劉蜀涵，王冬艷，李　紅

(吉林大學地球科學學院，吉林 長春 130061)

基于耦合模型的長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展雙向作用研究

劉蜀涵，王冬艷，李紅

(吉林大學地球科學學院，吉林 長春 130061)

[摘要]在構(gòu)建了“建設(shè)用地-經(jīng)濟發(fā)展”系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，建立耦合模型，并利用長春市2001—2010年數(shù)據(jù)，測算了長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)綜合指數(shù)、耦合度及耦合協(xié)調(diào)度.結(jié)果表明：長春市2001—2010年間“建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展”系統(tǒng)耦合度持續(xù)上升并持續(xù)保持在高耦合度階段，兩子系統(tǒng)間關(guān)系日益緊密，不斷發(fā)展；系統(tǒng)間耦合協(xié)調(diào)度不斷提高，結(jié)合系統(tǒng)間綜合指數(shù)及耦合度，當系統(tǒng)處于低耦合協(xié)調(diào)度狀態(tài)下的高度耦合階段時表明建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間存在相互制約的不協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系，后隨著土地利用方式等的轉(zhuǎn)變，系統(tǒng)協(xié)調(diào)性不斷提高，逐步向有序方向發(fā)展.

[關(guān)鍵詞]建設(shè)用地；經(jīng)濟發(fā)展；耦合模型；雙向作用；長春市

近年來我國經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，城市化進程加快，導(dǎo)致大量農(nóng)地向城市用地流轉(zhuǎn)，建設(shè)用地面積快速增加.未來一段時間內(nèi)，建設(shè)用地仍將繼續(xù)擴張，土地資源與用地需求間的矛盾將逐漸加深.研究建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間的關(guān)系，對于調(diào)節(jié)土地供需矛盾，在保障經(jīng)濟發(fā)展的同時實現(xiàn)建設(shè)用地的節(jié)約集約利用具有重要意義.目前對建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間的關(guān)系研究，許多學者從單一方向入手，研究了建設(shè)用地對經(jīng)濟增長的貢獻及影響或分析經(jīng)濟要素對建設(shè)用地的驅(qū)動作用等[1-2]，而建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間是復(fù)雜的雙向作用關(guān)系，僅從單向分析難以揭示系統(tǒng)間的相互作用和建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間的協(xié)調(diào)程度.

對于建設(shè)用地對經(jīng)濟增長的貢獻研究，豐雷(2008)等[3]在索洛模型里加入了土地要素，實證分析了土地對經(jīng)濟增長的貢獻和影響機制；杜官印(2010)等[4]利用數(shù)據(jù)包絡(luò)CCR模型研究了建設(shè)用地等投入要素對GDP產(chǎn)出的影響；葉劍平(2011)等[5]利用生產(chǎn)函數(shù)與空間面板模型剝離了土地要素對中國經(jīng)濟增長的貢獻.在研究經(jīng)濟要素對建設(shè)用地的影響方面， Fischer.G(1997)等[6]在LUCC土地利用變化驅(qū)動力研究中將社會經(jīng)濟變化概括為影響土地利用的一個因素；劉瑞(2009)等[7]利用Logistic回歸模型分析了經(jīng)濟發(fā)展對建設(shè)用地擴張的影響及作用強度.而關(guān)于建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間相互作用的研究中，曲福田(2004)等[8]提出了經(jīng)濟增長與耕地非農(nóng)化間的庫茲涅茨曲線假說并進行了驗證；鐘太洋(2010)等[9]引入環(huán)境領(lǐng)域的脫鉤理論對經(jīng)濟增長與建設(shè)用地擴張間進行了脫鉤分析；駱東奇(2007)等[10]在分析重慶市土地利用與經(jīng)濟發(fā)展的耦合關(guān)系時利用線性相關(guān)進行了分析.以往的研究多注重研究建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間的單向作用關(guān)系，但是兩者間的作用是相互的，簡單的線性分析很難對系統(tǒng)間的相互作用進行全面的闡述.因此，本文在分析了建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間存在線性相關(guān)關(guān)系的基礎(chǔ)上，進一步深化了耦合內(nèi)涵，構(gòu)建了耦合模型，從雙向角度入手，分析了兩個系統(tǒng)間的耦合性以及耦合協(xié)調(diào)性，探討了建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間的雙向協(xié)調(diào)作用關(guān)系.

