基于耦合度模型的江蘇省縣域建設用地開發評價

史敏琦, 陳 逸, 陳志剛, 王丹陽

(南京大學 地理與海洋科學學院, 南京 210023)

土地是區域經濟社會發展的空間物質載體[1]，合理的建設用地開發是提高土地利用率和生產率的重要措施，也是滿足人們對土地各種需求的重要途徑[2]。改革開放以來，隨著中國工業化和城鎮化的快速推進，部分地區超高強度的建設用地開發導致人類生產、生活利用功能和地表自然生態系統保護功能在有限的國土空間內面臨沖突[3]，國土開發失衡和區域發展不協調等問題日益突出[4]；人口規模性集聚和土地粗放利用導致適宜建設開發的用地空間范圍逐漸縮小[5]，土地后備資源不足，可持續發展受限；土地利用結構失衡加劇了生態環境的退化[6]，土地沙化、水土流失和土壤污染現象頻發[7]；建設用地非理性擴張更是造成大量農業用地尤其是耕地流失，對糧食安全構成嚴重威脅[8]。此外，“人地配置”失調性呈現出東部大于西部、城市大于農村的空間格局，中西部落后地區發展乏力，而東部城市用地擴張持續無序狀態[9]。因此，探討建設用地開發評價問題對于區域人地關系協調、社會經濟可持續發展具有重要意義。

國內外學者對建設用地評價已進行了大量研究，并取得了顯著成果。國外的研究側重于建設用地適宜性評價[10]，意指評判一定技術條件下一定范圍內的土地資源可作為建設用地利用的適宜程度[11]。建設用地適宜性概念衍生于土地適宜性，而最早的土地適宜性評價可以追溯到20世紀30年代，美國提出康奈爾評價系統和斯托利指數分等[12]；1976年聯合國糧農組織頒布的《土地評價綱要》是用地適宜性評價歷史上的里程碑[13]；20世紀90年代起遙感和地理信息系統技術得到廣泛應用，評價內容擴展到建設用地適宜性方面[14]；近年來服務于城市景觀生態、環境保護等自然生態因素也被納入到適宜性評價之中[15-16]。除建設用地適宜性評價之外，國內的文獻主要集中在建設用地開發強度[17]、利用效益[18]和儲備潛力[19]的評價測算方面；研究尺度由全國、區域等宏觀層面向城市群、省域、單一城市等中觀層面探索，而微觀尺度研究仍處于起步階段[5,20]；研究方法向多樣化趨勢發展，除加權求和法[21]、層次分析法[22]、主成分分析法[23]和模糊綜合評價法[24]等傳統單一的數學模型法之外，還結合3S技術將空間分析功能應用到評價過程中[25]；研究數據也不再局限于各類統計年鑒資料，而是嘗試利用RS和GIS的圖層疊加分析技術獲取各種地面調查數據和遙感數據，再基于行政或柵格單元進行分析[20]。上述研究雖已取得豐富成果，但大多側重于單維研究，缺乏對建設用地開發程度、效益和潛力的綜合考量，建設用地開發評價的邏輯框架結構和指標體系構建都亟需進一步完善。

為此，本文從區域建設用地開發程度、開發效益和開發潛力3個方面展開評價，并探究三者之間的耦合協調關系和空間分異規律，突破傳統土地利用單一評價的局限，著重從資源環境本底角度，更為科學地分析和判斷江蘇省建設用地利用現狀，這對厘清當前建設用地開發存在的問題，合理控制建設用地規模，實現國土開發空間格局優化具有重要意義。

1 研究區概況和研究方法

1.1 研究區概況

江蘇省(東經116°18′—121°57′，北緯30°45′—35°20′)位于中國東部沿海地區，地跨長江、淮河南北，是長江經濟帶的重要戰略支點，與上海、浙江、安徽共同構成的長江三角洲城市群已成為國際六大世界級城市群。江蘇省國土總面積10.72萬km2，僅占全國國土總面積的1.12%；2017年江蘇省地區生產總值達87 988.05億元，占全國經濟總量的10.64%；總人口約8 029萬人，占全國總人口的5.78%。江蘇省以僅占全國1%左右的土地，承載了全國5%以上的人口，貢獻了10%以上的生產總值。

