第47卷第1期 2013年2月 华中师范大学学报(自然科学版) JOURNAL 0F HUAZH0NG N0RMAL UNIVERSITY(Nat.Sci.) Vo1.47 No.1 Feb.2O13 文章编号:1000—1190(2013)01—0117—07 陕西省城市土地利用效益与 城市化耦合协调发展研究 席 娟,张 毅 ,杨小强 (华中师范大学城市与环境科学学院,武汉430079) 摘 要:城市土地利用效益与城市化相互影响和制约,处于城市化不同发展水平的城市,其土地利 用效益存在显著差异,正确处理好城市土地利用效益与城市化的关系,已经成为城市可持续发展 的重要因素和核心问题.该文以陕西省lO个地级市为研究对象,基于城市土地利用效益与城市化 的交互耦合机制,构建了两者之间的耦合度和协调度模型,对其城市土地利用效益与城市化的耦 合协调发展时空差异特征进行了深入分析.结果表明:研究期间,城市土地利用效益总体上滞后于 城市化的发展,两者的耦合程度基本上都处于颉颃阶段,协调度大多处在中度和严重失调阶段,城 市土地利用效益与城市化耦合协调度水平不高,区域差异明显,没有达到良性共振. 关键词:城市化;城市土地利用效益;耦合协调;陕西省 中图分类号:U412.1+4;F291.1 文献标识码:A 土地作为人类活动的物质载体,是实现城市可 土地集约利用空间 ;刘浩、张毅等以环渤海地区 城市为例,对其城市土地集约利用与城市化之间进 行时空耦合协调发展评价_5 ;车秀珍、尚金城等认 为快速的城市化进程、经济增长必将与土地、水及 生态环境产生冲突,日益紧缺的资源条件以及发展 中产生的环境问题已成为中国社会和城市发展的 持续发展的重要保障,土地集约利用是人地矛盾突 出的国情下城市可持续发展的必然选择¨1].本文以 陕西省1O个地级市为研究对象,基于城市土地利 用效益与城市化的交互耦合机制,构建两者之间的 耦合度和协调度模型,对其城市土地利用效益与城 市化的耦合协调发展时空差异特征进行了深入分 析.这对于正确理解城市土地利用效益与城市化之 间的关系,优化陕西省城市土地利用效益与城市化 之间的耦合协调发展关系有一定的借鉴意义. 制约因素,危及城市的可持续发展[6 ;王雨晴、宋戈 认为城市土地利用效益与城市的经济发展水平、区 位等有着重要的关系,而且城市土地利用效益水平 是持续增长的 ;卞兴云、冉瑞平、贾燕兵从土地利 用强度、土地投入和土地利用效益等方面出发,对 山东省城市土地集约利用时空差异进行了分析 ]. 这些研究主要集中在城市土地集约评价、土地效 益、土地安全等方面,关于城市土地利用效益与城 市化之间耦合协调关系的研究较少,尤其是西部地 区的更少. 1.2理论基础 1研究进展与理论基础 1.1研究进展 随着城市化进程的加快,城市土地利用的供求 矛盾日趋紧张:城市土地需求大量增加,而城市土 地供给却相对短缺.正确处理好城市土地利用效益 与城市化的关系,已经成为城市可持续发展的重要 因素和核心问题.梁红梅、刘卫东等以深圳市和宁 波市为例,对其土地利用变化的生态环境效益与社 会经济效益之间进行耦合关系研究 。 ;武京涛、涂 1.2.1城市土地利用效益和城市化内涵 效益反 映了资源优化配置的程度,城市土地利用效益是指 城市土地在数量、质量、空问和时间上安排、使用和 优化,而给整个城市带来的生态、经济和社会效益 的总和,在不同的时间和区域内经济效益、社会效 建军等认为目前我国大部分城市土地利用效益滞 后,应加强提高土地的经济效益和社会效益,提升 收稿日期:2012—05—29. 基金项目:华中师范大学中央高校基本科研业务费项目(120002040497) *通讯联系人.E-mail:hbdeng@hotmail.corn. 华中师范大学学报(自然科学版) 第47卷 益和生态效益实现的程度是不同的_7].城市用地效 益是可以用来反映单位城市用地给整个城市范 围内带来的社会、经济、生态综合效益,投入同样 的城市土地,所获得的社会、经济和生态的综合 效益越高,城市土地利用效率就越高,反之越 低 ].城市化是一个社会、经济、文化等多种因素 综合发展的过程口 11,是指人口向城市地区集 中,农村地区转变为城市地区,城市生活方式、价 值观念、城市文化等向农村地区的渗透、影响、扩 散和传播的过程. 1.2.2城市土地利用效益与城市化的关系 城市 土地利用效益与城市化水平密切相关,其都是为了 实现经济~社会一生态的综合效益最大化,从而最 终实现城市的健康可持续发展.一方面,土地作为 城市形成和发展的基础,是城市社会、经济等各项 活动开展的空间载体 ],城市土地利用效益的高低 直接关系到区域的兴衰与发展,并影响着城市空间 结构的演化和城市的可持续发展;另一方面,城市 化的适度合理发展有利于推动城市土地的高效 利用. 2数据来源、评价方法与过程 2.1数据来源 由于数据资料的有限性,本文依据评价时段的 中心对称原则仅选取了2001年、2004年、2007年 和2010年的数据,研究数据主要来源于《中国城市 统计年鉴》、《陕西统计年鉴》和各市国民经济和社 会发展公报等. 