土地利用效益與城市化水平耦合協(xié)調(diào)時空關(guān)系研究
——以云南省為例

張家禮，白釗成，劉嘉緯

（西南林業(yè)大學(xué)園林園藝學(xué)院，云南 昆明 650224）

隨著我國經(jīng)濟的加速發(fā)展，城市化水平不斷提高，而城市土地利用效益不斷下降，對區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展產(chǎn)生了負面影響[1]。我國學(xué)者關(guān)于土地利用效益與城市化水平的相關(guān)性進行了大量研究，仉振宇等[2]、孫青等[3]、賈琦等[4]主要分析土地利用效益與城市水平的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系。采用的研究方法主要包括權(quán)重確定法和空間分析法，權(quán)重確定法包括主成分分析法[5]、層次分析法AHP[6]、變異系數(shù)法[7]等；空間分析法包括基于GIS、耦合協(xié)調(diào)度的空間分析法[8]。研究區(qū)域包括全國[9]、省域[10，11]、市域[12]以及縣域[13]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)域多集中在東部沿海地區(qū)[14]，對西部地區(qū)研究較少；采用耦合協(xié)調(diào)度的空間分析法較少。云南省是西部地區(qū)重要省份，地處云貴高原，平原面積小，土地資源緊張，探究云南土地利用效益和城市化水平的耦合關(guān)系，提升城市的土地利用效率顯得尤為重要。因此，以云南省16 個州市為研究對象，采用ArcGIS 和GeoDa 軟件對各州市的土地利用效益與城市水平相對發(fā)展度、耦合協(xié)調(diào)度的演化過程進行研究，旨為理清云南省各州市土地利用效益與城市化水平之間的內(nèi)在關(guān)系，了解云南各州市土地利用效益的發(fā)展態(tài)勢，為提高土地利用水平、促進城市可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支持與理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

采用2008、2010、2015 和2018 年的《云南省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》和《云南省統(tǒng)計年鑒》的數(shù)據(jù)，主要指標包括：GDP、工業(yè)生產(chǎn)總值、固定資產(chǎn)投資額、人口密度、社會消費品零售額、綠化覆蓋率、公園綠地面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、載客汽車擁有量、供水量、公共圖書館藏書量、工業(yè)廢水排放總量等。

1.2 研究方法

1.2.1 構(gòu)建指標體系與權(quán)重確定 根據(jù)已有文獻研究成果[8，16～19]，結(jié)合研究特點，構(gòu)建土地利用與城市化水平指標體系目標層、準則層和指標層（表1），采用熵權(quán)法確定各指標的權(quán)重。運用公式（1）進行數(shù)據(jù)標準化處理，公式（2）～（4）確定各指標權(quán)重（表1），公式（5）計算各州市的綜合得分。

表1 土地利用與城市化水平指標體系權(quán)重Table 1 Weight of land use and urbanization level index system

式中，Xij：標準化值；xij：云南省第i 個州市第j個指標的實際值；xjmax：第j 項指標的最大值；xjmin：第j 項指標的最小值；Sij：第i 個州市第j 指標所占比重；ej：第j 指標熵值；k=lnm；wj熵：第j 個指標的權(quán)重值。Ui熵：第i 個州市的綜合得分。

1.2.2 構(gòu)建模型

1.2.2.1 相對發(fā)展度模型。運用相對發(fā)展度測度土地利用效益與城市化水平的相對發(fā)展關(guān)系。模型如公式（6）所示。

式中，UT：土地利用效益綜合得分，UC：城市化水平綜合得分。當E＞1 時，土地利用效益高于城市化發(fā)展水平，土地利用表現(xiàn)為過度開發(fā)；當E＜1 時，土地利用效益低于城市化發(fā)展水平，土地利用表現(xiàn)為過于粗放；當E=1 時，表示土地利用效益同步于城市化發(fā)展水平，兩者互相推動。

