县域国土空间开发与土地城镇化的耦合协调关系研究

于少康，汪 浩，熊琼兵，郑 蕉

（1.江西农业大学 景观与环境生态研究中心，江西 南昌 330045；2.江西省国土空间调查规划研究院，江西 南昌 330025；3.江西农业大学 国土资源与环境学院，江西 南昌 330045；4.江西农业大学 计算机信息与工程学院，江西 南昌 330045）

【研究意义】作为人类经济活动重要的空间载体，土地资源是实现城市可持续发展的基本保障[1]，土地资源的合理高效开发利用是支撑城市经济社会发展的基石[2]。国土空间开发强度作为衡量城市建设用地开发强度重要指标[3]，是区域建设用地集约利用程度和人类活动频繁程度的直接体现[4]，也是区域国土开发利用程度及其累积承载密度的综合反映[5]。土地城镇化是土地从乡村利用状态向城镇利用状态转变的过程，这一过程往往表现为多种国土空间类型的转换[6]。改革开放以来，伴随着经济社会升级与转型，中国步入高速的城镇化与工业化阶段，不仅国土空间开发强度发生了变化，而且土地城镇化速度也进一步提升，国土空间开发强度与土地城镇化两者之间失衡和不协调发展等问题日益突出[7-8]。当前恰逢新一轮国土空间规划，探究国土空间开发强度与土地城镇化之间的耦合协调性特征及演变规律，是学界关注的新热点，也将为新一轮县域国土空间规划指明约束条件和发展方向，并为县域地方经济发展提供现实指导意义。【前人研究进展】目前，对国土空间开发强度与土地城镇化的重点研究主要集中在生态环境效应、影响因素以及时空差异等研究。刘冬荣等[9]研究了湖南省的建设用地开发强度时空格局分析，研究表明湖南省建设用地开发强度具有较明显的空间集聚特征；赵亚莉等[10]分析了我国省会的城市土地开发强度变化的生态环境效应，结果表明城市土地开发强度变化对生态环境有显著影响；刘艳军等[11]探究了东北地区建设用地开发强度格局演变的空间分异机制，分析表明东北地区建设用地开发强度总体呈现出增长态势,且空间分异显著；张凯煌等[12]分析了中国城市土地城镇化多层级影响因素，分析表明市级与省级的影响因素存在差异性；张珂等[13]通过识别安徽省土地城镇化空间分异特征及驱动因素，证明了安徽省土地城镇化水平区域差异明显，且受土地人口、产业、投资、产出等因素影响；王镝等[14]论证了土地城市化是如何影响生态环境质量。【本研究切入点】这些研究中，尽管探究了国土空间开发强度与土地城镇化的时空分布特征及机制，但忽略了两者之间的地理协同关系[15]。伴随地理学、规划学、遥感技术、地理空间信息技术的发展与交叉结合，研究国土空间开发强度与土地城镇化的协同关系及演变规律，提供了理论与技术保障。【拟解决的关键问题】为此，本文以位于鄱阳湖滨湖区与长江岸带的湖口县研究区，采用变异系数法、耦合协调度模型等方法，分析国土空间开发强度与土地城镇化的空间特征及耦合协调度演变规律，丰富了国土空间开发与空间布局的理论研究，也为县域管控建设用地总规模和布局优化提供一定参考。

1 研究区域与方法

1.1 研究区域

湖口县位于江西省北部，地理位置介于116.8′～116.25′E，29.30′～29.51′N。北临长江，西濒鄱阳湖，素有“江湖锁钥，水陆通津”之称。属于北亚热带湿润性气候，热量丰富，四季分明，雨量充沛，日照充足。年平均气温17.4 ℃，年平均降水量1 442.5 mm，全年实际日照总时数平均1 983.8 h。地形地貌呈现东南群山环抱，西北江湖环绕，中部小丘垄埂起伏。全县水域广阔，水质肥美，水产得天独厚。截止2016 年全县建设用地（包括城镇、独立工矿、风景名胜及特殊用地、农村居民点、交通、水工建筑用地）面积为8 253.93 hm2，下辖双钟镇等12 个乡镇（图1）；水域（包括河流水面、湖泊水面、水库水面、坑塘水面）面积1.83 万hm2。森林覆盖率为21.98%。全县常住人口为27.14 万人，财政收入为24.72 亿元，粮食产量11.09 万t。近年，乡镇的工业、农业、商业产业快速发展，促使了湖口县土地城市化加剧，导致县域国土空间开发利用强度增加。本文以湖口县为研究对象，揭示国土空间开发利用强度与土地城镇化之间的耦合协调关系，具有一定的典型性与代表性。

