长三角地区经济发展与土地生态安全耦合关系研究

□周 颖 何如海

[内容提要]基于多层面构建长三角经济发展与土地生态安全耦合协调评价指标体系，结合变异系数法、熵值法确定其综合权重，同时利用综合指数函数、耦合协调评价模型、象限分类识别法和障碍度模型，探究2007—2017年长三角城市群经济发展与土地生态安全耦合作用机理、空间集聚特点及其障碍因素。结果表明：长三角地区27市的经济发展水平在空间上呈现非均衡发展的特点，土地生态安全水平整体较低，同时子系统综合得分均值的年际变化较小；长三角各市耦合协调度有小幅度波动且相互交织，2017年呈现由长三角东部往西部梯度递减的趋势，且区域内核心城市优于周边城市的分布规律；经济规模和土地社会生态安全是影响长三角协调发展的两个重要障碍因素。

一、引言

土地生态安全作为生态文明建设的核心内容之一，其安全状态与社会经济可持续发展紧密相关。城市群是人口分布、资源消耗、环境污染和科技进步的集聚区域[1]，是中国当前和未来经济发展格局中最具潜力和活力的核心区[2]。土地作为人口、资源、基础设施、投资以及技术等各项要素的重要载体，其开发强度、利用效率与城市整体经济发展格局演变有着密切联系[3]。伴随着工业经济的迅猛发展和城市群的不断扩张，区域经济总量在快速增长的同时，往往对土地生态承载力提出更大的挑战，易造成耕地质量退化、生物多样性减少、土地资源紧张等多种土地生态问题，并在一定程度上威胁着土地生态系统结构的稳定性。

目前，纵观国内外关于土地生态方面的相关研究，主要聚焦在以下内容：土地生态安全预警分析[4]、土地生态承载力评价[5]、土地生态系统服务价值测算[6]等。研究尺度上较为广泛，涉及微观、宏观等多个层面，大多根据乡镇、县、市、省等行政区划选取研究评价单元，亦或从具有典型意义的寒地山区、城市群等特定尺度出发，如高凤杰等[7]、于潇等[8]各以牡丹江地区、京津冀城市群为研究区域开展实证研究。研究方法上，孙德亮等[9]、潘铃等[10]分别应用DPSIR模型、自然—经济—社会模型建立土地生态系统评价指标体系，许典舟等[11]、王磊[12]等分别采用生态足迹法、TOPSIS模型定量评估区域土地生态安全水平。随着“两山论”绿色发展理念被提高到前所未有的高度，经济发展与土地生态安全之间的关系受到极大关注。长三角地区是生态文明思想的重要起源地，如何使长三角城市群保持区域经济高质量增长，同时发挥土地生态系统服务功能价值并实现土地资源可持续利用，已成为当今学术界各领域重要的研究热点。现有研究多侧重于把经济因素作为土地生态安全系统的子系统，而对经济发展与土地生态安全耦合互动关系的相关研究较为欠缺，且较少以跨区域的城市群为切入点深入探究两者之间的耦合机理。鉴于此，本文从多要素多层面出发，构建长三角27市经济发展与土地生态安全耦合协调评价指标体系，结合综合指数函数、耦合协调评价模型和象限分类识别法，测算分析2007、2012、2017年长三角城市群双系统的发展水平和内在耦合关系，并探测影响其协调发展状况的主要障碍因素，以期为长三角地区纵深推进生态、经济和社会全方位协同高效可持续发展提供有益借鉴。

二、研究区域与数据来源

(一)研究区域

以长三角地区27个中心区城市为评价单元，所选取的研究区域横跨四省(市)，覆盖上海市及苏浙皖三省份的部分地级市，区域土地总面积约占全国的2.34%。长三角地理区位优势显著，作为我国经济最活跃的区域之一，以较少的土地面积产出约全国1/4的经济总量，同时也是人口密集、资源消耗强度大、土地生态系统过负荷运行的区域，生态环境存在一定程度的脆弱性。在生态文明建设地位和作用日益凸显的大趋向下，尤其在疫情防控常态化的新形势下，长三角地区统筹协调好经济发展与土地生态安全之间的关系，更具有多重现实意义。

