西安市土地利用效益與城鎮化耦合協調關系

仉振宇, 朱記偉, 解建倉,, 張永進, 馬增輝

(1.西安理工大學 省部共建西北旱區生態水利國家重點實驗室, 西安 710048;2.陜西高校新型智庫 生態水利與可持續發展研究中心, 西安 710048;3.陜西省土地工程建設集團 國土資源部 退化及未利用土地整治工程重點實驗室, 西安 710075)

土地資源是城鎮化運行的載體，是人類賴以生存和發展的物質基礎，既有自然屬性，又有經濟屬性[1]。土地利用效益是指區域土地上投入的勞動資本以及所消耗資源的產出總量，它能反映資源優化配置的程度，表明自然資源、勞動價值以及資金等投入的實現程度，是衡量土地利用可持續性的重要標度[2-3]。城鎮化作為驅動經濟發展、推動社會進步和區域協調發展的主要動力，是現代化的必由之路，也是現代化的必然結果，其速度和質量對城鎮產業發展具有重要影響，而城鎮化水平是一個國家發達程度的重要標志之一[4-6]。隨著我國城鎮化進程的不斷推進，經濟社會發展與土地資源利用的矛盾日益顯著，環境污染、土地退化、人地關系矛盾突出等環境問題也隨之凸顯，土地利用效益與城鎮化的協調發展水平研究已經成為土地管理學科的熱點問題[7-8]。實現土地利用效益與城鎮化的耦合協調發展，尋求兩者之間均衡、健康的發展關系，對于土地資源高效管理和利用以及城市規劃和可持續發展具有重要意義[9-10]。國外學者對土地利用與城鎮化的相關研究主要包括通過主成分分析法等方法探究由城鎮化引起的土地利用和景觀格局時空演變[11]，在計算歸一化植被指數(NDVI)以及城市熱場變異指數(UTFVI)等參數的基礎上對地表溫度進行估算并研究土地利用變化和城鎮化對城市氣候的影響[12-13]，在大尺度范圍下探索土地城鎮化質量(LUQ)時空特征及影響因素[14]。國內學者的相關研究主要集中在城鎮化測度[15-17]、土地利用效益評價及空間格局演變[18-22]、城鎮化系統內部之間的相互影響[23-25]等方面，以城市群或省份等為研究區的大尺度下土地利用與城鎮化之間的協調發展關系研究較為豐富[26-32]，而以重點城市為范圍進行土地利用效益與城鎮化耦合協調發展研究逐漸成為相關領域的研究趨勢[33-34]?！蛾P中平原城市群發展規劃》明確了西安建設國家中心城市的目標定位。西安作為中國西部經濟與交通中心樞紐、國家新經濟中心城市以及“精英之城”，經濟社會發展迅速，國際影響力顯著提升，帶動西部高水平發展并輻射全國，努力改變中國經濟東強西弱、南強北弱的不平衡發展現狀，將成為未來全球格局下具有全球競爭力與可塑性的國際化大都市。本研究在構建土地利用效益與城鎮化水平指標體系的基礎上，計算2005—2015年土地利用效益與城鎮化水平評價指數，探究耦合協調關系，通過計算灰色關聯度對兩者的相互影響以及關聯性進行分析研究，對西安建設絲綢之路經濟帶新起點、國家中心城市以及國際化大都市過程中，以土地資源的高效利用優化城鎮化布局和形態、推動城市建設規劃與土地利用效益協調發展以及緩和發展過程中產生的人地關系矛盾具有重要意義。