图1 研究区位置Fig.1 The location of the study area

1.2 数据来源与处理

在结合湖口县区域特征基础上，综合考虑数据的可获取、可行性等限制，本文以湖口县的12 个乡镇为研究单元。经济、社会、生态的数据主要来源于《中国县域统计年鉴（2010—2017）》、《湖口县统计年鉴（2010—2017）》与各乡镇统计公报。土地利用数据主要来源于湖口县自然资源局2009—2016 年土地变更数据库的土地利用现状图，统计与计算获取。

1.3 研究思路与方法

首先，结合已有相关研究，遵循科学性、全面性和可操作性原则下，综合考虑湖口县自身特点和数据可获取性，构建国土空间开发强度与土地城镇化评价指标体系；其次，采用变异系数法计算各指标权重，并在考虑数据一致性基础上，对各指标数据进行最大值-最小值标准化，确定国土空间开发强度综合指数与土地城镇化综合指数；再次，利用空间耦合度与耦合协调度模型确定两者之间的耦合度与耦合协调度，并进行等级划分；最后，根据耦合协调度态势模型确定其动态演变规律。

1.3.1 构建指标体系 在国土空间规划背景下，结合《省级国土空间规划编制指南（试行）》，将国土空间开发强度定义为建设用地总规模占行政区总面积的比例，建设用地总规模指城乡建设用地、区域基础设施用地和其他建设用地规模之和，是对一定区域内国土空间开发上限和保护下限管控的重要参数[3,5]。目前对国土开发强度理解的深度与广度已发生延伸，为此参考已有研究成果[4,11]，利用建设用地密度、人口承载强度、开发用地结构强度、国土开发产出强度4 个指标构建国土空间开发强度综合指数进行国土开发程度评价。同时结合土地城镇化概念的界定与评价指标体系相关研究[7,16-17]，遵循全面性、动态性、科学性、可操作性为原则，并考虑县域经济社会发展特点，构建土地城镇化评价指标体系（表1）。

表1 国土开发强度与土地城镇化耦合协调发展指标Tab.1 The coupling and coordination development index of land development and land urbanization

其中，交通用地面积包括农村道路、铁路、公路；耕地面积包括旱地、水浇地、水田；森林面积包括有林地，灌木林地，其他林地；水域面积包括河流水面、湖泊、坑塘水面、水库水面；湿地面积包括内陆滩涂，沼泽地；结合相关研究成果[19]，本文将用地结构分为农用地、建设用地、未利用地3 个类别且分值分别为2，3，1，而Ai为2/6，3/6，1/6，Ci为某类别用地占区域总面积的百分比。

利用变异系数法确定各项指标的权重。变异系数的基本思想是根据研究对象各评价指标的波动，确定指标与变化量之间的关系，并以此作为权重值。该方法不受评价指标单位和平均值之间的差异的影响，在一定程度上避免了研究对象空间异质性的弱化，符合本研究的需要[18]。

1.3.2 国土空间开发耦合协调度测度模型（1）开发度。开发度是指国土空间开发强度和土地城镇化两者间的综合开发水平，可用来反映国土空间开发强度和土地城镇化的综合效应。其函数为：

式中，F（X）、G（Y）分别表示国土空间开发强度指数和土地城镇化指数[16]，T表示开发度，ai为土地城镇化每个指标的权重，Xi为土地城镇化相应指标标准化后的数值，i=1，2，…，11表示评价土地城镇化的地均粮食产量等11项指标，G（Y）的bi为国土空间开发强度每个指标的权重，Yi为国土空间开发强度相应指标标准化后的数值，i=1，2，…，4表示评价国土空间开发强度的建设用地密度等4项指标；a=b=0.5。

