新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益耦合協(xié)調(diào)關(guān)系探究
——以河北省石家莊市為例

梁 靜

(天津師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，天津 300387)

根據(jù)《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃》和《石家莊市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標(biāo)綱要》編制，對石家莊市新型城鎮(zhèn)化和城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展規(guī)劃提出了新要求。通過對土地利用等重點領(lǐng)域和環(huán)節(jié)的改革與創(chuàng)新，推進城鄉(xiāng)資源均衡配置且高效利用，為新型城鎮(zhèn)化提供保障[1]。

目前，國內(nèi)外有很多研究者已經(jīng)針對城市化與土地利用效益發(fā)展的耦合關(guān)系進行評價。國外研究者主要探究城市化進程中土地及景觀的演變。Hashem Dadashpoor等分析了1996～2016年大不里士城市群的土地利用變化、城市化及其對景觀格局變化的影響，得出結(jié)論：城市化的擴張導(dǎo)致了流行格局，導(dǎo)致了景觀更多的碎片化和聚集性的減少[2]。Abigail M.York等利用多時相土地覆蓋數(shù)據(jù)、梯度分析和景觀指標(biāo)，確定社會—生態(tài)驅(qū)動因素，定量描述鳳凰城土地碎片的時空格局[3]。國內(nèi)研究者主要對二者的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系選取指標(biāo)構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型進行定量測度。從指標(biāo)體系來看，陳顏、姜博、初楠臣等選取統(tǒng)計分析法整理了近4年CNKI數(shù)據(jù)庫中關(guān)于土地利用效益和城鎮(zhèn)化指標(biāo)的出現(xiàn)頻次，篩選、構(gòu)建，將新型城鎮(zhèn)化評價指標(biāo)體系分為經(jīng)濟城鎮(zhèn)化、社會城鎮(zhèn)化、人口城鎮(zhèn)化、生態(tài)城鎮(zhèn)化，將土地利用效益評價指標(biāo)體系分為經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益，以此為基礎(chǔ)，選取指標(biāo)[4]。筆者選取城鎮(zhèn)化的指標(biāo)在以上標(biāo)準(zhǔn)層的基礎(chǔ)上增加了空間城鎮(zhèn)化與教育城鎮(zhèn)化，綜合評價城鎮(zhèn)化的發(fā)展。針對不同尺度，從省域范圍的視角看，席娟以陜西省為例，對省域內(nèi)部城市化與土地利用效益進行深入剖析，得到其整體耦合程度不高，省域內(nèi)部存在明顯時空差異的結(jié)論[5]。從城市群視角看，賈琦等以我國三大城市群為研究對象構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型，得到超過九成城市處于中低度協(xié)調(diào)狀態(tài)且不斷優(yōu)化的態(tài)勢，城市群內(nèi)部的協(xié)調(diào)聚集程度與經(jīng)濟發(fā)展呈正相關(guān)的結(jié)論[6]。孫仲超等以山東半島城市群為例，采用均方差權(quán)值和耦合協(xié)調(diào)度模型的方法，得到城鎮(zhèn)化與土地利用效益的耦合關(guān)系不斷優(yōu)化、協(xié)調(diào)等級從初級提升到中級協(xié)調(diào)的結(jié)論[7]。以上研究都是基于宏觀尺度探究較大范圍內(nèi)城鎮(zhèn)化與土地利用效益的協(xié)調(diào)關(guān)系。從市域和縣域空間尺度看，沈利強等對深圳市城市土地利用效益與城市化之間的作用機制進行了實證分析，得到1996～2014年深圳市城市化水平和土地利用效益分別呈“J”“W”型上升趨勢，城市化與土地利用效益之間存在協(xié)整關(guān)系，且城市化可以通過集聚效應(yīng)與外部成本效應(yīng)影響城市土地利用效益[8]。曾濰嘉運用TOPSIS法計算2007～2016年重慶市新型城鎮(zhèn)化與土地集約利用的指數(shù)，得到新型城鎮(zhèn)化與土地集約利用的時空變化規(guī)律較為相似，且新型城鎮(zhèn)化對土地集約利用存在促進作用的結(jié)論[9]。整體來看其研究范圍包括不同空間尺度且更趨向于對重點城市的研究，基于市域空間尺度對北方城市關(guān)于城鎮(zhèn)化與土地利用效益關(guān)系的研究較少。目前，大部分研究僅描述了城鎮(zhèn)化與土地利用效益的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，基于標(biāo)準(zhǔn)層對二者之間相互影響的研究較少。

