江蘇省土地利用效益空間相關(guān)性和耦合協(xié)調(diào)度分析

汪 馨

(河海大學(xué) 公共管理學(xué)院， 江蘇 南京 211100)

0 引言

【研究意義】土地是經(jīng)濟活動運行的載體，在人類生產(chǎn)生活中發(fā)揮著巨大的作用，但可供人類利用的土地資源有限，如何滿足人口和經(jīng)濟持續(xù)增長對土地產(chǎn)品的需求是學(xué)術(shù)界關(guān)注的重點[1]，土地資源的稀缺性和地位的重要性約束人類集約高效地利用土地，因此有必要對土地利用方式及其效益進行評價，以優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，使土地資源配置更加合理高效。【前人研究進展】國內(nèi)學(xué)者已對高效利用土地展開了包括土地的集約利用、規(guī)模利用、可持續(xù)利用等一系列研究。土地利用是人類開發(fā)建設(shè)活動作用于土地而產(chǎn)生的一系列綜合反應(yīng)[2]，其目的是獲得物質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)，土地利用效益則是衡量土地在利用過程中物質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)的產(chǎn)出量，包含社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益，其測算方法是在一定的時間和空間范圍內(nèi)，將一定范圍內(nèi)土地產(chǎn)生的各項效益值進行累加[3]。江蘇是中國東部城市化、經(jīng)濟發(fā)展較活躍和人地矛盾最突出的省份之一[4]，人均國土面積最少但綜合發(fā)展水平最高[5]，其城市土地利用問題尤其突出。近年來，江蘇省經(jīng)濟社會發(fā)展迅猛，城市化和工業(yè)化水平不斷提高，城市用地規(guī)模擴張的同時也導(dǎo)致了城市用地結(jié)構(gòu)不合理、土地粗放利用和城市環(huán)境污染嚴(yán)重等一系列問題，制約了城市可持續(xù)發(fā)展，轉(zhuǎn)變土地利用方式和提高土地利用效率已成為急需解決的關(guān)鍵問題。【研究切入點】相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，1978—2018年蘇南地區(qū)的國民生產(chǎn)總值占全省比重增加9.23百分點，而蘇中和蘇北地區(qū)分別減少2.81百分點和6.41百分點，區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展差距仍在進一步擴大[6]。學(xué)術(shù)界對江蘇省內(nèi)部發(fā)展不平衡的研究主要集中在經(jīng)濟[7-8]和歷史文化[9]視角，較少有學(xué)者從土地利用視角出發(fā)，研究江蘇省各市土地利用效益的差異。【擬解決的關(guān)鍵問題】以江蘇省13個地級市作為研究對象，通過建立評價指標(biāo)體系，定量測算各市土地利用效益得分，分析比較蘇南、蘇中、蘇北3個地區(qū)土地利用效益差異和空間分布特征，探明各市土地利用效益存在的空間關(guān)聯(lián)性以及各效益系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度發(fā)展類型，并從土地利用角度提出促進江蘇省各市均衡發(fā)展的建議，為合理利用土地提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 研究區(qū)概況

江蘇省地處中國東部沿海地區(qū)，地貌主要由平原、地山丘陵和水域構(gòu)成，地勢平坦，跨江瀕海，湖泊眾多。江蘇省地處長江經(jīng)濟帶，下轄南京、無錫、徐州、常州、蘇州、南通、連云港、淮安、鹽城、揚州、鎮(zhèn)江、泰州、宿遷13個地級市，位于東經(jīng)116°18′～121°57′，北緯30°45′～35°20′，全省面積10.72萬km2，約占中國的1.12%。其中，農(nóng)用地648.21萬hm2，占全省土地總面積的60.47%；建設(shè)用地229.19萬hm2，占全省土地總面積的21.38%。

江蘇省作為發(fā)展水平位列全國前端的省份，亦面臨著省內(nèi)發(fā)展不平衡的問題，其經(jīng)濟發(fā)展的增長驅(qū)動力主要來自蘇南地區(qū)，蘇北地區(qū)經(jīng)濟長期呈現(xiàn)動力不足、效益較低下的局面。江蘇省委省政府出臺了蘇南帶動蘇北，實現(xiàn)經(jīng)濟平衡發(fā)展的一系列政策，旨在扭轉(zhuǎn)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展差距擴大的趨勢[6]。

