農用地集約利用水平與建設用地規模時空耦合分析
——以湖南省為例

龍明璐, 賀清云

(湖南師范大學 資源與環境科學學院, 長沙 410081)

建設用地的擴張成為發展中國家土地利用變化的一大重要特征，務工農民兩頭占地[1]、政府部門為獲得更多的土地財政更趨向于選擇增量供給方式[2]是建設用地擴張的兩種主要形式。在后備土地資源不足的情況下建設用地不可避免地要侵占農用地，從而產生了爭地矛盾。國家為促進土地資源優化與協調利用，一方面通過增存掛鉤等政策嚴格控制建設用地擴張，另一方面在中央一號文件中強調通過穩定產量、建設高標準農田、優化農業結構、突破農業關鍵技術實現農業的集約發展。建設用地規模控制和農用地集約利用是協調發展的要義，建設用地擴張對農用地的數量、質量、形態等產生重要影響，同時農用地的集約利用是緩解與建設用地之間爭地矛盾最重要的形式，兩者相互影響、相互制約。建設用地規模與農用地集約利用之間能否協調成為緩解用地矛盾的重要一環。

有關建設用地增長的研究主要分為兩部分，一是建設用地增長的驅動力研究，或運用計量方法對各個驅動因子進行綜合研究[3]，或有針對性地分析建設用地擴張與單個驅動因子之間的相關關系[4-7]。另一研究重點則是建設用地時空演變研究，包括建設用地整體和內部結構兩方面的時空演變研究[8-9]，還有對建設用地未來發展趨勢的仿真模擬[10]。建設用地規模不斷擴大的同時農用地持續減少，且有研究認為農用地集約利用水平的變化有時比面積銳減更能影響我國的糧食安全[11]。因此，農用地集約利用在近幾年也成為研究熱點，從國家級到鄉鎮級的研究均有[12-16]。研究方法涉及主成分分析法[13]、因子分析法[17]、層次分析法[18]、BP神經網絡[19]等，并已有較成熟的評價指標體系，但是多局限在評價的范圍內，缺乏進一步拓展。綜上，目前的研究多基于對建設用地或農用地單方面的面積變化、空間分布和機理研究，統籌研究方面則多以城鄉分區的視角進行城鄉協調發展研究，鮮有地類視角的時空協調研究。在研究模式上，建設用地擴張和農用地集約評價多進行單個區域的研究，缺乏橫向對比性。多區域研究則多為靜態研究，缺乏縱向對比性。動態研究的區域尺度一般較大，指導的針對性較弱。

湖南作為農業大省和經濟發展迅速的中部樞紐，研究其建設用地規模與農用地集約利用水平之間的耦合協調關系具有代表性。本文利用面板數據，通過計算建設用地規模和農用地集約利用水平，分析兩者之間的耦合協調性，旨在回答以下問題：第一，建設用地規模和農用地集約利用耦合協調度的時空演變特征；第二，分析空間分布格局產生的機理，為緩解爭地矛盾提供參考。

1 研究區概況

本文選取湖南省109個區(縣、市)作為研究區域。湖南位于中部“一中心、四區”地區，是“泛珠三角”計劃中的一員，經濟發展不可避免要擴大建設用地面積，同時湖南作為農業大省,在國家糧食安全保障戰略中占有重要地位。根據湖南省2010年土地利用現狀數據和《湖南省土地利用規劃(2006—2020年)》(2017年修訂版)的規劃數據，預計2010—2020年10年間，全省新增建設用地186 764 hm2，其中136 541 hm2來自農用地。2010—2016年，湖南省城市、建制鎮、村莊面積均呈上漲趨勢，“兩頭占地”情況突出。各個區(縣、市)均有新增建設用地，從85.13 hm2(武陵源區)到3 885.29 hm2(望城區)不等。農用地呈遞減趨勢，除澧縣、安鄉縣、漢壽縣和寧遠縣外，其余區縣農用地縮減面積從25.10 hm2(資陽區)到3 597.13 hm2(望城區)不等。大湘西地區、湘南地區生態環境脆弱，環洞庭湖區是國家級農產品產區，建設用地和農用地爭地矛盾突出。

2 研究方法與數據來源

2.1 研究方法

2.1.1 建設用地規模的評定 建設用地規模采用各個評價單元建設用地之和與總面積的比來衡量。

Bij=(S1+S2+S3)/Si

(1)

