河南省城市韌性與土地利用效率的耦合協調性

白 帥， 吳金華， 王 禎

(長安大學 土地工程學院, 陜西 西安 710054)

城市土地是城市進行經濟和社會各項活動的空間載體[1]，土地利用的方式、結構、效率等在一定程度上體現著城市發展階段的特征與訴求。中國目前正處于經濟發展轉型階段，城市愈發注重集約高效，土地利用效率因此得到了顯著提升。早期低效的土地利用方式決定城市發展很大程度上依賴規模擴張，城市周邊大量的生態用地、農業用地不斷被侵占，生態環境做出了巨大的犧牲，隨之而來的是氣候變化、生態惡化、生物多樣性減少等問題日趨嚴峻，對城市的安全、可持續發展造成了巨大的威脅，城市韌性作為城市遭受擾動后的“恢復”與“學習”能力，為解決這一問題提供了新的思路。

城市韌性指城市遭受外部擾動后保持或恢復城市各系統正常運行的能力[2]，主要涵蓋了城市設施、生態、社會、經濟4大方面，韌性聯盟[3]最早提出的設施環境、代謝流、管治網絡、社會層面4個優先領域的研究側重為梳理城市韌性內涵提供了理論支撐。近年來，城市韌性與其他系統的關系研究成為城市韌性研究領域的一個熱點問題，并取得一定的研究成果。如張明斗等[4]、馬德彬等[5]、周倩等[6]均從城市群的角度出發分別研究了城市韌性與經濟系統、城鎮化之間的關系。以往研究從評價指標[7-9]、研究方法[10]及建設實踐等[11-12]方面間接體現了城市韌性與城市土地利用效率之間的關系，鮮有文章對兩者關系進行直接研究。而城市土地利用效率作為城市土地利用投入和產出的相對量表[13]，直接影響著城市發展水平和潛力的挖掘提升[14]，是實現高質量發展過程中不可回避的話題，對韌性城市建設產生深遠影響。一方面，土地利用效率高低直接影響韌性城市建設進程。城市土地利用效率高證明當前城市經濟結構、生態平衡、基礎設施建設達到了較理想的狀態，城市系統應對風險的調適能力較優越；土地利用效率低則表示持續追加土地要素投入是城市發展的關鍵手段，建設用地無序過度擴張及耕地、生態用地快速減少[15]，城市周邊自然生態系統嚴重失衡，大大加劇了城市脆弱性。另一方面，城市韌性水平高低也會對土地利用產生正負兩方面影響。高韌性度城市即使在面臨沖擊時，各系統依舊能通過調整、恢復以保障城市的正常運轉，有利于維持土地高效利用；低韌性度城市在自然和社會沖擊面前表現的難以適從，甚至可能出現“癱瘓”，包括土地資源利用在內的整個城市運行狀況將受到嚴重影響。基于此，本文測度了2019年河南省城市土地利用效率與城市韌性，引入耦合協調度模型對兩者的耦合協調關系進行分析，并提出具有針對性的發展建議，以期為減輕城市脆弱性，增強城市適應性、韌性，實現高質量可持續發展提供理論支撐。

1 研究區域與方法

1.1 研究區概況

河南省地處中國中部，界于北緯31°23′—36°22′，東經110°21′—116°39′之間，包含17個地級市，1個省直轄縣級市。地勢整體呈西高東低，中、東部有大面積集中連片的沖積平原，氣候屬大陸性季風氣候，雨熱同期，全年無霜期較短，優越的自然條件使得進行農業生產的限制因素較小，是中國重要的農業大省，眾多國家級公路、鐵路交匯于此，是中國重要的交通樞紐。近年來，河南省發展速度較快，處于工業化、城鎮化快速發展階段。2019年，河南省城鎮化率達53.21%，GDP總量為5.43×1012元，穩居全國第五，第一、二、 三產業之比為8.5∶43.5∶48，經濟結構趨于合理。

1.2 數據來源

研究數據主要包括河南省行政邊界矢量數據及社會經濟數據。行政邊界矢量數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心，社會經濟數據來源于2020年《中國城市統計年鑒》及《河南省統計年鑒》，并利用min—max法進行無量綱化處理。