1.2 數(shù)據(jù)來源與評價指標(biāo)體系構(gòu)建

數(shù)據(jù)主要依據(jù)《江蘇統(tǒng)計年鑒2019》和各地級市《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，矢量空間數(shù)據(jù)來源于國家科技基礎(chǔ)條件平臺——國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)共享平臺(http://www.geodata.cn)。對于指標(biāo)選取，綜合考慮評價指標(biāo)的科學(xué)性、綜合性、層次性、數(shù)據(jù)來源的可及性等因素，研究從社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益3個方面選取了15個指標(biāo)構(gòu)成指標(biāo)體系(表1)。

表1 江蘇省土地利用綜合效益評價指標(biāo)體系

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化 首先建立由n個樣本m個指標(biāo)構(gòu)成的矩陣X={Xij}n×m，土地利用效益評價指標(biāo)體系由不同單位的標(biāo)構(gòu)成，為去除數(shù)據(jù)單位和屬性的影響，將其轉(zhuǎn)化為無量綱的純數(shù)值，即對指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，所有指標(biāo)均轉(zhuǎn)換成可統(tǒng)一比較的數(shù)值[10]。評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化有多種方法，主要包括直線型方法(如極值法、標(biāo)準(zhǔn)差法)、折線型方法(如三折線法)、曲線型方法(如半正態(tài)性分布)，研究采用極差標(biāo)準(zhǔn)化法對指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將評價指標(biāo)分為2種類型：

對于數(shù)值越大效益越高的指標(biāo)：

對于數(shù)值越小效益越高的指標(biāo)：

式中，Xij為第i個方案第j個指標(biāo)的數(shù)值，為便于統(tǒng)計應(yīng)用，記標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值仍為Xij。

1.3.2 確定指標(biāo)權(quán)重 研究采用熵值法確定各指標(biāo)權(quán)重。熵最初來源于物理學(xué)中的熱力學(xué)概念，主要反映系統(tǒng)的混亂程度，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于可持續(xù)發(fā)展評價及社會經(jīng)濟等研究領(lǐng)域[11]。熵值法是一種客觀賦權(quán)法，其根據(jù)各項指標(biāo)觀測值提供信息的大小確定指標(biāo)權(quán)重。在信息論中，熵是對不確定性的一種度量，信息量越大，不確定性越小，熵也越小；信息量越小，不確定性越大，熵也越大[12]。根據(jù)熵的特性，可以通過計算熵值判斷方案的隨機性及無序程度，也可以用熵值判斷某個指標(biāo)的離散程度，指標(biāo)的離散程度越大，該指標(biāo)對綜合評價的影響越大，如果某項指標(biāo)的指標(biāo)值全部相等，則該指標(biāo)在綜合評價中無作用。

1) 計算第j項指標(biāo)下第i個方案占該指標(biāo)的比重。

2) 計算第j項指標(biāo)的熵值。

式中，k>0，ln為自然對數(shù)，ej≥0；常數(shù)k與樣本數(shù)n有關(guān)，一般令k=1/lnn，則0≤e≤1。

3) 計算第j項指標(biāo)的差異系數(shù)。

對于第j項指標(biāo)，指標(biāo)值Xij的差異越大，對方案評價的作用越大，熵值越小。gj=1-ej則gj越大指標(biāo)越重要。

4) 求權(quán)數(shù)。

5) 計算各方案的綜合得分。

1.3.3 空間自相關(guān)分析 利用GeoDa對江蘇省各市土地利用綜合效益進行空間分析，以探究各市土地利用效益的空間關(guān)聯(lián)性。空間自相關(guān)反映的是一個區(qū)域單元上的某種地理現(xiàn)象或某一屬性值與鄰近區(qū)域單元上同一現(xiàn)象或?qū)傩灾档年P(guān)聯(lián)程度[13]，研究采用Moran’s I衡量全局空間自相關(guān)[14]，利用權(quán)重矩陣?yán)L制出 Moran散點圖，Moran散點圖由4個象限組成，每個象限代表不同的空間自相關(guān)類型。第Ⅰ象限和第Ⅲ象限代表正相關(guān)，即該空間單元屬性值較高(低)，相鄰單元屬性值也較高(低)；第II象限和第Ⅳ象限代表負(fù)相關(guān)，即該空間單元屬性值較低(高)，相鄰空間單元較高(低)。

