基于重心模型的安徽省城镇化与生态环境匹配度分析-荣慧芳.pdf
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1、第31卷 第6期2017年6月Vol.31 No.6Jun.,2017中 国 土 地 科 学China Land Sciencesdoi: 10.11994/zgtdkx.20170622.134014基于重心模型的安徽省城镇化与生态环境匹配度分析荣慧芳1,2,方 斌1,3( 1.南京师范大学地理科学学院,江苏 南京 210023;2.池州学院资源环境学院,安徽 池州 247000;3.南京师范大学新型城镇化与土地问题研究中心,江苏 南京 210023 )摘要: 研究目的:以20052014年的城镇化与生态环境综合指数为基础,运用重心模型测算安徽省城镇化发展与生态环境匹配度,探讨两者之间的交互
2、作用,为政府在城镇化进程中如何保护环境提供决策依据。研究方法:熵值法、重心模型。研究结果: ( 1) 安徽省城镇化发展和生态环境综合指数地区差异显著,生态环境质量随着城镇化水平的提升呈下滑趋势,“凸”“凹”相致,逆向明显; ( 2) 城镇化重心与生态环境重心在东西方向的偏移幅度明显大于南北方向的偏移幅度; ( 3) 城镇化重心、生态环境重心均向西南偏移,但前者的变化过程较后者更为明显; ( 4) 城镇化与生态环境匹配度演化轨迹均呈M型,但整体匹配性较差,匹配年份仅占22.22%,平均匹配度仅为-0.1605。研究结论: 20052014年安徽省城镇化水平与生态环境状态整体处于较不匹配状态,提高
3、城镇土地利用绩效,坚持集约、绿色和低碳的新型城镇化道路,是未来安徽省城镇化演进中破解环境问题的关键。关键词: 土地生态;城镇化;生态环境;匹配度;重心模型;安徽省中图分类号: F301.2 文献标识码: A 文章编号: 1001-8158( 2017) 06-0034-08Measurement of the Matching Degree between Urbanization and Ecology in Anhui based on Barycenter ModelRONG Hui-fang1,2, FANG Bin1,3( 1. Nanjing Normal University,
4、College of Geography, Nanjing 210023, China; 2. College of Resource Environment, Chizhou University, Chizhou 247000, China; 3. Nanjing Normal University, Research Center of New Urbanization and Land Problem, Nanjing 210023, China)Abstract: The purpose of this paper is to measure the comprehensive va
5、lues of urbanization and ecology in Anhui Province from 2005 to 2014, and to investigate the relationship between urbanization and ecology based on barycenter model, and then to provide guidance and reference for coordinated development. The entropy method and barycenter model are used in this paper
6、. The results show that: 1) there exist significant regional differences regarding the index values of urbanization and ecology, and the value of ecology has a descending trend with the increase of the value of urbanization. The converse trend concerning the relationship between urbanization and eco
7、logy is notable; 2) the moving range of the gravity in regard to urbanization and ecology in the north-south direction is larger than that in the east-west direction; 3) the gravity of both 收稿日期: 2017-02-12; 修稿日期: 2017-05-26基金项目: 国家自然科学基金项目 ( 41671174) ;安徽省社科规划项目 ( ANSKQ2015D24) ;池州学院校级人文重点项目 ( 2015
8、RWZ006) ;安徽省教育厅人文社科重点项目 ( SK2016A0637) 。第一作者: 荣慧芳 ( 1984-) ,女,河南商丘人,硕士。主要研究方向为城市规划与土地利用。E-mail: 通讯作者: 方斌 ( 1968-) ,男,江西九江人,博士,教授。主要研究方向为土地资源管理。E-mail: 万方数据35荣慧芳等:基于重心模型的安徽省城镇化与生态环境匹配度分析urbanization and ecology moves towards northwest, but the change of urbanization gravity is relatively obvious comp