1.3 評價指標體系構建

(1) 城市韌性評價指標體系。從城市韌性的內涵出發，借鑒張明斗等[4]、程皓等[16]、周利敏[17]的相關研究，在遵循科學性、資料可獲取性、可量化性及立足實際的原則下，構建包含經濟、社會、生態、設施4個維度，“目標層—準則層—指標層”3個層級共16個指標的城市韌性評價體系，利用熵值法確定各項指標權重，結果見表1。

表1 河南省城市韌性評價指標體系

(2) 土地利用效率評價指標體系。由于城市韌性只是對城市地區韌性值進行測度，因此，土地利用效率測度范圍也只是城市地區。土地利用效率指標體系從投入、產出兩個角度切入，綜合考量河南省現實情況及其他學者研究成果[18-19]進行構建。投入角度主要包含資金、土地、勞動力3個要素，分別采用建成區面積、固定資產投資總額、從業人員數量進行刻畫，產出指標分別采用地區生產總值、社會消費品零售總額、園林綠地面積來體現土地利用帶來的經濟、社會、生態效益。

1.4 研究方法

1.4.1 數據包絡分析 數據包絡分析(data envelopment analysis，簡稱DEA)是一種評價決策單元(DMU)多要素投入與產出相對效率的分析方法，其優點在于無須考慮原始指標數據量綱，無須計算指標權重及建立具體的函數關系。傳統的DEA模型主要包括CCR，BCC兩種模型，CCR模型假設規模報酬不變，所得結果為決策單元的綜合技術效率，當結果等于1時，表示決策單元的土地利用效率較高，當結果小于1時，表示土地利用效率較低。在加入約束條件∑λk=1(k=1,…,n)后，變為BCC模型[18]。BCC模型假設規模報酬可變，測度的結果為純技術效率。綜合技術效率可分解為純技術效率和規模效率，綜合技術效率反映決策單元在既定投入水平下的產出能力，純技術效率反映土地利用過程中科學技術的使用水平，規模效率則反映在一定投入水平條件下，決策單元的生產規模接近最優生產規模的程度[20]，三者的關系可表示為綜合技術效率=純技術效率×規模效率。但CCR，BCC模型也具有限制性，當存在多個結果=1的決策單元時，無法對其做進一步的比較。為了彌補這一缺陷，Andersen等[21]提出了超效率DEA模型，其表達式為：

(λj≥0,j=1,2,…,k,…,n；S-≥0,S+≥0)

式中：每一個決策單元代表一座城市；θ表示決策單元的效率值;Xj和Yj分別表示決策單元j的投入與產出;λj為決策單元j的權重;S-和S+均為松弛變量,θ值越大,效率就越高。

1.4.2 耦合協調度 耦合是指兩個或兩個以上體系或系統受自身和外界的各種相互作用而彼此影響的現象[22]，揭示兩者關系的密切程度。兩體系或系統之間的相互影響有良性與非良性之分，良性的相互影響表現為兩者的相互促進、共同發展，非良性的相互影響則表現為兩者的相互制約。其表達式為：

式中：C為兩者的耦合度;U1為城市土地利用效率值;U2為城市韌性值。參考尹鵬等[23]的研究成果,根據耦合度值可劃分為4個階段,當C屬于(0,0.3]為低水平耦合階段,(0.3,0.5]為拮抗階段,(0.5,0.8]為磨合階段,(0.8,1]為高水平耦合階段。

耦合協調度反映的是兩者相互作用中良性耦合程度的大小，說明兩者發展進程是否一致，發展水平是否相匹配。協調度是在耦合度計算結果基礎之上進行的，具體公式如下：

T=αU1+βU2

(4)

α+β=1

(5)

式中：D為兩者的耦合協調度,本文認為城市土地利用效率與城市韌性同等重要,故α和β取值均為0.5。綜合考慮廖崇斌[24]所界定的協調等級劃分標準與本文的研究目的,將協調度劃分為4個一級類,10個二級類(見表2)。

1.4.3 相對發展度 選取相對發展度模型用以分析城市土地利用效率與城市韌性發展水平的相對滯后程度。具體公式如下：

E=U1/U2

(6)

