蔡瀅瀅，牟守國(guó)，肖 波，王 艷，劉培學(xué)

(1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境與測(cè)繪學(xué)院，徐州 221008;2.江蘇省資源環(huán)境信息工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，徐州 221008;3.南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，南京 210093)

協(xié)調(diào)是指復(fù)合系統(tǒng)以及復(fù)合系統(tǒng)與外部之間所具有的較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換能力和互補(bǔ)關(guān)系的和諧運(yùn)動(dòng)，是描述事物之間良性相互關(guān)系的概念［1～2］，由于系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)變化之中，因而，系統(tǒng)內(nèi)部要素之間的關(guān)系也處在不斷調(diào)整中。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于協(xié)調(diào)性的研究，主要是對(duì)人口、經(jīng)濟(jì)、空間與環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系的研究，最開始是研究迅速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系［3～4］，認(rèn)為環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相協(xié)調(diào)是人類社會(huì)持續(xù)發(fā)展的必由之路;其后是研究快速集聚的人口與環(huán)境［5］的協(xié)調(diào)關(guān)系，認(rèn)為人口城市化與資源環(huán)境保護(hù)有著密切的關(guān)系，最后是研究人口、經(jīng)濟(jì)和迅速擴(kuò)張的城市空間等與環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系［6］。關(guān)于城市土地集約利用的研究發(fā)展迅速，以及反映城市化進(jìn)程與生態(tài)格局變化、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)等方面的分析日漸成熟［7～8］，但是將城市土地利用與城市化發(fā)展水平結(jié)合起來進(jìn)行協(xié)調(diào)性的研究尚顯不足。在中國(guó)城市化迅速發(fā)展的背景下，城市人口、經(jīng)濟(jì)、空間與城市用地的矛盾日益復(fù)雜和激化，從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，迫切需要研究城市土地利用與城市發(fā)展之間的協(xié)調(diào)關(guān)系。城市土地利用系統(tǒng)作為一個(gè)“經(jīng)濟(jì)—社會(huì)—資源—環(huán)境”的復(fù)合系統(tǒng)，其發(fā)展演化過程可以以協(xié)同學(xué)理論為指導(dǎo)，運(yùn)用協(xié)同學(xué)的研究成果探索城市土地利用系統(tǒng)的協(xié)調(diào)有序發(fā)展途徑，解決當(dāng)前我國(guó)城市土地利用過程中出現(xiàn)的一系列問題，同時(shí)促進(jìn)城市系統(tǒng)以及人類社會(huì)與自然環(huán)境的和諧發(fā)展。

1 研究區(qū)域概況及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

南京市位于我國(guó)沿海中部的長(zhǎng)江下游平原、江蘇省西南部，市域地理坐標(biāo)為處于北緯31°54'～32°16'，東經(jīng)118°32'～119°24'之間。全市地貌以低山緩崗為主，其中低山占土地總面積的3.5%;丘陵占土地總面積的4.3%;崗地占土地總面積的53%;平原、洼地及河流湖泊占土地總面積的39.2%。土壤條件良好，外層土壤為礫石質(zhì)薄層黃棕壤、中層為黃棕壤和厚層黃棕壤［9］。南京屬北亞熱帶濕潤(rùn)性氣候，季風(fēng)性氣候顯著，四季分明，但冬夏長(zhǎng)而春秋短。溫、光、水資源較豐富，年平均氣溫15.3 ℃，全年無霜期達(dá)200～300 d，年平均日照時(shí)數(shù) 1900～2130 h［10］，太陽總輻射量 115 kCal/cm2·Y;年降水量 979～1113mm，年降水量相對(duì)變率大，達(dá)17%，年降水日數(shù)116.8d，氣候的變率較大，冬季干旱寒冷，夏季炎熱多雨。

1.2 研究方法與技術(shù)流程

本文的數(shù)據(jù)是通過實(shí)地調(diào)研和查閱相關(guān)文獻(xiàn)獲得。首先選取專業(yè)性及可度量性的評(píng)價(jià)指標(biāo)建立評(píng)價(jià)體系，采用特爾非法和層次分析法確定評(píng)價(jià)因子的權(quán)重值，將指標(biāo)值實(shí)現(xiàn)無綱量化處理，引入綜合評(píng)價(jià)模型，分別測(cè)算南京市歷年的土地利用綜合水平和城市化水平，再通過GM(1，N)模型和灰色關(guān)聯(lián)度模型測(cè)算南京市歷年的土地利用和城市化水平的協(xié)調(diào)性及綜合協(xié)調(diào)度。

2 土地利用綜合水平測(cè)定

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

正確選擇評(píng)價(jià)指標(biāo)，是土地發(fā)展能力評(píng)價(jià)的關(guān)鍵。因此，研究所選取的指標(biāo)，必須是能反映或標(biāo)志土地利用綜合水平的那些要素的特征或數(shù)值。本研究采用理論分析、經(jīng)驗(yàn)選取、文獻(xiàn)參考和專家咨詢相結(jié)合的方法，指標(biāo)體系分目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層3個(gè)層次，選用土地利用結(jié)構(gòu)、土地開發(fā)程度、土地產(chǎn)出水平、土地生態(tài)承載力4個(gè)準(zhǔn)則層共計(jì)18個(gè)指標(biāo)因子來構(gòu)建［11～13］(表1)。

