黑龙江省新型城镇化与耕地利用耦合协调时空分异特征研究*

李 丹，吴 彪，王 雪，梅晓丹

（黑龙江工程学院，哈尔滨 150050）

0 引言

随着改革开放和市场经济的快速发展，我国城镇化进程明显加快，城镇化水平由1978 年的17.9%，增长至2018 年的59.6%[1]。随着城镇化、工业化的加速推进，耕地资源被大量占用，呈现出持续减少的态势，耕地面积从2000 年的1.30 亿hm2减少到2008 年的1.22 亿hm2[2]，2007—2014 年中国城镇化进程加快，建设占用耕地的比例逐渐上升并占据主体地位[3]，进一步加剧了我国经济社会发展、人口增长与耕地资源保护的矛盾[1-3]。我国是世界上人口最多且耕地资源相对稀缺的国家，一方面需要发展经济，进一步推进城镇化；另一方面需要保障粮食安全，扼守1.2亿hm2（18亿亩）耕地红线。“一要吃饭，二要建设”集中体现在城镇化与耕地资源保护这一对矛盾体上。2014 年国家颁布实施了《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》，围绕全面提高城镇化质量，以人的城镇化为核心，提出了一系列重大任务和改革措施。在新型城镇化背景下，如何协调城镇化与耕地保护之间的矛盾，使有限的耕地在确保粮食安全的基础上，满足建设用地需求，实现土地的高效利用，促进新型城镇化的健康发展极其重要。

针对城镇化与耕地保护之间的矛盾，已有研究主要集中在城镇化与耕地资源变化关系[4-6]、城镇化背景下耕地保护制度与政策[7]、城镇化演进对耕地的影响[8,9]，城镇化与耕地的协调发展[10,11]等方面，然而针对新型城镇化与耕地利用的耦合协调时空特征研究成果较少。黑龙江省是中国耕地面积最大的省份，全省人均耕地面积居全国第一位，是我国重要的商品粮基地和水稻、大豆、玉米主产区，黑土资源丰富，农业基础雄厚[12-14]。全省城镇化率从1978 年的35.9%提高到2013 年的57.4%，高于全国平均水平3.7 个百分点，其省会哈尔滨市为首批新型城镇化试点城市，城镇化率较高，经济较发达[15]。目前针对粮食主产区新型城镇化与耕地利用耦合协调的时空特征研究极少。

文章选取黑龙江省为研究区，以1990 年、2000 年、2010 年、2016 年黑龙江省13 个地市的数据为基础，从新型城镇化和耕地利用的内涵出发，建立指标体系，利用耦合协调度模型，探讨两者之间的关系以及时空分异特征。研究成果可以厘清新型城镇化与耕地利用两系统之间的关系，为解决新型城镇化发展与耕地利用保护之间的矛盾提供科学依据，对于保护黑土区耕地资源、促进新型城镇化的健康发展具有重要的现实意义。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

黑龙江省位于中国最东北部，东部和北部以乌苏里江、黑龙江为界河与俄罗斯为邻，西接内蒙古自治区，南连吉林省，地理位置位于北纬43°25'～53°33'，东经121°11'～135°05'，跨10个纬度，14个经度，南北长约1 120 km，东西宽约930 km，总面积47.3 万km2（含加格达奇区和松岭区），是中国位置最北、最东，纬度最高，经度最东的省份。黑龙江省西部属松嫩平原，东北部为三江平原，平原占全省总面积的37.0%，北部、东南部为山地，平均海拔50～200m。气候为温带大陆性季风气候。黑龙江省辖哈尔滨市、齐齐哈尔市、牡丹江市、佳木斯市、大庆市、黑河市、绥化市、伊春市、鹤岗市、鸡西市、双鸭山市和七台河市12个地市，以及1个大兴安岭地区。

黑龙江省是中国耕地面积最大的省份，是世界著名的三大黑土带之一，农业上集约化程度高，是我国重要的商品粮基地和水稻、大豆、玉米主产区。2016 年总人口为3 799.2 万人，国民生产总值总量为1.538 61万亿元。该文研究区以实际地理位置为基础，不包括加格达奇区和松岭区。

1.2 数据来源与处理

为了研究城镇化的长时间尺度变化，该文选取1990年、2000年、2010年和2016年4个时间节点的数据进行计算。基础数据主要来源于中国统计年鉴（1981—2016年）、中国农业统计年鉴（1987—2016年）、黑龙江统计年鉴（1987—2016年）、黑龙江省国民经济和社会发展统计公报（2001—2016年）以及相关部门的研究报告等。对于无法直接获得的数据或个别年份没有统计的数据，根据指标的意义利用数学公式、递推法、插值法等获得，最终得到黑龙江省13个地市的新型城镇化及耕地利用指标数据。

