农用地集约利用水平与建设用地规模时空耦合分析——以湖南省为例

龙明璐, 贺清云

(湖南师范大学 资源与环境科学学院, 长沙 410081)

建设用地的扩张成为发展中国家土地利用变化的一大重要特征，务工农民两头占地[1]、政府部门为获得更多的土地财政更趋向于选择增量供给方式[2]是建设用地扩张的两种主要形式。在后备土地资源不足的情况下建设用地不可避免地要侵占农用地，从而产生了争地矛盾。国家为促进土地资源优化与协调利用，一方面通过增存挂钩等政策严格控制建设用地扩张，另一方面在中央一号文件中强调通过稳定产量、建设高标准农田、优化农业结构、突破农业关键技术实现农业的集约发展。建设用地规模控制和农用地集约利用是协调发展的要义，建设用地扩张对农用地的数量、质量、形态等产生重要影响，同时农用地的集约利用是缓解与建设用地之间争地矛盾最重要的形式，两者相互影响、相互制约。建设用地规模与农用地集约利用之间能否协调成为缓解用地矛盾的重要一环。

有关建设用地增长的研究主要分为两部分，一是建设用地增长的驱动力研究，或运用计量方法对各个驱动因子进行综合研究[3]，或有针对性地分析建设用地扩张与单个驱动因子之间的相关关系[4-7]。另一研究重点则是建设用地时空演变研究，包括建设用地整体和内部结构两方面的时空演变研究[8-9]，还有对建设用地未来发展趋势的仿真模拟[10]。建设用地规模不断扩大的同时农用地持续减少，且有研究认为农用地集约利用水平的变化有时比面积锐减更能影响我国的粮食安全[11]。因此，农用地集约利用在近几年也成为研究热点，从国家级到乡镇级的研究均有[12-16]。研究方法涉及主成分分析法[13]、因子分析法[17]、层次分析法[18]、BP神经网络[19]等，并已有较成熟的评价指标体系，但是多局限在评价的范围内，缺乏进一步拓展。综上，目前的研究多基于对建设用地或农用地单方面的面积变化、空间分布和机理研究，统筹研究方面则多以城乡分区的视角进行城乡协调发展研究，鲜有地类视角的时空协调研究。在研究模式上，建设用地扩张和农用地集约评价多进行单个区域的研究，缺乏横向对比性。多区域研究则多为静态研究，缺乏纵向对比性。动态研究的区域尺度一般较大，指导的针对性较弱。

湖南作为农业大省和经济发展迅速的中部枢纽，研究其建设用地规模与农用地集约利用水平之间的耦合协调关系具有代表性。本文利用面板数据，通过计算建设用地规模和农用地集约利用水平，分析两者之间的耦合协调性，旨在回答以下问题：第一，建设用地规模和农用地集约利用耦合协调度的时空演变特征；第二，分析空间分布格局产生的机理，为缓解争地矛盾提供参考。

1 研究区概况

本文选取湖南省109个区(县、市)作为研究区域。湖南位于中部“一中心、四区”地区，是“泛珠三角”计划中的一员，经济发展不可避免要扩大建设用地面积，同时湖南作为农业大省,在国家粮食安全保障战略中占有重要地位。根据湖南省2010年土地利用现状数据和《湖南省土地利用规划(2006—2020年)》(2017年修订版)的规划数据，预计2010—2020年10年间，全省新增建设用地186 764 hm2，其中136 541 hm2来自农用地。2010—2016年，湖南省城市、建制镇、村庄面积均呈上涨趋势，“两头占地”情况突出。各个区(县、市)均有新增建设用地，从85.13 hm2(武陵源区)到3 885.29 hm2(望城区)不等。农用地呈递减趋势，除澧县、安乡县、汉寿县和宁远县外，其余区县农用地缩减面积从25.10 hm2(资阳区)到3 597.13 hm2(望城区)不等。大湘西地区、湘南地区生态环境脆弱，环洞庭湖区是国家级农产品产区，建设用地和农用地争地矛盾突出。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

2.1.1 建设用地规模的评定 建设用地规模采用各个评价单元建设用地之和与总面积的比来衡量。

Bij=(S1+S2+S3)/Si

(1)

