基于PSR的天山北坡經濟帶土地集約利用水平的空間差異研究

哈尚辰, 阿里木江·卡斯木,2

(1.新疆師范大學 地理科學與旅游學院, 新疆 烏魯木齊 830054;

2.新疆師范大學 新疆城鎮化發展研究中心, 新疆 烏魯木齊 830054)

基于PSR的天山北坡經濟帶土地集約利用水平的空間差異研究

哈尚辰1, 阿里木江·卡斯木1,2

(1.新疆師范大學 地理科學與旅游學院, 新疆 烏魯木齊 830054;

2.新疆師范大學 新疆城鎮化發展研究中心, 新疆 烏魯木齊 830054)

摘要：[目的] 對天山北坡經濟帶12個主要城市的土地集約利用水平進行評價。[方法] 從土地利用的經濟性、社會性及生態性3個內涵出發，構建基于過程的“壓力—狀態—響應”(PSR)評價指標體系，采用主成分分析法對評價指標進行賦權，按百分制分別測算土地集約利用水平和PSR系統協調度。[結果] 天山北坡經濟帶城市土地集約利用水平差異的主要影響因素一方面在于各城市的經濟發展水平，另一方面在于人口密度、土地利用結構、經濟增長等對土地集約利用產生壓力的因素。將PSR協調度與土地集約利用水平進行相關分析，其Pearson相關系數達到0.886，二者顯著相關，說明在總體上PSR系統協調度越高，城市土地集約利用的水平也越高。[結論] 為提高城市土地集約利用水平，在規劃開發中一方面要結合城市土地集約利用的內涵，另一方面也要從各城市所處的發展階段及發展目標出發，通過合理的產業轉型，優化土地利用結構等方式，制定有效的引導措施來提高土地利用的綜合效率。

關鍵詞：壓力—狀態—響應; 土地集約利用; 空間差異; 天山北坡經濟帶

土地的集約利用主要是針對人類能動的社會經濟活動而言，是指通過增加生產要素的投入、提高土地利用率、優化土地利用結構等措施，使土地利用效率達到一個合理水平的行為[1]。目前，中國正處于城市化快速發展時期，城市化水平日益提高，存在土地資源需求量大,城市存量土地粗放低效利用與中國人多地少，耕地資源嚴重不足的突出矛盾，因而城市土地集約利用是我國推進城市化進程的必然選擇，是21世紀中國土地資源利用的重要方向[2-4]。

近年來，國內外的學者就土地集約利用問題都進行了大量的研究工作，主要包括：從不同角度對城市土地集約利用進行概念解釋和界定，通過制定評價指標體系對城市土地集約利用進行定量評價、對城市土地集約利用途徑的研究[5]等。中國對土地集約利用的研究主要集中在沿海及內陸發達城市，對西北部城市研究較少，因此本文選取新疆北疆地區作為典型研究區。自西部大開發戰略實施以來，在新疆以天山北坡經濟帶為核心發展出的城鎮帶已初具模型，但城市發展所受到的自然環境制約較大，主要表現為綠洲面積及城市可利用地比例小，城市生態脆弱性高等特點。因此，城市土地集約利用作為有效提高土地利用率，優化土地利用結構的有效措施，是緩解干旱區綠洲城市土地利用難題的重要解決方案，也是目前相關政府待解決的關鍵問題。

1研究區概況及數據來源

1.1　研究區概況

天山北坡經濟帶是形成于山麓洪—沖積扇的條帶狀綠洲城鎮帶，是新疆的經濟重心，是以農牧業和石油、煤炭等能源開發為重點的綜合經濟帶[6]。本文以《新疆維吾爾自治區國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》為準則，從區域空間的角度選取經濟帶中位于交通干線上的主要代表性城市，包括東起哈密市西至伊寧市的12個城市：烏魯木齊市、克拉瑪依市、石河子市、五家渠市、哈密市、吐魯番市、伊寧市、奎屯市、烏蘇市、昌吉市、阜康市、博樂市。為了易于進行空間分析，將12個城市按照就近原則、經濟聯系性強弱關系等因素進行大區劃分，以各相應主要城市為代表劃分為7個大區(表1)，對天山北坡經濟帶進行土地集約利用情況的測度和評價。

