城市土地利用效益與城市化耦合協調發展研究——以陜甘寧27個城市為例

左乃先，白永平，左京平，周鵬，張蕊

（西北師范大學 地理與環境科學學院，蘭州730070）

城市化離不開土地，土地既是城市化運行的空間載體［1］，又是城市社會經濟發展的必要保障，與城市化的發展狀態密切相關。城市化是社會經濟發展進步的標志，但快速城市化［2］必然伴隨著土地結構的變化即城市建設用地的擴張、農用地或生態用地的減少，在城市土地存量有限的情況下要避免其對城市化的不利影響將取決于城市土地利用效益的高低。較高的土地利用效益推動城市化健康發展，適度的城市化反過來推進城市土地利用效益的提升，二者之間有著相互的耦合協調關系。因此，提高城市土地利用效益，正確處理好城市土地利用效益與城市化之間的關系，對城市化健康、快速發展極為迫切，西部地區更是如此。

目前，關于城市土地利用效益與城市化協調分析方面，席娟等［3］、趙靜蓉等［4］研究了陜西省、西安市城市土地利用效益與城市化的耦合協調關系并認為城市土地利用效益與城市化耦合協調度水平有待提高；劉浩等［5］以環渤海地區城市為例對其耦合協調發展度進行空間聚類分析；孫宇杰等［6］對江蘇省的城市土地集約利用與城市化水平的差異特征及協調發展狀況進行了分析；郭施宏等［7］對山東省城市化與城市土地集約利用耦合協調關系進行研究，并提出城市規劃者和管理者應將二者差距控制在一定范圍內的結論；除上述對特定城市［8］、城市群［9］、經濟帶［10］的研究以外，相關研究主要集中在城市土地利用效益與城市化耦合機制［11］、城市土地集約利用與城市化協調發展評價［12］、城市土地利用綜合效益評價與案例［13］等方面，對西北地區的城市土地利用效益與城市化耦合協調發展的研究少之又少。鑒于此，以陜甘寧27個城市為研究對象，構建城市土地利用效益系統和城市化系統評價指標體系，研究兩個系統的耦合協調發展關系，以期為研究區城市建設和社會發展提供參考。

1 試驗材料與方法

1.1 數據來源

以陜甘寧27個城市為研究對象，主要包括甘肅省12個地級市（不包括臨夏、甘南自治州）、陜西省10個地級市、寧夏回族自治區5個地級市，選取2003年、2006年、2009年、2012年四個研究時段，對其城市土地利用效益與城市化耦合協調發展進行研究，指標數據均來源于《中國城市統計年鑒》。

1.2 研究方法

1.2.1 指標體系構建 在城市土地利用效益系統方面，參考范輝等［14］、朱天明等［15］、趙小風等［16］對指標體系構建的研究，選取5個層次，17個指標進行測度。經濟效益是單位面積土地產出的產品和服務的價值，可用GDP、工業產值、固定資產及社會消費品零售額來衡量，地均工業總產值雖不能全面考量城市土地所提供的產品價值，但卻是經濟效益層次不可忽視的一部分；社會效益是土地為人類提供生產、生活空間及服務的效用；生態效益是人類在土地利用過程中取得的對土地生態系統及人類社會產生有用成果的總稱，選取綠地及綠化覆蓋率進行衡量；環境效益是土地利用活動的環境后果及治理措施的有益效用，分別對應于地均二氧化硫排放量及工業廢水排放達標率、地均工業煙塵去除量、固體廢棄物綜合利用率，后三個指標雖未涉及環境污染總量，卻是對環境治理措施的有效衡量；可持續效益即土地利用活動與社會經濟發展的協調可持續程度。在城市化系統方面，結合臧銳等［17］、陳明星等［18］研究構建的指標體系，選取經濟、社會、人口、空間4個層次，13個指標測度城市化水平；經濟城市化是經濟朝著集約、健康、合理的方向發展的過程；社會城市化是醫療、衛生、文化、科技教育、公共服務設施等方面不斷趨于完善的過程，教育科技支出占財政支出的比重即可表征政府對科技教育的重視程度；人口城市化是農業人口向非農業人口轉變的過程；空間城市化是城市建設用地不斷擴張的過程?；谝陨蟽蓚€系統，構建適用于研究區的城市土地利用效益與城市化綜合評價指標體系（表1），盡可能涵蓋反映城市土地利用效益和城市化的各方面，構建指標體系的過程也是明確城市土地利用效益與城市化內涵的過程。