(二)数据来源

选取2007—2017年作为本研究涵盖的研究时段，相关指标初始数据主要来源于2008、2013、2018年苏浙皖三省份和27个城市的统计年鉴、统计公报以及《中国城市统计年鉴》，引自国家、各省市统计局网站、经济社会大数据库和EPS数据库平台。

三、指标选取与评价过程

(一)指标体系构建

梳理分析并借鉴已有研究成果，结合长三角地区社会经济发展基础与土地生态环境状况，构建由经济发展与土地生态安全双系统组成的多层次综合指标体系。兼顾初始数据的可得性，以及耦合协调评价指标体系的系统性和层次性，共筛选24项可以表征各子系统内涵特点的评价指标(表1)。具体而言，研究区经济发展子系统以经济规模、结构以及经济质量为框架；土地生态安全子系统则采用EES模型，即从自然环境—经济—社会三个维度出发。此外，为了避免研究区各城市之间的规模差异造成的可比性误差，部分指标在选取时以地均或人均方式进行预处理，从而增强评价指标选取的科学性，并且可以量化表达。

(二)指标赋权

1.极差标准化处理

由于所选各项评价指标的量纲不同，对系统综合发展水平的作用方向亦有所差异，所以采用极差法对初始数据线性变换，将预处理后的指标数据转化为在[0,1]区间上的标准化数值，使不同性质的正负向指标能够相互比较并加权。

式中，i表示第i个城市(i=1,2,3……m)，j表示第j项指标(j=1,2,3……n)，Xij表示第i个城市第j项评价指标的初始值，Yij为无量纲化处理后的极差标准化数值。

2.综合权重确定

考虑多种主客观指标赋权方法的优劣之处，本文综合运用变异系数法和熵值法赋权。通过计算公式分别得出两种方法下的指标权重值，再取两者算术平均数确定评价指标的综合权重，可更为客观的反映各项指标数据的变异程度，从而增加研究所得评价结果的信度和精度。

①变异系数法计算过程如下：

②熵值法计算过程如下：

表1 长三角经济发展与土地生态安全耦合协调评价指标体系

(三)综合发展水平测算

本研究利用综合指数函数计算各系统综合得分，其原理是将上述无量纲化处理后的标准化值与综合权重值相乘并求和，从而对2007、2012、2017年两子系统发展水平予以评价，有利于横向或者纵向比较研究区各评价单元两系统整体发展状况的优劣。函数表达式如下：

其中，Yij为极差法处理后的标准化数值，Wj为各项指标的综合权重。F为经济发展指数、U为土地生态安全指数，分别表示长三角各市经济发展综合得分与土地生态安全综合得分。

(四)耦合协调评价模型

耦合度G可追溯自早期物理学领域中的概念，能够表征系统内部各子系统或多个要素之间的关联程度以及交互作用关系。但耦合度模型难以全面体现系统整体协调发展状况的好坏，即可能出现各子系统综合得分不佳，而G值过高与实际发展状况不符的情况，实则为各子系统在低发展水平下的相互依赖。协调度D能够更加准确地反映复合系统的协同效应和耦合协调发展水平，为此再引入协调评价模型，定量分析长三角经济发展与土地生态安全子系统的协调程度，评价过程如下：

G={(F×U)/[(F+U)/2]2}1/2

式中，G为耦合度，值域∈[0，1]，F、U分别代表长三角各市经济发展综合得分与土地生态安全综合得分。可根据耦合度G值高低衡量经济发展与土地生态安全子系统间耦合关系的强弱，G值越高，则表明两子系统间的耦合作用越强，系统内部越趋于有序。其中，当G=0时，说明两系统间耦合关系很弱，F与U表现为无序状态；而G=1时，说明两系统间耦合互动关系很强，F与U趋于形成良性共振耦合。

T=αF+βU

式中，T为综合协调指数，可反映经济发展与土地生态安全系统整体的协同功效，D为F与U两系统间的协调度。其中，α+β=1，α、β表示待确定的贡献系数，鉴于经济发展和土地生态安全对长三角区域可持续发展的重要程度相同，故使α=β=0.5。