9、ared to the ecological one; 4) the matching degree between urbanization and ecology shows a M-type evolution, with the mean matching degree about -0.1605 and the proportion of matched years about 22.22%, which exhibits a relative inferior match in general. It is concluded that the matching degree be
10、tween urbanization and ecology is in a state of roughly mismatch on the whole, while the improvement of the urban land use performance and the implement of the strategies of intensive, green and low-carbon new urbanization are the key points to solve the environmental problems in Anhui Province.Key
11、words: land ecology; urbanization; ecological system; matching degree; barycenter model; Anhui Province1 引言当前中国步入城镇化S型曲线的第二阶段,城镇化步伐加快1。随着城镇化进程的推进,城镇人口扩张、城镇资源锐减等带来的生态环境问题日益突出。十八届五中全会提出了“创新、协调、绿色、开放、共享”5大发展理念,将推进新型城镇化与建设生态文明成为当下中国两大重要战略任务。如何在推进城镇化的进程中保护生态环境,实现两者协调发展,政府对此高度关注,也成为学界研究的热点。针对城镇化与生态环境关系的研究
12、,国内外学者展开过深入探索,美国学者Gross-man和Krueger2运用计量经济学方法研究了城镇化和资源环境的动态关系,发现了经济增长与环境污染之间的库兹涅茨倒U型曲线 ( EKC) ;依据EKC假设,York R等3采用环境经济学方法对经济发展、城市化与生态环境间的变化关系进行过研究;Maclaren V M4从城市化与生态环境可持续发展的角度出发,提出可持续发展应遵循的基本原则。国内研究起步较晚,研究成果主要集中在以下几个方面: ( 1) 城镇化对资源环境的影响效应研究。以刘焱序5、马海良6、樊杰7、柯新利8等学者为代表,在城镇化对生态环境、水资源、碳排放、耕地等的影响方面做了有益的探
13、索。 ( 2) 资源环境对城镇化进程的约束研究。鲍超9、刘耀彬10、张琳11等学者在探索水资源、能源资源、土地资源对城镇化的约束方面积累了可供借鉴的研究成果。 ( 3) 城镇化与资源环境耦合关系研究。黄金川12、刘超13、刘萌14、张荣天15等学者运用双指数模型、协调度模型等揭示了国家或典型区域的城镇化与资源环境耦合特征。综上研究发现,国外学者的着眼点主要在如何协调城镇化发展与生态环境的关系上,定性分析多于定量研究。国内学者以定量研究为主,存在如下不足之处:从研究方法来看,选用耦合协调度模型对城镇化与生态环境之间的耦合协调度进行测算的文献较为常见,而运用重心模型对两者重心演变轨迹及匹配关系进行
14、研究的尚未见报道;从研究区域来看,大部分学者选择西北干旱区、生态脆弱区及快速城镇化地区作为研究对象,安徽省作为中国首批新型城镇化试点省和国家生态文明先行示范区,对其进行城镇化与生态环境关系研究的文献尚不多见。鉴此,本文以安徽省为研究案例,采用重心模型对城镇化与生态环境重心偏移方向和距离进行考察,揭示两者之间的匹配关系及其演变规律,分析工具和研究结果具有一定的参考价值。2 研究对象与方法2.1 研究区概况安徽省地处中国中部华东腹部,介于11454E11937E,2941N3438N,面积13.94104km2,现辖合肥、淮北、亳州、宿州、蚌埠、阜阳、淮南、滁州、六安、马鞍山、芜湖、宣城、铜陵、池
15、州、安庆、黄山16个地级市。安徽省2014 年的城镇化率低于全国平均水平5.62个百分点,为中国中部地区城镇化水平“洼地”省份。自“中部崛起”战略实施以来,安徽省城镇化增速加快,城镇化与资源环境之间的矛盾加剧 ( 如安徽省2014年的人均耕地面积仅为1.31亩,明显低于全国人均1.52亩和世界人均耕地3.38亩的水平 )。2015年1月,安徽被列安徽省统计局. 安徽统计年鉴 ( 20062015 )M . 北京:中国统计出版社:2006 - 2015. 万方数据 中国土地科学 2017年6月 第6期36为国家新型城镇化综合试点省份。如何取得最小生态风险和环境代价的新型城镇化进程,如何处理好城镇