1 研究區概況

西安市位于黃河流域中部關中平原腹地，處于東經170°40′—109°49′，北緯33°42′—34°45′，轄境東西長約204 km，南北最大寬度約116 km，面積為10 108 km2。西安市屬于暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，季節性變化明顯，四季冷暖干濕分明，全市年平均氣溫為13.3℃，平原區干旱指數為1.29～2，無霜期220 d左右，多年平均降水量為740.4 mm，蒸發量由北向南逐漸減少。西安市現轄新城、碑林、雁塔、蓮湖、未央、灞橋、閻良、長安、臨潼、鄠邑、高陵11個區以及藍田、周至兩個縣，有7個國家級開發區，并代管一個國家級新區，即西咸新區。截至2018年，城市建成區面積達700.27 km2，年末全市常住人口1 000.37萬人，經濟運行情況較為良好，產業結構布局較為合理，城市治理已經取得較為顯著的成效，人民生活水平不斷提高。近年來，西安市以國家中心城市為依托，加快國家化大都市建設，成為帶動大關中、引領大西北、輻射北方內陸地區的核心城市。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本次研究的數據來源于西安市統計局發布的《西安統計年鑒》。研究對統計年鑒中2005—2015年的數據進行篩選，直接使用部分數據作為指標數據，同時對相關數據進行計算處理，獲得部分指標，用于計算西安市土地利用效益指數以及城鎮化水平指數，在此基礎上對西安市土地利用效益與城鎮化的耦合協調關系進行研究。

2.2 研究方法

2.2.1 指標體系構建 本次研究從土地利用效益以及城鎮化水平兩個方面選取相關評價指標。土地利用效益和城鎮化水平是多維復雜系統，影響因素較多，需要從協調發展、可持續發展、系統學等多角度全面考慮指標選取。通過研究和總結大量的參考文獻，在借鑒相關研究成果的基礎上，融入創新思維，將土地利用效益劃分為經濟效益、社會效益和生態效益3個子系統，每個子系統選取5個指標(總計15個指標)進行土地利用效益測度；將城鎮化水平劃分為人口城鎮化、經濟城鎮化、社會城鎮化、生態城鎮化和教育城鎮化5個子系統，每個子系統選取5個指標(總計25個指標)進行城鎮化水平測度。所構建的指標體系見表1和表2。

表1 土地利用效益指標體系

表2 城鎮化水平指標體系

按照科學性、綜合性、系統性、可比性的原則以及前人的相關研究進行指標選取。

地均GDP、地均固定資產投資額、地均二、三產業增加值、地均財政收入以及地均社會消費品零售額表征土地利用過程中經濟產出的水平以及產業結構的調整情況；人口密度、人均擁有道路面積、人均城建區面積、地均公共交通客運總量以及地均從業人數表征土地對人口數量的承載能力以及對居民生活的滿足情況；城市園林綠地面積、人均公共綠地面積、建成區綠化覆蓋率、年末綠化覆蓋面積以及垃圾無害化處理率表征土地的生態利用狀態。

非農業人口數、鄉村非農業產業從業人員比重、城鎮化率、城市人口自然增長率以及第二、三產業從業人口比重表征城鎮人口數量的增長以及就業情況的變化；人均GDP、城鎮居民人均可支配收入、人均固定資產投資額、人均社會消費品零售額以及二三產業產值占GDP比重表征城鎮化過程中勞動資金投入、經濟發展和產業結構變化；每萬人擁有醫院床位數、燃氣普及率、全社會車輛數、路燈盞數以及移動電話用戶數表征城鎮化對社會生活的積極影響；污水處理率、清掃保潔面積、市容環衛專用車輛設備數、污水再生利用量以及清運生活垃圾表征城鎮生態保護和綠色發展情況；每萬人在校大學生數、科技活動人員、普通高等教育教職工數、特殊教育專任教師數以及科技活動經費使用總額表征人才教育與科研創新發展。

2.2.2 評價模型構建

(1) 指標標準化。本次研究采用均值化法[35]對指標數據進行無量綱化處理，消除量綱和數量級對指標評價的影響，均值化后各指標的均值為1。均值化法計算公式為：

(1)

(2) 確定指標權重。在閱讀大量相關研究文獻的基礎上，基于客觀性原則，最終選擇變異系數法確定土地利用效益和城鎮化水平各個指標的權重，其計算公式為：

(2)

(3)

(4)