2 研究方法与模型

2.1 指标体系构建

新型城镇化的内涵涉及多个方面，按照《国家新型城镇化规划（2014—2020 年）》，及“以人为本”的思想，在借鉴有关新型城镇化研究成果的基础上[16-20]，根据黑龙江省实际情况从人口城镇化、经济城镇化、社会城镇化、空间城镇化四大方面，按照科学性、系统性、层次性、可获取性和可测量性等原则，首先初步建立4个子系统，22个基本变量的评价指标体系，运用SPSS 软件对这些指标进行多重共线分析、主成分分析，对指标进行筛选与重组，从而得到最终的4 个子系统22 个基本变量的新型城镇化评价指标体系（表1）。

根据宋戈[21]等对耕地利用系统的定义，耕地利用系统是指人类活动所利用的耕地表层及以上和以下所有要素的相互关联和相互制约形成的具有特定功能的有机结合体。在已有研究成果的基础上[22,23]，该文从耕地利用的结构、功能、效益3 个层面出发，经筛选后得到16 个基本变量的耕地利用系统指标体系（表1）。

表1 1990—2016年黑龙江省新型城镇化与耕地利用耦合协调度评价指标体系及权重

2.2 研究方法

2.2.1 指标标准化

为消除指标的量纲和单位，对指标进行标准化处理[24]。

当指标为正向指标时，其标准化公式为：

当指标为负向指标时，其标准化公式为：

当指标为适中型指标时，其标准化公式为：

式（3）中，di为确定的标准值。

为消除负值进行平移处理,一些指标数值进行标准化处理后，可能会出现数值较小或负值的情况，为了计算的统一与方便，将标准化后的数值进行平移处理为：

式（4）中，H为指标平移的幅度，一般取1。

利用比重法对数据进行无量纲化为：

2.2.2 熵值法

该文采用熵值法[25]确定指标权重。

计算第j个指标的熵值为：

第j个指标的差异系数为：

第j个指标的权重为：

式（9）中，max{xj}和min{xj}分别为所有年份中第j项评价指标的最大值和最小值，其中m为评价城镇个数，n为指标数。

2.2.3 综合发展指数

式（10）中，a ij表示第i个城镇第j项评价指标的标准化处理数值，s值越大，样本的效果越好，最终比较所有s值即可得出评价结论[26]。

2.2.4 耦合度模型

耦合度意为描述各个子系统间或与其要素之间的相互作用而彼此影响的现象，最终实现系统和谐的特征和规律[27]。新型城镇化与耕地利用两系统彼此独立且相互作用，因此构建耦合度模型反映了各子系统之间耦合度的强弱程度，公式为：

式（11）中，C表示区城新型镇化系统与耕地利用系统的耦合度；Z表示为调节系数，计算时取值为1/2，SU、SC分别为城镇化发展指数和耕地利用指数。C值为1时最大，表明耕地利用系统与城镇化发展之间为最协调状态，发展方向是有序的；反之C= 0 最失调，耦合度最小，两系统发展方向和现阶段呈无序性。按照取值范围，将耦合度划分为6 个等级。C=0，无序；0C≤0.3，低水平耦合；0.3C≤0.5，颉颃；0.5C≤0.8，磨合；0.8C＜1，高水平耦合；C=1，有序。

2.2.5 耦合协调度模型

耦合度大小能反映协调等级，表征两个系统的相互作用强弱，但却无法清晰反映耦合的具体水平和发展趋势。所以在其基础上增加耦合协调模型，用来表现各子系统或和要素之间相互影响、协调一致的程度。该文引入耦合协调度模型[28]评价新型城镇化与耕地利用系统的耦合协调发展程度，表征系统协调运行过程。公式为:

式（13）中，D为新型城镇化与耕地利用系统的耦合协调度，0≤D≤1，D值越大，新型城镇化与耕地利用系统的耦合协调发展水平越高；反之亦然。T为两个子系统的整体效益指标综合协调指数。a+B= 1 为待定系数，由于耕地利用与城镇化发展的关键程度相同，重要性一致，故a=B= 0.5。耦合协调度等级划分如下：0D＜0.2，严重失调；0.2≤D＜0.3，中度失调；0.3≤D＜0.4，轻度失调；0.4≤D＜0.5，濒临失调；0.5≤D＜0.6，勉强协调；0.6≤D＜0.7，初级协调；0.7≤D＜0.8，中级协调；0.8≤D＜0.9，良好协调；0.9≤D＜1.0，优质协调。

