四川省耕地集约度与城镇化水平时空变化及耦合关系分析

慕智玉，　任　平*

(　　　1. 四川师范大学 西南土地资源评价与监测教育部重点实验室, 四川 成都 610066;

2. 四川师范大学 地理与资源科学学院, 四川 成都 610066)



四川省耕地集约度与城镇化水平时空变化及耦合关系分析

慕智玉1,2，任平1,2*

(1. 四川师范大学 西南土地资源评价与监测教育部重点实验室, 四川 成都 610066;

2. 四川师范大学 地理与资源科学学院, 四川 成都 610066)

摘要：以四川省为例，分别构建耕地集约度和城镇化水平评价指标体系，运用改进熵值法、动态度法、耦合协调度模型等，对四川省耕地集约度和城镇化水平时空变化及其耦合关系进行分析，得出以下结论：1)耕地集约度水平整体不高，但呈上升态势；区域差异明显，分为高度集约、中度集约、低度集约和不集约4个类型区；经济发展水平和非农指数等是其影响因素.2)城镇化水平整体不高，区域差异明显，可分为高水平区、较高水平区、较低水平区和低水平区4种类型区；经济水平、城市基础设施等是重要影响因素.3)耕地集约度与城镇化水平耦合协调度整体水平不高，大部分地区处于初期阶段和颉颃阶段，但呈缓慢上升趋势；耕地集约度与城镇化水平耦合协调度不仅取决于两者各自水平,且与两者间差距有密切的关系,单一系统综合发展实力水平的提高，并不能促使城市化与耕地集约度之间的良性协调.

关键词：耕地集约度； 城镇化水平； 时空变化； 耦合协调关系； 四川省

耕地资源是人类赖以生存和发展的基础条件，是保证国家粮食安全、经济发展和社会稳定的最根本保证[1]，我国耕地资源的基本特点是人多地少，后备耕地资源可开发潜力小.近年来，我国城镇化发展占用大量耕地，造成耕地面积的进一步减少，耕地资源日益紧缺，而日益增长的非农业人口对粮食与其他作物的需求增加，要求有限的耕地提供更多的产出.因此在耕地资源不断减少而后备资源有限的背景下，提高耕地集约利用水平成为现阶段我国城镇化建设和粮食安全的根本保障.

城镇化是一个国家经济社会发展水平的重要标志，是加快我国实现工业化和现代化的必要途径.虽然城镇建设过程中造成耕地的减少，但城镇化与耕地集约利用并非只是相互矛盾的关系，两者还存在相互促进、相互联系的关系，一方面城镇化的发展要求耕地资源实现集约利用，并为耕地集约利用提供资金、技术等投入的支持，另一方面耕地资源的集约利用又为城镇良性发展提供了动力和保障.实现城镇化与耕地集约利用的协调发展，对协调城镇化与粮食安全的关系、有序推进新型城镇化建设具有重要意义.

目前,学术界对耕地利用与城镇化关系的研究较多,李魁[2]利用Granger因果检验、HP滤波以及计量分析等方法对日本、韩国、中国台湾以及大陆的工业化、城镇化与耕地变化的协动性进行了分析，刘俊等[3]介绍广东省城镇化发展和耕地减少情况及二者之间的显著相关性，宋戈等[4]提出城镇化建设与耕地保护之间问题的关键在于如何处理两者的关系，杨建云[5]构建了河南省耕地面积三次环境库兹涅茨曲线模型，验证工业化、城镇化和耕地面积的关系，韩德官等[6]等通过建立回归模型，定量分析长寿区城镇化与耕地资源变化的关系，王佼佼[7]通过数理统计分析与耦合协调模型，揭示了我国城镇化发展与耕地集约利用的关系，柯新利等[8]以武汉市为例，剖析了城镇化和耕地集约利用水平的关系.但总体而言,探讨耕地集约度与城镇化水平之间关系的研究并不多.基于此，本研究以四川省为例，基于1998—2012年的耕地集约利用的相关数据和2006—2012年城镇化水平的相关数据，运用改进熵值法分析四川省耕地集约度和城镇化水平的时空变化特征，并探究两者之间的耦合协调关系，以期为四川省协调城镇化与粮食安全、耕地集约利用提供参考依据.

