過來會加重環境污染，降低生態環境承載力，進而減弱土地產出水平與可持續性，土地集約利用受到制約[14]。因此，在提高土地集約利用程度時，也要注重生態環境保護，只有協調好二者之間的關系，促進土地集約利用與生態環境的協調發展，才能有效緩解土地利用與生態環境保護之間的矛盾[15]。

(2)土地與經濟。土地是人類活動與社會經濟發展的重要載體，是各種經濟、社會、資源、技術共同作用的結果，土地的低碳集約發展能夠對經濟發展起到一定的約束引導作用，其利用方式的不同反映了經濟發展方式的變更。通過提高經濟水平，增強經濟活力，促進產業一體化布局能夠實現經濟的健康可持續發展，而經濟的發展方式又反過來影響人的行為與活動，其結構的調整在一定層面上反映了土地利用方式的變化，體現出對土地集約利用的主導優化作用。

(3)經濟與環境。經濟增長是人類依托自然資源創造的社會財富，也是表征人類發展與福祉的指示器，資源環境壓力則是地理環境對人類活動的負向反饋，人類一切經濟活動應當在不超出環境承載力的基礎上進行[16]，二者的關系可高度概括于“綠水青山就是金山銀山”。經濟的發展與環境保護，本質上都源于人們對美好生活的追求，從這一點來看，二者具有相似之處。此外，經濟的發展為環境保護提供了資金支撐，是環境建設的動力系統，而發展綠色友好的生態文明建設方式，加大環境保護力度，又能夠通過提高環境質量、形成綠色可持續生活方式，給經濟建設創造更大的空間，二者互相依托，辯證統一于現代文明建設。

2 研究方法與數據來源

2.1 研究方法

2.1.1 耦合度模型 耦合度是用于刻畫2個或2個以上子系統間相互作用、相互影響程度的數值，用以分析事物的協調發展水平。土地是產業空間集聚的載體，是經濟發展的助推器，土地低碳集約化利用可以促進經濟的健康可持續發展、生態環境的優化，而綠色經濟的發展及生態環境保護反過來推動著土地利用的高度優化，土地—經濟—環境3者相互影響、相互促進，共同作用于現代化經濟建設發展目標。基于此，構建三者的耦合度模型：

式中：U1，U2，U3分別為土地、經濟、環境子系統的綜合評價系數，在本文分別用土地集約利用度、經濟發展方式指數、生態效益指數反映；Ci為i個子系統的耦合系數，即耦合度，C∈[0,1]，其大小反映了子系統的耦合程度，數值越大，耦合程度越高。參照已有研究成果[17]，將耦合度劃分為5種類型，見表1。

表1 耦合協調度類型劃分標準

Ui=∑wi×xi

(2)

式中：Ui為第i個子系統綜合評價系數；wi為各子系統內指標權重；xi為指標標準化值；i為1，2，3。

2.1.2 耦合協調度模型 由于耦合度只能說明系統之間相互作用的強弱，難以反映3個子系統的整體“功效”與“協同”效應，為進一步反映城市間土地—經濟—環境三者之間的協調發展水平，因此引入耦合協調度模型：

(3)

T=aU1+bU2+cU3

(4)

式中：D為系統耦合協調度；C為耦合度；T為土地—經濟—環境3個子系統的綜合評價協調指數，用以反映3個子系統的整體協同效益和發展水平，T∈(0，1]；a，b，c為待定參數，考慮到土地是一切發展的載體，是經濟、環境建設的基礎，為此a，b，c分別取0.4,0.3,0.3。

2.1.3 耦合協調度空間變異分析 為分析土地—經濟—環境耦合協調度空間分異情況、10市的耦合協調度空間異質性和發展趨勢，本文使用ArcGIS和GeoDa軟件，采用全局莫蘭指數(Global Moran′sI)和局部莫蘭指數(Local Moran′sI)進行測度[18]。Global Moran′sI用于判斷區域是否存在空間自相關現象，通常-1≤I≤1，若I接近0則表明空間分布是隨機的，大于0表示正自相關，即高值與高值、低值與低值相鄰，小于0表示負相關，即高值與低值相鄰。空間異質性在這里指的是空間局域異質性(spatial local heterogeneity)，指該點屬性值與周圍不同，可用LISA圖來檢驗。Local Moran′sI對全局自相關的補充，能夠評價局部地區內鄰近空間單元屬性特征值之間的相似性和相關性，探測空間異質性。若L>0，表示某區域的高(低)值被周圍的高(低)值所包圍；若L<0，表示某區域的高(低)值被周圍的低(高)值所包圍。

