四川省耕地集約度與城鎮化水平時空變化及耦合關系分析

慕智玉，　任　平*

(　　　1. 四川師范大學 西南土地資源評價與監測教育部重點實驗室, 四川 成都 610066;

2. 四川師范大學 地理與資源科學學院, 四川 成都 610066)

?

四川省耕地集約度與城鎮化水平時空變化及耦合關系分析

慕智玉1,2，任平1,2*

(1. 四川師范大學 西南土地資源評價與監測教育部重點實驗室, 四川 成都 610066;

2. 四川師范大學 地理與資源科學學院, 四川 成都 610066)

摘要：以四川省為例，分別構建耕地集約度和城鎮化水平評價指標體系，運用改進熵值法、動態度法、耦合協調度模型等，對四川省耕地集約度和城鎮化水平時空變化及其耦合關系進行分析，得出以下結論：1)耕地集約度水平整體不高，但呈上升態勢；區域差異明顯，分為高度集約、中度集約、低度集約和不集約4個類型區；經濟發展水平和非農指數等是其影響因素.2)城鎮化水平整體不高，區域差異明顯，可分為高水平區、較高水平區、較低水平區和低水平區4種類型區；經濟水平、城市基礎設施等是重要影響因素.3)耕地集約度與城鎮化水平耦合協調度整體水平不高，大部分地區處于初期階段和頡頏階段，但呈緩慢上升趨勢；耕地集約度與城鎮化水平耦合協調度不僅取決于兩者各自水平,且與兩者間差距有密切的關系,單一系統綜合發展實力水平的提高，并不能促使城市化與耕地集約度之間的良性協調.

關鍵詞：耕地集約度； 城鎮化水平； 時空變化； 耦合協調關系； 四川省

耕地資源是人類賴以生存和發展的基礎條件，是保證國家糧食安全、經濟發展和社會穩定的最根本保證[1]，我國耕地資源的基本特點是人多地少，后備耕地資源可開發潛力小.近年來，我國城鎮化發展占用大量耕地，造成耕地面積的進一步減少，耕地資源日益緊缺，而日益增長的非農業人口對糧食與其他作物的需求增加，要求有限的耕地提供更多的產出.因此在耕地資源不斷減少而后備資源有限的背景下，提高耕地集約利用水平成為現階段我國城鎮化建設和糧食安全的根本保障.

城鎮化是一個國家經濟社會發展水平的重要標志，是加快我國實現工業化和現代化的必要途徑.雖然城鎮建設過程中造成耕地的減少，但城鎮化與耕地集約利用并非只是相互矛盾的關系，兩者還存在相互促進、相互聯系的關系，一方面城鎮化的發展要求耕地資源實現集約利用，并為耕地集約利用提供資金、技術等投入的支持，另一方面耕地資源的集約利用又為城鎮良性發展提供了動力和保障.實現城鎮化與耕地集約利用的協調發展，對協調城鎮化與糧食安全的關系、有序推進新型城鎮化建設具有重要意義.

目前,學術界對耕地利用與城鎮化關系的研究較多,李魁[2]利用Granger因果檢驗、HP濾波以及計量分析等方法對日本、韓國、中國臺灣以及大陸的工業化、城鎮化與耕地變化的協動性進行了分析，劉俊等[3]介紹廣東省城鎮化發展和耕地減少情況及二者之間的顯著相關性，宋戈等[4]提出城鎮化建設與耕地保護之間問題的關鍵在于如何處理兩者的關系，楊建云[5]構建了河南省耕地面積三次環境庫茲涅茨曲線模型，驗證工業化、城鎮化和耕地面積的關系，韓德官等[6]等通過建立回歸模型，定量分析長壽區城鎮化與耕地資源變化的關系，王佼佼[7]通過數理統計分析與耦合協調模型，揭示了我國城鎮化發展與耕地集約利用的關系，柯新利等[8]以武漢市為例，剖析了城鎮化和耕地集約利用水平的關系.但總體而言,探討耕地集約度與城鎮化水平之間關系的研究并不多.基于此，本研究以四川省為例，基于1998—2012年的耕地集約利用的相關數據和2006—2012年城鎮化水平的相關數據，運用改進熵值法分析四川省耕地集約度和城鎮化水平的時空變化特征，并探究兩者之間的耦合協調關系，以期為四川省協調城鎮化與糧食安全、耕地集約利用提供參考依據.