1研究区域与数据来源

1.1研究区域四川省位于我国西南腹地和长江上游，包括18个地级市和3个自治州，地貌复杂，包括山地、丘陵、平原和高原4种地貌类型，主要气候类型为亚热带气候类型，农作物为一年两熟或三熟，是我国重要的农业大省.近年来，四川省经济快速发展，城镇化水平不断提高，2012年城镇化率为43.53%，比2000年增加16.84%.但耕地面积却在城镇化进程中快速减少，到2012年四川省耕地面积仅为399.15×104 hm2，比2000年减少35.46×104 hm2，按此趋势，城镇化发展对耕地资源尤其是优质耕地的占用，必将造成耕地总体质量的下降，粮食产量降低，并威胁城镇化的进一步发展.

1.2数据来源本研究所涉及的四川省耕地集约度和城镇化水平的相关数据,主要来源于《四川省统计年鉴(1998—2012)》、《中国统计年鉴(1998—2012)》以及1998—2012年四川省各地级市、州的统计年鉴、国民经济和社会发展统计公告等.少数地级市、州的部分缺失数据采用年平均增长率法所求结果进行替代.

2研究方法

2.1指标选取与权重的确定参照耕地集约利用和城镇化已有研究成果[9-12]，结合研究区域的实际情况，遵循多样性、全面性、可获得性和动态性等原则，分别从投入强度、利用程度、利用效率、可持续度4个方面构建耕地集约度评价指标体系，从人口城镇化、经济城镇化、土地城镇化、社会城镇化和环境城镇化5个方面构建城镇化水平评价指标体系(表1).

传统的层次分析法和特尔斐法，受主观因素的影响较大，易造成评价结果的偏差[13]，熵值法是在综合考虑各因素所提供信息量的基础上计算指标的数学方法，可最大程度的减少人为干扰[14].但熵值法在计算过程中，负值和极值不能直接参与运算，因此，本文采用标准化变换法对其进行改进,缩小极端值对评价结果的影响，使评价结果更加客观和科学[15].

2.1.1数据标准化由于各指标间量纲不同，为使数据具有可比性，对数据进行标准化处理，具体方法如下：

(1)

(2)

2.1.2计算指标Uij的比重Zij

(3)

2.1.3计算第j项指标的熵值ej

(4)

2.1.4计算第j项指标的差异性系数xj

(5)

2.1.5计算第j项指标的权重wj

(6)

2.2综合评价模型+根据上述指标标准化和权重的计算公式，对耕地集约度和城镇化水平综合值进行计算，公式[16]如下

(7)

2.3动态度模型为进一步分析研究区域在一定时间范围内耕地集约度和城镇化水平的动态变化情况，本文引入动态度模型[17]，公式如下

(8)

其中，T为一定时间内系统年变化率；T初、T末分别为研究初期和末期系统综合值；t为研究时段.

2.4耦合协调度模型耦合作为物理学概念，是指2个或2个以上系统或运动形式通过各种相互作用而彼此影响的现象，耦合协调度就是描述系统或要素相互影响的程度，决定了系统由无序到有序的趋势[18].

表 1　耕地集约度和城镇化水平评价指标体系

本文借鉴物理学中容量耦合概念及耦合系数模型[19]，参照文献[20-21]的研究，构造了耕地集约度与城镇化水平协调度及耦合协调度模型

(9)

式中C为n个系统的协调度，取值范围为[0,1]，值越大，说明系统协调度越高，反之越低.P耕和P城分别为耕地集约度和城镇化水平综合值，由于本文只涉及2个系统，故取n=2.但由于各市耕地集约度与城镇化水平存在着相互交错、不平衡和动态发展的特征，可能导致某些地区耕地集约度和城镇化水平都较低但接近时，其协调度却较高的假象.为更真实的反映耕地集约度与城镇化水平之间的情况，就要构建两者的耦合协调度模型，既可判断两者的协调程度，更能反映出各自水平的高低，表达式为：

(10)

(11)

其中，D为耦合协调度，取值范围为[0,1]，值越大，表明系统综合协调能力越强；T为2个系统的综合评价指数；a和b为待定系数，因为耕地集约度与城镇化水平有同等重要性，取a=b=0.5.

