城市土地開發(fā)約束與支持的協(xié)調(diào)度評價
——以浙江省為例

徐 暉，馮秀麗，范園園

（寧波大學(xué)地理與空間信息技術(shù)系，浙江 寧波 315211）

1 引言

土地開發(fā)是一個復(fù)雜且持久的過程，涉及資源、環(huán)境與人類活動等多維因素。近年來人類活動強度急劇增加，使得土地開發(fā)規(guī)模、速度不斷加大[1]。但是當(dāng)土地開發(fā)程度和開發(fā)規(guī)模超過一定限度，其土地資源的供給能力又與之不相匹配，就極易引起土地利用空間失配問題[2]。因而，土地開發(fā)的協(xié)調(diào)性研究顯得尤為重要。土地開發(fā)協(xié)調(diào)度即滿足土地可持續(xù)開發(fā)利用的前提下建立以土地開發(fā)約束與支持協(xié)調(diào)發(fā)展為目標(biāo)的土地資源合理開發(fā)模式[3]。而基于土地開發(fā)約束力與支持力強度分析的土地開發(fā)協(xié)調(diào)度評價展現(xiàn)了土地開發(fā)利用的水平與質(zhì)量，對實現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用具有重要的理論意義與現(xiàn)實意義，是衡量人地關(guān)系是否和諧及土地系統(tǒng)是否有序的指標(biāo)之一。

當(dāng)前在城市化的影響下，城市土地擴張問題、供需問題日益凸顯，因此城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度的研究受到重視[4]。協(xié)調(diào)度理論最早提出于1971年，由德國物理學(xué)家赫爾曼的協(xié)同論演化而來，協(xié)同論指出系統(tǒng)內(nèi)各因子間的協(xié)同作用是導(dǎo)致系統(tǒng)從無序走向有序的關(guān)鍵所在[5-6]。因而，城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度強調(diào)的是土地系統(tǒng)內(nèi)各因子間的共生關(guān)系，它衡量的是一個具有“內(nèi)生性、綜合性”的整體[7]。國內(nèi)學(xué)者利用PSR模型[8]，并結(jié)合熵值法[9]、層次分析法[10]等方法將協(xié)調(diào)度理論應(yīng)用于土地利用研究中，如分析人地關(guān)系與土地利用的協(xié)調(diào)性[11]、城市化與土地利用的協(xié)調(diào)性[12]、區(qū)域經(jīng)濟與土地市場的協(xié)調(diào)性[13]、土地管理協(xié)調(diào)性[14]及土地集約利用系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性[15]等。綜上所述，將協(xié)調(diào)度作為城市土地開發(fā)評價的研究較少，且學(xué)者大多從經(jīng)濟、社會維度進(jìn)行協(xié)調(diào)度研究，未將影響城市土地開發(fā)的因子進(jìn)行整體歸納，同時在確定評價指標(biāo)權(quán)重時，缺乏對指標(biāo)系統(tǒng)有序性和關(guān)聯(lián)性的度量。因此本文針對城市土地開發(fā)系統(tǒng)，將影響城市土地開發(fā)的因子歸結(jié)于土地開發(fā)約束與支持因子，并嘗試將協(xié)調(diào)度模型應(yīng)用于城市土地開發(fā)約束與支持的協(xié)調(diào)性評價中，通過融合熵權(quán)法與灰色關(guān)聯(lián)法構(gòu)建權(quán)重矩陣[16]，建立基于灰色關(guān)聯(lián)熵的復(fù)雜時空城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度評價模型，且借助ArcGIS 10.2將評價結(jié)果進(jìn)行可視化表達(dá)。

浙江省經(jīng)濟發(fā)達(dá)，作為城市化發(fā)展的一個典型區(qū)，其城鎮(zhèn)化率超前。由于區(qū)域經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)、資源的差異，各城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)情況不盡相同。本文以浙江省11個地級市為例，利用基于灰色關(guān)聯(lián)熵的土地開發(fā)協(xié)調(diào)度評價模型，對研究區(qū)城市土地開發(fā)約束與支持的協(xié)調(diào)度進(jìn)行評價，并揭示其時空分異特征，以期為該模型的應(yīng)用提供實證借鑒與參考。