1研究區域與數據來源

1.1研究區域四川省位于我國西南腹地和長江上游，包括18個地級市和3個自治州，地貌復雜，包括山地、丘陵、平原和高原4種地貌類型，主要氣候類型為亞熱帶氣候類型，農作物為一年兩熟或三熟，是我國重要的農業大省.近年來，四川省經濟快速發展，城鎮化水平不斷提高，2012年城鎮化率為43.53%，比2000年增加16.84%.但耕地面積卻在城鎮化進程中快速減少，到2012年四川省耕地面積僅為399.15×104 hm2，比2000年減少35.46×104 hm2，按此趨勢，城鎮化發展對耕地資源尤其是優質耕地的占用，必將造成耕地總體質量的下降，糧食產量降低，并威脅城鎮化的進一步發展.

1.2數據來源本研究所涉及的四川省耕地集約度和城鎮化水平的相關數據,主要來源于《四川省統計年鑒(1998—2012)》、《中國統計年鑒(1998—2012)》以及1998—2012年四川省各地級市、州的統計年鑒、國民經濟和社會發展統計公告等.少數地級市、州的部分缺失數據采用年平均增長率法所求結果進行替代.

2研究方法

2.1指標選取與權重的確定參照耕地集約利用和城鎮化已有研究成果[9-12]，結合研究區域的實際情況，遵循多樣性、全面性、可獲得性和動態性等原則，分別從投入強度、利用程度、利用效率、可持續度4個方面構建耕地集約度評價指標體系，從人口城鎮化、經濟城鎮化、土地城鎮化、社會城鎮化和環境城鎮化5個方面構建城鎮化水平評價指標體系(表1).

傳統的層次分析法和特爾斐法，受主觀因素的影響較大，易造成評價結果的偏差[13]，熵值法是在綜合考慮各因素所提供信息量的基礎上計算指標的數學方法，可最大程度的減少人為干擾[14].但熵值法在計算過程中，負值和極值不能直接參與運算，因此，本文采用標準化變換法對其進行改進,縮小極端值對評價結果的影響，使評價結果更加客觀和科學[15].

2.1.1數據標準化由于各指標間量綱不同，為使數據具有可比性，對數據進行標準化處理，具體方法如下：

(1)

(2)

2.1.2計算指標Uij的比重Zij

(3)

2.1.3計算第j項指標的熵值ej

(4)

2.1.4計算第j項指標的差異性系數xj

(5)

2.1.5計算第j項指標的權重wj

(6)

2.2綜合評價模型+根據上述指標標準化和權重的計算公式，對耕地集約度和城鎮化水平綜合值進行計算，公式[16]如下

(7)

2.3動態度模型為進一步分析研究區域在一定時間范圍內耕地集約度和城鎮化水平的動態變化情況，本文引入動態度模型[17]，公式如下

(8)

其中，T為一定時間內系統年變化率；T初、T末分別為研究初期和末期系統綜合值；t為研究時段.

2.4耦合協調度模型耦合作為物理學概念，是指2個或2個以上系統或運動形式通過各種相互作用而彼此影響的現象，耦合協調度就是描述系統或要素相互影響的程度，決定了系統由無序到有序的趨勢[18].

表 1　耕地集約度和城鎮化水平評價指標體系

本文借鑒物理學中容量耦合概念及耦合系數模型[19]，參照文獻[20-21]的研究，構造了耕地集約度與城鎮化水平協調度及耦合協調度模型

(9)

式中C為n個系統的協調度，取值范圍為[0,1]，值越大，說明系統協調度越高，反之越低.P耕和P城分別為耕地集約度和城鎮化水平綜合值，由于本文只涉及2個系統，故取n=2.但由于各市耕地集約度與城鎮化水平存在著相互交錯、不平衡和動態發展的特征，可能導致某些地區耕地集約度和城鎮化水平都較低但接近時，其協調度卻較高的假象.為更真實的反映耕地集約度與城鎮化水平之間的情況，就要構建兩者的耦合協調度模型，既可判斷兩者的協調程度，更能反映出各自水平的高低，表達式為：

(10)

(11)

其中，D為耦合協調度，取值范圍為[0,1]，值越大，表明系統綜合協調能力越強；T為2個系統的綜合評價指數；a和b為待定系數，因為耕地集約度與城鎮化水平有同等重要性，取a=b=0.5.