式中：Bij為i區(縣、市)第j年的建設用地規模；S1為城鎮村及工礦用地面積；S2為交通水利運輸用地面積；S3為其他建設用地面積；Si為i區(縣、市)的總面積。

2.1.2 農用地集約利用水平的評價

(1) 指標體系與權重。土地集約利用是指通過合理增加土地投入和更深層次的利用，實現綜合產出最大化的同時保證可持續發展。因此，本文結合前人的相關研究，考慮到指標選取的科學性、綜合性和代表性，結合研究區域的實際情況，從土地投入強度、土地利用強度、土地產出效益、土地持續狀態4個方面選取12個指標對農用地集約利用情況進行評價。通過X1，X2和X3從人力、設施、技術投入3個方面綜合表現農用地投入的強度。通過X4表現利用效率，X5反映農用地的反復利用程度，薄膜可起到保溫、保墑、防止肥料流失、防蟲等作用，因此采用X6反映土地利用的精細程度，以上3個指標綜合效率、重復利用次數和精細程度來反映土地利用強度。X7通過糧食單產反映土地的利用效率，X8則能充分反映所經營的農產品經濟價值高低，再結合X9的人力投入—產出比從土地和人力兩方面綜合反映土地的產出效益。在追求地均和人均產出最大化的同時還要注重土地的可持續利用。于是采用X10反映自然災害對農用地的影響，選用X11反映地區生態環境的穩定程度，通過X12表現農用地的承載能力，從這3個方面體現地區農用地的可持續能力。利用極值標準化法對指標數據進行標準化處理，再運用熵值法對指標權重進行計算(表1)。

表1 農用地集約利用水平評價指標

(2) 評價方法。根據上述標準化處理的數據和熵權法求得的權重，運用加權求和的方法計算農用地集約利用水平。

(2)

式中：Aij為i區(縣、市)第j年的農用地集約利用水平；Wk為各個指標權重；Tk為各項指標標準化值，其中k=1,2,3…,12。Aij越大表示農用地集約利用水平越高。

2.1.3 耦合協調度模型 本文利用耦合協調度模型來衡量評價單元建設用地規模與農用地集約利用水平之間相互影響的程度。其中，協調度僅反映兩者的一致程度，而耦合協調度能表現兩者協調質量的高低。

(3)

(4)

T=αBij+βAij

(5)

式中：C為耦合度；D為耦合協調度；T為建設用地規模與農用地集約利用的綜合評價指數。結合已有研究[20-21]和專家意見，本文確定待定系數α=0.5，β=0.5。通過參考前人經驗，將D值分為9個等級(表2)。

表2 耦合協調度等級

2.1.4 空間自相關模型

(1) 全局空間自相關。全局空間自相關用于描述某一變量是否與其相鄰空間點存在顯著的相關性，本文采用Moran′s 指數來分別分析建設用地規模與農用地集約利用水平在空間上與領域的關聯程度。計算方法如下：

(6)

(2) 局部空間自相關。本文引入局部空間自相關來彌補全局空間自相關不能反映局部地區聚類情況的缺陷。通過運用LISA指數來反映耦合協調度的空間聚類關系。其表達式如下：

(7)

2.2 數據來源

研究對象為湖南省109個區(縣、市)(因長沙縣等13個區(縣、市)在研究期間行政范圍進行了調整，無法進行連續對比分析，故未在研究對象之列)。歷年地類面積數據來自湖南省土地利用現狀變更調查數據，地類劃分采用規劃基數分類。農用地集約利用評價數據和GDP數據來自2010—2017年的《湖南省農村統計年鑒》和《湖南省統計年鑒》，或通過從中獲取的數據計算得來。其中缺少2013年的農業從業人數，采用相鄰年份插補獲得。平均坡度通過LSV下載30 m分辨率DEM高程數據，在ArcGIS 10.2中通過處理獲得。

3 結果與分析

3.1 建設用地規模與農用地集約利用水平分析

3.1.1 全局空間自相關特征 從表3可以看出，3個時段的Global Moran′sI指數均大于0，Z值全部通過0.01置信水平下的顯著性檢驗，表明湖南省建設用地規模和農用地集約利用水平的空間分布均呈正相關特征。建設用地規模的Moran′sI值均超過0.68，說明其在空間上高值和低值集聚分布特征明顯。農用地集約利用水平的空間關聯性在2016年有很大的提升，空間集聚特征越發突出。