2 研究方法與指標(biāo)體系

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

就土地開發(fā)而言，由于各市的自然稟賦、土地政策存在差異，進(jìn)行土地開發(fā)時所需承擔(dān)或付出的包括經(jīng)濟、社會及生態(tài)環(huán)境等在內(nèi)的代價迥然不同[17]，因而可通過科學(xué)構(gòu)建評價模型、遴選最大程度表征影響因子信息的指標(biāo)，探索城市土地開發(fā)約束與支持的協(xié)調(diào)性。在選取評價指標(biāo)時，首先運用頻度統(tǒng)計與理論分析相結(jié)合的方法篩選出相關(guān)性強的指標(biāo)，再通過主成分分析法結(jié)合SPSS 19.0軟件進(jìn)一步篩選，若指標(biāo)間耦合度高則有所取舍，盡量使構(gòu)建的指標(biāo)體系全面覆蓋影響因子，確保研究的科學(xué)性、準(zhǔn)確性、有效性。本文基于上述方法共選取指標(biāo)28個，包括13個城市土地開發(fā)約束力評價指標(biāo)，15個城市土地開發(fā)支持力評價指標(biāo)，分為正向型和負(fù)向型兩類，并以此構(gòu)建了城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度評價指標(biāo)體系（表1）。

表1 城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度評價指標(biāo)體系Tab.1 The index system of urban land coordinated degree evaluation

2.2 研究方法解析

關(guān)于“度”的評價，即研究事物本身數(shù)量變化、保持自身質(zhì)的范圍的一種度量，其方法中，熵權(quán)法和灰色關(guān)聯(lián)法比較常用。熵權(quán)法中熵值可定量描述各因子間的相似度與吻合度，其大小與系統(tǒng)有序度聯(lián)系緊密[18]；灰色關(guān)聯(lián)法能客觀體現(xiàn)不同數(shù)據(jù)間的誤差程度，能對發(fā)展趨勢進(jìn)行量化比較和分析[19]。在灰色關(guān)聯(lián)法的基礎(chǔ)上結(jié)合熵權(quán)法進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)熵值計算，能改善灰色關(guān)聯(lián)法中存在的個性信息損失與局部關(guān)聯(lián)傾向的不足，且能反映指標(biāo)系統(tǒng)的有序度及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為此本文引入指標(biāo)組合權(quán)重，實現(xiàn)效果改進(jìn)，得到灰色關(guān)聯(lián)熵模型[20]。

（1）原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。為消除評價指標(biāo)量綱差異的影響，對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理（歸一化處理）。設(shè)研究地域單元數(shù)量為a，評價指標(biāo)數(shù)量為c,其中土地開發(fā)約束力指標(biāo)數(shù)量為b，支持力指標(biāo)數(shù)量為d，第i個被評價對象的第j個評價指標(biāo)記為Rij（i= 1，2，3，…，a；j= 1，2，3，…，c），則得到a行c列的原始矩陣（Rij）a×c，指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后矩陣為（Xij）a×c，原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理公式為：

（2）灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計算。在計算時要求在標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上確定一個參考序列，本文分別取土地開發(fā)約束力及支持力各個評價指標(biāo)中的最大值構(gòu)成序列，W1和W2。其中W1= {X11，X12，X13，…，X1b}，以W1和W2構(gòu)成的最優(yōu)值作為參考序列，進(jìn)行土地開發(fā)影響因子中灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)分析，土地開發(fā)約束力（支持力）中第i個研究單元第j項指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)為：

