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基于圖譜分析的福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合關(guān)系研究*

2010-01-08 02:34:14林秀春徐永輝
海峽科學(xué) 2010年10期
關(guān)鍵詞:發(fā)展

陳 菁 林秀春 徐永輝

基于圖譜分析的福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合關(guān)系研究*

陳 菁 林秀春 徐永輝

莆田學(xué)院環(huán)境與生命科學(xué)系

根據(jù)福建省城市化和生態(tài)環(huán)境的特征,分別從人口城市化、經(jīng)濟(jì)城市化、社會城市化、空間城市化和生態(tài)環(huán)境水平、生態(tài)環(huán)境壓力、生態(tài)環(huán)境保護(hù)共7個方面進(jìn)行福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合指標(biāo)體系的構(gòu)建。利用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重,建立耦合度和耦合協(xié)調(diào)度模型,對福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合關(guān)系進(jìn)行定量分析,以地學(xué)信息圖譜的方法進(jìn)行圖譜分析。研究結(jié)果表明:(1)福建省的市轄區(qū)的耦合度優(yōu)良而下屬的縣區(qū)情況比較差,區(qū)域間的不平衡發(fā)展明顯;(2)福建省的城市化和生態(tài)環(huán)境交互耦合的時序基本處于頡頏時期,但耦合度明顯存在地域差異;(3)福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合關(guān)系比較好,協(xié)調(diào)度比較高,以中強(qiáng)度中協(xié)調(diào)的地區(qū)居多,低強(qiáng)度低協(xié)調(diào)的地區(qū)比較少,生態(tài)環(huán)境和城市化的整體協(xié)同效應(yīng)比較好。

生態(tài)環(huán)境 城市化 耦合 地學(xué)信息圖譜 福建省

城市化是指人口向城市地區(qū)集中和農(nóng)村地區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘械貐^(qū)的過程[1]。城市化具有多維涵義,它主要包括人口遷移、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、空間擴(kuò)張和生活提高之間互相聯(lián)系、互相促進(jìn)。其中,經(jīng)濟(jì)發(fā)展是基礎(chǔ),人口遷移和地域擴(kuò)張是表現(xiàn),生活水平提高是最終結(jié)果或目標(biāo)[2]。而生態(tài)環(huán)境是指與生物體相互作用的資源環(huán)境或與生物體進(jìn)行物質(zhì)能量流動眾多因素的集合[3]。根據(jù)生態(tài)環(huán)境諸要素對城市化的不同作用,可將生態(tài)環(huán)境劃分為生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀、生態(tài)環(huán)境壓力和生態(tài)環(huán)境保護(hù)。城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系就是城市化中的人口、經(jīng)濟(jì)、空間和社會城市化的4個方面與生態(tài)環(huán)境的3個子環(huán)境之間的相互作用、相互耦合中形成的。城市化與生態(tài)環(huán)境是一種相互作用、交互耦合的關(guān)系。其人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源能源消耗和城市的地域擴(kuò)張都對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生脅迫作用,而另一方面,生態(tài)環(huán)境通過環(huán)境選擇、人口遷移、資金分配、政策制度影響和環(huán)境變化等都對城市化的進(jìn)程產(chǎn)生約束作用。

地學(xué)信息圖譜是進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來,由著名地理學(xué)家陳述彭等首次提出,是中國科學(xué)家首創(chuàng)的一種新概念和新方法[4-6]。地學(xué)信息圖譜是按照一定指標(biāo)遞變規(guī)律或分類規(guī)律排列的一組能夠反映地球科學(xué)時空信息規(guī)律的數(shù)字形式的地圖、圖表、曲線或圖象[7]。運用城市化和生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)與動態(tài)數(shù)據(jù)庫的大量數(shù)字信息,經(jīng)過圖形思維與抽象概括,并以計算機(jī)多維動態(tài)可視化技術(shù),顯示城市化和生態(tài)環(huán)境耦合的空間形態(tài)結(jié)構(gòu)與時空變化規(guī)律[8-9]。本文主要通過城市化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系的研究,結(jié)合地學(xué)信息圖譜的方法論,利用耦合度和耦合協(xié)調(diào)度模型,對城市化和生態(tài)環(huán)境之間的耦合關(guān)系進(jìn)行定量分析,以圖譜的形式來表達(dá)二者之間的耦合關(guān)系。