本文参照李玉双[22]城市土地集约利用与城市化耦合协调度划分标准，结合耕地集约度与城镇化水平综合值，划分为4个阶段：初期阶段(0～0.3)，此阶段城镇化水平与耕地集约利用水平均较低，城镇化与耕地集约利用依赖程度较弱，相互作用不明显；颉颃阶段(0.3～0.5)，城镇化进入快速发展的初期阶段，城镇化快速发展，以数量扩张为主，而耕地集约度的提高速度或超过或落后于城镇化的发展速度，两者发展水平不协调,处于较低水平的耦合协调阶段；磨合阶段(0.5～0.8)，耕地集约度与城镇化发展水平均有所提高，城镇化进入快速发展的中期阶段，城镇继续向外扩张，并为耕地集约利用提供了资金、技术等的投入，带动了耕地集约度的提高，两者开始出现良性耦合；协调阶段(0.8～1)，城镇化进入快速发展的后期阶段，城市土地集约度提高，扩张速度减弱，同时为耕地集约度提供了更充足的资金、技术等的支撑，而耕地集约度的提高，也为城镇化的进一步发展提供了保障和动力，两者实现和谐互动.

3评价结果与分析

3.1四川省耕地集约度与城镇化水平时空变化分析3.1.1四川省耕地集约度时空变化分析本文以四川省1998—2012年21个地级市、州相关数据为基础，运用上述综合评价模型，计算四川省耕地集约度的综合得分，进而对其时空变化进行分析.通过动态度评价模型可得出(图1)：1998—2012年，四川省大部分地级市、州耕地集约度动态度值为正值，尤以眉山市、凉山州、乐山市等最为突出，说明1998年以来，四川省耕地集约度总体呈现上升的良好态势，原因在于近年来四川省经济快速发展，农业科技水平和机械化水平不断提高，使耕地集约度不断提高；而成都市耕地集约度动态度值为负值，耕地集约度呈下降趋势，原因在于近年来成都市城市化进程加快，耕地面积和农作物播种面积减少速度快，垦殖指数下降，加之农业比较效益较低，农民大量进城务工，劳动力非农指数下降，导致耕地集约度下降.

运用ArcGIS自然分类法，分别取<0.3、0.3～0.4、0.4～0.5、>0.5作为阈值范围，将耕地集约度分为不集约、低度集约、中度集约、高度集约4个等级，通过对1998、2005、2012年四川省耕地集约度综合评价值进行空间分析(如图2所示)，可得出：

1) 四川省耕地集约度整体水平不高，且区域差异明显；

2) 1998年以来，四川省各地级市、州的耕地集约度呈增加态势，高度集约和中度集约地区数量不断增加；

3) 2012年，四川省耕地集约度属于高度集约的地区主要为成都平原附近的德阳市、成都市等7个地区，中度集约的地区包括内江市、绵阳市等10个地区，低度集约的地区包括泸州市和凉山彝族自治州，不集约的地区包括阿坝藏族自治州和甘孜藏族自治州；

4) 自然条件(地形、气候等)、经济发展水平、非农指数、耕地面积、农业科技水平等是地区耕地集约度的重要影响因素.

3.1.2四川省城镇化水平时空变化分析根据2006—2012年四川省18个地级市城镇化水平的相关数据，运用上述改进熵值法计算城镇化水平综合评价值，并运用ArcGIS自然分类法对其进行时空变化分析(图3)，可得出：

1) 四川省城镇化水平不高，大部分地区为中等水平；

2) 2006年以来，城镇化水平变化不明显，只有广元市由较低城镇化水平提升为较高城镇化水平，主要原因在于广元市二、三产业发展较快，大量农民进城务工，非农指数增加，城市环境和服务设施的改善；

3) 城镇化水平区域差异明显，2012年城镇化水平最高的地区为成都市和攀枝花市，水平较高的地区包括绵阳市、乐山市等6个市，较低水平区包括遂宁市、泸州市等8个市，城镇化水平最低的地区为巴中市和达州市；

4) 地区经济发展水平，尤其是二、三产业发展水平，城市基础设施和城市环境等是影响四川省城镇化水平的重要因素.

