杭州都市圈国土空间开发强度与生态质量耦合协调时空动态及影响因素研究

摘" " 要：为提高杭州都市圈国土空间开发和生态环境质量协调水平，推动国土空间高质量发展，采用综合评价法测度了2000—2020年杭州都市圈国土空间开发强度与生态质量水平，通过耦合协调度模型及空间自相关分析探索二者耦合协调度时空关联格局，通过OLS和地理加权回归（GWR）揭示影响因素。结果显示：（1）2000—2020年，杭州都市圈国土空间开发强度具有明显的“圈层—轴线”结构特征，呈现自东北向西南梯度下降趋势，而生态质量时空格局与之相反，并且年均生态质量值呈减小趋势。（2）2000—2020年，杭州都市圈国土空间开发强度与生态质量整体处于濒临失调和勉强协调等级，需要进一步平衡开发与保护之间的关系。（3）二者耦合协调度呈现显著的空间正相关关系，随着时间的推移，空间集聚有所减弱。（4）都市圈东北部等经济优势良好的区域具有较高的耦合协调水平，并且是主要的高-高集聚类型区。（5）自然因素与区位条件是影响国土空间开发与生态质量耦合协调关系的主导因子。综上所述，杭州都市圈需要充分发挥东北部核心圈层经济扩散效应，同时优化国土空间开发方式，严守国土空间开发底线。

关键词：国土空间开发强度;生态质量;耦合协调度;地理加权回归;杭州都市圈

中图分类号：X24; F205" " " " "文献标识码：A" " " " " DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2024.12.009

Spatial and Temporal Dynamics of Coupling and Coordination between Spatial Development Intensity and Ecological Quality in Hangzhou Metropolitan Area and Their Driving Factors

LIU Yu

（Xingan County Natural Resources Bureau，Ji’an， Jiangxi 343000， China）

Abstract： To improve the coordination level between the development of national land space and ecological environment quality in the Hangzhou metropolitan area， and promote high-quality development of national land space." In this paper， a comprehensive evaluation method was used to measure the level of land spatial development intensity and ecological environment quality in Hangzhou metropolitan area from 2000 to 2020， based on which， the temporal and spatial correlation pattern of the coupling coordination degree was explored through the coupling coordination degree model and the spatial autocorrelation analysis， and then the influencing factors were revealed through the OLS and geographically weighted regression （GWR）. The results showed that： （1） the overall spatial development intensity and ecological quality of the Hangzhou metropolitan area from 2000 to 2020 were on the verge of being out of harmony and barely harmonized， and the relationship between development and protection needed to be further balanced.（2） The degree of coordination between the two couplings showed a significant positive spatial correlation， and the spatial agglomeration was weakened with the passage of time.（3） Regions with good economic advantages， such as the northeast of the metropolitan area， had a higher coupling coordination level and were the main high - high agglomeration type areas.（4） Natural factors and location conditions were the dominant factors influencing the coupled and coordinated relationship between national spatial development and ecological quality. In summary， the Hangzhou metropolitan area needs to fully leverage the economic diffusion effect of the core circle in the northeast， while optimizing the development of national land space and strictly adhering to the bottom line of national land space development.

Key words： intensity of territorial space development; ecological quality; coupling coordination degree model; geographically weighted regression （GWR）; Hangzhou metropolitan area

自1978年以来，中国年均经济增速超过9%[1]。然而，随着经济高速增长，建设用地不断扩张，巨大的资源消耗导致区域国土空间开发失衡[2-4]、生态质量退化[5-7]等问题日益严峻。此外，这种开发模式带来人口过度集聚，使得区域面临自然资源压力，生态空间短缺与生态环境恶化问题层出不穷。由此可见，国土空间开发过程中产生的生态环境问题已经严重影响了人与自然协调发展[8-9]。在这一现实背景下，摸清国土空间开发强度的时空规律，协调国土空间开发与生态环境保护，重塑国土空间发展与保护格局迫在眉睫。