1建設(shè)用地-經(jīng)濟發(fā)展體系及模型的構(gòu)建

1.1指標體系的構(gòu)建

本文以長春市為例，建立“建設(shè)用地-經(jīng)濟發(fā)展指標體系”，通過文獻檢索及專家咨詢的方法在兩個子系統(tǒng)中分別選擇影響較大的7個指標，并確定指標指向性[11].根據(jù)《長春市統(tǒng)計年鑒》中長春市2001—2010年數(shù)據(jù)，計算指標權(quán)重并構(gòu)建耦合度模型及耦合協(xié)調(diào)度模型，進行耦合分析.

1.2耦合模型的構(gòu)建

耦合是物理學中的一個概念，是指兩個或兩個以上系統(tǒng)或運動方式之間通過各種相互作用而彼此影響以至協(xié)同的現(xiàn)象，是在各子系統(tǒng)之間的良性互動下，相互依賴、相互協(xié)調(diào)、相互促進的動態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系[12].系統(tǒng)從無序走向有序的過程就是要素和子系統(tǒng)相互協(xié)同的過程，程度由耦合度來表示.基于這種理論，可以通過耦合模型來確定兩個系統(tǒng)間的相互作用及影響關(guān)系.本文將建設(shè)用地和經(jīng)濟發(fā)展作為兩個子系統(tǒng)，系統(tǒng)間的相互影響定義為“建設(shè)用地-經(jīng)濟發(fā)展”耦合度，利用耦合模型了解兩者間的相互關(guān)系.

1.2.1耦合函數(shù)

借鑒物理學中耦合概念及模型，可以推廣出適用于多個系統(tǒng)間相互作用的耦合模型，可表示為

Cn={(u1·u2·…·un)/∏(ui+uj)}1/n.

(1)

式中：Cn為耦合值，C∈[0，1]；n為子系統(tǒng)個數(shù)，本文中有建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展兩個子系統(tǒng)，n=2；u為系統(tǒng)的功效系數(shù)，通過系統(tǒng)綜合指數(shù)表征，表示子系統(tǒng)對系統(tǒng)的貢獻.“建設(shè)用地-經(jīng)濟發(fā)展”子系統(tǒng)耦合度可以分為6種類型，詳見表1[12].

表1　耦合度類型劃分表

1.2.2綜合指數(shù)

指標對系統(tǒng)的貢獻程度可以用功效系數(shù)u表示，建設(shè)用地-經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)的功效系數(shù)可表示為：

(2)

式中：ui(i=1，2，…，m)為系統(tǒng)序參量；uij表示第i個序參量的第j個指標，是變量xij對系統(tǒng)的功效貢獻大小，uij∈[0，1]；α，β為系統(tǒng)穩(wěn)定臨界點上序參量的上、下限值.

子系統(tǒng)中各個序參量對系統(tǒng)的總貢獻可以表示為綜合指數(shù)：

(3)

式中：ui表示子系統(tǒng)序參量對總系統(tǒng)的貢獻；λij表示各個序參量的權(quán)重.權(quán)重的計算可以通過特爾菲法、AHP、主成分分析法等多種方法得出，但多具有較大的主觀性或體現(xiàn)的是簡單的線性關(guān)系.基于本文主要研究兩個系統(tǒng)間多項指標間的耦合關(guān)系，故采用熵值法加以確定，在一定程度上避免了主觀因素帶來的偏差，更有利于客觀分析系統(tǒng)間的非線性關(guān)系.熵值法確定權(quán)重方式如下.

將各指標數(shù)值進行標準化，其公式為：

(4)

式中：xij表示第i年第j個指標數(shù)值；max(xj)和min(xj)分別為所有年份中第j項評價指標的最大值和最小值.利用熵值法計算系統(tǒng)中各項指標熵值及熵權(quán)值，其中m為評價年數(shù)，n為指標數(shù).

