薛建春, 鄭海潮, 王雅榮

(內(nèi)蒙古科技大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院， 內(nèi)蒙古 包頭 014010)

在城市化建設(shè)過程中，傳統(tǒng)的外延式土地利用方式可以導(dǎo)致農(nóng)地流失、生態(tài)惡化，并降低了城市土地利用的效益，給高質(zhì)量的城市化建設(shè)帶來巨大壓力[1]。城市化水平與土地利用綜合效益之間存在直接的互動關(guān)系，土地利用綜合效益將成為城市高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵，同時二者之間的耦合與協(xié)調(diào)程度對探究城市土地利用效益和城市化建設(shè)水平之間的影響關(guān)系具有重要意義[2]。

國外關(guān)于土地利用效益和城市化的相關(guān)性研究較少，且多是在城市化背景下探索土地結(jié)構(gòu)變化對城市的影響，Ullah K. M.等[3]對孟加拉首都Dhaka市土地利用效益進行合理性分析后，給出了城市各類土地使用面積的最佳比例。Nobel Mallick等[4]通過對城市經(jīng)濟增長驅(qū)動因素的分析，發(fā)現(xiàn)城市街道模式對城市土地利用變化具有顯著影響。相比而言，國內(nèi)的相關(guān)性研究較多，內(nèi)容方面，以城市土地利用的經(jīng)濟效益、結(jié)構(gòu)變化等與城市化之間的關(guān)系研究居多。蔚霖[5]以河南省17個地級市為研究對象從理論上構(gòu)建了‘建設(shè)用地集約利用—城市化’耦合協(xié)調(diào)模型，分析城市建設(shè)用地集約利用與城市化的協(xié)調(diào)程度。李佳佳等[6]在測算城市土地利用效率的基礎(chǔ)上分析了城市化對土地利用效率的雙門檻影響效應(yīng)。李平光等[7]分析了新疆地區(qū)土地集約利用與城市化耦合協(xié)調(diào)交互作用，發(fā)現(xiàn)二者并非是同步發(fā)展的。陳永林等[8]定量分析了長沙市土地利用變化狀況，并探討了土地利用變化與城市化水平的關(guān)系。評價方法方面主要有層次分析法AHP、主成分分析法、灰色關(guān)聯(lián)度等[9-10]。研究地域方面，主要集中在東南沿海經(jīng)濟發(fā)展較好省或市，西部地區(qū)的省、市研究較少。本文研究2006—2015年呼包鄂經(jīng)濟區(qū)的土地利用效益與城市化水平的耦合協(xié)調(diào)度與相對發(fā)展度，分析各指標(biāo)對協(xié)調(diào)度的影響，以期為呼包鄂經(jīng)濟區(qū)的土地可持續(xù)利用與城市化發(fā)展提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)于2000年決定設(shè)立以呼和浩特市、包頭市和鄂爾多斯市為中心的區(qū)域發(fā)展經(jīng)濟區(qū)(下稱呼包鄂經(jīng)濟區(qū))，經(jīng)濟區(qū)地處河套平原，礦產(chǎn)資源豐富，交通便利，是一帶一路連接京津冀的重要區(qū)域。經(jīng)濟區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)的中部，地處蒙古高原南部土默川平原和鄂爾多斯高原，位于黃河中上游，毗鄰蒙古國，是國家向北出口的重要節(jié)點，因地理位置呈現(xiàn)三角形狀被譽為內(nèi)蒙古的“金三角”，呼包鄂經(jīng)濟區(qū)土地面積約占整個自治區(qū)的11%，人口約占全區(qū)的27%，但創(chuàng)造了全區(qū)近一半的GDP，并且匯集了全區(qū)約一半的固定資產(chǎn)投資和約66%的科技人才。作為內(nèi)蒙地區(qū)的核心城市，呼包鄂經(jīng)濟區(qū)已經(jīng)發(fā)展為內(nèi)蒙地區(qū)最具活力和潛力的城市經(jīng)濟區(qū)[11]。本研究通過定量分析研究區(qū)域的土地利用效益與城市化水平的耦合協(xié)調(diào)度，探索呼包鄂經(jīng)濟區(qū)城市建設(shè)與土地可持續(xù)利用的協(xié)調(diào)發(fā)展方式。