式中：wj為第j個指標的權重；δj為第j個指標的變異系數；σj為第j個指標的標準差。

(3) 評價指數計算。由標準化后的指標數值以及計算所得的權重，可計算土地利用效益以及城鎮化水平的評價指數，計算公式為：

(5)

(6)

式中：U1，U2分別為土地利用效益以及城鎮化水平評價指數；yj為土地利用效益指標中第j個指標；wj為土地利用效益水平指標中第j個指標的權重；yi為城鎮化水平指標中第i個指標；wi為城鎮化水平指標中第i個指標的權重。

(4) 耦合協調度計算。耦合度是指系統或者要素之間相互作用、影響的程度[36]。采用耦合協調度模型進行土地利用效益與城鎮化水平耦合協調度計算，計算公式為：

(7)

T=αU1+βU2

(8)

(9)

式中：C為土地利用效益與城鎮化水平耦合度；T為土地利用效益和城鎮化水平綜合評價指數；D為耦合協調度。

耦合協調度的取值范圍為[0,1]。為了更好地說明土地利用效益與城鎮化水平耦合的程度，將計算所得的耦合協調度進行等級劃分，耦合協調度越大，所處的協調狀態越好，反之則越差，耦合協調度等級劃分見表3。

(5) 灰色關聯度計算?；疑P聯度可以衡量某個系統受其他因素影響的相對強弱，便于分析系統與各指標之間的關系?；疑P聯度計算公式為：

(10)

(11)

式中：ξj(i)為灰色關聯系數；Δj(i)為土地利用效益評價體系中第j個指標標準化后的數值與城鎮化水平指數的絕對差值或者城鎮化水平評價體系中第j個指標標準化后的數值與土地利用效益指數的絕對差值；Δ(max)為絕對差值中的最大值；Δ(min)為絕對差值中的最小值；α為分辨系數，取值范圍為[0,1]，通常取0.5；Rj為灰色關聯度；m為研究年份的數量。Rj越大，表示土地利用效益評價體系的指標對城鎮化(或者城鎮化水平評價體系的指標對土地利用效益)影響程度越高。

表3 協調度等級劃分

3 結果與分析

3.1 土地利用效益與城鎮化評價

3.1.1 土地利用效益評價 對所獲取的原始數據計算及整理后，獲得土地利用效益指標權重(表1)。在此基礎上，對2005—2015年西安市土地利用的經濟效益、社會效益、生態效益進行評價(圖1)。近10 a，西安市土地利用效益指數增長了2.77倍，且呈現出持續增長的現象。土地利用效益指數在2005—2014年增長速度較快且較為穩定，而在2014—2015年增長速度明顯減緩。經濟效益指數在2005—2015年增長了4.71倍，2005—2014年呈現出逐年增加的趨勢，而后則有所下降，2007—2014年增長速度較快；生態效益指數在2005—2015年增長了1.9倍，但是指數總體較小，其增長符合“較快增長—平穩發展—緩慢增長”的趨勢；社會效益指數增長幅度較小且增長速度緩慢，其在土地利用效益指數中占比最少，發展相對滯后。

圖1 2005-2015年西安市土地利用效益指數

土地利用效益指數3個子系統在所研究的各個年份中均表現出“經濟效益指數>生態效益指數>社會效益指數”，且自2008年開始，經濟效益指數占據了絕對主導地位，這在一定程度上說明了經濟效益對土地利用效益具有重要貢獻。在“十五”規劃期間，西安市以西部大開發為發展契機，進一步擴大經濟發展規模，實現了經濟平穩增長，土地利用結構與區域布局更加合理。2009年國務院發布實施《關中—天水經濟區發展規劃》，提出將西安建設成為國際化大都市。在此基礎上，西安市深化土地制度改革，優化土地資源配置，積極推動城鄉統籌建設和生態環境治理協調發展，土地利用效益持續增加。

