生态与经济协调发展水平测度及空间关联分析——以辽宁省县域为例

潘婧雪 何欣潼 管婧雯 陶拓抒 闫晓露

（1. 辽宁师范大学地理科学学院，辽宁 大连 116029；2. 辽宁师范大学教育部人文社科重点研究基地海洋经济与可持续发展研究中心，辽宁 大连 116029；3. 辽宁省“海洋经济高质量发展”高校协同创新中心，辽宁 大连 116029）

1 引言

生态环境是人类生存的基础，对人类物质与精神世界发展乃至生命系统的循环演替具有重要作用［1-2］。以生态环境为代价的经济发展模式势必会因资源枯竭、生态环境恶化而停滞不前，而两者协调发展为共赢的关键。因此，实现生态保护与经济高效协调发展是众多学者关注的焦点。

生态系统服务价值（Ecosystem Service Value，ESV）是评估人类从生态系统服务中以直接或间接方式获取的对人类生存与发展等各种收益总价值的参考指标［1-4］。20 世纪80 年代，Fredericks L J［5］将局地社会生态、新技术要素应用于乡村发展研究；随后Costanza［6］提出功能价值，强调生态服务货币化评估。自此，生态与经济正式建立了联系。关于生态系统服务价值测算尚未形成统一理论，基于单位面积价值的当量因子法与基于实物价值转换的功能价值法具有一定影响力，而前者更简单直观，在区域生态系统服务价值评估中适用性更强［7-11］。基于修订的当量因子法开展不同时空尺度生态系统服务价值核算，探究时空差异及其影响机制，并从可持续发展角度出发，以生态系统服务价值与社会、经济等要素耦合协调发展研究为主要方向。

作为老工业基地，在传统经济模式难以实现可持续发展而辽宁着力推进全面振兴全方位振兴的情况下，生态与经济协调发展是高效高质量振兴的保障。而省内生态环境与社会经济状况差异显著，以小尺度空间单元评估极为关键。因此，本文以辽宁省为研究区，以县域为空间尺度，从生态效益、经济效益及两者耦合协调状况3 方面深入分析，为辽宁省生态与经济可持续发展提供参考依据。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究区概况

辽宁省（118°～125° E、38°～43° N）地处我国东北部，黄、渤海北部，总面积达14.8 万km2，近水海域6.4 万km2。省辖市14 个，下设县、县级市、自治县及市辖区共100 个县域。东、西两侧低山丘陵向中部、南部平原倾斜，地势起伏较小；温带季风气候特征显著。区域内自然资源丰富，在优先发展重工业的影响下经济快速发展，但依靠矿产资源非长久之计，且对生态环境造成一定影响，生态与经济的制约关系逐渐凸显。

2.2 指标选取与数据来源

辽宁省县域2000 年、2005 年、2010 年、2015 年4 期原始土地利用数据下载自国家青藏高原科学数据中心［12］，基于本文研究需要，依照GB/T 21010—2017《土地利用现状分类》并运用ArcGIS10.2 进行图斑矢量化，确定辽宁省8 类土地利用类型，即旱田、水田、林地、草地、水域、滩涂、建设用地及未利用土地。

根据辽宁省县域经济实际，选取17 个经济指标，建立包含地区生产总值（GDP）、地方财政收入、地方财政支出、社会消费品零售总额的经济总量体系；包含人均GDP、人均地方财政收入、人均地方财政支出、人均社会消费品零售总额、城镇居民人均可支配收入、农民人均纯收入的经济水平体系；包含第一产业增加值、第二产业增加值、第三产业增加值、工业总产值的产业结构体系以及包含城镇化水平、医院床位数、学校数的城镇服务体系4 个维度的指标体系。其中，城镇化水平以城镇人口与常住人口比重表示。考虑到辽宁地区人口老龄化较为严重，故选取可衡量医疗设施水平的“医院床位数”为城镇服务的衡量指标之一。

2.3 研究方法

2.3.1 基于当量因子法的生态系统服务价值测算

谢高地等［13］学者模拟的当量因子法更适用于区域实际研究，然而其表述强调全国，因此，基于土地利用类型与单位面积粮食产量修订当量因子法，计算辽宁省县域生态系统服务价值。

