The Analysis of Coordinated Development between Land Intensive Use and Land Ecological Security: A Case of Chengdu City
Abstract
This study has been performed in order to analyze the coordinated degree and evolving trends of the land intensive use and land eco-security based on the statistical data from 1998 to 2007 in Chengdu city by Synergetios theory and dynamic coordinated degrees model. Results show that during the study period, the level of land intensive use and land ecological security both rose in Chengdu, the former continuing to raise, the overall increasing but some fluctuations in the latter. Dynamic coordinated degree in 10 years is between 8.99°~57.71° with a trend of rising firstly then dropping, undergoing the process from a relatively harmonious development to the best coordinated development, then to less coordinated development. From 2005, the coordinated degree between the two systems began to decline.
Keywords: Urban land intensive-use, Urban land ecological security, Coordinated degree
Introduction
China set off an upsurge of urban land intensive use since the 90s of 20th Century. Since China is in the period of transformation of social economy, land intensive use is often one-sided pursuit of inputs and outputs to maximize, ignoring land eco-system carrying capacity. Urban land intensive use is one of the major causes of land ecological security system changes and exert a significant pressure on it, such as land pollution, land deterioration and weakening or even loss of ecological function of land to affect urban land sustainable development. Urban land intensive use and urban land ecological security are a complicated antinomy unity, because the more intensive land use is, the higher the efficiency is, the more likely the land adversely affects the land ecological environment (Jing Wang and Xiao-mei Shao, 2008).Only if coordinating the relationship between urban land intensive use and urban land ecological security, it is more likely to achieve urban land sustainable development and sustainable development of human society. Therefore, there is a realistic significance for regional land sustainable use in studying on the coordinated degree between urban land intensive use and urban land ecologicalsecurity.
Regard to urban land intensive use and urban land ecological security, at present, little research exists on the combination between land intensive use and land ecological security, but a number of studies exist on the each subfield. A large body of research exists on urban land intensive use and land ecological security from qualitative analysis, but little research is from the quantitative point of view. Overseas researches have focused on the ecological concept throughout the course of land use, in which urban land use eco-school(Chapin F. S. and Kaiser E. J.,1967; Sheng-he Liu and Jianmin Zhou,2001) is the most representative school, whose research focused on urban planning(Cheng-long Dan and Qun Wang,2002), land-use control(Ye Cheng et al.,2003), agricultural land protection(Xian-wen Li and Pei Lin,2001; An-lu Zhang,2000) as well as sustainable land use(1993),etc.
Chinese scholars have also studied on eco-environmental problems in the process of land intensive use. For example, Xiu-ru Dong et al.(2006)deem that the reasonable land intensive use can promote the improvement of ecological environment, sustainable land use requirements the combination of intensive land use and improving the ecological environment. Some scholars think that urban land intensive use not only pursuits land output benefit, but also pays attention to avoid ecological environment deterioration on the point of view of the theory of urban sustainable development. Hong-ming Luo (2004) hold that the consistency between expansion of urban space and eco-system carrying capacity is a requirement of urban land intensive use. Xin-wei Liu et al. (2006) say that the connotation of urban land intensive use is to achieve the comprehensive benefits of economy, society, resource and ecology at the same time to improve land use efficiency. There is a rational limit during the course ofurbanlandintensive-use,notthemoreintensiveputinto,thebettertheresultis.
The hot point of the research is to set up the indicators reflecting the land sustainability and eco-environmental
benefits to evaluate the overall level of urban land intensive use, but the results only represent the overall land use intensity level, which could not further reflect deeply whether the level of urban land intensive use is coordinated with land ecological security level. Xiao-yan Wang et al. (2008), Ge Song et al.(2008) set up indicators reflecting the land sustainability and eco-environmental benefits to evaluate the overall level of city land intensive use. In order to reveal the interior coordination among the indicator system, Jin-tao Li et al.(2009)evaluate the level of urban land intensive use in Hubei province by DPSIR model, but the results only reflected the coordination between indicators simply, which could not further reflected the degree of coordination, as well as dynamic changetrend.