1 研究區(qū)概況

福建省地處中國東南部,陸域介于北緯23°30′至28°22′,東經(jīng)115°50′至120°40′之間,氣候溫和,雨量充沛,擁有豐富的自然資源。福建省人均土地資源和耕地面積遠(yuǎn)低于全國平均水平,人地矛盾突出。近十年來,土地利用/土地覆蓋結(jié)構(gòu)變化劇烈,耕地面積銳減,居民點和工礦用地和園地迅速擴(kuò)大,交通用地顯著增加,未利用地大面積開發(fā),土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整余地十分狹小。福建地表水資源比較豐富,但時空差異較大,洪澇干旱災(zāi)害頻繁發(fā)生,沿海水資源供需平衡矛盾突出,對局部生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定壓力。

福建省城市化水平存在明顯的區(qū)域差異。首先,最主要的差異體現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體水平的差異,閩東南沿海地區(qū)和內(nèi)地沿主要交通干線地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平普遍高于閩西北、閩東北欠發(fā)達(dá)地區(qū)。其次,進(jìn)一步的差異主要體現(xiàn)為 “人口城市化水平”和“城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)”的差異。在工業(yè)化基礎(chǔ)較好的地區(qū),第三產(chǎn)業(yè)興旺發(fā)達(dá),城鎮(zhèn)體系完善,這都是城市化進(jìn)程深化的表現(xiàn),是城市化向后城市化階段過渡的標(biāo)志,如福州市。但在一些工業(yè)基礎(chǔ)較薄弱地區(qū),或?qū)R月糜螛I(yè)等第三產(chǎn)業(yè)為支柱產(chǎn)業(yè)的地區(qū),盡管城市化總體水平不高,但第三產(chǎn)業(yè)與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比卻較高,如武夷山市、寧德市,這是一種具有地方特色的城市化道路[10]。

2 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合關(guān)系模型的建立

2.1 生態(tài)環(huán)境與城市化耦合指標(biāo)體系的建立

本研究所使用的數(shù)據(jù)主要包括福建省及其各地市的2007年統(tǒng)計年鑒及統(tǒng)計公報,空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用國家1:100萬電子自然地圖集。利用SPSS 16.0軟件對各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理以消除量綱的影響。由于城市化與生態(tài)環(huán)境之間存在著耦合、互動的關(guān)系,為了揭示它們之間發(fā)展的耦合強(qiáng)度與協(xié)調(diào)程度,本著指標(biāo)選取的主導(dǎo)性、層次性、動態(tài)性和可操作性原則,分別對區(qū)域城市化和生態(tài)環(huán)境指標(biāo)予以篩選,建立指標(biāo)體系,如表1。

采用層次分析法確定指標(biāo)體系中各個指標(biāo)的權(quán)重。通過幾位專家對各個指標(biāo)進(jìn)行的評分之后,求得評價因子的權(quán)重,利用指標(biāo)矩陣R和權(quán)重計算公式⑴,通過評定各指標(biāo)的相對重要性,然后數(shù)量化確定各評價因子的權(quán)重Wi。具體公式如下:

通過專家的評分和公式處理完數(shù)據(jù)后,可以得到各個指標(biāo)的權(quán)重。具體各個指標(biāo)的權(quán)重見表1。

2.2 耦合關(guān)系模型的建立

耦合度就是描述系統(tǒng)或要素相互彼此作用影響的程度。系統(tǒng)由無序走向有序機(jī)理的關(guān)鍵在于系統(tǒng)內(nèi)部序參量之間的協(xié)同作用,它左右著系統(tǒng)相變的特征與規(guī)律,耦合度正是反映這種協(xié)同作用的度量[11]。由此,可以把城市化與生態(tài)環(huán)境兩個系統(tǒng)通過各自的耦合元素產(chǎn)生相互彼此影響的程度定義為城市—生態(tài)環(huán)境耦合度[12],它的大小反映了對區(qū)域社會—經(jīng)濟(jì)—環(huán)境系統(tǒng)的作用強(qiáng)度和貢獻(xiàn)程度[13]。二者是一種相互作用、交互耦合的關(guān)系。本文中的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合交互作用的模型由兩部分組成,即耦合度模型與耦合度協(xié)調(diào)度模型[14]。