1.2 數(shù)據(jù)來源與計算工具

本文依據(jù)科學(xué)性與可獲得性選取2006—2015年作為研究區(qū)間，數(shù)據(jù)主要來源于《呼和浩特統(tǒng)計年鑒》《包頭統(tǒng)計年鑒》《鄂爾多斯統(tǒng)計年鑒》和《內(nèi)蒙古統(tǒng)計年鑒》中各年的數(shù)據(jù)與國家統(tǒng)計局的統(tǒng)計資料；文中所有計算都采用R語言實現(xiàn)。

2 指標(biāo)體系構(gòu)建與研究方法

2.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

根據(jù)土地利用與城市化的內(nèi)涵，在前人評價研究的基礎(chǔ)上，依據(jù)科學(xué)性、代表性等原則，構(gòu)建呼包鄂經(jīng)濟區(qū)土地利用效益與城市化水平評價指標(biāo)體系。其中，土地利用效益反映因土地資源投入而得到的產(chǎn)出，土地資源投入除了在經(jīng)濟和社會上的產(chǎn)出效益外，還可以在生態(tài)環(huán)境和城市土地結(jié)構(gòu)方面帶來效益，因此采用土地資源在經(jīng)濟、社會、生態(tài)和結(jié)構(gòu)4個維度的產(chǎn)出效益來反映土地利用的綜合效益。城市化方面，不僅包含農(nóng)村人口的城市化，還包含城市建設(shè)過程對城市的經(jīng)濟、社會和生態(tài)的變化，因此用人口、經(jīng)濟、社會和生態(tài)4個維度來反映城市化水平。通過整理相關(guān)文獻，并對各維度進行細(xì)分，采用地均或人均來體現(xiàn)相關(guān)指標(biāo)與土地或人口的關(guān)聯(lián)性，以此構(gòu)建土地利用效益與城市化水平評價指標(biāo)體系(詳見表1)。

表1 呼包鄂地區(qū)土地利用效益與城市化水平評價指標(biāo)體系

2.2 研究方法

2.2.1 熵權(quán)法確定權(quán)重 為了防止主觀賦權(quán)法帶來的人為偏差，本文采用熵值法確定各類指標(biāo)的權(quán)重，具體步驟如下[12]。

(1) 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。

①正向指標(biāo)：

(1)

②負(fù)向指標(biāo)：

(2)

式中：xij——第i個樣本的第j個指標(biāo)的數(shù)值(i=1,…,n;j=1,…,m)，xij′為標(biāo)準(zhǔn)化后的xij。本文中的指標(biāo)均為正向指標(biāo)。

(2) 計算第j個指標(biāo)下第i個樣本數(shù)據(jù)占該指標(biāo)的比重pij：

(3)

(3) 計算第j項指標(biāo)的熵值ej：

(4)

式中：k=1/ln(n)>0,滿足ej≥0。

(4) 計算信息熵冗余度dj：

dj=1-ej

(5)

(5) 計算第j項指標(biāo)的權(quán)重wj：

(6)

利用求出的權(quán)重分別計算第i個樣本的土地利用綜合效益與城市化的綜合評價指數(shù)，計算公式如下[13]。

(7)

式中：Ui——土地利用綜合效益或城市化水平綜合評價指數(shù)；xij′——標(biāo)準(zhǔn)化后的每個樣本的指標(biāo)值；wj——第j個指標(biāo)的權(quán)重。

2.2.2 相對發(fā)展度模型 相對發(fā)展度用來反映土地利用系統(tǒng)與城市化水平系統(tǒng)之間相對于對方的發(fā)展水平。

相對發(fā)展度E=UT/UC

(8)

式中：UT——土地利用綜合效益；UC——城市化水平，本文采用相對發(fā)展度來表示土地利用綜合效益與城市化水平相對發(fā)展程度，當(dāng)E>1時，土地利用系統(tǒng)發(fā)展超前于城市化發(fā)展，當(dāng)E≈1時，土地利用系統(tǒng)發(fā)展同步于城市化發(fā)展，當(dāng)E<1時，土地利用系統(tǒng)發(fā)展滯后于城市化發(fā)展。