2.2.6 同步发展模型该文利用同步发展模型[29]来确定新型城镇化与耕地利用两系统之间的同步发展情况。计算公式为：

式（14）中，H表示同步发展指数。当H= 0，表示新型城镇化发展与耕地利用系统完全同步协调，但现实中基本不存在这一情况。当|H|≤0.1 表示两子系统发展基本同步。|H|> 0.1 表示两子系统存在偏离，其中，H> 0.1 表明城镇化发展相对超前；反之，H＜ -0.1，表明城镇化发展相对落后于耕地利用系统，属于城镇化发展为滞后型。

3 结果与分析

3.1 新型城镇化与耕地利用综合发展时空特征分析

根据上述研究方法，分别计算了1990 年、2000 年、2010 年和2016 年黑龙江省13 个地市新型城镇化与耕地利用综合发展指数及同步发展指数（表2）。从新型城镇化综合发展指数（SU）来看，13 个地市新型城镇化综合发展水平不同，呈现出3种趋势：先下降后上升，包括哈尔滨市、齐齐哈尔市、大庆市、佳木斯市、牡丹江市、黑河市、鸡西市、双鸭山市、七台河市；先上升后下降，包括鹤岗市、伊春市、大兴安岭地区；持续上升：绥化市。2000 年为重要的波动年份，约70%的地市，新型城镇化综合发展指数下降发生在2000 年，2000 年后基本为上升趋势。从耕地利用综合发展指数（SC）来看，分为4 种类型。先下降后上升：齐齐哈尔市、鹤岗市、伊春市、佳木斯市、牡丹江市、绥化市；先上升后下降：鸡西市、双鸭山市、大庆市、大兴安岭；持续上升：哈尔滨市，黑河市；持续下降：七台河市。2000 年仍为重要的波动年份。

表2 1990—2016年黑龙江省新型城镇化与耕地利用综合发展指数

从系统同步发展指数（H）看，1990 年、2000 年、2010 年和2016 年城镇化发展相对超前的城市为鸡西市、鹤岗市、大庆市、伊春市、七台河市和大兴安岭。这些城市均为以煤炭、石油、森工为主导产业的典型资源型城市；城镇化发展相对落后的城市为齐齐哈尔市、绥化市，这两个城市为松嫩平原重要的耕地利用区。两子系统发展基本同步的城市为佳木斯市和牡丹江市。哈尔滨市在1990 年为同步发展，其余年份均为落后发展；黑河市1990年和2000年为落后发展，2010年和2016年为同步发展。

为了进一步说明黑龙江省新型城镇化与耕地利用两系统之间的同步发展情况，该文将H指数与Arc‐GIS自然断点法相结合，将新型城镇化与耕地利用同步发展类型划分为：同步发展、新型城镇化滞后和耕地利用滞后3种类型，并根据H指数将3种类型划分为6个等级，其空间分布见图1。由图1可知，同步发展型中，哈尔滨市从1990 年的同步发展型演化为2000 年的新型城镇化滞后型，并且一直保持到2016 年；1990—2000 年牡丹江市同步发展等级升高，到2010 年演化为耕地利用滞后型，2016 年又回到同步发展型；佳木斯市一直处于同步发展阶段，但是在2016 年同步等级下降。新型城镇化滞后类型中，2010 年黑河市于演化为同步发展类型；2000 年齐齐哈尔市开始滞后程度降低；2010 年绥化市开始滞后程度降低。耕地利用滞后类型中，2000 年大兴安岭开始滞后程度增加；大庆市先减小后增加；2010 年七台河市开始增加；鸡西市、伊春市和鹤岗市没有发生变化，但是鸡西市相对滞后等级较低。

图1 1990—2016年黑龙江省新型城镇化与耕地利用同步发展类型时空分布

3.2 新型城镇化与耕地利用耦合度时空特征分析

根据耦合度模型，计算出1990 年、2000 年、2010 年和2016 年黑龙江省13 个地市的耦合度（C），并根据耦合度等级划分确定耦合阶段（表3）。由表3 可知，新型城镇化与耕地利用耦合度几乎均在0.3～0.5波动，整体耦合程度不高，长期处于颉颃阶段，只有2000 年的伊春市（0.290 4）和2016 年的大兴安岭（0.232 3）处于低水平耦合阶段。新型城镇化发展的同时，城镇土地空间扩张对耕地利用具有较高要求，对耕地资源产生了一定的威胁，使得两系统之间产生阻滞和抗衡。

