江苏省土地利用效益空间相关性和耦合协调度分析

汪 馨

(河海大学 公共管理学院， 江苏 南京 211100)

0 引言

【研究意义】土地是经济活动运行的载体，在人类生产生活中发挥着巨大的作用，但可供人类利用的土地资源有限，如何满足人口和经济持续增长对土地产品的需求是学术界关注的重点[1]，土地资源的稀缺性和地位的重要性约束人类集约高效地利用土地，因此有必要对土地利用方式及其效益进行评价，以优化土地利用结构，使土地资源配置更加合理高效。【前人研究进展】国内学者已对高效利用土地展开了包括土地的集约利用、规模利用、可持续利用等一系列研究。土地利用是人类开发建设活动作用于土地而产生的一系列综合反应[2]，其目的是获得物质产品和服务，土地利用效益则是衡量土地在利用过程中物质产品和服务的产出量，包含社会效益、经济效益和生态效益，其测算方法是在一定的时间和空间范围内，将一定范围内土地产生的各项效益值进行累加[3]。江苏是中国东部城市化、经济发展较活跃和人地矛盾最突出的省份之一[4]，人均国土面积最少但综合发展水平最高[5]，其城市土地利用问题尤其突出。近年来，江苏省经济社会发展迅猛，城市化和工业化水平不断提高，城市用地规模扩张的同时也导致了城市用地结构不合理、土地粗放利用和城市环境污染严重等一系列问题，制约了城市可持续发展，转变土地利用方式和提高土地利用效率已成为急需解决的关键问题。【研究切入点】相关统计数据显示，1978—2018年苏南地区的国民生产总值占全省比重增加9.23百分点，而苏中和苏北地区分别减少2.81百分点和6.41百分点，区域经济发展差距仍在进一步扩大[6]。学术界对江苏省内部发展不平衡的研究主要集中在经济[7-8]和历史文化[9]视角，较少有学者从土地利用视角出发，研究江苏省各市土地利用效益的差异。【拟解决的关键问题】以江苏省13个地级市作为研究对象，通过建立评价指标体系，定量测算各市土地利用效益得分，分析比较苏南、苏中、苏北3个地区土地利用效益差异和空间分布特征，探明各市土地利用效益存在的空间关联性以及各效益系统耦合协调度发展类型，并从土地利用角度提出促进江苏省各市均衡发展的建议，为合理利用土地提供参考。

1 数据来源与方法

1.1 研究区概况

江苏省地处中国东部沿海地区，地貌主要由平原、地山丘陵和水域构成，地势平坦，跨江濒海，湖泊众多。江苏省地处长江经济带，下辖南京、无锡、徐州、常州、苏州、南通、连云港、淮安、盐城、扬州、镇江、泰州、宿迁13个地级市，位于东经116°18′～121°57′，北纬30°45′～35°20′，全省面积10.72万km2，约占中国的1.12%。其中，农用地648.21万hm2，占全省土地总面积的60.47%；建设用地229.19万hm2，占全省土地总面积的21.38%。

江苏省作为发展水平位列全国前端的省份，亦面临着省内发展不平衡的问题，其经济发展的增长驱动力主要来自苏南地区，苏北地区经济长期呈现动力不足、效益较低下的局面。江苏省委省政府出台了苏南带动苏北，实现经济平衡发展的一系列政策，旨在扭转区域经济发展差距扩大的趋势[6]。

1.2 数据来源与评价指标体系构建

数据主要依据《江苏统计年鉴2019》和各地级市《国民经济和社会发展统计公报》，矢量空间数据来源于国家科技基础条件平台——国家地球系统科学数据共享平台(http://www.geodata.cn)。对于指标选取，综合考虑评价指标的科学性、综合性、层次性、数据来源的可及性等因素，研究从社会效益、经济效益、生态效益3个方面选取了15个指标构成指标体系(表1)。