表1 城市土地利用效益與城市化綜合評價指標體系

1.2.2 城市土地利用效益與城市化綜合評價模型 由于30個指標數據具有不同的量綱且各個指標有正向、逆向之分，需采用極差標準化進行數據標準化處理。其次，選用熵權法［19］計算30個指標的權重值；最后，計算4個研究時段的城市土地利用效益（Ti）、城市化水平（Ci）

式中：Wj——第j項指標的權重值；Rij——經標準化處理后的指標數據。

1.2.3 耦合協調發展度模型 耦合用來描述系統相互之間耦合的協調程度，為對多個空間單元的耦合協調發展進行比較研究，借鑒劉耀彬等［20］構建的城市化與生態環境耦合協調度模型，將其引入到城市土地利用效益與城市化耦合協調發展度模型中，即：

式中：E——耦合協調發展度（0≤E≤1），其越大表明耦合協調發展度越好；D（0≤D≤1）——耦合協調度，即：

其值越大表明城市土地利用效益與城市化越協調；n（2≤n≤8）是調節系數，計算時取n＝5；對于同一城市，城市土地利用效益與城市化同等重要，取α＝β＝0.5。

1.2.4 相對發展度模型 主要描述城市土地利用效益和城市化的相對發展水平，能夠更細微的揭示二者的關系［21］，即式：H＝Ti/Ci；借鑒劉浩［5］對環渤海地區、李玉雙［22］對河北省的分級標準，并結合研究區實際情況劃定當0＜H≤0.8時，土地利用效益滯后于城市化，制約城市化的發展，城市土地處于粗放利用階段，系統退化；當0.8＜H＜1.2時，土地利用效益與城市化同步，推動城市化發展，系統優化；當H≥1.2時，土地利用效益超前于城市化，影響城市化的發展，城市土地處于過度利用狀態，系統退化。

表2 城市土地利用效益與城市化耦合協調發展階段

1.2.5 耦合協調發展階段 根據耦合協調發展度和相對發展度，借鑒參考李玉雙等［22］的土地集約利用與城市化耦合協調發展階段劃分標準，引入喬標等［23］、黃金川等［24］干旱區城市化與生態環境的耦合過程劃分的演化階段，選取適用于研究區的城市土地利用效益與城市化耦合協調發展劃分標準，將耦合協調發展階段分為拮抗、磨合、好轉、協調四個階段（表2）。

1.2.6 空間聚類分析 運用Arc GIS空間聚類分析模塊及 Geo da軟件，采用全局 Moran′s I指數［19］和局部 Getis－Ord Gi＊指數［19］測度城市土地利用效益與城市化耦合協調發展度的空間聚類特征，用自然斷點法將城市土地利用效益與城市化耦合協調發展度分為冷點區（低值簇）、次冷點區、次熱點區、熱點區（高值簇）四個類型以表征其發展趨勢。

2 結果與分析

2.1 測度結果

運用城市土地利用效益與城市化綜合評價模型分別計算出各個城市的土地利用效益和城市化水平（圖1）。結合耦合協調發展度模型得到耦合協調發展度和相對發展度，據此劃分耦合協調發展階段和類型（表3）。研究期內，城市化水平顯著提升，土地利用效益提升相對緩慢，僅有西安市土地利用效益上升較為明顯。如圖1，可將城市土地利用效益與城市化水平發展分為兩個階段：第一階段（2003—2006）即整體超前型向整體滯后型轉變，在城市化水平提升的同時土地利用效益波動下降；第二階段（2006—2012）即城市化水平大幅提升，土地利用效益有所回升但其幅度遠小于城市化水平提升幅度，與城市化差距不斷拉大。此外，城市土地利用效益與城市化水平出現西安，蘭州、嘉峪關，銀川、石嘴山三個峰值且都是省級行政中心所在地以及工業型城市。