在4 个年份中哈尔滨市、齐齐哈尔市、鸡西市、伊春市、佳木斯市和黑河市的耦合度为波动上升趋势，说明新型城镇化发展和耕地利用相互依赖、相互影响的作用力逐年加强。绥化市耦合度持续增加，七台河市则呈持续下降趋势，2016年的大兴安岭下降至低耦合水平阶段，下降幅度较大。

为了进一步研究新型城镇化与耕地利用耦合度的空间特征，利用ArcGIS 反距离权重插值法，生成1990 年、2000 年、2010 年和2016 年黑龙江省各城市耦合度发展水平的时空分布图（图2）。研究表明，1990 年耦合度相对较高的城市为哈尔滨市、牡丹江市和佳木斯市，耦合度相对较低的城市为大兴安岭、伊春市和绥化市；2000 年耦合度相对较高的城市增加了双鸭山市，耦合度相抵较低的城市中，大兴安岭耦合度较1990 年增加，伊春市则耦合度降低，并且与邻近的绥化市和鹤岗市形成了一个低值岛，七台河市也有降低的趋势；2010 年耦合度相对较高的城市基本不变，但位于黑龙江省西部的黑河市、齐齐哈尔市、大庆市的耦合度较1990年和2000年有所升高，耦合度相对较低的城市为大兴安岭、伊春市、鹤岗市和七台河市，大兴安岭较2000 年相比，耦合度降低，其余三城市耦合度升高；2016 年大部分城市耦合度相对较高，只有大兴安岭耦合度仍相对较低，伊春市和七台河市耦合度较2010年增加。

图2 1990—2016年黑龙江省新型城镇化与耕地利用耦合度时空分布

3.3 新型城镇化与耕地利用耦合协调度时空特征分析

根据耦合协调度模型，计算出1990 年、2000 年、2010 年和2016 年黑龙江省13 个地市的耦合协调度（D），并根据耦合协调度等级划分确定耦合协调程度（表4，图3）。由表4 可知，黑龙江省新型城镇化与耕地利用耦合协调度集中在0.2～0.6，以中度失调，轻度失调，濒临失调，勉强协调4 个等级为主，各时期耦合协调度最小值均在0.2 左右，最大值均在0.6 左右。1990 年勉强协调的城市为哈尔滨市、齐齐哈尔市；濒临协调的城市为佳木斯市、牡丹江市和绥化市；轻度失调的城市为鸡西市、鹤岗市、双鸭山市、大庆市、七台河市和黑河市；中度失调的城市为伊春市和大兴安岭，濒临协调以上等级约占40%，轻度失调约占46%。2000年仅哈尔滨市为勉强协调，齐齐哈尔市、大庆市和佳木斯市为濒临失调，其余8个地市均为轻度失调，约占62%，伊春市扔为中度协调。2010 年与2000 年几乎一致，仅大兴安岭由轻度失调变为中度协调。2016年勉强协调的城市为哈尔滨市和齐齐哈尔市；濒临失调的城市为大庆市、佳木斯市、牡丹江市和绥化市；轻度失调的城市为鸡西市、鹤岗市、双鸭山市和黑河市；中度失调的城市为伊春市、七台河市和大兴安岭，各级别城市分布相对均匀。

图3 1990—2016年黑龙江省新型城镇化与耕地资源耦合协调度空间分布

表4 1990—2016年黑龙江省新型城镇化与耕地利用耦合协调度

由图3 可知，4 个时期大体上，哈尔滨市和齐齐哈尔市为耦合协调度中的相对较高协调的区域，1990—2016年哈尔滨市耦合协调度持续增加，并接近于“初级协调”阶段（0.6）；1990—2016年齐齐哈尔市耦合协调度先下降为濒临失调后又上升为勉强协调，耦合协调度整体呈上升趋势。一直处于濒临失调的城市为佳木斯市。持续轻度失调的城市数量最多，分别是黑河市、双鸭山市、鹤岗市、鸡西市。伊春市、大兴安岭地区的耦合协调阶段为中度失调，是相对最不协调的区域，这两个城市以林地为主，农业相对较为落后，耕地利用指标值较小，是影响两个系统之间的耦合协调度的主要因素之一。

4 政策启示

黑龙江省作为我国重要的粮食主产区，合理解决“一要吃饭，二要建设”的问题至关重要，既要保证耕地利用合理有效，又要促进新型城镇化的健康发展。从上述分析可见黑龙江省新型城镇化与耕地利用耦合尚存在一定差异，从加强政策与制度安排上，需要持续关注。鉴于二者耦合协调度的空间分异特征，应采取差异化的策略来推动新型城镇化与耕地利用耦合协调发展。按照耦合协调程度的不同以及各城市的地理位置以及行政区划，将黑龙江省划分为4 个区域：松嫩平原区、三江平原区、山地丘陵区和其他城市区（图4）。