3.1.2 城鎮化評價 對所獲取的原始數據計算及整理后，獲得城鎮化水平指標權重(表2)。在此基礎上，對2005—2015年西安市城鎮化的人口城鎮化、經濟城鎮化、社會城鎮化、生態城鎮化以及教育城鎮化進行評價(圖2)。2005—2015年西安市城鎮化水平指數逐年增長，2015年較2005年增長了2.21倍。2008—2009年城鎮化水平指數增長速度顯著增加，而在2013—2015年則有所放緩。經濟城鎮化指數增長了3.57倍，2005—2014年其增長速度較為平穩，而2014—2015年經濟城鎮化的發展顯著減慢；生態城鎮化指數增長了1.93倍，除2009—2010年出現小幅下降外，其余年份均呈現逐年遞增的現象，2008—2009年以及2012—2013年增長速度較快；社會城鎮化指數增長了2.38倍，增長速度較為平穩；教育城鎮化指數在2005—2015年增長了2.08倍，其數值在2005—2014年持續增長，僅在2014—2015年出現小幅下降；人口城鎮化指數未發生明顯變化。

城鎮化5個子系統中，經濟城鎮化指數和生態城鎮指數在城鎮化水平指數中占比最大，在2009年之前(含2009年)生態城鎮化占據主導地位，而在2009年后經濟城鎮化成為對城鎮化水平指數影響最大的子系統；社會城鎮化指數與教育城鎮化指數交替上升，對城鎮化水平指數影響較為顯著；而人口城鎮化指數所占比重最小，對城鎮化水平指數影響較小?！笆濉币巹澠陂g，西安市持續推進城鄉一體化發展，加快經濟發展方式轉變，不斷加快城鎮化建設。2010年以來，西安市圍繞“八水繞長安”的主題開展了一系列生態恢復治理工程，采取水土資源復合開發利用模式，在進行生態環境治理的同時促進城市經濟發展，是經濟城鎮化指數與生態城鎮化指數共同上升的重要原因之一。

圖2 2005-2015年西安市城鎮化指數

3.1.3 綜合評價 在對2005—2015年西安市土地利用效益和城鎮化水平指標原始數據進行處理的基礎上，獲得各年份土地利用效益指數、城鎮化水平指數以及土地利用效益和城鎮化綜合評價指數，并對其進行評價分析(圖3)。2005—2015年土地利用效益指數、城鎮化水平指數以及土地利用效益和城鎮化綜合評價指數均呈現出逐年遞增的趨勢，表明近10 a西安市土地利用所帶來的效益影響較為顯著，城鎮化發展勢頭良好，二者的綜合發展水平逐年上升，呈現出相互促進的發展態勢。2005—2007年西安市土地利用效益相對滯后于城鎮化發展，2008年土地利用效益暫處于領先狀態，而2008—2009年城鎮化發展速度顯著提升，重新占據主導地位。2010—2015年土地利用效益成為影響兩者綜合發展的主要因素，綜合評價指數在2015年達到峰值1.541 0。對2005—2015年土地利用效益指數、城鎮化水平指數以及土地利用效益和城鎮化綜合評價指數進行線性擬合[37](圖3)，所得結果為：

Y1=0.1245x+0.2531，R2=0.9920
Y2=0.1165x+0.3009，R2=0.9865
YT=0.1205x+0.2770，R2=0.9960

(12)

擬合程度良好，土地利用效益指數增長速度略大于城鎮化水平指數，城鎮化水平仍有一定的提升空間。

3.2 耦合協調度結果與分析

根據各年份的土地利用效益指數與城鎮化水平指數計算得出土地利用效益與城鎮化的耦合協調度(圖4)。2005—2015年西安市土地利用效益與城鎮化的耦合協調度逐年遞增，由2005年的0.476 0增長為2015年的0.877 7，其耦合協調狀態由瀕臨失調轉變為良好協調。2005—2015年西安市土地利用效益與城鎮化的耦合協調演變過程可劃分為3個階段：失調衰退階段(2005—2006年)、過渡發展階段(2007—2012年)、協調發展階段(2013—2015年)。