式中，Sij2為各市土地利用綜合效益的方差；n是空間單元數(shù)目；Di、Dj表示空間單元i和j的土地利用綜合效益值；Wij是空間權(quán)重系數(shù)矩陣，表示各空間單元鄰近關(guān)系。

采用局部空間自相關(guān)指標(biāo)LISA[15]反映一個城市土地利用綜合效益值與鄰近城市耦土地利用綜合效益值的相關(guān)程度。

式中，Ii為局部空間自相關(guān)指標(biāo)LISA。

1.3.4 耦合協(xié)調(diào)度模型 耦合度是一個物理學(xué)概念，是指兩個(或兩個以上的)系統(tǒng)通過受自身和外界的各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象，最終形成系統(tǒng)間各要素的緊密配合、相互依賴的局面。耦合-協(xié)調(diào)度指數(shù)可以反映土地利用的社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益三者相互耦合協(xié)調(diào)綜合效應(yīng)的大小，其中，耦合度體現(xiàn)土地利用三效益間交互耦合強度，協(xié)調(diào)度則體現(xiàn)三效益協(xié)調(diào)發(fā)展水平。

1) 計算耦合度值。借鑒物理學(xué)中容量耦合系數(shù)模型，得到多個系統(tǒng)相互作用的耦合度模型為

C=[(u1+u2+u3)/(ui+uj)]1/2

式中，耦合度值C∈[0，1]，C值越大表明三效益系統(tǒng)間協(xié)同作用越顯著，耦合效應(yīng)越強。U表示土地利用社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益的綜合評估函數(shù)。當(dāng)C=0時，表明土地利用社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益3個系統(tǒng)處于無序狀態(tài)，當(dāng)C值大于0.1且小于等于0.3時，表明三者處于低耦合階段；當(dāng)C值大于0.3且小于等于0.5時，表明3個系統(tǒng)處于頡頏階段；當(dāng)C值大于0.5且小于等于0.8時，表明三者處于磨合階段；當(dāng)C值大于0.8時，3個系統(tǒng)達到高水平耦合。

2)計算協(xié)調(diào)度值。協(xié)調(diào)度指標(biāo)從定量角度衡量系統(tǒng)間相互協(xié)調(diào)發(fā)展的水平。協(xié)同作用和協(xié)調(diào)程度決定了系統(tǒng)由無序走向有序的趨勢[16]，由于耦合過程中有良性和破壞性之分，耦合度能顯示土地利用效益系統(tǒng)之間作用的強弱，但不能顯示系統(tǒng)的整體協(xié)調(diào)情況[17]，因此用協(xié)調(diào)度表示耦合的良性作用大小，其對土地利用社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益之間的互動關(guān)系測度地更全面、更準(zhǔn)確，且協(xié)調(diào)度也能反映三者對社會經(jīng)濟發(fā)展的作用強度及貢獻程度。

土地利用社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度模型如下:

式中，D為協(xié)調(diào)度，C為耦合度，T為社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益三者的綜合協(xié)調(diào)指數(shù)；αi=1，2，3為各子系統(tǒng)的權(quán)重，根據(jù)實際情況，研究認(rèn)為土地利用社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益同等重要，因此3個系統(tǒng)權(quán)重相等(表2)。

