城市土地集約利用度與城市化水平協調發展研究

樓婧+龔健

摘要：以武漢城市圈為例，建立城市土地集約利用及城市化水平評價指標體系，采用全局主成分分析法評價2005～2014年土地集約利用度與城市化水平，運用系統相對狀態發展模型測算兩者之間的協調度，并對其進行時空維度上的差異分析。協調度測算結果顯示，2008年以后圈內各市多處于協調階段；從時間軸上看，武漢、黃石、孝感、潛江市的土地集約利用與城市化水平協調度總體趨于逐年增強，但在空間格局上各市呈現不規則變化態勢，不具有明顯的空間聚集特征。

關鍵詞：土地集約利用；城市化水平；協調度；武漢城市圈

中圖分類號：F299.23 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）21-4169-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.21.042

Research on the Coordination Coefficient of the Intensiveness of Urban Land Use and Urbanization——A Case of Wuhan Urban Agglomeration

LOU Jing，GONG Jian

（College of Public Administration， China University of Geosciences，Wuhan 430074，China）

Abstract： Taking Wuhan Urban Agglomeration as an example，set up evaluation systems of the urban land intensive use and urbanization level. The global principal component analysis（GPCA） and the model of systems relative state development degree has adopted. GPCA is used to evaluate urban land intensive use and urbanization level from 2005 to 2014. And the model of systems relative state development degree is used to measure the coordination degree between the two，finally analyze the change characteristics in the time and space dimensions. The results declare that the cities in Wuhan Urban Agglomeration whose most period after 2008 is in coordination stage. Looking from the time axis， the coordination coefficient of the intensiveness of urban land use and urbanization in Wuhan，Huangshi，Xiaogan，Qianjiang generally tends to increase year by year. However，its obvious that cities coordination coefficient trend an irregular change and is without obvious characteristics of spatial clusters.

Key words： land intensive use；urbanization level；coordination coefficient；Wuhan Urban Agglomeration

中國城市化發展迅速，城市規模不斷擴大，土地供求矛盾日益緊張，對城市空間的內涵式發展和集約化利用提出了更高的要求，合理有效地處理城市土地集約利用與城市化之間的關系是社會經濟可持續發展的重要基礎和迫切任務[1，2]。近年來，土地集約利用問題受到了各界的廣泛關注，國內外研究學者站在不同角度對土地集約利用問題進行分析，并取得了顯著成果。林堅等[3]、洪增林等[4]對城市土地集約利用的理論及評價體系進行了研究；研究者對城市土地集約利用的基本問題及研究進展進行了研討[5-7]，運用遙感、模糊數學等手段對土地集約利用進行了定量評價[8-10]，對城市土地集約利用與城市化的耦合協調關系進行了實證研究[11，12]。

在建設新型城鎮化的背景下，應當正確處理城市化水平與土地集約利用兩者之間的關系，這不僅關系到中國土地集約利用與城市化問題能否如期實現，而且關系到中國社會經濟的可持續發展，但當前的研究主要以城市或開發區土地集約利用為中心展開，而從系統角度對城市土地集約利用與城市化兩者之間的協調關系及時空變化特征的深入研究較少，且多采用單一的橫向空間對比方法，而不是加入時間軸的立體綜合分析方法[12-15]。因此，本研究以武漢城市圈為例，采用時序全局主成分分析方法，研究圈內城市土地集約利用與城市化水平的協調發展狀況。

1 研究思路與研究方法

1.1 研究思路

首先，分別構建城市土地集約利用與城市化水平的綜合評價指標體系，采用時序全局主成分分析分別計算2005～2014年武漢城市圈9個城市的土地集約利用度與城市化水平評價值，再引入系統相對狀態發展模型，對二者的協調度進行測算，并從時間和空間維度進行特征分析。圖1為城市土地集約利用和城市化水平協調度研究路線。endprint

1.2 研究方法

1.2.1 構建評價指標體系 為科學合理地衡量城市土地集約利用度和城市化水平，需在科學性、系統性、可操作性、全面性等原則的指導下構建城市土地集約利用評價與城市化水平評價的指標體系[12]。本研究在廣泛查閱相關資料、分析總結前人經驗的基礎上，從人口、經濟、社會、生態等各方面篩選出對應的評價指標，構建如表1、表2所示的評價指標體系。