1.2　數據來源

本文采用的數據類型包括統計數據和空間數據。為保證可比性，本文選取各城市統一年份(2012年)的統計數據進行對比研究，指標項數據來源于新疆自治區統計局編制的《新疆維吾爾自治區統計年鑒(2013)》及各對應城市統計局編制的同年統計年鑒。空間數據來源于新疆維吾爾自治區測繪局編制的《新疆維吾爾自治區地圖集》，用以進行研究區示意圖的制作和土地集約利用水平的空間可視化。

表1　天山北坡經濟帶大區劃分

2土地集約利用水平評價

2.1　土地集約利用水平評價體系的構建

城市土地集約利用應該包括3個層面的涵義：(1) 土地產出經濟性，即提高城市土地利用率及產出率,獲得土地產出的最大化； (2) 土地效益社會性，即保障城市土地利用的社會效益，使人民生活質量提高，城市健康高效發展； (3) 土地利用生態性，即在追求經濟效益的同時,還要兼顧到經濟、社會和生態環境效應三者的統一，使土地利用朝著可持續的方向發展[7-12]。

PSR模型是由經濟合作組織(OECD)提出并應用于世界環境狀況研究的評價模型，其基本理念是將人類活動給自然環境造成的壓力(pressure)，環境質量和資源數量狀態(state)，以及社會經濟和環境等方面的相應政策和管理措施響應(response)作為一個整體系統進行考慮，探討影響人地系統協調穩定的因素[13]。

本文基于PSR模型，結合城市土地集約利用的內涵進行指標體系的確定，最終構建“壓力—狀態—響應”三大準則層，共13項指標的土地集約利用水平評價體系(表2)。該評價體系體現了構建指標體系全面性、典型性、可量化性、可操作性、避免重復性的基本原則。

表2　天山北坡經濟帶城市土地集約利用水平評價體系

2.2　土地集約利用評價方法

2.2.1子系統的評價分值計算與通過計算綜合因子得分對土地集約利用水平進行評價的一般評價體系不同，基于PSR框架構建的指標體系中的“壓力”、“狀態”和“響應”實際上屬于3個性質完全不同的系統，各子系統中均包含有經濟效益、社會效益、環境效益3個方面，并非對總系統存在分解關系。此外，“壓力”大，必然會引起“響應”措施的實施，不能從總體上反映出土地集約利用水平的“高”或“低”。

鑒于集成后的評分不具有實際意義，本文不對系統進行最后集成，分別為3個子系統進行評分，最終由“狀態”層評分反映土地集約利用評價水平。

計算壓力、狀態、響應子系統的評估分值，如公式(1)：

(1)

式中：Aik——第i個城市第k個子系統的得分；Wj——第j個指標的權重值；Pij——標準化后的指標值；n——評價指標的個數。

2.2.2PSR系統的協調度測算城市土地利用是一個動態的過程，需要通過反復管理調控實現集約利用的目標。PSR模型反映出一定時期內，城市土地利用中人地相互作用的單循環關系。例如，隨著城市化的推進，不同時段間，城市土地利用的壓力程度會發生變化，進而引起土地資源利用態勢，包括城市社會、經濟、自然狀況的變化，最終做出調整的響應也會發生變化。壓力、狀態、響應各子系統變化的速率應相互均衡，任何一方的偏頗都會對城市土地利用的綜合效益產生影響[14]。因此對PSR系統協調度的測算是判斷土地集約利用水平的又一項重要指標。

計算PSR系統的協調度，如公式(2)[9]：

(2)

3天山北坡經濟帶土地集約利用評價結果

3.1　主成分分析

以天山北坡經濟帶中12個主要城市2012年的統計數據為樣本，經標準化消除量綱后，根據方差累積貢獻率確定主成分，采用SPSS軟件進行數據處理，得出矩陣的特征根和相應的方差貢獻率(表3)，分析通過KMO和Bartlett檢驗。