国土空间开发与生态环境保护是当前经济社会发展的主旋律，二者相互作用、相互约束[10-11]。一方面，追求个体利益最大化的国土空间开发行为会导致建设用地迅速增加，忽视资源环境承载力约束，造成国土空间结构失衡、功能减弱、生态退化等问题，这些问题反过来制约了国土空间的开发进程[12-13]。另一方面，国土空间合理开发能够凝聚有利要素，提高生产效率，减少资源损耗，改善生态环境[10]。当前，国土空间开发与生态环境相关研究主要集中在探讨国土空间开发格局优化[14-15]、城镇化进程中产生的生态环境效应[16-18]、国土空间开发与资源环境承载力的相互作用[12，19-20]等方面。例如，黄贤金等[21]以黄河流域为研究对象，基于国土空间开发强度视角探讨了国土空间格局优化路径。然而，目前有关国土空间开发与生态质量的协调作用关系研究较少，动态化规律引入不足，探究二者耦合协调关系的影响因素相对欠缺。

都市圈是城市化发展到一定阶段的必然产物。现阶段，以都市圈为载体的国土空间开发成为主要形式，但随着都市圈的形成，也带来了一些问题和挑战。其中，城市间的资源竞争和不均衡发展可能导致一些城市过度发展和另一些城市发展相对滞后。因此，合理规划和引导都市圈内城市的发展，实现国土空间开发与生态质量协调发展，是都市圈建设的重要课题。另外，都市圈的扩张与建设常常伴随着对自然资源的大量消耗和环境污染，生态环境问题需要得到重视。

综上所述，都市圈的形成既带来了经济的繁荣和社会的进步，但也面临着资源不均衡、环境压力等方面的挑战。为应对这些问题，本文以杭州都市圈为例，通过开展国土空间开发强度测度与生态质量评价，系统分析二者时空分布差异，深入探讨二者之间耦合协调程度，探测其影响因素，从而为都市圈未来国土空间开发利用提供对策建议，为推动杭州都市圈及类似地区协同发展和实现城市建设与生态保护有机结合提供科学参考。

1 研究区概况

杭州都市圈（117°30'～ 122°0'E，28°0'～ 31°30'N）位于长江三角洲经济圈的南翼，地跨浙皖两省。作为四大都市圈之一，杭州都市圈对区域社会经济发展具有重要的支撑地位。参考《杭州都市圈规划发展报告》[22]，本研究区囊括杭州市、湖州市、嘉兴市、绍兴市、衢州市和黄山市（图1），总面积约54 380.48 km2。截至2020年末，杭州都市圈实现生产总值（GDP）33 307亿元，常住人口达到2 965万人，其中城镇常住人口达到2 187万人，总体城镇化率为73.76%。然而，都市圈内部城镇化率呈现不均衡趋势，城镇化率最高的为杭州市，达到83.29%，城镇化率最低的为衢州市，仅为57.46%，二者相差近26%。此外，2000—2020年，杭州都市圈土地利用变化较大，耕地、林地、草地、水域持续减少，建设用地不断扩张。随着经济社会的转型升级，国土空间步入存量开发时代，传统的城市蔓延方式势必需要转变。

2 研究方法与数据来源

2.1 国土空间开发强度评价指标体系

国土空间开发狭义上指的是一个区域城乡建设用地面积占比[23-24]。然而，国土空间是一个社会、经济、人口综合体，单一以城乡建设用地面积占比太过片面[12，25]。对此，本文拟从开发密度、开发效益、开发程度3个方面[12]综合反映杭州都市圈国土空间开发强度，各指标权重采用层次分析法计算（表1）。

根据表1数据可以测算出杭州都市圈国土空间开发强度，计算公式如下：

S=xi-wi

式中，S开发强度指数;xi为第i个指标值;wi为第i个指标权重。

2.2 生态质量评估

本文采用遥感生态指数反映区域生态质量。遥感生态指数（RSEI）由绿度、湿度、干度、热度4个分量经空间降维组合而来。绿度指标主要以NDVI进行表示，NDVI利用植被对红光波段、近红外波段的吸收反射特征，反映植被的生长状况，在此作为遥感生态指数的分量之一。湿度指数表示研究区的植被和土壤的含水信息。干度指数表示建成区和裸土地的分布面积。热度指数可以反映地表温度。这4个分量均直接表征着生态环境状况，任何生态状态的改变均会引起4个分量的改变[26]。因此，RSEI指数可以充分体现地区的生态环境状况，被广泛应用于衡量区域生态质量[27]。4个分量计算公式见Xu等[28]研究方法，在此不做赘述。

