產業一體化與城市土地利用效率的時空耦合效應
——以長江中游城市群為例

盧新海，陳丹玲，匡 兵

（1.華中科技大學公共管理學院，湖北 武漢 430074；2.華中師范大學公共管理學院，湖北 武漢 430079）

1 引言

產業一體化作為一個多維度、多尺度的概念，是區域內各產業主體（主要是第二三產業）在區位選擇的基礎上運用資源整合、經濟合作等手段，重塑產業空間布局并最終實現要素在區域內無障礙流動的狀態和過程，也是區域經濟一體化的核心內容和重要實現路徑[1-2]。城市土地作為產業一體化的運行載體[3]，兩者相互影響、彼此制約。產業一體化是城市土地利用效率提高的原因和結果，城市土地利用效率的提高是產業一體化的重要驅動和實質表現[4]。在產業一體化的戰略地位日益凸顯的現實背景下，促進城市土地利用效率提高的關鍵因素已經逐步從單一的“經濟增長”轉變為雙要素的“產城融合”[5]，如何實現兩者協調發展已經成為區域經濟學、管理學及土地科學等學科研究的前沿主題。

目前學術界直接關于產業一體化與城市土地利用效率之間辯證關系的研究并不多見，但圍繞產業發展水平與城市土地利用效率的相互關系展開了大量探究。理論層面上，對產業發展與城市土地利用效率

間互動關系的基本規律與原理進行辨析與探討：從分析兩者間單向因果關系到逐漸揭示兩者間雙向反饋機制[4-5]；從研究規模效應視角下產業發展水平與城市土地利用效率間的邏輯關系到逐步引入集聚效應、溢出效應等空間關系來探究兩者間的內在機理[6-7]。實證層面上，多運用多因素綜合評價模型對產業發展水平及城市土地利用效率進行測算，并運用計量經濟學及統計學等方法檢驗、量化兩者間的相關性及耦合關系[8-11]。事實上，傳統的產業發展模式是將各地區視為互相獨立的截面個體，而產業一體化是各產業主體在時間、空間和功能上的復雜變化以及區域發展要素的空間配置過程，其進程不僅受本區域社會經濟活動的影響，同時還受鄰域單元的空間作用，并最終體現在城市土地資源配置效率及開發格局上，這也引發了對產業一體化和城市土地利用效率間耦合機理的重新思考。而且，產業一體化產生的技術溢出和規模集聚等空間效應是城市土地利用效率提升的重要來源[1，3]，但傳統的經濟學模型只能對兩者間耦合關系的時序特征進行整合，卻忽略了空間效應的影響。基于此，本文以長江中游城市群為研究對象，首先，闡述產業一體化與城市土地利用效率的耦合機制；其次，構建產業一體化和城市土地利用效率指標體系并綜合運用SVR算法和耦合協調模型對其耦合水平進行測算；最后，運用空間相關分析研究兩者間耦合關系的空間關聯特征和集聚特征，以探尋產業一體化和城市土地利用效率的協調發展路徑。

2 理論框架：產業一體化與城市土地利用效率的耦合機制

耦合是指兩個或兩個以上的系統通過內外界復雜的相互作用而彼此影響的現象[12]。從耦合角度來看，產業一體化與城市土地利用效率之間彼此影響、互相約束（圖1）。

產業一體化是一個由“淺表一體化”到“深度一體化”的縱向發展過程，即從表征區域間空間聯系為主的產業布局一體化到區域內以這種相互作用為載體的產業要素流動的一體化[1，4，13]。其中，要素一體化是產業布局一體化的內生動力，產業布局一體化是要素一體化的外在體現。而城市土地作為產業一體化發展的物質載體，產業生產狀態、空間布局、要素流動及配置效率等都會改變產業一體化系統與城市土地利用系統的作用路徑，并最終影響區域城市土地利用效率。而城市土地利用效率的提高也會促進區域產業布局的重構與生產要素的相互融合，加速產業一體化進程。產業一體化對城市土地利用效率的影響突出表現在：

第一，產業布局層面。產業布局一體化是相互依存的空間范圍內，各產業主體在規模、分工和布局上進行廣泛聯動，并結合為一個“整體”的過程，這一過程中，城市土地利用效率會發生顯著改變。一方面，為進一步滿足產業一體化進程中規模化、專業化及合作化生產需求，產業規模不斷擴展和延伸以提升產業市場潛力[1，14-15]，土地利用的規模效應得以凸顯。同時，替代性或互補性產業趨向集聚于某一地理空間，形成的產業共同體會對相鄰地域產生空間輻射效應[2，7]，加之產業自身技術的空間溢出效應[15]，兩種效應的交叉融合和相互疊加都會一定程度上影響區域土地利用格局及投入——產出效率。另一方面，產業合理分工有助于更好發揮產業內和產業間的關聯效應和協同效應，促進產業與土地資源的耦合[2，16]。除此之外，產業布局一體化有利于產業鏈重組和資源整合，加速產業結構的“經濟服務化”，倒逼土地利用向結構集約型調整[1，9]。