谢高地等学者依据2010 年稻谷、玉米和小麦3种作物播种面积占总播种面积百分比及该年全国稻谷、玉米和小麦净利润总额，计算全国农田每年每公顷自然粮食平均产量的经济价值总额，即全国单位面积生态系统服务价值系数（D），计算公式如下：

式中，Sr，Sw，Sc分别表示某年稻谷、玉米和小麦3 种作物的播种面积占总播种面积百分比，%；Fr，Fw，Fc分别表示该年全国稻谷、玉米和小麦的净利润总额，元/hm2。

以全国单位面积生态系统服务价值系数及修订系数（φ），得到辽宁省单位面积生态系统服务价值系数（E）：

式中，Q 表示2000 年、2005 年、2010 年、2015 年辽宁省平均单位面积粮食产量；Q0表示2010 年全国单位面积粮食产量。

依据价值系数，计算辽宁省各县域生态系统服务价值：

式中，m 表示辽宁省百个县域；i 表示某一县域不同土地利用类型；f 表示不同生态系统服务功能；Si表示县域m 第i 类土地利用类型面积；Eif表示第i 类土地利用类型第f 项生态系统服务功能价值当量。

2.3.2 主客观赋权法

参考韩增林等［14］对2000—2015 年东北地区经济指标体系的构建与赋权结果，采用主客观赋权法（层次分析法主观赋权与熵值法客观赋权）［15］对指标归一化处理，增强权重分配合理性，计算公式如下：

式中，λi为经济指标i 的组合权重；ai与bi分别表示指标i 的主观权重与客观权重。

辽宁省经济发展评价指标体系与权重见表1。

表1 辽宁省经济发展评价指标体系与权重

2.3.3 探索性空间数据分析方法

探索性空间数据分析方法（Exploratory Spatial Data Analysis，ESDA）是空间数据分析方法与技术的汇总，其与GIS 的有效结合使空间事物、现象、信息实现可视化，定量表述全局或局部相互关系［16-19］。该方法的应用可追溯至20 世纪70 年代，被应用于经济计量学领域，也常见于地理学、医学等相关研究中。故通过Geoda 软件处理实现辽宁省县域生态效益与经济效益空间聚集分析。

2.3.4 耦合协调模型

耦合协调模型是对多种系统间相互关系及其密切程度进行分析评价的体系。耦合度表示多种因素间关联作用的强弱程度，耦合协调度表示多种因素关联作用下的协调程度［20-21］。通过将生态与经济耦合协调度计算，分析辽宁省县域生态与经济协调发展水平，计算公式如下：

式中，Ui是耦合系统的序参量；λi为各序参量的权重；uij表示县域j 的第i 个综合评价值；U1，U2分别代表生态效益与经济效益；C 表示生态效益与经济效益之间的耦合度；D 表示生态效益与经济效益之间的耦合协调度，D 值越大则二者间的发展越协调。

根据韩增林等［15］的研究，将耦合协调度划分为5 类，见表2。

表2 生态效益与经济效益耦合协调类型划分

3 结果分析

3.1 土地利用类型面积变化分析

土地利用类型面积变化既能说明变化趋势，也能反映土地利用结构。通过ArcGIS10.2 相关处理得到2000 年、2005 年、2010 年、2015 年4 期辽宁省各土地利用类型面积数据，见表3。

表3 2000 年、2005 年、2010 年、2015 年辽宁省土地利用类型面积变化 km2

辽宁省8 类土地利用类型中以林地、旱田为主，2000—2015 年，辽宁省林地面积占辽宁省土地总面积的38.83%～38.95%，旱田面积占总面积的37.62%～37.83%，与辽宁省以平原、低山丘陵地形为主，重点发展旱田种植及林业相关。对辽宁省4 期土地利用类型面积变化分析表明，2000—2015 年期间辽宁省土地利用类型结构较稳定，变幅缓慢。但是部分地区人地供需不平衡，为获取更多居住空间及粮食生产空间，势必会减少草地、滩涂等土地面积，可见近年来人为干预对自然生态系统产生一定影响。具体来看，旱田、水域、建设用地及未利用土地面积缓慢增长，水田、林地、草地、滩涂面积缓慢减少。其中，水田面积减少780 km2，变幅最为明显，与水资源紧张、城市化发展相关；随着经济水平提升，需求不断变化，人口向城镇集聚，建设用地面积增加733 km2。林地面积虽逐步减少，但其变幅缓慢，究其原因为虽然城市发展建设及资源利用侵占林地，使其面积减少，但国家重视“退耕还林”相关政策及森林旅游业发展，一定程度上也通过人工林建设补充林地资源。林地面积广阔，不仅为区域生态保护提供有效空间，也对在环境承载力之下发展县域经济有较好的保障作用，因此，在可持续发展及辽宁林地资源较为充足的背景下，应进一步重视、利用林地资源。

