西安市土地利用效益与城镇化耦合协调关系

仉振宇, 朱记伟, 解建仓,, 张永进, 马增辉

(1.西安理工大学 省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室, 西安 710048;2.陕西高校新型智库 生态水利与可持续发展研究中心, 西安 710048;3.陕西省土地工程建设集团 国土资源部 退化及未利用土地整治工程重点实验室, 西安 710075)

土地资源是城镇化运行的载体，是人类赖以生存和发展的物质基础，既有自然属性，又有经济属性[1]。土地利用效益是指区域土地上投入的劳动资本以及所消耗资源的产出总量，它能反映资源优化配置的程度，表明自然资源、劳动价值以及资金等投入的实现程度，是衡量土地利用可持续性的重要标度[2-3]。城镇化作为驱动经济发展、推动社会进步和区域协调发展的主要动力，是现代化的必由之路，也是现代化的必然结果，其速度和质量对城镇产业发展具有重要影响，而城镇化水平是一个国家发达程度的重要标志之一[4-6]。随着我国城镇化进程的不断推进，经济社会发展与土地资源利用的矛盾日益显著，环境污染、土地退化、人地关系矛盾突出等环境问题也随之凸显，土地利用效益与城镇化的协调发展水平研究已经成为土地管理学科的热点问题[7-8]。实现土地利用效益与城镇化的耦合协调发展，寻求两者之间均衡、健康的发展关系，对于土地资源高效管理和利用以及城市规划和可持续发展具有重要意义[9-10]。国外学者对土地利用与城镇化的相关研究主要包括通过主成分分析法等方法探究由城镇化引起的土地利用和景观格局时空演变[11]，在计算归一化植被指数(NDVI)以及城市热场变异指数(UTFVI)等参数的基础上对地表温度进行估算并研究土地利用变化和城镇化对城市气候的影响[12-13]，在大尺度范围下探索土地城镇化质量(LUQ)时空特征及影响因素[14]。国内学者的相关研究主要集中在城镇化测度[15-17]、土地利用效益评价及空间格局演变[18-22]、城镇化系统内部之间的相互影响[23-25]等方面，以城市群或省份等为研究区的大尺度下土地利用与城镇化之间的协调发展关系研究较为丰富[26-32]，而以重点城市为范围进行土地利用效益与城镇化耦合协调发展研究逐渐成为相关领域的研究趋势[33-34]。《关中平原城市群发展规划》明确了西安建设国家中心城市的目标定位。西安作为中国西部经济与交通中心枢纽、国家新经济中心城市以及“精英之城”，经济社会发展迅速，国际影响力显著提升，带动西部高水平发展并辐射全国，努力改变中国经济东强西弱、南强北弱的不平衡发展现状，将成为未来全球格局下具有全球竞争力与可塑性的国际化大都市。本研究在构建土地利用效益与城镇化水平指标体系的基础上，计算2005—2015年土地利用效益与城镇化水平评价指数，探究耦合协调关系，通过计算灰色关联度对两者的相互影响以及关联性进行分析研究，对西安建设丝绸之路经济带新起点、国家中心城市以及国际化大都市过程中，以土地资源的高效利用优化城镇化布局和形态、推动城市建设规划与土地利用效益协调发展以及缓和发展过程中产生的人地关系矛盾具有重要意义。

1 研究区概况

西安市位于黄河流域中部关中平原腹地，处于东经170°40′—109°49′，北纬33°42′—34°45′，辖境东西长约204 km，南北最大宽度约116 km，面积为10 108 km2。西安市属于暖温带半湿润大陆性季风气候，季节性变化明显，四季冷暖干湿分明，全市年平均气温为13.3℃，平原区干旱指数为1.29～2，无霜期220 d左右，多年平均降水量为740.4 mm，蒸发量由北向南逐渐减少。西安市现辖新城、碑林、雁塔、莲湖、未央、灞桥、阎良、长安、临潼、鄠邑、高陵11个区以及蓝田、周至两个县，有7个国家级开发区，并代管一个国家级新区，即西咸新区。截至2018年，城市建成区面积达700.27 km2，年末全市常住人口1 000.37万人，经济运行情况较为良好，产业结构布局较为合理，城市治理已经取得较为显著的成效，人民生活水平不断提高。近年来，西安市以国家中心城市为依托，加快国家化大都市建设，成为带动大关中、引领大西北、辐射北方内陆地区的核心城市。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本次研究的数据来源于西安市统计局发布的《西安统计年鉴》。研究对统计年鉴中2005—2015年的数据进行筛选，直接使用部分数据作为指标数据，同时对相关数据进行计算处理，获得部分指标，用于计算西安市土地利用效益指数以及城镇化水平指数，在此基础上对西安市土地利用效益与城镇化的耦合协调关系进行研究。

