长三角一体化区域开发强度与...质量协调状况及演化规律探析_张乐勤.pdf

长三角一体化区域开发强度与生境质量协调状况及演化规律探析张乐勤1,2，王雷1,21.池州学院自然资源遥感应用研究中心2.池州市生态资源产业化研究中心摘要探索长三角一体化区域开发强度与生境质量协调状况及演化规律，对制定或修改其生态绿色一体化及高质量发展的规制方略具有重要意义。基于 Landsat 卫星遥感土地利用解译及统计数据，运用 In VEST 模型及主成分分析综合评价方法，测算长三角一体化区域 20052020 年生境质量和开发强度指数；采用耦合协调模型，对二者间协调状况进行考察；采用曲线回归分析方法，探索二者间的演化规律。结果表明：长三角一体化区域开发强度指数由 2005 年的 0.383 3 攀升至 2020 年的 0.783 3，生境质量由 2005 年的 0.504 9 降至 0.493 7；二者间协调度由 2005 年的 0.663 3 攀升至 2020 年的 0.788 6，多年均值为 0.734 7，处于中度协调状态；二者间呈现开口向上的二次抛物线演化关系，“十四五”期间，其轨迹仍处于抛物线左半支，开发强度与生境质量矛盾将进一步加剧，生态绿色一体化与高质量发展将面临较大挑战。关键词生境质量；开发强度；协调度；演化规律；In VEST 模型；长三角一体化区域中图分类号：X52 文章编号：1674-991X（2023）02-0578-07doi：10.12153/j.issn.1674-991X.20220305Analysis of the coordination status and evolution law of development intensity andhabitat quality in the Integrated Region of the Yangtze River DeltaZHANG Leqin1,2,WANG Lei1,21.Application Research Center of Remote Sensing for Natural Resources,Chizhou University2.Application Research Center of Industrialization of Ecological Resources in ChizhouAbstractExploring the coordination status and evolution law of development intensity and habitat quality in theintegrated region of the Yangtze River Delta has important enlightenment significance for formulating or revisingthe regulation strategy of ecological green integration and high-quality development.Based on Landsat satelliteremote sensing land use,the data were interpreted and counted.By using In VEST model and principal componentanalysis comprehensive evaluation method,the habitat quality and development intensity in the integrated region ofthe Yangtze River Delta from 2005 to 2020 were calculated.The coupling coordination model was used toinvestigate the coordination between them.The evolution law between them was explored by curve regressionanalysis.The results showed as follows:The development intensity index of the integrated region of the YangtzeRiver Delta increased from 0.383 3 in 2005 to 0.783 3 in 2020,and the