2.2.1耦合度模型

借鑒物理學(xué)中的容量耦合概念及容量耦合系數(shù)模型,可以得到城市化與生態(tài)環(huán)境的耦合度函數(shù)[15],如公式(2)、(3):

表1 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合指標(biāo)及其各層次權(quán)重分配表

2.2.2 耦合協(xié)調(diào)度模型

由于每個地區(qū)的城市化與生態(tài)環(huán)境建設(shè)得影響因素都有其交錯復(fù)雜、變化和不均衡的特性,單純依靠耦合度判別有可能產(chǎn)生誤導(dǎo),為此,構(gòu)造城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度函數(shù)[17],其目的是評判區(qū)域城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的協(xié)調(diào)程度,其算法如公式(4)。

3 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合關(guān)系的圖譜分析

3.1 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合關(guān)系的空間格局分析

利用耦合度和耦合協(xié)調(diào)度模型計算福建省各縣市的耦合指標(biāo)的結(jié)果如表3所示。根據(jù)表3利用地學(xué)信息圖譜的方法建立耦合度和耦合協(xié)調(diào)度的空間格局圖如圖1和圖2所示。

(1)2007年福建各個市區(qū)的城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合的時序基本處在頡頏時期,但耦合度明顯存在著地域差異,如圖2所示。依據(jù)大小排序?qū)Φ貐^(qū)的耦合強(qiáng)度進(jìn)行劃分,可將福建67個縣市劃分為3類:①高強(qiáng)度耦合作用地區(qū);②低強(qiáng)度耦合作用地區(qū);③中等耦合強(qiáng)度的其它地區(qū)。

(2)耦合協(xié)調(diào)度數(shù)值較小說明城市發(fā)展與生態(tài)環(huán)境建設(shè)的目標(biāo)不盡一致,相互協(xié)調(diào)程度不夠。如圖1所示,從2007年福建耦合協(xié)調(diào)度的空間分布看,不僅福建省城市化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)的類型存在地區(qū)差異,而且耦合協(xié)調(diào)的程度也明顯存在著地域差異,市轄區(qū)的協(xié)調(diào)發(fā)展程度普遍高于其它地區(qū)。結(jié)合耦合協(xié)調(diào)度區(qū)間劃分的標(biāo)準(zhǔn),可以將福建省67個縣市劃分為三類:①高度協(xié)調(diào)的地區(qū),說明城市化與生態(tài)環(huán)境同步型、較理想;②低度協(xié)調(diào)地區(qū),說明城市化發(fā)展超前型、超過生態(tài)環(huán)境承載力閾值范圍內(nèi);③中度協(xié)調(diào)省區(qū),說明城市化發(fā)展滯后型、保持在環(huán)境承載力閾值內(nèi)。

表3 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合綜合評價結(jié)果表

圖1 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合度空間格局圖

圖2 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合協(xié)調(diào)度空間格局圖

圖3 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合強(qiáng)度與耦合協(xié)調(diào)程度分級面積比