定義熵

(5)

定義熵權(quán)

(6)

利用系統(tǒng)中各項指標數(shù)據(jù)可計算得出指標熵值和熵權(quán)值.

1.2.3耦合協(xié)調(diào)度模型

耦合度對反映建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間的耦合作用強度、發(fā)展進程等具有重要意義.但是，單純依靠耦合度并不能完全表征兩系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)程度，當兩個系統(tǒng)綜合發(fā)展水平均較低時，也可以得到兩者間耦合程度較高的結(jié)果.因此可構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型，更全面地反映兩系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)程度.耦合協(xié)調(diào)度模型如下：

(7)

式中：D為耦合協(xié)調(diào)度；C為耦合度；T為建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間的綜合協(xié)調(diào)指數(shù)，表示了建設(shè)用地與經(jīng)濟增長的整體發(fā)展水平對協(xié)調(diào)度的貢獻；u1，u2為兩個系統(tǒng)的綜合評價指數(shù)；A，b為待定系數(shù)，經(jīng)參考相關(guān)研究，取A=b=0.5[12].對于耦合協(xié)調(diào)度可以進行如下分類：①D∈(0，0.3]為低度協(xié)調(diào)耦合；②D∈(0.3，0.5]為中度協(xié)調(diào)耦合；③D∈(0.5，0.8]為高度協(xié)調(diào)耦合；④D∈(0.8，1]為極度協(xié)調(diào)耦合.

2建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展耦合關(guān)系的實證分析

2.1長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展相關(guān)性分析

研究數(shù)據(jù)來自2001—2010年《長春市統(tǒng)計年鑒》.利用長春市建設(shè)用地面積、GDP數(shù)值及固定資產(chǎn)投資額數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析，得出長春市2001—2010年建設(shè)用地面積變化與地區(qū)GDP及固定資產(chǎn)投資間的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果見圖1、圖2.

圖1　長春市建設(shè)用地面積與地區(qū)GDP的相關(guān)關(guān)系

圖2　長春市建設(shè)用地面積與固定資產(chǎn)投資的相關(guān)關(guān)系

由圖1、圖2可以看出，長春市地區(qū)GDP和固定資產(chǎn)投資與建設(shè)用地面積呈高度正相關(guān)，地區(qū)GDP與建設(shè)用地面積相關(guān)系數(shù)為0.942 2，呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)關(guān)系模型為y=0.059x-11 612；固定資產(chǎn)投資與建設(shè)用地面積的相關(guān)系數(shù)為0.955 2，呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)關(guān)系模型為y=0.069 6x-14 748.上述相關(guān)性關(guān)系表明，長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間相關(guān)程度很高，可以利用耦合模型進一步分析系統(tǒng)間的耦合關(guān)系.

2.2長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展耦合關(guān)系

2.2.1指標權(quán)重計算

本文選取長春市2001—2010年10年間的數(shù)據(jù)，對長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間的耦合關(guān)系進行分析.首先根據(jù)熵值法求得建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展兩子系統(tǒng)中各個指標的權(quán)重，結(jié)果見表2.

表2　建設(shè)用地-經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)指標權(quán)重

得出權(quán)重后，根據(jù)耦合模型以及耦合協(xié)調(diào)度模型，計算出兩個子系統(tǒng)的功效系數(shù)(U)、耦合度(C)以及耦合協(xié)調(diào)度(D).

根據(jù)測算，得出2001—2010年長春地區(qū)建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展的耦合度及耦合協(xié)調(diào)度，結(jié)果見表3.

表3　長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟增長耦合度與耦合協(xié)調(diào)度值

2.2.2綜合指數(shù)分析

綜合指數(shù)能夠表示指標對系統(tǒng)的貢獻大小，本文計算了建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展兩個子系統(tǒng)對整個系統(tǒng)的貢獻率，結(jié)果見圖3.

