基于EKC模型的經濟增長與城市土地生態安全關系研究

王鵬，曾輝,

1. 北京大學城市規劃與設計學院，廣東 深圳 518055；2. 北京大學城市與環境學院，北京 100871

土地生態安全是指陸地表層由各種有機物和無機物構成的土地生態系統的結構沒有受到破壞，同時為人類提供服務的質量和數量能夠持續滿足人類生存和發展需要的一種系統賦存狀態，是土地資源可持續利用的重要研究內容[1-2]?，F有研究表明土地生態安全狀態的變化通常受到社會、自然和經濟因素的組合影響，需要篩選合適的手段，建立土地生態安全水平與各類影響因素之間的響應關系，以期弄清土地生態安全的各類關鍵性影響因素及其作用機制，為土地管理提供科學的決策依據。

環境庫茲涅其曲線(EKC)在上個世紀90年代被提出來用以反映人均收入與某些環境指標的相關關系。EKC模型顯示環境指標的變化隨著經濟的增長呈倒“U”型分布，即在一定發展水平下，環境逐漸惡化的趨勢將隨著經濟發展達到一定水平后出現拐點，此后的環境狀況將呈現逐步好轉的趨勢[3]。近年來這一方法也被用于評價區域土地安全水平與社會經濟增長之間的關系，但由于評價因子選擇、地區差異、數據積累年限和判定標準等方面缺乏統一標準，不同地區的研究結論差別較大。本文嘗試選擇一些有代表性的城市，利用EKC模型思路，在進行必要的數據標準化處理的基礎上，綜合分析城市尺度土地生態安全水平與經濟增長之間的關聯關系并進行成因探討，以期更好地剖析土地生態安全隨社會經濟發展的動態趨勢，為相關理論和實踐研究提供積累和借鑒。

1 模型、數據與研究方法

1.1 模型構建

反映經濟變化的自變量用區域人均GDP來表示[4]，區域土地生態安全水平將使用多因子層次分析法獲得的綜合土地生態安全值來反映[5]。經典的EKC模型因變量是某種環境質量指標與經濟增長的擬合，通常指標越大反映出環境質量越差，因此經典模型曲線為倒“U”型。本模型中綜合生態安全值越高反映區域土地生態安全狀況越好，如果EKC模型機理在本項研究中成立的話，模型曲線應呈正“U”型。

1.2 數據來源

本文選取6個國內土地生態安全研究的案例城市數據作為本項研究的基礎數據源，這些研究案例具有如下特點：（1）所選取案例都采用土地生態安全評價指標體系進行了評價，具有共通的邏輯評價基礎和一定的可比性；（2）選取的案例都是以全市范圍為研究對象；（3）案例的研究時序至少為5 a的實際評價(不使用預測值)；（4）不同案例選用的評價指標和對指標賦予的權重存在細微的差別，評價指標從16個到21個不等(表1)。土地生態安全值所選案例城市分別為哈爾濱[6]、雙鴨山[7]、成都[8]、重慶[9]、南充[10]和西安[11]6個城市，人均GDP數據來源選自相關省份、城市等統計年鑒。

需要說明的是，6個案例城市盡管因為城市社會經濟發展和資源環境條件差異，土地生態安全評價的指標選取有所不同，但各城市所選指標基本可以歸并為土地自然生態安全、土地社會生態安全、土地經濟生態安全和土地環境生態安全4個方面。土地自然生態安全層面包括如森林綠地覆蓋率、人均耕地等指標內容，主要反映對土地對自然資源的人均或地均保有量；土地社會生態安全層面包括人口密度、產業就業比例等指標，反映了社會資源的人均分配狀況；土地經濟生態安全包括人均GDP、地均擁有動力等指標，這些指標反映了在土地方面人均或地均的投入或產出狀況；土地環境生態安全層面包括廢水、固廢的回收處理率、化肥施用量、水土流失等指標，這類指標表征了土地利用所面臨的環境風險狀況。從這一層面看，各城市的評估結果還是具有一定的橫向比較基礎的。