2.2.3 耦合協(xié)調(diào)度模型 借鑒物理學(xué)中的耦合概念，用耦合度反映土地利用綜合效益與城市化兩個系統(tǒng)之間的影響程度，耦合度越強，說明兩系統(tǒng)之間的相互作用強度越大。但這種相互作用無法體現(xiàn)兩個系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)水平，因此再引入?yún)f(xié)調(diào)度來反映二者之間相互配合，良性互動水平。根據(jù)已有研究成果，參考席娟等耦合協(xié)調(diào)模型計算公式，構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型，步驟如下[14]。

(9)

(10)

其中：T=αU1+βU2

(11)

式中：C——土地利用綜合效益與城市化水平的耦合度，C的值域為[0, 1]，當(dāng)C取值為1時，說明兩個系統(tǒng)之間能夠達到完美契合，二者之間的結(jié)構(gòu)與發(fā)展走向高度一致，反之，當(dāng)C取值為0時，二者之間的結(jié)構(gòu)與發(fā)展方向成無序狀態(tài)。另外可以將耦合度分為4個階段[15]，當(dāng)0

T——整體評價指數(shù)，α和β為待定系數(shù)且α+β=1，現(xiàn)認(rèn)為土地利用系統(tǒng)與城市化系統(tǒng)同等重要，因此取α=β=0.5[16]協(xié)調(diào)度D的值域為[0,1]，在參考前人文獻基礎(chǔ)上[17]，將協(xié)調(diào)度劃分為8個階段，即0.000

2.2.4 灰色關(guān)聯(lián)度模型 文章采用灰色關(guān)聯(lián)度模型分析土地利用效益各指標(biāo)對城市化系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)大小與城市化水平各指標(biāo)對土地利用系統(tǒng)關(guān)聯(lián)度大小。計算公式為：

(12)

(13)

式中：ζUi——灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)； ΔUi(k)——各樣本土地利用效益各項指標(biāo)與城市化水平各指標(biāo)的系統(tǒng)綜合指數(shù)的絕對差值； ΔUi(min)，ΔUi(max)——絕對差值中的最小值或最大值；ρ——分辨系數(shù)，取值范圍為(0, 1)，本文取ρ=0.4[18]；Ri——灰色關(guān)聯(lián)度，Ri越高說明該指標(biāo)對另一系統(tǒng)影響越強。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用效益與城市化發(fā)展評價

根據(jù)公式(7)分別計算呼包鄂城市土地利用綜合效益與城市化綜合指數(shù)(見圖1)，利用綜合指數(shù)的比值確定土地利用效益與城市化相對發(fā)展度(見圖2)。

圖1 呼包鄂地區(qū)土地利用效益與城市化水平綜合指數(shù)

圖2 呼包鄂地區(qū)土地利用效益與城市化相對發(fā)展度

從圖1中可以看出，呼包鄂經(jīng)濟區(qū)土地利用效益與城市化水平整體呈逐年上升態(tài)勢，且10 a中呼包鄂3市的平均土地利用與平均城市化綜合指數(shù)分別為：0.490 6，0.518 3，0.278 7和0.567 0，0.505 7，0.234 6。鄂爾多斯土地利用效益低于呼和浩特與包頭市，2012年鄂爾多斯土地利用效益達到峰值，但與呼和浩特、包頭市分別相差0.118 0和0.148 9。從城市化水平方面看，包頭市城市化水平增速緩慢，呼和浩特城市化水平增速最快，鄂爾多斯的城市化水平始終落后于呼和浩特和包頭，但差距在逐步縮小，2006年落后于包頭市0.333 3，2015年落后于呼和浩特市0.311 0。從相對發(fā)展度指標(biāo)看(圖2)，呼和浩特市的土地利用與城市化相對發(fā)展度取值范圍在(0.726 3,0.942 7)之間，說明呼和浩特市10 a間的土地利用發(fā)展均滯后于城市化水平，城市化過程中存在不合理的土地利用現(xiàn)象；而包頭相對發(fā)展度在E=1處上下波動，范圍在(0.814 0,1.171 3)之間，在2009—2014年相對發(fā)展度都略大于1，此時土地利用超前于城市化，其他年份的相對發(fā)展度E均小于1，土地利用滯后于城市化，這說明包頭市的土地利用效益相對于城市化進程來說邊角滯后；鄂爾多斯市2006—2009年，土地利用滯后于城市化發(fā)展，隨后在2010—2014年間，土地利用效益遠(yuǎn)超城市化水平，2015年鄂爾多斯相對發(fā)展度回落到0.835 7，整體曲線呈現(xiàn)倒“U”的形狀。