2.2 研究方法

2.2.1 指标体系构建 本次研究从土地利用效益以及城镇化水平两个方面选取相关评价指标。土地利用效益和城镇化水平是多维复杂系统，影响因素较多，需要从协调发展、可持续发展、系统学等多角度全面考虑指标选取。通过研究和总结大量的参考文献，在借鉴相关研究成果的基础上，融入创新思维，将土地利用效益划分为经济效益、社会效益和生态效益3个子系统，每个子系统选取5个指标(总计15个指标)进行土地利用效益测度；将城镇化水平划分为人口城镇化、经济城镇化、社会城镇化、生态城镇化和教育城镇化5个子系统，每个子系统选取5个指标(总计25个指标)进行城镇化水平测度。所构建的指标体系见表1和表2。

表1 土地利用效益指标体系

表2 城镇化水平指标体系

按照科学性、综合性、系统性、可比性的原则以及前人的相关研究进行指标选取。

地均GDP、地均固定资产投资额、地均二、三产业增加值、地均财政收入以及地均社会消费品零售额表征土地利用过程中经济产出的水平以及产业结构的调整情况；人口密度、人均拥有道路面积、人均城建区面积、地均公共交通客运总量以及地均从业人数表征土地对人口数量的承载能力以及对居民生活的满足情况；城市园林绿地面积、人均公共绿地面积、建成区绿化覆盖率、年末绿化覆盖面积以及垃圾无害化处理率表征土地的生态利用状态。

非农业人口数、乡村非农业产业从业人员比重、城镇化率、城市人口自然增长率以及第二、三产业从业人口比重表征城镇人口数量的增长以及就业情况的变化；人均GDP、城镇居民人均可支配收入、人均固定资产投资额、人均社会消费品零售额以及二三产业产值占GDP比重表征城镇化过程中劳动资金投入、经济发展和产业结构变化；每万人拥有医院床位数、燃气普及率、全社会车辆数、路灯盏数以及移动电话用户数表征城镇化对社会生活的积极影响；污水处理率、清扫保洁面积、市容环卫专用车辆设备数、污水再生利用量以及清运生活垃圾表征城镇生态保护和绿色发展情况；每万人在校大学生数、科技活动人员、普通高等教育教职工数、特殊教育专任教师数以及科技活动经费使用总额表征人才教育与科研创新发展。

2.2.2 评价模型构建

(1) 指标标准化。本次研究采用均值化法[35]对指标数据进行无量纲化处理，消除量纲和数量级对指标评价的影响，均值化后各指标的均值为1。均值化法计算公式为：

(1)

(2) 确定指标权重。在阅读大量相关研究文献的基础上，基于客观性原则，最终选择变异系数法确定土地利用效益和城镇化水平各个指标的权重，其计算公式为：

(2)

(3)

(4)

式中：wj为第j个指标的权重；δj为第j个指标的变异系数；σj为第j个指标的标准差。

(3) 评价指数计算。由标准化后的指标数值以及计算所得的权重，可计算土地利用效益以及城镇化水平的评价指数，计算公式为：

(5)

(6)

式中：U1，U2分别为土地利用效益以及城镇化水平评价指数；yj为土地利用效益指标中第j个指标；wj为土地利用效益水平指标中第j个指标的权重；yi为城镇化水平指标中第i个指标；wi为城镇化水平指标中第i个指标的权重。

(4) 耦合协调度计算。耦合度是指系统或者要素之间相互作用、影响的程度[36]。采用耦合协调度模型进行土地利用效益与城镇化水平耦合协调度计算，计算公式为：

(7)

T=αU1+βU2

(8)

(9)

式中：C为土地利用效益与城镇化水平耦合度；T为土地利用效益和城镇化水平综合评价指数；D为耦合协调度。

耦合协调度的取值范围为[0,1]。为了更好地说明土地利用效益与城镇化水平耦合的程度，将计算所得的耦合协调度进行等级划分，耦合协调度越大，所处的协调状态越好，反之则越差，耦合协调度等级划分见表3。

(5) 灰色关联度计算。灰色关联度可以衡量某个系统受其他因素影响的相对强弱，便于分析系统与各指标之间的关系。灰色关联度计算公式为：

(10)

(11)

