城市土地绿色利用效率与城市化耦合协调性分析——以江苏省为例

赵姚阳,张 宇

(河海大学公共管理学院，南京 210098)

前 言

近年来，随着城市化进程的不断深入，传统的圈地式扩张对经济增长的影响和贡献率随着经济发展阶段的演进逐渐减小[1]，人们开始关注土地集约利用与城市用地效率提升。然而只注重经济、社会效益，忽略环境承载力的土地利用方式导致了环境污染、资源浪费、生态恶化等“城市病”[2]，严重阻碍了社会经济效率和城市化水平的提高。因此，绿色发展是在资源环境约束下城市实现可持续发展的必然选择[3]。土地绿色利用效率是一种全要素生产率，强调经济、社会、生态统筹兼顾、协调发展[4]。较高的土地绿色利用效率能够为城市发展提供动能，助力城市化水平的提高，合理有序的城市化亦可促进土地集约利用，提升城市土地绿色利用效率。因此，研究两者的耦合协调关系对推动城市发展转型、实现城市绿色协调可持续发展具有重要意义。

城市土地绿色利用效率与城市化耦合协调发展的本质是指城市发展过程中土地、人口、资产等关键要素与生态环境之间相互作用、动态演进达到的一种良性耦合状态，是城市发展与生态环境匹配的状态表征[2]。目前学者们关于用地效率与城市化耦合关系的研究主要围绕城市土地利用效率与城市化的关系[5]、城市土地利用效率与城市化耦合协调度的时空演变特征[6]、驱动机制差异[7]、优化提升路径[8]等内容展开。其中，胡业翠等[9]指出我国城市土地利用效率与城市化发展的耦合协调值偏低，且呈现出由东至西梯度递减的特征；王磊等[10]研究环渤海地区城市群发现区域内土地利用效率与城市化耦合协调水平不均衡，具有中心—外围的分布特点；冯长春等[11]通过构建回归模型发现城市用地效率与城镇化水平为非线性关系，不同时期影响两者耦合水平的驱动因素不同。在研究方法上，城市化评价指标体系的构建从单一的土地城市化[12]拓展到空间、人口、经济、社会多个维度[13]，指标权重计算由主观的德菲尔专家评判[14]转向非参数客观的熵权法[15]、随机森林法[8]、主成分分析[16]等；土地利用效率评价指标体系的构建从多投入单一经济产出[17]拓展到多投入经济、社会、生态效益等综合产出[18-19]，效率值计算由传统径向的CCR、BCC模型[20]转向非径向非角度的SFA随机前沿分析[21-22]、超效率SBM模型[23-24]等。纵观以上研究，虽然取得了诸多有价值的研究成果，但仍有两点不足之处：(1)内容上将绿色发展理念贯穿城市用地效率与城市化耦合关系的研究较少，不符合当下绿色、高质量、可持续的城市发展目标；(2)只关注用地效率与城市化的耦合协调水平，忽略其相对发展程度，易陷入高耦合协调度的“衰退陷阱”。

1 材料与方法

1.1 研究区域

江苏省作为中国的经济强省，空间城市化水平高，人口密度大，省内土地资源匮乏，人地关系紧张。尤其是近年来随着城镇化进程的加速，人地矛盾愈发突出、环境承载压力日益增大，不仅严重影响了社会经济运行效率，同时也降低了人居环境质量，因此在绿色发展前提下提高城市用地效率与城市化水平亟待解决。基于此，本研究运用超效率SBM—Undesirable模型、主成分分析和耦合协调度模型对江苏省13市的土地绿色利用效率、城市化水平及其耦合协调关系进行综合测度，借助核密度估计曲线、探索性空间数据分析刻画两者耦合协调度的时空演变特征，并运用Tapio指数动态衡量两者的相对发展程度，提出优化路径，以期为江苏省制定科学的土地利用政策，提高城市用地效率和城市化水平、实现城市绿色、高质量、可持续发展提供借鉴与参考。

1.2 研究方法

1.2.1 超效率SBM-Undesirable模型

超效率SBM-Undesirable模型是对传统数据包络分析的改进[25]，以非径向非角度构建最佳生产前沿面，在解决有效生产决策单元效率值再分解和排序问题的同时，将非期望产出纳入模型的评价指标体系，能够避免角度选择和松弛变量带来的误差，从而更加客观真实的反映研究对象的效率值。其模型构建如式(1)，其中，为城市土地绿色利用效率值；s-、sg、sb分别代表投入、期望产出、非期望产出的松弛变量；λ为权重向量。