圖1 產業一體化與城市土地利用效率的耦合機制Fig.1 Coupling mechanism between industrial integration and urban land use efficiency

第二，要素流動層面。要素一體化是產業一體化的深層次表現，要素流動方向、范圍和規模的不同往往導致區域經濟形態和土地利用模式差異。一方面，生產要素跨區域的雙向流動將拓寬生產要素的配置范圍，改善其配置狀況及空間組合效率，這種由各類社會經濟要求的聯系所形成的“要素流”是促進區域經濟增長和城市土地利用效率有效提升的重要驅動[1，3，16]；另一方面，根據外部性理論，一個地區的技術進步會通過要素的空間溢出效應傳遞給相鄰區域，促進其他地區土地生產效率的提高[1，9]。同時，要素轉移產生的規模效應和集聚效應也會強化資金、技術和人力等對土地的替代作用，降低產業一體化發展對土地資源的數量需求，進而提高土地利用強度。

城市土地利用效率對產業一體化的影響突出表現在：第一，城市土地作為產業一體化發展的重要載體，土地供給很大程度上影響了一體化進程中產業發展方向與結構布局，制約著產業一體化規模與速度[4，17]。通過提高城市土地利用效率以增加土地經濟供給，推動土地市場的不斷完善，在市場機制和土地價值規律的雙重約束下，產業結構得以優化，產業一體化的全產業鏈布局不斷升級。第二，成本和效益的相對高低是城市土地利用效率的直接體現，不同產業的投資成本與效益對區域產業一體化的形成和發展具有重要影響[13，17]。第三，土地用途管制、土地利用規劃等宏觀調控手段對產業一體化發展方向、分工合作、空間布局等具有重大影響，是實現產業一體化的重要政策工具[5]。除此之外，土地的集約利用往往能夠引導各要素快速集聚，經濟、社會和景觀等多重效應疊加，帶動相關產業政策和城市發展規劃的調整，成為了加快產業一體化發展的重大契機。

3 區域概況、實證模型及指標體系

3.1 區域概況

依據國務院頒布的《大力促進中部地區崛起戰略的若干意見》《關于依托黃金水道推動長江經濟帶發展的指導意見》，長江中游城市群是以武漢城市群（武漢、黃石、鄂州、黃岡、孝感、咸寧、仙桃、潛江、天門）、環長株潭城市群（長沙、株洲、湘潭、衡陽、岳陽、常德、益陽、婁底）、環鄱陽湖城市群（南昌、景德鎮、萍鄉、九江、新余、鷹潭、吉安、宜春、撫州、上饒）和江淮城市群（合肥、蕪湖、蚌埠、淮南、馬鞍山、銅陵、安慶、滁州、六安、池州、宜城）為主的“四群合一”共同體，是中國未來國土空間開發的重要板塊。伴隨“一帶一路”戰略的深入推進，該區域積極響應國家政策號召大力推動其產業一體化進程并取得了實質性進展[10]，與此同時，區域產業同構、協作機制不健全等問題導致傳統粗放式土地利用模式的弊端逐步顯化，產業發展與城市土地供需間的矛盾日益凸顯。在這一現實背景下，如何實現產業一體化與各類要素，特別是與土地要素的協調互動已成為本區域發展過程中的一個重要議題。

3.2 實證模型

3.2.1 SVR算法

支持向量回歸（Support Vector Regression，簡稱SVR）算法是目前統計學習理論最成功的實現。該算法能夠解決指標的維度災難、權重主觀化及過擬合問題，有效彌補了多因素綜合評價和神經網絡的不足，具有良好的推廣價值[18]。本文創新性地將SVR算法運用于產業一體化與城市土地利用效率測算中，操作環境為Matlab2015a。實現步驟如下：（1）在對各評價指標進行數據標準化處理后，根據文獻[18]中的開源代碼，進行SVR回歸仿真訓練，并求解各評價指標的分類函數；（2）根據分類函數設定懲罰系數C，核函數σ和不敏感損失函數ε等隱形參數和輸出誤差，模擬并量化標準化后的評價指標值ai與評價目標值y間復雜的對應關系，通過不斷調整與修正，確定各指標權重的最合理值wi及各權重的關聯函數f；（3）通過公式計算出產業一體化與城市土地利用效率指數。