圖3 2005-2015年西安市土地利用效益、城鎮化水平以及綜合評價指數

圖4 2005-2015年西安市耦合協調度

(1) 失調衰退階段。2005—2006年西安市土地利用效益與城鎮化耦合協調度分別為0.470 6，0.492 9，耦合協調狀態為瀕臨失調，且耦合協調度增長較為緩慢。在這一階段中，由于西安市的實際建設發展狀態與迫切的發展增速需求之間存在一定的差距，且西安市位于西北干旱區，水資源較為缺乏，生態系統較為脆弱，土地利用效益和城鎮化處于較低的發展水平，導致兩者的耦合協調發展依舊處于較低的水平，且兩者之間尚未形成緊密的協調關系。但是由于20世紀初西安市整體發展狀況較為良好，社會發展穩定，經濟運行較為平穩，產業結構較為合理，具有良好的建設基礎和發展前景，土地利用效益與城鎮化未出現較為嚴重的失調現象。

(2) 過渡發展階段。2007—2012年期間，西安市土地利用效益與城鎮化耦合協調度由0.551 0增加為0.788 4，耦合協調狀態由勉強協調(2007—2008年)轉變為初級協調(2009年)，最終達到中級協調(2010—2012年)。西安市土地利用效益和城鎮化水平均有所提高，政府更加重視兩者之間的協調發展。隨著多項土地保護政策出臺以及生態環境治理與修復項目的開展，土地利用空間結構日趨合理，土地利用效益增加較為顯著，在人口、經濟、社會、生態、教育城鎮化多角度發展的背景下，西安市城鎮化進程加快。土地利用效益與城鎮化相互影響、相互促進，一定程度上實現了兩者的協調發展。

(3) 協調發展階段。2013—2015年西安市土地利用效益與城鎮化耦合協調度分別為0.840 4，0.874 1，0.917 7，耦合協調狀態由良好協調(2013—2014年)轉變為優質協調(2015年)，且耦合協調度增長速度較快，增長幅度為9.20%。在這一階段中，西安市土地利用效益與城鎮化已經處于相對較高的發展水平，土地利用結構與資源利用方式已經有了較為明顯的優化，城鎮化發展速度顯著提高。2012年黨的十八大強調把生態文明建設放在突出位置，努力建設美麗中國，西安市積極響應，在經濟、社會、生態、教育等方面加快城鎮化建設，優化資源配置，創新建設發展方式，將土地利用效益和城鎮化發展相結合，使兩者的協調發展關系更加緊密。

3.3 灰色關聯度結果與分析

2005—2015年西安市城鎮化水平與土地利用效益各指標的相互關系以及土地利用效益與城鎮化水平各指標的相互關系見表4—5。土地利用效益各指標與城鎮化水平的灰色關聯度介于0.479 0～0.864 9。城市園林綠地面積、年末綠化覆蓋面積、地均GDP、地均社會消費品零售額對城鎮化水平影響程度最高，關聯度均大于0.750 0，地均固定資產投資額等經濟效益指標、人均公共綠地面積等生態效益指標以及人均城建區面積等社會效益指標的排序位次也較為靠前。由此可見，土地利用效益中的經濟效益以及生態效益對城鎮化水平的影響程度較高，而部分社會效益指標對城鎮化水平的不斷發展同樣起到了重要作用。提高土地利用經濟、生態、社會效益能夠為城鎮化建設提供堅實的物質基礎并在一定程度上維護社會穩定，合理的土地利用結構意味著在經濟快速發展的同時能夠保證生態環境良好，實現人與自然能和諧共生，這與土地資源的高效配置能促進城鎮化發展的公眾認知是一致的。因此，在不斷優化經濟結構、轉變經濟發展方式的同時，也要注重資源節約、環境友好的綠色發展體系構建以及滿足人們日益增長的精神文化需求。