1.2.2.2 耦合協(xié)調(diào)度模型。耦合度是分析不同系統(tǒng)間或系統(tǒng)要素間的相互影響程度，測度兩者或多者的協(xié)同作用。協(xié)調(diào)度模型是用來反映不同系統(tǒng)間或要素間的關(guān)系和諧程度。模型如公式（7）～（9）所示[21]。參考已有文獻[2～4]，將耦合度劃分為4 個階段，協(xié)調(diào)度劃分為8 個程度（表2）。利用ArcGIS10.1 軟件對4個時間段云南省各州市的耦合協(xié)調(diào)度進行空間可視化分析。

表2 耦合協(xié)調(diào)度劃分Table 2 Coupling coordination degree division

式中，C：土地利用效益與城市化水平的耦合度，C∈［0，1］；T：土地利用效益與城市化水平的綜合評價指數(shù)[22]，選取α=β=0.5。D：土地利用與城市化水平的協(xié)調(diào)度，D∈［0，1］。

1.2.2.3 空間自相關(guān)分析。空間自相關(guān)分為全局自相關(guān)和局部自相關(guān)，全局自相關(guān)是從空間上反映事物的整體關(guān)聯(lián)狀況，采用Moran’s I 指數(shù)進行測算；局部自相關(guān)是描述具體的空間特點，采用LISA 指數(shù)測算[9，11，14]。運用 GeoDA 軟件繪制 Moran’s I 散點圖和LISA 聚集圖。

式中，I：全局 Moran’s I；Ii：局部 LISA 指數(shù)；Di研究單元i 的耦合協(xié)調(diào)度；Dj：研究單元j 的耦合協(xié)調(diào)度；Wij：空間的權(quán)重系數(shù)矩陣，S2：研究區(qū)各單元耦合協(xié)調(diào)度的方差。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)概況

云南省位于我國西南邊陲，東經(jīng) 97°31′～106°11′、北緯 21°8′～29°15′，與西藏、四川、貴州、廣西相鄰，地勢西北高東南低，海拔差異明顯。全省面積39.4 萬km2，土地利用類型以農(nóng)用地為主。由于地貌差異較大，各州市土地利用效益與城市化水平差異較大。

2.2 土地利用效益與城市化水平相對發(fā)展度分析

2.2.1 土地利用效益與綜合得分 2010～2018 年云南省各州市土地利用效益綜合得分呈上升趨勢，其中昆明市最高，且昆明市土地利用效益大幅提高，截止到2018 年，昆明市土地利用效益較德宏、怒江和迪慶分別高出 0.646、0.740 和0.734（圖 1）。

圖1 云南省各州市土地利用效益綜合得分Fig.1 Comprehensive score of land use efficiency of each prefecture and city in Yunnan Province

2.2.2 城市化水平綜合得分 云南省各州城市化水平綜合得分呈波動上升趨勢，且差異較大。其中昆明的波動幅度最大，曲靖的增幅最大（圖2）。

圖2 云南省各州市城市化水平綜合得分Fig. 2 Comprehensive score of urbanization level of each prefecture and city in Yunnan Province

2.2.3 相對發(fā)展度分析 2008～2018 年云南省各州市相對發(fā)展度差異較大。2008～2010 年相對發(fā)展度均＜1，2015年除昆明市相對發(fā)展度＞1，其他州市均＜1，說明該時期云南省大部分地區(qū)的土地處于粗放開發(fā)與利用階段；2018 年僅曲靖、麗江、普洱、怒江和迪慶相對發(fā)展度＜1，其他地區(qū)均＞1，說明2015～2018 年云南省大部分地區(qū)處于土地利用過度開發(fā)階段。昆明與昭通的相對發(fā)展度值波動明顯，說明2 個城市向著超前趨勢發(fā)展；怒江的相對發(fā)展度值均＜1，說明該時期怒江的城市化過程中土地利用過于粗放（圖3）。