《國家新型城鎮(zhèn)規(guī)劃》將京津冀城市群定位為世界級城市群，《河北省新型城鎮(zhèn)化與城鄉(xiāng)統(tǒng)籌示范區(qū)規(guī)范》將石家莊市定位京津冀世界級城市群“第三極”和功能齊備的省會城市[10]。本文構(gòu)建了石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益評價體系，計算2010～2019年新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益的耦合協(xié)調(diào)度，探究其耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，利用灰色關(guān)聯(lián)度方法對二者的關(guān)聯(lián)性進行分析。其探究結(jié)果對推動土地利用與新型城鎮(zhèn)化協(xié)調(diào)發(fā)展，全面提升石家莊市綜合實力，加強建設(shè)以石家莊市為核心的現(xiàn)代都市圈，實現(xiàn)城市功能定位、推進京津冀城市群的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

一、研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

(一)研究區(qū)域概況

石家莊市地處河北省中南部，位于北緯37°26′～38°46′，東經(jīng)113°31′～115°29′之間，北與保定市相連，東與衡水市毗連，南與邢臺市為鄰，西與山西省接壤，轄區(qū)總面積15 848km2。

截至2019年，石家莊市常住總?cè)丝? 039.42萬人，常住人口城鎮(zhèn)化率65.05%，戶籍人口城鎮(zhèn)化率47.5%。2019年，石家莊市生產(chǎn)總值5 809.9億元，按可比價格計算，比上年增長6.7%。分產(chǎn)業(yè)看，第一產(chǎn)業(yè)增加值449.5億元，增長1.6%；第二產(chǎn)業(yè)增加值1 831.7億元，增長2.1%；第三產(chǎn)業(yè)增加值3 528.7億元，增長9.8%。

(二)數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)選取2010～2019年《石家莊市統(tǒng)計年鑒》和《中國城市統(tǒng)計年鑒》，部分數(shù)據(jù)來源《河北省統(tǒng)計年鑒》。通過閱讀文獻[11-14],構(gòu)建石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益評價體系，新型城鎮(zhèn)化評價分為人口城鎮(zhèn)化、經(jīng)濟城鎮(zhèn)化、空間城鎮(zhèn)化、社會城鎮(zhèn)化、教育城鎮(zhèn)化和生態(tài)城鎮(zhèn)化6個標(biāo)準(zhǔn)層，土地利用效益評價分為社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益3個標(biāo)準(zhǔn)層；具體指標(biāo)選取見表1。

表1 構(gòu)建評價指標(biāo)體系

二、研究方法

(一)熵值法

1.數(shù)據(jù)預(yù)處理

由于數(shù)據(jù)量綱不同，首先通過極差標(biāo)準(zhǔn)化的方法對數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)指標(biāo)的屬性，將指標(biāo)分為正向指標(biāo)和負向指標(biāo)[15]。

(1)

(2)

式中，X’ij為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值；Xij為第i個樣本j項指標(biāo)的原始值；Xjmax、Xjmin分別為第j項指標(biāo)的最大值和最小值。

2.確定權(quán)重

為了克服主觀因素的影響，選擇熵值法來確定各類指標(biāo)的權(quán)重。

由于本文有正向和負向兩類指標(biāo)，熵值法用到對數(shù)，部分數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后不能直接使用，因此將標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進行變換[16]255：

Zij=X’ij+A

(3)

其中，Zij為變換后的指標(biāo)值；X’ij為標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值；A為0.000 1。

權(quán)重計算：經(jīng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后，采用熵值法計算各指標(biāo)權(quán)重，第j項指標(biāo)下該指標(biāo)比重：

(4)

式中，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m；n為樣本個數(shù)。

計算第j項指標(biāo)熵值:

(5)

式中，k=1/ln(n)；且ej≥0。

計算第j項指標(biāo)的差異系數(shù)：

gj=1-ej

(6)

對差異系數(shù)進行歸一化處理，計算第j項指標(biāo)的權(quán)重：

(7)

