基于耦合关系的土地利用效益评价_以广州和深圳为例

2010.8- 58 - 基于耦合关系的土地利用效益评价——以广州和深圳为例曹堪宏1朱宏伟2内容提要：本文根据系统科学理论建立起土地利用的社会经济效益与生态环境效益的耦合模型，用耦合度来表达这两种效益之间的协调关系与程度，并以广州和深圳为例，对沿海地区土地利用效益的耦合规律进行比较研究。

研究结果表明：1981～2008年28年间，广州和深圳土地利用效益耦合关系的发展大致可以分为三个阶段：早期（1981～1984年）的土地利用效益从低级共生向协调发展过渡阶段；中期（1985～2003年）的土地利用效益协调发展阶段；后期（2004～2008年）的土地利用效益不甚协调发展阶段，广州和深圳的土地利用效益耦合度接近90°，并有不断上升的趋势，这意味着广州和深圳未来的土地利用效益可能进入极限发展阶段。

关键词：土地利用效益耦合关系协调发展广州深圳大力发展农村经济和加快城市进程是中国经济发展中两个相辅相成的方面。

大力发展农村经济有利于社会的稳定和经济的可持续发展，推进城市化、加快城市化进程则为发展农村经济、建设社会主义新农村提供了广阔空间。

然而，由于中国经济的快速增长带来城市化进程加快，土地的供求矛盾却越来越突出。

国务院要求18亿亩的耕地总量底线至少要守到2020年，因此，在保持耕地总量底线的基础上如何提高土地的利用效益，如何让土地利用的社会经济效益与生态环境效益协调，既是管理层关心也是理论界研究的热点问题。

国内外很多学者进行了这方面的研究。

Y eh and Wu （1997）探讨了中国城市的新土地开发和城市发展进程,结合土地产权理论和财政分权理论，认为在中国城乡土地产权二元结构的背景下，存在“土地租金剩余”。

梁红梅等（2008）在分析土地利用社会经济效益与生态环境效益相互关系的基础上,借助系统科学理论建立了土地利用的社会经济效益与生态环境效益的耦合模型，用耦合度来表达这两种效益之间的协调关系与协调程度。

土地利用效益的耦合关系为一椭圆轨迹，其系统演化经历低级共生、协调发展、极限发展、再生发展4个阶段。

曹堪宏等（2008）对杭州市土地利用效益的耦合关系进行了研究，认为对土地利用效益耦合机制的分析将有助于地方政府采取有针对性的政策和措施来调控土地利用不同效益之间的关系，以获取最大和最合理的效益。

周鸿飞（2008）在总结土地利用效率评价相关研究成果的基础上，提出土地利用效率评价指标体系构建的基本思路，并根据国土资源部和统计部门的数据口径，选取土地总体利用效率、耕地利用效率、工业用地效率、建设用地效率和交通用地效率五个方面的9项指标，分析了浙江省的土地利用效率情况。

本文利用土地利用效益系统的耦合关系模型，以广州和深圳为例分析土地利用的社会经济效益和生态环境效益，重点探讨它们之间的耦合关系，对提高全国土地利用效益，解决农村经济发展和基于耦合关系的土地利用效益评价- 59 -城市化过程中土地的供求矛盾，促进农村经济的和城市经济的共同发展，具有重大意义。

一、土地利用效益系统与耦合关系模型（一）土地利用效益及其速度演化方程土地利用效益是由社会效益、经济效益、生态效益和环境效益组成的复合系统，可以概括为社会经济效益子系统和生态环境效益子系统。

社会经济效益是指经济活动给社会带来的经济效益和社会效益。

生态环境效益是人类在经济活动中依据生态平衡规律，对环境条件所产生的有益结果，包括生态效益和环境效益。

它们都是具有耦合①关系的非线性系统（见图1）。

图1 社会经济效益系统与生态环境效益系统耦合关系 土地利用的社会经济效益（1Q ）与生态环境效益（2Q ）的一般函数为：11,1,2,,ni i i Q a x i n ===∑ （1）21,1,2,,mj j j Q b y j m ===∑ （2）（1）式、（2）式中，i x 、j y 为两个系统的因素，通常用经过无量纲化处理的经济指标来度量；i a 、j b 为各因素的权重，通常通过一定的方法（例如德尔菲法等）来决定。

由于经济指标是按年统计的，通常只能计算出1Q 和2Q 各年份的值，即1Q 和2Q 的时间序列。

然而，土地利用的社会经济效益和生态环境效益是随着时间连续不断演进的，它们都是时间t 的函数，可用（3）式表示：()()A A t B B t =⎧⎨=⎩（3） （3）式中，A 和B 分别为土地利用社会经济效益子系统和生态环境效益子系统的演化状态（参见Cooper et al.，2006）。

它们相互影响与反馈，1Q 或2Q 的变化，会导致A 和B 的变化；反之，A①耦合是指两个或两个以上的实体相互依赖于对方的一个量度。

森林、草场、河湖、土地、大气、矿产资源、水资源、动物资源等人为破坏社会经济效益系统 发展约束生态环境效益系统基于耦合关系的土地利用效益评价- 60 - 或B 的任一变化，也会导致1Q 和2Q 以及整个系统的变化。

由于土地利用的社会经济效益和生态环境效益是波动的，A 和B 通常是t 的非线性函数，可以通过（1）式和（2）式计算出1Q 和2Q 的时间序列，然后利用一定的计算工具非线性拟合得到。

对（3）式求导可得两个子系统的演化速度，用（4）式表示 ：A B dA V dt dB V dt ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩（4） （4）式中，A V 与B V 分别为土地利用社会经济效益子系统与生态环境效益子系统的演化速度。

