基于耦合协调模型的长江经济带经济与土地生态质量关系研究

韩晨晓，陈艳红，崔世华，于婧

(湖北大学资源环境学院，区域开发与环境响应湖北省重点实验室，湖北 武汉 430062)

0 引言

2018年4月26日，习近平总书记在深入推动长江经济带发展座谈会上强调，坚持新发展理念，坚持共抓大保护、不搞大开发，以长江经济带发展引领全局经济高质量发展．高质量发展不仅要追求经济增长速度，更要注重质量和效益，由于忽视生态保护的经济发展方式带来的负面影响日益凸显，经济发展亟需全面转型，生态文明建设作为经济社会可持续发展的基础和保障要融入到高质量发展进程中，两者的和谐统一尤为重要．

一方面，土地生态质量作为城市发展的环境基础，土地生态质量的好坏关系着城市承载力的大小、生产力的高低，继而影响城市经济发展水平；另一方面，良好的土地生态环境不仅可以促进地区经济的良性发展，而且可以为社会经济系统的优质提升提供动力和条件[1]．近年来，耦合协调一直是国内外学者关注的一个重要领域，已有的研究成果中，其研究对象包括经济与环境[2-4]、人口结构与资源环境[5-7]、城镇化与生态环境[8-10]、旅游与人居环境[11-13]、产业与生态环境[14-16]等，而土地作为人类生产、生活的主要载体，其生态质量对经济发展的支撑、反馈与制约研究需进一步加强．

在研究方法上，指标体系的构建、赋权方式都存在差异，熵权法、层次分析法相继被引入研究[17-19].层次分析法操作简便、结果基本符合预期，但受人的主观影响较为明显，也不能很好地反映不同区域的数据特点；熵权法客观性强，但过分依赖数据的差异化程度，受极值影响大，将两者复合起来赋权可能产生新的突破点．

长江经济带覆盖沿长江的11个省(市)，横跨我国东中西三大板块，人口规模和经济总量占据全国“半壁江山”，生态地位突出，发展潜力巨大.贯彻新发展理念，推动长江经济带高质量发展，是任务更是使命.本文中对长江经济带115个市域单元2012年、2015年、2018年三年的经济发展水平和土地生态质量进行测度，运用耦合协调度模型构建长江经济带115个市域单元在2012年、2015年和2018年的“经济—土地生态”耦合协调模型，研究两系统的耦合协调关系.一方面可以在时间尺度上探究长江经济带发展状况及制约因素的动态差异；另一方面可以在某一个时间截面上，探讨长江经济带全域各个城市的耦合协调类型在空间上的特征．

1 研究区域与数据

长江经济带覆盖上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、云南、贵州等11个省市，其地级市以上行政区域(包括民族自治州)共130个地区，横跨中国东、中、西部三大区域，面积约2 050 000 km2，是我国重要的经济走廊，其总人口和生产总值均占全国的40%以上，在我国具有重要的战略地位[20],见图1．

本文中的土地利用30 m × 30 m遥感监测栅格数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心，其他数据均来源于各地区统计年鉴和国民经济与社会发展统计公报，数据处理及分析依托于ArcGIS10.2和Envi5.3软件平台．

2 研究方法

2.1 熵权法熵权法是判断某个指标的离散程度的数学方法，离散程度越大，则该指标对综合评价的影响越大，可以用熵值判断某个指标的离散程度[21]．熵权法确定权重系数的具体步骤如下：

1)为消除原始数据因为单位不同而导致的量纲影响，采用极差法对区域原始数据进行标准化处理.设Uij为原始矩阵，Zij为标准化矩阵，公式为：

2)得到标准化矩阵后，使用Eij表示各指标的信息熵值，公式为：

3)定义冗余度Dij表示各指标贡献度的一致性，公式为：

Dij=1-Eij.