由于系统间发展水平有所差异，可通过计算经济发展指数与土地生态安全指数的比值，即相对发展系数R=F/U，进一步探究两系统的相对发展状态。结合长三角经济基础和生态资源禀赋实际状况，确定研究区协调度D的值域、耦合协调度评价标准以及对应的相对发展类型(表2)。

表2 耦合协调类型、等级评价标准及相对发展类型

(五)象限分类识别法

以两子系统综合得分排名为依据，在二维平面形成多个坐标点，从而建立直角坐标系，并将其划分为4个象限。根据各象限所代表的相对发展类型，进而研判长三角27个评价单元经济发展与土地生态安全之间的耦合互动关系和协同作用机制，进而厘清提升长三角地区两系统综合发展水平的具体改进方向。

(六)障碍度模型

为了深入探测制约系统整体协同发展的障碍因素，采用障碍度模型测算得出各个研究时间节点27市系统层、准则层以及指标层的障碍度。同时将上述所得障碍度按数值高低进行排序，据此诊断阻碍长三角经济发展与土地生态安全双系统耦合协调发展的主要障碍因子。

式中，Eij=1-Yij，为第j项指标的偏离度，代表该项指标与最佳目标值两者间的差距，Yij为极差法处理后的标准化数值。Qj为障碍度，代表第j项指标对长三角耦合协调度的制约程度。Wj为前述公式所确定的综合权重，代表各项指标对系统整体协调度的因子贡献度。

四、评价结果与实证分析

(一)经济发展与土地生态安全水平测度与分析

基于前述综合指数函数公式，分别测算出长三角各市2007、2012以及2017年经济发展综合得分、土地生态安全综合得分及其均值。由图1可知，研究期内长三角地区27市的经济发展水平在空间上呈现非均衡发展的特点，其综合得分高值区主要分布在上海、苏南和浙东北地区。就长三角地区内部差异而言，上海经济发展综合得分一直居于长三角地区首位，其区域资源投入强度大、经济密度和土地集约利用程度高，地均固定资产投资、地均二三产业产值等指标表现优于其他城市。对比江苏省内9市的经济发展综合得分，可以发现苏南地区>苏中地区>苏北地区，各区域间的差异尤为显著。其中，南京、无锡等5市位于苏南地区，交通区位优势明显，工业经济较为发达，因而经济基础相对较好，人均GDP、第三产业对GDP的贡献率和城镇居民生活水平较高。而浙江省内9市的经济发展指数则差异较小，各市间的最大差距不足0.085。安徽省内的安庆、池州等市处于长三角经济发展指数的低值区，未来仍有较大的提升空间。从时间维度看，2007-2017年长三角各市的经济发展指数随时间波动较小，总体上表现得较为平稳。此外，长三角经济发展指数最高值与最低值的差值从2007年的0.474降至2012年的0.447，继而降至2017年的0.436，说明研究区27个中心区城市间的经济差距表现为缩小态势。

图1 2007、2012及2017年长三角27市经济发展综合得分及均值

图2 2007、2012及2017年长三角27市土地生态安全综合得分及均值

2007-2017年，长三角27个评价单元的土地生态安全水平整体偏低，同时其综合得分均值的年际变化幅度较小。2007年，长三角土地生态安全综合得分取值区间为0.109～0.25，其中舟山市土地生态安全水平最高，其次为池州、扬州和上海。2012年，苏南和苏中地区8市，以及杭州、舟山等市土地生态安全综合得分相比基期2007年有小幅度提高。2017年，泰州、镇江等市土地生态安全综合得分较2012年稳步提升，增幅分别为7.10%、7.43%、14.55%，得益于国家在此期间大力推进生态文明建设，坚持绿色低碳发展理念，同时注重节能降耗和资源循环利用，促进了土地生态环境质量状况的改善。研究时段内，舟山、池州始终处于土地生态安全综合得分高值区，马鞍山则处于低值区。具体而言，舟山是重要的沿海港口城市，由于城市人口密度较低减轻了土地负荷，此外十二五、十三五期间注重发展海洋经济和生态环境保护，单位GDP能耗、废水废气等污染物排放量皆得到有效控制。池州位于皖南地区，拥有得天独厚的生态优势，区域水土保持状况较好、生态涵养能力较强，2017年森林覆盖率达59.8%、人均水资源量为6365.1m3/人，土地自然环境生态安全指数高于长三角其他城市。马鞍山为铁矿资源型城市，矿产开采过程中易产生粉尘、矿山污水和工业固体废弃物，而其污水处理能力相比其他城市略弱，因而可能引发水质下降、土壤污染等生态问题，在一定程度上导致马鞍山土地生态安全综合得分偏低。