3.2 辽宁省县域生态效益时空分析

3.2.1 生态系统服务价值评价

利用ArcGIS10.2 中2000 年、2005 年、2010 年、2015 年辽宁省县域生态系统服务价值示意图统计其空间分布状况，见表4。

表4 2000 年、2005 年、2010 年、2015 年辽宁省县域ESV 空间分布 亿元

从时间变化角度分析，2000 年、2005 年、2010年、2015 年辽宁省平均ESV 分别为64.37 亿元、87.28 亿元、77.26 亿元、80.07 亿元，总体呈现波动增长趋势，2000—2015 年，百个县域平均ESV 增长率达24.38%，得益于国家重视生态系统保护，大力开展生态修复工作。2000—2005 年期间平均ESV 增长率为35.58%，与国家关注生态建设及东北老工业区振兴联系密切。而2005—2010 年，平均ESV 下降率为11.48%，下降区域位于辽西草地、旱田及林地交错分布区和辽东林地地区。而在2010—2015 年平均ESV 的增长率为3.64%，增长程度缓于前期。

从空间演变分析，辽宁ESV 等级分布变化表现为2000 年辽东地区高而辽西、南及中部地区低；2015 年辽东、西部地区高而辽中、南部地区低。对应辽宁省各县域，以沈阳市县域为代表的各市市区在2000—2015 年间ESV 始终处于较低水平，其他县域ESV 则表现为先增长后下降。在研究时限内，2005年辽宁省ESV 达最佳水平，这一分布状况与辽宁省地形及土地利用类型关系极为密切。平原区为ESV低水平区主要分布区，土地利用类型表现为建设用地及旱田，受人为影响严重。

3.2.2 辽宁省县域生态系统服务价值空间集聚分析

利用GeoDa 的LISA 集聚分析，统计辽宁省各县域ESV 变化的空间集聚特征，表征局部空间（即各县域）与周围区域单元（即各县域外围县域显著相似值区域）的集聚程度，结果见表5。共划分为5 类，即高—高型集聚、高—低型集聚、低—低型集聚、低—高型集聚与不显著型。2000—2015 年辽宁省县域ESV 空间集聚较为稳定，除辽东地区外绝大部分县域空间集聚不显著，不存在高—低型。高—高型集聚区在辽东地区最为集中，以朝阳市喀喇沁左翼蒙古族自治县为代表的周围县域在研究时限内高—高型集聚区域逐渐增多，该区域内地势相对较高，以草地、林地为主，生态环境较好。低—低型集聚区主要位于沈阳市市内5 区（于洪区、和平区、铁西区、皇姑区、沈河区）及锦州市凌海区，大连市西岗区，鞍山市铁西、铁东区；城市化水平较高，人为干预生态环境较强。低—高型集聚主要分布在高—高型集聚周围，包括丹东市振安区及葫芦岛市南票区，其周围县域ESV 高，佐证了辽东及辽西部分县域ESV 水平高。

表5 辽宁省各县域ESV 变化的空间集聚特征

3.3 辽宁省县域经济发展时空分析

3.3.1 辽宁省县域经济综合评估

通过主客观赋权法依次确定2000 年、2005 年、2010 年、2015 年17 个县域经济评价指标权重，根据统计年鉴数据汇总，计算辽宁省县域经济发展水平综合得分。根据ArcGIS10.2 可视化，经济发展综合得分离差进行ArcGIS10.2 可视化并分级，表征辽宁省县域经济发展空间分布，见表6。