habitat quality index decreased from 0.504 9in 2005 to 0.493 7.The coordination degree between the two increased from 0.663 3 in 2005 to 0.788 6 in 2020,andthe multi-year average was 0.734 7,which was in a moderate coordination state.The relationship between them wasa quadratic parabola with the opening upward.During the 14th Five-year Plan period,its trajectory was still in theleft half of the parabola.The contradiction between development intensity and habitat quality would be furtherintensified.Therefore,ecological green integration and high-quality development would face great challenges.Key wordshabitat quality;development intensity;coordination degree;evolution law;In VEST model;IntegratedRegion of the Yangtze River Delta 收稿日期：2022-04-02基金项目：2021 年度安徽省社会科学创新发展研究项目（2021ZD006）作者简介：张乐勤(1965），男，教授，研究方向为资源生态与绿色发展， Vol.13，No.2环境工程技术学报第 13 卷，第 2 期Mar.，2023Journal of Environmental Engineering Technology2023 年 3 月张乐勤，王雷.长三角一体化区域开发强度与生境质量协调状况及演化规律探析 J.环境工程技术学报，2023，13（2）：578-584.ZHANG L Q,WANG L.Analysis of the coordination status and evolution law of development intensity and habitat quality in the Integrated Region of theYangtze River DeltaJ.Journal of Environmental Engineering Technology，2023，13（2）：578-584.党的十九届五中全会将促进经济社会全面绿色转型、实现高质量发展作为“十四五”及 2035 年远景重要战略目标。长三角一体化区域（上海、江苏、浙江、安徽）是中国当下开发强度大、经济活跃度高的区域，其人类开发活动对生态系统影响如何，既关系着经济社会全面绿色转型，也关乎长三角生态绿色一体化战略实施与长三角一体化区域高质量发展，探索二者间匹配关系，对制定或调整经济社会绿色发展政策具有启示意义。针对开发强度对生态系统影响，既有研究主要从 2 个层面展开：1）以生境质量表征生态系统健康状况，从土地利用变化视角展开研究。如陈妍等1应用 In VEST 模型就北京市 19902010 年土地利用格局变化对生境质量影响进行研究，结果表明，随着人类活动的加剧，生境质量呈下降态势；刘春芳等2基于 ArcGIS 平台和 In VEST 模型，就黄土丘陵区榆中县土地利用变化对生境质量影响进行探索，结果显示，随着城镇化水平快速推进，县域中部区域生境质量呈下降态势；钟莉娜等3基于 In VEST 模型，就大安市土地整治对生境质量的影响进行探索，结果显示，土地整治工程改善了生境质量；周婷等4运用In VEST 模型，就神农架林区 19952015年人类活动对生境质量影响的研究表明，人类活动会导致生境质量恶化，二者呈显著负相关系；刘孟竹等5运用In VEST 模型对北方农牧交错带土地利用变化所导致的生境质量变化的研究表明，退耕还林还草政策是促使生境质量转好的重要因素；王耕等6就丹东沿海地区 20002018 年土地利用变化对生境质量影响进行研究，结果显示，建设用地增加区域，其生境质量变差。