Globa Moran′sI指數計算公式：

(5)

Local Moran′sI指數計算公式：

(6)

2.2 指標體系與數據來源

2.2.1 指標體系構建 本文借鑒已有研究成果[19-22]選取使用頻率較高的指標，并結合陜西各市實際情況、土地、經濟、環境發展特征以及數據可獲取性和指標體系的可操作性，構建土地、經濟、環境3個子系統9大準則層共34項指標的評價體系，在具體的指標選取過程中，淡化總量增長指標，更注重綜合考慮投入產出、差異率等標準，側重考核質量效益類指標，各指標及相應權重見表2。

表2 耦合協調度評價指標體系及權重

在此基礎上利用熵權法確定指標權重，核心思想是根據各指標變異程度大小計算出對應的熵權，通過熵權對各指標權重進行修正，從而得出較為客觀的指標權重。信息熵值越小，指標離散程度越大，該指標在評價體系中的重要性也越大，即相應權重越高。基于這一思想，構建具體步驟如下：

(1)數據標準化處理。指標量綱的不同、正負取向及單位數量級的不一致對計算結果影響顯著。因此在計算之前須對指標進行無量綱標準化處理。本文擬采用極差標準化方法，具體處理方法見公式(7)—(8)：

效益型/正向指標：

(7)

成本型/負向指標：

(8)

式中：Xij為第i年第j個指標的原始數據；Yij為其標準化處理后的數據；max(Xij)是該系統指標中的最大值；min(Xij)為該系統中的最小值。正向指標即效益型指標的值越大越好，負向指標即成本型指標值越小越好[23]。

(2)確定第j項指標熵值。

(9)

(3)確定各指標權重。

(10)

式中：E1，E2，E3，…，Ej為各指標的信息熵。

(4)計算第i年各子系統的得分Zi。

(11)

2.2.2 數據來源 本文以陜西省及轄區內10個市為研究對象，陜西省總面積20.56萬km2，北山和秦嶺將陜西分為陜北高原、關中平原、秦巴山地三大自然區域。陜北地區海拔800～1 300 m，約占全省總面積45%，包括延安和榆林兩市；關中平原西起寶雞，東至潼關，面積約占全省土地總面積的19%，涵蓋西安、咸陽、銅川、寶雞和渭南5市；陜南秦巴山地主要是秦巴山脈和漢江谷地，約占全省土地總面的36%，包括漢中、安康和商洛市。截至2019年，省內常住人口約3 876.21萬人，人均生產總值66 649元，GDP達25 793.17億元，其中，三大產業增加值分別為1 990.93億元、11 980.75億元、11 821.49億元。

土地子系統內的土地利用程度、土地投入水平、土地產出水平和環境子系統的環境水平二級指標原始數據來源于《陜西統計年鑒》及陜西省各市的統計年鑒和社會發展公報。經濟子系統內的經濟發展水平、經濟活力和產業一體化相關二級指標原始數據來源于《國民經濟和社會發展統計公報》和《陜西區域統計年鑒》。環境子系統內的環境壓力和環境保護二級指標來源于《中國能源統計年鑒》。

2.2.3 指標測算 (1)產業結構系數。產業作為經濟的重要支撐，能夠充分體現地區經濟發展方向與程度，產業結構系數則以具體數字形式反映了各類產業在國民經濟中的比重分配。為此選取第二、三產業增加值占地區GDP比重來構建產業結構系數，比重越大，表明該地區產業結構水平越高[24]。

(12)

式中：ri為地區產業結構系數；GDPi,2，GDPi,3分別為地區第二、三產業增加值；GDPi為地區生產總值。

(2)產業集聚度。產業集聚是特定產業在空間集聚基礎上的專業化和網絡化發展，是特定產業各種要素資源在特定區域范圍內的重新組織與有機整合。一個地區某種產業的集聚程度對當地生產力有重要影響，產業集聚程度的加深有助于加速當地經濟的發展[25-26]，不僅能夠推動自身產業發展，還能對當地產業形成聯動效應，并以此促進區域經濟的快速發展[27]，為此設置產業集聚指標。

(13)