式中：Bij为i区(县、市)第j年的建设用地规模；S1为城镇村及工矿用地面积；S2为交通水利运输用地面积；S3为其他建设用地面积；Si为i区(县、市)的总面积。

2.1.2 农用地集约利用水平的评价

(1) 指标体系与权重。土地集约利用是指通过合理增加土地投入和更深层次的利用，实现综合产出最大化的同时保证可持续发展。因此，本文结合前人的相关研究，考虑到指标选取的科学性、综合性和代表性，结合研究区域的实际情况，从土地投入强度、土地利用强度、土地产出效益、土地持续状态4个方面选取12个指标对农用地集约利用情况进行评价。通过X1，X2和X3从人力、设施、技术投入3个方面综合表现农用地投入的强度。通过X4表现利用效率，X5反映农用地的反复利用程度，薄膜可起到保温、保墒、防止肥料流失、防虫等作用，因此采用X6反映土地利用的精细程度，以上3个指标综合效率、重复利用次数和精细程度来反映土地利用强度。X7通过粮食单产反映土地的利用效率，X8则能充分反映所经营的农产品经济价值高低，再结合X9的人力投入—产出比从土地和人力两方面综合反映土地的产出效益。在追求地均和人均产出最大化的同时还要注重土地的可持续利用。于是采用X10反映自然灾害对农用地的影响，选用X11反映地区生态环境的稳定程度，通过X12表现农用地的承载能力，从这3个方面体现地区农用地的可持续能力。利用极值标准化法对指标数据进行标准化处理，再运用熵值法对指标权重进行计算(表1)。

表1 农用地集约利用水平评价指标

(2) 评价方法。根据上述标准化处理的数据和熵权法求得的权重，运用加权求和的方法计算农用地集约利用水平。

(2)

式中：Aij为i区(县、市)第j年的农用地集约利用水平；Wk为各个指标权重；Tk为各项指标标准化值，其中k=1,2,3…,12。Aij越大表示农用地集约利用水平越高。

2.1.3 耦合协调度模型 本文利用耦合协调度模型来衡量评价单元建设用地规模与农用地集约利用水平之间相互影响的程度。其中，协调度仅反映两者的一致程度，而耦合协调度能表现两者协调质量的高低。

(3)

(4)

T=αBij+βAij

(5)

式中：C为耦合度；D为耦合协调度；T为建设用地规模与农用地集约利用的综合评价指数。结合已有研究[20-21]和专家意见，本文确定待定系数α=0.5，β=0.5。通过参考前人经验，将D值分为9个等级(表2)。

表2 耦合协调度等级

2.1.4 空间自相关模型

(1) 全局空间自相关。全局空间自相关用于描述某一变量是否与其相邻空间点存在显著的相关性，本文采用Moran′s 指数来分别分析建设用地规模与农用地集约利用水平在空间上与领域的关联程度。计算方法如下：

(6)

(2) 局部空间自相关。本文引入局部空间自相关来弥补全局空间自相关不能反映局部地区聚类情况的缺陷。通过运用LISA指数来反映耦合协调度的空间聚类关系。其表达式如下：

(7)

2.2 数据来源

研究对象为湖南省109个区(县、市)(因长沙县等13个区(县、市)在研究期间行政范围进行了调整，无法进行连续对比分析，故未在研究对象之列)。历年地类面积数据来自湖南省土地利用现状变更调查数据，地类划分采用规划基数分类。农用地集约利用评价数据和GDP数据来自2010—2017年的《湖南省农村统计年鉴》和《湖南省统计年鉴》，或通过从中获取的数据计算得来。其中缺少2013年的农业从业人数，采用相邻年份插补获得。平均坡度通过LSV下载30 m分辨率DEM高程数据，在ArcGIS 10.2中通过处理获得。

3 结果与分析

3.1 建设用地规模与农用地集约利用水平分析

3.1.1 全局空间自相关特征 从表3可以看出，3个时段的Global Moran′sI指数均大于0，Z值全部通过0.01置信水平下的显著性检验，表明湖南省建设用地规模和农用地集约利用水平的空间分布均呈正相关特征。建设用地规模的Moran′sI值均超过0.68，说明其在空间上高值和低值集聚分布特征明显。农用地集约利用水平的空间关联性在2016年有很大的提升，空间集聚特征越发突出。