本文參照李玉雙[22]城市土地集約利用與城市化耦合協調度劃分標準，結合耕地集約度與城鎮化水平綜合值，劃分為4個階段：初期階段(0～0.3)，此階段城鎮化水平與耕地集約利用水平均較低，城鎮化與耕地集約利用依賴程度較弱，相互作用不明顯；頡頏階段(0.3～0.5)，城鎮化進入快速發展的初期階段，城鎮化快速發展，以數量擴張為主，而耕地集約度的提高速度或超過或落后于城鎮化的發展速度，兩者發展水平不協調,處于較低水平的耦合協調階段；磨合階段(0.5～0.8)，耕地集約度與城鎮化發展水平均有所提高，城鎮化進入快速發展的中期階段，城鎮繼續向外擴張，并為耕地集約利用提供了資金、技術等的投入，帶動了耕地集約度的提高，兩者開始出現良性耦合；協調階段(0.8～1)，城鎮化進入快速發展的后期階段，城市土地集約度提高，擴張速度減弱，同時為耕地集約度提供了更充足的資金、技術等的支撐，而耕地集約度的提高，也為城鎮化的進一步發展提供了保障和動力，兩者實現和諧互動.

3評價結果與分析

3.1四川省耕地集約度與城鎮化水平時空變化分析3.1.1四川省耕地集約度時空變化分析本文以四川省1998—2012年21個地級市、州相關數據為基礎，運用上述綜合評價模型，計算四川省耕地集約度的綜合得分，進而對其時空變化進行分析.通過動態度評價模型可得出(圖1)：1998—2012年，四川省大部分地級市、州耕地集約度動態度值為正值，尤以眉山市、涼山州、樂山市等最為突出，說明1998年以來，四川省耕地集約度總體呈現上升的良好態勢，原因在于近年來四川省經濟快速發展，農業科技水平和機械化水平不斷提高，使耕地集約度不斷提高；而成都市耕地集約度動態度值為負值，耕地集約度呈下降趨勢，原因在于近年來成都市城市化進程加快，耕地面積和農作物播種面積減少速度快，墾殖指數下降，加之農業比較效益較低，農民大量進城務工，勞動力非農指數下降，導致耕地集約度下降.

運用ArcGIS自然分類法，分別取<0.3、0.3～0.4、0.4～0.5、>0.5作為閾值范圍，將耕地集約度分為不集約、低度集約、中度集約、高度集約4個等級，通過對1998、2005、2012年四川省耕地集約度綜合評價值進行空間分析(如圖2所示)，可得出：

1) 四川省耕地集約度整體水平不高，且區域差異明顯；

2) 1998年以來，四川省各地級市、州的耕地集約度呈增加態勢，高度集約和中度集約地區數量不斷增加；

3) 2012年，四川省耕地集約度屬于高度集約的地區主要為成都平原附近的德陽市、成都市等7個地區，中度集約的地區包括內江市、綿陽市等10個地區，低度集約的地區包括瀘州市和涼山彝族自治州，不集約的地區包括阿壩藏族自治州和甘孜藏族自治州；

4) 自然條件(地形、氣候等)、經濟發展水平、非農指數、耕地面積、農業科技水平等是地區耕地集約度的重要影響因素.

