湖北省人口-经济-土地城镇化的空间格局及其耦合协调性研究

祝明明，董莹，田玲玲，罗静

(1.华中师范大学地理过程分析与模拟湖北省重点实验室，湖北 武汉 430079；2. 华中师范大学武汉城市圈研究院，湖北 武汉 430079)

湖北省人口-经济-土地城镇化的空间格局及其耦合协调性研究

祝明明1,2，董莹1,2，田玲玲1,2，罗静1,2

(1.华中师范大学地理过程分析与模拟湖北省重点实验室，湖北 武汉 430079；2. 华中师范大学武汉城市圈研究院，湖北 武汉 430079)

建立湖北省“人口-经济-土地”城镇化指标体系，采用空间统计和数理建模，对城镇化及其空间分异和空间格局、耦合协调度进行测算.研究结果表明：1) 湖北省土地城镇化水平总体较高，经济城镇化质量整体较低，人口城镇化区域差异明显；2) “人口-经济-土地”城镇化质量呈现区域间不均衡、城镇化不同步的空间格局；3) 人口-经济-土地城镇化的耦合协调度整体较高，但空间差异明显，城镇化子系统内系统耦合度和耦合协调度高的地区集中在武汉城市圈、宜荆荆地区和襄十随地区等经济发达、产业集聚、空间联动效应较强的区域.

人口-经济-土地城镇化；耦合协调度；空间格局统计；湖北省

0 引言

区域城镇化的协调发展应当是人口集聚、经济增长、土地利用扩张在空间上趋于一致[1].城镇化概念最早由ASerda提出[2]，一般包括人口城镇化、土地城镇化和经济城镇化，学术界对城镇化协调发展的研究主要集中在人口、经济与土地的协调发展等方面.新型城镇化是经济结构、社会结构、生产方式和生活方式的根本性转变，涉及产业的转变和新产业的支撑、城乡社会结构的全面调整和转型、庞大的基础设施的建设和资源环境对它的支撑[3].中国正处于城镇化快速发展的阶段，良性的城乡发展转型是实现人口城镇化、土地城镇化和产业转型发展相协调一致[4].中国的人口、经济和土地城镇化之间存在怎么样的协调发展关系？许多学者对城镇化发展过程中的人口增长、经济发展和土地利用的耦合协调性进行研究[5-6]，中国土地城镇化速度和水平明显快于经济城镇化和人口城镇化的速度和水平.研究的尺度主要集中在全国层面，Chen认为1960—2010年期间中国的城镇化和经济增长呈现协调和适度水平，但是2004年后城镇化发展速度过快[7].Verburg从城镇化的人口与土地两个维度出发，研究在较大人口压力下的土地利用转变[8].陈凤桂研究我国各省域人口与土地城镇化协调发展的区域差异与时间序列演变[9].省级层面，杨霞等人采用重力转移模型对浙江省的69个县的人口与土地城镇化的协调发展的时间演变和空间差异进行研究[10]，雒海潮等用TOPSIS法对河南省18个省辖市的人口、经济、土地和社会城镇化的协调发展进行评价[11]，李涛用熵权法和系统耦合协调度模型研究重庆市县域的土地、人口和产业城镇化质量的空间分异[12]，崔许锋研究云南省各市州的人口与土地城镇化的非均衡性和空间异质性[13]，林爱文等对湖北省的人口与土地城镇化的协调水平进行时间序列的分析[14]，综上可以看出目前学术界对与城镇化内在耦合协调的研究正在从全国和省级尺度逐步微观化到县域的差异研究.在分析的维度方面，多数学者只对城镇化内涵的单个方面或两个方面进行解读，探讨它们的非均衡性和耦合协调关系.如对人口城镇化和土地城镇化的区域非均衡性研究[13, 15]，对人口和经济系统的耦合关系研究[16].在分析方法上主要包括线性加权模型、熵权法[17]、系统耦合协调度模型[12]、数据包络分析法[18]、异速生长模型和柯布-道格拉斯函数[19]、TOPSIS方法[11]、层次分析法和R/S分析法[20]以及线性加权模型[21]等方法.也有学者从城市扩张的驱动力出发研究城镇化发展过程中各维度的关系[22].本文中以长江经济带的核心省份湖北省为例，从“人口、经济、土地”3个维度构建指标评价体系，运用因子分析法和耦合协调度模型，并引入空间格局统计方法，对湖北省103个县(市、区)的“人口-经济-土地”城镇化的空间格局和耦合协调性进行系统性分析，以期为湖北省城镇化发展提供参考.