（2）耦合度。耦合是指多个系统通过相互作用而彼此影响的现象，通常以耦合度描述这种系统或运动相互影响的程度[1]。为此，本研究的耦合度是以国土空间开发强度指数与土地城镇化指数之间的相互依赖程度表示。其表达式：

式中：C为耦合度，0≤C≤1，C＝0时，国土空间开发强度与土地城镇化之间处于无序状态，C＝1时，耦合度最大，国土空间开发强度与土地城镇化之间达到最优耦合状态。

（3）耦合协调度。尽管开发度与耦合度反映了国土空间开发强度与土地城镇化之间的综合发展效应与相互依赖程度，但不能表征两者关系是否稳定有序，而协调度可用于评价两者的关系有无规则[20]。其公式：

式中：D为耦合协调度，C为耦合度，T为开发度，0≤D≤1，D＝0 时，国土空间开发强度与土地城镇化之间为劣势开发协调状态，D＝1 时，国土空间开发强度与土地城镇化之间为最优开发协调状态。本文在借鉴已有相关研究成果的基础[2,21-22]，结合湖口实际情况与开发度（T）、耦合度（C）、耦合协调度（D）的大小，对国土空间开发强度与土地城镇化的开发度、耦合度、耦合协调度进行8个等级划分（表2）。

表2 国土开发强度与土地城镇化开发耦合协调发展的评价标准Tab.2 Evaluation criteria for the coupling and coordination development of land development intensity and land urbanization

1.3.3 国土空间开发耦合协调度态势模型 空间标准差椭圆法是空间分布方向性特征分析的经典方法之一。椭圆的大小用于反映空间格局总体要素的集中程度，其偏角（长半轴）则反映空间格局的主导方向，同时其质心还反映空间格局的演变规律[23-25]。本文采用空间标准差椭圆法，测算出2009—2016 年湖口县国土空间开发耦合协调度空间分布的标准差椭圆实际参数，从而得出耦合协调度的空间分布演化过程及规律。运用ArcGIS10.2软件的空间统计分析工具进行计算获取2009—2016年的标准差椭圆与质心迁移情况。

2 结果与分析

2.1 国土空间开发强度与土地城镇化的空间格局

湖口县国土空间开发强度与土地城镇化的空间特征存在一定的差异（图2、3）。国土空间开发强度总体呈现东北-西南方向递减趋势（图2）。国土空间开发强度高值区间主要位于双钟镇，2009—2012年国土开发正处于大力扩张，而2012—2016 年扩张趋势减弱。次高值区间位于马影镇、凰村乡和流泗镇。由于这3个乡镇是工业园区的集中区，经济发展的核心区，导致乡镇发展建设用地需求量加大，促使3个乡镇非建设用地大量转化为建设用地，乡镇国土空间开发规模增加。低值区间主要集中于城山镇和舜德乡。这两个乡镇用地结构主要由湖泊构成，港口码头运输业发展较突出，是以消耗较少建设用地较大增加经济产值的一种循环经济。

图2 2009—2016年湖口县国土空间开发强度的空间特征Fig.2 Distribution of the land development intensity in Hukou during 2009—2016

湖口县的土地城镇化总体呈现西-东方向递减趋势（图3）。西部的沿湖沿江区是土地城镇化高值区与次高值区的集中区，而高值区主要位于舜德乡与双钟镇，次高值区主要集中于城山镇与均桥镇。这些乡镇是湖口县工业产业聚集区，乡镇投资强度大，经济效益较大。马影镇、凰村乡、流泗镇的土地城镇化处在急剧增加趋势，湖口县县城的城市开发区域与工业产业聚集区向这3个乡镇集中，导致人均耕地减少，工业用地增加，用地产出值同时增加。东部偏东南山地区是低值区的集中区，且主要位于付垅乡与张青乡，这主要是由于它们的地处山地、森林覆盖率高，也是重点自然保护区域，工业产业不发达。

图3 2009—2016年湖口县土地城镇化的空间特征Fig.3 Distribution of the land urbanization in Hukou during 2009—2016