表1 江苏省土地利用综合效益评价指标体系

1.3 数据处理

1.3.1 指标标准化 首先建立由n个样本m个指标构成的矩阵X={Xij}n×m，土地利用效益评价指标体系由不同单位的标构成，为去除数据单位和属性的影响，将其转化为无量纲的纯数值，即对指标进行标准化处理，所有指标均转换成可统一比较的数值[10]。评价指标标准化有多种方法，主要包括直线型方法(如极值法、标准差法)、折线型方法(如三折线法)、曲线型方法(如半正态性分布)，研究采用极差标准化法对指标进行标准化处理，将评价指标分为2种类型：

对于数值越大效益越高的指标：

对于数值越小效益越高的指标：

式中，Xij为第i个方案第j个指标的数值，为便于统计应用，记标准化后的数值仍为Xij。

1.3.2 确定指标权重 研究采用熵值法确定各指标权重。熵最初来源于物理学中的热力学概念，主要反映系统的混乱程度，现已广泛应用于可持续发展评价及社会经济等研究领域[11]。熵值法是一种客观赋权法，其根据各项指标观测值提供信息的大小确定指标权重。在信息论中，熵是对不确定性的一种度量，信息量越大，不确定性越小，熵也越小；信息量越小，不确定性越大，熵也越大[12]。根据熵的特性，可以通过计算熵值判断方案的随机性及无序程度，也可以用熵值判断某个指标的离散程度，指标的离散程度越大，该指标对综合评价的影响越大，如果某项指标的指标值全部相等，则该指标在综合评价中无作用。

1) 计算第j项指标下第i个方案占该指标的比重。

2) 计算第j项指标的熵值。

式中，k>0，ln为自然对数，ej≥0；常数k与样本数n有关，一般令k=1/lnn，则0≤e≤1。

3) 计算第j项指标的差异系数。

对于第j项指标，指标值Xij的差异越大，对方案评价的作用越大，熵值越小。gj=1-ej则gj越大指标越重要。

4) 求权数。

5) 计算各方案的综合得分。

1.3.3 空间自相关分析 利用GeoDa对江苏省各市土地利用综合效益进行空间分析，以探究各市土地利用效益的空间关联性。空间自相关反映的是一个区域单元上的某种地理现象或某一属性值与邻近区域单元上同一现象或属性值的关联程度[13]，研究采用Moran’s I衡量全局空间自相关[14]，利用权重矩阵绘制出 Moran散点图，Moran散点图由4个象限组成，每个象限代表不同的空间自相关类型。第Ⅰ象限和第Ⅲ象限代表正相关，即该空间单元属性值较高(低)，相邻单元属性值也较高(低)；第II象限和第Ⅳ象限代表负相关，即该空间单元属性值较低(高)，相邻空间单元较高(低)。

式中，Sij2为各市土地利用综合效益的方差；n是空间单元数目；Di、Dj表示空间单元i和j的土地利用综合效益值；Wij是空间权重系数矩阵，表示各空间单元邻近关系。

采用局部空间自相关指标LISA[15]反映一个城市土地利用综合效益值与邻近城市耦土地利用综合效益值的相关程度。

式中，Ii为局部空间自相关指标LISA。

1.3.4 耦合协调度模型 耦合度是一个物理学概念，是指两个(或两个以上的)系统通过受自身和外界的各种相互作用而彼此影响的现象，最终形成系统间各要素的紧密配合、相互依赖的局面。耦合-协调度指数可以反映土地利用的社会效益、经济效益、生态效益三者相互耦合协调综合效应的大小，其中，耦合度体现土地利用三效益间交互耦合强度，协调度则体现三效益协调发展水平。

1) 计算耦合度值。借鉴物理学中容量耦合系数模型，得到多个系统相互作用的耦合度模型为

C=[(u1+u2+u3)/(ui+uj)]1/2

式中，耦合度值C∈[0，1]，C值越大表明三效益系统间协同作用越显著，耦合效应越强。U表示土地利用社会效益、经济效益、生态效益的综合评估函数。当C=0时，表明土地利用社会效益、经济效益、生态效益3个系统处于无序状态，当C值大于0.1且小于等于0.3时，表明三者处于低耦合阶段；当C值大于0.3且小于等于0.5时，表明3个系统处于颉颃阶段；当C值大于0.5且小于等于0.8时，表明三者处于磨合阶段；当C值大于0.8时，3个系统达到高水平耦合。