3.2.2 耦合協調度模型

基于上述測度結果，借鑒容量耦合模型[19]測算產業一體化與城市土地利用效率間的耦合協調度D。函數設定如下：

式（1）—式（2）中：U1為產業一體化指數；U2為城市土地利用指數；C為耦合度；T為協調度；D為耦合協調度；a、b為待定權重，均取0.5。基于已有研究提出的相關分類標準[8],采用均勻分布函數法將D值劃分為4大階段9小階段（表1）。

表1 分類體系及等級劃分標準Tab.1 Classi fi cation system and grading standard

3.2.3 空間關聯測度模型

依據D值的計算結果，運用全局Moran’s I和基于局部Moran’s I形成的Moran圖和LISA聚類圖從整體和局部兩個層面進一步揭示產業一體化與城市土地利用效率協調耦合水平的空間關聯特征和區域差異[20-21]，計算公式為：

式（3）—式（4）中：xi、xj分別表示空間地域單元i和j的D值，且i≠j；Wij為標準定義的空間二元鄰居矩陣；表示各地區D的平均值；σ2表示方差。

3.3 指標體系

產業一體化測度。依據上述理論分析，本文基于縱向發展的角度，從產業布局一體化和產業要素流動的一體化兩個層面構建產業一體化評價指標體系。其中，產業布局一體化的顯著特征在于產業拓展（廣度和深度）、產業合理分工和產業升級，主要包括產業發展目標一致所形成的規模變化，產業地域集聚所形成的空間變化，產業區域合作所形成的分工變化、產業功能重組所形成的結構變化。而人口、資金、信息和技術是區域產業主體間流動性和影響性最大要素“流”，各要素流動速度、方向及范圍的不同均會造成區域產業發展模式和形態的差異，從而影響產業一體化發展。基于此，參考湯放華[13]等學者的研究，從產業布局一體化和要素一體化兩個層次選取8個指標構建產業一體化評價指標體系（表2）。

城市土地利用效率測度。城市土地利用效率受諸多因素的影響，從土地利用投入來看，土地對生產要素的吸引能力是提高其效率主要動力，從土地利用過程來看，土地對社會經濟活動的承載強度是衡量土地生產功能的重要標準，而土地產出則是判斷各要素投入是否有效的直接體現。因此，參照劉浩[19]等的研究，本文從“投入—過程—產出”角度構建城市土地利用效率評價指標體系，即土地投入強度、土地利用強度和土地利用效益3個層次，共6個指標（表2）。

3.4 數據來源與預處理

本文以長江中游城市群內38個地市為基本研究單元，以2004—2016年《中國城市統計年鑒》及各省統計年鑒為主要數據源，并對數據進行無量綱化處理：

式（5）中：Xij為指標標準化值；Zij為指標的原屬性值；maxZij、minZij分別為某一指標的最大值和最小值。

表2 產業一體化和城市土地利用效率測算指標體系Tab.2 Index system of industrial integration and urban land use ef fi ciency

4 結果分析

在運用Matlab2015a調用SVR算法求取產業一體化指數和城市土地利用效率指數后，基于耦合協調度模型的基本原理測算兩者間的耦合協調度，以2003、2009、2015為時間節點，并采用Arcgis 10.2的空間分析功能將結果空間化顯示（圖2）。

4.1 耦合協調度的空間劃分

（1）考察期間長江中游城市群產業一體化與城市土地利用效率耦合協調度的平均值從0.2634增加至0.4736，2003—2009年耦合協調度呈V型波動增加，2009年后呈W型波動增加。（2）從空間分布來看，各城市耦合協調度存在明顯差異，蚌埠、池州、吉安在研究期間一直處于低度耦合協調狀態，武漢、長沙與南昌則處于耦合協調的最前沿，常德與合肥的耦合協調值在2009年后增長顯著最后進入高度協調耦合階段。（3）從類型的空間劃分來看，2003—2009年間，長江中游城市群各地市的耦合協調度存在低度和中度耦合協調兩大類，2015年新增了初級協調、中級協調和良好協調三小類，協調型城市數量逐年增加。其中，武漢和長沙由高度耦合協調變為優質耦合協調，并以雙核結構模式形成了產業發展和土地集約利用的主要軸線。由中度耦合協調變為高度耦合協調的地區主要是原材料生產與加工基地及部分省會城市，包括昌九工業走廊、鷹潭、湘潭、常德、益陽和合肥，形成了“一帶一點”的初級耦合格局。這些城市的產業一體化主要以煤炭、石油、鋼鐵以及部分污染性的化工和電力產業為主，且由于經濟實力較弱，土地污染治理方面投資不足導致區域生態損失嚴重。始終處于低耦合協調大類的城市數量極少，只有吉安、蚌埠和池州。這類地區的產業結構較為單一，以初級產業加工業為主，產業一體化與土地利用的相互作用尚不明顯。進一步觀察可以看出，考察期間78.95%的城市始終處于產業一體化與城市土地利用效率失調階段，僅長沙、南昌、合肥、九江、湘潭等7個城市由瀕臨失調向初級或中級協調轉變。這些地區的主導產業以醫療器械、電子設備、交通運輸設備及高端裝備制造業為主，產業鏈發展成熟，產業一體化水平較高。