江蘇省大部分為平原地區，光熱條件好，土地開發限制少，但是經濟高度發達帶來的土地高強度利用給資源環境造成了一定的壓力，甚至導致局部地區生態系統功能退化[26]。2017年江蘇省國土開發強度為21.68%，是除北京、上海和天津3個直轄市之外排名第一的省份，已經超過理論開發限度19.90%[27]，加上生態紅線和耕地保護限制，可開發空間所剩無幾，伴隨社會經濟的進一步發展，用地需求持續擴張與土地資源有限供給之間的矛盾還將加劇，而省域內部發展也呈明顯的蘇南、蘇中和蘇北依次遞減的階梯式差距(表1)。為此，本文從建設用地開發程度、開發效益和開發潛力3個維度對2017年江蘇省103個縣域單元展開評價，從而科學地剖析不同類型地區建設用地開發現狀以及存在問題，為協調國土開發與資源環境的關系、優化國土空間格局提供決策參考(圖1)。

表1 全國、長三角城市群及江蘇省基本發展情況對比

圖1 江蘇省建設用地開發評價邏輯框架

1.2 研究方法

1.2.1 評價指標選取 本文中的建設用地開發指的是建設用地當前開發程度、利用效益和未來發展潛能的綜合體現(表2)，是對建設用地空間擴張的全面衡量。(1) 建設用地開發程度是衡量建設用地開發規模的標準，在傳統建設用地占比的基礎上，增加了建設用地面積周長比的指標，從建設用地開發廣度和緊湊度[28]兩個層面表征區域建設用地開發的程度。(2) 建設用地開發效益是衡量建設用地利用合理性與可持續性的重要標度，分別從經濟、社會和生態效益三層面[29-31]選取9項指標進行評價。(3) 建設用地開發潛力是根據特定目的對土地自然、經濟等方面的潛能進行評估或分等級[32]。現有建設用地開發潛力評價文獻側重挖掘建設用地利用“量”的潛力，較少著眼建設用地的經濟發展潛能[32]，參照自然資源部2020年1月發布的《資源環境承載能力和國土空間開發適宜性評價指南(試行)》中的潛力分析評價因子，協同考量影響發展內外部條件，共同測度江蘇省建設用地的發展潛力。

表2 江蘇省建設用地開發評價體系

1.2.2 評價指數計算方法 建設用地開發程度指數采用加權求和計算法，建設用地面積占比和建設用地面積周長比的權重分別取中間值0.5，求和值越大，代表該區域建設用地開發程度越高，反之則越低。

建設用地開發效益指數采用熵權TOPSIS模型，改進了傳統TOPSIS權重確定主觀性太強的缺點[34]，使量化評價結果更加客觀可靠[31]。

建設用地開發潛力指數采用模糊綜合評價法，主要考慮到部分指標因子難以用精確的數字表達。本文將江蘇省的建設用地開發潛力劃分為5個等級，依據不同等級要求綜合確定了各評估因素臨界值(表3)。建立戒上型隸屬度函數[35]，采用特爾斐法確定權重；結果按照最大隸屬度原則得出，即最大隸屬度值對應的評語為綜合等級；最后為便于定量分析，對模糊評價結果進行單值化處理[36]，分別給5個等級賦分1，0.8，0.6，0.4，0.2。

表3 建設用地開發潛力評估因素指標分級

1.2.3 耦合協調度模型的構建 耦合協調度是度量系統或內部要素在發展過程中彼此和諧一致的程度，體現系統從無序到有序[37]。建設用地開發程度、開發效益和開發潛力之間的耦合協調關系是基于系統之間的動態性角度，對三者交互脅迫、相互影響的發展階段進行科學評判[38]，主要反映的是建設用地開發的整體水平。本文通過測算三者之間的耦合協調度[39]，盡可能準確、定量化地揭示三者間的聯動關系。具體測算公式如(1)—(3)：

(1)

(2)

(3)