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域概况 湖北省地处长江中游,下辖103个县市区，面积18 598 998 hm2，2015年全省人口2 753.60万人，全省在国内的生产总值16 681.44亿元，常住人口城镇化率达到56.6%，高于全国、领先中部地区,湖北省作为长江经济带的核心省份，正处于城镇化加速发展的关键时期，湖北省“十三五”规划提出全面推进“一主两副多极”城市带动战略，推进新城镇化建设，提高城镇化质量，提升县域经济实力，对我国新时期的经济建设和区域发展具有重要意义.

1.2 数据来源 研究以湖北省及辖区内的103个县市区为研究对象，城镇人口、常住人口来自于2015年度的《湖北省统计年鉴》，房屋建筑面积、医疗卫生设施点个数、中小学校个数、城市建成区面积和建设用地面积来源于湖北省地理国情普查数据.各县市区城镇人均可支配收入、地方财政收入、消费品零售总额、GDP、固定资产投资额、外贸出口总额等数据来源于2015年度各县市区的的统计年鉴和政府工作报告.

2 研究思路与方法

2.1 评价指标体系构建 在遵循科学性、系统性、可操作性和层次性原则的基础上，参考已有的评价指标[9, 12, 13, 15, 23-25]，结合研究目标，从数据可获得性和便于量化的角度，本文中构建8个二级指标，21个三级指标(见表1)，重点突出人口、经济、土地3个维度的特征，对“人口-经济-土地”城镇化进行评价.其中，① 人口城镇化是构建城镇化质量水平的核心内容，采用人口结构和人口生活两个层面，人口结构方面采用城镇人口比重、城镇人口规模、城镇人均可支配收入、人口集聚度和城镇人口密度作为影响因素，人口生活的影响因素采用人均房屋建筑面积、医疗卫生设施点个数和中小学校个数；② 经济城镇化是城镇化的动力，经济城镇化从经济发展水平、经济外向度和产业结构3个层面构建，经济水平的影响因素包括人均财政收入、人均非农业产值、人均GDP和人均消费品零售总额，经济外向度用外贸出口总额表征，产业结构用二、三产值占GDP比重表示；③ 土地城镇化是城镇化的载体，土地城镇化用土地结构、投入水平和产出水平构建，土地结构以城市建成区面积和建设用地面积比重体现土地资源的利用结构，用建设用地地均固定资产投资、地均财政支出等因素体现土地的投入水平，用地均财政收入、地均消费品零售总额和地均二、三产业产值表现土地产出水平.

表1 人口—土地—经济城镇化的评价指标体系

2.2 数据标准化处理 由于原始数据存在量纲以及数量级大小的差异， 因此研究拟采用极差标准化方法对指标进行标准化处理，以排除量纲的差别.由于都是正向指标，采用以下表达式.

(1)

式中，Zij为标准化处理后的值，Xij为“人口-经济-土地”3个维度中第i个维度的第j个县(市、区)指标，Ximax、Ximin分别为相应指标的最大值和最小值，a∈(0，1)，一般a取0.9.

2.3 指标权重确定 拟选用因子分析法确定指标权重，利用SPSS19.0软件，将所有指标综合集中为能最大限度反映数据信息、数据量较少的主成分[15].根据所得因子分布碎石图，要求KMO大于0.75且方差累计贡献率不小于85%.以累积贡献率大于90%为标准，最终提取人口城镇化公因子6个、分别记为F1_1、F2_1、F3_1、F4_1、F5_1、F6_1、权重分别42.17%、28.01%、8.75%、6.20%、4.33%、3.22%，累计贡献率达92.67%；经济城镇化公因子4个，分别记为F1_2、F2_2、F3_2、F4_1，权重分别为56.03%、16.42%、10.65%、7.41%，累计贡献率达90.51%；土地城镇化公因子3个，分别记为F1_3、F2_3、F3_3，权重分别为71.89%、14.92%、6.83%，累计贡献率达93.64%.KMO检验统计量分别为0.808、0.796和0.863.