3.1.2四川省城鎮化水平時空變化分析根據2006—2012年四川省18個地級市城鎮化水平的相關數據，運用上述改進熵值法計算城鎮化水平綜合評價值，并運用ArcGIS自然分類法對其進行時空變化分析(圖3)，可得出：

1) 四川省城鎮化水平不高，大部分地區為中等水平；

2) 2006年以來，城鎮化水平變化不明顯，只有廣元市由較低城鎮化水平提升為較高城鎮化水平，主要原因在于廣元市二、三產業發展較快，大量農民進城務工，非農指數增加，城市環境和服務設施的改善；

3) 城鎮化水平區域差異明顯，2012年城鎮化水平最高的地區為成都市和攀枝花市，水平較高的地區包括綿陽市、樂山市等6個市，較低水平區包括遂寧市、瀘州市等8個市，城鎮化水平最低的地區為巴中市和達州市；

4) 地區經濟發展水平，尤其是二、三產業發展水平，城市基礎設施和城市環境等是影響四川省城鎮化水平的重要因素.

3.2四川省耕地集約度與城鎮化水平耦合協調度分析根據以上所求的四川省耕地集約度和城鎮化水平的綜合值，依據耦合協調度模型，計算2006—2012年四川省18個地級市耕地集約度和城鎮化水平的耦合協調度(表2)，從表中可看出，2006年以來四川省耕地集約度與城鎮化水平耦合協調度變化不明顯，但呈緩慢上升趨勢，主要原因在于2006年以來在國家政策以及市場經濟的作用下，四川省城鎮快速發展，城鎮化水平不斷提高，同時，為有效保障國家糧食安全，四川省加強了耕地保護政策，統籌城鄉發展，加大了對農業政策和技術的扶持，耕地集約度提高，這些都有效促進了耕地集約度與城鎮化水平的耦合協調度.四川省耕地集約度與城鎮化水平耦合協調度平均值處在0.328～0.348，表明耕地集約度與城鎮化水平關系以頡頏階段為主，兩者處于較低水平的耦合協調階段，說明四川省雖加強了對耕地和農業的投入，但是相比較而言更加重視城鎮化的發展，加之農業比較效益的較低，導致農民對耕地的投入較少，使得耕地集約度的提高速度落后于城鎮化水平的提高速度,但從前面對四川省耕地集約度與城鎮化水平的分析可看出,兩者都呈上升的態勢,有利于兩者耦合協調度的提高.

表 2　耕地集約度與城鎮化水平耦合協調度結果

根據耦合協調度模型及其劃分階段，對四川省耕地集約度與城鎮化水平的耦合協調度的時空差異進行分析，結果如表3.2006年和2012年四川省大部分地級市耕地集約度與城鎮化水平的耦合協調度處于初期階段(分別占全省的55.6%、44.5%)和頡頏階段(分別占全省的38.9%、50%)，處于磨合階段的地區只有成都市，而達到協調階段的地區數量為零,說明四川省耕地集約度與城鎮化水平的耦合協調度整體水平不高；2012年較2006年相比，耦合協調階段發生變化的地區為廣元市和遂寧市，兩者耕地集約度與城鎮化水平的耦合協調度由初期階段轉變為頡頏階段，究其原因：遂寧市自然條件比較優越，農業比較效益較高，加之近年來遂寧市增加了對耕地的投入水平和利用水平，使其耕地集約度由2006年的中度水平提升為2012年的高度水平，耕地集約度水平明顯提升，而其城鎮化水平卻一直處于較低水平階段，進而導致兩者差距的加大；而廣元市城鎮化水平由2006年的較低階段提升為2012年的較高階段，而其耕地集約度雖然也有所提高，但自然條件比較差，農業比較效益較低，耕地集約度水平較低，導致耕地集約度水平的提高速度落后于城鎮化水平的提高速度，兩者關系失調.四川省耕地集約度與城鎮化水平耦合協調度空間差異明顯，2012年耦合協調度處于初期階段的地區包括瀘州市、內江市等8個地區，說明這類地區城鎮化與耕地集約利用依賴程度較弱，相互作用不明顯，而從耕地集約度與城鎮化水平的綜合值可看出，這類地區耕地集約度與城鎮化發展水平均較低，且差距較大；自貢市、攀枝花市等9個地區耕地集約度與城鎮化水平的耦合協調度處于頡頏階段，說明這類地區城鎮化水平較高,但耕地集約度與城鎮化水平發展不平衡,兩者相互影響、相互制約，從其耕地集約度與城鎮化水平的綜合值可看出，這類地區耕地集約度與城鎮化水平較第一類地區都有所提高，但差距也隨之增加，應根據各地實際情況采取措施，防止兩者差距的進一步拉大；處于磨合階段的地區只有成都市，說明其城鎮化發展由數量擴張轉為質的提高，并帶動了耕地集約度的提高，兩者開始出現良性耦合，從其耕地集約度與城鎮化水平的綜合值可看出，成都市耕地集約度與城鎮化水平均位于全省最高水平，且兩者差距較少.綜合以上分析可看出，耕地集約度和城鎮化水平的耦合協調度不僅與兩者各自水平的高低有關，且與兩者之間的差距有關，單一系統水平的提高，并不能促使城市化與耕地集約度之間的良性協調.