表1 南京市土地利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table.1 The appraise indicator system of Nanjing City land use

2.2 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

結(jié)合德爾菲法和層次分析法構(gòu)建A-B判斷矩陣，利用matlab軟件計(jì)算判斷矩陣的特征值和特征向量，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，通過檢驗(yàn)的矩陣P的最大特征根所對(duì)應(yīng)的特征向量即為各評(píng)價(jià)因子的權(quán)重分配。A-B判斷矩陣的排序狀況如下所示。計(jì)算得出該矩陣的最大特征根λmax=4.0710，特征向量為W=［0.45120.16890.26090.1190］T通過檢驗(yàn)，因此矩陣的特征向量即為A-B判斷矩陣的權(quán)重值。

同理，通過以上的計(jì)算步驟，得出A-B和B-C的權(quán)重值，分別把A-B和B-C的權(quán)重值相乘，得出A-C的權(quán)重值(表2)。

表2 A-C判斷矩陣及其權(quán)重值Table 2 The weights of A-C judgement matrix

2.3 指標(biāo)值標(biāo)準(zhǔn)化

對(duì)正向指標(biāo)采用最大值法標(biāo)準(zhǔn)化處理，負(fù)向指標(biāo)采用最小值標(biāo)準(zhǔn)化處理，雙向指標(biāo)采用均值標(biāo)準(zhǔn)化處理。由于篇幅有限，原始數(shù)據(jù)從略，數(shù)據(jù)來源于南京市國(guó)土局、南京市統(tǒng)計(jì)年鑒(1996～2007)。原始數(shù)據(jù)處理后的標(biāo)準(zhǔn)化值見表3。

表3 南京市土地利用指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值Table 3 The standardized value of land-use indicators in Nanjing city

2.4 土地利用綜合水平測(cè)算

通過綜合指數(shù)多目標(biāo)決策模型F=∑Ui×Wi測(cè)算南京市各年土地利用的綜合水平，其中，F(xiàn)代表某年的土地利用綜合水平指數(shù);Ui代表某一評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值;Wi代表該評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重(A-C判斷矩陣層的各指標(biāo)權(quán)重值)。

由以上公式計(jì)算得出，1996至2007年的南京市土地利用的綜合水平分別為:F=(0.6819 0.6962 0.7027 0.7212 0.7411 0.7699 0.7906 0.8195 0.7938 0.8487 0.8569 0.8717)。

3 城市化水平測(cè)定

埃爾德里奇認(rèn)為“人口的集中過程就是城市化的全部含義”。這是較早的關(guān)于城市化的定義，同時(shí)這也是非農(nóng)人口比指標(biāo)產(chǎn)生的依據(jù)［14］。人口城市化是反映城市現(xiàn)狀的主要指標(biāo)之一，是指在工業(yè)發(fā)展過程中，一個(gè)國(guó)家的人口逐步由農(nóng)業(yè)人口占多數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)榉寝r(nóng)業(yè)人口占多數(shù)，該國(guó)由農(nóng)業(yè)國(guó)轉(zhuǎn)變?yōu)楣I(yè)國(guó)，常用非農(nóng)人口占總?cè)丝诘陌俜直缺硎境鞘谢剑?5～16］。參照南京市統(tǒng)計(jì)年鑒(1996～2007)上的數(shù)據(jù)計(jì)算南京市的城市化水平，如表4所示。

表4 南京市城市化綜合水平Table 4 The comprehensive urban nization level in Nanjing city

4 協(xié)調(diào)度計(jì)算

本文將GM(1，n)模型與灰色關(guān)聯(lián)方法相結(jié)合，對(duì)土地利用水平和城市化水平的協(xié)調(diào)關(guān)系做以分析。協(xié)調(diào)度的計(jì)算最主要的是模擬出各個(gè)要素的協(xié)調(diào)值序列，系統(tǒng)內(nèi)部要素的協(xié)調(diào)值序列主要是通過建立該要素與其它要素之間的灰色模型GM(1，n)來確定的。得到的協(xié)調(diào)值序列即作為灰色關(guān)聯(lián)分析中的比較序列，與原始要素時(shí)間序列構(gòu)成的參考序列作灰色關(guān)聯(lián)計(jì)算，得到的灰色關(guān)聯(lián)度可以反映出要素之間的作用關(guān)系，即協(xié)調(diào)性。這種方法可以簡(jiǎn)單的理解為:原始參考序列與其在受到其他因素影響作用后生成的比較序列之間的相對(duì)態(tài)勢(shì)的“同步關(guān)系”，同步程度越高，間接反映出原因素與其影響因素之間“共同發(fā)展”——協(xié)調(diào)發(fā)展，反之，則為不協(xié)調(diào)。