In order to identify the coordinated development level between urban land intensive use and land ecological security system, we take Chengdu City--the higher land intensive use level in Southwest China as the example, supported by the synergistic theory, systems theory and dynamic coordination degrees model. At last, we provide decision-making reference for the policy of coordinated development, promoting the sustainable and coordinatedevelopmentbetweenurba
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附录A 译文
土地集约利用与土地生态安全协调发展分析
——成都市案例分析
摘 要
这项研究是为了分析土地的协调程度和演变趋势而进行的，根据1998年至2007年成都市的统计资料，运用土地生态安全协同理论并构建动态协调度模型。结果表明，在研究期间，成都的土地集约利用和土地生态安全水平均在上涨，前者不断提高后者总体增加但有一些波动。10年之间的动态协调度在之间8.99°〜57.71°，首先呈上升趋势，正在从一个相对和谐的过程中进行发展到最好的协调发展，然后协调发展较少。从2005年开始两个系统之间的协调程度开始下降。
关键词：城市土地集约利用，城市土地生态安全，协调度
介 绍
20世纪90年代以来，中国崛起的城市土地集约利用高涨。由于中国处于社会经济转型期，土地集约利用往往是片面追求投入产出，忽视土地生态系统承载能力。城市土地集约利用是土地生态安全体系变化的主要原因之一，对土地污染，土地退化，土地生态功能的削弱甚至丧失影响城市土地可持续发展。城市土地集约利用和城市土地生态安全是一个复杂的反制团结，因为土地利用越多，效率就越高，土地对土地生态环境的影响就越大(Jing Wang and Xiao-Mei Shao, 2008).。只有协调城市土地集约利用与城市土地生态安全的关系，才更有可能实现城市土地可持续发展和人类社会的可持续发展。因此，区域土地可持续利用研究城市土地集约利用与城市土地生态安全协调程度具有现实意义。
对于城市土地集约利用和城市土地生态安全，目前土地集约利用与土地生态安全相结合的研究很少，但各区域存在着一些研究。通过定性分析，大量研究城市土地集约利用和土地生态安全，但从数量上来看，研究较少。海外研究侧重于土地利用过程中的生态概念，其中城市土地利用生态学（Chapin FSand Kaiser EJ，1967; Sheng-he Liu，Jian Min Zhou，2001）是最有代表性的学校，其研究 重点城市规划（Cheng-long Dan and Qun Wang，2002），土地利用管理（Ye Cheng et al。，2003），农业土地保护（Xian-Wen Li and Pei Lin，2001; An-Lu Zhang，2000 ）以及可持续土地利用（1993年）等。
中国学者还研究了土地集约利用过程中的生态环境问题。例如，秀鲁东等（2006）认为，合理的土地集约利用可以促进生态环境的改善，土地利用的可持续性要求是集约用地和改善生态环境的结合。一些学者认为，城市土地集约利用不仅追求土地产出效益，而且从城市可持续发展理论的角度来看，还要注意避免生态环境恶化。洪宏明（2004）认为城市空间扩展与生态系统承载能力的一致性是城市土地集约利用的要求。刘新伟等（2006）指出，城市土地集约利用的内涵是实现经济社会资源生态综合效益同时提高土地利用效率。城市土地集约利用过程中存在理性上的限制，而不是集约化程度越高，效果越好。
研究的热点是建立反映土地可持续发展和生态环境效益的指标，以评估城市土地集约利用的总体水平，但结果只是土地利用总体水平的总体水平，不能深入地反映城市土地集约利用水平与地质安全水平协调一致。王小燕等（2008），葛松等（2008）制定了反映土地可持续发展和生态环境效益的指标，以评估城市土地集约利用的总体水平。为了揭示指标体系之间的内部协调，李金涛等（2009）通过DPSIR模型对湖北省城市土地集约利用水平进行了评估，结果只反映了指标之间的协调，进一步体现了协调的程度，以及动态变化趋势。