2.2 耦合協調發展度特征

陜甘寧27個城市土地利用效益與城市化耦合協調發展大多處于拮抗階段，其耦合協調發展度呈現出顯著的動態波動特征。2003—2006年兩個系統的耦合協調發展度有所下降，表現為拮抗階段的城市由17個上升到20個，磨合階段的城市由9個減少到6個，好轉階段城市（西安市）保持不變；2006年起耦合協調發展度有了較大提升，到2012年拮抗階段城市先后由20個減少到19個、再到16個，磨合階段城市增加到8個，好轉階段城市增加到2個并出現協調階段城市。大部分城市土地利用效益與城市化耦合協調發展度較低，自2006年起呈良性發展態勢。就城市內部而言，其耦合協調發展度差異顯著，大于0.3的城市2003年9個、2006年7個、2009年9個、2012年11個，其中西安、咸陽、嘉峪關、石嘴山4市耦合協調發展度始終在0.3以上，西安市耦合協調發展度一直保持在0.5以上，甚至在2012年高達0.733 3，發展態勢良好，同樣為省會城市的蘭州、銀川在2006年、2009年耦合協調發展度下降，2012年又分別回升到0.420 2，0.535 8，銅川、寶雞、渭南、酒泉、吳忠5市耦合協調發展度在0.3左右徘徊，發展不穩定；城市耦合協調發展度提升較快的大都位于中心城市附近或交通干線沿途，呈現出越靠近中心城市耦合協調發展度提升越快，越遠離中心城市耦合協調發展度提升越慢且有被邊緣化的趨勢的發展格局，典型城市如延安、商洛、隴南等在發展過程中逐漸被邊緣化。

圖1 土地利用效益、城市化及耦合協調發展度

2.3 相對發展度特征

2003年滯后型城市0個、同步型城市5個、超前型城市22個，2006年滯后型城市22個、同步型城市4個、超前型城市1個，2009年滯后型城市26個、同步型城市0個、超前型城市1個，2012年滯后型25個、同步型城市2個、超前型0個。城市土地利用效益大都滯后或超前于城市化，同步型城市較少，呈兩頭大中間小的發展形態。超前型城市由22個減少到0個，滯后型城市由0個增加到25個，二者變化呈明顯的負相關趨勢；同步型城市減少，表明城市化發展迅速的同時城市土地利用效益偏低，與城市化水平脫節嚴重，制約了城市化的健康發展，這也進一步證實了許多學者提出的城市化蔓延式發展和空間失控［25］、驅趕型城市化［26］等當下快速城市化存在的弊端。這是由于城市化水平的提高主要是依托城市土地數量的盲目擴張和無序蔓延，并沒有通過提高土地利用效益的途徑來推動城市化水平的提升。2006年以后有9個城市（延安、漢中、榆林、安康、商洛、慶陽、定西、隴南、中衛）始終是滯后型，表明這9個城市在推動城市化的同時也要注重土地利用效益的提升，應把提升土地利用效益的著眼點放在城市內部土地潛力的挖掘，限制城市土地的盲目擴張；西安作為陜西省的行政中心，研究期內先后屬于同步型—滯后型—同步型城市，波動性較大，應充分利用區域性中心城市的作用，在提升自身發展穩定性、土地利用效益的同時帶動周邊城市的發展；其余城市均呈現出超前型向滯后型轉變的運行軌跡，需要進一步提升城市土地利用效益，轉變以往快速城市化進程中以人口、土地擴張為標桿的理念，以達到城市土地利用效益與城市化水平同步發展的理想目標。

2.4 耦合協調發展階段特征

在研究時期內，沒有Ⅸ，Ⅹ，Ⅻ類城市，2003年Ⅱ類城市1個、Ⅲ類城市16個、Ⅴ類城市3個、Ⅵ類城市6個、Ⅷ類城市1個；2006年Ⅰ類城市18個、Ⅱ類城市2個、Ⅳ類城市3個、Ⅴ類城市2個、Ⅵ類城市1個、Ⅶ類城市1個；2009年Ⅰ類城市17個、Ⅳ類城市8個、Ⅶ類城市1個、Ⅷ類城市1個；2012年Ⅰ類城市16個、Ⅳ類城市8個、Ⅶ類城市1個、Ⅷ類城市1個、Ⅺ類城市1個。大部分城市屬于Ⅰ類和Ⅲ類，其中Ⅲ類城市只在2003年出現；2006年開始Ⅰ類城市由18個減少到16個，屬于Ⅱ類、Ⅴ類和Ⅵ類城市數目處于上下波動之中，其余類型的城市數目均逐漸增多，協調階段Ⅺ類城市到2012年也有所增加，城市土地利用效益與城市化耦合協調發展呈螺旋上升趨勢。