2001年以來長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展綜合指數(shù)均呈上漲態(tài)勢，2001—2009年建設(shè)用地綜合指數(shù)一直大于經(jīng)濟發(fā)展綜合指數(shù)，2010年經(jīng)濟發(fā)展綜合指數(shù)超過建設(shè)用地綜合指數(shù)，而建設(shè)用地綜合指數(shù)在一定程度上代表了建設(shè)用地的節(jié)約集約利用程度，計算結(jié)果能夠表明經(jīng)濟發(fā)展和建設(shè)用地發(fā)展水平在10年間均持續(xù)快速增長.其中2004年建設(shè)用地綜合指數(shù)有所波動，是由于長春市2003年調(diào)整土地政策，導(dǎo)致2004年長春市建設(shè)用地數(shù)量有較大提高，因此建設(shè)用地對長春市總體發(fā)展貢獻相對減小，綜合指數(shù)也隨之減小.

從其數(shù)值來看建設(shè)用地綜合指數(shù)由2001年的0.110增長到2010年的0.924，表明建設(shè)用地節(jié)約集約利用水平有了顯著提升，到2010年已經(jīng)達到較高水平的節(jié)約集約利用程度.經(jīng)濟發(fā)展綜合水平也由2001年的0.014增長到2010年的0.985，說明經(jīng)濟發(fā)展綜合水平也已經(jīng)達到較高標準.

圖3　長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展綜合指數(shù)

圖4　長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展耦合度

2.2.3耦合度分析

利用耦合模型及相關(guān)數(shù)據(jù)，對兩系統(tǒng)進行耦合分析，得到耦合度的變化結(jié)果(見圖4).

結(jié)果表明，2001—2010年間長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)間一直處于高度耦合階段，其中2001—2006年間耦合度快速上升，其數(shù)值由2001年的0.626升至2006年的0.991，在2004年達到一個峰值，后又有回落.2007年后持續(xù)保持在高耦合度階段，維持在0.99以上，系統(tǒng)間趨向有序發(fā)展.

兩系統(tǒng)間的高耦合度說明建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展兩個系統(tǒng)間耦合性強、聯(lián)系緊密，經(jīng)濟發(fā)展仍然是建設(shè)用地的主要驅(qū)動力之一.但也反映出經(jīng)濟發(fā)展很大程度上依賴建設(shè)用地的擴張，繼而引發(fā)“土地財政”等問題，而經(jīng)濟發(fā)展對建設(shè)用地的驅(qū)動作用也加快了建設(shè)用地的擴張，通過建設(shè)用地擴張來實現(xiàn)經(jīng)濟的快速增長就會使大量建設(shè)用地被粗放利用，導(dǎo)致土地節(jié)約集約利用程度不高.

2.2.4耦合協(xié)調(diào)度分析

圖5　長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度

由耦合協(xié)調(diào)度模型計算出10年間長春市建設(shè)用地及經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度，結(jié)果見圖5.

耦合協(xié)調(diào)度表明，長春市2001—2010年間建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展兩個系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度呈持續(xù)上升趨勢，其數(shù)值由2001年的0.110增長至2010年的0.690.其中2001—2003年兩系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度為低度協(xié)調(diào)耦合階段，2004—2006年為中度協(xié)調(diào)耦合階段，2007年以后進入高度協(xié)調(diào)耦合階段.

結(jié)合系統(tǒng)綜合指數(shù)，在低耦合協(xié)調(diào)度下兩系統(tǒng)間的高耦合度表明建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展在相互制約、限制下不斷發(fā)展，經(jīng)濟增長過度依賴建設(shè)用地的增加，建設(shè)用地難以節(jié)約集約利用，從而會造成經(jīng)濟發(fā)展與建設(shè)用地間的惡性循環(huán).隨著耦合協(xié)調(diào)度和綜合水平的不斷上升，兩系統(tǒng)間正逐漸轉(zhuǎn)變到更加協(xié)調(diào)發(fā)展的方向上，原因主要是政府能夠及時轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展和土地利用方式，使經(jīng)濟增長不過度依賴建設(shè)用地的增加，有效遏制了“土地財政”問題，調(diào)節(jié)土地政策，保障土地節(jié)約集約利用，從而使建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間耦合協(xié)調(diào)程度不斷上升，相互作用更加緊密且協(xié)調(diào)，系統(tǒng)逐步向有序發(fā)展.