3.2 土地利用效益與城市化耦合協(xié)調(diào)發(fā)展度分析

根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度模型測算土地利用與城市化耦合協(xié)調(diào)度(見表2)。從表2中可以看出，2006—2015年呼包鄂經(jīng)濟區(qū)土地利用與城市化水平耦合度均處于高水平耦合階段，呼和浩特市由勉強協(xié)調(diào)過度到良好協(xié)調(diào)，包頭市由中級協(xié)調(diào)過度到良好協(xié)調(diào)，而鄂爾多斯的土地利用效益與城市化協(xié)調(diào)類型在2006—2015年間先后經(jīng)歷了輕度失調(diào)、瀕臨失調(diào)、勉強協(xié)調(diào)與中級協(xié)調(diào)，其協(xié)調(diào)狀況初始較差但隨時間不斷改善。呼包鄂3市的協(xié)調(diào)度10 a間變化量分別為：0.254 5，0.140 4和0.349 7，所以，比較2015年的協(xié)調(diào)水平為：呼和浩特>包頭>鄂爾多斯，但比較協(xié)調(diào)發(fā)展變化量為：鄂爾多斯>呼和浩特>包頭。作為內(nèi)蒙古的工業(yè)城市、稀土城市，包頭努力追求工業(yè)化，忽略了土地利用的生態(tài)效益與城市化發(fā)展，導(dǎo)致研究區(qū)間內(nèi)兩者的協(xié)調(diào)發(fā)展緩慢，而鄂爾多斯在快速城市化建設(shè)的同時兼顧土地利用方式，協(xié)調(diào)發(fā)展較快。

表2 呼包鄂地區(qū)土地利用效益與城市化水平耦合協(xié)調(diào)度

注：C為耦合度；D為協(xié)調(diào)度。

3.3 相關(guān)性分析

對歷年呼包鄂經(jīng)濟區(qū)的土地利用效益、城市化水平、相對發(fā)展度、耦合度和協(xié)調(diào)度這5項指標(biāo)進行分析，得到的具體結(jié)果見圖3。

圖3 呼包鄂地區(qū)土地利用效益與城市化水平耦合協(xié)調(diào)度特征

從圖3中可以較為明顯看出土地利用效益、城市化水平分別和協(xié)調(diào)度之間存在高度相關(guān)性。采用灰色關(guān)聯(lián)度模型測算土地利用效益各指標(biāo)對協(xié)調(diào)度的關(guān)聯(lián)指數(shù)與城市化各指標(biāo)對協(xié)調(diào)度的關(guān)聯(lián)指數(shù)(圖4)。

注：1地均GDP； 2地均工業(yè)總產(chǎn)值； 3地均固定資產(chǎn)投資額； 4人口密度； 5地均用水量； 6人均居住用地面積； 7地均綠地面積； 8地均公園綠地面積； 9建成區(qū)綠化覆蓋率； 10市區(qū)建成區(qū)面積比例； 11建設(shè)用地比例； 12道路面積比例； 13非農(nóng)人口比重； 14非農(nóng)人口增長率； 15第二三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員； 16人均GDP； 17城鎮(zhèn)居民人均消費性支出； 18第二三產(chǎn)業(yè)GDP比重； 19人均病床數(shù)； 20人均出租車數(shù)； 21全年人均供水量； 22人均年乘公共汽車次數(shù)； 23人均生活垃圾無害化處理率； 24用氣人口比例。

圖4 土地利用與城市化水平關(guān)聯(lián)指數(shù)

