摘要：灰色模型具有數(shù)據(jù)需求少、精度高、運算簡便、適用范圍廣和預(yù)測效果好等優(yōu)點，而GM（1，1）模型是目前應(yīng)用最廣的灰色模型。以寶雞市為例，建立評估指標(biāo)體系，利用GM（1，1）模型分析研究區(qū)2005—2020年土地利用與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度，預(yù)測2021—2025年二者的耦合協(xié)調(diào)度。結(jié)果表明，2005—2020年，寶雞市土地利用與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度呈上升趨勢，耦合協(xié)調(diào)類型從中度失調(diào)逐步轉(zhuǎn)向良好協(xié)調(diào)。經(jīng)預(yù)測，2021—2025年，寶雞市土地利用綜合指數(shù)和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)呈不斷上升趨勢，前者依然高于后者，但生態(tài)環(huán)境發(fā)展滯后。研究結(jié)果有助于明確區(qū)域土地利用和生態(tài)環(huán)境的耦合規(guī)律，為推進區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展的科學(xué)決策提供重要支撐。

關(guān)鍵詞：土地利用；生態(tài)環(huán)境；耦合規(guī)律；灰色模型；預(yù)測

中圖分類號：F299.27；X24 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）08-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.08.017

Analysis and dynamic prediction of coupling law between land use and ecological environment based on grey model

—Taking Baoji City as an example

WANG Tianwen1，2， LUO Mingliang1， GAO Lei2

（1. School of Geographical Sciences， China West Normal University， Nanchong 637009， China;

2. School of Geographic amp; Environmental Sciences， Baoji University of Arts and Sciences， Baoji 721013， China）

Abstract： The grey model has the advantages of low data requirements， high accuracy， simple operation， wide applicability， and good prediction performance， and the GM（1，1） model is currently the most widely used grey model. Taking Baoji city as an example， the evaluation index system is established， and the GM（1，1） model is used to analyze the coupling coordination between land use and ecological environment in the study area from 2005 to 2020， and the coupling coordination between the two is predicted from 2021 to 2025. The results indicate that from 2005 to 2020， the coupling coordination degree between land use and ecological environment in Baoji city showed an upward trend， and the type of coupling coordination gradually shifted from moderate imbalance to good coordination. According to predictions， from 2021 to 2025， the comprehensive index of land use and ecological environment in Baoji city will continue to rise， with the former still higher than the latter， but the development of ecological environment lags behind. The research results help clarify the coupling law between regional land use and ecological environment， thus providing important support for scientific decision-making to promote high-quality regional development.

Keywords： land use; ecological environment; coupling law; grey model; prediction

隨著人口規(guī)模的增加和城市空間的擴張，人地矛盾愈發(fā)突出。為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，我國國土空間開發(fā)方式向生產(chǎn)、生活、生態(tài)相協(xié)調(diào)的“三生空間”模式轉(zhuǎn)變[1]。生態(tài)環(huán)境是人類賴以生存與發(fā)展的自然條件，土地是生活和生產(chǎn)的基本自然資源，土地利用變化也伴隨著人類生產(chǎn)生活和區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化，必須實現(xiàn)區(qū)域土地利用與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，以免影響地區(qū)乃至全國的可持續(xù)發(fā)展。耦合是源于物理學(xué)的概念，后被拓展至其他領(lǐng)域，能夠綜合反映不同地理要素的相互作用和影響[2]。薩娜等[3]針對不同生態(tài)要素的關(guān)系，提出適用于“山水林田湖草沙生命共同體”耦合的研究方法。寶雞市位于陜西省西部，面積為18 117 km2，地形地貌復(fù)雜，它是關(guān)中平原西部的生態(tài)屏障，也是我國黃河流域生態(tài)環(huán)境保護與高質(zhì)量發(fā)展的先行區(qū)?；诨疑Ｐ停钊敕治龊皖A(yù)測寶雞市土地利用和生態(tài)環(huán)境耦合規(guī)律，能夠更好地促進生態(tài)文明建設(shè)，為寶雞市經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

選取中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)平臺（http：//www.resdc.cn）的4期土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)，時間分別為2005年、2010年、2015年和2020年，空間分辨率為30 m。土地利用與生態(tài)環(huán)境評估指標(biāo)多樣，其統(tǒng)計數(shù)據(jù)來自歷年發(fā)布的《陜西統(tǒng)計年鑒》和《寶雞統(tǒng)計年鑒》。

1.2 研究方法

以寶雞市為研究區(qū)，構(gòu)建生態(tài)環(huán)境和土地利用的綜合評估指標(biāo)體系，采用熵權(quán)法計算各指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果如表1所示。各指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)在量綱、數(shù)量級等方面存在明顯差別，需要進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以便減少量綱干擾，使信息更加可靠。另外，采用綜合指數(shù)法，計算土地利用綜合指數(shù)和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)。

為了明確土地利用與生態(tài)環(huán)境的依賴程度，構(gòu)建二者的耦合度模型，如式（1）所示。土地利用與生態(tài)環(huán)境的耦合度取值介于0～1，分為4個等級[4]。耦合度越大，二者的依賴程度越高。為了充分了解土地利用與生態(tài)環(huán)境的協(xié)同發(fā)展程度，引入耦合協(xié)調(diào)度模型，如式（2）所示。其中，耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平的綜合評估指數(shù)采用式（3）計算。土地利用與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度分為10個等級[4]，數(shù)值越大，二者協(xié)同發(fā)展程度越高。