2）探索人类活动对生态系统的胁迫作用，如刘慧敏等7就人类活动对生态系统服务和积极、消极影响进行过阐释，提出了维持和保育生态系统原真性应对策略；曾琳8就昆明市人类活动对生态系统影响的研究显示，随着人类活动不断加强，生境提供、水资源供给和食物供给 3 项服务呈现不断退化的趋势；荣益等9关于河北省黄骅市城镇化演进对生态系统服务价值变化的研究表明，城镇化过程中建设用地增加使生态系统服务价值损失较大；曹巍等10基于 446 个国家级自然保护区遥感数据，研究人类活动对保护区生态系统的影响，结果显示，居民点建设、工矿建设等人类活动与保护区生态系统稳定性呈负相关关系；连喜红等11基于 In VEST模型，就 2018 年青海湖流域人类活动对生境质量、碳储量、产水量、水质净化、土壤保持 5 种生态系统服务影响进行了定量考察，结果显示，随着人类活动的增强，生态系统服务呈递减趋势；赵忠旭等12基于 19802015 年西藏自治区土地利用及灯光数据，采用相关分析方法，研究人类活动强度变化对水土保持和防风固沙的影响，结果显示，人类活动强度的增加均会导致 2 项服务的退化。上述研究尽管视角不同，方法迥异，但所得结果均揭示了人类活动对生态系统的负面胁迫影响。然而，前人研究多立足生态脆弱地区，对经济活跃度高的长三角一体化区域较少涉足，且关注点多为人类活动对生态系统的影响，而从协调视角对二者匹配度进行考察的研究较为鲜见。鉴于此，笔者在测算长三角一体化区域生境质量、人类开发强度基础上，采用协调度测算模型，考察二者间的耦合协调状况；运用最佳拟合优度曲线回归分析方法，探索二者间的未来演化规律，以期为制定长三角一体化区域绿色发展方略提供决策参考，以利于促进长三角一体化区域人与自然和谐共生和长三角一体化区域高质量发展。1研究区概况与研究方法 1.1研究区概况长三角一体化区域包括上海、江苏、浙江、安徽，区域面积为 359 179.5 km2，其中建设用地面积48 217 km2，占总面积的 13.42%。2020 年区域总人口为 23 538 万人，人口密度 654.86 人/km2，城镇化率达 70.85%，GDP 总量为 244 393.18 亿元，人均 GDP达 10.38 万元，1.2研究思路首先，基于遥感解译数据，运用 In VEST 模型的Habitat Quality 模块，测算长三角一体化区域不同时段的生境质量；其次，采用协调度分析模型，考察不同时段长三角一体化区域开发强度与生境质量匹配状况；再次，借助 SPSS 数理分析软件，采用最佳拟合优度的曲线回归分析方法，对二者间演化规律进行揭示；最后，依据定时研究结果，提出有利于促进长三角一体化区域高质量发展政策建议。1.3研究方法 1.3.1In VEST 模型斯坦福大学、大自然保护协会、世界自然基金会共同研发的旨在评价生系统服务功能 In VEST 模型13，集成了对不同生态系统多种功能进行评价的模块（如生境质量、碳储量、土壤保持等）。其中，基于土地利用数据，通过测算威胁源（威胁因子的位置、威胁强度、威胁因子的敏感度）对生境的负面影响计算生境退化程度，进而评价生境质量的 HabitatQuality 模块1,6，机理明晰，操作简洁、方便且能实现第 2 期张乐勤等：长三角一体化区域开发强度与生境质量协调状况及演化规律探析 579 可视化，得到了学术界普遍认同1-6,11。本研究采用该方法测算长三角一体化区域不同时段的生境质量。计算公式如下1,3-4,14-15：Qxj=Hj1DzxjDzxj+kz（1）QxjQxj(0,1)HjHj(0,1)Dzxjzk式中：为土地类型 j 栅格 x 的生境质量，无量纲，；为土地类型 j 的生境适宜度，；为土地类型 j 的退化度，测算公式见式（2）；为尺度常数，借鉴文献 3,14，取 2.5；为半饱和常数，取0.53。Dzxj=mr=1ny=1|r/mr=1r|ryirxyxSjr（2）ryrryxxx(0,1)SjrjrSjr(0,1)irxyyrx式中：为威胁因子；为威胁因子的栅格单元数；为威胁因子权重；为栅格单元上的威胁因子个数；为栅格 的可达水平，无保护取值为0，严格保护取值为 1；为 土地利用类型对威胁因子 敏感度，；为 栅格单元上的 威胁因子对栅格 的影响距离，可通过线性或指数衰退进行计算3,14-15。QxjQxj 0,0.2Qxj(0.2,0.4Qxj(0.4,0.6Qxj(0.6,0.8Qxj(0.8,1生境质量测算中，输入参数有不同时段区域土地类型图、生境威胁因子、威胁因子最大影响距离及权重、威胁因子敏感度。结合长三角一体化区域特点，借鉴文献 14，选取城镇、农村居民点、其他建设用地、水田、旱地 5 个威胁因子，参考 In VEST 模型手册16及文献 14-15,17 确定相关参数。