基于耦合模型的長春市建設用地與經濟發展雙向作用研究

劉蜀涵，王冬艷，李　紅

(吉林大學地球科學學院，吉林 長春 130061)

基于耦合模型的長春市建設用地與經濟發展雙向作用研究

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]在構建了“建設用地-經濟發展”系統的基礎上，建立耦合模型，并利用長春市2001—2010年數據，測算了長春市建設用地與經濟發展系統綜合指數、耦合度及耦合協調度.結果表明：長春市2001—2010年間“建設用地與經濟發展”系統耦合度持續上升并持續保持在高耦合度階段，兩子系統間關系日益緊密，不斷發展；系統間耦合協調度不斷提高，結合系統間綜合指數及耦合度，當系統處于低耦合協調度狀態下的高度耦合階段時表明建設用地與經濟發展間存在相互制約的不協調發展關系，后隨著土地利用方式等的轉變，系統協調性不斷提高，逐步向有序方向發展.

[關鍵詞]建設用地；經濟發展；耦合模型；雙向作用；長春市

近年來我國經濟持續高速發展，城市化進程加快，導致大量農地向城市用地流轉，建設用地面積快速增加.未來一段時間內，建設用地仍將繼續擴張，土地資源與用地需求間的矛盾將逐漸加深.研究建設用地與經濟發展間的關系，對于調節土地供需矛盾，在保障經濟發展的同時實現建設用地的節約集約利用具有重要意義.目前對建設用地與經濟發展間的關系研究，許多學者從單一方向入手，研究了建設用地對經濟增長的貢獻及影響或分析經濟要素對建設用地的驅動作用等[1-2]，而建設用地與經濟發展間是復雜的雙向作用關系，僅從單向分析難以揭示系統間的相互作用和建設用地與經濟發展間的協調程度.

對于建設用地對經濟增長的貢獻研究，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濟增長的貢獻和影響機制；杜官印(2010)等[4]利用數據包絡CCR模型研究了建設用地等投入要素對GDP產出的影響；葉劍平(2011)等[5]利用生產函數與空間面板模型剝離了土地要素對中國經濟增長的貢獻.在研究經濟要素對建設用地的影響方面， Fischer.G(1997)等[6]在LUCC土地利用變化驅動力研究中將社會經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回歸模型分析了經濟發展對建設用地擴張的影響及作用強度.而關于建設用地與經濟發展間相互作用的研究中，曲福田(2004)等[8]提出了經濟增長與耕地非農化間的庫茲涅茨曲線假說并進行了驗證；鐘太洋(2010)等[9]引入環境領域的脫鉤理論對經濟增長與建設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濟發展的耦合關系時利用線性相關進行了分析.以往的研究多注重研究建設用地與經濟發展間的單向作用關系，但是兩者間的作用是相互的，簡單的線性分析很難對系統間的相互作用進行全面的闡述.因此，本文在分析了建設用地與經濟發展間存在線性相關關系的基礎上，進一步深化了耦合內涵，構建了耦合模型，從雙向角度入手，分析了兩個系統間的耦合性以及耦合協調性，探討了建設用地與經濟發展間的雙向協調作用關系.

1建設用地-經濟發展體系及模型的構建

1.1指標體系的構建

本文以長春市為例，建立“建設用地-經濟發展指標體系”，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《長春市統計年鑒》中長春市2001—2010年數據，計算指標權重并構建耦合度模型及耦合協調度模型，進行耦合分析.

1.2耦合模型的構建

耦合是物理學中的一個概念，是指兩個或兩個以上系統或運動方式之間通過各種相互作用而彼此影響以至協同的現象，是在各子系統之間的良性互動下，相互依賴、相互協調、相互促進的動態關聯關系[12].系統從無序走向有序的過程就是要素和子系統相互協同的過程，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間的相互作用及影響關系.本文將建設用地和經濟發展作為兩個子系統，系統間的相互影響定義為“建設用地-經濟發展”耦合度，利用耦合模型了解兩者間的相互關系.

1.2.1耦合函數

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為子系統個數，本文中有建設用地與經濟發展兩個子系統，n=2；u為系統的功效系數，通過系統綜合指數表征，表示子系統對系統的貢獻.“建設用地-經濟發展”子系統耦合度可以分為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

指標對系統的貢獻程度可以用功效系數u表示，建設用地-經濟發展系統的功效系數可表示為：

(2)

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

子系統中各個序參量對系統的總貢獻可以表示為綜合指數：

(3)

式中：ui表示子系統序參量對總系統的貢獻；λij表示各個序參量的權重.權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的是簡單的線性關系.基于本文主要研究兩個系統間多項指標間的耦合關系，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間的非線性關系.熵值法確定權重方式如下.

將各指標數值進行標準化，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中各項指標熵值及熵權值，其中m為評價年數，n為指標數.

定義熵

(5)

定義熵權

(6)

利用系統中各項指標數據可計算得出指標熵值和熵權值.

1.2.3耦合協調度模型

耦合度對反映建設用地與經濟發展間的耦合作用強度、發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間的耦合協調程度，當兩個系統綜合發展水平均較低時，也可以得到兩者間耦合程度較高的結果.因此可構建耦合協調度模型，更全面地反映兩系統間的耦合協調程度.耦合協調度模型如下：

(7)

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

2建設用地與經濟發展耦合關系的實證分析

2.1長春市建設用地與經濟發展相關性分析

研究數據來自2001—2010年《長春市統計年鑒》.利用長春市建設用地面積、GDP數值及固定資產投資額數據進行相關性分析，得出長春市2001—2010年建設用地面積變化與地區GDP及固定資產投資間的相關關系，結果見圖1、圖2.