式中：ξj(i)为灰色关联系数；Δj(i)为土地利用效益评价体系中第j个指标标准化后的数值与城镇化水平指数的绝对差值或者城镇化水平评价体系中第j个指标标准化后的数值与土地利用效益指数的绝对差值；Δ(max)为绝对差值中的最大值；Δ(min)为绝对差值中的最小值；α为分辨系数，取值范围为[0,1]，通常取0.5；Rj为灰色关联度；m为研究年份的数量。Rj越大，表示土地利用效益评价体系的指标对城镇化(或者城镇化水平评价体系的指标对土地利用效益)影响程度越高。

表3 协调度等级划分

3 结果与分析

3.1 土地利用效益与城镇化评价

3.1.1 土地利用效益评价 对所获取的原始数据计算及整理后，获得土地利用效益指标权重(表1)。在此基础上，对2005—2015年西安市土地利用的经济效益、社会效益、生态效益进行评价(图1)。近10 a，西安市土地利用效益指数增长了2.77倍，且呈现出持续增长的现象。土地利用效益指数在2005—2014年增长速度较快且较为稳定，而在2014—2015年增长速度明显减缓。经济效益指数在2005—2015年增长了4.71倍，2005—2014年呈现出逐年增加的趋势，而后则有所下降，2007—2014年增长速度较快；生态效益指数在2005—2015年增长了1.9倍，但是指数总体较小，其增长符合“较快增长—平稳发展—缓慢增长”的趋势；社会效益指数增长幅度较小且增长速度缓慢，其在土地利用效益指数中占比最少，发展相对滞后。

图1 2005-2015年西安市土地利用效益指数

土地利用效益指数3个子系统在所研究的各个年份中均表现出“经济效益指数>生态效益指数>社会效益指数”，且自2008年开始，经济效益指数占据了绝对主导地位，这在一定程度上说明了经济效益对土地利用效益具有重要贡献。在“十五”规划期间，西安市以西部大开发为发展契机，进一步扩大经济发展规模，实现了经济平稳增长，土地利用结构与区域布局更加合理。2009年国务院发布实施《关中—天水经济区发展规划》，提出将西安建设成为国际化大都市。在此基础上，西安市深化土地制度改革，优化土地资源配置，积极推动城乡统筹建设和生态环境治理协调发展，土地利用效益持续增加。

3.1.2 城镇化评价 对所获取的原始数据计算及整理后，获得城镇化水平指标权重(表2)。在此基础上，对2005—2015年西安市城镇化的人口城镇化、经济城镇化、社会城镇化、生态城镇化以及教育城镇化进行评价(图2)。2005—2015年西安市城镇化水平指数逐年增长，2015年较2005年增长了2.21倍。2008—2009年城镇化水平指数增长速度显著增加，而在2013—2015年则有所放缓。经济城镇化指数增长了3.57倍，2005—2014年其增长速度较为平稳，而2014—2015年经济城镇化的发展显著减慢；生态城镇化指数增长了1.93倍，除2009—2010年出现小幅下降外，其余年份均呈现逐年递增的现象，2008—2009年以及2012—2013年增长速度较快；社会城镇化指数增长了2.38倍，增长速度较为平稳；教育城镇化指数在2005—2015年增长了2.08倍，其数值在2005—2014年持续增长，仅在2014—2015年出现小幅下降；人口城镇化指数未发生明显变化。

城镇化5个子系统中，经济城镇化指数和生态城镇指数在城镇化水平指数中占比最大，在2009年之前(含2009年)生态城镇化占据主导地位，而在2009年后经济城镇化成为对城镇化水平指数影响最大的子系统；社会城镇化指数与教育城镇化指数交替上升，对城镇化水平指数影响较为显著；而人口城镇化指数所占比重最小，对城镇化水平指数影响较小。“十二五”规划期间，西安市持续推进城乡一体化发展，加快经济发展方式转变，不断加快城镇化建设。2010年以来，西安市围绕“八水绕长安”的主题开展了一系列生态恢复治理工程，采取水土资源复合开发利用模式，在进行生态环境治理的同时促进城市经济发展，是经济城镇化指数与生态城镇化指数共同上升的重要原因之一。

图2 2005-2015年西安市城镇化指数

3.1.3 综合评价 在对2005—2015年西安市土地利用效益和城镇化水平指标原始数据进行处理的基础上，获得各年份土地利用效益指数、城镇化水平指数以及土地利用效益和城镇化综合评价指数，并对其进行评价分析(图3)。2005—2015年土地利用效益指数、城镇化水平指数以及土地利用效益和城镇化综合评价指数均呈现出逐年递增的趋势，表明近10 a西安市土地利用所带来的效益影响较为显著，城镇化发展势头良好，二者的综合发展水平逐年上升，呈现出相互促进的发展态势。2005—2007年西安市土地利用效益相对滞后于城镇化发展，2008年土地利用效益暂处于领先状态，而2008—2009年城镇化发展速度显著提升，重新占据主导地位。2010—2015年土地利用效益成为影响两者综合发展的主要因素，综合评价指数在2015年达到峰值1.541 0。对2005—2015年土地利用效益指数、城镇化水平指数以及土地利用效益和城镇化综合评价指数进行线性拟合[37](图3)，所得结果为：