根據(jù)灰色系統(tǒng)GM(1，N)預(yù)測(cè)模型，計(jì)算1996至2007年的土地利用綜合水平與城市化水平的累加值，建立土地利用的時(shí)間響應(yīng)函數(shù):

其中X(0)1是累加前的土地利用綜合水平的時(shí)間序列;是累加后的土地利用綜合水平的時(shí)間序列是累加后的城市化綜合水平的時(shí)間序列。應(yīng)用最小二乘法計(jì)算相應(yīng)參數(shù)a，b后得到土地利用的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)為:(k+1)

把1997至2007年的城市化水平的實(shí)際值帶入土地利用的時(shí)間響應(yīng)函數(shù)計(jì)算1997至2007年出土地利用綜合水平的協(xié)調(diào)值=(0.5956 0.61280.6605 0.6895 0.7283 0.7354 0.7807 0.7653 0.8344 0.8671 0.8758)。由相對(duì)誤差計(jì)算公式△x=(X-X/)/X(其中X是土地利用水平的實(shí)際值，X/是土地利用水平的協(xié)調(diào)值)可以計(jì)算得出，Δmax=0.1445＜3=0.1819，說明模擬數(shù)列值離亂性較小。利用協(xié)調(diào)系數(shù)的測(cè)算模型［20］令σ=0.5△(max)和協(xié)調(diào)度的測(cè)算模型［20］rjk，可得到協(xié)調(diào)系數(shù)ε及協(xié)調(diào)度r(見表5)。

表5 土地利用與城市化水平的協(xié)調(diào)系數(shù)及協(xié)調(diào)度表Table 5 The coordinate coefficient and the coordination degree table

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

土地利用綜合水平與城市化水平的協(xié)調(diào)度的取值均在0～1之間，越靠近1，說明協(xié)調(diào)情況越好。由模糊理論及本文的要求，可以簡(jiǎn)要的將協(xié)調(diào)度按五級(jí)劃分，即可反映土地利用綜合水平與城市化水平的協(xié)調(diào)程度，本文設(shè)定協(xié)調(diào)度的等級(jí)及其劃分標(biāo)準(zhǔn)為:［0，0.2］= 失調(diào);［0.2，0.4］ = 瀕臨失調(diào);［0.4，0.6］= 基本協(xié)調(diào);［0.6，0.8］= 較好協(xié)調(diào);［0.8，1］=優(yōu)良協(xié)調(diào)。

1996年到2007年，南京市土地利用綜合水平呈總體上升的趨勢(shì)，2007年末比1996年末增加0.1898，說明由土地利用結(jié)構(gòu)、土地開發(fā)程度、土地產(chǎn)出水平和土地生態(tài)承載力等綜合指標(biāo)體系反映的南京市土地利用水平變得愈來愈高，這與南京市在城市化進(jìn)程中積極協(xié)調(diào)各產(chǎn)業(yè)發(fā)展、國(guó)土部門科學(xué)合理的控制各產(chǎn)業(yè)部門用地的政策是分不開的。

1997年到2007年期間，土地利用與城市化水平的綜合協(xié)調(diào)度為0.5446，處于基本協(xié)調(diào)的級(jí)別。近十年來土地利用與城市化發(fā)展水平的協(xié)調(diào)系數(shù)總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，除了1997-1998年的協(xié)調(diào)系數(shù)偏低外，其余各年份土地利用與城市化發(fā)展水平的協(xié)調(diào)系數(shù)都大于0.4，處于基本協(xié)調(diào)和較好協(xié)調(diào)級(jí)別，特別是2007年的協(xié)調(diào)系數(shù)呈現(xiàn)最高，達(dá)0.8488，是優(yōu)良協(xié)調(diào)級(jí)別。研究結(jié)果說明1996年到2007年期間南京市土地利用系統(tǒng)整體滿足城鄉(xiāng)發(fā)展對(duì)土地利用的要求，土地利用狀況基本能夠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和社會(huì)發(fā)展，保持與環(huán)境相協(xié)調(diào)。

5.2 討論

本文不足主要體現(xiàn)在以下幾方面:土地利用綜合水平的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系有欠完整，資料充分的情況下，應(yīng)該引入反映土地利用效益增長(zhǎng)持續(xù)性的指標(biāo)以便更加準(zhǔn)確的表示土地利用的可持續(xù)性;直接用非農(nóng)人口構(gòu)成來測(cè)算城市化水平，人為主觀因素較大，最好是通過主成分分析法建立一套反映城市化水平的指標(biāo)體系［17～18］進(jìn)行測(cè)算，以便更加精準(zhǔn)的反映土地利用綜合水平與城市化水平的協(xié)調(diào)性關(guān)系;可以進(jìn)一步分別測(cè)算土地利用結(jié)構(gòu)、土地開發(fā)程度、土地產(chǎn)出水平和土地生態(tài)承載力與城市化水平的協(xié)調(diào)關(guān)系，進(jìn)而判別出土地利用的哪個(gè)影響因素層存在問題。

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