图4 黑龙江省新型城镇化与耕地资源耦合协调分区

松嫩平原区主要包括：哈尔滨市、齐齐哈尔市、大庆市和绥化市。此区域包括了黑龙江省重要的哈大齐工业走廊带，新型城镇化发展水平较高，同时又位于耕地资源丰富的松嫩平原，松嫩平原区是全省农业开发较早的区域，人口众多，人均耕地少，城乡争地激烈，人地矛盾突出[30]。针对此区域应当加快新型城镇化发展，同时注重耕地利用与保护，继续发挥哈大齐工业走廊在新型城镇化发展中的拉动作用，发挥松嫩平原耕地利用的优势，近期发展为“初级协调”的区域。

三江平原区主要包括：鹤岗市、佳木斯市、七台河市、双鸭山市和鸡西市。此区域包含城市以中等规模城市为主，新型城镇化发展速度相对较慢，同时位于三江平原，三江平原人少地多，国营农场较多，是重要的国家级商品粮基地[30]。此区域城市中大多数为两系统“轻度失调”区域，主要为耕地利用滞后，此区域应加强国营农场的带动作用，提高耕地利用效率，近期发展为“勉强协调”区域。

山地丘陵区主要包括：大兴安岭、伊春市。山地丘陵区地形以山地为主，该区域垦殖率较低，耕地地块零散，农业在国民经济中的比重相对偏低[30]。此区域城市以“轻度失调”和“中度失调”为主，与此区域耕地资源较少有直接关系。应当发挥林区经济特色，同时注意城镇化统计指标数值的合理性。

其他城市区主要包括：黑河市和牡丹江市。两个城市均处于平原和林区的交汇处，4个时期耦合协调度均发生波动变化，说明系统耦合协调度不稳定。应同步提高两系统发展水平，使耦合协调度趋于稳定。

此外，针对资源型城市（鸡西市、鹤岗市、大庆市、伊春市、七台河市和大兴安岭），用较为单一的经济结构推动了新型城镇化的进程，同时耕地资源利用率不高，应加快产业结构的转型升级，探索新型城镇化与耕地利用协调发展的新思路。

5 结论与讨论

该文以新型城镇化与耕地保护之间的矛盾为出发点，通过剖析两系统的内涵，构建指标体系，以1990 年、2000 年、2010 年和2016 年黑龙江省4 个时期3 个地市的统计数据为基础，综合运用耦合协调度模型，GIS 空间分析方法，分析了黑龙江省新型城镇化与耕地利用耦合协调的时空特征，得到主要结论如下。

（1）1990—2016 年各指标权重在不同年份波动变化，2000 年为各指标权重变化相对较大年份，以此为界，黑龙江省新型城镇化与耕地利用综合发展指数总体趋势先下降后上升。两系统同步发展类型分为同步发展、新型城镇化滞后和耕地利用滞后3种类型。同步发展类型在不同地市存在明显的空间分异。资源型城市以耕地利用滞后型为主，规模较大城市以新型城镇化滞后型为主，中等规模城市以同步发展型为主。

（2）新型城镇化与耕地利用耦合度不高，长期处于颉颃阶段，但耦合度指数为波动上升趋势。耦合度空间特征明显，耦合度相对较低的地区主要集中在大兴安岭和伊春市，黑龙江省山地区为重点需要提高耦合度的区域。

（3）新型城镇化与耕地利用耦合协调度集中在“勉强协调”和“中度失调”之间。“轻度失调”的城市数量最多，哈尔滨市和齐齐哈尔市为耦合协调度相对较高城市，伊春市、大兴安岭地区为相对最不协调的区域。纵观黑龙江省，新型城镇化与耕地利用耦合协调度尚存在一定差异，但尚在可控范围内，需持续关注，采取差异化的政策措施，进行科学合理调整。

（4）受数据获取难度的影响，两系统评价指标体系的构建中，影响因子还不够全面，只选取了代表性的影响因子。为了厘清两者之间的耦合关系，该文选择了长时间跨度，但是未能深入到连续年份的研究。另外，该文只分析了新型城镇化与耕地利用两系统之间的耦合时空特征，而每个系统均错综复杂，如何利用数学模型，进一步确定两者之间耦合协调的机理及互相作用程度将是下一步研究的方向。