生態(tài)文明建設目標下的廣東省城市土地集約利用時空演變分析

張 姣， 張光宏

(中南財經(jīng)政法大學 工商管理學院， 湖北 武漢 430073)

中國人多地少，耕地資源短缺的國情決定了在快速城市化進程中必須走土地節(jié)約和集約化道路[1]。生態(tài)文明建設被視為現(xiàn)階段實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必由之路和解決中國嚴峻的資源和環(huán)境問題的關鍵戰(zhàn)略。在生態(tài)文明建設目標下，土地作為生態(tài)文明建設的空間載體[2]，其集約高效利用正是生態(tài)文明建設在空間上的一種呈現(xiàn)形式。高效集約的土地利用方式是城市經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展和科學利用土地的客觀要求[3]。在生態(tài)文明建設的背景下，不僅更關注土地投入與產(chǎn)出以及利用程度，同時需要更注重土地利用過程中的低碳發(fā)展、綠色發(fā)展以及循環(huán)發(fā)展能力。隨著城市化發(fā)展速度加快，耕地資源緊缺和土地利用低效的現(xiàn)象日漸明顯，同時大量農(nóng)用地被占用，生態(tài)環(huán)境也受到威脅，嚴重影響土地的可持續(xù)利用。

當前關于城市土地集約利用的研究主要包含以下7類： ①對城市土地集約利用內(nèi)涵概念的研究[4]； ②在可持續(xù)發(fā)展理論以及城市規(guī)劃理念的基礎上研究城市土地集約利用，如“精明增長”“緊湊式發(fā)展”[5-6]等； ③探討土地這一稀缺資源如何合理配置問題以及持續(xù)利用的理論方法[7-8]； ④對城市土地集約利用評價的實證研究。在研究區(qū)域方面，學者的研究大部分關注單一城市[9]、開發(fā)區(qū)[10]、省域[11]、城市群和經(jīng)濟帶[12]、全國[13]等尺度的區(qū)域。常用確定權重的方法有AHP[14]、熵值法[15]、TOPSIS[16]、主成分分析法[17]、多權重綜合評價[18]等； ⑤關于時空格局[17]的研究； ⑥對障礙因子[19]和潛力分析[20]的研究； ⑦城市土地集約利用和其他系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)關系[21]。

當前關于土地集約利用方面的研究已經(jīng)取得豐富成果，但仍存在不足。在研究視角方面，現(xiàn)有研究多從低碳經(jīng)濟[22]等視角進行研究，而以生態(tài)文明建設為背景的研究較少。此外，當前對土地集約利用水平差異的空間格局集聚以及相關性的研究報道較少。基于此，本研究采用熵值法確定這些指標權重，計算廣東省城市土地集約利用水平并對其進行評價。為了協(xié)調(diào)好廣東省經(jīng)濟快速增長與人口、資源與環(huán)境之間的關系，本文從生態(tài)文明建設視角出發(fā)，對該省城市土地集約高效利用、生態(tài)環(huán)境質量以及循環(huán)發(fā)展能力進行研究。利用空間自相關方法和核密度估計方法分析其時空格局及演進規(guī)律，旨在為該區(qū)土地可持續(xù)利用提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

廣東省位于中國南部，根據(jù)地理位置和方位可分為珠三角、粵東、粵西和粵北4個區(qū)域。珠三角包括廣州、深圳、佛山、東莞、惠州、中山、珠海、江門、肇慶9市，粵東包括汕頭、揭陽、潮州、汕尾4市，粵西包括陽江、湛江、茂名、云浮4市?；洷卑ㄇ暹h、韶關、河源、梅州4市，共有21個地級市(圖1)。近年來，廣東省在經(jīng)濟社會發(fā)展方面取得了巨大的成就。2019年GDP總量達到1.08×1013元，位居中國省份第一名。常住人口數(shù)量1.15×108人，繼續(xù)居全國首位。土地總面積為179 725 km2，城市建成區(qū)面積為6 397 km2，占總面積的3.5%。森林覆蓋率為53.52%。在生態(tài)文明建設方面，廣東省積極推進產(chǎn)業(yè)結構轉型，提升資源集約節(jié)約利用水平，推廣綠色生活方式。但是，該省的環(huán)境與經(jīng)濟社會發(fā)展之間也存在一些矛盾。因此從生態(tài)文明建設視角下出發(fā),對土地集約高效地利用，注重生態(tài)環(huán)境質量以及循環(huán)發(fā)展的能力很有必要。

圖1 廣東省地理分區(qū)及各市區(qū)位置

2 研究方法

本研究對象各指標的數(shù)據(jù)來源于《廣東統(tǒng)計年鑒(2013—2020年)》，其中部分缺失數(shù)據(jù)來源于地級市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報或采用相鄰年份數(shù)據(jù)推算所得。