表2 江蘇省土地利用效益系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展類型劃分

2 結(jié)果與分析

2.1 江蘇省各市土地利用效益評價

由表3可見，江蘇省13個地級市之間土地利用效益差距懸殊，土地利用效益綜合評價最低的是連云港市，其綜合效益值僅0.154 9，最高的是蘇州市，其綜合效益值為0.784 2，后者是前者的4倍。各市土地利用效益差異在空間分布上具有明顯的地域特征(圖1)，蘇南蘇中蘇北地區(qū)分異明顯：蘇南地區(qū)除鎮(zhèn)江以外，其余4個市的土地利用效益均處在較高水平，且得分比較接近；位于蘇中地區(qū)的南通市、揚州市和泰州市處于次高水平，土地利用綜合效益分值也比較接近；而位于蘇北地區(qū)的徐州市、鹽城市、淮安市和宿遷市的土地利用綜合效益得分較低，且5個市之間分值高低差異較大。對各市而言，其經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益得分之間差距也較大：蘇南地區(qū)各市土地利用經(jīng)濟效益和社會效益顯著高于土地利用生態(tài)效益，特別是蘇州市，在其綜合效益得分最高的情況下，其土地利用生態(tài)效益卻位居全省倒數(shù)第二；蘇中3個地級市土地利用社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益水平相對比較接近；蘇北各市在綜合效益普遍較低的情況下，生態(tài)效益均處于3項效益中的最高水平，其中宿遷市綜合效益在蘇北5個市中位列尾端，而其生態(tài)效益最高，造成了生態(tài)效益異常高于社會效益和生態(tài)效益的現(xiàn)象。

表3 江蘇省各市土地利用綜合效益評定

圖1 江蘇省各市土地利用綜合效益空間分布

2.2 江蘇省各市土地利用效益空間相關(guān)性

江蘇省13個市土地利用效益的全局自相關(guān)指數(shù)Moran’s I為0.683，顯著度為0.05，表明江蘇省土地利用效益存在顯著的正向空間自相關(guān)關(guān)系，各市的土地利用綜合效益水平表現(xiàn)出空間集聚。由圖2可見，位于第一象限的城市是南通、蘇州、無錫、常州、鎮(zhèn)江、泰州和南京，位于蘇南或蘇中地區(qū)，而蘇北5個市全部處于第三象限。通過LISA圖(圖3)進一步進行區(qū)域集聚的分析，表明該市及其周圍區(qū)域土地利用綜合效益水平較高，該市及周圍地區(qū)土地利用綜合效益得分均較低，處于顯著高-高集聚類型的城市包括泰州市、常州市和無錫市，處于顯著低-低集聚類型的城市包括徐州市、宿遷市、連云港市和淮安市。

圖2 綜合效益Moran散點圖

圖3 江蘇省LISA聚集圖

通過空間相關(guān)性分析可知，江蘇省土地利用效益空間集聚特征突出，某個城市對土地利用效率的高低將影響與其毗鄰的城市，在這種情況下政府若不進行宏觀控制，通過要素投入和政策干預(yù)扭轉(zhuǎn)地區(qū)不平衡發(fā)展的態(tài)勢，則蘇南蘇北地區(qū)之間的差異將持續(xù)擴大，土地利用效益高的城市相互促進，效益得到進一步提高，而土地利用效益低的城市相互制約，利用效益停留在低水平階段。

2.3 江蘇省各市土地利用效益耦合協(xié)調(diào)度

從表4可見，雖江蘇省各地級市土地利用效益有高有低，但13個市的耦合發(fā)展度比較接近，發(fā)展階段處在頡頏耦合階段，平均耦合度為0.469 4，最高值為南通的0.498 6，最低值為宿遷的0.370 2，二者差距較小；由圖4可見，在協(xié)調(diào)度方面，13個市均屬于失調(diào)發(fā)展類型，均值為0.261 5，整體上呈從南到北協(xié)調(diào)度遞減的趨勢。其中，蘇南5個市除鎮(zhèn)江屬中度失調(diào)外，其余4個市均處在輕度失調(diào)發(fā)展階段，蘇中地區(qū)的南通、揚州和泰州均處于中度失調(diào)發(fā)展階段，蘇北地區(qū)的徐州市和鹽城市處于中度失調(diào)發(fā)展階段，連云港、淮安和宿遷處于高度失調(diào)發(fā)展階段。

圖4 江蘇省各市土地利用效益協(xié)調(diào)度分布

表4 土地利用三效益耦合協(xié)調(diào)度評價

由此可見，位于蘇南地區(qū)的各市雖土地利用綜合效益得分較高，但生態(tài)效益發(fā)展明顯滯后于經(jīng)濟效益和社會效益，形成了整個蘇南地區(qū)土地利用效益基本處于輕度失調(diào)的不平衡狀態(tài)。蘇中以及蘇北各市均處在中度失調(diào)或高度失調(diào)階段，尤其是蘇北各市，協(xié)調(diào)