圖2 產業一體化與城市土地利用效率耦合協調度的空間分區Fig.2 Division of coupling coordination degree between industrial integration and urban land use ef fi ciency

4.2 空間關聯格局

4.2.1 全局關聯特征

基于Arcgis10.2和GeaDa095i軟件，計算出全局 Moran’s I來探討2003—2015年長江中游城市群產業一體化與城市土地利用效率耦合格局的自相關特征（圖3）。通過Z值檢驗，在10%的顯著水平上長江中游城市群各城市各個時期的Moran’s I都呈現正相關性，這表明耦合協調度高（低）的地區趨于向類似水平的地區集聚。同時，從橫向角度來看，考察期內Moran’s I呈波動上升趨勢，數值從0.123 8上升為0.309 9。具體來看， 2008年前各城市耦合協調度的集聚程度呈緩慢增加之勢，Moran’s I從2001年的0.123 8增至2008年的0.224 3，年均增長2.01%；2008—2011年間，Moran’s I下降至2011年的0.209 4，集聚程度略有弱化，但仍高于初期水平；2009年后，集聚程度逐步加劇，漲幅達48.02%。

圖3 產業一體化與城市土地利用效率耦合協調度Moran’s I值Fig.3 Moran’s I of coupling coordination degree between industrial integration and urban land use ef fi ciency

4.2.2 局部關聯特征

根據局部Moran’s I，以產業一體化與城市土地利用效率耦合協調度為橫坐標，其空間滯后項為縱坐標，將平面圖均分為4個象限，分別對應HH（涓滴效應區）、LL（低速增長效應區）、HL（回波效應區）及LH（過渡增長效應區）。從圖4中可以看出：

（1）耦合協調度的空間聚集類型不斷演變。除武漢、南昌、長株洲地區始終處于涓滴效應區，六安、宜春始終處于過渡增長效應區，池州、天門、潛江始終處于低速增長效應區，安慶、馬鞍山始終處于回波效應區外，其余城市耦合協調度的空間集聚類型均發生了改變。

（2）各空間集聚類型的規模處于不斷變化之中。高耦合協調度地區被低耦合協調度地區包圍的現象不斷減少，低耦合協調度地區被高耦合協調度地區包圍的現象逐漸增加。具體表現為：2003—2009年，第一、第三象限內的城市數量保持不變，第二象限內的城市數量由10個減少至8個，第四象限內的城市數量則由7個增加至9個。2009年以后，第二、第三象限內的城市逐漸向第一、第四象限轉移。

Moran散點圖無法判別局部相關類型或集聚是否顯著，因此利用GeoDa095i軟件在P＜0.05的水平下繪制LISA集聚圖（圖5）。整體來看，2003—2015年長江中游城市群各地市產業一體化與城市土地利用效率耦合協調布局以涓滴效應區和低速增長區為主，?2015年未出現回波效應區，顯著區間不斷由東北向西南擴散。

圖4 產業一體化與城市土地利用效率耦合協調度Moran散點圖Fig.4 Moran index of coupling coordination degree between industrial integration and urban land use ef fi ciency

圖5 產業一體化與城市土地利用效率耦合協調度LISA聚類Fig.5 LISA of coupling coordination degree between industrial integration and urban land use ef fi ciency

（1）涓滴效應區。主要集中分布于省會城市及全國重點工業城市，其集聚現象在各年份均顯著，形成耦合協調度的“熱點區”。該效應區在考察期間存在顯著的地域擴展特征，2003年主要分布于長沙、南昌、武漢及鄂州黃石組群，隨后向東北和東南擴散，最終形成團塊狀的高值集聚區。這類城市經濟、工業及技術基礎雄厚，擁有無可比擬的發展潛力，是引領長江中游城市群發展最具優勢的板塊。