式（3）中：?為分辨系數(shù)，0＜?＜1，一般取?=0.5。

（3）灰色關(guān)聯(lián)熵法確定權(quán)重。將由灰色關(guān)聯(lián)法計算出的各項評價指標(biāo)系數(shù)作為灰列，確定土地開發(fā)約束力與支持力指標(biāo)的灰關(guān)聯(lián)熵，其公式為：

進(jìn)而，城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度評價指標(biāo)的灰關(guān)聯(lián)熵權(quán)為：

式（5）中：ρj作為第j項指標(biāo)的偏離度，公式為：ρj=1 -Uj。

（4）綜合指數(shù)評價模型。結(jié)合上述計算的各個評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值以及灰關(guān)聯(lián)熵權(quán)，進(jìn)行線性加權(quán)得到城市土地約束力（支持力）中各指標(biāo)的綜合值，即為約束力（支持力）綜合評價指數(shù)，其模型為：

（5）城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度評價模型。城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度模型能反映約束力與支持力兩個因子之間相互關(guān)聯(lián)度的高低、相對離差的大小，同時還能體現(xiàn)約束力與支持力兩個因子對土地開發(fā)整體效應(yīng)的優(yōu)劣和發(fā)展程度，其公式[21]為：

式（7）中：Hi為第i個研究單元土地開發(fā)協(xié)調(diào)度，且Hi∈ ( 0, 1)，Hi數(shù)值越小則表明約束力與支持力之間協(xié)調(diào)度越低，反之則越高；P（siPri）為第i個研究單元土地開發(fā)約束力與支持力因子的綜合評價值；τ為調(diào)節(jié)系數(shù)（τ≥2），本文中τ= 2。協(xié)調(diào)度指數(shù)Hi取值范圍為［0，1］，借鑒已有研究成果[22]，將協(xié)調(diào)度分為5個等級，并對各個等級進(jìn)行分段賦值（表2）。

表2 城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The standards of coordination degree of urban land development

3 實證研究

3.1 研究區(qū)概況

浙江省位于經(jīng)濟繁榮的長江三角洲南部，區(qū)位條件優(yōu)越。截至2015年末，浙江常住人口為5.54×107人，人口自然增長率為5.02%，城鎮(zhèn)化率為65.8%，浙江地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)4.29×1012元（居全國第4位），三次產(chǎn)業(yè)比重為4.3∶45.9∶49.8。

3.2 數(shù)據(jù)來源

本文所需11個地級市的數(shù)據(jù)（經(jīng)濟、社會發(fā)展、資源利用、環(huán)境等數(shù)據(jù)類）主要參考2000—2015年《中國城市統(tǒng)計年鑒》 《中國統(tǒng)計年鑒》 《浙江省統(tǒng)計年鑒》及《浙江自然資源與環(huán)境統(tǒng)計年鑒》，矢量數(shù)據(jù)取自浙江省國土資源廳網(wǎng)站。

3.3 結(jié)果與分析

將所得數(shù)據(jù)帶入上述公式，計算得到2000年、2005年、2010年和2015年4個年度浙江省各地級市土地開發(fā)約束力、支持力以及土地開發(fā)協(xié)調(diào)度結(jié)果。

3.3.1 城市土地開發(fā)約束力與支持力評價

（1）土地開發(fā)約束力評價。分析2000—2015年浙江省城市土地開發(fā)約束力排名發(fā)現(xiàn)，約束力強度最大的為舟山市，而約束力強度最小的區(qū)域分布出現(xiàn)波動變化，2000年為衢州市，2005年為麗水市，2010年和2015年均為溫州市（表3）。可以發(fā)現(xiàn)土地開發(fā)約束力強度處于中等水平的城市較多，值域范圍為［0.35，0.66］，且約束力強度高值集中在浙東北部，西南部則較低。這主要與城市發(fā)展水平有關(guān)，東北部城市城市化率高，人口、環(huán)境對土地開發(fā)的約束強度大，而西南部城市發(fā)展速度慢，城市問題對土地開發(fā)的約束強度相對較小。隨著時間的推移，城市間土地開發(fā)約束力強度差距在明顯擴大。