4)计算指标权重系数Wj，计算公式为：

2.2 耦合协调度模型利用物理学中容量耦合的概念，将土地生态质量和经济发展水平两个系统彼此影响的程度定义为耦合协调度．耦合协调度模型由3部分组成，包括耦合度C、发展度T和协调度D[22]，具体计算步骤如下：

1)设U1是土地生态质量系统综合评价指数，U2是经济发展水平系统综合评价指数，计算两子系统的耦合度C，公式如下：

2)由于U1和U2处于同样重要的地位，故在发展度T的公式中，a，b均取值0.5，公式如下：

T=a×U1+b×U2.

3)将耦合度C与发展度T代入协调度D的计算公式：

3 研究结果及分析

3.1 构建评价指标体系

3.1.1 指标体系 综合考虑数据指标的全面性、代表性、可获取性，从经济结构、生活质量、经济收益等3个方面描述各区域的经济发展水平，从人口压力、污染排放、土地利用结构等3个方面描述各区域的土地生态质量，共同构成长江经济带“经济-土地生态质量”评价指标体系[23-24]．

3.1.2 指标赋权 关于指标赋权，目前很多文章采用熵权法确定指标权重，取得了较好的结果.熵权法以指标的离散程度作为确定权重的依据，其客观性强，但过于依赖数据的差异化程度，受极值影响大．本研究的对象为长江经济带的115个地级市，跨越了我国的三大阶梯，地理环境条件迥异，经济发展水平、土地生态质量的部分指标差异很大，如单一采用熵权法对指标赋权，则人均GDP、可支配收入等国民经济指标的单指标权重值达到0.3，这显然过于强化了单一要素的作用，不能从指标内涵方面综合考虑多因素的共同作用．

研究发现将层次分析法与熵权法结合赋权的方式可以解决上述难题，故本文中在准则层引入层次分析法，使各主体模块对评价目标的贡献度合理可控，但在指标层上仍采用熵权法，以反映指标的数值差异性对评价结果的影响，这种将主观与客观相结合的方法使指标权重更具合理性，结果见表1．

表1 长江经济带“经济-土地生态质量”评价指标体系

3.2 经济发展综合指数及土地生态质量综合指数的时空特征分析

3.2.1 经济发展综合指数时空特征分析 根据长江经济带2012年、2015年、2018年的3期数据，分析其经济发展综合指数，发现研究区经济发展综合指数的平均值从2012年的0.14到2015年的0.17再到2018年的0.19，呈现整体增长、先快后慢的特点．

从空间分异上看，长江经济带各省市的经济发展水平空间布局整体上呈现“东高西低、中心外围”的空间分布规律，见图2.具体表现为以长三角城市群、长江中游城市群和成渝城市群为核心向周边地区逐步递减的规律，其中高值区域集中分布在长三角城市群，这与2010年《长江三角洲地区区域规划》中提出世界级城市群战略定位和“一核九带”的区域空间布局相契合．低值区域则分散分布在滇西南、川东北、湘西等地，这些地区地处滇西边境山区、乌蒙山区、武陵山区，属国家集中连片特困地区，由于地形、气候等因素极大地限制了区域经济发展．

从时空复合分异上看，在2012—2015年间，长三角城市群经济发展水平整体提升，其中南京、杭州、宁波、苏州这类新一线城市的提高尤为显著.在长江中游城市群里，长沙异军突起，经济发展水平增长速率领先于其他的长江中游城市，同时，处于低值区域的城市数量明显减少，并集中于湖南西部.上游的成渝城市群整体变化不大，只有省会城市的指数出现明显提升．在2015—2018年间，高值区域无论是在城市数量上还是在分布范围上都有明显改善，长三角地区出现高值连片化现象，长江中游城市群则以省会城市为中心，逐渐向副省会城市扩散.总体看，滇西南、湘西的局部地区仍属低值，源于地形、交通、产业等多重因素，经济发展仍存在较大阻力．