從圖4 a中可以看出土地利用效益各指標(biāo)中道路面積比例和地均工業(yè)總產(chǎn)值指標(biāo)與協(xié)調(diào)度關(guān)聯(lián)指數(shù)最高，分別為0.648 1和0.618 8，而地均固定在產(chǎn)投資額和人均居住面積指標(biāo)與協(xié)調(diào)度的關(guān)聯(lián)最低，分別為0.463 3和0.477 1，這說明協(xié)調(diào)度對土地利用效益指標(biāo)中道路面積比例和地均工業(yè)總產(chǎn)值指標(biāo)的變化較為敏感，相關(guān)度排序為：結(jié)構(gòu)效益>社會效益>生態(tài)效益>經(jīng)濟效益；城市化水平中城鎮(zhèn)居民人均消費支出和人均生活垃圾無害化處理率指標(biāo)與協(xié)調(diào)度的關(guān)聯(lián)指數(shù)最高，分別為0.604 3和0.602 7，而人均GDP和第二三產(chǎn)業(yè)GDP比重指標(biāo)與協(xié)調(diào)度的關(guān)聯(lián)指數(shù)最低，分別為0.450 0和0.514 3，說明呼包鄂經(jīng)濟區(qū)土地利用效益與城市化水平協(xié)調(diào)度對城市化水平指標(biāo)中的城鎮(zhèn)居民人均消費支出和人均生活垃圾無害化處理率指標(biāo)的變化較為敏感，相關(guān)度排序為：社會人口化>生態(tài)城市化>人口城市化>經(jīng)濟城市化。

4 結(jié) 論

(1) 構(gòu)建了呼包鄂經(jīng)濟區(qū)土地利用綜合效益與城市化水平評價指標(biāo)體系，運用熵值法進行權(quán)重計算，根據(jù)計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)：2006—2015年間，呼包鄂經(jīng)濟區(qū)土地利用綜合效益與城市化水平穩(wěn)步上升，且呼和浩特的增速最快，鄂爾多斯的土地利用效益與城市化水平落后于其他2個城市。從相對發(fā)展度觀察，呼和浩特的土地利用始終滯后于城市化，包頭市的土地利用與城市化相對發(fā)展度在E=1處上下波動，而鄂爾多斯在2010—2014年出現(xiàn)了城市化大幅度落后于土地利用的現(xiàn)象，這恰好與當(dāng)時鄂爾多斯大面積占用耕地修建住宅與寫字樓的實際情況相吻合。

(2) 在土地利用與城市化的耦合協(xié)調(diào)方面，3個城市均處于高水平耦合階段，同時協(xié)調(diào)度均穩(wěn)步上升。呼和浩特與包頭因城市建設(shè)較早，所以在研究時段內(nèi)分別從勉強協(xié)調(diào)與中級協(xié)調(diào)過渡到良好協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)度增長幅度分別為0.257 9和0.140 3，盡管鄂爾多斯的協(xié)調(diào)度從輕度失調(diào)上升至中級協(xié)調(diào)，但10 a間鄂爾多斯的協(xié)調(diào)度增幅最大為0.349 7。因此，整個經(jīng)濟區(qū)應(yīng)該積極優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，探索城市土地布局，從3個城市的功能定位與資源、產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上尋找其他增長土地利用效益的新動力，同時推進城市化建設(shè)。

(3) 通過灰色關(guān)聯(lián)度模型分別測算各指標(biāo)與協(xié)調(diào)度的關(guān)聯(lián)情況，結(jié)果表明，呼包鄂經(jīng)濟區(qū)土地利用的社會效益與結(jié)構(gòu)效益對協(xié)調(diào)度的影響較大，同時，社會城市化水平與生態(tài)城市化水平對協(xié)調(diào)度的影響較大，因此呼包鄂經(jīng)濟區(qū)在土地利用方面可以通過加強城市土地的空間優(yōu)化與結(jié)構(gòu)優(yōu)化來提高土地利用的社會效益和結(jié)構(gòu)效益；在城市化方面應(yīng)努力加強城市社會化建設(shè)，發(fā)揮城市的聚集效應(yīng)，加快推進城市生態(tài)文明建設(shè)，保持經(jīng)濟區(qū)生態(tài)和諧，努力實現(xiàn)土地利用效益和城市化水平之間的優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)。