基于重心模型的土地集約利用與生態環境匹配度分析
——以江蘇省為例

何 悠

(河海大學 公共管理學院，江蘇 南京 210000)

0 引言

在新型城鎮化背景下，中國進入城鎮化曲線的第二階段，發展速度加快[1]。十九大報告中提出：“為把我國建設成為富強民主文明和諧美麗的社會主義現代化強國而奮斗”，社會主義現代化內涵從“富強民主文明和諧”進一步拓展為“富強民主文明和諧美麗”，在推進新型城鎮化的過程中加入綠色發展理念，秉持尊重自然、順應自然、保護自然的生態文明理念走可持續發展道路，成為當前備受關注的兩大戰略任務[2]。如何在推進城鎮化的過程中，協調好土地集約利用與保護生態環境的關系，成為學術界關注的熱點。美國學者Grossman等[3]通過研究城市發展與生態的變化，提出城鎮化與生態環境之間存在庫茲涅茨(EKC)曲線關系。Wieand[4]從單中心城市向多中心城市發展的過程中，總結出提高土地集約利用率可能與保護生態環境存在正相關關系。Alselin等[5]從空間聯動的角度出發，探討了如何實現可持續的土地集約利用。李裕瑞等[6-7]從構建綜合評價指標體系的角度，探討了如何妥善協調好土地集約利用與保護生態環境，進一步協調空間格局。鄭華偉等[8-9]以投入水平、利用程度、利用效益、利用可持續性作為土地集約利用系統指標，以水、土、氣、生物、資源能源作為生態環境系統指標，揭示了城鎮化發展典型區域的土地集約利用與生態環境耦合特征。王振山等[10]對城市土地集約與生態協同利用機理進行了評價研究，強調要突出土地的生態功能，實現土地集約與生態協同利用。

綜合上述研究發現，國外學者的研究以定性為主，著重于闡述如何協調土地集約利用與生態環境的關系上。國內學者的研究多以定量研究為主，在研究方法上，構建或選用耦合協調發展模型對土地集約利用與生態環境的匹配度進行觀察與測算的文獻較多，而對兩者空間重心演變軌跡的研究尚未見報道。鑒于此，本文以江蘇省為例，借用重心模型對土地集約利用與生態環境的空間重心橫向及縱向上的演變進行測算，研究其匹配度及規律，并基于測算結果對當今城市發展中的土地集約利用與生態保護提出建議，為江蘇省協調土地集約利用與生態環境的關系及更新土地集約利用模式提供資料參考，以期實現可持續發展。

1 研究區域簡介與研究方法

1.1 研究區域簡介

江蘇省地處中國東部沿海地區,現轄南京、無錫、徐州、常州、蘇州、南通、連云港、淮安、鹽城、揚州、鎮江、泰州、宿遷13個地級市，2017年實現地區生產總值85900.9億元，常住人口達到8029.3萬人,森林面積達156萬hm2，林木覆蓋率為22.8%，活立木總蓄積量9609萬m3，動物種類604種。江蘇省不同區域城鎮化質量差異顯著，土地集約利用水平也存在較大差異，隨著城鎮化與生態環境間矛盾的進一步加劇，探討如何在最小的環境代價下提高土地集約利用率，對江蘇省實現可持續發展具有重要意義。

1.2 數據來源

研究數據來源于《江蘇省統計年鑒》(2007～2016年)、江蘇省各地市統計年鑒(2007～2016年)、江蘇省各地市統計公報(2007～2015年)等資料。

1.3 研究方法

1.3.1 熵值法 熵值法是根據各項指標的離散程度來確定其相應權重的一種客觀性較強的賦權方法，其避免了專家打分的主觀性因素，結果更具客觀性與科學性[11]。

其計算步驟如下：

數據標準化：

(1)

計算第i個評價對象第j項指標的比重：

(2)

求取指標熵值：

(3)

求取指標差異系數：

dj=1-ej

(4)

求取權重：

(5)