式中：Ki為i地區產業集聚度；Sj為i地區第j產業就業人數占該地區總就業人數比重；Xj為i地區第j產業就業人數占該城市群(此處指陜西省)總就業人數的比重，j取2～3。

3 結果與分析

3.1 土地-經濟-環境子系統評價

基于以上公式，求得2009—2018年陜西省10市各自的土地集約利用度值(U1)、經濟發展方式指數(U2)、生態效益指數(U3)，見表3。

表3 陜西10市耦合度、耦合協調度、各指數值

總體而言，關中地區和陜北地區的土地、經濟和環境發展差異較為顯著，陜南地區區域內整體差異較小。關中地區5市中，西安市的環境發展較為滯后，經濟發展狀況處于陜西首位，環境與經濟和土地之間的矛盾突出，銅川市雖然整體水平低于西安市，但與西安市存在相同的發展問題。西安市對于咸陽市的經濟帶動作用明顯，尤其是“西咸新區”的新建，但咸陽市也不可避免的存在土地發展問題，這與當地城市擴張是分不開的。目前制約寶雞市和渭南市的發展主要是經濟問題，可能原因是自身的地理位置和資源以及西安市的輻射帶動作用有限，其土地與環境發展水平尚可。陜北地區的榆林市和延安市差距是陜西省10市中最大的，這可能是二者之間資源差異導致的，榆林市是典型的煤礦資源型城市，而延安市自身資源條件較差。陜南地區的3市整體發展水平差異較小，其中漢中市的發展較為均衡，值得關注的是該地區的環境發展整體水平較高，可能原因是當地山地面積廣闊，環境壓力小。

在對2009—2018年陜西省10市的土地、經濟、環境層面的指標數據進行處理后，求得陜西省的土地集約利用度值、經濟發展方式指數和生態效益指數(圖2)，并對其進行評價分析。在對陜西省總體數據進行歸總時，為減少誤差選擇各市土地面積、GDP、單位GDP能耗下降率占陜西省總的相應指標比重作為歸總時的權重，如各市第i年集約利用度值乘以該市土地面積占陜西省總面積的比重即得到陜西第i年土地集約利用度值。

圖2 陜西省3個子系統指數值

陜西省近10 a發展主要經歷了3個階段：

(1)生態環境占主導地位(2009—2011年)。該階段陜西省環境子系統的生態效益指數高于其他兩系統各自指數值，這主要是由于陜西土地資源豐富，坐擁太白山、華山、秦嶺等山脈，林地、園地、草地等碳匯作用大于碳源作用[28]的土地面積高達14.86萬km2，且當時陜西經濟正處于發展前期，土地資源利用度及經濟發展水平偏低，同步伴隨生態環境質量良好，環境發展水平明顯高于土地及經濟發展水平，但尚未達到最大化。

(2)經濟發展占主導地位(2012—2014年)。當前階段陜西省經濟發展方式指數值明顯高于生態效益指數及土地發展指數，可能的原因是“一帶一路”倡議的提出為新常態下陜西加快發展提供了新的契機，前期基礎設施的投入及經濟建設的鋪墊使得投資環境得以改善。陜西省加大了招商引資力度，實際利用外資額從2009年最初的18.2億美元增長至2014年的41.76億美元，增長速度達129.5%；產業布局更為合理，非能源產業逐步發展，增強了陜西抵御市場風險的能力。與此同時，以秦嶺保護、渭河治理、退耕還林等為主要內容的生態文明建設也促進了陜西環境水平的健康穩定，土地及環境指數增速雖低于經濟發展指數，但依舊呈緩慢上漲趨勢。

(3)土地集約利用占主導地位(2015—2018年)。可能的原因在于，前期以“土地財政”和“土地引資”為核心動力的用地模式在帶來經濟增長“紅利”的同時也加劇了土地供需矛盾，快速城鎮化催生了部分城市邊界的無序擴張，威脅著“耕地紅線”，經濟發展需求與有限資源環境的沖突使得國家及地區越發重視以“可持續”、“綠色發展”為基本理念的發展方式，一系列以土地集約利用為中心的土地及城鎮化建設政策出臺，促進了陜西土地集約利用水平的提升。

3.2 耦合協調度結果與分析

根據已測算出各年份的IGM指數、土地集約度和生態效應指數，基于以上公式，可以計算得出陜西省及其10市的土地—經濟—環境耦合協調度(圖3)。為了更直觀地看出其空間變化特征，本文選取2009年、2012年、2015年和2018年作為代表性年份，將陜西省10市的耦合協調度數值帶入ArcGIS 10.2做空間分布圖(圖4)。