(二)耦合协调度态势分析

结合2007、2012、2017年研究区两系统耦合协调度演变雷达图(见图3)，深入剖析长三角两子系统之间的耦合协调态势和相互作用机理。观察图3可知，三个研究时间节点长三角27市的耦合度G数值均超过0.7，且绝大多数城市的耦合度趋同，说明长三角经济发展与土地生态安全耦合水平整体偏高且变化较小。但考虑到部分城市的实际发展水平偏低，如滁州、宣城、铜陵等市相比长三角其他城市，其经济发展综合得分与土地生态安全综合得分均表现不佳，并非为高发展水平下子系统间的紧密互动作用，说明存在虚假耦合的情况，尚未形成良性共振耦合，仍需积极采取有针对性的措施提高系统综合得分。

图3 长三角27市经济发展与土地生态安全耦合协调度演变雷达图

从时间尺度分析，2007—2017年长三角各市经济发展与土地生态安全的协调度D数值有小幅度波动(见图3)，主要集中在中度失调、轻度失调、濒临失调、勉强协调四种类型，分别对应Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ四种耦合协调等级。2007年，长三角协调度值域为0.287～0.532，上海经济发展与土地生态安全的耦合协调水平最高，并表现为勉强协调状态。2012年，盐城、南京等市协调等级发生转变，其中盐城由中度失调状态过渡至轻度失调状态；南京、常州则由Ⅳ级提升至Ⅴ级，进入濒临失调时期；而池州协调等级呈下降趋势，从2007年的Ⅳ级降至2012年的Ⅲ级。2017年，长三角四种耦合协调类型的城市数目与2012年基本一致，协调等级为Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级、Ⅵ级的城市各占长三角地区27市的14.82%、62.96%、18.52%、3.70%，其中滁州、宣城、池州和安庆等4市处于Ⅲ级；南通、盐城、扬州等17市处于Ⅳ级；南京、无锡、常州等5市处于Ⅴ级，上海仍保持在Ⅵ级。研究期内，镇江、泰州经济总量翻倍增长，森林覆盖率各提高6.4%、11.53%，同时化肥施用强度、工业废水排放强度显著下降，得益于十二五和十三五期间镇江生态市建设、“绿满泰州”行动计划等皆取得一定的成效。不仅两市经济发展综合得分与土地生态安全综合得分得以稳步提升，同时其协调度亦向好发展，达到各自研究时段内的峰值，2017年协调度相较2007年增幅分别为8.42%、9.51%，体现了经济发展与土地生态安全之间能够相互推动且协同发展。

从空间层面分析，27个评价单元的协调度呈现出由长三角东部往西部梯度递减的趋势，且区域内核心城市优于周边城市的分布规律。基于2017年长三角27市协调度分级评价结果，应用ArcMap10.2软件对该年份研究区耦合协调水平进行空间可视化表达(见图4)，可以看出经济发展与土地生态安全两子系统间耦合协调度的空间层次较为明晰，高值区以沪宁苏锡常为轴线，主要集聚在上海以及苏南地区，而低值区则多分布在安徽的皖南地区。上海为整个长三角地区的经济增长极，南京、苏州等苏南城市则是位于长三角中心地带的核心城市，不仅会对周边城市产生极化效应，吸引大量资本扩大其经济规模，而且能够利用科技创新优势发展新能源、新材料、电子信息等战略性新兴产业，促进区域产业结构的高级化，在节能环保方面投资力度较大，因而经济发展指数高，生态环境治理能力也较强。池州、宣城等皖南城市虽生态环境基础较好，但由于产业结构不尽合理、资源环境约束趋紧，导致经济发展滞后于土地生态安全，两系统未能达到协同发展，因而系统间的协调性较差。