2)计算协调度值。协调度指标从定量角度衡量系统间相互协调发展的水平。协同作用和协调程度决定了系统由无序走向有序的趋势[16]，由于耦合过程中有良性和破坏性之分，耦合度能显示土地利用效益系统之间作用的强弱，但不能显示系统的整体协调情况[17]，因此用协调度表示耦合的良性作用大小，其对土地利用社会效益、经济效益和生态效益之间的互动关系测度地更全面、更准确，且协调度也能反映三者对社会经济发展的作用强度及贡献程度。

土地利用社会效益、经济效益、生态效益系统间的协调度模型如下:

式中，D为协调度，C为耦合度，T为社会效益、经济效益、生态效益三者的综合协调指数；αi=1，2，3为各子系统的权重，根据实际情况，研究认为土地利用社会效益、经济效益和生态效益同等重要，因此3个系统权重相等(表2)。

表2 江苏省土地利用效益系统协调发展类型划分

2 结果与分析

2.1 江苏省各市土地利用效益评价

由表3可见，江苏省13个地级市之间土地利用效益差距悬殊，土地利用效益综合评价最低的是连云港市，其综合效益值仅0.154 9，最高的是苏州市，其综合效益值为0.784 2，后者是前者的4倍。各市土地利用效益差异在空间分布上具有明显的地域特征(图1)，苏南苏中苏北地区分异明显：苏南地区除镇江以外，其余4个市的土地利用效益均处在较高水平，且得分比较接近；位于苏中地区的南通市、扬州市和泰州市处于次高水平，土地利用综合效益分值也比较接近；而位于苏北地区的徐州市、盐城市、淮安市和宿迁市的土地利用综合效益得分较低，且5个市之间分值高低差异较大。对各市而言，其经济效益、社会效益和生态效益得分之间差距也较大：苏南地区各市土地利用经济效益和社会效益显著高于土地利用生态效益，特别是苏州市，在其综合效益得分最高的情况下，其土地利用生态效益却位居全省倒数第二；苏中3个地级市土地利用社会效益、经济效益、生态效益水平相对比较接近；苏北各市在综合效益普遍较低的情况下，生态效益均处于3项效益中的最高水平，其中宿迁市综合效益在苏北5个市中位列尾端，而其生态效益最高，造成了生态效益异常高于社会效益和生态效益的现象。

表3 江苏省各市土地利用综合效益评定

图1 江苏省各市土地利用综合效益空间分布

2.2 江苏省各市土地利用效益空间相关性

江苏省13个市土地利用效益的全局自相关指数Moran’s I为0.683，显著度为0.05，表明江苏省土地利用效益存在显著的正向空间自相关关系，各市的土地利用综合效益水平表现出空间集聚。由图2可见，位于第一象限的城市是南通、苏州、无锡、常州、镇江、泰州和南京，位于苏南或苏中地区，而苏北5个市全部处于第三象限。通过LISA图(图3)进一步进行区域集聚的分析，表明该市及其周围区域土地利用综合效益水平较高，该市及周围地区土地利用综合效益得分均较低，处于显著高-高集聚类型的城市包括泰州市、常州市和无锡市，处于显著低-低集聚类型的城市包括徐州市、宿迁市、连云港市和淮安市。

图2 综合效益Moran散点图

图3 江苏省LISA聚集图

通过空间相关性分析可知，江苏省土地利用效益空间集聚特征突出，某个城市对土地利用效率的高低将影响与其毗邻的城市，在这种情况下政府若不进行宏观控制，通过要素投入和政策干预扭转地区不平衡发展的态势，则苏南苏北地区之间的差异将持续扩大，土地利用效益高的城市相互促进，效益得到进一步提高，而土地利用效益低的城市相互制约，利用效益停留在低水平阶段。