圖3 云南省各州市相對發(fā)展度比較Fig.3 Comparison of relative development degree of each prefecture and city in Yunnan Province

2.3 土地利用效益與城市化水平耦合度、協(xié)調(diào)程度時空演變分析

2008～2018 年云南省絕大多數(shù)州市土地利用效益與城市化水平的耦合度均處于高水平耦合，而協(xié)調(diào)程度的變化差異較大（表3）。2008 年昆明、曲靖、玉溪、麗江、楚雄、紅河、西雙版納、德宏協(xié)調(diào)程度處于瀕臨失調(diào)階段，經(jīng)過10 a 發(fā)展，2018 年昆明處于良好協(xié)調(diào)階段、曲靖處于中級協(xié)調(diào)階段、玉溪處于勉強協(xié)調(diào)階段，其他地區(qū)仍然處于瀕臨協(xié)調(diào)階段；2008 年保山、昭通、普洱、臨滄、文山、大理、怒江、迪慶協(xié)調(diào)程度處于輕度失調(diào)，經(jīng)過10 a 發(fā)展，2018 年均處于瀕臨失調(diào)階段（圖4）。綜上所述，云南省各州市的土地利用和城市化的耦合程度均處于高水平耦合；10 a 間，除麗江、楚雄、紅河、版納和德宏5 個州市的協(xié)調(diào)關(guān)系沒有變化外，其他州市均有所提高。

圖4 云南省各州市土地利用與城市化水平協(xié)調(diào)度空間變化情況Fig.4 Spatial change of coordination degree between land use and urbanization level in each prefecture and city of Yunnan Province

表3 云南省各州市的土地利用效益與城市化水平的耦合度與協(xié)調(diào)度Table 3 Coupling and coordination of land use efficiency and urbanization level in each prefecture and city of Yunnan Province

2.4 土地利用效益與城市化水平空間關(guān)聯(lián)性分析

2.4.1 土地利用效益與城市化全局空間自相關(guān)分析 云南省各州市土地利用效益與城市化水平具有全局空間關(guān)聯(lián)性。其中2008 和2018 年表現(xiàn)為負向全局空間自相關(guān)，2010 和2015 年表現(xiàn)為正向全局空間自相關(guān)（圖5）。主要原因是云南省各州市土地利用效益與城市化水平耦合協(xié)調(diào)度的差別相對較小，但由于昆明、紅河等州市發(fā)展較好，其周圍城市的協(xié)調(diào)度水平表現(xiàn)為較集中的低協(xié)調(diào)度分布。

圖5 云南省各州市土地利用與城市化水平全局Moran’s IFig.5 Moran’s I scatter plot of land use and urbanization level in each prefecture and city of Yunnan Province

2.4.2 土地利用效益與城市化局部空間自相關(guān)分析 2008～2018 年云南各州市、不同時間段土地利用效益與城市化局部空間自相關(guān)顯著類型不同。昆明、昭通、麗江、楚雄、紅河、文山、德宏表現(xiàn)在不同時間段顯著聚集，昆明在2008、2010 年表現(xiàn)為高高型聚類，2015、2018 年聚類不顯著；紅河2010 年表現(xiàn)為高高型聚類，2015、2018 年表現(xiàn)為低高型聚類，2008 年聚類不顯著；昭通和文山2008、2010 年表現(xiàn)為低高型聚集，2015、2018 年聚類不顯著；楚雄2015 年表現(xiàn)為低高型聚類，其他年份均聚類不顯著；麗江和德宏2008 年表現(xiàn)為高低型聚類，其他年份聚類均不顯著。其他州市在4 個時間段協(xié)調(diào)度的局部空間自相關(guān)均表現(xiàn)為聚集不顯著（圖6）。

圖6 云南省各州市土地利用與城市化水平LISA 聚集圖Fig.6 LISA clustering map of land use and urbanization level in each prefecture and city of Yunnan Province