（2）低速增長效應區。該效應區在空間范圍的分布上呈縮小趨勢，主要表現在仙桃、潛江、天門、滁州等城鎮密集區耦合協調度集聚現象的不顯著上。這些地區的資源稟賦較為薄弱，無法對土地資源進行充分利用以倒逼產業優化，是產業與土地失調的“重災區”。雖提升空間較大，但協調進程緩慢。

（3）回波效應區。該效應區的空間格局變化較為顯著，2003年主要集中分布于黃岡、合肥、銅陵及馬鞍山，隨后向西南轉移，2015年，吉泰城鎮群和新宜萍城鎮群新列入該集聚區，合肥和黃岡則新列入不顯著區域。該效應區鄰近長株潭等耦合協調高值區，具有成為承接產業轉移前沿地帶的地理優勢，能夠進一步吸引經濟、能源及政策等要素在此集聚以弱化低速增長效應區的擴大態勢。

（4）過渡增長效應區。主要分布在涓滴效應區和回波效應區的過渡區域，如咸寧和九江，同時也分布于武漢城市群和環鄱陽湖城市群內涓滴效應區的過渡區域。隨著昌九工業走廊一體化建設的快速推進，九江作為江西省唯一具有臨江優勢的地區，逐步由LL聚集的抑制型空間集聚模式，轉變為HH聚集的促進型空間聚集模式。

5 結論與啟示

（1）產業一體化與城市土地利用效率間存在相互影響、彼此制約的耦合機制。一方面，產業一體化能通過調整產業布局方式，改變區域內外生產要素流動方向、頻度及范圍，進而影響土地利用程度和效率；另一方面，城市土地利用效率的提高也會促進區域產業布局的重構與生產要素的相互融合，加速產業一體化進程。

（2）長江中游城市群產業一體化與城市土地利用效率耦合協調指數在考察期內整體處于波動上升，但局部差異顯著。其中，優質耦合協調地區主要是區域中心城市，高度耦合協調地區主要是原材料生產與加工基地等工業城市，大部分地區還處于中度耦合協調階段。

（3）耦合協調度空間分異現象的形成與演變是多因素綜合作用的結果。長江中游城市群產業一體化與城市土地利用效率的耦合協調發展存在空間關聯和較強的溢出效應，且這種空間關聯性趨于增強，不同集聚區內擴散效應在空間上滲透不均衡導致耦合協調度的空間依賴性和空間異質性并存。

（4）實現產業一體化與城市土地利用效率的相互耦合是促進區域協調發展的關鍵環節。首先，創新“產城融合”機制與多層次土地集約利用制度體系，在重點推進“互聯網城鎮+產業一體化”發展模式的同時，優化產業一體化背景下土地再開發和再利用路徑，如設置土地再開發基金，并將其向真正需要進行產業更新的地區適當傾斜；制定一系列配套政策建立各產業主體的利益分配機制，實現土地再開發規劃由“藍圖導向”向“實施導向”、由“產業發展導向”向“產業均衡導向”轉型等。其次，根據耦合度的空間格局因地制宜制定區域發展戰略。HH集聚區（武漢、長沙、南昌、合肥）應創新發展，率先崛起。這些地區應借助其雄厚的產業基礎優勢，優先培育高新產業共同體，以產業一體化加速土地集約效應的形成。HL、LH（九江、咸寧）集聚區應強者帶動，協調發展。在充分考慮區域間空間關聯性的前提下，依托地理區位優勢實現城市土地利用水平的共同提升。LL集聚區（池州、宣城）應開放發展，區域一體。重點在于構建區域內部聯動機制和外部共享機制，形成各城市群產業錯位、優勢互補、聯動發展、分工明晰的開放互動格局，同時，積極推進要素跨江整合，以實現長江中游城市群沿江城市與非沿江城市產業與土地的高效互動。

在揭示產業一體化與城市土地利用效率耦合機制的基礎上，綜合運用多種時空計量方法分析2003—2015年間長江中游城市群各城市產業一體化與城市土地利用效率的耦合協調性，并為探討兩者的集聚狀態和冷熱點格局提供了一個嶄新視角——空間效應視角。從具體計算結果來看，SVR算法及空間相關性分析可以更準確、更直觀地揭示兩者的空間關聯和集聚特征，在相關主題的研究中具有較好的推廣價值。但是，以上研究結論是基于市域尺度，若采用微觀尺度的縣級數據和跨度更大的時間序列，能更深入地反映產業一體化與城市土地利用效率協調水平的內部差異和時空演變趨勢。此外，本文所構建的指標體系均為易量化指標，對可供調控的產業布局、產業調控效率等難以獲取或量化的指標并未涉及，這是后續開展相關研究的重點和難點。