3.2.2 土地生态质量综合指数时空特征分析 根据长江经济带2012年、2015年、2018年3期数据，分析其土地生态质量综合指数，发现长江经济带土地生态质量综合指数由2012年的0.34到2015年的0.40再到2018年的0.41，呈现整体增长、先快后慢的特征.说明近几年随着国家生态文明建设工作的落实，长江经济带土地生态质量水平也在不断提升，并逐渐达到稳定状态．

从空间分异上看，土地生态质量空间布局整体上呈现中、西部地区优于东部地区以及大范围面状分布的特点，见图3．西部地区的云贵高原、横断山脉等地区及中部地区的武陵山片区、秦巴山、大别山等地区的植被覆盖度较高，是我国重要的生态空间．相比之下，江汉平原、洞庭湖平原、鄱阳湖平原和长三角地区的太湖平原，土地利用现状以耕地为主，属人类活动的重点区域，一定程度上影响区域土地生态质量．另外，低值区还集中分布在成渝城市群的省会城市、长江中游城市群、长江三角洲区域，这些地区城市化水平高，城市人口压力、污染排放、植被覆盖率方面的问题较周边地区更多，综合导致其土地生态质量较低．

从时空复合上看，在2012—2015年间，长江经济带全线土地生态质量显著提升，到2015年已基本不存在低值区域，仅有太湖平原的小部分城市为低水平．这一变化与2012年党的十八大上正式将生态文明建设写进《党章》并带动各级政府有意识地保护土地生态环境相关．2015年，国家又印发了《生态文明体制改革总体方案》，对加快推进生态文明建设提出了具体的要求及改革方案，各地的生态文明建设力度明显加强，到2018年研究区内全员脱离低值区，土地生态质量整体提高到新的高度．

3.3 长江经济带经济发展水平与土地生态质量的协调性分析在分别对经济发展系统和土地生态质量系统进行综合评价的基础上，进一步对两系统间的耦合度、发展度、协调度进行测算并分等定级．根据测算出的“经济-土地生态质量”系统耦合度结果可划分为以下几个阶段[25]，如表2所示.

表2 耦合度分类体系

如图4所示，对各城市的“经济-土地生态质量”系统的耦合度进行计算后得知，研究区内处于低水平耦合阶段的城市在2012年有12个，2015年减少到8个，到2018年减少至2个.相反地，处于高水平耦合阶段的城市在2012年有22个，2015年增加到34个，到2018年有50个，此时处于高水平耦合阶段的城市数量占总数的43.48%．结果表明，研究区内各城市的耦合水平正在突破拮抗阶段和磨合阶段，朝高质量耦合阶段发展．

为反映两系统协调发展质量水平的高低，本文中在耦合度的基础上进一步计算长江经济带各市的经济与土地生态质量两系统间的协调度，并对其程度进行划分[26-28]，如表3所示.

表3 协调度分类体系

结果表明(图5)，2012—2015年协调度处于失调类的城市减少9个，到2018年进一步减少4个，相对应地，2012—2015年协调度处于过渡类的城市增长9个，到2018年又增加7个．另外，据长江经济带115个城市耦合协调度统计发现，在研究期内，研究区内所有城市都未能处于协调类这一程度，这说明虽然长江经济带各城市的经济和土地生态质量两系统的耦合协调水平逐步脱离严重失调行列，整体不断提高，但目前并没有城市跻身于协调类，大部分城市依旧属于过渡类状态，故还需要进一步协同发展，从而达到较高的协调发展水平．