圖4 陜西省10市“土地-經濟-環境”耦合協調度空間格局

從全局來看，2009—2018年，陜西10市耦合協調度處于0.2～0.8，整體呈平穩上升趨勢，逐步實現了由低水平耦合向高度耦合協調的跨越，但城市間耦合協調差距增大(圖3)，說明陜西在近10 a的經濟擴張中更加注重土地—經濟—環境三者的協調，追求經濟總量增長的同時兼顧土地集約利用與生態環境可持續發展，同步伴隨城市間發展不平衡的加深。在時間序列上，根據曲線波動情況可劃分為兩個階段。

圖3 陜西省10個市“土地-經濟-環境”耦合協調度雷達圖

第一階段為2009—2014年，陜西省土地—經濟—環境耦合協調度從0.23上升至0.49，達到前6 a最大值，雖呈穩步上升態勢，但總體處于中低水平耦合拮抗階段，三子系統間表現為瀕臨失調或輕度失調。10市均呈逐步上升趨勢，各市土地—經濟—環境耦合協調度與陜西省整體變化趨勢較為同步，地區間尚未表現出明顯差異。可能的原因是“十二五”期間，陜西省持續發力，成為改革開放以來陜西省經濟增長、發展質量、民生改善、綜合實力提升最多最快的時期，2014年陜西省人均GDP達7 640美元，連續3年超過全國平均水平，經濟質量效益的雙提升促進了土地利用布局的優化及對環境質量的重視度。

第二階段為2014—2018年，陜西省全局層面與省內各市在三系統耦合協調度上均出現了不同程度的先降后持續增長的情況，耦合協調度處于中度耦合協調中的瀕臨失調范疇，具體表現為2014—2015年期間，陜西省整體耦合協調度從0.49下降至0.45，后持續增長至2018年的0.74，實現近10 a土地經濟環境耦合協調最大化，省內各市除西安穩步增長外均呈短暫負增長態勢；2015年后，耦合協調度逐步回升，上升至一個新高度，到2018年時，陜西省全局層面耦合協調度達到高度耦合協調中的中級協調，各市基本實現勉強協調或初級協調。與此同時，省內差距拉大，發展不平衡問題暴露出來。造成這種先降后增局面可能的原因在于：一方面，2015年處于陜西“十二五”與“十三五”規劃承前啟后階段，也是陜西經濟極為艱難的一年，存量不足、增量有限土地資源需要承載急劇擴張的經濟產業，促使必須進行土地資源的集約利用，然而，當時我國正處于增加和強化綠色發展指標、倡導綠色發展理念的初中期，受以往觀念的影響，在尋求完成經濟發展目標的同時很容易出現環境為經濟讓步的情形，加之陜西省能源及產業布局特點，導致在“十二五”末經濟總量上升的同時伴隨三系統耦合協調度的降低。另一方面，前期綠色發展觀念的逐步強化及“十三五”期間“創新、協調、綠色、開放、共享”五大發展理念的提出促使國家及各地對生態環境重視度大幅提升，環境保護在環境子系統中占比增加，推動了經濟、土地、環境的良性發展，而地區間資源優勢、資金、技術、人才、政策、產業布局及區位的差異導致了差距的拉大。

3.3 耦合協調度空間變異分析結果

根據耦合協調度模型得到的10個市歷年的耦合協調度系數，適用全局莫蘭指數(Global Moran′sI)和局部莫蘭指數(Local Moran′sI)對陜西省10市耦合協調度進行分析。

(1)全局莫蘭指數(Global Moran′sI)。當置信度為90%時，p<0.1，Z>1.65或Z<-1.65時才通過了顯著性檢驗，由此從表4中可以看出，2009—2018年陜西省10市均沒有通過顯著性檢驗，表明研究期間陜西省10市的耦合協調度趨向于隨機分布，不存在明顯的離散和集聚效應。空間差異總體上相對較小，主要是由于區域的耦合協調度沒有因為地域的空間差異而引起強烈的空間極化效應。總體而言，研究區內耦合協調發展度呈負相關且具有隨機分布的屬性，呈波動性發展。