（2）土地開發(fā)支持力評價。比較2000—2015年浙江省城市土地開發(fā)支持力排名，土地開發(fā)支持力強度最大的城市為杭州市，寧波市次之，溫州市、嘉興市處于第三與第四的波動變換中（表3）。支持力強度最小的在2000年和2005年均為舟山市，2010年為湖州市，2015年為衢州市。分析發(fā)現(xiàn)支持力強度較高的區(qū)域主要集中在浙北以及浙東南的溫州市，浙中與浙西南的城市土地開發(fā)支持力強度較小。這說明每個城市的資源稟賦以及經(jīng)濟基礎(chǔ)對城市土地開發(fā)支持力具有重要影響，浙北部城市經(jīng)濟實力在浙江省內(nèi)靠前，也是浙江省的中心發(fā)展城市，給予城市土地開發(fā)極大的經(jīng)濟支持，而浙中及浙西南部則相對較弱。隨著時間的演進(jìn)，城市間土地開發(fā)支持力強度差距呈縮小趨勢。

綜上所述，兩個維度在空間上的分布具有一定的相似性，且均呈現(xiàn)小范圍的集中分布。

3.3.2 城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度評價

（1）總體協(xié)調(diào)度評價。將浙江省11個地級市土地開發(fā)約束力、支持力以及協(xié)調(diào)度計算的平均值作為衡量浙江省整體城市土地開發(fā)約束力、支持力以及協(xié)調(diào)度的標(biāo)準(zhǔn)，并分析其發(fā)展趨勢（圖1）。浙江省城市土地開發(fā)約束力強度從2000—2015年一直處于下降的狀態(tài)，支持力強度處于“降低—升高—降低”的波動變化中。在約束力與支持力雙重機制協(xié)同演進(jìn)下，2000—2015年浙江省城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度水平總體呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，其中2010年為拐點。將協(xié)調(diào)度發(fā)展趨勢分為三個階段：第一階段為2000—2005年，浙江省城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度升高明顯；第二階段為2005—2010年，期間由于2008年的經(jīng)濟危機，城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度受到一定影響，協(xié)調(diào)度升高速度減緩；第三階段為2010—2015年，期間城市土地資源已達(dá)到飽和開發(fā)狀態(tài)，加之城市問題凸顯，使得城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度水平持續(xù)降低。

表3 浙江省各地級市土地開發(fā)約束力與支持力強度分區(qū)Tab.3 Intensity division of land development restraint and support strength in municipal-level cities of Zhejiang Province

（2）協(xié)調(diào)度空間格局評價。根據(jù)浙江省城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度評價結(jié)果，運用ArcGIS 10.2軟件繪制2000年、2005年、2010年和2015年四個年度的城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度時空分異圖。從圖2中發(fā)現(xiàn)，浙江省城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度具有明顯的“小集中—大分散”特征。2000年，以衢、杭、嘉、寧、臺為主體構(gòu)成的倒“C”型區(qū)域處于高度協(xié)調(diào)狀態(tài)，中等協(xié)調(diào)與基本協(xié)調(diào)區(qū)以“X”型交叉分布。2005年，麗水市、溫州市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度水平提升明顯，而浙中的金、衢、臺土地開發(fā)協(xié)調(diào)度水平呈下降趨勢。2010年，城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度空間分布發(fā)生顯著變化，杭、嘉、寧的協(xié)調(diào)度水平降低，其中表現(xiàn)最為搶眼的為杭州市，高度協(xié)調(diào)的集中區(qū)從浙北轉(zhuǎn)移到浙東與浙西。2015年，城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度水平整體偏低，未出現(xiàn)高度協(xié)調(diào)的區(qū)域，其余三個狀態(tài)呈帶狀分布，且從北到南協(xié)調(diào)度水平依次降低。

圖1 浙江省城市整體土地開發(fā)協(xié)調(diào)度綜合評價趨勢圖Fig.1 Comprehensive evaluation trend of urban land development coordination degree in Zhejiang Province