2.3 耦合度与耦合协调度模型

耦合度模型是测度2个及以上系统要素协同作用关系的有效方式[29]。本文用耦合度表征国土空间开发强度与生态质量2个系统之间的协同关系，计算公式如下：

C=（2）

式中，C表示两个系统之间的耦合度指数;X与Y分别表示国土空间开发强度指数与生态质量指数。参考相关耦合度分类标准[30-31]，将杭州都市圈耦合度划分为低水平耦合（0.0，0.3]、拮抗耦合（0.3，0.5]、磨合阶段（0.5，0.8]、高水平耦合（0.8，1.0]。

耦合协调度是衡量系统及系统要素之间协调状况的指标，可以作为判断开发强度与生态质量是否协调一致及交互耦合程度的重要指标。公式如下：

D=（3）

T=（4）

式中，D为耦合协调度指数，D值越高，表明开发强度与生态质量之间耦合协调越好;T表示二者的综合协调指数;μ与ν是待定系数，二者和为1。本文认为，耦合协调系统中，开发强度与生态质量同等重要，因此，μ与ν取值均为0.5。参考谢晓彤等[10]研究方法，杭州都市圈国土空间开发强度与生态质量耦合协调程度的分级标准如表2所示。

2.4 影响因素分析

国土空间开发强度与生态质量之间的耦合协调关系受自然、区位和社会经济等多方面影响[32-33]。首先，自然条件是区域国土空间开发和生态质量维持的基础支撑，其决定了开发利用的可能性和开发模式，从而影响着二者的耦合协调关系。其次，区位条件对国土空间开发和生态质量均有影响，区位条件好的区域是高强度开发的首选，但其受到的生态干扰压力也较大。最后，区域社会经济直接决定了国土空间开发的需求强度，同时也带来了区域生态资源利用压力，从而影响空间开发与生态保护之间的关系。综上所述，本文从自然、区位和经济活力3个层面选取5个指标，并将其作为耦合协调度可能的影响因素（表3）。经检验，指标间无明显共线性，可以进一步进行分析。因此，本文首先进行了OLS回归，并对残差项进行了空间自相关检验，结果发现，Moran’s I为0.043，P = 0.243，并不显著。这表明误差项不存在明显的空间依赖关系，并且拉格朗日乘子检验均不显著（Pgt;0.1）。因此，本文最终选择经典OLS回归对杭州都市圈耦合协调度的影响因素进行分析。

为了进一步揭示耦合协调度影响因素的空间异质性，本文采用地理加权回归（GWR）对上述因子进行空间异质性分析。

2.5 数据来源

本文数据主要分为以下几类：（1）2000—2020年土地利用数据，来源于中国科学院资源环境科学与数据中心（https：//www.resdc.cn），空间分辨率为30 m。（2）人口与GDP格网数据，来源于中国科学院资源环境科学与数据中心（https：//www.resdc.cn），空间分辨率为1" km。（3）DEM数据，来源于地理空间数据云（https：//www.gscloud.cn），空间分辨率为30 m。（4）遥感生态指数，来源于中国高分辨率生态环境质量数据集（China's High-resolution Eco-Environmental Quality，CHEQ），空间分辨率为1 km。（5）社会经济统计数据，来源于《中国城市统计年鉴2021》[34]。（6）道路数据来源于OpenStreetMap。（7）夜间灯光数据来源于国家地球系统科学数据中心（https：//www.geodata.cn/main/），空间分辨率为500 m。

3 结果与分析

3.1 国土空间开发强度与生态质量时空格局分析

（1）国土空间开发强度时空特征

根据国土空间开发强度测度体系，计算杭州都市圈各县（区、市）开发强度，同时考虑到时空可比性，按照统一等间距法划分强度等级，结果如图2所示。整体而言，杭州都市圈国土空间开发强度呈现自东北向西南梯度下降趋势，东北部嘉兴市、绍兴市国土空间开发强度明显高于西南地区黄山市、衢州市。此外，随着时间的推移，西南部黄山市、衢州市开发强度逐渐提升，高于0.20的县（区、市）个数增加。2000—2020年，都市圈国土空间平均开发强度呈先迅速增加后缓慢下降趋势，2000年、2005年、2010年、2015年和2020年平均开发强度分别为0.208、0.249、0.259、0.255、0.251。研究期间，国土空间开发强度低于0.10的县（区、市）单元由12个减少至6个，主要集中在黄山市和衢州市。由此可见，杭州都市圈国土空间开发活动正朝着西南方向布局。此外，国土空间开发强度大于0.40的县（区、市）单元由5个增加至7个（2005年、2010年、2015年为8个，至2020年降至7个），增加区集中于嘉兴市南湖区、嘉善县。