1.3 數據處理方法

1.3.1 數據標準化處理

為使不同城市土地生態安全值具有相互的可比性，首先將案例城市的土地生態安全值進行數據標準化處理。不同城市的土地生態安全值的差異體現在兩個方面，一是由于指標權重和選取指標層的差異使得年際間的數值變化速率存在差異；二是由于數據標準化的方法差異，導致不同城市的安全評價標準值存在差異。針對上述問題，本文采用的標準化方法是，首先解決變化速率的差異，將每一個城市在評價區間的最低值定為0%，最大值定為100%，使各個城市的生態安全值都在0~1的相同變化范圍內；然后基于相同人均GDP收入范圍內的土地生態安全水平具有相對一致的假設，將各個城市的數據統一到相同的標準范圍內。

1.3.2 數據擬合

通過EXCEL和SPSS軟件系統，以人均GDP為自變量x，分別以上述選取的城市標準化后的土地生態安全值為因變量y，進行曲線回歸模擬。為了使分析全面、客觀，本文選用線性、二次多項式曲線、三次多項式和對數函數等多種曲線模型擬合。根據曲線擬合結果、模型檢驗參數，在各個函數模型中進行優選。

2 結果

2.1 案例城市土地生態安全值與人均GDP的擬合結果

表1 不同案例城市所選土地生態安全評價指標 Table 1 Urban land ecological security evaluation index

案例城市土地生態安全值與人均GDP的擬合結果如圖1所示，擬合結果參數如表1所示。表1中F值通過95%置信度檢測，擬合方程具有統計意義。比較各種擬合的R2值可以看出，不同城市Cubic三次多項式和對數函數具有較好的擬合效果。擬合結果表明各案例城市土地生態安全水平與經濟增長之間的關系均與EKC經典的倒U型擬合關系有顯著差異。

圖1 城市土地生態安全與人均GDP擬合結果 Fig. 1 Urban land ecological security and per capita GDP fitting results

2.2 綜合擬合結果

標準化后各個城市土地生態安全值具有可比性，各城市綜合土地生態安全水平與人均GDP的關系如圖2所示，相關擬合參數參見表2。從表2中可以看出，所有城市的綜合擬合結果中，對數函數具有最好的相關性，且其擬合結果同樣不符合EKC的規律。

2.3 各案例城市及其綜合擬合結果的時序特征

圖2 標準化土地生態安全值與人均GDP關系 Fig. 2 Standardization land ecological secure value and per capita GDP

各個城市的擬合方程和區間變化規律如表3所示。線性擬合顯示所有城市在研究區間內均表現出單調上升的狀態，即隨著經濟的增長，城市的土地安全值升高，城市的整體生態安全水平顯著提高。二次多項式的擬合呈現兩種狀態，除雙鴨山外，其他5個城市處于函數單調上升的區間；雙鴨山市的擬合結果是先遞增后遞減，即出現極大值拐點。三次多項式擬合結果則存在3種狀態：雙鴨山、重慶、成都和南充4市均表現為單調遞增的狀態；西安的擬合結果是先遞增后遞減出現峰值；哈爾濱則呈現先遞減再遞增的低谷。綜合結果的所有擬合曲線均顯示為單調遞增狀態。

表2 城市土地生態安全擬合曲線估計參數 Table 2 Urban land ecological security fitting curve parameters

3 討論

3.1 研究結果的一般趨勢總結

研究結果表明，案例城市的綜合土地生態安全狀況隨著區域社會經濟的發展逐步得到提高，少數案例城市出現的顯著波動（如西安1999—2000年區間和2003—2005年區間）。經仔細分析其評價指標選取和統計數據發現，這種波動是因為短時間內人口數量、土地利用結構和社會固定資產投資等關鍵指標因內外部因素的影響而出現劇烈變化的短期結果。標準化后6個城市的綜合結果顯示，土地生態安全水平隨社會經濟發展而呈現出顯著單調上升趨勢。說明過去一段時間內，我國市域范圍內土地生態安全水平得到不斷提升具有一定的普遍性，并且同等發展水平下，不同地區的土地生態安全水平也的確表現出明顯的趨同性。

表3 城市土地生態安全與人均GDP擬合方程 Table 3 Urban land ecological security and per capita GDP fitting equation