圖2 浙江省各地級市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度評價Fig.2 Evaluation of the coordination degree of urban land development in municipal-level cities of Zhejiang Province

依據(jù)各個城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度分布的時序特征，可將其分為3種類型：平穩(wěn)型、浮動型、交叉型。平穩(wěn)型為湖州市、舟山市，其15年間協(xié)調(diào)等級未發(fā)生變化，均處在較低水平；浮動型為紹、金、衢、臺、麗，其協(xié)調(diào)等級一直處于不穩(wěn)定的變動狀態(tài)；交叉型為杭、嘉、寧三市，其協(xié)調(diào)等級在2000—2010年處于平穩(wěn)狀態(tài)，2010—2015年協(xié)調(diào)等級出現(xiàn)浮動變化。

4 總結(jié)與討論

4.1 總結(jié)

本文以浙江省11個地級市為例，選取2000年、2005年、2010年和2015年四個年度統(tǒng)計數(shù)據(jù)，通過改進(jìn)后的灰色關(guān)聯(lián)熵模型，對城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度進(jìn)行綜合評價，并分析了城市土地開發(fā)約束力、支持力、協(xié)調(diào)度在時空上的分異特征。結(jié)果表明：（1）浙江省城市土地開發(fā)約束力強度高值集中在浙東北部，西南部較低，各城市土地開發(fā)約束力在時序上呈兩極化趨勢。支持力強度較高的區(qū)域主要集中在北部以及東部的溫州，隨著時間演進(jìn)，各城市土地開發(fā)支持力強度的差距呈縮小趨勢。（2）受土地開發(fā)約束力、支持力的影響，浙江省整體城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度水平2000—2015年呈現(xiàn)“升高—降低”的變化趨勢，其中2010年為拐點。（3）浙江省城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度水平在空間上呈現(xiàn)北部高，南部低的空間差異，且具有明顯的“小集中—大分散”特征。依據(jù)各個城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度狀態(tài)變化趨勢，可將城市分為3種類型：平穩(wěn)型、浮動型、交叉型。

為促進(jìn)浙江省城市土地開發(fā)約束與支持的協(xié)調(diào)發(fā)展，本文提出以下相關(guān)建議與對策：首先，明確城市功能分區(qū)。明確各城市功能定位，因地制宜地發(fā)展優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，可極大地提升經(jīng)濟效益。其次，促進(jìn)土地集約開發(fā)。土地開發(fā)需從外延式擴張轉(zhuǎn)移到內(nèi)涵式增長上來，深入挖掘開發(fā)潛力，減少土地閑置浪費。再次，夯實中心城市的輻射作用。在城市土地開發(fā)過程中，需強化浙北中心城市的輻射帶動作用，避免經(jīng)濟、人口過于集中而產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。最后，提升環(huán)境支持力。加快高能耗、高投入產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，降低城市土地開發(fā)約束力強度，提升城市抗干擾能力。

4.2 討論

本文發(fā)散了對協(xié)調(diào)度的理解，將協(xié)調(diào)度模型應(yīng)用于土地開發(fā)的評價中，而此前尚未有將協(xié)調(diào)度模型應(yīng)用于浙江省城市土地開發(fā)約束與支持評價研究的先例，因此本文嘗試在對土地開發(fā)約束力與支持力量化后進(jìn)行城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度評價。利用頻度分析法、主成分分析法篩選指標(biāo)，并結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)熵法建立復(fù)雜時空權(quán)重矩陣，保證了評價體系建立的規(guī)范性與合理性。此外增加“社會用電量”“專利數(shù)量”等重要表征指標(biāo)，使得建立的評價體系更加完整、全面。城市土地開發(fā)協(xié)調(diào)度在浙江省的實證研究，與實際情況相符，說明評價體系具有實際價值與可操作性，可為城市土地開發(fā)評價提供方法參考。