杭州都市圈国土空间开发具有明显的“圈层—轴线”结构特征，即以杭州市区、嘉兴市西部县（区、市）等经济发达的空间单元为核心圈，毗邻上述空间单元周围为“第二圈层”，黄山市—湖州市、衢州市—绍兴市为两条“轴线”的分布格局。随着时间的推移，“圈层—轴线”结构高强度开发的辐射能力进一步扩大。其中，2020年杭州市市区管辖的下城区开发强度达到0.58，为都市圈之最。都市圈核心圈层具有显著的经济发展优势和经济带动效应，具体包括杭州市下城区、杭州市上城区、杭州市滨江区，嘉兴市桐乡市、嘉兴市海宁市。这些地区作为经济发展的核心区，带动周边县（区、市）单元经济增长，形成了国土空间开发的第二圈层。轴线开发则主要以湖州市、绍兴市主城区联动黄山市、衢州市主城区，形成高强度开发带。

（2）生态质量时空特征

2000—2020年，杭州都市圈生态质量有所下降，各年度平均遥感生态指数分别为0.584 4、0.576 2、0.580 3、0.581 8、0.575 6。这表明随着时间的推移，都市圈面临着生态退化的风险。为使不同年份具备可比性，根据都市圈生态质量水平统一划分为5个等级（图3）。如图3所示，都市圈生态质量总体呈现与开发强度相反的时空分布格局，由西南向东北逐渐降低的时空特征。黄山市、衢州市、杭州市西南部县（区、市）生态质量显著高于东北部的嘉兴市与杭州市市区。20年来，杭州市拱墅区、下城区、江干区与滨江区生态质量始终低于0.40，2020年嘉兴市南湖区生态质量也突破了0.40。这表明高强度的国土空间开发行为会影响区域生态质量，尽管这些地区有较高的经济水平，但仍需提高环境治理投入，保障开发与保护相协调。整体来看，杭州都市圈生态质量等级变化不明显，尤其是高生态质量区基本保持不变，集中分布于黄山市区外围县（区、市）、衢州市开化县、江山市和杭州市南部淳安县、建德市、桐庐县三大空间单元。这些地区林地密集、地势陡峭，多为山地，国土空间开发强度较低，具备良好的生态资源禀赋。

3.2 国土空间开发强度与生态质量耦合协调时空特征分析

（1）耦合度分析

2000—2020年，杭州都市圈国土空间开发强度与生态质量之间的耦合度整体呈现逐渐上升趋势，具体表现为耦合度高的县（区、市）单元逐渐增加。20年来，各县（区、市）耦合度平均水平由2000年的0.346上升至2020年的0.383，统计各县（区、市）耦合度数值发现，所有空间单元在5个时间节点的耦合程度值域区间为0.10～0.50（2015年黄山市的徽州区突破了0.50，因其仅为0.504，所以将其归并至0.30～0.50区间范围内），即处于低水平耦合与拮抗耦合阶段。如图4所示，2000年处于低水平耦合的县（区、市）共有12个，2005年低水平耦合的县（区、市）减少至8个，2010年低水平耦合的县（区、市）减少至7个，2015年低水平耦合的县（区、市）减少至5个，但2020年低水平耦合的县（区、市）增加至6个。由此可见，低水平耦合单元正在逐渐转为拮抗耦合类型。20年间，都市圈低水平耦合与拮抗耦合分布具有明显的西南与东北分界特征，与国土空间开发强度格局类似。这说明县（区、市）开发强度与生态环境之间的匹配状况并不佳。2020年，都市圈国土空间开发强度与生态质量耦合度最高的是杭州市上城区（0.478），这个区是杭州市主城区，经济社会发展与人口密度水平均处于高水平。这表明高强度的国土空间开发并不总是导致生态质量供需失衡，合理的经济发展模式有利于形成开发强度与生态质量的良好匹配关系。