2.2评价技术路线 本文以2001年、2004年、2007年和2010年陕 西省1O个地级市为研究对象,构建城市土地利用 效益与城市化的综合评价指标体系,采用变异系数 法计算了各指标的权重,然后基于耦合度和协调 度模型,计算城市土地利用效益与城市化的耦合 度和协调度,最后借助ArcGis9.3和Excel软件, 对二者的耦合协调发展时空差异特征进行深入 分析. 2.3建立评价指标体系 本文基于协同学思想,结合研究区域实际情况 及指标数据的可获性,建立了陕西省城市土地利用 效益与城市化综合评价指标体系.结合文献资 料 。 和研究目标,本文从社会效益、经济效益、 生态效益和环境效益4个层面12项指标来反映城 市土地利用效益综合水平;从人口城市化、经济城 市化、社会城市化3个层面8项指标来反映城市化 综合水平(表1). 表1 陕西省城市土地利用效益与城市化综合评价指标体系 Tab.1 The index system of a comprehensive evaluation on urban land use benefits and urbanizati0n in Shaanxi Province 2.4构建评价模型 2.4.1数据标准化处理 由于各项指标的单位不 同,及其数值量级间的悬殊差别,为了使数据之间 具有可比性,需对数据进行标准化处理.本文采用 极差标准化公式对各项指标进行处理. y 一(X,一 )/(Mj一 ), (1) 式中,x,为第J个指标的具体数值, 一1,2,…,n 代表第J个指标;M,、m,分别代表不同年份第J个 指标属性值的最大值与最小值;y,代表处理后第J 个指标的标准化值,数值范围在[0~1]之间. 2.4.2权重本文采用变异系数法确定各指标的 权重,该方法不依赖于人的主观判断,客观性较强, 它直接根据各个指标的原始信息经过一定数学处 理后获得权数.其基本思想是:指标权数应根据各 指标间的相互关系或各指标提供信息量来确定,计 算方法[1 为: 1 ,. 一 第1期 席 娟等:陕西省城市土地利用效益与城市化耦合协调发展研究 一 ( 一1,2,…, ), (4) 山J 式中, 表示第i个评价对象第J项评价指标的特 征值;-z,为第J项评价指标的特征值的均值;5,为 第J项评价指标的特征值的均方差; 为第J项 评价指标的变异系数. 对变异系数进行归一化处理,得到各评价指标 的权重: 1厂 叫,一 L( 一1,2,…, ), (5) ∑ J=l 式中, ,为第J个评价指标的权重. 2.4.3城市土地利用效益与城市化综合指数参 考城市化与生态环境综合指数函数口 ,构建城市 土地利用效益与城市化综合指数函数,计算公 式为: Y一∑Y 一∑zit , (6) i=1 i一1 式中,y为城市土地利用效益与城市化综合指数; Y 为第i个指标的指数 为第i个指标经无量纲 化处理后的数据;t 为第i个指标权重. 2.4.4耦合度、协调度模型 耦合作为物理学概 念u ,是指两个(或两个以上的)体系或运动形式 通过各种相互作用而彼此影响的现象.类似的,可 以把城市土地利用效益与城市化两个系统之间相 互作用彼此影响的现象定义为城市化一土地利用 效益耦合. 耦合度是指双方相互作用程度的强弱,是对促 进系统走向有序机理的协同作用的一种度量,不分 利弊 引.耦合度越大,系统之间或内部要素之间的 关系越稳定,发展方向越有序.其计算公式[5 为: Cm一{( 1“2)/[( 1+ 2)(“1+“2)]) , (7) 式中,C 为城市土地利用效益与城市化的耦合度, U , 分别为城市土地利用效益与城市化发展水 平,城市土地利用效益与城市化的耦合度的值在 [0,1]之间变动. 协调是指系统之问或系统内部诸要素之间和 谐一致,配合得当的关系,是描述事物之间良性相 互关系的概念L1 . 协调度是度量系统之问或系统内部要素之间 协调状况好坏的定量指标,是相互作用中良性耦合 程度的大小,可以更好的评判城市土地利用效益与 城市化交互耦合的协调程度,其计算公式为口 : D一、 —亍, (8) T一 , (9) 式中,D为协调度;C为耦合度;T为城市土地利用 效益与城市化的综合协调指数, 、b为待定系数且 n+6—1,基于城市可持续发展思想,依据城市土地 利用效益与城市化整体协同的效应或贡献,本文认 为城市土地利用效益与城市化同等重要,即“一b 一0.5;“ , 分别为城市土地利用效益与城市化 发展水平. 2.4.5耦合协调发展阶段 城市土地利用效益与 城市化的交互耦合关系,就是其两者相互作用、相 互影响的非线性关系的总和.参考相关文献l_4 , 依据城市土地利用效益与城市化交互作用程度的 强弱,一般可以将其耦合的过程划分为低水平耦 合、颉颃、磨合和高水平耦合4个阶段.