2.5 空間演化特征

由圖2可知，首先，2003年、2006年、2009年、2012年的 Moran′s I指數分別為0.100 6，0.055 5，0.026 8，0.012，通過顯著性檢驗，均大于0且在0附近，只有2003年的城市土地利用效益與城市化耦合協調發展呈現不明顯的正的空間關聯特征，即不明顯的相似屬性在空間上集聚的特征；到2006年，隨著Moran′s I指數的逐年減小，這種不明顯的相似屬性集聚分布演變為隨機分布，城市土地利用效益與城市化的耦合協調發展由不均衡發展狀態轉變為良性發展狀態。其次，四個研究時段中，各個類型的城市數目都發生了變化，冷點區與次熱點區城市數目處于上下波動之中；次冷點區城市數目波動減少，由9個減少到6個；熱點區城市數目增加，由5個增加到7個。固原、天水、隴南始終屬于冷點區，石嘴山、西安、咸陽、銅川、寶雞、渭南屬于熱點區，發展勢頭良好；從空間分布來看，熱點區主要分布在陜西中部、寧夏北部兩片區域，輻射帶動次熱點區城市新增了平涼、慶陽、吳忠、中衛、安康、商洛7市，形成熱點區與次熱點區連成一片并繼續向西北方向延伸，阻隔東北西南走向的冷點區與次冷點區銜接的發展格局。

3 結論與討論

通過上述研究得出：（1）從時間序列上看，城市化水平顯著提升，土地利用效益提升緩慢，先后經歷整體超前型、整體滯后型，二者差距不斷擴大；城市土地利用效益與城市化耦合協調發展大多處于拮抗階段且耦合協調發展度呈現出顯著的動態波動特征，但自2006年起呈良性發展態勢并保持螺旋上升。（2）從空間分布上看，土地利用效益和城市化水平出現三個峰值；耦合協調發展度差異顯著、發展不穩定，呈現出越靠近中心城市耦合協調發展度提升越快，越遠離中心城市耦合協調發展度提升速度越慢且有被邊緣化趨勢的發展格局；城市土地利用效益大都滯后或超前于城市化，同步型城市較少，呈兩頭大中間小的發展形態；耦合協調發展度在空間上表現為先相似屬性集聚分布后隨機分布，由不均衡發展狀態逐漸轉變為良性發展狀態的趨勢；耦合協調發展熱點區與次熱點區形成連成一片并繼續向西北方向延伸，阻隔東北西南走向的冷點區與次冷點區銜接的發展格局。

表3 城市土地利用效益與城市化的時空耦合協調發展評價

圖2 城市土地利用效益與城市化耦合協調發展趨勢

研究區包括西北陜西、甘肅、寧夏三省，其中陜西部分與席娟等［3］、趙靜蓉等［4］城市土地利用效益與城市化耦合協調發展研究不謀而合，甘肅、寧夏部分與馬德君等［27］對西北民族地區的研究中土地利用效益與城市化水平耦合協調發展度的研究因指標選取而有所出入；評價模型方面，構建的指標體系盡可能地全面涵蓋影響城市土地利用效益和城市化水平的因素，選取的30個指標的普遍適用性有待驗證；對城市土地利用效益與城市化耦合協調發展度的定量研究沒有成熟的模型，所采用的耦合協調發展度模型難免存在一定的缺陷，有待進一步完善；另外，在研究時段方面，只選取了4個年份，時間序列數據不夠充足，只能試探性的對城市土地利用效益與城市化耦合協調發展的規律、內在機制進行研究，這將是今后研究的重點。

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