(1)

s-≥0,sg≥0,sb≥0,λ≥0

1.2.2 耦合协调度模型

耦合协调度的计算包括耦合度和协调度两部分。耦合度反映了不同系统之间的相互作用强度，协调度则反映了不同系统之间的协调发展水平，其表达式分别为式(2)、式(3)。借鉴已有研究成果[26-27]，对耦合度进行如下划分：0.0

(2)

(3)

式中：C为耦合度；D为协调度；U1、U2分别代表城市土地绿色利用效率和城市化水平；T为两者的综合协调指数，T=αU1+βU2，且α+β=1，基于土地绿色利用效率与城市化同等重要的思想，最终赋值α=β=0.5。

表1 土地绿色利用效率与城市化协调发展类型Tab.1 Types of coordinated development between land green use efficiency and urbanization

1.2.3 脱钩模型

Tapio提出的弹性脱钩指数是当今经济发展、环境资源等领域分析变量之间相对变化关系的主流方法[28]，其优点在于能够按照时间序列揭示变量之间脱钩状态的动态演替过程。这里借助弹性脱钩指数来描述城市土地绿色利用效率与城市化的相对发展程度。公式如下：

(4)

式中e为弹性脱钩指数；ΔU1和ΔU2表示研究期间城市土地绿色利用效率和城市化水平的变化量；U1和U2表示研究期初城市土地绿色利用效率值和城市化水平。脱钩类型的划分见表2。

表2 脱钩类型及弹性值Tab.2 Type of decoupling and elastic value

1.2.4 核密度估计

核密度估计是一种根据数据自身特点和性质进行拟合分布的非参数估计。它能够根据输入要素计算整个区域的数据聚集情况，并通过连续的密度曲线描述随机变量的分布形态和演进特征[29]。其表达式为：

(5)

1.2.5 探索性空间数据分析(ESDA)

ESDA(Exploratory Spatial Data Analysis)是探索性数据分析在空间上的拓展应用[30]。衡量空间相关性最常用的统计量就是Global Moran’s I(全局莫兰指数)和Local Moran’s I(局部莫兰指数)，前者能够反映出空间单元某一属性值在整个研究区域聚集的情况，后者能够描述聚集现象或者异常值出现在哪些空间单元[31]。Global Moran’s I的计算公式如下：

(6)

Local Moran’s I的计算公式如下：

(7)

式中参数含义同式(6)，Ii∈[-1,1]，当Ii>0时，表示空间单元i及其周边地区为属性高值或低值聚集区；当Ii<0时，表示空间单元i的属性为低值而周围单元的属性为高值或者i的属性为高值而周围空间单元为低值。

1.3 指标选取与数据来源

1.3.1 城市土地绿色利用效率与城市化评价指标体系

在充分考虑土地绿色利用效率与城市化内涵的前提下，借鉴已有研究成果[13, 19, 32]，构建如下评价指标体：(1)从生产投入、期望产出、非期望产出3方面构建城市土地绿色利用效率评价指标体系。其中，投入要素为城市建成区面积、市辖区固定资产投资额、市辖区二、三产业从业人员数量；期望产出为市辖区二、三产业产值、在岗职工平均工资和建成区绿化覆盖面积；非期望产出为“工业三废”，即工业废水排放量、工业SO2排放量、工业粉尘排放量。(2)从空间城市化、人口城市化、经济城市化、社会城市化4个维度构建城市化评价指标体系，如表3。

表3 城市化评价指标体系Tab.3 Evaluation index system of urbanization

1.3.2 数据来源与处理

以江苏省13座地级市为研究对象，城市市辖区为研究主体，截取2000、2005、2010、2015、2018年的社会经济、环境保护数据，对城市土地绿色利用效率和城市化水平进行综合测度。指标数据来源于《中国城市统计年鉴(2000—2019)》和江苏省统计年鉴。相关数据处理如下：(1)二、三产业产值和固定资产投资额均以2000年为基期作平减处理，使数据为可比价。(2)运用极差法对城市化评价指标进行标准化处理，并以spss为分析平台，采用主成分分析法确定各项指标权重，最后计算出其综合值。