表3　總方差分解

3.2　權重值的確定

以特征根大于1的原則，選擇前4個特征根為主成分，累計方差貢獻率為88.921%。考察得到的因子提取結果，由于其還不能明顯的反映主成分所包含的指標信息，所以將其進行正交方差最大旋轉，得到旋轉后的因子提取結果和因子回歸系數，并通過公式(3) 計算各子系統評價指標權重。

(3)

式中：Wj′——第j個指標未進行歸一化處理時的權重；gq——第q個主成分對總體方差的貢獻率；aqj——第j個指標在第q個主成分中的系數；m——主成分的個數。按累計貢獻率達到85%選取主成分的個數，歸一化處理后即可得各評價因子的權重Wj(表4)。

表4　正交方差旋轉后的因子提取結果、因子回歸系數及權重值

從表4可以看出，第1主成分對人口密度(a1)、地均國民生產總值(a5)、地均消費品零售總額(a6)、地均從業人數(a10)、地均固定資產投資(a11)及地均基礎設施投入(a12)等指標有絕對值較大的負荷數，這些指標主要反映了土地集約利用的經濟效益；第2主成分對GDP增長率(a3)、人均可支配收入(a7)、人均住宅面積(a8)有絕對值較大的負荷數，主要反映了城市土地利用的社會效益；第3主成分對建成區綠地覆蓋率(a4)、人均綠地面積(a9)及生活污水處理率(a13)有絕對值較大的負荷數，反映了城市土地集約利用的環境效益。較大荷載指標主要指向“狀態”指標層，說明所選取的“狀態”指標，特別是經濟效益指標是影響土地資源集約利用的主要因素。在“壓力”指標層中，承載各主成分較大荷載的為人口密度，其次為GDP增長率；在“響應”指標層中，承載較大荷載的指標主要是地均從業人數、地均基礎設施投入及地均固定資產投資。

3.3　城市土地集約利用水平評分

根據因子回歸系數計算出每個樣本城市的各個主成分因子得分，以每個主成分的方差貢獻率為權重值，計算各個城市的綜合因子得分，最后將結果進行百分制處理,得到天山北坡經濟帶各主要城市土地集約利用的分值(表5)。

表5　天山北坡經濟帶主要城市2012年土地集約利用和協調度評價

各子系統綜合評分、協調度評估分值的百分制轉換公式(4)為:

(4)

式中：Fi——第i個城市的第k個子系統的百分制分值；Akmax和Akmin——第k個子系統評價綜合分值的最大值和最小值。

4評價結果分析

4.1　天山北坡經濟帶土地集約利用水平空間差異特征

從各城市“狀態”層的評價得分來看(表5)，天山北坡經濟帶中各主要城市土地集約利用水平整體偏低，近1/2城市的得分低于全區的平均得分；城市間土地集約利用水平差異極為顯著，變異系數為0.883 8，其中，“狀態”層得分最高的石河子市與得分最低的烏蘇市的差值(極差)為67.34。為進一步反映出空間分異特征，對天山北坡經濟帶7個大區的土地集約利用水平進行分析，從各大區“狀態”層的評價得分來看(表6)，以石河子市、五家渠市、阜康市為代表的區Ⅳ的土地集約利用水平最高，以伊寧市為代表的區Ⅶ次之，結合ArcGIS軟件成圖(圖1)可以直觀發現，土地集約利用水平以這2個區域為核心，均有從中心向外圍遞減的趨勢。