2.4 评价模型及计算 参考已有研究[14]建立评价模型，以旋转矩阵主成分因子的方差贡献率为各提取因子的权重，计算人口城镇化指数、经济城镇化指数和土地城镇化指数的综合得分.评价模型如下：

x1=42.17%×F1_1+28.01%×F2_1+8.75%×F3_1+6.2%×F4_1+4.33%×F5_1+3.22%×F6_1

(2)

x2=56.03%×F1_2+16.42%×F2_2+10.65%×F3_2+7.41%×F4_1

(3)

x3=71.89%×F1_3+ 14.92%×F2_3+6.83%×F3_3

(4)

式中：x1为人口城镇化指数，x2为经济城镇化指数，x3为土地城镇化指数；F为提取的主成分因子，F1_1表示人口城镇化指数第一主成分的值，以此类推.据此计算湖北省103个县(市、区)人口城镇化、土地城镇化和土地城镇化指数综合得分，由于计算的城镇化指数存在负数，无法代入耦合协调度模型计算，需要进行一次标准化.方法同公式(1)，x1、x2、x3转换为标准化后的城镇化指数X1、X2、X3.

2.5 空间格局统计模型 利用空间统计方法研究社会经济等要素的地理空间分布已经引起国内外许多学者的关注，标准距离(standard distance, SD)是经典统计学的标准差在2维空间中的体现，以距离值来度量空间要素偏离重心的程度，通过对城镇化指数的标准距离分析城镇化发展空间的中心与平均范围，在空间尺度上可以明显地判断其集聚和离散的格局.标准距离模型为：

(5)

引入空间统计方法中的标准差椭圆法(standard deviational ellipse, SDE)揭示湖北省“人口-经济-土地”城镇化质量的中心性、方向性、展布性和空间形态的的特征.SDE法通过以平均中心(MeanCenter，MC)、长轴、短轴、方位角为基本参数的空间分布椭圆表达地理要素的空间特征，主要公式和参数计算参考赵作权等的研究[26]，具体过程利用ArcGIS 10.3的空间格局统计工具实现.

(6)

(7)

(8)

2.6 耦合协调度模型 引入耦合协调度模型，对湖北省的人口、经济、土地城镇化质量进行分析，土地是人口和产业在空间聚集的载体，而人口和产业在空间的聚集又推动着城镇建设用地在空间的扩张，人口城镇化的发展需要一定的产业发展与之相适应，而产业的发展也需要人口在空间上的聚集来支持[12].系统耦合度反映了3个子系统的协调发展程度，模型如下：

(9)

式中，C为系统耦合度，显示各系统之间相互作用的强弱，但是不能显示系统间的协调情况[25].X1、X2、X3分别指人口城镇化指数、经济城镇化指数和土地城镇化指数.

(10)

引入耦合协调度模型，在以耦合度表征的人口、经济、土地城镇化之间相互作用的联动强度基础上，更好地表征“人口、经济、土地”三者之间的耦合协调程度，系统耦合协调度模型见下式：

(11)

3 结果分析

3.1 人口-经济-土地城镇化质量的空间分异 比较县域内的人口城镇化指数、经济城镇化指数和土地城镇化指数发现(见图1)，江汉区的人口城镇化和经济城镇化指数均为最高，经济城镇化领先于人口城镇化和土地城镇化的县市区包括黄石市的铁山区、下陆区、西塞山区和黄石港区，武汉市的汉阳区、江岸区、青山区，襄阳市的襄城区，宜昌市的西陵区、伍家岗区和猇亭区，大部分是国家级重点开发区.人口城镇化水平领先于经济城镇化和土地城镇化的县市区主要集中在湖北省中部地区和武汉市周边，包括武汉市的武昌区、新洲区、江夏区、蔡甸区、洪山区、硚口区，荆州市的松滋市、荆州区、江陵县，襄阳市的枣阳县、保康县、南漳县、宜城市、襄州区，宜昌市的当阳市、枝江市、远安县、夷陵区、五峰土家族自治县、宜都市和点军区等33个县市区.土地城镇化指数领先于人口城镇化和经济城镇化的县市区有58个，占56.3%，与国内其他区域的研究相似[18]，反映出湖北省存在土地城镇化水平过高，人口集聚与经济发展无法与空间开发相匹配.