为了确定城市土地集约利用与土地生态安全保障体系的协调发展水平，以成都市为例，以西南地区较高的土地集约利用水平为例，以协同理论，系统理论和动态协调度模型。最后，为协调发展政策提供决策参考，促进城市土地集约利用与土地生态安全保障体系的可持续协调发展。
- 理论和方法
1.1理论基础
1971年，德国物理学家赫尔曼·哈克（Hermann Haken）提出了Synergetios理论，认为系统的转换过程由系统控制参数决定，并通过内部系统的自组织实现，同时系统内部参数的协同作用 关键区域决定系统的序列和结构是什么样的(Yao-bin Liu, 2007)。系统的组织是一个动态发展过程，子系统和系统元素是互动和相互制约的(Yao-bin Liu,2007)。
系统的协调是系统各部分在时间和地域合理的时间向正向发展的功能，系统从无序转为秩序，实现子系统与系统要素之间良好的和谐状态（刘姚兵，2007）。从系统的角度来看，城市土地集约利用制度和土地生态安全保障体系相互作用，构建了“土地利用 - 生态安全”复合体系，在相互作用过程中具有协调的内部要求。
协调程度是子系统和系统要素的和谐程度。从协同学中我们可以知道，内部系统的协调程度参数决定了无序到秩序的趋势(Yao-bin Liu,2007)。城市土地集约利用制度和土地生态安全保障制度协调程度是区域土地集约利用 使用和土地生态安全在不同阶段土地集约利用。土地生态安全水平在不同的土地集约利用水平影响的程度上有很大差异，土地生态安全体系有其自身的变化，协调程度的特点是动态演变。为了分析给定时间段内的变化趋势，我们选择基于协同理论的动态协调度模型。系统动态协调度模型代表可变时间的特征，描绘了具有系统动态建模特征的几个子系统之间的动态变化(Yao-bin Liu,2007)。使用简单方便。 但是很难详细地提供更多的信息。因此，了解两个系统是否协调是一种可行而实用的方法（Guo-wei Wang，2000）。
1.2研究方法
动态协调度量度，系统动态建模特征，给定时间序列整体系统协调度的发展趋势和程度。按照一般制度理论，将城市土地集约利用制度和土地生态安全制度作为复合制度（Bertalanffy LV，1987），这种复合系统的演化速度是：
（1）
A是土地集约利用系统，B是土地生态安全系统，t是时间，这个复合系统的演化速度可以看作是V=f（VA，VB）的函数。我们可以研究动态整个复合系统与这两个子系统的协调关系。建立了基于VA和VB变量的协调系统，并在该协调系统中构建了V的变分轨迹。从公式1可以看出，VA和VB的夹角为：
（2）
在一个进化循环中，整个系统分为四个阶段（刁乔，创林芳，2005），当-90ordm;lt;alpha;lt;0ordm;时，整个系统处于低档共生阶段，土地集约利用实力较弱，土地生态承载能力较大。当0ordm;lt;alpha;lt;90ordm;时，整个系统处于协调发展阶段，土地集约利用制度和土地生态安全体系正在开始相互影响，共同发展。当alpha;=45ordm;时，这两个系统最为协调，当接近0°或90°时，系统协调性较差。当90ordm;lt;alpha;lt;180ordm;时，整个系统处于有限的发展阶段，土地生态环境恶化和土地集约利用程度将受到限制，这两个矛盾日益突出，加剧，最终导致了瓦解系统。当-180ordm;lt;alpha;lt;-90ordm;时，整个系统处于复兴阶段，土地集约利用制度和土地生态安全体系状况不佳。旧系统崩溃，新系统正在重新生成。
1.3研究区总体情况
成都是中国西部重要的中心城市，是西部开发的辐射点和总部，是全国先进城市，生态示范区占成都地区的81.1％。成都含9个区，四个市（县级市）六县，总流域面积1.239平方公里，2007年厚度2310人/平方公里。本研究以成都市中心区作为其对象，包括晋江区，金牛区，武汉区，青云区，成华区，龙泉驿区，青白江区，温江区，新都区。
1.4数据源
本文的数据来源于统计局1999年至2008年“中国城乡统计年鉴”，“四川统计年鉴”，“成都市年鉴”，“1999年至2008年中国区域经济统计年鉴”等统计资料。 和城市建设部门，由官方网站补充统计数据，保证数据的完整性和权威性。
1.5构建指标评价体系