（2）耦合协调度分析

杭州都市圈开发强度与生态质量整体耦合协调度适中，20年间，各县（区、市）耦合协调度值域为0.20～0.60，即总体处于中度失调、轻度失调、濒临失调、勉强协调与初级协调范围，其中又以濒临失调和勉强协调为主（图5）。从空间上来看，20年间，杭州都市圈国土空间开发强度与生态质量耦合协调水平总体呈东北至西南的梯度下降特征。从时间上看，20年间，各县（区、市）平均耦合协调度分别为0.462、0.487、0.496、0.497、0.494，总体呈增长趋势。2000—2020年，中度失调单元个数减少至0个，轻度失调单元减少至3个、濒临失调单元减少至18个，勉强协调单元增加至23个。这说明20年间，都市圈国土空间开发强度与生态环境之间耦合协调水平逐渐改善。然而，杭州都市圈总体水平处于失调衰退和协调过渡阶段，尚未达到协调提升阶段，国土空间优化治理的挑战仍然存在。如何走好存量开发之路，挖掘国土空间建设潜力，平衡开发与保护之间的关系是当前杭州都市圈国土空间发展需要思考的重要问题。

3.3 国土空间开发强度与生态质量耦合协调度空间关联时空格局分析

（1）全局空间自相关

如表4所示，2000—2020年，杭州都市圈国土空间开发强度呈现显著的空间自相关性，即空间集聚现象，但空间集聚现象逐渐减弱。这表明随着时间的推移，杭州都市圈国土空间开发强度与生态质量耦合协调越发均匀，优势区不仅仅集中于东北部经济发展较好的区域。

（2）局部空间自相关

为进一步明晰国土空间开发强度与生态质量耦合协调的空间关联格局，本文采用GeoDa软件对耦合协调度的局部空间自相关进行分析，探讨局部区域的空间异质性，并采用ArcGIS 10.5软件绘制局部空间自相关LISA图（图6）。

由图6可知，国土空间开发与生态环境耦合协调度空间分异特征明显。从时序上看，2000—2020年，东北部嘉兴市始终是高-高集聚区，但单元数量有所减少。此外，研究期间，杭州市、湖州市、绍兴市也存在部分高-高集聚;2000—2020年，低-低集聚单元总体上分布于杭州都市圈西南部，并且呈现向杭州市中部地区集中的趋势。此外，高-低集聚主要分布在南部衢州市。

整体来看，杭州都市圈国土空间开发强度与生态质量耦合协调度的集聚特征与社会经济发展阶段相关。东北部地区，国土空间开发与生态环境耦合协调度较高，区域之间存在高协调辐射，形成高-高集聚类型区;西南部地区国土空间开发强度与生态质量协调不足，区域之间存在低协调辐射，形成低-低集聚类型区。由图5、图6可知，高-高集类型区主要对应初级协调类型区域，而低-低集聚区主要对应初级失调、濒临失调区域。

3.4 国土空间开发强度与生态质量耦合协调度影响因素分析

OLS回归结果显示（表5），调整后的R2值为51.58%，解释力较好。2020年，杭州都市圈国土空间开发强度与生态质量耦合协调度主要受自然、区位因素影响，与距水系距离及夜间灯光强度的相关性并不显著。此外，坡度与距道路距离对耦合协调度的影响均呈现负相关。这表明交通越便捷、地势越平坦，其耦合协调度越高。

由图7可知，坡度、距道路距离等具有显著影响的因子对都市圈嘉兴市、绍兴市影响最大。高程因子对黄山市和衢州市的耦合协调度影响最大，而距水系距离这一因子对黄山市的耦合协调度影响最小。此外，夜间灯光强度对黄山市和衢州市的耦合协调度影响较大，并且呈现负向影响。

4 结论与建议

4.1 结论

本文基于耦合协调度模型、OLS回归和GWR模型对杭州都市圈国土空间开发强度与生态质量耦合协调状况进行分析，得出以下结论：

（1）2000—2020年，杭州都市圈国土空间开发强度与生态质量时空分异格局呈相反特征，前者呈现东北向西南梯度下降趋势，而后者由西南向东北部逐渐降低。此外，国土空间开发呈明显的“圈层—轴线”结构特征，即以杭州市区、嘉兴市西部县（区、市）等经济发达的空间单元为核心圈，以黄山市—湖州市、衢州市—绍兴市为开发“轴线”。