表 3　四川省耕地集約度與城鎮化水平耦合協調度空間等級

4結論與討論

1) 1998—2012年，四川省耕地集約度整體水平不高，但大部分地級市、州(除成都市外)耕地集約度動態度值為正值，呈上升態勢；耕地集約度區域差異明顯，分為不集約、低度集約、中度集約、高度集約4種類型區；自然條件(地形、氣候等)、經濟發展水平、非農指數、耕地面積、農業科技水平等是地區耕地集約度的重要影響因素.

2) 2006—2012年，四川省18個地級市城鎮化處于中等階段，時間序列上變化不大，但區域差異明顯，分為高水平區、較高水平區、較低水平區和低水平區4種類型區域；地區經濟發展水平，尤其是二、三產業發展水平，城市基礎設施和城市環境等是城鎮化水平的重要影響因素.

3) 2006—2012年，四川省18個地級市耕地集約度與城鎮化水平耦合協調度不高，大部分地區處于初期階段和頡頏階段(2012年這兩類地區分別占全省的44.5%和50%)，處于磨合階段的地區只有成都市，而協調階段的地區數量為零，但全省的耦合協調度值呈緩慢上升趨勢；實現耕地集約度與城鎮化水平的良性協調，不僅要注重提高各自的水平，也要著眼于縮小兩者之間的差距.

本文通過對四川省耕地集約度與城鎮化水平時空變化特征的分析，進一步探究了兩者之間的耦合協調關系，為四川省實現耕地集約利用與城鎮化的良性協調發展提供了參考依據.但仍存在許多不足，耕地集約度與城鎮化水平的時空變化及其耦合關系受多種因素的影響，且在不同地區、不同時間段，其變化特征和影響因素是不同的，因此在今后的研究中，應對耕地集約度與城鎮化水平耦合協調關系的時空變化及其影響因素做更進一步的探討.

參考文獻

[1] 易軍,梅昀. 基于PSR框架的耕地集約利用及其驅動力研究:以江西省為例[J]. 長江流域資源與環境,2010,19(8):895-900.

[2] 李魁. 東亞工業化、城鎮化與耕地總量變化的協動性比較[J]. 中國農村經濟,2010(10):86-95.

[3] 劉俊,劉雄兵. 廣東省城鎮化與耕地保護矛盾及對策研究[J]. 國土與自然資源研究,2009(1):23-24.

[4] 宋戈,吳次芳,王楊. 城鎮化發展與耕地保護關系研究[J]. 農業經濟問題,2006(1):64-67.

[5] 楊建云. 基于EKC模型的河南省工業化、城鎮化水平與耕地面積關系研究[J]. 水土保持研究,2013,20(2):213-222.

[6] 韓德官,廖和平,楊偉,等. 基于回歸分析的重慶市長壽區城鎮化進程中的耕地保護問題研究[J]. 中國農學通報,2014,30(8):150-155.

[7] 王佼佼. 城鎮化與耕地集約利用關系研究[D]. 北京:中國地質大學,2014.

[8] 柯新利,馬才學. 城鎮化對耕地集約利用影響的典型相關分析及其政策啟示[J]. 中國土地科學,2013,27(11):4-10.

[9] 宋佳楠,金曉斌,周寅康. 基于多層線性模型的耕地集約利用對糧食生產力貢獻度分析-以內蒙古自治區為例[J]. 資源科學,2010,32(6):1161-1168.

[10] 鄭華偉. 農地利用集約度評價及其空間差異分析:以四川省為例[J]. 當代經濟管理,2010,32(7):52-55.