当O<C ≤ 0.3时,“城市化一土地利用效益”系统处于低水平 耦合阶段;当0.3<C ≤0.5时,“城市化一土地利 用效益”系统处于颉颃阶段;当0.5<C ≤0.8时, “城市化一土地利用效益”系统的耦合进入磨合阶 段;当0.8<C ≤1.0时,“城市化一土地利用效 益”系统处于高水平耦合阶段. 协调度是系统之间或系统内部要素之间相互 作用良性耦合程度的大小,其对于判别城市土地利 用效益与城市化耦合程度的强弱具有重要意义.目 前,城市土地利用效益与城市化协调度的等级划分 尚无统一标准,为了更清楚地反映其协调发展的程 度,参考相关文献 ,依据协调度系数,并结合 城市土地利用效益与城市化的水平系数,本文采用 均匀分布函数法确定协调度的等级划分标准L2 , 将其协调度划分为9个等级. 表2城市土地利用效益与城市化协调度等级划分 Tab.2 Classification standards for the coordination degree between urban land use benefits and urbanization 3实证研究 3.1研究区概况 陕西地处我国西部,位于105。29 ~111。15 E, 31。42 ~39。35 N,南北狭长,东西宽短,具有承东启 西、连接西部的区位之便.全省土地总面积 205 795km。,从南到北分为3个明显的地域单元:陕 南山地、关中平原、陕北高原,陕西省现辖西安、铜 JIl、宝鸡、成阳、渭南、商洛、安康、汉中、延安和榆林 120 华中师范大学学报(自然科学版) 第47卷 1O个地市.2010年全省总人口3 735万人,其中农业 人口2 460万人,非农业人口1 275万人;地区生产 表城市土地利用效益综合指数和城市化水平综合 指数.按照城市土地利用效益与城市化的交互作用 机理可以将城市分为3类:“ —乱 ,城市土地利用 效益与城市化同步发展;M <“。,城市土地利用效 益滞后于城市化的发展;U >“ ,城市土地利用效 益超前于城市化的发展.从图2可以看出,研究期 问,同步型城市数目一直为零,滞后型城市数目和 超前型城市数目的变化呈明显的负相关,且2001 年之后,滞后型城市数目一直大于超前型城市数 总值10 123.48亿元,全社会固定资产投资8 562.04 亿元.自“十五”以来,城市化发展迅速,强烈的土地 需求对土地利用的方式、布局等造成了较大的影响. 3.2结果分析 3.2.1城市土地利用效益与城市化水平综合指数 依据公式(6)计算得出城市土地利用效益与城 市化水平综合指数(表3),利用Excel对城市土地 利用效益综合指数和城市化水平综合指数的演化 发展趋势进行直观模拟(图1),其中“ 、“ 分别代 目.城市数目的变化表明,陕西省城市土地利用效 益整体不高,制约了城市化的发展. 表3 城市土地利用效益与城市化综合指数 Tab.3 The comprehensive index of urban land use benefits and urbanization 西安市 铜川I市 宝鸡市 咸阳市 渭南市 延安市 汉中市 榆林市 安康市 商洛市 3.2.2耦合度和协调度分析 表3的结果显示, 1.2(mIl l_lXm《) 《).{ 砌‘ 研究期间,陕西省城市土地利用效益与城市化的耦 合程度基本都处在颉颃时期,但耦合度还是存在着 明显的地域差异.按照10个城市耦合度值的大小, 可以划分为3类:①高强度耦合城市(C >0.49); {). ’OlI {).400O ②中等强度耦合城市(0.45<C <O.49);③低强 O.2OOO 度耦合城市(0<C <0.45);在所划分的3类中, cj.(H抑{) 瓣蛩 钢川l 亲鸡市{鼬} I 清黼 延安啦波Lf1f 愉林前密嗽I 商洛 研究期间,低强度耦合城市比例介于10 ~3O 之间,主要以中高等强度耦合的城市为主,表明陕 西省城市土地利用效益与城市化的耦合程度总体 较高.从协调度总体分布类型看,协调度多处在中 图1 陕西省城市土地利用效益与 城市化综合指数变化趋势 Fig.1 Variation of the comprehensive index of urban land use benefits and urbanization in Shaanxi Province 度和严重失调阶段,表明陕西省大部分城市土地 利用效益与城市化处于低水平协调阶段,城市土 地利用效益和城市化发展不同步,城市土地利用 效益滞后于城市化的发展,城市发展仅重视了城 一超前型…一 滞后型_-・同步型 Z-8} 二:.