各案例城市乃至綜合評價結果均表明土地生態安全水平與區域經濟增長的擬合關系不符合EKC的規律，即土地綜合生態安全指標不具有單項環境污染指標的變化特征。從不同樣本的整體評價指標體系構成看，土地生態安全水平受到自然、經濟和社會因素的共同作用。盡管有研究表明某些指標具有EKC模型的變化規律[12-14]，但其隨著社會經濟發展進程的拐點出現位置可能差異較大，表現出綜合的評價結果不符合EKC規律[15-17]。加上一些社會經濟指標不具有EKC的經典變化規律，導致多指標權重疊加后得出的土地生態安全水平隨經濟增長的變化規律不滿足EKC模型。

分析不同城市的土地生態安全評價因子選擇不難發現(表1)，不同性質的評價因子隨社會經濟發展的動態變化差異非常明顯且交互作用復雜。土地自然生態評價因子通常符合EKC的變化規律，這一點已經為研究所證實[18]；土地社會評價因子通常受到人為調控的影響，一般不存在和經濟增長的直接因果變化關系；土地經濟評價因子通常隨著經濟的增長而呈現正相關關系，所以不符合EKC式的變化模式；土地生態環境因子可能會隨著經濟增長而出現拐點，并呈現出不斷改良的趨勢。然而，這類因子也可能會因為階段性發展需求迫切而出現反復，或者拐點遲遲難以顯現的狀況。

3.2 關于土地生態安全水平不斷提升的成因思考

土地生態安全水平隨著經濟增長而趨于提高，表明經濟發展并不會導致土地生態安全風險的必然增加，相反社會經濟的持續進步可能是解決資源環境問題，提高土地生態安全水平的必由之路[19]。根據本項研究的初步成果，總結國內外相關研究積累不難發現，經濟發展對土地生態安全水平的提高主要源于技術進步、經濟結構變化和人們對環境服務的需求[20]等3個方面的拉動作用。

首先，在市場需求、資源環境等條件相對穩定的前提下，技術的進步可以削減生產成本、提高產率或減少污染，從而減小社會經濟發展的資源環境壓力。不過，技術進步因素的作用效果往往受到市場剛性需求變化的強烈影響[21]，例如，近百年來汽車在能源利用效率提升幅度巨大，但需求激增仍使得汽車的總體能耗在不斷增加[22]。因此技術進步在EKC模型拐點上的作用效果通常受到市場剛性需求的影響，但在土地生態安全管理上，技術進步有利于土地資源的合理保護和利用，這點毋庸置疑。

第二，隨著經濟的發展帶來產業結構的變化，即污染性產業向區域外轉移使得區域生態安全狀況改良。本研究結果顯示各區域內生態安全狀況日趨良好，其中一個原因是生態資源消耗的產業向區域外轉移。這一結果的啟示在于，一方面經濟結構改變使得各個城市的生態安全狀況有所改善，但對于城市相關地區的影響有待研究；在更大的尺度上看，在全球經濟一體化的經濟結構變革中，我國作為一個發展中國家，可能長期扮演生態輸出的角色，其結果將是經濟不斷增長而看不到環境改良的拐點。調整我國所處的產業結構，創造高附加值、低環境成本的產業是生態與經濟的共同發展方向。

第三，對環境服務的需求也是土地生態安全改良原因之一。隨著經濟的增長，人們對生態安全的關注和需求日漸增加而產生改良的動力。然而值得注意的是，盡管人們對環境服務主觀上的需求能促進區域環境的改良，但對于某些生態風險能否被人們意識到或已意識到的風險能否在現有的科技水平下得到改善，是限制主觀環境服務需求動力的因素之一。另外，越來越多的生態環境問題解決需要大尺度的通力合作，一個區域內經濟增長帶來的環境服務需求作用不足以顯效。

4 結論

各個城市的土地生態安全綜合值與經濟增長存在顯著的相關關系，研究時段內土地生態安全水平普遍提高；各個城市隨著經濟的不斷增長，土地生態安全水平呈現先增長，后趨于平穩的動態變化格局。土地生態安全值與經濟增長關系不符合EKC模型的倒U型分布關系。

在技術進步、經濟結構變化和人們對環境服務需求等3方面因素作用下，經濟增長與土地生態安全值形成指數型相關關系。在土地安全管理方面，這3個因素也是調和經濟增長與生態安全的重點。

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