图4 2017年长三角27市经济发展与土地生态安全耦合协调水平空间分布

(三)综合发展水平得分排名象限分析

根据2017年长三角27市两子系统发展水平的综合得分排名，构建二维坐标系的四个象限，横轴代表各市经济发展综合得分排名，纵轴则代表土地生态安全综合得分排名。其中，象限Ⅰ为双高型，表示经济发展和土地生态安全得分均相对较高；象限Ⅱ为高低型，即经济发展得分较高，但土地生态安全得分较低；象限Ⅲ为双低型，即经济发展和土地生态安全得分均相对较低；象限Ⅳ为低高型，即经济发展得分较低，但土地生态安全得分较高。同时结合相对发展系数R值划分标准，可将长三角27市分为3种相对发展类型：安庆、宣城等15市为经济发展滞后型，镇江、南通等3市为经济发展与土地生态安全同步型，无锡、宁波等9市为土地生态安全滞后型，3种类型所占比例分别为55.56%、11.11%、33.33%。嘉兴、池州等市分别位于象限Ⅱ、Ⅳ，表示其经济发展程度与土地生态环境质量尚不匹配，存在土地生态安全相对滞后或经济发展相对滞后的现象。

综合上述分析可知，经济发展与土地生态安全之间能够相互影响、相互作用，存在交互耦合、协同发展的互动关联关系，并处于复杂的动态变化过程之中。两系统耦合作用机理如下：一方面，经济发展与土地生态安全相互支撑、相互促进。高质量的经济发展能够为生态文明建设的推进提供坚实的资金保障，便于更加有序地开展环境保护工作，带动生态环境治理水平的提升；而改善区域土地生态安全水平，维持土地生态系统结构稳定，有利于发挥土地生态系统服务功能价值，可为经济发展提供优质生态产品、服务和可持续增长动力。另一方面，经济发展与土地生态安全之间相互制约、交互胁迫。若不及时转型升级经济结构，高污染、高能耗等不合理经济增长方式，易对土地生态系统造成不可小觑的压力，引发土壤污染、生物多样性锐减等一系列问题；由于土地生态系统各要素均存在阈值区间，若忽略资源环境承载力上限值，会导致生态系统失衡并陷入恶性循环，阻碍经济朝良性方向发展。

图5 2017年长三角27市综合发展水平得分排名象限划分

(四)障碍因子诊断

1.子系统准则层障碍度分析

限于篇幅，现依据2017年障碍度散点分布(见图6)，阐明制约长三角经济发展与土地生态安全耦合协调发展的主要障碍因素。从两子系统的六个准则层出发，研究区障碍度排序如下：经济规模>土地社会生态安全>土地自然环境生态安全>土地经济生态安全>经济结构>经济质量，其对应的障碍度均值为：28.15%、25.62%、13.9%、12.07%、11.97%、8.28%。由图6可知，经济规模和土地社会生态安全的障碍度散点相对集聚，且主要分布在障碍度数值较高的区间，是影响研究区整体协调发展的两个重要障碍因素。

图6 2017年子系统准则层障碍度散点分布

2.指标层障碍度分析

此处用指标代码X1～X24分别表示所选取的24项评价指标，考虑到每个指标对长三角各市协同发展的限制作用不一，因而汇总2017年各市障碍度数值排名前5位的障碍因子，按照其在27市中的出现频率识别影响长三角地区经济发展与土地生态安全协调发展的主要评价指标(见表3)。表3结果显示：地均财政收入X2、地均二三产业产值X7、农业机械化水平X22等3个指标为高频障碍因素，出现频率达到96.3%；其次为地均社会消费品零售总额X4、经济密度X17、人均水资源量X14。鉴于单项评价指标对各市的障碍度不尽相同，因此各市可结合其主要障碍因子，利用差异化战略减弱各障碍因素对长三角协同高效发展的负面作用。