16、化与生态环境之间的协调关系,关乎区域城市的可持续发展,也决定着安徽省新型城镇化建设的示范功能。2.2 主要研究方法2.2.1 熵值法 熵值法是根据指标观测值所提供的信息来确定各项指标权重的一种客观赋权法。该方法更多地依赖数据本身,可以克服指标选取的随机性、臆断性,从而客观、可靠地反映经济事实,能够有效解决多指标变量间信息的重叠问题。本研究通过熵值法确定城镇化生态环境评价体系权重值,进而计算安徽省城镇化与生态环境综合指数,避免了层次分析法、模糊综合评价法、德尔菲法等由于专家打分等主观因素造成的模糊性,使评价结果更具科学性和说服力,已被广泛运用于可持续发展评价等研究领域。熵值法的计算步骤如下16:
17、数据标准化:/( ( (xF F F FF F F Fmin) max min)max ) max min)ijij j j jj ij j j=- - -)( 1)计算第 i个地区第 j个指标值的比重:/X x xij ij ijim1=( 2)计算指标信息熵:ln( ln )emX X1j ijimij1=-= ,0 ej1 ( 3)计算指标差异系数:dj= 1 - ej ( 4) 计算指标权重:/W d djj j jn1=( 5)计算第 i个地区城镇化或生态环境综合指数:S W xi jjnij1=( 6)式 ( 1) 式 ( 6) 中, Xij为原始数据标准化后的数值, Fij为第个
18、地区第 j项标的原始值, Fjmax与 Fjmin为样本年份中各地区对应指标的最大值与最小值, m为区域个数, n为评价指标数。2.2.2 重心模型 重心模型在探索要素空间变动方面具有独特优势,其通过分析要素重心位置偏离几何中心的移动方向和距离,可以直观和精准地揭示出该要素在二维空间上的分布规律和演化特征。近年来,重心模型在区域粮食生产、人口变迁、经济发展等重心研究方面应用较多17-21,而在城市可持续发展方面的研究甚少。本文基于前人研究成果,构建城镇化与生态环境重心模型,以期揭示安徽省近10年来城镇化与生态环境重心的动态演变特征和空间匹配关系。重心模型的计算过程如下19:假设研究区域由 n个
19、单元组成,第 i( i = 1,2,3, n) 个单元的几何坐标为( xi,yi) ,则考察要素的重心坐标 ( , )x y 可表示为:,xmx mymy miini iiniini iin1111 = =( 7)式 ( 7) 中, mi为 i单元的要素属性值,本文中指城镇化与生态环境综合指数。( 1) 重心移动方向。假设第 t年考察要素的重心坐标为( , )x ytt,第 t + 1年重心坐标为 ( , )x ytt11+,则第 t + 1年相对于第 t年重心偏移的角度 可表示如下19-20:万方数据37荣慧芳等:基于重心模型的安徽省城镇化与生态环境匹配度分析 arctan( )kx xy
20、y2180t tt tt t111 = - = +-+( 8)式 ( 8) 中, k = 0,1,2, ( -180,180 ) ,并定义逆时针方向为正向,正东方向为0。第一象限 ( 0,9 ) 为东北方向,第二象限 ( 90,180 ) 为西北方向,第三象限 ( -180,-90 ) 为西南方向,第四象限 ( -90,0 ) 为东南方向。( 2) 重心移动距离。假设 D为第 t + 1年相对第 t年重心偏移的距离 ( km) ,则 D可用如下公式计算19:( ) ( )D C x x y yt tt t1212= - + -+ ( 9)式 ( 9) 中, ( , )x ytt和 ( , )x
21、 ytt11+的含义同式 ( 8) , C为常数,表示由地球表面的坐标 ( ) 转化为平面距离 ( km) 的系数,取值为111.111。 ( 3) 匹配度。为了深入揭示城镇化与生态环境的空间耦合关系,采用匹配度来测度二者的空间关联性。假定研究区域有两个考察要素,两要素重心第 t + 1期相对第 t期移动的夹角分别为 1和 2。定义两者重心年际偏移角度差的余弦值cos ( 2- 1) 为匹配度指标,取值范围为-1,值越大表示两者的匹配度越强19-20。当cos ( 2- 1) =1时,两者偏移方向一致,呈完全匹配状态;当0.5cos 1时,呈匹配关系;当0.5cos 0.5时,呈较匹配关系;当
22、0.5cos 0时,呈较不匹配关系;当-1cos -0.5时,呈不匹配关系;当cos ( 2- 1) =-1时,两者偏移方向完全相反,呈完全不匹配状态。2.3 数据来源与处理鉴于数据获取的完整性与连续性,本研究样本区间界定为20052014年。用于计算城镇化和生态环境综合指数的原始数据主要来源于安徽省统计年鉴 ( 20062015 ) 、安徽省各地市统计年鉴 ( 20062015 ) 、安徽省各地市统计公报 ( 20052014 ) 等统计数据。经纬度坐标使用ArcGIS软件计算出的安徽省各地市几何中心坐标,提高了研究过程和结果的精确性。3 结果与分析3.1 城镇化与生态环境综合指数测算与分析
23、城镇化与生态环境评价指标体系在前人研究成果的基础上进行了完善,具体指标的选择更加注重对新型城镇化和生态文明建设的测评,其中,城镇化指标源自张引22关于城镇化质量评价指标体系的研究成果,生态环境指标参考胡振鹏23、马利邦等24建立的指标体系。选取安徽省及各地区20052014年城镇化和生态环境共计24个单项指标的数据,运用熵值法计算城镇化和生态环境系统的各影响因素权重,进而得到安徽省及各地区近10年的城镇化综合指数和生态环境综合指数 ( 图1、图2 ) 。( 1) 20052014年安徽省城镇化综合指数呈递增态势,指数平均值为 1.3599,年平均增速为0.0048。城镇化水平提升速度较快,究其
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