1.2.2 城市土地集約利用度與城市化水平系數測算 利用SPSS 18.0軟件，采用時序全局主成分分析法，計算城市土地集約利用度系數與城市化水平系數。時序全局主成分分析法是在經典的主成分分析法的基礎上加上時間序列，經典主成分分析法研究的只是由樣本和樣本指標所組成的截面數據，實際上隨著時間的推移，會產生大量以時間順序排列的截面數據表序列，且這些數據表具有完全相同的樣本點和同名的變量指標，全局主成分分析法就是將這些不同時點的截面數據表整合成一個統一的按時間縱向展開的全局數據表，然后對全局數據表進行經典主成分分析的方法[16-18]。

全局主成分分析主要計算步驟[19]：

1）數據的標準化：先將坐標原點移到數據中心，并進行壓縮變換以減小因量綱不同、自身變異或數值相差較大所產生的誤差。

x′ij=（xij-■j）/Sj，i=1，2，…，n；j=1，2，…，p （1）

其中，■j=■∑xij；sj2=■∑（xij-■j）2

2）計算X矩陣的協方差矩陣R。

3）求R的前m個特征值λ1≥λ2≥λ3≥…≥λm，對應的特征向量u1，u2，…，um，它們標準正交。u1，u2，…，um稱為主軸。

4）由于X是中心化的，則第h主成分：

Fh=X′uk （2）

因此，得到因子模型X′=Ap×mF′m×n+Dp×pU。其中，A為因素載荷矩陣，若殘差Dp×pU的影響很小可忽略不計，則數學模型為X′=AP×mF′m×n，且式（2）滿足條件：

E（F）=0，Var（F）=Im （3）

E（U）=0；Cov（F，U）=0 （4）

1.2.3 協調度測算及其劃分——系統相對狀態發展模型 系統相對狀態發展模型最先是在衡量生態環境與城市化的相對狀況方面被廣泛應用，后被一些專家學者引入城市土地集約利用與城市化協調度的測算中，本研究借助此模型來分析武漢城市圈的土地集約利用與城市化間的協調發展狀況[11，12]，且協調度測算值越高，2個系統之間的協調狀況越好，反之越差[20]。

R=exp[-（G-α×F）2/S] （5）

式中，G表示城市土地集約利用度，F表示城市化水平系數，S為G的方差，α指城市化對城市土地集約利用的回歸系數，R為協調度測算值。

在系統相對狀態的分析中，依據研究慣例[21，22]，式（5）中的α一般取0.80。表3是基于模糊隸屬度建立的協調系數劃分標準，用來區分城市協調發展階段[23]。

2 實證研究

2.1 研究區概況

武漢城市圈，又稱“1+8”城市圈，是指以武漢為中心，覆蓋周邊黃石、鄂州、孝感、黃岡、咸寧、仙桃、潛江、天門這8個城市所組成的城市群，地處湖北省東部，位于東經112°30′-116°07′，北緯29°05′-31°51′。

2014年武漢城市圈土地面積約58 051.9 km2，占全省面積的31.2%；常住人口為3 087.1萬，占全省比重為53.1%；生產總值為17 265億元，占全省的59.8%，城鎮化水平為59.9%。

由2014年的統計數據可知，面積不到湖北省1/3的武漢城市圈，集中了全省一半以上的人口、近六成的GDP總量，是中國中部地區最大的經濟聯合體，也是中部崛起的重要戰略支點，同時還被評為“全國資源節約型和環境友好型社會建設綜合配套改革試驗區”。本研究以武漢城市圈為例，具有較好的典型性。

2.2 數據來源

數據主要來源于2005～2014年的《湖北省統計年鑒》、《中國城市統計年鑒》、《中國區域經濟統計年鑒》、武漢城市圈各縣市的統計年鑒、國民經濟與社會發展統計公報以及中國經濟與社會發展統計數據庫。