2 实证分析

2.1 耦合水平的时空变化分析

根据耦合度计算结果，研究期内江苏省各城市土地绿色利用效率与城市化的耦合值均在0.5以下,耦合水平以拮抗阶段为主。从时序变化上看：(1)全省耦合度均值从2000年的0.389 6上升至2018年的0.402 8，增长了3.4%，增幅较小，表明土地绿色利用效率与城市化水平之间相互作用强度逐渐增大，但仍处于较低水平。(2)耦合值处于拮抗阶段的城市占比由2000年的84.6%增至2018年的92.3%，处于低水平耦合的城市占比则由15.4%降至7.7%。从空间分布上看：(1)城市土地绿色利用效率与城市化的耦合值呈苏南>苏中>苏北，其中南京市耦合值最高，一直稳定在0.49左右，宿迁市耦合值最低，为0.2左右。(2)2000～2018年耦合值上升的城市共有7个，分别为无锡、常州、苏州、淮安、盐城、扬州、泰州，其中位于苏南的城市占比42.8%，苏中、苏北各占28.6%。

2.2 协调水平的时空变化分析

2.2.1 时序动态演进规律

借助Stata绘制出2000年、2005年、2010年、2015年和2018年江苏省土地绿色利用效率与城市化耦合协调度的核密度曲线图(图1)，刻画城市耦合协调水平的动态演进规律。具体如下：1从分布位置看，2000～2005年核密度曲线波峰位置向左迁移，2005～2018年波峰位置向右迁移，表明研究期间江苏省城市化与土地绿色利用效率的耦合协调度呈现出先下降后上升的演进趋势。2从波峰高度来看，2000～2010年核密度曲线的波峰高度显著下降，2010～2018年波峰高度有所回升，表示各城市之间耦合协调度差异先缩小后扩大，但缩小幅度大于扩大幅度，整体呈差异缩小趋势。3从曲线左侧拖尾来看，2000～2005年左侧拖尾厚度增加，2005～2018年左侧拖尾厚度减小，表明处于低耦合协调水平的城市数量经历了先增加后减少的演进过程，研究期内低值区城市占比下降。4从曲线右侧拖尾来看，2000～2010年拖尾长度缩短，拖尾厚度增加，表示高值区耦合协调值有所下降，但高值区城市数量增加；2010～2018年拖尾长度增加，拖尾厚度减小，表示高值区耦合协调值上升，但高值区城市占比有所缩减。由此可见，不同时段城市土地绿色利用效率与城市化的耦合协调度具有不同的动态演进特征，但总体呈现出耦合协调水平上升，城市间差异缩小，低值区城市占比减少，中值区城市占比增加，高值区城市占比基本不变的演进态势。

图1 2000～2018年土地绿色利用效率与城市 化耦合协调度核密度变化曲线Fig.1 Kernel density curve of coupling coordination degree between land green use efficiency and urbanization from 2000 to 2018

2.2.2 空间格局分布特征

如图2，江苏省城市土地绿色利用效率与城市化耦合协调度的局域空间分布格局可划分为四类：(1)高高值聚集区(HH)，位于该区的城市表示自身耦合协调值较高且周围城市耦合协调值也高。2005年，仅常州市位于HH区，至研究期末，位于HH区的城市数量增至4个，分别为苏南的南京、无锡、常州和镇江。(2)低高值聚集区(LH)，位于该区的城市自身耦合协调值较低但其周围城市耦合协调值较高。2005～2015年泰州、镇江两市位于该区，2015～2018年镇江市退出LH区进入HH区，仅剩泰州市位于LH区。(3)低低值聚集区(LL)，位于该区的城市自身耦合协调值较低且周围城市耦合协调值也低。研究期内处于LL区的城市数量最多，分别为南通、扬州、连云港、盐城、淮安和宿迁6座城市。(4)高低值聚集区(HL)，位于该区的城市自身耦合协调值较高而周围城市耦合协调值较低。研究期内位于HL区的城市数量由3个缩减至2个，2005～2010年南京市由HL区进入HH区，而苏州、徐州两市一直稳定在该区。综上，江苏省土地绿色利用效率与城市化耦合协调度的局域空间格局分布以高高值聚集，低低值聚集为主，邻近同伴效应显著，且耦合协调值分布格局与省内经济社会发展情况基本吻合，呈现出由南到北依次下降的梯度分布态势。