（2）2000—2020年，杭州都市圈耦合协调度整体上以濒临失调和勉强协调为主，并且高值区集中于东北部地区。空间关联格局方面，杭州都市圈耦合协调度呈现明显的空间集聚现象，但集聚程度有所减弱。整体上，杭州都市圈国土空间开发强度与生态质量耦合协调度的集聚特征与社会经济发展阶段相关，高-高集聚类型区始终集中分布于东北经济发达的县（区、市），区域之间存在高协调辐射。

（3）自然及区位因子是影响杭州都市圈国土空间开发强度与生态质量耦合协调度的重要因子，其中坡度和距道路距离呈现显著的负相关，并且对于东北部嘉兴市、绍兴市影响显著。

4.2 国土空间开发与生态质量协调发展对策建议

开发与保护是当前经济社会发展的重要议题，协调开发与保护的过程本质上是解决特定时空下人地关系冲突问题。杭州都市圈县（区、市）单元国土空间开发强度与生态质量耦合协调的时空变化，反映了国土空间开发与生态环境之间的冲突矛盾和关系。基于杭州都市圈发展状况与区域特征，本文提出区域国土空间开发利用的对策建议：

（1）充分发挥核心圈层单元的经济扩散效应，带动周边县（区、市）共同发展。从国土空间开发强度时空差异来看，当前杭州都市圈开发强度存在空间不均衡特性，形成了圈层结构。国土空间开发强度与经济发展水平、人口集聚程度高度一致。相对都市圈西南部而言，东北地区大多县（区、市）地形区位优势明显，吸引了大量人口，较高的人口加剧了生态环境压力。然而，从耦合协调度评价结果来看，东北地区整体优于西南地区，这与东北地区根据自身条件优化发展模式有着密切关系。因此，各县（区、市）之间要努力形成利益共同体、共享资源，共同发展，增强整个都市圈的整体竞争力。一方面，充分发挥都市圈东北部发展优势，加强人才培养、科技创新、资金支持等，从而带动黄山市、衢州市等边缘县市经济发展;另一方面，加强对边缘地区的公共投资和基础设施建设，改善交通环境，拉动经济增长。

（2）优化国土空间开发利用方式，提高集约化水平。在目前国土空间规划对开发强度进行严格控制的背景下，为进一步促进新型城镇化建设，使区域经济获得更大的提升空间，需要优化国土空间开发利用方式，提高区域空间的集约利用水平。从杭州市国土空间开发与生态质量评价结果来看，区域开发强度与生态质量存在一定的时空波动性。这意味着国土空间发展存在弹性，这种弹性会因资源、经济、社会发展阶段的变化而变化。因此，在实施国土空间规划的过程中，除了强化底线管控，还需要考虑弹性发展空间，实现刚性弹性双统一。此外，本研究发现，路网建设与社会经济活动对区域开发与保护协调关系具有显著的负面影响。这表明在经济发达的核心区域，需要改变无序扩张模式，减少生态用地与耕地占用。因此，都市圈可以转向发展高层、地下空间和立体交通体系，从而减少土地浪费，提高空间利用效率。

（3）优化用地结构，探索开发与保护相协调的高质量发展道路。当前，杭州都市圈国土空间开发与生态质量总体仍处于失调衰退与协调过渡阶段，需要进一步探索开发与保护相协调的绿色发展道路。首先，杭州都市圈建设用地扩张侵占了部分耕地与生态用地，需要增加绿色空间。这不仅可以提高城市的生态质量，也能够为居民提供休闲娱乐的场所。其次，鼓励城市更新项目，重现规划城市内老旧区域，从而提高土地利用效率，改善用地结构。最后，加强生态红线管控，严格保护生态系统核心区，尤其是生态源地，确保生物、能量流通。同时，引入生态补偿机制，实施相应的补偿措施，包括资金补偿、湿地保护等行为补偿等。

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基金项目：江西财经大学第十六届学生科研项目（20210913214404686）

作者简介：刘钰（1998—），女，江西吉安人，助理工程师，硕士，主要从事耕地保护与生态保护研究。