綜上所述，云南省各州市土地利用效益與城市化水平的局部空間分布基本處于輕度失調(diào)或瀕臨失調(diào)階段，尤其是保山、普洱、臨滄、大理、怒江和迪慶的耦合協(xié)調(diào)水平相對較低且同其他城市差異較大。昆明作為省會城市，具有一定的輻射帶動效應(yīng)，2008 年昆明與紅河表現(xiàn)為高高型聚類，但隨著昆明市的耦合度不斷提高，與相鄰州市的差距逐漸拉大，呈現(xiàn)出低高型聚集。

3 主要結(jié)論與討論

選取云南16 個州市2008、2010、2015、2018 年數(shù)據(jù)作為研究樣本，構(gòu)建土地利用效益與城市化水平的評價指標體系并計算各州市的綜合得分，利用相對發(fā)展度、耦合協(xié)調(diào)度模型測算土地利用效益與城市化水平的發(fā)展水平，利用空間自相關(guān)模型分析各州市土地利用與城市化水平的全局、局部空間關(guān)聯(lián)程度，得到以下主要結(jié)論：

（1）10 a 間，云南省各州市土地利用效益綜合得分呈上升趨勢，其中昆明市最高，土地利用效益大幅提高；城市化水平綜合得分呈波動上升趨勢，且差異較大，昆明的波動幅度最大，曲靖的增幅最大。各州市相對發(fā)展度差異較大。2008～2015 年，除昆明市外，其他州市相對發(fā)展度均＜1，2018 年僅曲靖、麗江、普洱、怒江和迪慶相對發(fā)展度＜1，其他地區(qū)均＞1。

（2）10 a 間，云南省絕大多數(shù)州市土地利用效益與城市化水平的耦合度均處于高水平耦合階段，而協(xié)調(diào)程度的變化差異較大。2018 年僅昆明、曲靖、玉溪3 個州市分別處于良好協(xié)調(diào)、中級協(xié)調(diào)、勉強協(xié)調(diào)階段，其他各州市均處于瀕臨失調(diào)階段。

（3）10 a 間，云南省各州市土地利用效益與城市化水平具有一定的全局空間關(guān)聯(lián)性。其中2008 和2018 年表現(xiàn)為負向全局空間自相關(guān)，2010 和2015 年表現(xiàn)為正向全局空間自相關(guān)。昆明、昭通、麗江、楚雄、紅河、文山、德宏表現(xiàn)在不同時間段顯著聚集，其他州市在4 個時間段協(xié)調(diào)度的局部空間自相關(guān)均表現(xiàn)為聚集不顯著。

4 對策與建議

（1）云南省各州市應(yīng)加大力度推動土地利用效益與城市化進程的均衡發(fā)展，同步提升兩者的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，努力提升城市土地利用效益，促進云南省各州市經(jīng)濟、社會、生態(tài)等方面協(xié)同發(fā)展，提升云南省綜合的競爭力。

（2）通過優(yōu)化土地利用與新型城市化的耦合關(guān)系來促進云南省各州市的協(xié)同發(fā)展。首先應(yīng)加快推動區(qū)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，形成各州市結(jié)構(gòu)互補、優(yōu)勢傳遞的產(chǎn)業(yè)分工體系；其次推動昆明市與其周邊城市的有序發(fā)展，構(gòu)建以昆明和曲靖雙核心的發(fā)展模式，形成輻射整個云南省的協(xié)調(diào)發(fā)展效應(yīng)；最后增強土地集約化利用意識，提高土地資源的利用率，同時要保護耕地、林地，擴大城市綠化覆蓋率，避免城市盲目擴張。

（3）精準施策，提升綜合競爭力。在充分認識各州市的土地利用效益差異基礎(chǔ)上，合理資源稟賦，精準施策，推進云南省各州市整體協(xié)調(diào)發(fā)展。