3結(jié)論

長春市2001—2010年間建設(shè)用地和經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)耦合分析表明：

(1)長春市10年間建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展單項綜合指數(shù)均呈上升趨勢，說明其對經(jīng)濟和社會發(fā)展貢獻率不斷提高；從其數(shù)值意義來看，經(jīng)濟發(fā)展水平不斷提升，建設(shè)用地子系統(tǒng)在10年間由粗放利用水平逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦吖?jié)約集約利用水平.

(2)從耦合度數(shù)值來看，在2001—2010年間長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展耦合度快速上升，后持續(xù)保持在高耦合度階段，說明長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間關(guān)系緊密，兩者間聯(lián)系不斷增強且均快速發(fā)展.

(3)從耦合協(xié)調(diào)度分析，長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間作用關(guān)系在10年間逐漸由低耦合協(xié)調(diào)階段過渡到中耦合協(xié)調(diào)階段，后發(fā)展到高耦合協(xié)調(diào)階段.結(jié)合耦合度及系統(tǒng)綜合指數(shù)來看，整個系統(tǒng)始終處于高度耦合階段，但在低耦合協(xié)調(diào)度下，建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間存在著相互制約的矛盾，原因在于經(jīng)濟發(fā)展過度依靠建設(shè)用地的擴張，進而引起“土地財政”等問題，而經(jīng)濟因素對建設(shè)用地的驅(qū)動作用也使得建設(shè)用地數(shù)量迅速增長，引發(fā)土地粗放利用，建設(shè)用地節(jié)約集約利用水平不高等問題.而后隨著土地市場化改革與經(jīng)濟體制改革的不斷推進，土地利用與經(jīng)濟發(fā)展模式進一步優(yōu)化，建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展間的關(guān)系不斷改善，土地節(jié)約集約利用水平持續(xù)提升，系統(tǒng)綜合指數(shù)和耦合協(xié)調(diào)度不斷上升，最后發(fā)展到高耦合協(xié)調(diào)階段，長春市建設(shè)用地與經(jīng)濟發(fā)展系統(tǒng)間的相互作用愈發(fā)協(xié)調(diào)，逐步向有序方向發(fā)展.

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(責任編輯：方林)

Study on the bidirectional relationship between construction land and economic development of Changchun City based on coupling model

LIU Shu-han，WANG Dong-yan，LI Hong

(College of Earth Sciences，Jilin University，Changchun 130061，China)

Abstract:The coupling model can show bidirectional relationships between two systems.On the basis of previous studies，a system of “construction land & economic development” is put forward in the paper.In order to explore the relationship between two systems，coupling model is used.As an example，calculate the composite index，coupling degrees and the coupling coordination degrees in Changchun from 2001 to 2010.The results indicate that the coupling degrees during 2001—2010 in Changchun increase rapidly and keep in a high level，the relationships between construction land and economic development are closely linked.The coupling coordination degrees improve continually.There exist uncoordinated development relations between construction land and economic development when the system is under a state of low coupling coordination degree with a high coupling degree stage.As the way of land use has been changed，the level of coupling coordination degrees keep rising，the system develops gradually to an orderly direction.

Keywords:construction land； economic development； coupling model； bidirectional relationship； Changchun

[文章編號]1000-1832(2016)02-0127-06

[收稿日期]2014-11-04

[基金項目]國家自然科學基金資助項目(41201158).

[作者簡介]劉蜀涵(1992—)，女，碩士研究生；通訊作者：王冬艷(1967—)，女，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師，主要從事土地資源評價研究.

[中圖分類號]F 293.2[學科代碼]790·4720

[文獻標志碼]A

[DOI]10.16163/j.cnki.22-1123/n.2016.02.027