整个系统的演化速度V 可以看作A V 与B V 的函数，即(,)A B V f V V =，当两个子系统协调时，整个系统也是协调发展的。

因此，可以A V 和B V 为控制变量，通过分析V 的变化来研究整个系统以及两个子系统之间的耦合关系。

（二）土地利用效益的耦合关系模型由于土地利用社会经济效益系统的演化速度具有周期性，受其影响，土地利用生态环境效益系统的演化速度也出现周期性。

在每个周期内，可以在两维平面（A V ，B V ）中分析V ，以A V 、B V 为变量建立坐标系，则V 的变化表现为一椭圆轨迹（生态环境效益系统的演化速度没有社会经济效益系统的变化迅速，幅值偏小）。

如图2所示，A v 的对角α满足ABv tg v α=，则： ABv arctgv α= （5） 根据α的变化，可以确定整个系统的演化状态，揭示土地利用社会经济效益与生态环境效益的耦合程度，亦即耦合度。

显然，在一个演化周期内，整个系统将经历低级共生（Ⅰ）、协调发展（Ⅱ）、极限发展（Ⅲ）、再生发展（Ⅳ）四个阶段（见图2）。

图2 土地利用效益的耦合关系 图3 土地利用效益耦合关系的演化模式基于耦合关系的土地利用效益评价- 61 -当-90°≤<α0°时，系统处于低级共生阶段。

这一时期土地利用的强度较小，生态环境容量大，社会经济效益与生态环境效益都不明显。

当0°<≤α90°时，系统处于协调发展阶段。

土地利用的社会经济效益和生态环境效益都很明显。

当α等于45°时，土地利用两种效益之间最协调。

当α接近0°或90°时，土地利用两种效益之间不甚协调。

当90°<≤α180°时，系统处于极限发展阶段。

由于生态环境的破坏与恶化，土地利用的社会经济效益受到限制，从极限开始下降。

二者之间的矛盾日益突出，愈演愈烈，最终导致系统的解体。

当-180°<≤α-90°时，系统处于再生发展阶段。

由于土地利用的社会经济效益与生态环境效益都处于不良状态，旧系统解体，新系统产生。

如图3所示，土地利用效益耦合关系的演化表现为四种模式：再生、循环、停滞和倒退（曹利军，1998）。

二、数据来源、指标体系与权重确定（一）数据来源本研究所用数据主要来源于《广东统计年鉴》①、《广州统计年鉴》②、《广州社会统计资料》③、《深圳国民经济和社会统计资料》④、《深圳统计年鉴》⑤及其它相关实地调研资料。

（二）指标体系与权重确定土地利用的社会经济效益和生态环境效益是由若干因素共同决定的，在确定这些因素及其权重方面，传统的方法为德尔菲（Delphi ）法，例如，曹堪宏等（2008）对杭州市土地利用效益耦合关系的研究，李崇明、丁烈云（2004）对小城镇资源环境与社会经济协调发展评价的研究，都是采用了德尔菲法。

但是，德尔菲法本身存在以下缺陷：第一，在确定指标时主观性太强，指标及其权重都是取决于专家的主观判断；第二，一些主要的指标可能被人为地排除出去。

而本文采用主成分分析方法（参见杨永恒等，2005）来确定指标及其权重。

相对于德尔菲法，主成分分析方法具有以下优点：第一，在尽可能多地保留原始指标的前提下选出最为主要的指标（主成分）；第二，根据主成分分析的结果确定指标权重，避免了主观赋值的影响。

本文原始指标的选取主要采用文献归纳的方法，即根据前人的研究和实践（例如李崇明、丁烈云，2004）进行归纳，最终综合考虑，在社会经济效益方面选取了社会效益与经济效益两个指标作为一级指标，在生态环境效益方面则选取生态效益与环境效益两个指标作为一级指标。

选取的二级指标共24个。

为了消除指标量纲或指标测度量级的不同所造成的影响，需要对指标数据进行无量纲化处理。

对正向指标和负向指标分别按（6）式和（7）式进行标准化。

负向指标包括恩格尔系数、常住人口密度、城镇登记失业率、废水排放量、工业废气排放量，其余为正向指标。

社会经济效益指标：①广东省统计局：《广东统计年鉴》（1981～2008年，历年），中国统计出版社。

②广州市统计局：《广州统计年鉴》（1981～2008年，历年），中国统计出版社。

③广州市统计局：《广州社会统计年鉴》（1981～2008年，历年），中国统计出版社。

④深圳市统计局：《深圳国民经济和社会统计资料》（1981～2008年，历年），中国统计出版社。

⑤深圳市统计局：《深圳统计资料》（1981～2008年，历年），中国统计出版社。

基于耦合关系的土地利用效益评价- 62 - ()(),()(),i i i i i i ii i x m M m x M x M m −−⎧′=⎨−−⎩对于正向指标对于负向指标 （6）生态环境效益指标：()(),()(),j j j j i jj j j y m M m y M y M m −−⎧⎪′=⎨−−⎪⎩对于正向指标对于负向指标 （7）（6）式和（7）式中，i x 和j y 为指标实际值，i x ′和i y ′为标准化后的值。

i 、j 分别为指标个数，i =1～13，j =1～11。

i m 、j m 分别为社会经济效益和生态环境效益指标中的最小值，i M 、j M 分别为社会经济效益和生态环境效益指标中的最大值。

社会效益、经济效益、生态效益、环境效益所包含的二级指标如表1所示。