二 凄0} 200} 2l1114 2007 2010 市地域的外延平面式扩张而忽视了内涵立体式 综合利用. 3.2.3耦合协调度区域差异 根据协调度的含 年份 图2 陕西省城市土地利用效益与城市化相对发展阶段 Fig.2 Status of relative development between urban land use benefits and urbanization in Shaanxi Province 义,综合相关参考文献_4 和本文的实际,按照 协调度值的大小,可将城市土地利用效益与城市化 耦合协调度划分为3类:①低水平协调的耦合(O< 122 华中师范大学学报(自然科学版) 第47卷 表4 陕西省城市土地利用效益与城市化的耦合度与协调度 Tab.4 The coupling and coordination degree between urban land use benefits and urbanization in Shaanxi Province 4结论与讨论 研究期间,城市土地利用效益总体上滞后于城 市化的发展,两者的耦合程度基本上都处于颉颃阶 段,协调度大多处在中度和严重失调阶段,城市土 参考文献: [1]王杨,宋戈.黑龙江省城市土地集约利用潜力时空变异 规律[J].经济地理,2007,27(2):31 3 316. 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[16] 隋映辉.协调发展论[M].青岛:青岛海洋大学出版 Evaluation on the coupling and coordination development between urban land use benefits and urbanizati0n in Shaanxi Province XI Juan ,ZHANG Yi ,YANG Xiaoqiang (School of Urban and Environment Science,Huazhong Normal University,Wuhan 430079) Abstract:There is an interaction between urban land use benefits and urbanization.The urban land use benefits are significantly different for the cities in different levels of urbanization.It is essential and core for the sustainable development of cities to properly deal with the relationship between urban 1and use benefits and urbanization.Taking ten cities of Shaanxi Province as study areas,this paper constructed a coupling and coordination model and then analyzed empir— icaily the space-time distribution of coupling and coordination in different cities,based on the mechanism of the interaction and coupling between urban land use benefits and urbanization. The results show that:during the study period,overall urban land use benefit has lagged the development of urbanization,and the coupling degree of urban land use benefits and urbaniza— tion are mainly in antagonism stage in most cities,being medium and serious disparity.The coupling degrees and coordination degrees in most cities are still at a lower level and different from area to area.Some measures should be adopted to improve the level of coupling and coor— dinative degree between urban land use benefits and urbanization. Key words:urbanization;urban land use benefits;coupling mechanism;Shaanxi Province