表4 耦合協調度等級劃分標準

1.2.4 空間數據分析 探索性空間數據分析是一系列空間數據分析方法和技術的集合，以空間關聯測度為核心，通過對事物或現象空間分布格局的描述與可視化，發現空間集聚和空間異常，來揭示不同研究對象的空間相互作用機制[42]。本研究引入全局空間自相關Moran′I統計量和局部空間自相關Getis-Ord G*統計量，對江蘇省縣域單元建設用地開發程度、開發效益和開發潛力的空間分異格局進行測度，并據此判斷其空間關聯性及集聚特征。

(1) 全局空間自相關。Global Moran′I指數可以全面測量區域空間要素屬性值聚合或離散的程度[43]。基于ArcMap 10.4平臺，本文運用Moran′I指數檢驗江蘇省建設用地開發程度、開發效益和開發潛力三者之間耦合協調指數是否在空間上集聚。計算公式如下：

(4)

式中:Xi和Xj分別為單元i和j的屬性值,且i≠j;n為單元的個數;Wij為空間權重矩陣;Moran′I取值范圍為(-1,1),其中0

全局Moran′I指數檢驗的標準化統計量為：

(5)

式中:E(I)和var(I)分別為Z(I)的期望值和方差值。

(2) 局部空間自相關。采用Getis-Ord G*統計量對三者協調性指數的高值與低值區域，即熱點區與冷點區進行判別，計算公式如下：

(6)

式中:d為距離尺度;Wij(d)為空間單元i和j之間的空間權重;n為區域數量。

局部Getis-Ord G*指數檢驗的標準化統計量為：

(7)

1.2.5 數據來源 社會經濟統計數據來源于江蘇省13個地級市2018年統計年鑒及《中國縣域統計年鑒(2018)》；土地利用數據來源于江蘇省2017年土地利用變更調查數據；自然資源以及區位發展等數據來源于《江蘇省資源環境承載能力與國土空間開發適宜性評價》相關課題成果。

2 結果與分析

2.1 建設用地開發評價結果與分析

將江蘇省103個縣域單元建設用地開發程度、效益和潛力的評價值求和，得出建設用地開發評價綜合值，值域范圍屬于[0,3]。通過ArcMap 10.4軟件采用自然間斷點法將2017年江蘇省103個縣域單元建設用地開發評價綜合值從小到大劃分為5個等級(圖2)。從空間分異規律來看，總體呈現出由北向南逐漸遞增的態勢。由于工業化和城鎮化的迅速發展，蘇南經濟強市發展用地需求量大，通過占用耕地來擴大建成區規模，而蘇中和蘇北地區發展相對落后，建設用地開發進程緩慢。從建設用地開發效益看，呈現出蘇南—蘇中—蘇北的梯度差異。蘇南片區是全省經濟發展重心，憑借優質的社會公共資源和豐富的就業崗位吸引了大量外來人口，社會效益顯著；加上地處宜溧丘陵，生態服務價值總量較高，因此總體的開發效益評分最高；蘇中地區近年發展勢頭強勁，積極謀求產業轉型升級，并較好維持了生態系統的平衡穩定，建設用地開發效益較高；蘇北片區屬于社會經濟滯后型的土地利用模式，加上地理位置偏遠，成為建設用地開發效益的低值地帶。江蘇省域內部資源環境本底質量優越，經濟發展十分出色，建設用地開發兼具優越的先天條件和堅實的財力保障，開發潛力可觀，共有89個區縣潛力等級在中等及以上水平，土地面積占比達91.69%，但由于資源分布不平衡問題難以避免，建設用地開發潛力總體呈現出東南高西北低的空間特征。因此，建設用地開發評價綜合值蘇南地區最高，蘇中次之，蘇北普遍較低。

圖2 江蘇省建設用地開發評價綜合值

2.2 建設用地開發程度、開發效益和開發潛力耦合關聯分析

2.2.1 空間集聚特征 利用江蘇省縣域的建設用地開發程度、開發效益與開發潛力的耦合協調性指數，對三者空間關聯性和集聚特征進行測度。從表5中可以看出，Global Moran′I指數(GMI)全部為正，檢驗結果較為顯著，表明建設用地開發程度、開發效益和開發潛力三者之間的耦合協調性存在顯著的空間正相關性。