表3 2017年长三角27市指标层主要障碍因素出现频率

五、结论与建议

本研究立足长三角地区各市社会经济发展水平和土地生态系统状况，采用综合指数函数、耦合协调评价模型、障碍度模型等方法，从多维视角比较分析2007、2012和2017年长三角27个评价单元经济发展与土地生态安全的耦合协调态势、空间分异规律以及主要障碍因素。由上述评价结果与实证分析，得出以下结论：

(1)长三角经济发展与土地生态安全两系统相互影响、相辅相成，存在交互耦合、协同发展的互动关联关系。从综合发展水平看，长三角地区27市的经济发展水平在空间上呈现非均衡发展的特点，各评价单元之间的经济差距表现为缩小态势；土地生态安全水平整体较低，同时其综合得分均值的年际变化幅度较小。因此，长三角应把握区域一体化的战略机遇，兼顾经济高质量发展和土地生态安全维护，从而提高经济发展和土地生态安全水平，使两者能够相互推动、相互促进，进而发挥协同发展效应。

(2)各研究时间节点长三角地区经济发展与土地生态安全的耦合水平总体偏高，但尚未形成良性共振耦合。从时间尺度看，长三角各市协调度有小幅度波动且交织错杂，主要涵盖Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ四种耦合协调等级，耦合协调水平有较大的提升空间。从空间层面看，2017年27市的协调度呈现出由长三角东部往西部梯度递减的趋势，且区域内核心城市优于周边城市的分布规律。上海是整个长三角地区的经济增长极，应着力提升其城市能级，统筹推进经济发展和生态文明建设，同时加快南京、苏锡常都市圈建设，并与合肥、杭州、宁波等都市圈紧密对接，更好地发挥核心城市的溢出效应，使资金、技术、信息等要素能够有序自由流动，在科技、基础设施、公共服务和生态环境等多方面实现资源共享，从而刺激并辐射带动周边城市经济增长，提升区域土地生态环境质量。此外，27个中心区城市应加强与苏北、浙西南、皖北地区的全方位合作，促进苏浙皖沪三省一市全域实现一体化和协调发展。

(3)结合长三角各市所处象限和相对发展系数可以发现，2017年88.89%的城市经济发展程度与土地生态环境质量尚不匹配，存在土地生态安全相对滞后或经济发展相对滞后的现象。如池州、宣城等市为经济发展滞后型，应推动传统产业向创新驱动、绿色低碳转型，不断优化经济结构，同时整合皖南区域内丰富的生态资源，促进旅游、文化、科技、生态和经济深度融合发展，使绿水青山体现生态价值，并能够持续发挥生态效益和社会经济效益。无锡、杭州等市为土地生态安全滞后型，应始终坚持新发展理念，以绿图规划为引领，在耕地总量平衡、质量提升等前提下，综合考量区域生态阈值和资源环境承载力，科学布局城市生产、生活和生态空间，注重碳排放总量、能源消耗强度的严格控制，提高资源开发利用效率和生态环境治理水平，从而逐步改善土地生态安全状况。此外，长三角各市可开展大气、固体污染废弃物、水环境污染等协同防治，从源头强化对生态环境的保护，加强土地生态风险监测和安全预警，并以新安江试点经验为基础，探索长江、淮河等跨流域跨区域生态补偿机制。

(4)准则层中，经济规模和土地社会生态安全是影响研究区整体协调发展的两个重要障碍因素。指标层中，X2、X22、X7、X4、X17等评价指标是阻碍长三角协调程度改善的主要障碍因子。对此，长三角应利用国家政策红利激发土地、金融等要素活力，提高经济的投入产出效率，以新型城镇化带动投资和消费需求，加快释放新兴消费潜力，并从就业、教育、医疗、基础设施等方面提升民生保障水平，从而合理扩大城市经济规模、改善土地社会生态安全状况，不断夯实经济发展基础。在乡村振兴战略背景下，通过加强农业与信息技术融合，提高农业科技和装备水平，从而发展生态友好型、智慧型农业，同时采取控肥、控药等行动计划，促使种养业废弃物得到资源化利用及无害化处理，推进农业机械化和农村三产融合。尤其在后疫情时代，长三角四省市应加强发挥各自比较优势分工合作，稳定并完善产业链、供应链，在践行绿色发展理念的同时，利用数字经济的创新活力推动经济高质量发展。