表6 2000年、2005 年、2010 年、2015 年辽宁省县域经济发展空间分布

从时间维度分析，辽宁省县域经济发展综合得分离差在前、中、后期特征存在差异。具体来看，2000—2005 年各县域经济发展综合得分离差低水平区显著减少，高水平区及较高水平区显著增多，但由于高水平区的数量增多，部分较高水平区转为低水平区，因此辽宁县域间经济发展不均衡性与差异性有所增强；2005—2010 年3 类区域数量保持基本稳定状态，但高水平区的数量显著减少，较高水平区的数量增多，其不均衡性与差异性稍有降低；2010—2015 年，低水平区的数量增多，高水平区的数量较稳定，而较高水平区的数量减少，其不均衡性与差异性保持稳定。

空间维度分析，发现县域经济发展水平与市域经济状况存在一定关联性。经济发展综合得分高水平区在辽宁中部及南部地区最为集中，形成以沈阳及大连为中心的两个高水平汇聚点。而辽西及辽东大部分地区经济发展均处于低水平。这一空间分布现象与辽宁省地形及位置差异关联较强。沈阳处于平原地区，区位条件优越，资源丰富，工业基础较好；作为省会城市存在较多发展机遇，也是经济转型先行区域，故其经济水平在辽宁省处于领先地位。而大连凭借沿海优势，促进经济迅速发展。辽东、辽西地区多为林地与旱田，经济发展资源相对薄弱，故其经济发展综合水平低。

3.3.2 辽宁省县域经济空间集聚分析

利用GeoDa 的辽宁省县域经济效益LISA 集聚分析，统计2000 年、2005 年、2010 年、2015 年辽宁县域经济效益空间集聚特征，即局部空间（辽宁省各县域）与其周围区域单元（以各县域为中心，其周围显著性相似区域）的集聚程度（见表7）。空间集聚划分为不显著型、高—高型集聚、低—低型集聚、高—低型集聚与低—高型集聚5 类。2000—2015 年，大部分区域空间集聚不明显，高—高型县域数量呈稳定状态，但其分布规律性更明显。2000 年大连市金州区、普兰店区，鞍山市岫岩满族自治县、台安县、千山区，营口市大石桥市及沈阳市于洪区、苏家屯区为高—高型集聚，而到2015 年时仅集中在沈阳与大连，包括大连市甘井子区、金州区、普兰店区及沈阳市于洪区、浑南区、铁西区、皇姑区、大东区与沈河区。低—高型集聚主要分布在高—高型集聚附近，其分布随高—高型集聚向沈阳、大连集聚而减少，由2000 年集中在盘锦市大洼区、盘山县，沈阳市大东区，变为2015 年仅有营口市的盖州市。低—低型集聚区主要分布在朝阳市、阜新市，在铁岭市、葫芦岛市、辽阳市呈分散分布。高—低型集聚区仅分布在2005 年葫芦岛市连山区与2010 年锦州市凌海市，与当地后期经济发展综合得分水平较高有关。

表7 辽宁省县域经济效益空间集聚特征

3.4 辽宁省县域生态效益与经济发展耦合协调状况分析

根据耦合协调模型，分别计算2000 年、2005年、2010 年、2015 年辽宁省县域生态效益与经济发展耦合协调度，根据数据可视化处理，统计辽宁省县域生态与经济耦合协调空间分布情况，见表8。

表8 2000年、2005 年、2010 年、2015 年辽宁省县域生态与经济耦合协调状况空间分布

2000—2015 年辽宁省生态效益与经济发展耦合协调度平均值介于0.30～0.35，处于中度失调状态，辽宁省生态效益与经济发展表现为互相制约的状态，两者发展同步性较小。期间失调区与协调区的数量比值依次为66∶7，58∶9，70∶4，61∶8，其余均为基本协调区，比例关系及基本协调区的数量呈现出波动增长态势。

从时间维度分析，2000—2005 年生态与经济协调区的数量明显增长，失调区的数量明显下降，逐步向基本协调区过渡，整体耦合协调水平提高；而2005—2010 年，整体耦合协调水平又明显下降，协调区的数量减少，但失调区的数量有所增长；在后期2010—2015 年，整体耦合协调状况有增强态势，但相较于2005 年，其耦合协调水平略低。