（1）

（2）

T=αF（x）+βG（y）（3）

式中：C為土地利用與生態(tài)環(huán)境的耦合度；F（x）為土地利用綜合指數(shù)；G（y）為生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)；D為土地利用與生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)度；T為綜合評估指數(shù)；α、β為待定系數(shù)，取值均為0.5。

作為灰色模型，GM（1，1）模型具有數(shù)據(jù)需求少、精度高、運算簡便、適用范圍廣和預(yù)測效果好等優(yōu)點，適用于指數(shù)增長型的中短期預(yù)測。模型精度通過殘差檢驗進行評估，主要評估指標(biāo)有后驗差比c和小誤差概率p。若c≤0.65且p≥0.70，模型精度合格。

2 結(jié)果和分析

寶雞市土地利用類型分為6種，即耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地。2005—2020年，寶雞市耕地面積不斷減少，草地、林地面積相對增加，建設(shè)用地面積逐漸擴大。其間，耕地和林地的單一土地利用動態(tài)度減少，而草地、水體、建設(shè)用地和未利用地的動態(tài)度增加。隨著城市化進程的加快，建設(shè)用地大量擠占耕地和林地。2005—2020年，各類土地面積不是單一變化的。草地面積先下降，后趨于穩(wěn)定，再逐漸增加；耕地和林地面積逐漸減小，但趨于平穩(wěn)。耕地主要轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸睾徒ㄔO(shè)用地，轉(zhuǎn)出面積分別為117.144 4 km2、115.583 4 km2。建設(shè)用地面積不斷增加，但以犧牲耕地為代價。增加的林地大部分由耕地、草地轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)入面積分別為37.287 5 km2、136.765 8 km2。草地主要轉(zhuǎn)出為耕地和林地，變化不顯著。增加的水域大部分由耕地轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)入面積為7.062 2 km2。

2.1 2005—2020年土地利用和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)規(guī)律

數(shù)據(jù)顯示，寶雞市土地利用綜合指數(shù)由2005年的0.132 5上漲到2020年的0.886 3，生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)從2005年的0.336 8下降到2020年的0.336 4。2005—2020年，寶雞市土地利用和生態(tài)環(huán)境的耦合度和耦合協(xié)調(diào)度不斷提高。耦合度從2005年的0.225 8增長到2020年的0.861 4，耦合類型由原來的勉強耦合（土地利用發(fā)展滯后）逐步演變?yōu)榱己民詈希ㄉ鷳B(tài)環(huán)境發(fā)展滯后）。耦合協(xié)調(diào)度由2005年的0.333 9增長到2020年的0.873 9，耦合協(xié)調(diào)類型從中度失調(diào)逐步轉(zhuǎn)向良好協(xié)調(diào)。

2.2 2021—2025年土地利用和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)預(yù)測

結(jié)合2005—2020年土地利用和生態(tài)環(huán)境耦合規(guī)律的分析結(jié)果，通過殘差檢驗評估模型精度。數(shù)據(jù)顯示，土地利用綜合指數(shù)的后驗差比c為0.038 6，小誤差概率p為1.000，殘差均值為0.000 56；生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)的后驗差比c為0.116 4，小誤差概率p為0.938，殘差均值為0.000 10。根據(jù)精度要求，該模型預(yù)測效果較好，不需要進行修正。隨著城市化進程的加快，人口和資源不斷涌入，土地開發(fā)利用強度將會增大。根據(jù)預(yù)測結(jié)果，2021—2025年，寶雞市土地利用綜合指數(shù)和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)均不斷上升，但生態(tài)環(huán)境的發(fā)展明顯滯后于土地利用。

3 結(jié)論

2005—2020年，寶雞市土地利用水平持續(xù)上升，但生態(tài)環(huán)境發(fā)展相對滯后，土地利用和生態(tài)環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)類型從中度失調(diào)逐步轉(zhuǎn)向良好協(xié)調(diào)。目前，寶雞市正致力于提升土地利用效率，同時保護生態(tài)環(huán)境。然而，大量耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，未利用地開發(fā)不足，生態(tài)涵養(yǎng)能力不強。隨著城市化的發(fā)展，土地開發(fā)利用強度將會增加，生態(tài)環(huán)境保護要求不斷提升。2021—2025年，寶雞市土地利用綜合指數(shù)和生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)將繼續(xù)提升。為了切實增強土地利用和環(huán)境保護的協(xié)調(diào)性，寶雞市必須全面考量自身優(yōu)勢與用地格局，提升城市規(guī)劃功能，盤活存量用地，提升城市土地利用效率。同時，要積極推動美麗寶雞建設(shè)，堅持對山水林田湖草沙進行統(tǒng)一管理，劃定并嚴守生態(tài)保護紅線，探索綠色低碳的發(fā)展方式，最終實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟的高質(zhì)量發(fā)展。

參考文獻

1 董 東，羅 毅，顧康康.“三生空間”視角下長江三角洲城市群土地利用轉(zhuǎn)型生態(tài)環(huán)境效應(yīng)時空分異及驅(qū)動力[J].長江流域資源與環(huán)境，2023（8）：1664-1676.

2 宋長青，程昌秀，楊曉帆，等.理解地理“耦合”實現(xiàn)地理“集成”[J].地理學(xué)報，2020（1）：3-13.

3 薩 娜，趙金羽，寇旭揚，等.“山水林田湖草沙生命共同體”耦合框架、模型與展望[J].生態(tài)學(xué)報，2023（11）：4333-4343.

4 潘 潔.土地利用和生態(tài)環(huán)境的耦合關(guān)系研究[D].淄博：山東理工大學(xué)，2022：25-26.