(3)對比圖1、圖2可得知,2007年福建省城市化與生態(tài)環(huán)境耦合強(qiáng)度與耦合協(xié)調(diào)程度在空間分布不具有對稱性,依據(jù)耦合度和耦合協(xié)調(diào)度的組合可以將67個地區(qū)劃分為8類,其分級面積比見圖3:①高強(qiáng)度耦合高水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,主要是大部分市轄區(qū),屬于福建省經(jīng)濟(jì)發(fā)展最高水平地區(qū),其城市—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)環(huán)境顯示出互相促進(jìn),相互發(fā)展的態(tài)勢;②高強(qiáng)度耦合中等水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括莆田市轄區(qū)、寧德市轄區(qū)等一些經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)區(qū)域,其城市化發(fā)展與生態(tài)環(huán)境建設(shè)也顯得較為和諧;③高強(qiáng)度耦合低水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括永定、周寧兩地區(qū),這兩個地區(qū)城市化水平得到迅速提高,但由于本地生態(tài)環(huán)境承載力的限制,其城市化與生態(tài)環(huán)境共同發(fā)展的協(xié)調(diào)程度很差,急需改變發(fā)展方式調(diào)整二者的發(fā)展關(guān)系;④中等強(qiáng)度耦合高水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括明溪地區(qū),城市化得到較快的提高,并且當(dāng)?shù)乇旧淼沫h(huán)境承載力較強(qiáng)。⑤中等強(qiáng)度耦合中等水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括建甌、長泰、華安、仙游等地區(qū),由于這些地區(qū)城市化發(fā)展已有一定歷史基礎(chǔ),它們的城市化與生態(tài)環(huán)境建設(shè)協(xié)調(diào)已經(jīng)處于一定適度范圍內(nèi);⑥中等強(qiáng)度耦合低水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括上杭、柘榮等地區(qū),它們都是城市化發(fā)展基礎(chǔ)較差的地區(qū),近年來在快速推進(jìn)城市化進(jìn)程中導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境破壞,與城市建設(shè)不協(xié)調(diào);⑦低強(qiáng)度耦合中水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括閩侯、武平、連城等地區(qū),經(jīng)濟(jì)落后,但生態(tài)環(huán)境的建設(shè)卻有足夠的重視。⑧低強(qiáng)度耦合低水平協(xié)調(diào)發(fā)展型,包括壽寧、尤溪、清流等地區(qū),是福建省經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后地區(qū),由于歷史和自然條件的限制,其城市化與生態(tài)環(huán)境建設(shè)壓力都很大,這些區(qū)域目前也急需要調(diào)整發(fā)展方式。

3.2 福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合關(guān)系的區(qū)域分異狀況分析

圖4 福建省各地市生態(tài)環(huán)境與城市化耦合強(qiáng)度與耦合協(xié)調(diào)程度分級面積比

從各地市的地區(qū)分異來看,如圖4所示:(1)廈門市的耦合協(xié)調(diào)度和耦合度都很好,是高強(qiáng)度高協(xié)調(diào)的地區(qū)。事實上,廈門高強(qiáng)度高協(xié)調(diào)的耦合現(xiàn)狀是依靠該地區(qū)發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)支撐著。(2)福州市的耦合程度從圖4中可以看出,該地區(qū)的中強(qiáng)度中協(xié)調(diào)的面積比較大,其次是低強(qiáng)度中協(xié)調(diào)和低強(qiáng)度低協(xié)調(diào)程度,高的協(xié)調(diào)度和耦合度在該地區(qū)所占的面積比較小。(3)莆田市地區(qū)的耦合和協(xié)調(diào)程度相對比較好,莆田市的人口城市化指數(shù)很低,這就制約著莆田的城市化發(fā)展。在協(xié)調(diào)程度上,雖然莆田市是中等協(xié)調(diào)程度,但環(huán)境污染卻較重,這說明它是典型的以犧牲生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為代價來換取經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,還是走先污染再治理的老路。(4)三明市各地區(qū)的耦合和協(xié)調(diào)度情況主要呈低強(qiáng)度低協(xié)調(diào)的程度的狀態(tài)。雖然在生態(tài)環(huán)境水平上該地區(qū)指數(shù)都比較高,但是由于對環(huán)境的保護(hù)不重視,導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境的破壞。環(huán)境的破壞也大大影響了城市化的進(jìn)程,使得二者不能建立一種很好的協(xié)調(diào)耦合關(guān)系。(5)泉州市地區(qū)整體耦合強(qiáng)度和協(xié)調(diào)程度良好。在圖4中,該市耦合度與協(xié)調(diào)度等級主要是高強(qiáng)度中協(xié)調(diào)、高強(qiáng)度高協(xié)調(diào)和中強(qiáng)度中協(xié)調(diào)這三個程度等級上面。(6)漳州市地區(qū)耦合強(qiáng)度和耦合協(xié)調(diào)程度主要集中分布在中強(qiáng)度中協(xié)調(diào)度和低強(qiáng)度中協(xié)調(diào)度上。在該地區(qū)突出的一點是環(huán)境壓力總體上都很大,單方面的發(fā)展城市化,忽視了生態(tài)環(huán)境的保護(hù),使得環(huán)境失衡。所以,未來這個地區(qū)的工作重點應(yīng)放在減少生態(tài)環(huán)境壓力這方面。(7)南平市協(xié)調(diào)程度都在中等程度以上,城市化和生態(tài)環(huán)境二者的整體協(xié)同效應(yīng)是比較好的。(8)龍巖市地區(qū)的耦合強(qiáng)度和協(xié)調(diào)度的面積比分布較分散,程度等級分布也很分散。可以充分發(fā)揮其生態(tài)環(huán)境水平的優(yōu)勢,加快該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,良性增加該地區(qū)的人口密度,利用生態(tài)環(huán)境的優(yōu)勢來帶動該地區(qū)的城市化發(fā)展。(9)寧德市協(xié)調(diào)程度都是在中低水平,城市化與生態(tài)環(huán)境的整體協(xié)同效應(yīng)不好,城市化不能很好協(xié)同生態(tài)環(huán)境的發(fā)展。因此,在城市化與生態(tài)環(huán)境的發(fā)展中,既要加大人口城市化也要注意保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