3.1.2 局部演化特征 由圖1可知，湖南省建設用地規模在空間上以長株潭城市群、岳陽市、常德市、婁底市、邵陽市和衡陽市的中心城區為高值核心，湘西、湘南為低值聚集區。研究期間，建設用地占比47.1%～90%的區(縣、市)從15個到16個再到18個，增長最大的是雁峰區，超過0.1，其余區縣均未超過0.08。如圖2所示，農用地集約利用水平在0.209～0.703的區(縣、市)由5個增加至17個，0.070～0.104的區(縣、市)由67個下降至42個。表明湖南省6 a間農用地集約利用水平提升大，且2013—2016年的增速較2010—2013年快。其中冷水江市因機械動力投入大、天心區因農用地產值密度提升快，增幅均超過0.1，其余區(縣、市)都小于0.059。總體來看，農用地集約利用水平的空間差異較建設用地規模小，在2016年形成北部環洞庭湖區—中部長株潭城市群—南部衡陽市的線狀高值區。

表3 建設用地規模與農用地集約利用水平全局相關指數

圖1 建設用地規模

圖2 農用地集約利用水平

3.1.3 耦合協調分析 圖3和圖4顯示湖南4大板塊建設用地規模與農用地集約利用水平耦合協調度的空間分布和聚類情況。(1) 大湘西地區。大湘西地區主要包括湘西自治州、懷化、張家界3市，低—低聚集區面積廣大。但是這種狀況在研究期間有明顯的改善，麻陽苗族自治縣等6個區(縣、市)均由嚴重失調轉為中度失調。(2) 湘中南地區。湘中南地區主要包括婁底、郴州、衡陽、永州4市，整體耦合協調情況較湘西要好，2010—2013年屬于中度失調聚集區，2010年有道縣、寧遠縣、資興縣、桂東縣4個低—低聚集縣，至2016年降低到2個。衡陽作為湘中南地區的中心城市發展迅速，除南岳區、衡東縣和耒陽市外，中度失調區(縣、市)均發展為輕度失調。冷水江市、婁星區和除南岳外的衡陽市城區均達到協調水平，以衡陽市城區為中心的高—高協調區面積不斷擴大。(3) 長株潭城市群地區。該地區包括長沙、株洲、湘潭3市，整體耦合協調度在湖南省最高。研究所覆蓋的長株潭城市群中心城區在2016年均達到協調水平，高—高協調區域不斷擴張，由最初的開福區、芙蓉區、天心區、岳麓區4個區(縣、市)發展至2013年的5個再到2016年的7個。長株潭城市群與湘中南的衡陽市共同構成湖南最主要的兩個高—高協調中心。(4) 環洞庭湖區。環洞庭湖區主要包括常德、岳陽、益陽3市，屬于中國的農產品生產區。該地區以中度失調和輕度失調為主并逐步向輕度失調發展，整體耦合協調度上升，武陵區在2013年實現勉強協調并保持住協調狀態。(5) 從湖南省整體來看，2010—2016年，嚴重失調區(縣、市)由30個下降至23個，中度失調區(縣、市)由48個下降至43個，輕度失調區(縣、市)增加4個，瀕臨失調區(縣、市)增加7個，初級協調區(縣、市)增加1個。全省建設用地規模與農用地集約利用水平的耦合協調趨勢向好。

圖3 建設用地規模與農用地集約利用水平耦合協調度

圖4 耦合協調度LISA聚類

3.2 機理分析

結合相關研究[3,22-24]，采用常住人口密度作為社會因素、人均GDP作為經濟因素、平均坡度作為自然因素，以2016年的數據為例分析建設用地規模和農用地集約利用水平空間分異的機理。