[11] 王艷軍,王利,王紅燕. 遼寧省城鎮化發展水平測度及其差異研究[J]. 安徽農業科學,2013,41(12):5580-5583.

[12] 衛言. 四川省新型城鎮化水平及指標體系構建研究[D]. 成都:四川師范大學,2012.

[13] 張中亞,付梅臣,汝捷,等. 基于改進熵值法的耕地利用集約度時空變異研究:以河北省武安市為例[J]. 安徽農業科學,2011,39(4):2375-2387.

[14] 廖娟. 撫州市耕地集約利用評價研究[J]. 老區建設,2013(16):14-16.

[15] 鄭華偉,劉友兆. 基于PSR模型的耕地集約利用空間差異分析:以四川省為例[J]. 農業系統科學與綜合研究,2011,27(3):257-262.

[16] 黎一暢,周寅康,吳林,等. 城市土地集約利用的空間差異研究:以江蘇省為例[J]. 南京大學學報,2006,42(3):309-315.

[17] 楊忍,劉彥隨,郭麗英,等. 環渤海地區農村空心化程度與耕地利用集約度的時空變化及其耦合關系[J]. 地理科學進展,2013,32(2):181-190.

[18] 劉耀彬,李仁東,宋學鋒. 中國城市化與生態環境耦合度分析[J]. 自然資源學報,2005,20(1):105-112.

[19] ILLINGWORTH V. The Penguin Dictionary of Physics[M]. Beijing: Foreign Language Press,1996:92-93.

[20] 劉耀斌,宋學鋒. 城市化與生態環境的耦合度及其預測模型研究[J]. 中國礦業大學學報,2005,34(1):91-96.

[21] 劉元芳,趙嬌嬌,張路路,等. 河北省耕地集約利用與經濟發展的耦合關系分析[J]. 水土保持研究,2013,20(5):232-236.

[22] 李玉雙,葛京鳳,梁彥慶,等. 河北省城市土地集約利用與城市化的耦合協調度分析[J]. 水土保持研究,2013,20(2):238-242.

(編輯陶志寧)

Spatial-temporal Characteristics and Coupling Relationship Between Urbanization and Cultivated Land Intensive Degree of Sichuan Province

MU Zhiyu1,2，REN Ping1,2

(1.KeyLaboratoryofLandResourcesEvaluationandMonitoringinSouthwestofMinistryofEducation,SichuanNormalUniversity,

Chengdu610066,Sichuan;2.CollegeofGeographyandResources,SichuanNormalUniversity,Chengdu610066,Sichuan)

Abstract：Taking Sichuan province as an example, the spatial-temporal characteristics and coupling relationship between urbanization and cultivated land intensive degree of Chengdu provinc is analysed by using the improved entropy method, dynamic method and natural classification. The conclusion is as follows: 1) The cultivated land intensive degree of Sichuan province is not high, but is tending to be increased. Regional differences are divided into highly intensive, moderate intensive, low degree of intensive and non-intensive type. Economic development level, non-agricultural index and so on are important influencing factors. 2) The overall level of urbanization in Sichuan province is not high, but the regional difference is apparent. It can be divided into four levels of urbanization: high level area, higher level area, low level area and lower level area. Economic level and urban infrastructure are important influencing factors. 3) Cultivated land intensive degree and urbanization level of coupling coordination degree is not high with most of the area at the preliminary stage of development and rivalry stage, but in the slowly rising trend. Cultivated land intensive degree and urbanization level of coupling coordination degree not only depends on both levels but also has close relationship with gap between them, a single system to raise the level of comprehensive development strength can not make good coordination between urbanization and cultivated land intensive degree.

Key words：cultivated land intensive degree; urbanization level; spatial-temporal characteristics; coupling relationship and coordination; Sichuan province

doi:10.3969/j.issn.1001-8395.2016.01.023

中圖分類號：F293.2

文獻標志碼：A

文章編號：1001-8395(2016)01-0128-08

*通信作者簡介：任平(1978—)，男，教授，主要從事國土資源管理與生態環境效應研究，E-mail:pren121680@126.com

基金項目：國家自然科學基金(41301196)

收稿日期:2014-10-27