式中：E為城市土地利用效率與城市韌性的相對發展度;U1為城市土地利用效率值;U2為城市韌性值。在協調度一級類劃分結果的基礎上考慮相對發展度所求結果,對空間類型做進一步細分，結果見表2。

表2 河南省城市韌性與土地利用效率的耦合協調等級劃分標準及空間類型劃分

2 結果與分析

2.1 城市韌性分析

利用多指標綜合加權法測度2019年河南省18座城市的城市韌性，根據計算所得的城市韌性綜合得分及各子系統韌性分值，借助ArcGIS 10.2，利用自然斷裂點法，將其按分值大小劃分為5個等級，1級至5級韌性分值逐漸增大，韌性水平逐漸升高，結果見表3和圖1。

圖1 2019年河南省城市韌性等級分布

表3 2019年河南省城市韌性測度

2019年河南省城市韌性整體水平偏低，綜合韌性算術平均值僅為0.282 6，區域間綜合韌性及各子系統韌性水平差異顯著，且空間分布極不均衡。具體而言，綜合韌性在空間上呈現出“中西部最優，東部次之，邊緣最弱”的分布特征，其中最高的為鄭州市(0.872 0)，最低的為三門峽市(0.146 6)。將經濟韌性與生態韌性結合起來可以發現，兩系統韌性在空間上呈現出相反的分布特征。經濟韌性呈現出以“商丘—許昌—平頂山—南陽”為界線的西北高，東南低的空間特征，而生態韌性則呈現出以“商丘—許昌—平頂山—南陽”為界線的西北低、東南高的空間特征，北部地區存在少量生態韌性較好而經濟韌性較差的城市，如鶴壁市、濮陽市。可以判定，經濟韌性與生態韌性基本成負相關關系，經濟發展在一定程度上會對城市生態造成不利影響。從社會韌性來看，3級中等水平城市占比最大，中部地區除個別城市出現極值外(鄭州市為0.367 0，濟源市為0.013 2)，形成了中等社會韌性城市的集中連片。

在研究區范圍內，各等級設施韌性城市交錯分布，未呈現出明顯的集聚特征，其中鄭州市設施韌性分值最高，三門峽市設施韌性分值最低，其值分別為0.146 0，0.034 9。造成上述差異的主要原因在于城市的自然稟賦及所處發展階段不同。鄭州市作為省會城市，經濟、政策、社會保障及基礎設施等各方面優勢突出，其綜合韌性水平遙遙領先，韌性發展過程中產生的溢出效應對周圍區域韌性建設的推進產生了深遠影響，邊緣區域由于所受良性輻射有限，韌性水平提升嚴重受阻。除此之外，城市所處階段也成為制約其韌性提升的又一關鍵因素。如三門峽市有色金屬主導產業因受資源日益緊缺的桎梏，城市轉型卻依舊處于探索過渡階段，轉型效果還不十分明顯，極大地制約了城市韌性建設。城市安全是建設發展的根本保障[25]，安全的實現有賴于各系統、各區域的協同發展。在未來，更應注重各系統、全區域的統籌兼顧，把握各城市差異化的韌性特征，以“一城一策”的發展戰略促進城市風險應對能力的提升，以期實現河南省城市韌性的整體優化。

2.2 城市土地利用效率分析

利用DEA Solver Pro5.0中的CCR，BCC模型計算2019年河南省各市城市土地的綜合技術效率、純技術效率、規模效率。依據公式(1)測算土地利用超效率值，對DEA有效的決策單元做進一步的比較分析，結果見表4和圖2。

表4 2019年河南省城市土地利用效率

圖2 2019年河南省各市土地利用超效率

(1) 基于CCR，BCC模型的綜合技術效率、純技術效率及規模效率分析。2019年河南省8個決策單元的綜合技術效率值等于1，表明這些區域的土地利用效率為DEA有效，城市土地利用效率達到了較高水平。以上8個決策單元同時達到了“技術有效”和“規模有效”，說明相較于其他城市，這些區域能夠充分利用現有的技術條件，合理控制技術要素投入冗余，且在目前的投入產出水平下，生產規模達到最佳狀態。剩余的其他城市為非DEA有效，其中駐馬店市綜合技術效率最低，為0.780 8。主要原因在于駐馬店市以發展農業、化工業等高投入、低效益的產業為主，經濟效益的有限性以及發展過程中帶來的不可逆的負外部效益極大地制約著駐馬店市土地的高效利用。從純技術效率與規模效率來看，純技術效率DEA有效的城市有13座，純技術效率非DEA有效的城市有5座，規模效率DEA有效的城市有8座，剩余10座城市為規模效率非DEA有效。其中平頂山、安陽、焦作、濮陽、駐馬店5座城市為純技術效率與規模效率“雙無效”，說明上述5座城市在土地利用過程中科學技術的運用及投入規模對于實現綜合技術效率DEA有效未產生促進作用。