2.3 結果與分析

2.3.1 城市土地集約利用度與城市化水平特征分析

1）城市土地集約利用度與城市化水平的時間變化。由表4和圖2可知，2005～2014年武漢城市圈內各市土地集約利用水平總體呈上升態勢。其中，武漢市土地利用集約度最高，其他城市相比武漢市差距較大，且從2005年到2014年各市之間差距不斷拉大。到2014年的城市土地集約利用水平為武漢>天門>仙桃>鄂州>潛江>黃石>孝感>咸寧>黃岡。據了解，自2006年起，國土資源部啟動了開發區土地集約利用評價技術標準的研制工作，2007年組織開展了開發區土地集約利用評價數據庫標準的專題調研、需求分析和編制起草工作，并于2010年發布了《開發區土地集約利用評價數據庫標準》（TD/T1030-2010），期間，“國土資源部大調查”項目開展了“開發區土地集約利用潛力評價”研究的試點工作，這些都為中國城市土地集約利用評價的理論探討和實證研究起到了帶動和促進作用[24]。到2014年，就湖北省而言，已先后部署完成了四輪開發區土地集約利用評價及成果更新工作，且開展工作的開發區多達112家，其中大部分坐落在武漢城市圈，與此同時，城市建設用地節約集約利用評價也在湖北省進行著，這使得武漢城市圈各市的土地集約利用度也隨之升高。

由表4和圖3可知，城市化水平總體呈現上升狀態，這與武漢城市圈各市以中心城區為龍頭推進市域城鎮化工作取得重大進展相關。同樣地，武漢市城市化水平最高，其余幾市城市化水平較相近，與武漢存在一定差距。武漢市處于武漢城市圈的核心地位，其人口、經濟、生活水平等方面都遠超周邊城市，城市化水平處于領先地位；近年來黃石市委、市政府全力建設鄂東特大城市，大力建設環大冶湖新區，推進新型工業化、農業產業化發展；鄂州市把城市和農村作為一個有機整體一體推進，促進城鄉空間融合、優勢互補；孝感市按照“全域孝感”的要求，把全市作為一個整體進行統籌規劃，這些都為其各自的城市化發展提供了新引擎。黃岡、咸寧市作為全省經濟格局中的后發板塊，在2011年以后也取得了重要突破。另外，仙桃、潛江、天門市在發揮著連接武漢、襄陽、宜昌市“金三角”交通區位優勢的同時也在穩中求進。endprint

2）城市土地集約利用度與城市化水平的空間差異。運用ArcGIS軟件對2014年武漢城市圈9個城市土地集約利用及城市化水平評價值進行等級劃分，得出武漢城市圈土地集約利用與城市化水平的空間分布特征。由圖4可知，2014年城市土地集約利用度以及城市化水平存在一定地域差異，大致表現為武漢市的土地集約利用水平和城市化水平都很高；黃石、鄂州、仙桃、潛江市的土地集約利用水平次之，孝感、黃岡、咸寧市的土地集約利用度較低；黃石和黃岡市的城市化水平較高，其余的城市化水平較低。通過比較可初步推測，武漢、黃石、孝感、咸寧市的城市土地集約利用與城市化發展步調較一致，協調度較其他五市要高。

2.3.2 協調度的時空變化分析

1）協調度的時間變化分析。以城市土地集約利用以及城市化水平評價值為基礎，通過標準化處理，借助系統相對狀態發展模型進行城市土地集約利用與城市化的協調度分析（圖5）?？偟膩碚f，從2005年到2014年，整體呈波動狀態，沒有明顯規律；2008～2014年武漢城市圈城市土地集約利用相對城市化水平的協調系數多處于協調階段。具體來看，各市之間差異較大，除咸寧市外都在2006、2007年出現轉折，之后武漢、黃石、孝感市逐年上升，鄂州、黃岡、仙桃市先升后降，咸寧、天門市總體呈下降趨勢。2006～2007年武漢城市圈各市的協調度均較低，但從2007～2008年，整個武漢城市圈發展呈上升趨勢，可能是由于2007年底獲批“全國資源節約型和環境友好型社會建設綜合配套改革試驗區”之后，武漢城市圈以園區、開發區為依托，以大企業為龍頭，以中小企業配套為支撐，產業一體化取得了較大成效。但之后由于交通基礎設施、區域市場、社會事業一體化等的滯后問題，導致咸寧、天門等市又有所回落。