2.1 指標體系構建

關于城市土地集約利用評價的研究已經(jīng)取得較多成果?；谝延醒芯砍晒鸞12，17]，本文在篩選國內(nèi)學者相關研究中使用頻度較高的評價指標基礎上，結合廣東省城市土地利用狀況和生態(tài)環(huán)境特點，從生態(tài)文明建設的和諧共生、良性循環(huán)、全面發(fā)展三大宗旨出發(fā)，除了考慮土地集約利用的投入、產(chǎn)出等經(jīng)濟和社會因素外，更加注重考察土地低碳發(fā)展能力、土地綠色發(fā)展能力以及土地生態(tài)循環(huán)發(fā)展能力，據(jù)此構建土地集約利用評價指標體系(表1)。

表1 廣東省城市土地集約利用評價指標體系

2.2 熵值法

熵值法是確定權重較為客觀的方法，其優(yōu)勢是在確定權重時，能夠有效避免主觀因素的干擾[23]。熵值法的計算具體步驟如下。

(1) 指標標準化。由于各項指標數(shù)據(jù)正負向皆有，需對原始數(shù)據(jù)以無量綱化的方式處理。本文運用極值標準化法進行處理。

(1)

式中：i為年份;j為指標排列順序;Yij為第i年第j項指標的標準化值;Xij為第i年第j項指標值;Xmax為第j項指標的極大值;Xmin為第j項指標的極小值。

(2) 指標比重(Zij)計算：

(2)

(3) 熵值(Ej)計算：

(3)

(4) 計算信息冗余度 (Pj)：

Pj=1-Ej

(4)

(5) 指標權重(Wj)計算：

(5)

(6) 土地集約利用水平指數(shù)(Qi)計算：

(6)

式中：m為研究年份；n為研究樣本數(shù)。由此計算各項指標權重與土地集約利用水平。

2.3 核密度估計

核密度估計是利用連續(xù)密度曲線估計隨機變量的概率密度，描述隨機變量分布規(guī)律的一種方法[24]。依據(jù)核密度估計的曲線圖，可以研究城市土地集約利用水平分布格局、位置、峰值和擴展情況的變化。然后再描述土地集約利用水平分布的動態(tài)演化特征。

2.4 空間自相關分析

空間自相關分析是通過測量空間相關性或異質性數(shù)據(jù)的相關程度來描述目標的空間聚集或分化，并解釋其空間相互作用機制的一種方法[25]。該方法主要包括全局空間自相關和局部空間自相關。本文采用全局Moran’sI指數(shù)來度量城市土地集約利用水平全局空間相關性。此外，考慮到可信度的問題，對研究對象進行顯著性水平的P值檢驗，其中Z值表示標準差的倍數(shù)。同時選取局部Moran’sI指數(shù)來度量城市土地集約利用水平局部空間相關性。

3 結果與分析

本文通過MATLAB軟件利用熵值法計算出土地集約利用水平值，并利用ArcGIS 10.5軟件將廣東省主要年份的土地集約利用水平數(shù)值可視化(圖2)，通過ArcGIS 10.5軟件根據(jù)Jenks最佳自然斷裂點方法選取2016年作為標準年份并取整，再根據(jù)數(shù)據(jù)的實際分布情況將數(shù)值分為4類：Ⅰ類(0，0.15]，Ⅱ類(0.15，0.20]，Ⅲ類(0.20，0.30]，Ⅳ類(0.30，1] 。

圖2 2012，2016，2019年廣東省土地集約利用水平

從整體分析，廣東省城市土地集約利用水平不斷提高。2012年，廣東省城市土地集約利用水平普遍較低，城市類型主要集中在Ⅰ和Ⅱ類。在2016年，Ⅳ類城市數(shù)量明顯增加，土地集約利用水平值也有所提升。在2019年，Ⅲ類、Ⅳ類城市為主要類型，土地集約利用水平繼續(xù)上升。從圖2可以看出，土地集約利用水平高值與低值區(qū)域主要分布于珠三角部分區(qū)域與粵北區(qū)域。

3.1 時序分析

圖3為廣東省土地集約利用水平值在主要年份的核密度演進曲線。在形狀上，研究期間年核密度估計曲線呈現(xiàn)出陡峭的尖峰和平緩的多峰構成，這說明廣東省整體城市土地集約利用水平值偏低，并且城市之間存在差距，各城市的土地集約利用水平值存在極化現(xiàn)象。在位置上，研究期間核密度估計曲線整體不斷向右移動，土地集約利用水平值的變化范圍擴大，說明廣東省各地級市土地集約利用水平值整體呈上升趨勢。在峰度上，2012—2016年期間核密度估計曲線主峰高度急劇下降，核密度估計曲線主峰也呈現(xiàn)下降趨勢，說明廣東省城市土地集約利用水平值差距在逐步縮小。

圖3 2012，2016，2019年廣東省土地集約利用水平時序變化

3.2 空間分析

3.2.1 全局空間分析 Moran’sI為研究區(qū)域2012—2019年城市土地集約利用水平的全局指數(shù)值。Moran’sI值在(-1，1)區(qū)間變化，當Moran’sI>0時，表示區(qū)域存在正相關性，其值越大，空間相關性便越顯著。當Moran’sI<0時，表明區(qū)域存在負相關性，其值越小，空間相關性越弱。否則，Moran’sI等于零時，區(qū)域相關性為隨機。由表2可以看出，2012—2019年廣東省Moran’sI指數(shù)均為正值,且P值通過10%的顯著性檢驗。這說明各地級市間的土地集約利用水平存在明顯的正相關性，也表明隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，各城市土地集約利用水平在逐年提高。從演變角度分析，2012—2015年廣東省各地級市的Moran’sI指數(shù)呈現(xiàn)大幅下降趨勢，2015—2019年Moran’sI指數(shù)表現(xiàn)為上升態(tài)勢。這說明區(qū)域之間的關聯(lián)性整體表現(xiàn)出波動式下降的特點。