度得分全部位列尾端，各市土地利用效益系統(tǒng)間沒有形成相互促進、協(xié)同發(fā)展的耦合協(xié)調(diào)機制。

3 討論

南北區(qū)域經(jīng)濟差距在一定程度上制約江蘇經(jīng)濟整體實力的提高以及綜合競爭力的提升。國內(nèi)學(xué)者針對江蘇省各地級市發(fā)展不平衡的問題展開了一系列探究，主要包括對各市在經(jīng)濟發(fā)展差異的測度[18-20]及對差異形成原因的探索[21-22]，表明江蘇省蘇南蘇中蘇北地區(qū)間的經(jīng)濟發(fā)展存在顯著差異，蘇中地區(qū)和蘇北地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展嚴(yán)重落后于蘇南地區(qū)，且各地區(qū)經(jīng)濟差異整體上呈現(xiàn)出上升趨勢。前人的研究主要通過建立經(jīng)濟發(fā)展評價指標(biāo)衡量各縣市的經(jīng)濟發(fā)展水平，較少學(xué)者從土地利用的視角展開研究[23-24]，分析評價江蘇省各縣市在土地利用效益上的差異，進而總結(jié)出由于土地利用方式不同而造成地區(qū)發(fā)展差異。本研究聚焦于江蘇省各地級市土地利用的綜合效益，通過建立土地利用綜合效益的評價指標(biāo)體系，計算各市土地利用經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益分值，將各地級市進行對比，并通過空間相關(guān)性分析判斷各市土地利用效益是否存在空間自相關(guān)性。根據(jù)研究可知，江蘇省各地級市土地利用效益差距較大，主要表現(xiàn)為南北差異，蘇南地區(qū)土地利用效益顯著高于蘇北地區(qū)。而蘇南地區(qū)雖然土地利用綜合效益已經(jīng)達到較高水平，但生態(tài)效益發(fā)展滯后，生態(tài)效益分值顯著低于社會效益和經(jīng)濟效益。江蘇省各地級市土地利用效益之間存在顯著正向空間自相關(guān)關(guān)系，土地利用效益表現(xiàn)出空間集聚特征，外部溢出效應(yīng)明顯，其中蘇南地區(qū)為熱點區(qū)域，蘇北地區(qū)為冷點區(qū)域。各市土地利用效益系統(tǒng)均處在失調(diào)發(fā)展階段，蘇南地區(qū)多數(shù)處于輕度失調(diào)階段，而蘇北地區(qū)多數(shù)處于高度失調(diào)階段，土地利用效益系統(tǒng)之間未形成相互促進、協(xié)同發(fā)展的良性互動機制。

4 結(jié)論

縮小各地級市土地利用效益差異。在今后的發(fā)展戰(zhàn)略中，應(yīng)更多地關(guān)注土地利用的生態(tài)效益，調(diào)整優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，加強對生態(tài)環(huán)境的投入；蘇北地區(qū)城市經(jīng)濟效益發(fā)展滯后，應(yīng)根據(jù)自然和經(jīng)濟社會特征選擇合適的城市發(fā)展策略，加大科技、資金等要素的投入，大力提高經(jīng)濟效益，縮小蘇北和蘇南地區(qū)土地利用效益差異，實現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。

發(fā)揮土地利用效益的輻射作用。應(yīng)加強“熱點區(qū)域”對周邊地區(qū)土地利用效益提高的輻射帶動作用，增進蘇北和蘇南地區(qū)在經(jīng)濟方面的交流互動，同時在蘇北地區(qū)打造新的“熱點區(qū)域”，通過“熱點區(qū)域”對鄰域土地利用的輻射和溢出效應(yīng)，帶動蘇北其他城市合理高效利用土地，綜合提升土地利用效益。

促進土地利用經(jīng)濟、社會、生態(tài)效益協(xié)調(diào)發(fā)展。為提高土地利用效益耦合協(xié)調(diào)程度，各市應(yīng)制定出更合理的土地利用規(guī)劃，以土地的可持續(xù)利用為前提，調(diào)整產(chǎn)業(yè)布局和結(jié)構(gòu)，在土地利用過程中，更多地考慮綜合效益，注重經(jīng)濟、社會和生態(tài)3個系統(tǒng)間的平衡，避免出現(xiàn)由于某一方面發(fā)展的滯后而制約其他效益提升發(fā)展的局面。