3.2四川省耕地集约度与城镇化水平耦合协调度分析根据以上所求的四川省耕地集约度和城镇化水平的综合值，依据耦合协调度模型，计算2006—2012年四川省18个地级市耕地集约度和城镇化水平的耦合协调度(表2)，从表中可看出，2006年以来四川省耕地集约度与城镇化水平耦合协调度变化不明显，但呈缓慢上升趋势，主要原因在于2006年以来在国家政策以及市场经济的作用下，四川省城镇快速发展，城镇化水平不断提高，同时，为有效保障国家粮食安全，四川省加强了耕地保护政策，统筹城乡发展，加大了对农业政策和技术的扶持，耕地集约度提高，这些都有效促进了耕地集约度与城镇化水平的耦合协调度.四川省耕地集约度与城镇化水平耦合协调度平均值处在0.328～0.348，表明耕地集约度与城镇化水平关系以颉颃阶段为主，两者处于较低水平的耦合协调阶段，说明四川省虽加强了对耕地和农业的投入，但是相比较而言更加重视城镇化的发展，加之农业比较效益的较低，导致农民对耕地的投入较少，使得耕地集约度的提高速度落后于城镇化水平的提高速度,但从前面对四川省耕地集约度与城镇化水平的分析可看出,两者都呈上升的态势,有利于两者耦合协调度的提高.

表 2　耕地集约度与城镇化水平耦合协调度结果

根据耦合协调度模型及其划分阶段，对四川省耕地集约度与城镇化水平的耦合协调度的时空差异进行分析，结果如表3.2006年和2012年四川省大部分地级市耕地集约度与城镇化水平的耦合协调度处于初期阶段(分别占全省的55.6%、44.5%)和颉颃阶段(分别占全省的38.9%、50%)，处于磨合阶段的地区只有成都市，而达到协调阶段的地区数量为零,说明四川省耕地集约度与城镇化水平的耦合协调度整体水平不高；2012年较2006年相比，耦合协调阶段发生变化的地区为广元市和遂宁市，两者耕地集约度与城镇化水平的耦合协调度由初期阶段转变为颉颃阶段，究其原因：遂宁市自然条件比较优越，农业比较效益较高，加之近年来遂宁市增加了对耕地的投入水平和利用水平，使其耕地集约度由2006年的中度水平提升为2012年的高度水平，耕地集约度水平明显提升，而其城镇化水平却一直处于较低水平阶段，进而导致两者差距的加大；而广元市城镇化水平由2006年的较低阶段提升为2012年的较高阶段，而其耕地集约度虽然也有所提高，但自然条件比较差，农业比较效益较低，耕地集约度水平较低，导致耕地集约度水平的提高速度落后于城镇化水平的提高速度，两者关系失调.四川省耕地集约度与城镇化水平耦合协调度空间差异明显，2012年耦合协调度处于初期阶段的地区包括泸州市、内江市等8个地区，说明这类地区城镇化与耕地集约利用依赖程度较弱，相互作用不明显，而从耕地集约度与城镇化水平的综合值可看出，这类地区耕地集约度与城镇化发展水平均较低，且差距较大；自贡市、攀枝花市等9个地区耕地集约度与城镇化水平的耦合协调度处于颉颃阶段，说明这类地区城镇化水平较高,但耕地集约度与城镇化水平发展不平衡,两者相互影响、相互制约，从其耕地集约度与城镇化水平的综合值可看出，这类地区耕地集约度与城镇化水平较第一类地区都有所提高，但差距也随之增加，应根据各地实际情况采取措施，防止两者差距的进一步拉大；处于磨合阶段的地区只有成都市，说明其城镇化发展由数量扩张转为质的提高，并带动了耕地集约度的提高，两者开始出现良性耦合，从其耕地集约度与城镇化水平的综合值可看出，成都市耕地集约度与城镇化水平均位于全省最高水平，且两者差距较少.综合以上分析可看出，耕地集约度和城镇化水平的耦合协调度不仅与两者各自水平的高低有关，且与两者之间的差距有关，单一系统水平的提高，并不能促使城市化与耕地集约度之间的良性协调.