(2) 基于超效率DEA模型的土地利用效率分析。由圖2可知，8座綜合技術效率DEA有效的城市的超效率值由大到小排序為：鄭州>商丘>開封>南陽>洛陽>濟源>漯河>新鄉。通過計算可得，河南省超效率的算術平均值=1.050 3>1，達到了DEA有效，說明河南省整體土地利用投入產出水平好，土地得到了較充分的利用，但僅有7座城市超效率值大于均值，仍有11座城市超效率值低于平均水平，說明城市間土地利用水平的差異較為顯著，低效利用土地的情況還有待進一步改善。

2.3 城市韌性與城市土地利用效率耦合協調度分析

對超效率DEA模型計算所得的城市土地利用效率值進行標準化處理后，利用耦合協調度模型〔公式(2)—(5)〕，計算河南省城市韌性與城市土地利用效率的耦合度與耦合協調度，并根據耦合協調度類型劃分結果，利用ArcGIS 10.2進行可視化，結果見表5及圖3。

圖3 2019年河南省耦合協調度空間分布特征

(1) 耦合度。如表5所示，2019年河南省整體的城市韌性與城市土地利用效率的耦合度均值為0.91，屬于高水平耦合階段，表明河南省城市韌性與城市土地利用效率整體耦合狀況良好，兩者存在顯著的強關聯作用。利用SPSS 25對城市韌性與城市土地利用效率的相關性作進一步驗證，所得兩者的相關性系數為0.627，且p<0.01，說明兩者間存在顯著的正相關關系，與所得高水平耦合的結果一致。具體來看，17座城市實現了高水平耦合，僅駐馬店1座城市還處于低水平耦合階段，說明17座城市城市韌性與城市土地利用效率之間的關聯度較強，而駐馬店市城市韌性與城市土地利用效率因受各系統內部因素影響更為顯著，兩系統之間還未體現較強的聯動作用。

表5 2019年河南省城市韌性與城市土地利用效率耦合協調度

(2) 耦合協調度。2019年河南省整體的城市韌性與城市土地利用效率的耦合協調度均值為0.51，說明研究期內河南省城市韌性與城市土地利用效率的整體耦合協調水平不高，屬于勉強協調，兩者強耦合關系中的良性部分還未得以充分顯現，存在極大的可塑性；耦合協調度取值范圍為[0.07,0.97]，跨度較大，顯現出18座城市的城市韌性與城市土地利用效率兩者耦合協調度差距明顯的現實特征，其中最高的是鄭州市，最低的是駐馬店市。鄭州市不僅注重城市土地的高效利用，同時也注重城市應對風險能力的培養與提升。一方面通過革新國有建設用地出讓政策，踐行“標準地”出讓制度，“堅持畝產論英雄”，不斷提升土地利用效率；另一方面持續優化城市功能布局，加快產業結構升級、基礎設施建設、信息網絡完善，增強城市韌性，使二者發展步調達到優質協調。駐馬店市因受自然條件和經濟結構影響，土地利用效率為18座城市中最低，而城鎮化進程的持續推進為城市韌性的提升奠定了軟硬件基礎，兩者綜合水平差距增大，呈現嚴重失調狀態。具體來看，18座城市可歸為4個一級類，5個二級類，其中鄭州市為高級協調—優質協調，開封、洛陽、南陽、商丘為基本協調—初級協調，新鄉、許昌、漯河、濟源為基本協調—勉強協調，平頂山、安陽、鶴壁、焦作、濮陽、三門峽、信陽、周口市為基本失調—瀕臨失調，駐馬店市為嚴重失調—極度失調，協調狀態與失調狀態的城市數量均為9座，各占城市總量的50%。由此可見，實現各城市城市韌性與城市土地利用效率良性協調發展任重而道遠。在未來發展規劃中必須注重城市韌性與城市土地利用效率協同聯動增長，在國土空間規劃中落實韌性思維，通過編制落實各層級規劃構建韌性優良的國土空間格局，全面統籌人與自然、發展與安全的空間關系，為應對沖擊挑戰提供新的思路，為提高城市土地利用效率提供新的可能。