3.2 人口-经济-土地城镇化质量的空间格局统计分析 城镇化是典型的地理空间过程，特征椭圆可以描述城镇化的空间分布特征，包括其中心性、方向性和展布性(见图2)，标准距离显示出经济城镇化指数的空间分布集聚特征最显著，人口城镇化指数次之，集聚程度一般，土地城镇化指数在空间上离散分布较强.标准差椭圆显示总体呈现“西(偏北)-东(偏南)”方向的空间格局，经济城镇化的方位角最大(见表2)，表明湖北省经济发展向东南方向倾斜最大，土地城镇化指数次之，人口城镇化指数空间分布的标准差椭圆方位角最小.城镇化指数平均中心显示人口城镇化指数的中心点处在最西端，经济城镇化指数处在最东端，土地城镇化指数和城镇化综合指数的平均中心比较吻合.“人口-经济-土地”城镇化指数平均中心、标准距离、方位角的的空间错位表明人口城镇化、经济城镇化和土地城镇化在空间上的不平衡性.湖北省东部经济发展水平较高，鄂西地区经济发展水平相对较低.当地政府多采取比较冒进的土地城镇化政策，经济城镇化指数的平均中心应当适当向西偏移，囿于湖北省西高东低的地貌格局，应鼓励人口走出鄂西山地，向更宜居的平原和低山丘陵移居.

图1 人口-经济-土地城镇化水平空间分

图2 湖北省城镇化综合指数、标准距离、 平均中心和标准差椭圆分布地

指数标准差椭圆长半轴/km 短半轴/km平均中心 方位角 经度 纬度 标准距离标准距离/km人口城镇化指数235．53117．5996．752°112°23′30″E30°47′09″N186．15经济城镇化指数227．67106．71103．04°112°58′14″E30°48′45″N177．79土地城镇化指数251．06124．47100．72°112°44′10″E30°50′18″N198．15城镇化综合指数240．65118．5799．72°112°45′24″E30°49′10″N189．70

3.3 人口-经济-土地城镇化耦合协调水平的空间分异 通过耦合度模型综合测算，得到城镇化综合指数、系统耦合度、耦合协调度评价结果(见表3)，湖北省“人口-经济-土地”城镇化的系统耦合度总体较高，系统耦合度值超过0.9的县市区占66%(见图3)，表明；城镇化子系统间强度较大的地区集中在武汉城市圈、宜荆荆地区和襄十随地区等经济发达、产业集聚、空间联动效应较强的区域.系统耦合度低值区主要分散在山地、丘陵和江汉平原传统的农渔业地区，在主体功能区布局中多属于重点生态功能区，经济城镇化水平无法与土地城镇化、人口城镇化有效匹配，存在较为严重的滞后效应.

耦合协调度的空间差异明显，人口城镇化、土地城镇化与经济城镇化在不同地区的发展程度不同.参考前人研究[23]，运用ArcGIS的自然间断法将103县市区的耦合协调度都划分为3种类型：低水平协调耦合、中度协调耦合和高水平协调耦合(见图4)，① 高水平协调耦合在空间上主要分布在武汉、宜昌、襄阳市及其周边县市区，该结构与湖北省“一主两副”的经济发展格局基本吻合.说明城镇化系统内人口、经济、土地城镇化各方面发展协调程度高，经济水平提高有效促进了人口向城镇转移，城镇土地扩张与经济发展需求匹配，土地集约利用水平较高.值得一提的是武汉城市圈虽然空间关联作用的强度较高，但是区域内部的发展协调性不足，内部差异显著，宜荆荆地区和襄十随地区的耦合协调水平更为均衡.② 中度耦合协调型主要围绕在在高水平协调耦合的县市区周边，包括掇刀区、恩施市、樊城区等35个县市区.该区域环境条件较好，应该着力完善基本公共服务建设，提高在教育、医疗、文化、社会保障等方面的水平，改善投资环境，承接来自省内大城市和东部地区的产业转移，促进经济发展.③ 低水平耦合协调类型在空间上主要分布在鄂西北秦巴山区和鄂东南大别山区等偏远地区，大多处于鄂西北的大巴山区、鄂西南武陵山区和鄂东大别山区，地形起伏较大不利于工农业生产和建设，区域经济发展水平低，人口城镇化进程慢，然而盲目无序的建设控使得建成区面积无序扩张，提高土地利用的效率.深入推进产业结构的转型升级是区域经济适应新常态经济环境的首选策略.在生态环境优良的地区，应发挥产业园区的集聚优势，在重点镇培育区域特色产业.