計算第i個地區土地集約利用率或生態環境綜合指數：

(6)

1.3.2 重心模型 重心模型借助測算各指標重心位置的空間移動方向和幾何距離，能夠準確判斷各要素空間上的演變規律，在測算土地集約利用與生態環境匹配度時具有獨特優勢[12]。

其計算步驟如下：

(7)

式中，mi為i單元的土地集約利用率與生態環境綜合指數。

(1)重心位置空間移動方向。第t+1年相對于t年重心位置空間移動方向θ可表示為：

(8)

式中，k=0,1,2；θ∈(-180°，180°)；正東方為0°；逆時針方向為正。

(2)重心位置移動幾何距離。第t+1年相對于t年重心位置移動幾何距離D可表示為：

(9)

式中，C表示地球平面直角坐標(°)轉化為實際距離(km)的系數，取值為111.111。

(3)匹配度。土地集約利用水平第t+1年相對于t年重心位置移動方向表示為θ1，生態環境水平第t+1年相對于t年重心位置移動方向表示為θ2，則θ1與θ2角度之差的余弦值cos(θ2-θ1)表示為匹配度指標，在-1～1間取值。當cos(θ2-θ1)=1時，要素間完全匹配；當0.5

1.4 評價指標體系

1.4.1 城市土地集約利用指標體系 根據江蘇省的實際情況與城鎮化進程，綜合考慮城市土地集約利用水平的各項影響因素，在參考其他學者研究成果及咨詢相關專家的基礎上，將各區域特點及差異性納入考慮范圍，從土地投入水平、土地利用程度、土地利用產出效果、土地利用生態環境質量與可持續利用趨勢4個方面，選取21個具有代表性的指標，構造本文的江蘇省城市土地集約利用指標體系(表1)。

表1 江蘇省城市土地集約利用指標體系

1.4.2 生態環境指標體系 根據江蘇省自然資源與生活環境的現狀，綜合考慮影響生態環境水平的各項因素，分析地區主要污染源及人口規模，在參考其他學者研究成果的基礎上，從節能減排、城市環境、綠化水平3個方面，選取9個典型指標，構造了江蘇省生態環境指標體系(表2)。

表2 江蘇省生態環境指標體系

2 結果與分析

2.1 評價結果

2.1.1 土地集約利用與生態環境重心移動軌跡評價結果 運用重心模型測算出江蘇省土地集約利用與生態環境重心在地球上的經緯度坐標，如圖1所示。

在土地集約利用重心上，2007年江蘇省土地集約利用重心在無錫市濱湖區馬山街道附近，2007～2008年向西北移動；2008～2009年向東北移動；2009～2010年向東南移動；2010～2011年向東北移動；2011～2012年向西北移動；2012～2013年向西南移動；2013～2015年連續2年向西北移動；2015～2016年向西南移動，至2016年移動至鎮江市丹陽市附近。

圖1 2007～2016年江蘇省土地集約利用與生態環境重心移動軌跡

在生態環境重心上，2007年江蘇省生態環境重心在揚州市江都區小紀鎮附近，2007～2009年連續2年向東南移動；2009～2011年連續2年向東南移動；2011～2012年向西南移動；2012～2014年連續2年向東北移動；2014～2015年向東南移動；2015～2016年向西北移動，至2016年移動至泰州市興化市老圩鄉附近(表3)。

表3 2007～2016年江蘇省土地集約利用與生態環境重心移動方向及匹配度

2.1.2 匹配度結果 根據上述公式可以得出2007～2016年江蘇省土地集約利用與生態環境的匹配度依次為：-0.83、-0.71、-0.60、0.67、-0.73、-0.48、0.45、-0.58、-0.74。

2007～2016年間江蘇省土地集約利用與生態環境僅有2年重心匹配度大于0，呈正相關關系；其他7年的重心匹配度均小于0，呈負相關關系；9年的重心變化平均匹配度為-0.51，呈較強的負相關關系。