从空间上看(图5)，耦合协调度高值区域(中级协调、初级协调、勉强协调)在西部地区集中分布在省会城市，呈现集群分布的特点.中部地区以三峡城市群、长江中游城市群的协调水平为佳，呈现东高西低、连片式的分布特征．另外，长三角城市群的耦合协调程度在整个区域最高且日益优化，在空间上的优化面积也在不断扩大，苏锡常城市群、南京、宁波、杭州城市圈的区域经济发展迅速，日益成为我国经济的重点发展区域．同时，这些地区在土地生态保护方面也是先行区，无论是污染排放、还是城市绿地覆盖率都在不断集中优化，两者同步改善，从而经济和土地生态系统实现高水平上的耦合．耦合协调低值区域(濒临失调、轻度失调、中度失调)的分布比较分散，主要集中在西部地区的云南省的西南部及四川盆地，中部地区的湖南省湘西地区．其原因主要在于，这些区域的城市经济发展综合指数远低于土地生态质量综合发展指数，两系统综合水平差异悬殊，从而导致耦合协调程度为低水平上的耦合协调.因此，如何在保证土地生态质量优势的前提下，缩小两系统间的差距成为这些地区的发展瓶颈．

从时空复合上看(图5)，在2012—2015年间，长三角地区协调度高值区域向外扩散，带动苏北地区协调程度整体提升．长江中游最显著的变化在江西省的中南部丘陵地区、湖南省部武陵山区不断克服山区经济发展难题，经济发展的大幅提高与优质的土地生态质量日渐匹配，促进两系统的耦合协调水平向高质量变化.在2015—2018年间，最显著的变化发生在长江经济带西部地区的成渝城市群，处于失调类的城市明显减少，绝大部分城市优化为过渡类.结合上文的经济发展综合指数变化规律发现，西部地区的协调程度明显改善的原因，与这些城市在2015—2018年间的经济发展水平显著提升这一变化密切相关．

4 结论与建议

4.1 结论长江经济带的经济发展水平整体上呈逐年提升的趋势，且呈现“东高西低、中心外围”的空间分布规律．在2012—2015年间，以新一线城市表现最为突出，经济发展高值区域集中在长三角和省会城市；得益于武汉、长沙、南昌、成都、重庆等“极核”的力量，带动周边城市的加快崛起，到2018年，不仅长三角城市群迅速升级，长江中游城市群、成渝城市群也快速成长.经济发展低值区仍集中在武陵山区、乌蒙山区等地形条件差、交通不便的区域．

土地生态质量的空间格局整体上呈现中、西部地区优于东部地区以及大范围面状分布的特点．自党的十八大以来，在2012—2015年间，各地的生态文明建设工作逐步落实，使江汉平原、太湖平原等国家商品粮基地的城市以及原本城市化水平较高的城市基本脱离低水平土地生态质量状态。在2015—2018年间，随着长三角地区土地生态保护观念的进一步贯彻，长江经济带地土地生态质量完全脱离低水平阶段，总体实现了优化升级．

长江经济带115个城市的耦合协调程度基本呈稳步上升，但整体水平偏低.空间格局与经济发展格局存在内部一致性，呈现“东高西低、中心外围”的空间分布规律，长三角地区是整个经济带两系统互动效用的最优地区．因长三角地区世界级城市战略定位和党的十八以来对生态文明建设的重视，长三角地区耦合协调程度整体不断提高，同时中西部地区的武陵山区、武夷山脉、乌蒙山区也不断克服经济发展制约因素，在2018年通过提升经济发展水平实现两系统耦合协调程度，从而顺利跻身于过渡类．

4.2 建议结合上述研究结论，提出几点关于未来长江经济带发展的相关建议：首先，作为经济带的经济领头羊地区的长江三角洲地区，应把握地区经济发展特征，同时加强对土地生态质量问题的关注，适当将区域发展转向以生态环境建设为引领，构建生态环境友好型经济体系．同时，长江中游城市群的各个城市要加快产业结构优化调整，抓经济的同时不可放松对土地生态质量的优化，通过调整土地利用结构，合理控制土地开发强度，实现集约、高效地利用土地．另外，对于武陵山区等山区，应当加强城市群内外的经济联系，拓宽山区经济发展途径．成渝城市群作为位于长江上游的重点发展区域，应针对基础设施水平偏低、跨区域协调机制不对称等发展短板，构建跨区域交通基础设施网络、统筹产业、交通、环保等方面“多规合一”，实现各城市间合理分工协作．