表5 建設用地開發程度、建設用地開發效益與建設用地開發潛力耦合協調指數的全局Moran′ I估計值

2.2.2 區域差異特征

(1) 建設用地開發程度—建設用地開發效益—建設用地開發潛力三者總體耦合協調水平較好，以中度協調為主，耦合協調指數熱點區在南京市、蘇州市、無錫市和常州市連片集中分布，冷點區零星分布在南京市、淮安市和徐州市(圖3)。江蘇省建設用地開發程度、效益和潛力3項耦合協調指數主要集中在0.6～0.8區間，該數值段內共有67個區縣，可見江蘇省建設用地整體開發基本處于合理狀態。蘇錫常地區分布于太湖流域，經濟發達、人口密集，建設用地開發程度和利用效益均處于較高水平；緊鄰上海，區位優勢顯著，建設用地開發具有高潛力，因此三者的耦合協調性良好。徐州市的豐縣、沛縣，淮安市的金湖縣屬于冷點區，首先3縣建設用地開發程度極低，其次屬于傳統的經濟落后區域，建設用地利用效益水平低下，加上地理位置偏僻，地區財政收入不高，建設用地開發潛力屬于低等級，三者耦合協調性差。值得注意的是南京市和常州市同屬于熱點區和冷點區，可見區域內部建設用地開發不協調。究其原因發現南京市和常州市內部建設用地開發兩極化現象嚴重，市轄區內經濟和人口高度聚集，屬于高強度開發，耦合協調性較高；而郊區如溧水區、縣級市如溧陽市社會經濟發展落后于市區，建設用地開發需求量不高，耦合協調性偏弱。

圖3 建設用地開發程度、建設用地開發效益和建設用地開發潛力耦合協調指數空間分異和冷熱點區域對比

(2) 建設用地開發程度—建設用地開發效益二者耦合協調性整體較弱，大部分區域處于低度耦合協調水平，可見江蘇省建設用地投入與產出之間平衡性較差，熱點區集聚在南京市和蘇錫常片區，而冷點區分布在淮安市和省域的西南部(圖4)。蘇南作為省內經濟最為發達和城市化水平最高的區域，長期處于高強度開發狀態，由于近年來強調建設用地節約利用，經濟增長方式向集約型轉變，建設用地效益保持在較高水平，土地投入與產出維持良性循環。冷點區集中在淮安市金湖縣、南京市溧水區和高淳區以及溧陽市，此類地區發展節奏慢，建設用地面積占比較小，產業結構單一，人口集聚能力不高，建設用地開發程度和開發效益屬于低水平協同演進。整體而言，蘇中和蘇北地區的耦合協調度遠遠低于蘇南地區，主要因為兩地土地利用方式粗放，部分區縣的單位建設用地產值僅有蘇南地區的1/10，建設用地投入產出嚴重失衡。

圖4 建設用地開發程度和建設用地開發效益耦合協調指數空間分異和冷熱點區域對比

(3) 建設用地開發程度—建設用地開發潛力之間也以低度耦合協調為主，南京市和蘇錫常地區仍是熱點區，而冷點區則分布在徐州市和淮安市(圖5)。蘇南地區建設用地發展需求量大，開發緊湊性強，開發程度極高；先天具備優渥的自然環境條件，且毗鄰上海，交通發達，地區財政收入可觀，屬于建設用地高潛力開發區，區域建設用地開發程度和開發潛力二者耦合協調性相對較強。相比而言，蘇中和蘇北地區耦合協調性較差，主要有兩點原因，一是受自然條件限制，開發潛力弱，不適宜進行建設用地開發，如蘇北大部分地區屬于低潛力開發區，地勢較為陡峭，開發難度大、成本高；二是建設用地開發程度和開發潛力之間響應遲鈍，蘇中縣區土地大部分具有中高開發潛力，開發指數卻僅有0.2左右，這主要受自身財力和技術限制，土地開發破碎化現象嚴重，導致利用不充分。