从空间演变角度分析，辽宁省县域耦合协调状况差异显著，总体看其规律表现为东南部地区协调，西部、中部及北部地区失调。以大连市瓦房店市、庄河市为代表的经济发展高水平区，其ESV 处于中等水平，故耦合协调状况表现为中度协调；而以丹东市宽甸满族自治县、凤城市为代表的经济发展水平较低区域，由于其ESV 高，因此表现为中度协调水平。其中，大连市瓦房店市、庄河市及丹东市宽甸满族自治县、凤城市始终保持中度协调，仅2005 年大连市瓦房店市提升到高度协调状态。省会城市沈阳市辖区等县域虽经济发展水平较高，但由于工业化历史及城镇化速度过快，存在生态破坏、资源短缺等现象，ESV 低，因而相关县域生态与经济处于中度失调状态。

4 结论与讨论

根据2000 年、2005 年、2010 年、2015 年辽宁省4 期土地利用数据，以县域为空间单元测算经济发展综合水平与ESV，分析两者时空变化与空间集聚特征，并通过生态服务效益与经济发展耦合协调模型，计算2000—2015 年辽宁省县域尺度下生态系统服务与经济发展两大系统的耦合协调度，衡量空间分布特征与其格局演化，主要结论如下：

（1）2000—2015 年辽宁省平均ESV 呈现波动性增长趋势；空间分布上，辽东地区ESV 高、辽南及辽中地区ESV 低，辽西则由低水平发展为高水平。

（2）2000—2015 年，经济发展综合高水平区集中在辽中与辽南地区，形成两个分别以沈阳、大连为中心的高水平点，而辽西及辽东大部分地区为低水平区。

（3）从耦合协调水平空间变化特征来看，2000—2015 年辽宁省生态效益与经济发展耦合协调平均水平处于中度失调，波动较小。省内县域间耦合协调状况存在差异，总体表现为东南部地区协调，而西部、中部及北部地区失调。

在寻求土地资源合理利用和区域经济综合可持续发展中，生态效益与经济效益二者的协调关系为城乡同步发展、保护生态环境与促进经济发展提供了科学参考。辽宁省提出了“县域经济新业态”等区域生态与经济同发展的新战略，根据对2000—2015年辽宁省生态与经济耦合协调状况的分析，明确生态与经济可持续发展存在的问题，对未来县域从实际出发调整发展规划具有指导意义。因此，根据上述结论，建议如下：

（1）生态与经济耦合协调水平介于中度协调区间内的县域，应在保持现阶段稳定的基础上逐步提升耦合协调水平。相较于其他区域，中度协调区域生态效益与经济效益能够相互促进，彼此推动。因此，应注重保护生态环境与经济的耦合协调发展，强调两手抓，注重经济的“可持续性”。注重节能减排，着重发展绿色经济，坚持可持续发展观，对土地资源进行合理利用。

（2）生态与经济耦合协调状况为基本协调的县域所占比重较大，对辽宁省整体生态与经济耦合协调发展影响比重也较大，在相关领域可持续发展中起到关键作用，因此，更应强调在环境承载力限度内的经济快速发展，各县域应合理规划发展，逐步发掘基本协调区县域在优质生态环境下的潜在发展能力。

（3）对生态与经济耦合协调水平处于失调地区，首先应明确自身不足，找准待弥补问题所在。中度失调及严重失调区大致分为两类，一是以辽宁省各市市区为代表的经济发展高水平地区，二是以铁岭市西丰县、阜新市彰武县为代表的老资源型发展地区。综合多因素考虑，前者所指地区经济发展在全省处于领先，与工业化水平高及城镇化进程快密不可分，但正因如此，导致区域内存在环境污染，土地资源紧张，且用地类型单一，生态与经济之间往往在实现同步可持续发展上存在困境。而后者粗放的经济发展模式对生态环境产生了不可逆的污染，未能实现快速转型而使之发展趋于缓慢。因此，针对上述情况，建议加大人才引进力度，补充人才资源，促进科技创新与技术转型。始终以环保为发展前提，注重循环经济，加速存在污染的工业企业转型。加强资源合理利用，避免过度开发及资源浪费。