表6　各大區2012年土地集約利用和協調度評價

4.2　土地集約利用水平影響因素分析

為找出城市土地集約利用水平的影響因素，將各評價指標與土地集約利用水平進行相關分析(表7)。結果顯示，影響城市土地集約利用程度的主要因素除經濟水平外，人口密度、土地利用結構、經濟增長等因素對土地集約利用也有至關重要的影響。例如：石河子市、伊寧市的人均GDP不僅低于首府城市烏魯木齊市，也遠低于克拉瑪依市，但其城市土地集約利用水平卻排在前1，2名，究其根本原因，是因為這些城市面臨著較大的節約、集約利用土地的壓力，主要體現為： (1) 較高人口密度的影響，如石河子市、伊寧市的人口密度位居全區前列，是克拉瑪依市人口密度的近20倍，高的人口密度直接影響土地集約利用的程度； (2) 土地利用結構的影響，如伊寧市的城市綠地面積比例大，石河子市作為墾區，其農用地比例高，較高的綠地面積和農用地的比例意味著經濟發展用地的相對減少，因而使土地開發強度需要被大幅提高，這可以從各市建筑容積率的高低及地均從業人數的多少得到印證； (3) 政策實施的影響，如烏魯木齊市在政府規劃下，其轄區的范圍逐步擴大，用以滿足更多生產建設用地的需求及遷入人員的住房需求，這使城區暫時具有較豐富的土地資源，進而土地集約利用水平較小。

圖1　2012年天山北坡經濟帶各大區土地集約利用水平綜合得分

表7　各評價指標與土地集約利用水平的Pearson相關系數

注：a5,a6,a11為經濟指標； a7,a8,a10,a12為社會指標； a4,a9,a13為環境指標。

4.3　土地集約利用水平與PSR系統協調度相關性分析

PSR系統的協調程度指標能較好地指示土地集約利用“壓力”、“狀態”與“響應”之間的匹配程度。通常來說，較大的土地集約利用“壓力”，會導致更高的土地集約利用“狀態”模式，并以更高的土地要素投入水平作為“響應”[9]。從PSR協調度與土地集約利用水平的相關分析來看，Pearson相關系數達到0.886，這說明二者顯著相關，即在總體上PSR系統協調度越高，城市土地集約利用的水平也越高。

通過對各樣本城市進行分析，仍存在明顯的個體差異，大致可將相關性關系劃分為Ⅲ類：第Ⅰ類表現為城市土地集約利用水平與土地利用系統協調度水平都較高。例如石河子和烏魯木齊等市，反映出其子系統間已形成了良性的反饋關系。第Ⅱ類表現為城市土地利用集約度與協調度水平存在較大差異，例如吐魯番、博樂等市，反映出其3個子系統之間的內在關聯性不強，還未形成一定的反饋關系。第Ⅲ類表現為城市土地集約利用水平與土地利用系統協調度水平都較低，例如烏蘇、哈密等市，反映出在系統內部，沒有明顯的對策(“響應”層得分水平也很低)應對土地集約利用水平不高(“狀態”層得分較低)的狀況。此外，通過對“壓力”、“狀態”和“響應”層各指標的貢獻分值分析，不難發現有關經濟效益的指標得分普遍較高，而有關環境效益的指標則得分普遍較低。上述情形均說明一些城市在土地利用系統的反饋能力建設方面還存在一定問題(圖2)。

圖2　天山北坡經濟帶各主要城市土地集約利用水平與協調度水平擬合

5結 論

(1) 城市土地集約利用水平是衡量城市綜合實力和發展潛力的重要方面，從土地利用的經濟性、社會性及生態性3個內涵出發，構建基于過程的PSR評價指標體系，一方面可以體現出土地集約利用的綜合性變化特征，另一方面可以反映出土地利用隨城市化發展而進行不斷調控的協調性程度。以此為出發點，對城市土地集約利用水平的評價不能僅限于對“狀態”層的評分，還需要綜合“壓力”、“響應”層進行協調度的評分。協調度的強弱是城市作為一個有機體應對在其發展中遇到壓力而做出有效調控的能力，也是保證城市在土地集約利用中的可持續發展的重要指標。