图3 湖北省人口-土地-经济城镇化系统 耦合度空间格

图4 湖北省人口-土地-经济城镇化 耦合协调度空间格

4 结论

研究采用2015年湖北省所辖的103个县(市、区)作为横向对比单元，以期能够获得湖北省城镇化耦合协调水平的空间格局.按照系统耦合度模型计算2015年湖北省各县市区的“人口-经济-土地“城镇化指数、耦合度及耦合协调度.

实证研究结果显示，湖北省土地城镇化水平过度发展，经济城镇化过程动力不足，人口城镇化质量亟待提高，呈现土地城镇化占主导，经济城镇化滞后于人口城镇化的基本态势.这与全国的大形势总体一致，地方政府通过大规模的征用农用地并以不同方式出让推动城镇化快速发展，然而这种“要地不要农民”严重倾向，也导致了一系列经济、社会和环境问题，特别是农产品主产区和重点生态功能区应该大力推进保护基本农田，维护区域生态环境.

空间格局统计分析显示“人口-经济-土地”城镇化指数平均中心、标准距离、方位角的的空间错位表明了人口城镇化、经济城镇化和土地城镇化在空间上的不平衡性.人口-经济-土地城镇化耦合协调度的分析显示，总体特征表现为耦合协调度整体较高，空间差异明显，高耦合度区域对应的耦合协调度也属高值区域，所不同的是武汉城市圈内部虽然“人口-经济-土地”城镇化空间关联程度较高，但是内部协调水平差异较大，宜荆荆地区和襄十随地区的耦合协调水平更为均衡.武汉市及其周边区域“人口-经济-土地”城镇化的空间关联强度较大，但是区域内的耦合协调水平空间差异较大，武汉与周边地市未能形成城镇化发展的良性互动.在城镇化的路径选择上，应当充分考虑人口集聚、经济增长、土地利用、经济结构、社会结构的基本差异，制定适合当地发展水平的差异化政策，因地制宜的推进城镇化建设，同时发挥区域中心城市与城市群的作用.本文中从人口、经济、土地3个维度出发，构建了新的城镇化评价指标体系，为城镇化协调发展评价研究提供新的思路，有助于引导城镇化健康发展.今后，将进一步完善城镇化指标体系和方法，开展基于耦合协调性的时空变化研究.

表3 湖北省103个县市区“人口-经济-土地”城镇化综合指数T、系统耦合度C、耦合协调度D的评价结果

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(责任编辑 郭定和)

Coupling coordination and spatial pattern among population,economic and land urbanization in Hubei

ZHU Mingming1,2,DONG Ying1,2, TIAN Lingling1,2, LUO Jing1,2

(1.Hubei Province Key Laboratory for Geographical Process Analysis and Simulation, Central China Normal University,Wuhan 430079, China;2.Academy of Wuhan Metropolitan Area, Central China Normal University, Wuhan 430079, China)

Building the population, economic and land urbanization indicator system of Hubei province,and using the methods of factor analysis, spatial statistics model and system coupling degree model are applied to examine the urbanization development, in terms of spatial differences, spatial patterns and coupling coordination relationship. The results indicates that: 1) Land urbanization is in a high level, the quality of economic urbanization is in a low level, and the quality of population urbanization needs to be further improve. 2) The quality of the “population - economy - land” urbanization presents regional imbalance, as well as not synchronous development of spatial pattern of urbanization. 3) The coupling degree in counties of Hubei is high overall, but unbalanced spatially. The regions in the subsystem of urbanization with high system coupling and coupling coordination degree, are gathered in the places, where are the economically developed, industrial agglomeration and strong spatial linkage effect, such as Wuhan metropolitan area,Yi-Jing-Jing areas and Xiang-Shi-Sui areas. Focusing on the urbanization in such dimensions under the background of new urbanization, which is helpful to enhance the understanding of the problems during the urbanization process, and provides a guide way for its healthy development.

population-economic-land urbanization; coupling coordination degree; spatial pattern;Hubei province

2017-06-01

国家自然科学基金 (41371183)和华中师范大学研究生教育创新项目(2016CXZZ17)资助

祝明明(1992-)，男，硕士生，E-mail:zmmcxh@163.com；罗静，通信作者，教授，博士生导师，E-mail:luojing@mail.ccnu.edu.cn

1000-2375(2017)05-0531-08

F293.2

A

10.3969/j.issn.1000-2375.2017.05.017