城鎮化水平各指標與土地利用效益的灰色關聯度介于0.432 2～0.873 9，各指標與城鎮化水平的關聯性存在較大差異且影響程度不盡相同。其中，人均GDP、清運生活垃圾、城鎮居民人均可支配收入、清掃保潔面積、全社會車輛數對土地利用效益的影響較為顯著，關聯度均大于0.810 0，人均固定資產投資額等經濟城鎮化指標、市容環衛專用車輛設備數等生態城鎮化指標、人均城建區面積等社會城鎮化指標、科技活動經費使用總額等教育城鎮化指標的排序位次也較為靠前，而人口城鎮化指標的排序位次相對靠后。由此可見，經濟、生態、社會、教育城鎮化對土地利用效益的影響程度較高，而人口城鎮化未起到顯著的推動作用。經濟建設與社會發展仍然是提高土地利用效益的關鍵因素，積極推動城鄉協調發展，深化經濟體制改革是提高土地利用效益的重要措施。生態文明建設同樣也是影響城市土地利用規劃與發展的關鍵因素。同時，教育作為一項能夠影響國家未來和社會發展的活動，壯大教育力量、關注教育質量、完善教育制度、增加科研投入與產出對提高土地利用效益同樣具有積極影響。在城鎮化過程中，經濟發展與社會穩定對位于具有極大發展機遇的西部地區的西安市來說極其重要，同時西安市地處西北干旱區，水資源較為短缺，生態環境對社會協調發展的基礎性作用顯得尤為重要，由于西安市外來人口較多但落戶人口較少，導致城鎮人口增加相對較為緩慢，因此人口變化對土地利用效益的影響并不顯著，這與實際情況相符合。

表4 土地利用效益對城鎮化影響因素排序

表5 城鎮化對土地利用效益影響因素排序

4 討論與結論

4.1 討 論

本文采用變異系數法客觀性地確定權重，對2005—2015年西安市土地利用效益和城鎮化水平進行測算，并通過計算耦合協調度、灰色關聯度，較好地解釋了研究區土地利用效益與城鎮化水平的變化、兩者之間的耦合協調關系以及兩個系統的關聯性和相互影響關系，為西安市進一步優化土地利用結構、合理配置土地資源以及推進城鎮化建設提供理論支撐。

由于篇幅和數據獲取等因素的影響，本研究選取的時間范圍相對有限，土地利用效益與城鎮化水平準則層的維度擴增以及兩者耦合協調關系的時空分異特征仍需完善和考慮，以期進一步為西安國家中心城市建設服務。

4.2 結 論

(1) 2005—2015年西安市土地利用效益指數逐年增長，且“經濟效益指數>生態效益指數>社會效益指數”，經濟效益在土地利用效益中占據主導地位；城鎮化水平指數增長速度呈現出“平穩—加速—平穩—放緩”的變化趨勢，經濟城鎮化指數和生態城鎮化指數在城鎮化水平指數中占比最大，而人口城鎮化對城鎮化發展影響較小；土地利用效益與城鎮化綜合發展水平逐年上升，兩者呈現出相互促進的發展態勢，前者指數增長速度略大于后者。

(2) 土地利用效益與城鎮化的耦合協調度逐年遞增，耦合協調階段由失調衰退階段轉變為過渡發展階段，最終達到協調發展階段，其耦合協調狀態由瀕臨失調轉變為優質協調。西安市更加注重經濟、社會、生態、教育等方面全面發展，優化資源配置，調整土地利用結構，將土地利用效益和城鎮化發展相結合，使兩者的協調發展關系更加緊密。

(3) 土地利用效益與城鎮化水平之間存在相互影響的關系。經濟效益以及生態效益對城鎮化水平的影響程度較高，而部分社會效益指標對城鎮化水平的不斷發展同樣起到了重要作用；經濟、生態、社會以及教育城鎮化對土地利用效益的影響程度較高，而人口城鎮化未起到顯著的推動作用。

(4) 土地利用效益與城鎮化水平是兩個相互促進、緊密相關的協調發展系統，既要滿足經濟增長帶動區域發展的基本要求，也要加強生態環境保護，在保障教育的同時優化人口結構，創新土地利用方式，優化土地利用結構，最大程度上實現土地利用效益增值，加快西安市城鎮化由速度型向質量型轉變發展，實現量質齊升，推動土地利用效益與城鎮化協調發展。