2.2 耦合度特征分析

2009—2016年湖口县处于经济模式转型的重要时期，其国土地开发、利用结构与土地城镇化受到产业结构升级、人口集聚、城市规划设计等诸多因素影响。根据耦合度模型综合评价，国土空间开发强度与土地城镇化相互作用存在一定的空间差异（图4）。与2009 年相比，2016 年双钟镇、凰村乡、流泗镇等6 个乡镇的耦合类型为良好均衡型，而与2012 年相比，除流泗镇外，其它5 个乡镇耦合类型为良好均衡型，总体说明这6个乡镇的国土开发强度与土地城镇化相互作用强烈，国土开发强度增加，土地城镇化也会增加，会带动经济社会效益增加，有助于提高环境治理与管理能力、降低能耗。2009—2016 年初级均衡型区域主要包括流芳乡、均桥镇和付垅乡。主要由于均桥镇的经济基础较好，工业发展快速，基础设施良好，主要粮食生产基地，促使土地城镇化正加速提升与国土开发强度增加，进而使两者相互作用趋于初级均衡型；同时流芳乡与付垅乡的森林覆盖率高、生态效益高、农副产业发达，推动了土地城镇化与国土开发强度相互作用存在初级均衡状态。2009—2016年武山镇的耦合度类型呈现中度均衡过度型-初级均衡型-均衡过度型。究其原因是武山镇有国家保护的大量历史文化地，旅游业比较发达，生态环境效益较高。严重失衡型与中度失衡型主要分布于舜德乡，且中度失衡型向严重失衡型转换。由于舜德乡的发展主要以水上运输业为主，用地结构主要以湖泊为主，土地城镇化与国土空间开发强度的相互作用不强。

图4 湖口县国土空间开发强度与土地城镇化的耦合度空间分布Fig.4 The spatial distribution of the coupling degree between the land development intensity and the land urbanization in Hukou

2.3 耦合协调度特征分析

为判断国土空间开发强度与土地城镇化是否合理有序，除了辨别两者之间相互作用强度与依赖程度外，还应探究两者的协调程度。为此，本文采用耦合协调度模型来评价两者的耦合协调度，发现国土空间开发强度与土地城镇化耦合协调度空间分布与耦合度有一致性存在（图4、5）。高度失调等级与中度失调等级主要位于舜德乡，且呈现中度失调等级-高度失调等级-中度失调等级变化规律，其耦合类型为中度失衡型或严重失衡型。说明两者处于一种低水平的协同演进，产业发展正处于不协调状态。耦合类型良好均衡型的双钟镇，耦合协调类型为中度协调等级，说明国土空间开发强度与土地城镇化有序的、稳健的协调发展；而马影镇、凰村乡、流泗镇的耦合协调类型为勉强调和协调等级，说明3个乡镇工业园区的开发建设，推动了大规模社会投资，导致了经济快速发展和县城开发边界大规模扩展，进而国土空间开发强度与土地城镇化呈现出良好均衡勉强调和协调状态。耦合协调类型为轻度失调等级，主要集中于城山镇、武山镇、付垅乡，且耦合类型呈现不同程度的转换。究其原因是这3 个乡镇主要以水资源、森林资源相关的产业为主，以产业快速发展带动土地城镇化，而国土空间开发较低。张青乡与大垅乡的耦合协调类型呈现勉强调和协调等级向轻度失调等级转变，主要是这两个乡产业结构正处于转型时期，以农副产业为主，导致国土空间开发强度与土地城镇化协调响应不够敏感。

图5 湖口县国土空间开发强度与土地城镇化的耦合协调度空间分布Fig.5 The spatial distribution of the coupling coordination degree between the land development intensity and the land urbanization in Hukou