将分为 5 个等级15：为差；为较差；为一般；为良好；为优。1.3.2耦合协调模型考察不同对象间协调关系的常用方法有耦合协调模型、动态耦合模型、状态协调度模型及模糊协调模型18，其中，基于物理学耦合概念而构建的耦合协调模型，因机理明晰、测算科学、操作简洁，而备受青睐19-22。鉴于此，采用耦合协调模型测算开发强度与生境质量间协调状况，公式如下23：CDQ=2DQ(D+Q)21/2(D+Q)（3）CDQ0 CDQ 1 D 式中：为开发强度与生境质量耦合协调度，；为开发强度指数；、为待定系数，参照文献 19,23，均取 0.5。借鉴文献 19，构建耦合协调度判别标准如表 1 所示。1.3.3曲线回归分析方法曲线回归分析方法通过对考察对象的历史数据进行拟合，通过比较不同拟合类型的拟合优度（R2），选取最佳拟合优度作为变量间耦合演化规律，得到了学术界的普遍认同24-25。采用该方法对开发强度与生境质量间演化规律进行探索。1.3.4GM（1，1）预测模型nx(0)=x01,x02x0nx(1)=x(1)1,x(1)2x(1)nx(1)(k)=ki=1x(0)(i)=x(1)(k1)+x(0)(k)x(1)GM（1，1）模型是一种对含有不确定因素系统进行预测的方法，该方法通过寻找原始数据变动规律，进而建立相应微分方程来预测事物未来发展趋势。设时间 t 序列有 个观察值，通过一次累加生成新序列，其中，对建立白化微分方程26：dx(1)dt+ax(1)=u（4）则预测模型为：x(1)(t+1)=x(0)(1)uaeat+ua（5）式中：a，u 为待确定的未知参数，可由最小二乘法来估计26。1.3.5数据来源土地利用数据来源于 Landsat 卫星遥感解译数据，土地类型包括耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地 6 个一级类型，水田、旱地、有林地、灌木林、疏林地、其他林地、高覆盖度草地、中覆盖度草地、低覆盖度草地、河渠、湖泊、水库坑塘、滩涂、滩地、城镇用地、农村居民点、其他建设用地、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石质地、海洋共 22 个二级类型。开发强度测算的原始数据来源于中国统计年鉴、三省一市统计年鉴，其中，经济相关数据以2005 年为基期，采用平减指数法进行调整。2结果与分析 2.1生境质量测算基于土地利用类型图、生境威胁因子的威胁因子最大影响距离及权重、威胁因子敏感度，运用In VEST 模型，对长三角一体化区域 2005 年、2010年、2015 年、2018 年、2020 年的生境质量进行测算，结果如表 2 所示，空间分布如图 1 所示。由表 2 可知，20052020 年，长三角一体化区域 表 1 耦合协调状态判别标准Table 1 Assessment criteria of coupling coordination stateCDQ耦合协调状态CDQ耦合协调状态00.1极度失调0.50.6勉强协调0.10.2严重失调0.60.7低度协调0.20.3中度失调0.70.8中度协调0.30.4低度失调0.80.9良好协调0.40.5濒临失调0.91.0高度协调 580 环境工程技术学报第 13 卷生境质量均处一般等级，生境质量均值由 0.504 9 降至 0.493 7，表明生境质量呈逐渐下降态势，究其原因，与长三角一体化区域经济快速发展有关。生境质量的标准差由 0.339 6 升至 0.350 2，表明生境质量空间差异在缩小，分析其原因，与长三角一体化区域强力推进绿色发展有关。党的十八大以来，长三角一体化区域以新发展理念为引领，秉持绿水青山就是金山银山理念，坚持生态优先，在发展中保护，在保护中发展，积极推行发展方式、发展效率、发展动力变革，从而舒缓了经济增长对自然生境的压力，进而缩小了生境质量空间差异。图 1 表明，长三角一体化区域生境质量空间分布差异较显著，以 32N 为界，呈南高北低态势，生境质量高值区分布于浙江西部、南部山地丘陵及安徽的皖南、皖西山区，生境质量低值区分布于地形平坦开阔的沿海、沿江平原及苏皖北部平原。分析其原因，山地丘陵地区，起伏较大的地貌形态限制了人类开发活动，自然生境原真性保持较好，植被覆盖较好，生境质量较高，而临海临江的地势低平地区，交通便利，非常适合人类生产建设活动，从而致使开发强度较高，对自然生境影响较大，生境质量较低。