2.3 江苏省各市土地利用效益耦合协调度

从表4可见，虽江苏省各地级市土地利用效益有高有低，但13个市的耦合发展度比较接近，发展阶段处在颉颃耦合阶段，平均耦合度为0.469 4，最高值为南通的0.498 6，最低值为宿迁的0.370 2，二者差距较小；由图4可见，在协调度方面，13个市均属于失调发展类型，均值为0.261 5，整体上呈从南到北协调度递减的趋势。其中，苏南5个市除镇江属中度失调外，其余4个市均处在轻度失调发展阶段，苏中地区的南通、扬州和泰州均处于中度失调发展阶段，苏北地区的徐州市和盐城市处于中度失调发展阶段，连云港、淮安和宿迁处于高度失调发展阶段。

图4 江苏省各市土地利用效益协调度分布

表4 土地利用三效益耦合协调度评价

由此可见，位于苏南地区的各市虽土地利用综合效益得分较高，但生态效益发展明显滞后于经济效益和社会效益，形成了整个苏南地区土地利用效益基本处于轻度失调的不平衡状态。苏中以及苏北各市均处在中度失调或高度失调阶段，尤其是苏北各市，协调

度得分全部位列尾端，各市土地利用效益系统间没有形成相互促进、协同发展的耦合协调机制。

3 讨论

南北区域经济差距在一定程度上制约江苏经济整体实力的提高以及综合竞争力的提升。国内学者针对江苏省各地级市发展不平衡的问题展开了一系列探究，主要包括对各市在经济发展差异的测度[18-20]及对差异形成原因的探索[21-22]，表明江苏省苏南苏中苏北地区间的经济发展存在显著差异，苏中地区和苏北地区经济发展严重落后于苏南地区，且各地区经济差异整体上呈现出上升趋势。前人的研究主要通过建立经济发展评价指标衡量各县市的经济发展水平，较少学者从土地利用的视角展开研究[23-24]，分析评价江苏省各县市在土地利用效益上的差异，进而总结出由于土地利用方式不同而造成地区发展差异。本研究聚焦于江苏省各地级市土地利用的综合效益，通过建立土地利用综合效益的评价指标体系，计算各市土地利用经济、社会和生态效益分值，将各地级市进行对比，并通过空间相关性分析判断各市土地利用效益是否存在空间自相关性。根据研究可知，江苏省各地级市土地利用效益差距较大，主要表现为南北差异，苏南地区土地利用效益显著高于苏北地区。而苏南地区虽然土地利用综合效益已经达到较高水平，但生态效益发展滞后，生态效益分值显著低于社会效益和经济效益。江苏省各地级市土地利用效益之间存在显著正向空间自相关关系，土地利用效益表现出空间集聚特征，外部溢出效应明显，其中苏南地区为热点区域，苏北地区为冷点区域。各市土地利用效益系统均处在失调发展阶段，苏南地区多数处于轻度失调阶段，而苏北地区多数处于高度失调阶段，土地利用效益系统之间未形成相互促进、协同发展的良性互动机制。

4 结论

缩小各地级市土地利用效益差异。在今后的发展战略中，应更多地关注土地利用的生态效益，调整优化土地利用结构，加强对生态环境的投入；苏北地区城市经济效益发展滞后，应根据自然和经济社会特征选择合适的城市发展策略，加大科技、资金等要素的投入，大力提高经济效益，缩小苏北和苏南地区土地利用效益差异，实现区域协调发展。

发挥土地利用效益的辐射作用。应加强“热点区域”对周边地区土地利用效益提高的辐射带动作用，增进苏北和苏南地区在经济方面的交流互动，同时在苏北地区打造新的“热点区域”，通过“热点区域”对邻域土地利用的辐射和溢出效应，带动苏北其他城市合理高效利用土地，综合提升土地利用效益。

促进土地利用经济、社会、生态效益协调发展。为提高土地利用效益耦合协调程度，各市应制定出更合理的土地利用规划，以土地的可持续利用为前提，调整产业布局和结构，在土地利用过程中，更多地考虑综合效益，注重经济、社会和生态3个系统间的平衡，避免出现由于某一方面发展的滞后而制约其他效益提升发展的局面。