為提高時間變化分析的有效性，本研究進一步利用Spearman秩相關分析對協調度進行定量時序演化評價。分析結果表明，基于5%水平，臨界值W為0.564條件下，城市土地集約利用相對城市化的協調關系是顯著的。說明協調度與城市土地集約利用度有一定的對應性，城市土地集約利用與城市化水平只有保持一定的協調關系才能更好地促進城市土地集約化利用。土地集約利用與城市化發展也是相輔相成、相互促進的，通過內涵式的集約經營管理模式，充分提高和發揮土地的使用效益和集聚效應來推動城市化的進程。

2）協調度的空間演化特征。以表4為基礎，按表3進行分類，在ArcGIS中對其進行空間顯示，能夠清晰地表現出武漢城市圈城市土地集約利用相對城市化的協調度水平的空間分布及其變化特征。選取2005、2008、2011、2014年4個時間節點作武漢城市圈的協調度空間分布圖進行分析。

由圖6可知，2005～2014年武漢城市圈城市土地集約利用與城市化的協調度在空間格局上呈現出不規則變化態勢。2005年，武漢、仙桃、天門市處于滯后階段，黃岡、咸寧、孝感、黃石、鄂州、潛江市處于協調階段；到2008年，9個城市均處于協調發展階段；2011年，天門市處于中度滯后，其余各市處于協調階段；2014年，天門市下跌到高度滯后，黃岡、仙桃市也降至中度滯后，其余各市依舊處于協調發展階段。

以協調度計算結果為基礎，運用ArcGIS軟件計算2005～2014年協調度的全局空間自相關指數Moran's I，結果見表5。由表5可以看出，全局空間自相關指數Moran's I總體上呈先上升后下降的趨勢。除2012年Moran's大于0外，其余都為負，說明武漢城市圈城市土地集約利用與城市化發展的協調度不具有明顯的空間聚集特征。為判斷局部對象的空間布局，進行武漢城市圈局部地域空間探究的局部Moran's I指數分析。結果表明，研究地域與臨近地域的協調度無關聯，表現為武漢一城獨大，沒有帶動整個城市圈的土地集約利用與城市化水平協調發展。說明武漢城市圈各市之間發展的聯動性不足，城市與周邊城市之間的協調互動不夠，沒有充分發揮圈域城市間優勢互補、聯動促進的潛力。

3 結論與討論

在構建城市土地集約利用與城市化水平評價體系的基礎上，分析了武漢城市圈內城市土地集約利用與城市化水平發展的時間和空間特征，并運用系統相對狀態發展模型對2005～2014年武漢城市圈9個城市的土地集約利用與城市化水平協調度進行了時空分析，有助于人們了解兩者的發展進程與相互關系，為湖北省土地利用管理提供參考，以促進武漢城市圈內城市和諧健康發展。

3.1 基本結論

1）2005～2014年武漢城市圈的城市土地集約利用度與城市化水平呈逐年增長趨勢，其中武漢市最高，其他城市較武漢差距較大。

2）2005～2014年武漢城市圈的城市土地集約利用與城市化發展協調度結果表明，2008年以后武漢城市圈各市大多處于協調階段（高度協調、中度協調、基本協調）。城市土地集約利用與城市化水平之間彼此作用，相互促進，兩者只有保持一定的協調關系，才能促進整個社會經濟的良性發展。

3）2005～2014年武漢城市圈的城市土地集約利用與城市化發展協調度在空間格局上呈不規則變化趨勢，不具有明顯的空間聚集效應。武漢城市圈內各市之間發展的聯動性不足，沒有充分發揮相互促進、優勢互補與資源共享的作用。

3.2 幾點建議

1）中國人多地少的尖銳矛盾決定了在城市化進程中，必須堅持走集約發展的道路，保持兩者相互促進、協調發展。

2）加強圈內聯系，打破區域封閉狀態，實現產業一體化發展。在強化武漢龍頭帶動作用的同時，其余各地結合城市特色，明確城市發展重點，打造優勢產業，以形成圈域內合理的產業發展模式。

3）加強交通一體化建設，以促進城市之間的合作與交流，引導核心城市將一部分城市功能和產業分散到近郊、遠郊以及周邊城市，推進武漢城市圈的綜合協調發展。

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