图 1 生境质量空间分布Fig.1 Spatial distribution of habitat quality 2.2开发强度测算开发强度是指人类为了生存、发展对自然生境的影响程度，常以建设用地面积占土地总面积之比表征，借鉴文献 26，以建设用地占土地总面积比例、人口密度、经济密度、单位面积投资强度 4 个指标（表 3）表征长三角一体化区域国土空间开发强度，极差标准化后采用主成分分析法对其综合指数进行测算，并将其转换为百分制形式，结果如图 2 所示。图 2 显示，长三角一体化区域开发强度与人均 表 2 长三角一体化区域不同时间的生境质量Table 2 Habitat quality at different time in the integratedregion of the Yangtze River Delta年份生境质量最小值生境质量最大值生境质量状况标准差生境质量均值等级2005010.504 9一般0.339 62010010.501 4一般0.341 62015010.497 6一般0.344 42018010.494 1一般0.349 62020010.493 7一般0.350 2 表 3 开发强度评价指标数据Table 3 Development intensity evaluation index data年份建设用地面积占比/%人口密度/（人/km2）经济密度/(万元/km2)单位面积投资强度/（万元/km2）20059.55564.371 288.29576.88201010.40600.282 770.371 442.27201511.44613.704 458.272 864.53201813.32627.435 887.843 633.47202013.42654.866 804.214 037.24第 2 期张乐勤等：长三角一体化区域开发强度与生境质量协调状况及演化规律探析 581 GDP 呈同向增长态势，其中，人均 GDP 由 2005 年22 827.1 元/人跃升至 2020 年 103 902.66 元/人，年均增长 10.63%，开发强度指数由 2005 年的 0.383 3 攀升至 2020 年的 0.783 3，年均增长 4.88%。比较而言，开发强度增速低于经济增速，表明研究时段，长三角一体化区域单位面积经济价值呈攀升态势，开发质量日渐提升。究其原因，与长三角一体化区域打造高质量发展有关。党的十八大以来，尤其是长三角一体化区域战略提出以来，区域内三省一市秉持新发展理念，将高质量发展作为第一要务，着力推行效率、动力、质量变革，不断强化、夯实开发底色，从而取得了以较低的土地要素成本实现经济快速增长的高质量发展模式。2.3开发强度与生境质量协调度基于表 3、图 2 数据，运用式（3）对长三角一体化区域 20052020 年开发强度与生境质量间耦合协调状况进行测算，结果如图 3 所示。由图 3 可知，长三角一体化区域开发强度与生境质量协调度由2005 年的 0.663 3 攀升至 2020 年的 0.788 6，呈持续上升态势，多年均值为 0.734 7，为中度协调状态，表明研究时段，其耦合协调状态呈现为低度协调向中度协调的向好变化态势。究其原因，长三角一体化区域以创新促进传统产业改造升级，强化绿色发展政策措施的系统集成，积极推进质量变革、效率变革、动力变革，着力提升单位面积土地效益，从而使开发强度与生境质量协调状况日趋好转，生态绿色一体化高质量发展的格局也渐显端倪。2.4开发强度与生境质量演化规律既有研究1-12表明，人类经济开发活动通过改变地表土地利用形态深刻影响着生境质量，二者密不可分，其演进关系可借助数理软件进行刻画。以开发强度指数作自变量，生境质量作因变量，依据二者间散点图变化轨迹，将其输入 SPSS 软件中，分别选择线性、二次函数、指数函数、对数函数、幂函数、逆函数进行曲线回归分析，结果如表 4 所示。表 4 开发强度指数(Q)与生境质量(D)拟合结果Table 4 Fitting results of development intensity index(Q)andhabitat quality(D)拟合类型模型表达式R2FSig值线性函数Q=a+bD0.991325.4130.000二次函数Q=a+bD+cD20.999773.9950.001指数函数Q=aebD0.991342.7160.000对数函数Q=a+blnD0.9981 557.8820.000幂函数Q=aDb0.9981 479.3880.000逆函数Q=a+b/D0.986214.9080.001QDabc注：为因变量；为自变量；为常数；、为回归系数。