2.4 耦合协调度动态趋势变化

为揭示湖口县国土空间开发强度与土地城镇化耦合协调度演变规律，本文通过标准差椭圆分析了耦合协调度的发展方向与迁移变化。根据湖口县耦合协调度发展方向与质心迁移图（图6），2009—2016年耦合协调度的空间发展长主轴保持在西南-东北方向，短主轴保持在西北-东南方向，2009—2012年耦合协调度质心向东北偏移了353.22 m，由于东北地区的产业园区用地的扩张，产业的快熟发展，带动了耦合协调度质心转移；2012 年到2016 年耦合协调度质心向西北偏移了45.42 m，由于城市开发边界主要位于双钟镇、凰村乡、马影镇、流泗镇，同时工业园区的用地扩张，医疗设施与公共服务设施，都集中于这些区域，也就造成了耦合协调度质心的转移。而2009—2012 年的质心迁移幅度是2012—2016 年的7.8倍，这是由于前期湖口县的发展中心位于舜德乡与城山镇，而随着县城工业园区的建设，资本的大量投入，带动了县城中心周边经济社会的快熟发展，促使前期质心大幅度迁移；后期质心迁移幅度变小，这是由于双钟镇等周边的产业结构升级，基础设施完善。总体上看，湖口县国土空间开发强度与土地城镇化耦合协调度的空间发展方向与质心迁移，也与当前湖口县经济发展格局与产业布局相符。

图6 2009—2016年湖口县耦合协调度发展方向与质心迁移Fig.6 The development direction and centroid migration of the coupling coordination degree in Hukou during 2009—2016

3 结论与讨论

本文以湖口县为研究区，以国土空间开发强度与土地城镇化耦合协调关系为切入点，采用变异系数法、耦合协调度模型、标准差椭圆等方法，分别从国土空间开发强度空间特征、土地城镇化空间特征、空间耦合特征等方面，来探究国土空间开发强度与土地城镇化空间特征与耦合协调度空间特征及演变规律，结果表明：（1）国土空间开发强度总体呈现东北-西南方向递减趋势，其中双钟镇、马影镇、凰村乡、流泗镇4个乡镇位于高值区与次值区；城山镇、舜德乡主要集中于低值区；土地城镇化总体呈现西-东方向递减趋势，其中舜德乡、双钟镇、城山镇、均桥镇4 个乡镇集中于高值区与次值区，且2016 年最大值小于2009 年，付垅乡与张青乡位于低值区，且2016 年最小值大于2009 年。（2）国土空间开发强度与土地城镇化耦合度存在一定的空间差异性。2009—2016 年，良好均衡型主要集中于双钟镇、凰村乡、流泗镇等6个乡镇；初级均衡型主要位于流芳乡、均桥镇、付垅乡；严重失衡型或中度失衡型主要分布于舜德乡。总体上呈现出东北部的良好均衡型-中部的初级均衡型-西南部的严重失衡型或中度失衡型的演变规律。（3）国土空间开发强度与土地城镇化耦合协调度空间分布与耦合度有一致性存在。舜德乡主要位于高度失调等级或中度失调等级，且为中度失衡型或严重失衡型；双钟镇为中度协调等级，且为良好均衡型；马影镇、凰村乡、流泗镇为勉强调和协调等级，且为良好均衡型；城山镇、武山镇、付垅乡为轻度失调等级。总体上，耦合协调状态呈现为西北中度协调等级-东北勉强调和协调等级或轻度失调等级-西南中度失衡型或严重失衡型或轻度失调等级的趋势变化。（4）国土空间开发强度与土地城镇化耦合协调度的空间发展主轴保持在西南-东北方向；2009—2012年耦合协调度质心向东北偏移了353.22 m，而2012—2016年耦合协调度质心向西北偏移了45.42 m。

国土空间开发强度与土地城镇化二者是动态的、有机的统一整体，不可“分而探之”，应从考虑两者的耦合性与协调性出发，进而探究两者之间的关系。本文以湖口县为研究对象，利用耦合协调度模型、标准差椭圆来分析研究区各乡镇国土空间开发强度与土地城镇化，对于促进县域国土空间开发和土地城镇化的耦合协调发展具有一定的实际参考价值。尤其湖口县位于鄱阳湖入长江口沿线，协调国土空间开发与土地城镇化对于响应长江经济带“共抓大保护，不搞大开发”的发展战略具有积极的理论支持和实践意义。

本文研究的耦合度结果与相似研究的耦合度结果存在相似性[11]，但耦合协调度结果与类型研究的结果存在较大差异性[20]，可能的原因是本文的研究主要以县域的乡镇为研究单元，导致土地城镇化的驱动因子获取难度大、难以获取全部因素等原因。