(2) 對城市土地集約利用水平的空間差異研究旨在對區域內各研究單元進行評測，不同于其他省份以城市作為研究單元，天山北坡經濟帶的空間差異研究需要通過劃分大區來進行，這是由于新疆的城市不僅面積差異較大，而且并非連片分布，若以各城市作為研究單元會存在“飛地”，使后續的空間差異的可視化難以進行。本研究將天山北坡經濟帶中的所有主要城市(2個縣級市、10個地級市)以就近原則、經濟聯系性強弱關系為背景，劃分為7個研究大區，每個研究大區以若干個城市為代表進行土地集約利用水平的空間差異研究，是對相關研究的新嘗試，結果證明，以石河子市、五家渠市、阜康市為代表的區Ⅳ的土地集約利用水平最高，以伊寧市為代表的區Ⅶ次之，土地集約利用水平以這兩個區域為核心，均有從中心向外圍遞減的趨勢。

(3) 天山北坡經濟帶城市土地利用集約水平差異的主要影響因素一方面在于各城市的經濟發展水平，另一方面在于人口密度、土地利用結構、經濟增長等因素對土地集約利用產生的壓力。針對天山北坡經濟帶當前所面臨的城市經濟迅速發展、城市可利用地比例小、城市生態脆弱性高等現實，本文認為各城市應對自身發展的不同階段，地區條件，人口和資源要素等土地利用“壓力”狀況進行系統評估，從城市土地集約利用的內涵及發展目標出發，合理引導產業轉型，優化土地利用結構，制定有效的引導措施協調經濟發展、社會發展與城市生態環境效益，提高土地利用的綜合效率。例如，針對土地利用集約度高的城市，如石河子市、伊寧市，在已有的較高應對土地利用壓力的能力上，還要提高土地集約利用的社會效益和生態環境效益，這可以通過在提高城市建筑容積率的同時增加綠地面積，在保障了基本生產生活用地的基礎上，通過適度的產業轉型提高就業率來實現。

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A Study on Spatial Difference of Urban Intensive Land Use Based on PSR Model-A Case Study of Economic Belt on Northern Slope of Tianshan Mountains

HA Shangchen1, Alimujiang Kasimu1,2

(1.InstituteofGeographicalSciences,XinjiangNormalUniversity,Urumqi,Xinjiang830054,China;

2.CenterofXinjiangUrbanizationDevelopmentStudy,XinjiangNormalUniversity,Urumqi,Xinjiang830054,China)

Abstract：[Objective] To evaluate urban intensive land use of 12 cities in the economic belt on the north slope of Tianshan Mountains.[Methods] With the consideration of economic, social and ecological effects of land use, we established the pressure—state—response (PSR) procedure model as an evaluation system. By applying the principal component analysis method, the urban intensive land use level and the PSR coordination level were calculated according to percentile.[Results] The main factors that affect the spatial variations of urban intensive land use in the study area is related to the urban economic development level, the pressure on urban intensive land use, such as population density, land use structure and economic growth, etc. According to the correlation analysis, there was a positive correlation between the PSR coordination level and the urban intensive land use level, and the Pearson correlation coefficient was 0.886.[Conclusion] To improve the level of urban intensive land use, planning and development should both be combined with the connotation of urban intensive land use according to the development goal and stage. Reasonable industrial transformation, optimal land use structure can be taken as effective ways to improve the comprehensive efficiency of the land use.

Keywords:PSR; intensive land use; spatial difference; the economic belt on north slope of Tianshan Mountains

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)01-0230-06

中圖分類號：F301.24

通信作者：阿里木江·卡斯木(1976—),男(維吾爾族),新疆克拉瑪依市人,博士,副教授,主要從事環境遙感研究。E-mail:alimkasim@gmail.com。

收稿日期：2014-07-04修回日期：2014-08-18

資助項目：國家自然科學基金項目“環塔里木盆地城市用地空間擴展動態監測及模擬研究”(41361043)； 自治區青年科技創新人才培養工程優秀青年科技人才項目(2013721031)； 新疆維吾爾自治區自然科學面向資助項目(2014211 A049)； 新疆師范大學地理學博士點支撐學科開放課題資助項目(XJNU-DL-201301); 新疆師范大學研究生科技創新基金項目(20142002)

第一作者：哈尚辰(1991—),女(漢族),新疆烏魯木齊市人,碩士研究生,研究方向為資源環境遙感。E-mail:547605493@qq.com。

綜合治理