4 結(jié)論

在本次生態(tài)環(huán)境和城市化耦合關(guān)系的研究中,將地學(xué)信息圖譜和層次分析法相結(jié)合,充分發(fā)揮信息圖譜的空間分析能力和層次分析法善于多要素綜合評價的長處,實現(xiàn)圖譜和數(shù)學(xué)模型的結(jié)合,以圖形與譜系的方式來表達(dá)生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量,建立福建省生態(tài)環(huán)境和城市化耦合關(guān)系信息圖譜,并分別從綜合評價的等級圖譜、綜合評價指標(biāo)的相關(guān)性及各個地區(qū)的具體現(xiàn)實情況三方面對福建省的生態(tài)環(huán)境和城市化耦合關(guān)系進(jìn)行深入的分析,具體分析了各個地區(qū)的生態(tài)環(huán)境和城市化耦合關(guān)系的情況和存在的問題,并就具體的問題提出具體的解決方案,為生態(tài)環(huán)境和城市化耦合關(guān)系研究提供了新思路。

從福建省的總體情況來看有這樣的一些特點:

(1)一個地區(qū)的市轄區(qū)的耦合程度優(yōu)良而下屬的幾個縣區(qū)的情況比較差,區(qū)域間的不平衡發(fā)展是一個很大的問題,一個地區(qū)不能只發(fā)展龍頭區(qū)域,轄區(qū)的發(fā)展也要能帶動地方縣區(qū)的共同發(fā)展。

(2)福建省的人口城市化、空間城市化和生態(tài)環(huán)境水平優(yōu)良所占的比例比較高。福建省是全國植被覆蓋率最高的一個省份,這對生態(tài)環(huán)境水平有良好的促進(jìn)作用,也是一個巨大的生態(tài)環(huán)境優(yōu)勢。雖然人口城市化的指數(shù)高的地區(qū)比較多,但是福建省人口密度的分布不均勻,形成兩極分化,高的上千,低的只有幾十。密度高的都主要集中在沿海的幾個比較發(fā)達(dá)的城市。應(yīng)大力推動人口向內(nèi)地遷移。推動空間城市化的動力來自人口密度,而推動人口密度平衡發(fā)展的動力來自于經(jīng)濟(jì)的平衡發(fā)展。社會城市化是福建省的主要薄弱環(huán)節(jié)。

(3)從整體上看福建省生態(tài)環(huán)境與城市化的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系,中強(qiáng)度中協(xié)調(diào)的地區(qū)比較多,低強(qiáng)度低協(xié)調(diào)的地區(qū)比較少。福建省生態(tài)環(huán)境與城市化耦合關(guān)系較好,協(xié)調(diào)度比較高,生態(tài)環(huán)境和城市化的整體協(xié)同效應(yīng)比較好。二者協(xié)同發(fā)展的能力比較強(qiáng),對于福建省這個高森林覆蓋率的省份,是一個很好的契機(jī)。

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國家自然科學(xué)基金項目(40971273);福建省自然科學(xué)基金項目(2009J01221);福建省教育廳項目(JK2009032;JA08202)資助。

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