式中，j=1，2，…，m；m為指標(biāo)個數(shù)。

分別得到第i年的城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)和土地利用效益綜合指數(shù)：

(8)

(9)

式中，U1、U2分別表示新型城鎮(zhèn)化和土地利用效益綜合指數(shù)。

(二)相對發(fā)展度

相對發(fā)展度用來衡量新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益的相對發(fā)展水平[17]。

E=U1/U2

(10)

式中，E表示二者的相對發(fā)展度。當(dāng)E<1時,表明土地利用效益發(fā)展超過新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展水平；當(dāng)E>1時，表明新型城鎮(zhèn)化超過土地利用效益發(fā)展；當(dāng)E接近1時，表明新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益趨于同步發(fā)展。

(三)構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)模型

物理上關(guān)于耦合的定義指兩個及兩個以上體系通過相互作用而彼此影響[18]。筆者運用耦合協(xié)調(diào)度模型來評價新型城鎮(zhèn)化和土地利用效益間的耦合關(guān)系。耦合度是用來衡量系統(tǒng)趨于有序機理的協(xié)同作用[19]。耦合度越大，表示兩者關(guān)系趨于穩(wěn)定、有序；耦合度越小，表示兩者關(guān)系趨于不穩(wěn)定、無序。

1.耦合模型[20]

(11)

其中,C表示耦合度，u1、u2分別是新型城鎮(zhèn)化和土地利用效益的綜合指數(shù)。

耦合度可以衡量體系間的耦合水平，不能評價協(xié)調(diào)發(fā)展度，因此引入?yún)f(xié)調(diào)模型計算協(xié)調(diào)度衡量兩個體系之間的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平。

2.協(xié)調(diào)模型[21]

(12)

(13)

其中,D表示協(xié)調(diào)度，C表示耦合度，T表示綜合協(xié)調(diào)指數(shù)，α，β為待定系數(shù)，α+β=1，這里α、β都取0.5，即城鎮(zhèn)化和土地利用效益重要性相同，耦合度和協(xié)調(diào)度等級的具體劃分標(biāo)準(zhǔn)見表2[22]，表3[16]256。

表2 耦合度等級劃分

表3 協(xié)調(diào)度等級劃分

(四)灰色關(guān)聯(lián)度

灰色關(guān)聯(lián)度用來計算某個系統(tǒng)受其他因素的影響，以探討與其他指標(biāo)的關(guān)系[23]。

(14)

(15)

式中：εj(i)為灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)；Δj(i)為新型城鎮(zhèn)化水平中第j個指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后與土地利用效益指數(shù)的絕對差或土地利用效益中第j個指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后與城鎮(zhèn)化水平綜合指數(shù)的絕對差；Δmax為絕對差值中的最大值；Δmin為絕對差值中的最小值；δ表示分辨系數(shù)，取值范圍為[0，1]；Rj表示灰色關(guān)聯(lián)度，其中Rj越大，土地利用效益評價的某個指標(biāo)對城鎮(zhèn)化影響程度越大或新型城鎮(zhèn)化水平的某個指標(biāo)對土地利用效益的影響程度越大。

四、石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益協(xié)調(diào)關(guān)系評價

(一)新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益綜合評價

利用以上研究方法獲取原始數(shù)據(jù)并進行處理，得到近十年石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益的綜合指數(shù)，見圖1。2010～2019年石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益綜合指數(shù)大致呈不斷上升的趨勢，見圖1。

圖1 石家莊市新型城鎮(zhèn)化和土地利用效益綜合指數(shù)

從圖1可以看出，新型城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)從2010年的0.046增加到2019年的0.787，平均年增長率7.41%，土地利用效益綜合指數(shù)從2010年的0.158增加到2019年的0.811，平均年增長率為6.53%。整體來看，石家莊市新型城鎮(zhèn)化綜合指數(shù)比土地利用效益綜合指數(shù)增長較快。新型城鎮(zhèn)化和土地利用效益綜合指數(shù)不斷上升表明石家莊市城鎮(zhèn)化發(fā)展不斷推進，土地利用效益不斷提高。