表 3　四川省耕地集约度与城镇化水平耦合协调度空间等级

4结论与讨论

1) 1998—2012年，四川省耕地集约度整体水平不高，但大部分地级市、州(除成都市外)耕地集约度动态度值为正值，呈上升态势；耕地集约度区域差异明显，分为不集约、低度集约、中度集约、高度集约4种类型区；自然条件(地形、气候等)、经济发展水平、非农指数、耕地面积、农业科技水平等是地区耕地集约度的重要影响因素.

2) 2006—2012年，四川省18个地级市城镇化处于中等阶段，时间序列上变化不大，但区域差异明显，分为高水平区、较高水平区、较低水平区和低水平区4种类型区域；地区经济发展水平，尤其是二、三产业发展水平，城市基础设施和城市环境等是城镇化水平的重要影响因素.

3) 2006—2012年，四川省18个地级市耕地集约度与城镇化水平耦合协调度不高，大部分地区处于初期阶段和颉颃阶段(2012年这两类地区分别占全省的44.5%和50%)，处于磨合阶段的地区只有成都市，而协调阶段的地区数量为零，但全省的耦合协调度值呈缓慢上升趋势；实现耕地集约度与城镇化水平的良性协调，不仅要注重提高各自的水平，也要着眼于缩小两者之间的差距.

本文通过对四川省耕地集约度与城镇化水平时空变化特征的分析，进一步探究了两者之间的耦合协调关系，为四川省实现耕地集约利用与城镇化的良性协调发展提供了参考依据.但仍存在许多不足，耕地集约度与城镇化水平的时空变化及其耦合关系受多种因素的影响，且在不同地区、不同时间段，其变化特征和影响因素是不同的，因此在今后的研究中，应对耕地集约度与城镇化水平耦合协调关系的时空变化及其影响因素做更进一步的探讨.

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(编辑陶志宁)

Spatial-temporal Characteristics and Coupling Relationship Between Urbanization and Cultivated Land Intensive Degree of Sichuan Province

MU Zhiyu1,2，REN Ping1,2

(1.KeyLaboratoryofLandResourcesEvaluationandMonitoringinSouthwestofMinistryofEducation,SichuanNormalUniversity,

Chengdu610066,Sichuan;2.CollegeofGeographyandResources,SichuanNormalUniversity,Chengdu610066,Sichuan)

Abstract：Taking Sichuan province as an example, the spatial-temporal characteristics and coupling relationship between urbanization and cultivated land intensive degree of Chengdu provinc is analysed by using the improved entropy method, dynamic method and natural classification. The conclusion is as follows: 1) The cultivated land intensive degree of Sichuan province is not high, but is tending to be increased. Regional differences are divided into highly intensive, moderate intensive, low degree of intensive and non-intensive type. Economic development level, non-agricultural index and so on are important influencing factors. 2) The overall level of urbanization in Sichuan province is not high, but the regional difference is apparent. It can be divided into four levels of urbanization: high level area, higher level area, low level area and lower level area. Economic level and urban infrastructure are important influencing factors. 3) Cultivated land intensive degree and urbanization level of coupling coordination degree is not high with most of the area at the preliminary stage of development and rivalry stage, but in the slowly rising trend. Cultivated land intensive degree and urbanization level of coupling coordination degree not only depends on both levels but also has close relationship with gap between them, a single system to raise the level of comprehensive development strength can not make good coordination between urbanization and cultivated land intensive degree.

Key words：cultivated land intensive degree; urbanization level; spatial-temporal characteristics; coupling relationship and coordination; Sichuan province

doi:10.3969/j.issn.1001-8395.2016.01.023

中图分类号：F293.2

文献标志码：A

文章编号：1001-8395(2016)01-0128-08

*通信作者简介：任平(1978—)，男，教授，主要从事国土资源管理与生态环境效应研究，E-mail:pren121680@126.com

基金项目：国家自然科学基金(41301196)

收稿日期:2014-10-27