Y1=0.1245x+0.2531，R2=0.9920
Y2=0.1165x+0.3009，R2=0.9865
YT=0.1205x+0.2770，R2=0.9960

(12)

拟合程度良好，土地利用效益指数增长速度略大于城镇化水平指数，城镇化水平仍有一定的提升空间。

3.2 耦合协调度结果与分析

根据各年份的土地利用效益指数与城镇化水平指数计算得出土地利用效益与城镇化的耦合协调度(图4)。2005—2015年西安市土地利用效益与城镇化的耦合协调度逐年递增，由2005年的0.476 0增长为2015年的0.877 7，其耦合协调状态由濒临失调转变为良好协调。2005—2015年西安市土地利用效益与城镇化的耦合协调演变过程可划分为3个阶段：失调衰退阶段(2005—2006年)、过渡发展阶段(2007—2012年)、协调发展阶段(2013—2015年)。

图3 2005-2015年西安市土地利用效益、城镇化水平以及综合评价指数

图4 2005-2015年西安市耦合协调度

(1) 失调衰退阶段。2005—2006年西安市土地利用效益与城镇化耦合协调度分别为0.470 6，0.492 9，耦合协调状态为濒临失调，且耦合协调度增长较为缓慢。在这一阶段中，由于西安市的实际建设发展状态与迫切的发展增速需求之间存在一定的差距，且西安市位于西北干旱区，水资源较为缺乏，生态系统较为脆弱，土地利用效益和城镇化处于较低的发展水平，导致两者的耦合协调发展依旧处于较低的水平，且两者之间尚未形成紧密的协调关系。但是由于20世纪初西安市整体发展状况较为良好，社会发展稳定，经济运行较为平稳，产业结构较为合理，具有良好的建设基础和发展前景，土地利用效益与城镇化未出现较为严重的失调现象。

(2) 过渡发展阶段。2007—2012年期间，西安市土地利用效益与城镇化耦合协调度由0.551 0增加为0.788 4，耦合协调状态由勉强协调(2007—2008年)转变为初级协调(2009年)，最终达到中级协调(2010—2012年)。西安市土地利用效益和城镇化水平均有所提高，政府更加重视两者之间的协调发展。随着多项土地保护政策出台以及生态环境治理与修复项目的开展，土地利用空间结构日趋合理，土地利用效益增加较为显著，在人口、经济、社会、生态、教育城镇化多角度发展的背景下，西安市城镇化进程加快。土地利用效益与城镇化相互影响、相互促进，一定程度上实现了两者的协调发展。

(3) 协调发展阶段。2013—2015年西安市土地利用效益与城镇化耦合协调度分别为0.840 4，0.874 1，0.917 7，耦合协调状态由良好协调(2013—2014年)转变为优质协调(2015年)，且耦合协调度增长速度较快，增长幅度为9.20%。在这一阶段中，西安市土地利用效益与城镇化已经处于相对较高的发展水平，土地利用结构与资源利用方式已经有了较为明显的优化，城镇化发展速度显著提高。2012年党的十八大强调把生态文明建设放在突出位置，努力建设美丽中国，西安市积极响应，在经济、社会、生态、教育等方面加快城镇化建设，优化资源配置，创新建设发展方式，将土地利用效益和城镇化发展相结合，使两者的协调发展关系更加紧密。

3.3 灰色关联度结果与分析

2005—2015年西安市城镇化水平与土地利用效益各指标的相互关系以及土地利用效益与城镇化水平各指标的相互关系见表4—5。土地利用效益各指标与城镇化水平的灰色关联度介于0.479 0～0.864 9。城市园林绿地面积、年末绿化覆盖面积、地均GDP、地均社会消费品零售额对城镇化水平影响程度最高，关联度均大于0.750 0，地均固定资产投资额等经济效益指标、人均公共绿地面积等生态效益指标以及人均城建区面积等社会效益指标的排序位次也较为靠前。由此可见，土地利用效益中的经济效益以及生态效益对城镇化水平的影响程度较高，而部分社会效益指标对城镇化水平的不断发展同样起到了重要作用。提高土地利用经济、生态、社会效益能够为城镇化建设提供坚实的物质基础并在一定程度上维护社会稳定，合理的土地利用结构意味着在经济快速发展的同时能够保证生态环境良好，实现人与自然能和谐共生，这与土地资源的高效配置能促进城镇化发展的公众认知是一致的。因此，在不断优化经济结构、转变经济发展方式的同时，也要注重资源节约、环境友好的绿色发展体系构建以及满足人们日益增长的精神文化需求。