從發(fā)展階段看，2010～2012年石家莊市新型城鎮(zhèn)化和土地利用效益綜合指數(shù)增長速率較緩；2012～2016年新型城鎮(zhèn)化和土地利用效益綜合指數(shù)增長速率較快，城鎮(zhèn)化進入快速發(fā)展階段，土地利用效益也顯著提高；2016～2019年綜合指數(shù)增長速率較慢，在2019年出現(xiàn)短期下降的趨勢，城鎮(zhèn)化進入穩(wěn)定發(fā)展階段。

石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益相對發(fā)展度變化，見圖2。

圖2 石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益相對發(fā)展度變化

根據(jù)圖2，石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益相對發(fā)展度變，大致可以分為三個階段：

2010～2012年，相對發(fā)展度小于1，表明這個時期石家莊市新型城鎮(zhèn)化滯后于土地利用效益的發(fā)展，這個階段新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益綜合指數(shù)較低，發(fā)展水平較低。2013～2015年，相對發(fā)展度大于1，土地利用效益滯后于新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展，這一時期，新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益綜合指數(shù)增長迅速，石家莊市城市化快速推進，城市化過程中出現(xiàn)不合理的土地利用現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為城市規(guī)模擴張帶來的建設(shè)用地增加，出現(xiàn)占用耕地、生態(tài)環(huán)境等問題，導(dǎo)致土地利用效益發(fā)展滯后。2016～2019年，相對發(fā)展度趨近于1，新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益趨向于同步發(fā)展，二者都進入綜合水平較高階段，這一時期更注重土地利用效益的提高。

(二)耦合度

根據(jù)上述公式得到2010～2019年石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益的耦合度，石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益的耦合度從2010年0.418的到2019年的0.5，耦合度指數(shù)介于0.3

(三)協(xié)調(diào)度

從圖3可以看出，石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益的協(xié)調(diào)度從2010年0.366的到2019年的0.669，年增長率3.03%。耦合度指數(shù)介于0.3

圖3 石家莊市新型城鎮(zhèn)化和土地利用效益耦合度與協(xié)調(diào)度變化

2010～2019年石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益的協(xié)調(diào)度可以大致分為3個階段：2010年處于失調(diào)衰退階段，這一時期石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益綜合指數(shù)較低，二者的協(xié)調(diào)度也較低，沒有形成良好的協(xié)調(diào)關(guān)系；2011～2014年處于過渡階段，城鎮(zhèn)化快速推進，土地利用效益也顯著提高，這一時期更注重城鎮(zhèn)化水平的提高，二者協(xié)調(diào)度有所提升，但還未進入?yún)f(xié)調(diào)發(fā)展時期；2015～2019年處于協(xié)調(diào)發(fā)展階段，這個階段二者發(fā)展水平很高，土地生態(tài)效益增長迅速，主要是由于地均二氧化硫排放量和工業(yè)廢水排放量迅速下降，這一時期注重生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益的關(guān)系更加注重協(xié)調(diào)發(fā)展。

總體來說，石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益的協(xié)調(diào)度大致呈逐年上升的狀態(tài)，向更協(xié)調(diào)的方向發(fā)展，但目前僅處于初級協(xié)調(diào)階段。未來發(fā)展過程中，提高土地利用效益、繼續(xù)推進新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益協(xié)調(diào)發(fā)展的任務(wù)還很艱巨。

(四)灰色關(guān)聯(lián)度分析

新型城鎮(zhèn)化各指標(biāo)對土地利用效益的影響，見表4。

表4 新型城鎮(zhèn)化各指標(biāo)對土地利用效益的影響

新型城鎮(zhèn)化各指標(biāo)與土地利用效益的灰色關(guān)聯(lián)度介于0.567 1～0.884 1之間，城鎮(zhèn)人口對土地利用效益影響最大，其次是人均社會消費品零售額和城鎮(zhèn)居民人均可支配收入的關(guān)聯(lián)度大于0.8。由此可見，人口城鎮(zhèn)化以及經(jīng)濟城鎮(zhèn)化對土地利用效益的影響較大。教育城鎮(zhèn)化與社會城鎮(zhèn)化對土地利用效益也有顯著影響。提高城鎮(zhèn)化水平、促進經(jīng)濟發(fā)展都是提高土地利用效益的關(guān)鍵因素。