3.1.2 局部演化特征 由图1可知，湖南省建设用地规模在空间上以长株潭城市群、岳阳市、常德市、娄底市、邵阳市和衡阳市的中心城区为高值核心，湘西、湘南为低值聚集区。研究期间，建设用地占比47.1%～90%的区(县、市)从15个到16个再到18个，增长最大的是雁峰区，超过0.1，其余区县均未超过0.08。如图2所示，农用地集约利用水平在0.209～0.703的区(县、市)由5个增加至17个，0.070～0.104的区(县、市)由67个下降至42个。表明湖南省6 a间农用地集约利用水平提升大，且2013—2016年的增速较2010—2013年快。其中冷水江市因机械动力投入大、天心区因农用地产值密度提升快，增幅均超过0.1，其余区(县、市)都小于0.059。总体来看，农用地集约利用水平的空间差异较建设用地规模小，在2016年形成北部环洞庭湖区—中部长株潭城市群—南部衡阳市的线状高值区。

表3 建设用地规模与农用地集约利用水平全局相关指数

图1 建设用地规模

图2 农用地集约利用水平

3.1.3 耦合协调分析 图3和图4显示湖南4大板块建设用地规模与农用地集约利用水平耦合协调度的空间分布和聚类情况。(1) 大湘西地区。大湘西地区主要包括湘西自治州、怀化、张家界3市，低—低聚集区面积广大。但是这种状况在研究期间有明显的改善，麻阳苗族自治县等6个区(县、市)均由严重失调转为中度失调。(2) 湘中南地区。湘中南地区主要包括娄底、郴州、衡阳、永州4市，整体耦合协调情况较湘西要好，2010—2013年属于中度失调聚集区，2010年有道县、宁远县、资兴县、桂东县4个低—低聚集县，至2016年降低到2个。衡阳作为湘中南地区的中心城市发展迅速，除南岳区、衡东县和耒阳市外，中度失调区(县、市)均发展为轻度失调。冷水江市、娄星区和除南岳外的衡阳市城区均达到协调水平，以衡阳市城区为中心的高—高协调区面积不断扩大。(3) 长株潭城市群地区。该地区包括长沙、株洲、湘潭3市，整体耦合协调度在湖南省最高。研究所覆盖的长株潭城市群中心城区在2016年均达到协调水平，高—高协调区域不断扩张，由最初的开福区、芙蓉区、天心区、岳麓区4个区(县、市)发展至2013年的5个再到2016年的7个。长株潭城市群与湘中南的衡阳市共同构成湖南最主要的两个高—高协调中心。(4) 环洞庭湖区。环洞庭湖区主要包括常德、岳阳、益阳3市，属于中国的农产品生产区。该地区以中度失调和轻度失调为主并逐步向轻度失调发展，整体耦合协调度上升，武陵区在2013年实现勉强协调并保持住协调状态。(5) 从湖南省整体来看，2010—2016年，严重失调区(县、市)由30个下降至23个，中度失调区(县、市)由48个下降至43个，轻度失调区(县、市)增加4个，濒临失调区(县、市)增加7个，初级协调区(县、市)增加1个。全省建设用地规模与农用地集约利用水平的耦合协调趋势向好。

图3 建设用地规模与农用地集约利用水平耦合协调度

图4 耦合协调度LISA聚类

3.2 机理分析

结合相关研究[3,22-24]，采用常住人口密度作为社会因素、人均GDP作为经济因素、平均坡度作为自然因素，以2016年的数据为例分析建设用地规模和农用地集约利用水平空间分异的机理。