(3) 耦合協調度空間特征。由圖3可以看出，河南省城市韌性與城市土地利用效率的耦合協調度存在明顯的空間分異特征，協調狀態城市呈“t”型布局，失調狀態城市隨之鑲嵌分布。協調城市以鄭州為中心，東西方向的初級協調城市、南北方向的勉強協調城市基本成對稱分布，而失調城市以“t”型區域為軸帶，在其四周環繞分布，且在邊緣地區分布居多。鄭州市作為國家級中心城市，是中國中部崛起的重要戰略高地，在區域內部發揮著不可替代的輻射作用[19]，與其距離越近，所受輻射影響就越強，韌性思維、節約高效發展理念對于城市的建設與發展指導作用就越強，而邊緣地區所受輻射相對較弱，城市韌性建設、土地利用集約化發展進程相對緩慢，耦合協調水平隨之受到嚴重制約。

2.4 空間類型劃分

依據城市韌性與城市土地利用效率相對發展度所得結果(表5)，并結合耦合協調度所劃分的一級類，將18座城市細分為7大類型。

(1) 高級協調地區。該類型地區僅包括鄭州市。鄭州市城市韌性與城市土地利用效率水平達到了高度和諧階段，且兩者發展水平較為接近。在建設國家級中心城市的過程中，韌性建設及土地集約利用理念均得到了重視，有限的城市空間要求土地利用效率不斷提升以期實現高質量發展，同時也為韌性水平的提升奠定基礎。

(2) 基本失調地區。該類型地區主要包括平頂山、信陽市。兩座城市的城市韌性與城市土地利用效率之間的良性關聯還不十分顯著，且兩者發展水平較為接近。主要受平頂山、信陽市主導產業影響，平頂山市以能源化工、裝備制造為主導產業，信陽則以農業、輕工業為主導產業，均具有科技貢獻度低、單位產值能耗高、污染大的特征，土地利用及城市韌性的提升嚴重受阻。

(3) 基本協調—城市韌性滯后地區。該類型地區主要包括開封、洛陽、新鄉、漯河、南陽、商丘、濟源7座城市。以上7座城市城市韌性與城市土地利用效率之間良性聯動作用較強，但城市韌性發展滯后。上述城市多發展重工業及資源密集型產業，此類型產業易對生態韌性造成顯著脅迫，如三門峽市多發展鋁業、有色金屬等產業，礦山開挖導致地表植被破壞，生態系統承載力日益降低。除此之外，產業結構單一，第三產業對其經濟總量貢獻不足，經濟系統承擔風險的能力較弱，加之社會各系統建設還有待完善，城市綜合韌性水平較為落后。在未來，應進一步強化韌性城市的戰略地位，深入研究城市內各系統的交互機理，綜合考慮發展目標及速度差異的基礎上強化韌性管控，提升兼顧性[26]。

(4) 基本協調—土地利用效率滯后地區。該類型地區僅包括許昌一座城市。許昌市基本實現了城市韌性與土地利用效率的協調發展，但城市土地利用水平相對較低。導致其城市土地利用效率較低的主要原因在于發展規模還不盡合理，土地利用過程中科學技術得到了充分應用，純技術效率值為1，而規模效率還未達到DEA有效，現有生產規模與最優生產規模間尚存在較大差距，成為其提升土地利用效率的制約因素。

(5) 基本失調—城市韌性滯后地區。該類型地區僅包括三門峽一座城市。三門峽市還未能建立起城市韌性與城市土地利用效率相互促進的良性循環，并且兩者中城市韌性發展進程相對緩慢。三門峽的主導產業—鋁業、有色金屬等重工業的發展有賴于各種礦石資源的開采，大肆開挖礦山導致地表植被破壞，生態系統承載能力日益降低。同時，還可能引發局部地區的氣候發生變化，自然災害頻發，城市脆弱性大大降低。