土地利用效益各指標(biāo)對新型城鎮(zhèn)化的影響見表5。

表5 土地利用效益各指標(biāo)對新型城鎮(zhèn)化的影響

土地利用效益各指標(biāo)與新型城鎮(zhèn)化的灰色關(guān)聯(lián)度介于0.483 4～0.869 5之間，地均財政收入對新型城鎮(zhèn)化的影響程度最大，其次是地均三產(chǎn)增加值、地均固定資產(chǎn)投資與新型城鎮(zhèn)化灰色關(guān)聯(lián)度大于0.8。由此可見，土地經(jīng)濟效益對城鎮(zhèn)化的影響最大，良好的經(jīng)濟發(fā)展促進了社會的穩(wěn)定，對提高城鎮(zhèn)化水平有顯著影響。

五、結(jié)論

本文選取熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，綜合評價2010～2019年石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益，構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型定量分析二者的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，并利用灰色關(guān)聯(lián)度探究二者的關(guān)聯(lián)性，得出以下結(jié)論：

第一，2010～2019年石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益大致呈逐年增長的趨勢，根據(jù)其相對發(fā)展度可以大致分為新型城鎮(zhèn)化滯后于土地利用效益的發(fā)展、土地利用效益滯后于新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展和新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益趨向于同步發(fā)展三個階段。從2010～2012年城鎮(zhèn)化水平較低，到中期城市化快速發(fā)展，土地利用方式不合理帶來土地利用效益較低等問題，到后期新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益趨于同步發(fā)展。

第二，石家莊市2010～2019年新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益的耦合度一直處于頡頏階段，耦合指數(shù)大致呈逐年上升的趨勢，其耦合關(guān)系逐漸向磨合階段、穩(wěn)定有序的方向發(fā)展。從協(xié)調(diào)度來看，新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益的協(xié)調(diào)度可以大致分為三個階段：2010年處于失調(diào)衰退階段；2011～2014年處于過渡階段；2015～2019年處于協(xié)調(diào)發(fā)展階段。總體來說耦合協(xié)調(diào)度呈逐年上升的狀態(tài)，逐漸向耦合、協(xié)調(diào)的方向發(fā)展，但目前僅處于初級協(xié)調(diào)階段。

第三，從灰色關(guān)聯(lián)度來看，新型城鎮(zhèn)化各指標(biāo)中人口城鎮(zhèn)化以及經(jīng)濟城鎮(zhèn)化對土地利用效益的影響較大；土地利用效益各指標(biāo)中土地經(jīng)濟效益對城鎮(zhèn)化的影響最大。新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益是兩個聯(lián)系緊密、相互作用的系統(tǒng)，其發(fā)展除了要滿足經(jīng)濟的發(fā)展還要注重生態(tài)文明的建設(shè)。

在未來發(fā)展中，城鎮(zhèn)化發(fā)展水平逐漸趨于穩(wěn)定。除了提高城鎮(zhèn)化率，還要注重城鎮(zhèn)化質(zhì)量的發(fā)展[24],可以通過優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，發(fā)展產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新基地，圍繞打造京津冀區(qū)域科技創(chuàng)新中心的方向發(fā)展，促進京津冀一體化協(xié)同發(fā)展。在整體利用規(guī)劃中，除了注重社會經(jīng)濟的發(fā)展，同時考慮生態(tài)及整體區(qū)域的長遠發(fā)展，將生態(tài)文明與文化傳承作為新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展原則[25]，推進可持續(xù)發(fā)展新型生態(tài)城市的建設(shè)。土地利用方面，以保護耕地為前提，以推進節(jié)約集約用地為核心，保護土地生態(tài)環(huán)境，提高土地生態(tài)效益，推動土地合理利用，完善土地規(guī)劃等措施來促進新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益協(xié)調(diào)發(fā)展。二者協(xié)調(diào)發(fā)展是促進城市可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

本文僅基于市域宏觀的探討了石家莊市新型城鎮(zhèn)化與土地利用效益的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，但從自然條件來看，石家莊市地跨太行山地和華北平原兩大地貌單元，地勢西高東低，其城市內(nèi)部存在較大的地形差異，同時伴隨石家莊規(guī)模的迅速擴張[26]，基于縣域微觀探討城鎮(zhèn)化與土地利用效益也是十分必要的。除此之外，本文選取標(biāo)準(zhǔn)層及指標(biāo)有限，未來的研究中可以通過進一步完善數(shù)據(jù)得到更加精準(zhǔn)完善的結(jié)論。