由表4和图5可知，人均GDP、常住人口密度与建设用地规模显著正相关，平均坡度与农用地集约利用水平显著负相关。经济的发展、老龄化社会的到来使得务农的机会成本越来越大，很多农民选择弃农务工。但是出于经济压力、落户限制、念旧情节等原因，绝大多数进城务工的农民并没有能够在城市落户，收入增加和对生活质量要求的提高使得农民在农村产生新的建设用地需求，空心村现象加重。经济发展和人民生活都需要建设用地作为载体，即使当前强调通过内涵挖潜、增存挂钩等减少建设用地扩张，但是每年建设用地规模仍然呈上涨趋势，城市、建制镇、村庄建设用地规模均不断扩大。与此同时，在大量农业劳动力析出的情况下，留守的农民只有实现农业的规模经营和集约经营才能保证自己的收入相当或超过务工收入。农业机械总动力指数和薄膜使用指数等投入和利用强度指标在农用地集约利用评价指标中占有较大的权重，地形条件较好的地区可以通过增加农业机械和资本投入来提高劳动生产率和产值，但是对于山地多、起伏大的湘西和湘南地区来说机械使用受到限制，投入—产出比相对较低。当留守的农民无法兼顾所有农用地时，就会出现粗放经营和撂荒。综上原因产生了建设用地规模、农用地集约利用水平以及两者耦合协调度的空间差异。国家于2012年对《闲置土地处置办法》进行进一步修订，2014—2015年相关部门在全国各地开展了两轮闲置土地大清查和督查处理工作，2018年自然资源部组建后的第一份文件即《关于健全建设用地“增存挂钩”机制的通知》，由此可见建设用地无序扩张已经成为土地资源管理中的一大“顽疾”，而相应的管控措施也越来越严格和科学。湖南省在研究期间建设用地虽然在各个区(县、市)均呈逐年上涨趋势，但是每个区(县、市)分布区间变化不大，建设用地面积的管控取得了一定的成效。从2004年起，国家连续下达关于“三农”的一号文件，农业发展越来越得到重视，在研究期间湖南省农用地集约利用水平提高较快，不断弥补建设用地扩张严重而农用地集约利用水平滞后的鸿沟，使得全省耦合协调区(县、市)个数不断增加(图6)。

表4 相关性检验

注：**代表在0.01水平上显著相关。

图5 研究区常住人口密度、人均GDP和平均坡度

4 结论与建议

本文将湖南省109个区(县、市)作为研究对象，分析湖南省建设用地规模、农用地集约利用水平以及两者耦合协调度的时空演变特征。可以得到如下结论：(1) 建设用地规模以长株潭城市群、岳阳市、常德市、娄底市、邵阳市和衡阳市的中心城区为核心向周边递减，说明经济、社会因素对建设用地规模有显著影响。(2) 农用地的集约利用水平以环洞庭湖区、长株潭城市群、衡阳市为中心向西部和南部递减，整体分布形态与湖南省马蹄形的地形特征相似，说明自然条件对农用地集约利用产生了较大影响。(3) 在建设用地逐年扩张和农用地逐年缩减的背景下，湖南省建设用地规模和农用地集约利用水平非协调面积大，尤以湘西和湘南最为突出，但在研究期间整体协调度逐年稳步提升。根据地区经济、社会发展潜力和自然条件，因地制宜制定土地利用规划是促进协调可持续发展的应有之道。

通过对比中科院研究制定的中国主体功能区划方案[25]，发现国家级重点开发区与湖南省建设用地规模高值区基本吻合，农产品生产区与农用地集约利用高值区基本一致，而重点生态功能区则与建设用规模低值区和农用地集约利用水平低值区有相似的分布特征。由此可见，本文前述研究内容具有可靠性。

图6 各区间区(县、市)数量变化

建设用地扩张大多是以存量建设用地为依托在周边进行开发，侵占的农用地大多质量较好，这种扩张不仅缩减了农用地的数量，还加剧农用地破碎化程度、影响农用地的整体质量，倒逼农用地的集约利用，因此建设用地的内涵挖潜是对农用地数量和质量的双重保护。在后备土地资源不足的情况下，农用地的集约利用为建设用地必要的扩张提供空间，能够缓解可利用土地资源不足的压力。根据以上研究内容，提出几点建议：(1) 严格落实政策要求，不仅要保证增减挂钩农地的数量，还要狠抓质量；(2) 通过出让价格优惠政策等引导开发商利用城镇存量建设用地，积极开展村庄规划，促进存量建设用地的内涵挖潜；(3) 一方面适度鼓励农民从事非农职业，从而通过三权分置将农用地使用权集中于农作大户，促进耕地的规模经营，获取规模效益。另一方面加强对留守农户的技术培训，加大对农业适度规模经营的补助，提高集约利用水平；(4) 农业机械效率和投入产出比不高的生态脆弱区可因地制宜种植特种作物或开展生态旅游，提高农林牧渔服务业产值。对于建设用地规模极高的地区(如长沙市)通过农用地易地置换、农用地指标易地转让等方式在省内实现占补平衡。