(6) 基本失調—土地利用效率滯后地區。該類型主要包括安陽、鶴壁、焦作、濮陽、周口5座城市。以上5座城市城市韌性與城市土地利用效率之間良性聯動作用還有待強化，且土地利用水平落后于韌性水平。導致此現象的原因有兩方面，一是該區域技術條件落后限制了土地利用效率的提升，二是投入產出比不盡合理，規模效應未得到充分發揮。在未來，該地區應充分發揮市場的主導作用，合理配置各類生產要素，同時，政府應積極引導，在綜合考慮城市承載力的前提下，科學的擴張或適當控制城市規模。

(7) 嚴重失調—土地利用效率滯后地區。該類型僅包括駐馬店市。駐馬店市城市韌性與城市土地利用效率嚴重分離，土地利用水平極度滯后。駐馬店市的綜合技術效率、純技術效率、規模效率均為非DEA有效，且綜合技術效率為18座城市中最低，城市土地利用過于粗放，與城市節約集約的發展理念極不相符，與持續強化的城市韌性發展極不協調。在未來，應著重建立城市韌性與土地利用效率良性轉化的紐帶，以社會資源的合理配置帶動城市韌性的系統建設[4]。

3 結論與建議

3.1 結 論

對2019年河南省城市韌性與城市土地利用效率進行測度，引入耦合協調度模型，分析兩者的協調關系，結合兩者相對發展度，實現對河南省空間類型的劃分。

(1) 2019年河南省城市綜合韌性整體水平偏低，且空間分布不均勻，呈現出“中西部最優、東部次之、邊緣最弱”的空間特征。

(2) 不同子系統韌性對于城市韌性的影響程度不同，空間分布特征也不盡相同。其中，生態韌性與經濟韌性呈現明顯的負相關關系。

(3) 河南省18座城市土地利用的綜合技術效率、純技術效率、規模效率均存在明顯差異，有5座城市存在純技術效率與規模效率“雙無效”。

(4) 河南省城市韌性與城市土地利用效率的總體耦合度較高，大部分城市處于高水平耦合階段，但總體協調度較低。協調城市在空間上呈“t”型分布，失調城市伴隨其鑲嵌分布。

(5) 將耦合協調度等級與相對發展對結合起來，可將河南省城市劃分為7種類型，分別是高級協調地區、基本失調地區、基本協調—城市韌性滯后地區、基本失調—土地利用效率滯后地區、基本失調—城市韌性滯后地區、基本失調—土地利有用效率滯后、嚴重失調—土地利用效率滯后地區。

3.2 建 議

(1) 立足城市方方面面，強化韌性思維滲透。發揮韌性在城市各系統發展過程中的指引作用，通過優化要素配置、搭建流通網絡，加強韌性城市基礎機能建設；預留彈性空間、豐富空間功能，實現對急性沖擊所造成危害的有效分散。對于三門峽等韌性較低的地區，可在吸取國內外韌性城市建設經驗的基礎上，結合自身特征，分區縣開展韌性城市試點工作，并形成一般經驗，在全區域加以推廣。

(2) 技術與規模并重，提高土地利用效率。把握中原城市群一體化發展的重大機遇，積極承擔起東部地區產業轉移的責任，引導省內各城市產業進行技術革新，刺激城市發展的內生動能，逐步實現由“要素、投資驅動”向“創新、財富驅動”[27]的過渡與轉變，實現土地利用技術效率的穩步提升。進一步規范土地管理的相關政策，新增產業應在考慮其負外部效益的前提下合理布局，優先考慮使用存量建設用地，合理控制城市用地規模。

(3) 協調兩者發展步調，構建縱橫互通格局。土地是城市存在與發展的載體，城市是土地利用成果的具象體現，兩系統休戚相關。城市韌性提升的關鍵在于通過要素在結構及空間上的優化實現對風險的預判及規避，以土地資源作為中間介質，在不斷提高土地利用效率的基礎上引導其他附著于土地上的生產要素合理配置，實現兩者同步發展。打破城市內及城市間的壁壘，積極培養次級核心城市，構建“核心—次核心—一般城市”的韌性輻射層級體系，促進區域可持續發展一體化。