城镇化水平各指标与土地利用效益的灰色关联度介于0.432 2～0.873 9，各指标与城镇化水平的关联性存在较大差异且影响程度不尽相同。其中，人均GDP、清运生活垃圾、城镇居民人均可支配收入、清扫保洁面积、全社会车辆数对土地利用效益的影响较为显著，关联度均大于0.810 0，人均固定资产投资额等经济城镇化指标、市容环卫专用车辆设备数等生态城镇化指标、人均城建区面积等社会城镇化指标、科技活动经费使用总额等教育城镇化指标的排序位次也较为靠前，而人口城镇化指标的排序位次相对靠后。由此可见，经济、生态、社会、教育城镇化对土地利用效益的影响程度较高，而人口城镇化未起到显著的推动作用。经济建设与社会发展仍然是提高土地利用效益的关键因素，积极推动城乡协调发展，深化经济体制改革是提高土地利用效益的重要措施。生态文明建设同样也是影响城市土地利用规划与发展的关键因素。同时，教育作为一项能够影响国家未来和社会发展的活动，壮大教育力量、关注教育质量、完善教育制度、增加科研投入与产出对提高土地利用效益同样具有积极影响。在城镇化过程中，经济发展与社会稳定对位于具有极大发展机遇的西部地区的西安市来说极其重要，同时西安市地处西北干旱区，水资源较为短缺，生态环境对社会协调发展的基础性作用显得尤为重要，由于西安市外来人口较多但落户人口较少，导致城镇人口增加相对较为缓慢，因此人口变化对土地利用效益的影响并不显著，这与实际情况相符合。

表4 土地利用效益对城镇化影响因素排序

表5 城镇化对土地利用效益影响因素排序

4 讨论与结论

4.1 讨 论

本文采用变异系数法客观性地确定权重，对2005—2015年西安市土地利用效益和城镇化水平进行测算，并通过计算耦合协调度、灰色关联度，较好地解释了研究区土地利用效益与城镇化水平的变化、两者之间的耦合协调关系以及两个系统的关联性和相互影响关系，为西安市进一步优化土地利用结构、合理配置土地资源以及推进城镇化建设提供理论支撑。

由于篇幅和数据获取等因素的影响，本研究选取的时间范围相对有限，土地利用效益与城镇化水平准则层的维度扩增以及两者耦合协调关系的时空分异特征仍需完善和考虑，以期进一步为西安国家中心城市建设服务。

4.2 结 论

(1) 2005—2015年西安市土地利用效益指数逐年增长，且“经济效益指数>生态效益指数>社会效益指数”，经济效益在土地利用效益中占据主导地位；城镇化水平指数增长速度呈现出“平稳—加速—平稳—放缓”的变化趋势，经济城镇化指数和生态城镇化指数在城镇化水平指数中占比最大，而人口城镇化对城镇化发展影响较小；土地利用效益与城镇化综合发展水平逐年上升，两者呈现出相互促进的发展态势，前者指数增长速度略大于后者。

(2) 土地利用效益与城镇化的耦合协调度逐年递增，耦合协调阶段由失调衰退阶段转变为过渡发展阶段，最终达到协调发展阶段，其耦合协调状态由濒临失调转变为优质协调。西安市更加注重经济、社会、生态、教育等方面全面发展，优化资源配置，调整土地利用结构，将土地利用效益和城镇化发展相结合，使两者的协调发展关系更加紧密。

(3) 土地利用效益与城镇化水平之间存在相互影响的关系。经济效益以及生态效益对城镇化水平的影响程度较高，而部分社会效益指标对城镇化水平的不断发展同样起到了重要作用；经济、生态、社会以及教育城镇化对土地利用效益的影响程度较高，而人口城镇化未起到显著的推动作用。

(4) 土地利用效益与城镇化水平是两个相互促进、紧密相关的协调发展系统，既要满足经济增长带动区域发展的基本要求，也要加强生态环境保护，在保障教育的同时优化人口结构，创新土地利用方式，优化土地利用结构，最大程度上实现土地利用效益增值，加快西安市城镇化由速度型向质量型转变发展，实现量质齐升，推动土地利用效益与城镇化协调发展。