参考国土资源信息中心（2006年土地和自然资源信息中心）和相关研究报告（“鲁能周”等人，2009年天明资源研究（2005）“中国可持续发展资源研究（2005） et al.2009;Bang-Xiong Xie，et al.2009;Hui-yong Wang，et al，2007），来自专家的访问和综合反馈，研究区域实际情况和研究目的，建立了城市土地集约利用和土地生态安全评估指标体系。城市土地集约利用水平主要取决于土地使用量，土地利用程度和土地利用效率水平，具体包括七个指标。城市土地生态安全水平确定主要通过压力 - 国家 - 反应概念模型，建立三个指标的三个指标，趋势指标分为积极和消极的趋势指标。园区绿地面积，绿地覆盖面积均呈阳性指标，表明土地生态系统的安全状况越好，价值越大。每平方公里，城市工业三废排放量为负数，说明这些指标越大，土地压力越大，土地生态环境越差（表1）。
- 结果
2.1土地集约利用和土地生态安全的测量与分析
本文通过因子分析法综合评价城市土地集约利用水平和土地生态安全。为了消除不同无量纲变量的影响，采用标准偏差法对样本数据进行标准化。土地集约利用水平综合评分从1998年到2007年，成都的土地生态安全水平如下（表2）。
系统综合评价结果仅为全年评估期的相对水平，可以是正值还是负数。结果为负数时，表明今年的发展水平低于研究期间的平均发展水平。综合评价结果表明，成都土地集约利用水平和土地生态安全水平均有上升，前者持续上涨，但后期有一些波动，从2005年开始下降（图2）。
按照这两个机制的相互协调，可以分为三个阶段。从1998年到2000年的第一阶段，1999年以前，土地集约利用和土地生态安全水平均有上升，这两个体系的发展趋势是一致的。但1999年以后，土地集约利用水平和土地生态安全呈现出相反的趋势，土地集约利用和土地生态安全表现出轻微的拮据作用，2000年这两个层次几乎平坦。第二阶段，从2000年到2005年，土地集约利用水平和土地生态安全水平的提高屡屡增加，2005年这两个水平差不多也是平的第三阶段，从2005年到2007年，土地集约利用水平不断增长，但土地生态安全水平开始下降，差距不断扩大，土地集约利用水平达到最高水平2005年土地生态安全水平下降。
2.2动态协调度的测量与分析
为了充分披露1998年至2007年成都土地集约利用和土地生态安全的协调状况，本文通过动态协调模型研究了协调关系。根据该模型，城市土地集约利用与土地生态学进化方程安全性建立如下，
方程X和Y是城市土地集约利用时间和土地生态安全的拟合方程。 X是城市土地集约利用水平，Y是土地生态安全水平。 两者均经过0.05检验和适应性检验。 方程是非常有意义的。按公式（1）〜（2）计算城市土地集约利用协调度和土地生态安全的动态，结果如下表（表3）。
根据协同理论和动态协调度模型，当协调度为45°时，这两个系统最为和谐，但是系统的协调度不太接近0°或90°。由于政策，基础设施和城市的多因素综合效应建设，10年的动态协调度在8.99°和57.71°之间，先增后降，呈现三种记录。
1998年至2002年的第一阶段，协调土地集约利用和土地生态安全的程度从1998年的8.99°提高到2002年的38.35°。在成都，这个阶段有最大的变化，正在从国家协调不力到国家相对协调。这一结果部分解释为强调城市规模的盲目扩大，忽略了潜在扩张的内容，城市土地被广泛使用，导致城市土地集约利用水平较低，但土地生态环境容量较大。2002年，城市土地集约利用水平仍然低于城市生态安全体系要求的水平，城市土地集约利用水平在城市土地生态安全范围内可以承受的协调发展。仍有改善城市土地集约利用的空间在土地生态环境容量波动较小的条件下使用。
由于协调程度为45度，两个系统最为和谐，两个系统在这个阶段中达到最高水平，处于维持，稳定和十年来最佳协调的状态。在此期间，随着成都热点房地产市场持续改善，纯商业和纯粹住宅开发项目开始上升。从2003年到2004年，土地集约利用增长水平高达29％，表明随着土地开发力度的逐步提高，城市土地集约利用水平的提高。同时，东成都工业区实行产业结构调整，全市淘汰了288个粘土砖厂，1311个高耗水，高污染企业已经封闭，停止，转移。成都在城市生态安全建设中采取的一系列措施有助于提高城市土地生态安全水平，促进成都的可持续发展具有深远的影响，使得2003 - 2004年城市土地和土地生态安全水平协调发展的集约化程度。
第三阶段从2005年到2007年，协调程度从2005年的51.69°提高到2006年的54.92°，2007年达到57.71°。当协调度达到0°或90°的协调度时，系统不太协调所以这个时期是从最好的协调状态到较少的协调。在这个时期，城市土地生态环境面临巨大压力，工业污染严重，城市生活污染日益严重。由于土地集约利用不断增加，忽略了土地生态安全状况，城市土地生态安全承
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