表2 廣東省各地級市(2012-2019年)Moran’s I指數(shù)

3.2.2 局部空間分析 本文選擇2012，2016，2019年為主要年份，利用ArcGIS與GeoDa軟件對廣東省21個地級市局部Moran’sI進行可視化處理(圖4)，并利用LISA(local indicators of spatial association)圖進行分析。其中集聚性不顯著區(qū)域表示該地區(qū)城市土地集約利用水平無明顯的集聚情況。據(jù)其集聚特點將其劃分為3類：分別為低—低、低—高、高—高集聚類型城市。據(jù)此進一步分析其區(qū)域集聚特點。

圖4 2012，2016，2019年廣東省各地級市LISA集聚特征

(1) 低—低集聚類型區(qū)域。城市的空間差距不明顯，在空間上具有正相關性。該類型城市呈現(xiàn)出土地集約利用水平值與周圍城市都較低的特點。在2019年首次出現(xiàn)該類區(qū)域，分布于粵北的韶關市。該類區(qū)域城市土地集約利用水平較低，人口大量向外流失，地形為山區(qū)，城市建設用地利用效率低下，且距珠三角地區(qū)較遠，經(jīng)濟發(fā)展水平較低，對城市土地的投入與產(chǎn)出不足。此外，由于在土地利用過程中忽略了對城市土地生態(tài)環(huán)境的保護，導致該地區(qū)呈現(xiàn)出低水平態(tài)勢。

(2) 低—高集聚類型區(qū)域。城市的空間差距較為明顯，在空間上具有負相關性。該類型城市呈現(xiàn)出土地集約利用水平值較低而周圍城市較高的特點。在主要年份都存在該種類型區(qū)域，其數(shù)量與空間分布無變化。主要分布于珠三角的佛山市和廣州市，及相對鄰近的東莞市和深圳市。土地集約利用水平較低，但是與廣東省北部城市相比要高，受到深圳等城市的輻射影響較小，因此土地集約利用水平相對較低。

(3) 高—高集聚類型區(qū)域。城市的空間差距不明顯，在空間上具有正相關性。該類型城市呈現(xiàn)出土地集約利用水平值比周圍城市都較高的特點。在主要年份該種類型城市數(shù)量與空間上變化幅度較小。此類區(qū)域主要分布于廣東省較為發(fā)達的城市。例如，經(jīng)濟特區(qū)深圳市以及相鄰的東莞等城市。地理位置的優(yōu)勢促進了周邊地區(qū)的集約發(fā)展，大量的資金、人才和交通資源為該區(qū)土地集約利用的高水平提供了保障。此外，在政策因素的影響下，該區(qū)域各城市間保持著密切的聯(lián)系，在驅動周邊城市發(fā)展方面發(fā)揮了重要作用,使得周邊城市的土地利用集約水平也得到提升。

4 結 論

在時序方面，廣東省城市土地集約利用水平值初期整體較低，但在發(fā)展中得到了提升。同時各城市之間土地集約利用水平存在兩極分化情況，但極化現(xiàn)象在逐漸減弱。廣東省在后續(xù)發(fā)展中要注意縮小城市發(fā)展的差距。在空間方面，廣東省部分城市土地集約利用水平具有集聚的特征，其集聚特點可以分別劃分為低—低、低—高、高—高三種區(qū)域。高值區(qū)域主要分布于珠三角部分區(qū)域，低值區(qū)域分布在粵北等地區(qū)。此外，各城市土地集約利用水平存在明顯的空間正自相關性，但區(qū)域間的相關性表現(xiàn)出整體波動式下降的特點。

為了提升廣東省城市土地集約利用水平，建議各城市要因地制宜地選擇發(fā)展方向。①對于土地集約利用水平較高的珠三角地區(qū)，土地投入和土地產(chǎn)出已經(jīng)較高，后續(xù)發(fā)展應以區(qū)域產(chǎn)業(yè)結構優(yōu)化調(diào)整作為主要方向，提高城市土地利用效率。②對于土地集約利用水平較低的粵西、粵北等地區(qū)，地形為山地發(fā)展的主要限制因素，政府應出臺相關政策對當?shù)靥厣髽I(yè)與產(chǎn)業(yè)進行幫扶，注重土地利用過程中的生態(tài)環(huán)境問題。此外還要加強區(qū)域之間的聯(lián)系。例如，粵北區(qū)域與珠三角區(qū)域的聯(lián)系不夠緊密，若利用珠三角區(qū)域較高的土地集約利用水平輻射帶動，實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟的融合，城市的競爭能力與輻射影響范圍也會強化，最終縮小區(qū)域城市土地集約水平的差距。