图2 耦合协调度局部Moran’s I散点图Fig.2 Local Moran’s I scatter plot of coupling coordination degree

2.3 相对发展程度

耦合度和协调度可以反映出城市土地绿色利用效率与城市化的相互作用强度和协同发展水平，但无法反映两者之间的相对发展程度。这里借助脱钩系数动态观测土地绿色利用效率与城市化的相对变化情况，判断制约城市发展的原因，避免高耦合协调度下的“衰退陷阱”。

表4 土地绿色利用效率与城市化脱钩类型Tab.4 Land green use efficiency and urbanization decoupling type

由表4可知，研究期间江苏省城市土地绿色利用效率与城市化的脱钩关系具有多元化的特征，可以概括为三种类型：(1)效率滞后型，其主要包括强脱钩和弱脱钩两种关系，分别表现为某时段内绿色效率值降低而城市化水平提高，或绿色效率值、城市化水平同步提高但前者提升幅度小于后者。截至研究期末，该种类型主要包含了无锡、常州、扬州、泰州、淮安、盐城等城市。(2)城市化水平滞后型，其主要包括扩张负脱钩和强负脱钩两种关系，分别表现为绿色效率值、城市化水平同步提高且前者提升幅度大于后者，或绿色效率值提高而城市化水平降低。截至研究期末，该种类型主要包含了南京、镇江、苏州、南通、徐州、连云港等城市。(3)双重滞后型，其主要包括弱负脱钩和衰退脱钩两种关系，表现为绿色效率值、城市化水平同时降低。截至研究期末，该种类型只包含了宿迁市。综上，从脱钩关系上看，研究期内江苏省各城市土地绿色利用效率与城市化的发展始终处于脱钩状态，主要表现为效率滞后与城市化滞后交替出现，效率滞后型城市占比从2005年的53.8%降至2018年的38.5%，表明在数量分布上主要类型呈现出由效率滞后向城市化滞后转变的趋势。

3 结论与建议

3.1 结论

3.1.1 研究期内江苏省各城市土地绿色利用效率与城市化的相互作用强度逐渐增大，但仍处于较低水平，耦合水平以拮抗阶段为主。

3.1.2 研究期内城市土地绿色利用效率与城市化耦合协调度总体呈上升趋势，城市间差异缩小，低值区城市占比减少，中值区城市占比增加，高值区城市占比基本不变。

3.1.3 研究期内土地绿色利用效率与城市化的耦合协调度存在显著正向全局空间自相关，且相关性增强。从局域空间格局分布看，耦合协调水平以高高值聚集，低低值聚集为主，邻近同伴效应显著，呈现出由南到北梯度递减的分布格局。

3.1.4 研究期内各城市土地绿色利用效率与城市化的相对发展程度表现为效率滞后与城市化滞后交替出现，主要类型呈现出由效率滞后型向城市化滞后型转变的趋势。

3.2 政策建议

基于上文分析提出如下建议：(1)对于效率滞后型城市，应当以“严控增量、盘活存量、提升质量”为出发点提升城市土地绿色利用效率。随着城市化水平的不断提高，城市用地规模的扩大并未伴随用地效率的提升，表明此类城市应适度控制建设用地规模，用挖潜代替增量，以优化城市内部结构、推动产业结构升级为着力点，促进土地绿色集约利用，提高用地效率。(2)对于城市化滞后型城市，不同规模与经济发展水平的城市应采取不同的优化措施。镇江、南通、连云港等城市，应当适度扩大城市规模，着力打造特色产业、培育区域产业增长极，提高城市对资本和劳动力的吸引力。南京、苏州、徐州等城市，应聚焦核心技术创新，以技术革命推动产业升级，致力于打造绿色、创新型城市群，促进土地绿色利用效率与城市化之间良性共振；同时，也要充分发挥空间溢出效应，以自身较高的耦合协调水平带动周边城市发展。(3)对于宿迁此类双重滞后型城市，应从调整城市内部土地利用结构着手，合理规划城市产业布局与规模，立足新型工业化，推动区域内产业支撑由二产向三产转变；同时，完善交通道路等基础设施建设，促进生产要素流通以及与周边城市的联系互动，增强土地绿色利用效率与城市化之间的相互作用，推动两者协调发展。