圖5 建設用地開發程度和建設用地開發潛力耦合協調指數空間分異和冷熱點區域對比

(4) 建設用地開發效益—建設用地開發潛力整體耦合協調性較高，103個區縣均處于中度耦合協調水平及以上。熱點區集中在江蘇省南部，冷點區連片分布在江蘇省北部和南京市南部(圖6)。建設用地開發潛力大小與建設用地開發效益高低具有一定的相關性，開發潛力越大，往往能創造出更高的效益[44]。江蘇省大部分土地具有可觀的建設用地開發潛力，適宜于經濟活動和人口生活，因此整體開發協調性較高。從地區差異來看，蘇南地區處于良好協調狀態，蘇中、蘇北地區普遍屬于中度協調類型，冷點區存在于徐州市、連云港市、宿遷市和南京市高淳區、溧水區。蘇南耦合協調性較強，說明建設用地開發效益和開發潛力處于良性互動的狀態，但需要注意的是部分地區的開發效益極大地依賴于建設用地規模擴張，開發現狀已經接近或者超過適宜開發強度，建設用地儲備資源不足。南京市溧水區和高淳區雖位于蘇南地區，但2013年才由縣轉區，發展較為落后，建設用地開發效益有待提升。而蘇北冷點區耦合協調性相對較差主要是由于建設用地開發潛力較低，加之徐州、連云港和宿遷地理位置偏遠，經濟水平不高，建設用地開發潛力和開發效益屬于低水平互動。

圖6 建設用地開發效益和建設用地開發潛力耦合協調指數空間分異和冷熱點區域對比

3 結論與討論

(1) 江蘇省建設用地開發評價綜合指數總體呈現出由北向南遞增的空間態勢。蘇南分布于太湖流域，交通發達，借助優越自然條件和區位優勢發展成為全省經濟最發達的地區，人口高度密集，建設用地擴張迅速，建設用地開發綜合值屬于高水平。而隨著地理位置北移，自然基礎條件欠缺，生態環境不穩定性加劇，并且持續遠離蘇南經濟強市，經濟產業發展相對落后，地區財力保障不足，建成區擴張緩慢，建設用地綜合開發水平便持續下降。

(2) 江蘇省103個縣域單元的建設用地開發均處于協同演進狀態。各縣區建設用地開發程度、開發效益和開發潛力間的耦合協調指數呈現正的空間相關性，三者間協調性較好，全省絕大部分區域屬于中度協調水平。從空間分異規律來看，耦合協調指數均由南到北持續遞減。地區自然環境條件、社會經濟發展水平、所處地理位置和土地利用方式是影響耦合協調度高低的主要原因。

(3) 各區縣建設用地開發程度、效益和潛力兩兩之間的協調性差異較大，建設用地開發效益和開發潛力間的耦合協調水平最高，建設用地開發程度和開發潛力、開發程度和開發效益之間的耦合協調度較弱，兩兩間的耦合協調空間分異特征與總體協調性分布相對一致。表明江蘇省在開發過程中對建設用地開發程度、效益和可挖掘潛能的多方面考量有所欠缺，導致不同開發維度之間的響應遲緩，建設用地開發常處于失衡狀態。

基于研究結論，應參考各地區建設用地開發現狀和自身開發潛力評估結果對土地規劃政策進行調整：(1) 對于土地本身具有較高的建設開發潛力，但開發逼近臨界值的蘇南縣區，要嚴格控制未來建設用地擴張規模，通過盤活低效用地、土地綜合立體開發等方式解決地區發展與建設用地供給有限的矛盾[45]，提高土地的集約化利用水平；(2) 對于建設用地開發潛力屬于高等級，但開發利用不充分的蘇中縣區，亟需推進地區產業發展轉型，開展用地整治和空間布局優化，在合理安排新增建設用地的同時盡快轉變粗放的利用方式，從而充分提高建設用地的利用率；(3) 對于建設用地開發潛力等級和開發程度均處于較低水平的蘇北地區，應通過構建生態友好型的開發模式來彌補土地利用的先天自然短板，積極探索未利用地的合理開發來緩解建設用地供應緊張的局面，并且兼顧土地整治工作的開展，在建設開發的同時維持土地的可持續利用性能。

建設用地開發評價是一個相當復雜的問題，受研究技術和數據獲取的限制，本研究仍存在一些不足。在今后的研究中，將采用更高效的地理模型提取精度性更優的土地數據，從建設用地開發量化評價的視角作進一步的探討；另外，在數據方面，日后可以搜集更精確的水文、植被等影響建設用地開發的區位數據，從而豐富評價體系相關內容。