由表 4 可知，长三角一体化区域开发强度指数与生境质量以二次函数拟合最优，其回归所得常数项、二次项、一次项系数分别为0.523、0.024、0.057，Sig值分别为 0.000、0.073、0.020，表明分别在 1%、10%、5%水平上通过显著性检验，由此可得二者最优回归模型：Q=0.523+0.024D20.057D（6）由式（6）可知，开发强度指数与生境质量拟合曲线为开口向上的抛物线，依据二次函数性质，当开发强度指数为b/(2c)=1.187 5 时，生境质量为最小值(4acb2)/(4c)=0.489 2，即当开发强度指数小于1.187 5 时，生境质量处于下降态势。基于 2005 年、2010 年、2015 年、2020 年的开发 图 2 20052020 年长三角一体化区域经济增长与开发强度变化趋势Fig.2 Change trend of regional economic growth anddevelopment intensity in the integrated region of the YangtzeRiver Delta from 2005 to 2020 图 3 20052020 年长三角一体化区域开发强度与生境质量间耦合协调状况Fig.3 Coupling and coordination between developmentintensity and habitat quality in the integrated region of theYangtze River Delta from 2005 to 2020 582 环境工程技术学报第 13 卷强度指数，运用 GM（1,1）预测模型，预测 2025 年开发强度指数为 0.986 2，生境质量为 0.490 1。表明“十四五”期间，长三角一体化区域开发强度与生境质量演化轨迹仍处于抛物线左半部，即随着开发强度的升高，生境质量将进一步下降，人类开发活动与生境质量保护矛盾进一步加剧，长三角生态绿色一体化与高质量发展将面临较大挑战，制定或调整、修改、补充相关规制政策迫在眉睫。3结论与建议 3.1结论（1）20052020 年，长三角一体化区域开发强度呈持续攀升态势，而生境质量则呈下降态势，二者间表现为负向关系。（2）研究时段内，长三角一体化区域开发强度与生境质量耦合协调状态呈现为低度协调向中度协调的向好变化态势，表明长三角一体化区域在经济社会快速发展同时，注重了生态环境保护，生态优先、绿色发展理念得到了较好落实，生态文明建设成效日渐显现。（3）研究时段内，长三角一体化区域开发强度与生境质量演化轨迹为开口向上的抛物线，“十四五”期间，二者间仍处于抛物线左半部，开发强度与生境质量矛盾将进一步加剧，长三角生态绿色一体化与高质量发展将面临较大挑战。3.2建议“十四五”期间，为了提升长三角一体化区域经济发展与生境质量的协调状况，实现其高质量发展，提出如下建议：1）以新发展理念为引领，以畅通国内、国际双循环格局为契机，以高质量发展为目标，统筹经济社会发展与生态环境保护。2）在全面测算长三角一体化区域不同单元资源环境承载力基础上，科学制定域内国土空间规划，明确不同区域功能区开发方向、重点。3）建立域内自然资源资产产权登记，盘活低效或闲置用地，建立国有建设用地回收制度；以区域开发强度为目标，建立资源总量管理及建设用地总量管控制度；健全域内开发活动与生境质量管控一体化合作机制，建立信息共享平台，打破行政边界壁垒。4）严格执行区域开发活动的生态环境评价制度，强化域内开发动态监管。5）以创新作为源动力，重点发展战略性新兴产业及现代服务业，以产业升级转型提升国土开发效率。参考文献 陈妍,乔飞,江磊.基于In VEST模型的土地利用格局变化对区 1 域尺度生境质量的评估研究:以北京为例J.北京大学学报(自然科学版)，2016，52（3）：553-562.CHEN Y,QIAO F,JIANG L.Effects of land use pattern changeon regional scale habitat quality based on In VEST Model:a casestudy in BeijingJ.Acta Scientiarum Naturalium UniversitatisPekinensis，2016，52（3）：553-562.刘春芳,王川.基于土地利用变化的黄土丘陵区生境质量时空演变特征:以榆中县为例J.生态学报，2018，38（20）：7300-7311.LIU C 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