2.2 結果分析

2.2.1 土地集約利用與生態環境重心移動軌跡分析 2007～2016年土地集約利用與生態環境重心在經度和緯度上都有移動，土地集約利用重心整體向西北移動，生態環境重心整體向東北移動，具體分析如下：(1)江蘇省各地經濟開發區陸續發展與舊城改造的進行，土地集約利用重心連年來持續不斷變化，總體上江蘇省土地集約利用程度在不斷提高，且重心在經度上的變化更為明顯。(2)隨著環境保護意識的不斷加強，江蘇省生態環境質量逐年提高，且重心在緯度上的變化更為明顯。(3)土地集約利用重心的移動幅度總體大于生態環境重心，說明了環境因素在各地發展方案中的權重趨于穩定，預示著土地集約利用程度與生態環境質量之間的差距逐漸縮小。

2.2.2 匹配度分析 2007～2016年江蘇省土地集約利用與生態環境重心匹配度總體上有2個峰值，先后呈上升或下滑態勢。土地集約利用與生態環境不匹配的關系反映了目前經濟發展與生態環境保護的矛盾依然存在，具體分析如下：(1)江蘇省正處于城鎮化快速發展的中后期階段，對城鎮化進程速度的追求仍大于發展質量與兼顧環境，導致在出讓新的建設用地時仍將經濟效益最大化作為首要目標。(2)江蘇省經濟實力一直處于國內前茅，2013年實現生產總值59161.8億元，為全國第二；2014年實現生產總值65088.3億元；同時，2013～2014年匹配度為0.45，呈較匹配關系。江蘇省著力提高經濟發展質量和效益，協調人地關系，且因西南方向污染較嚴重，生態環境重心向東北偏移，表明這一階段經度較高地區憑借發展綠色經濟實現了經濟增長。綜上所述，現階段土地集約利用程度與生態環境仍處于不協調狀態，節約集約利用土地的同時應加強生態環境保護。

3 結論與建議

3.1 結論

本文以江蘇省為例，采用重心模型測量土地集約利用與生態環境重心之間的匹配關系，從二維空間及時間維度觀察兩者重心移動的同步性。研究發現：(1)2007～2016年間，土地集約利用與生態環境的重心匹配年份僅有2年，平均匹配度為-0.51，整體呈不匹配關系。(2)江蘇省土地集約利用重心較生態環境重心年際移動幅度更大，生態環境重心具有較強的穩定性，土地集約利用重心的動態演變受地方政策的影響更為明顯。(3)江蘇省經濟持續輻射長江經濟帶，發展開放型的樞紐經濟促使土地高效利用重心發生偏移，土地集約利用水平與生態環境指數區際差異顯著的現象符合現階段城鎮化特征，但此趨勢可能會在未來隨著用地飽和與綠色經濟的發展而轉變。

3.2 建議

3.2.1 樹立質量為本的發展理念 制定土地集約利用方案應著重考慮環境成本，在推動新型城鎮化的過程中，統籌節約集約、綠色、低碳等要素，結合當地實際情況，因地制宜發展特色產業，實現可持續發展。蘇南地區應基于現有經濟、科技條件，控制城市人口規模發展南京地區、蘇錫常地區綠色經濟；蘇北地區應加強基礎設施建設，增強承接經濟輻射與人口轉移的能力。

3.2.2 工業優化配置生產要素，制定合理的土地利用規劃 江蘇省在發展經濟技術開發區時應優先考慮高技術、高附加值企業，優化勞動力、土地、資本、創新等要素的配置，尤其在制定土地利用規劃時，從長遠發展的角度考慮土地用途方案，并把環境質量融入政策制定的全過程。

3.2.3 置換環境污染土地，提高土地綜合利用效益 江蘇省政府可通過PPP模式融資置換被污染土地，并根據不同地塊的經濟特點與自然條件布置不同的功能區，優化用地結構。應對城市用地的數量及空間布局進行調控，促進土地資源的最優利用；適度發展江蘇省“特色小鎮”，提高農村地區土地利用綜合效益。