由表4和圖5可知，人均GDP、常住人口密度與建設用地規模顯著正相關，平均坡度與農用地集約利用水平顯著負相關。經濟的發展、老齡化社會的到來使得務農的機會成本越來越大，很多農民選擇棄農務工。但是出于經濟壓力、落戶限制、念舊情節等原因，絕大多數進城務工的農民并沒有能夠在城市落戶，收入增加和對生活質量要求的提高使得農民在農村產生新的建設用地需求，空心村現象加重。經濟發展和人民生活都需要建設用地作為載體，即使當前強調通過內涵挖潛、增存掛鉤等減少建設用地擴張，但是每年建設用地規模仍然呈上漲趨勢，城市、建制鎮、村莊建設用地規模均不斷擴大。與此同時，在大量農業勞動力析出的情況下，留守的農民只有實現農業的規模經營和集約經營才能保證自己的收入相當或超過務工收入。農業機械總動力指數和薄膜使用指數等投入和利用強度指標在農用地集約利用評價指標中占有較大的權重，地形條件較好的地區可以通過增加農業機械和資本投入來提高勞動生產率和產值，但是對于山地多、起伏大的湘西和湘南地區來說機械使用受到限制，投入—產出比相對較低。當留守的農民無法兼顧所有農用地時，就會出現粗放經營和撂荒。綜上原因產生了建設用地規模、農用地集約利用水平以及兩者耦合協調度的空間差異。國家于2012年對《閑置土地處置辦法》進行進一步修訂，2014—2015年相關部門在全國各地開展了兩輪閑置土地大清查和督查處理工作，2018年自然資源部組建后的第一份文件即《關于健全建設用地“增存掛鉤”機制的通知》，由此可見建設用地無序擴張已經成為土地資源管理中的一大“頑疾”，而相應的管控措施也越來越嚴格和科學。湖南省在研究期間建設用地雖然在各個區(縣、市)均呈逐年上漲趨勢，但是每個區(縣、市)分布區間變化不大，建設用地面積的管控取得了一定的成效。從2004年起，國家連續下達關于“三農”的一號文件，農業發展越來越得到重視，在研究期間湖南省農用地集約利用水平提高較快，不斷彌補建設用地擴張嚴重而農用地集約利用水平滯后的鴻溝，使得全省耦合協調區(縣、市)個數不斷增加(圖6)。

表4 相關性檢驗

注：**代表在0.01水平上顯著相關。

圖5 研究區常住人口密度、人均GDP和平均坡度

4 結論與建議

本文將湖南省109個區(縣、市)作為研究對象，分析湖南省建設用地規模、農用地集約利用水平以及兩者耦合協調度的時空演變特征。可以得到如下結論：(1) 建設用地規模以長株潭城市群、岳陽市、常德市、婁底市、邵陽市和衡陽市的中心城區為核心向周邊遞減，說明經濟、社會因素對建設用地規模有顯著影響。(2) 農用地的集約利用水平以環洞庭湖區、長株潭城市群、衡陽市為中心向西部和南部遞減，整體分布形態與湖南省馬蹄形的地形特征相似，說明自然條件對農用地集約利用產生了較大影響。(3) 在建設用地逐年擴張和農用地逐年縮減的背景下，湖南省建設用地規模和農用地集約利用水平非協調面積大，尤以湘西和湘南最為突出，但在研究期間整體協調度逐年穩步提升。根據地區經濟、社會發展潛力和自然條件，因地制宜制定土地利用規劃是促進協調可持續發展的應有之道。

通過對比中科院研究制定的中國主體功能區劃方案[25]，發現國家級重點開發區與湖南省建設用地規模高值區基本吻合，農產品生產區與農用地集約利用高值區基本一致，而重點生態功能區則與建設用規模低值區和農用地集約利用水平低值區有相似的分布特征。由此可見，本文前述研究內容具有可靠性。

圖6 各區間區(縣、市)數量變化

建設用地擴張大多是以存量建設用地為依托在周邊進行開發，侵占的農用地大多質量較好，這種擴張不僅縮減了農用地的數量，還加劇農用地破碎化程度、影響農用地的整體質量，倒逼農用地的集約利用，因此建設用地的內涵挖潛是對農用地數量和質量的雙重保護。在后備土地資源不足的情況下，農用地的集約利用為建設用地必要的擴張提供空間，能夠緩解可利用土地資源不足的壓力。根據以上研究內容，提出幾點建議：(1) 嚴格落實政策要求，不僅要保證增減掛鉤農地的數量，還要狠抓質量；(2) 通過出讓價格優惠政策等引導開發商利用城鎮存量建設用地，積極開展村莊規劃，促進存量建設用地的內涵挖潛；(3) 一方面適度鼓勵農民從事非農職業，從而通過三權分置將農用地使用權集中于農作大戶，促進耕地的規模經營，獲取規模效益。另一方面加強對留守農戶的技術培訓，加大對農業適度規模經營的補助，提高集約利用水平；(4) 農業機械效率和投入產出比不高的生態脆弱區可因地制宜種植特種作物或開展生態旅游，提高農林牧漁服務業產值。對于建設用地規模極高的地區(如長沙市)通過農用地易地置換、農用地指標易地轉讓等方式在省內實現占補平衡。