表4 陜西省10市耦合協調度類型的Global Moran′s I

(2)局部莫蘭指數(Local Moran′sI)。采用GeoDa的局域自相關工具進行局部莫蘭指數的計算，得到陜西省10市的耦合協調發展類型的局部莫蘭指數空間分異狀況，用LISA圖進行空間異質性檢驗(圖5)。由于部分年份沒有明顯的局域自相關現象，故選取有局域自相關現象的2009年、2011年、2016年和2018年進行分析。從圖中可以看出空間異質性在2018年以前主要是出現在關中地區，2018年以后開始向陜北地區和陜南地區轉移。其中2009年和2011年關中地區的銅川市和咸陽市為低—低(L—L)分布，此時該區域和周邊的經濟水平比較低，二者的空間差異程度小，制約著自身和周圍城市的發展。2016年的寶雞市為高—高(H—H)分布，說明2016年寶雞市發展狀況較好，此時該區域和周邊的區域耦合協調度較高，快速跟上周圍城市的發展。2016年全市實現地區生產總值1 932.14億元，比上年年增長9.3%，增速位居全省第4，在總量過千億元市中位居第一。2018年漢中市為高—高(H—H)分布，此時該區域和周邊的區域耦合協調度都較高，主要原因是漢中市積極落實“五新”戰略任務，大力發展“3個經濟”，踐行“5個扎實”的成果。2018年榆林市呈高—低(H—L)分布，該市耦合協調度發展較好，但是還沒能帶動周圍城市的發展，與鄰近的延安市差距較大。

圖5 陜西省10市耦合協調發展類型的LISA圖空間分異狀況

從以上分析得出研究期間陜西“土地—積極—環境”的耦合協調度整體上是呈現隨機分布的，沒有集聚效應和離散效應，說明從整體上說陜西省城市之間的耦合協調性地域帶動性不強，城市的耦合協調性受相鄰的城市的影響不大。從局部分析上看，銅川、寶雞、榆林和漢中市出現了空間分異的情況，其中漢中和銅川整體耦合協調低，因此沒能帶動周圍城市的發展，榆林耦合協調度高但對周圍的輻射能力有限，漢中的耦合協調度在不斷提高，對周圍較差的諸如安康市的帶動作用也在不斷增強。

4 結論與建議

4.1 結 論

(1)從土地、經濟、環境子系統各自發展特征來看，10年間陜西省3個子系統發展質量均得到了不同程度的提升，但增速不同，在不同時期主導效應各異，在時間上分別經歷了環境、經濟和土地主導時期。

(2)從三者的耦合協調度來看，陜西省土地—經濟—環境系統的耦合協調度實現了從穩步上升到先降后增階段的跨越，先后經歷了低水平耦合協調階段、中度耦合協調階段和高水平耦合協調階段，延安、銅川和商洛市尚處于中度耦合協調階段，其他7個市處于高度耦合協調階段，且整體都沒有實現向優質耦合協調跨越，城市間差異逐步拉大，表現出明顯的區域不協調。

(3)陜西省10市的耦合協調度不存在明顯的離散和集聚效應，整體上是呈現隨機分布的，耦合協調性地域帶動性不強，整體空間不存在顯著的自相關現象，城市的耦合協調性受相鄰的城市的影響不大。

4.2 建 議

(1)堅持土地市場化改革方向，優化土地的資源承載作用。土地是經濟、環境建設的基礎載體，堅持市場化導向，通過充分發揮市場在資源配置中的決定性作用以實現各類資源要素的協調流通。

(2)優化產業布局，發揮城市聯動效應。陜南、陜北、關中地區優勢資源各異，各市應充分結合實際情況，合理布局，最大化發展和釋放優勢產業潛能，促進當地發展水平的提升；同時前排城市應充分發揮其領頭作用，通過城市互幫互扶等把部分產業生產適當轉移到臨近城市，既可以釋放前排城市資源與空間，又能通過城市聯動帶動臨近城市發展。

(3)強化生態與區域協調意識，實現區域協同發展。建立生態保護專項基金及跨省橫向補償機制，基層、市級政府著重當地企業綜合評價，省級政府致力于區域產業、資源、要素的協調，將生態貢獻率及污染處理率納入企業年度考核體系并納入企業用地審批的依據。通過對土地、經濟、環境子系統采取針對性改進，強化省、市級政府全局協調作用，從而推動陜西省域內土地、經濟、環境的協調可持續化發展。