圖1　長春市建設用地面積與地區GDP的相關關系

圖2　長春市建設用地面積與固定資產投資的相關關系

由圖1、圖2可以看出，長春市地區GDP和固定資產投資與建設用地面積呈高度正相關，地區GDP與建設用地面積相關系數為0.942 2，呈極顯著正相關，相關關系模型為y=0.059x-11 612；固定資產投資與建設用地面積的相關系數為0.955 2，呈極顯著正相關，相關關系模型為y=0.069 6x-14 748.上述相關性關系表明，長春市建設用地與經濟發展間相關程度很高，可以利用耦合模型進一步分析系統間的耦合關系.

2.2長春市建設用地與經濟發展耦合關系

2.2.1指標權重計算

本文選取長春市2001—2010年10年間的數據，對長春市建設用地與經濟發展間的耦合關系進行分析.首先根據熵值法求得建設用地與經濟發展兩子系統中各個指標的權重，結果見表2.

表2　建設用地-經濟發展系統指標權重

得出權重后，根據耦合模型以及耦合協調度模型，計算出兩個子系統的功效系數(U)、耦合度(C)以及耦合協調度(D).

根據測算，得出2001—2010年長春地區建設用地與經濟發展的耦合度及耦合協調度，結果見表3.

表3　長春市建設用地與經濟增長耦合度與耦合協調度值

2.2.2綜合指數分析

綜合指數能夠表示指標對系統的貢獻大小，本文計算了建設用地與經濟發展兩個子系統對整個系統的貢獻率，結果見圖3.

2001年以來長春市建設用地與經濟發展綜合指數均呈上漲態勢，2001—2009年建設用地綜合指數一直大于經濟發展綜合指數，2010年經濟發展綜合指數超過建設用地綜合指數，而建設用地綜合指數在一定程度上代表了建設用地的節約集約利用程度，計算結果能夠表明經濟發展和建設用地發展水平在10年間均持續快速增長.其中2004年建設用地綜合指數有所波動，是由于長春市2003年調整土地政策，導致2004年長春市建設用地數量有較大提高，因此建設用地對長春市總體發展貢獻相對減小，綜合指數也隨之減小.

從其數值來看建設用地綜合指數由2001年的0.110增長到2010年的0.924，表明建設用地節約集約利用水平有了顯著提升，到2010年已經達到較高水平的節約集約利用程度.經濟發展綜合水平也由2001年的0.014增長到2010年的0.985，說明經濟發展綜合水平也已經達到較高標準.

圖3　長春市建設用地與經濟發展綜合指數

圖4　長春市建設用地與經濟發展耦合度

2.2.3耦合度分析

利用耦合模型及相關數據，對兩系統進行耦合分析，得到耦合度的變化結果(見圖4).

結果表明，2001—2010年間長春市建設用地與經濟發展系統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年后持續保持在高耦合度階段，維持在0.99以上，系統間趨向有序發展.

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

2.2.4耦合協調度分析

圖5　長春市建設用地與經濟發展耦合協調度

由耦合協調度模型計算出10年間長春市建設用地及經濟發展系統的耦合協調度，結果見圖5.

耦合協調度表明，長春市2001—2010年間建設用地與經濟發展兩個系統耦合協調度呈持續上升趨勢，其數值由2001年的0.110增長至2010年的0.690.其中2001—2003年兩系統耦合協調度為低度協調耦合階段，2004—2006年為中度協調耦合階段，2007年以后進入高度協調耦合階段.

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

3結論

長春市2001—2010年間建設用地和經濟發展系統耦合分析表明：

(1)長春市10年間建設用地與經濟發展單項綜合指數均呈上升趨勢，說明其對經濟和社會發展貢獻率不斷提高；從其數值意義來看，經濟發展水平不斷提升，建設用地子系統在10年間由粗放利用水平逐漸轉變為高節約集約利用水平.

(2)從耦合度數值來看，在2001—2010年間長春市建設用地與經濟發展耦合度快速上升，后持續保持在高耦合度階段，說明長春市建設用地與經濟發展間關系緊密，兩者間聯系不斷增強且均快速發展.

(3)從耦合協調度分析，長春市建設用地與經濟發展間作用關系在10年間逐漸由低耦合協調階段過渡到中耦合協調階段，后發展到高耦合協調階段.結合耦合度及系統綜合指數來看，整個系統始終處于高度耦合階段，但在低耦合協調度下，建設用地與經濟發展間存在著相互制約的矛盾，原因在于經濟發展過度依靠建設用地的擴張，進而引起“土地財政”等問題，而經濟因素對建設用地的驅動作用也使得建設用地數量迅速增長，引發土地粗放利用，建設用地節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濟體制改革的不斷推進，土地利用與經濟發展模式進一步優化，建設用地與經濟發展間的關系不斷改善，土地節約集約利用水平持續提升，系統綜合指數和耦合協調度不斷上升，最后發展到高耦合協調階段，長春市建設用地與經濟發展系統間的相互作用愈發協調，逐步向有序方向發展.

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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