摘要：以武汉城市圈为例，建立城市土地集约利用及城市化水平评价指标体系，采用全局主成分分析法评价2005～2014年土地集约利用度与城市化水平，运用系统相对状态发展模型测算两者之间的协调度，并对其进行时空维度上的差异分析。协调度测算结果显示，2008年以后圈内各市多处于协调阶段；从时间轴上看，武汉、黄石、孝感、潜江市的土地集约利用与城市化水平协调度总体趋于逐年增强，但在空间格局上各市呈现不规则变化态势，不具有明显的空间聚集特征。
关键词：土地集约利用；城市化水平；协调度；武汉城市圈
中图分类号：F299.23 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）21-4169-07
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.21.042
Research on the Coordination Coefficient of the Intensiveness of Urban Land Use and Urbanization——A Case of Wuhan Urban Agglomeration
LOU Jing，GONG Jian
（College of Public Administration， China University of Geosciences，Wuhan 430074，China）
Abstract： Taking Wuhan Urban Agglomeration as an example，set up evaluation systems of the urban land intensive use and urbanization level. The global principal component analysis（GPCA） and the model of system’s relative state development degree has adopted. GPCA is used to evaluate urban land intensive use and urbanization level from 2005 to 2014. And the model of system’s relative state development degree is used to measure the coordination degree between the two，finally analyze the change characteristics in the time and space dimensions. The results declare that the cities in Wuhan Urban Agglomeration whose most period after 2008 is in coordination stage. Looking from the time axis， the coordination coefficient of the intensiveness of urban land use and urbanization in Wuhan，Huangshi，Xiaogan，Qianjiang generally tends to increase year by year. However，it’s obvious that cities’ coordination coefficient trend an irregular change and is without obvious characteristics of spatial clusters.
Key words： land intensive use；urbanization level；coordination coefficient；Wuhan Urban Agglomeration
中国城市化发展迅速，城市规模不断扩大，土地供求矛盾日益紧张，对城市空间的内涵式发展和集约化利用提出了更高的要求，合理有效地处理城市土地集约利用与城市化之间的关系是社会经济可持续发展的重要基础和迫切任务[1，2]。近年来，土地集约利用问题受到了各界的广泛关注，国内外研究学者站在不同角度对土地集约利用问题进行分析，并取得了显著成果。林坚等[3]、洪增林等[4]对城市土地集约利用的理论及评价体系进行了研究；研究者对城市土地集约利用的基本问题及研究进展进行了研讨[5-7]，运用遥感、模糊数学等手段对土地集约利用进行了定量评价[8-10]，对城市土地集约利用与城市化的耦合协调关系进行了实证研究[11，12]。
在建设新型城镇化的背景下，应当正确处理城市化水平与土地集约利用两者之间的关系，这不仅关系到中国土地集约利用与城市化问题能否如期实现，而且关系到中国社会经济的可持续发展，但当前的研究主要以城市或开发区土地集约利用为中心展开，而从系统角度对城市土地集约利用与城市化两者之间的协调关系及时空变化特征的深入研究较少，且多采用单一的横向空间对比方法，而不是加入时间轴的立体综合分析方法[12-15]。因此，本研究以武汉城市圈为例，采用时序全局主成分分析方法，研究圈内城市土地集約利用与城市化水平的协调发展状况。
1 研究思路与研究方法
1.1 研究思路
首先，分别构建城市土地集约利用与城市化水平的综合评价指标体系，采用时序全局主成分分析分别计算2005～2014年武汉城市圈9个城市的土地集约利用度与城市化水平评价值，再引入系统相对状态发展模型，对二者的协调度进行测算，并从时间和空间维度进行特征分析。图1为城市土地集约利用和城市化水平协调度研究路线。
1.2 研究方法
1.2.1 构建评价指标体系 为科学合理地衡量城市土地集约利用度和城市化水平，需在科学性、系统性、可操作性、全面性等原则的指导下构建城市土地集约利用评价与城市化水平评价的指标体系[12]。本研究在广泛查阅相关资料、分析总结前人经验的基础上，从人口、经济、社会、生态等各方面筛选出对应的评价指标，构建如表1、表2所示的评价指标体系。
1.2.2 城市土地集约利用度与城市化水平系数测算 利用SPSS 18.0软件，采用时序全局主成分分析法，计算城市土地集约利用度系数与城市化水平系数。时序全局主成分分析法是在经典的主成分分析法的基础上加上时间序列，经典主成分分析法研究的只是由样本和样本指标所组成的截面数据，实际上随着时间的推移，会产生大量以时间顺序排列的截面数据表序列，且这些数据表具有完全相同的样本点和同名的变量指标，全局主成分分析法就是将这些不同时点的截面数据表整合成一个统一的按时间纵向展开的全局数据表，然后对全局数据表进行经典主成分分析的方法[16-18]。
全局主成分分析主要計算步骤[19]：
1）数据的标准化：先将坐标原点移到数据中心，并进行压缩变换以减小因量纲不同、自身变异或数值相差较大所产生的误差。
x′ij=（xij-■j）/Sj，i=1，2，…，n；j=1，2，…，p （1）
其中，■j=■∑xij；sj2=■∑（xij-■j）2
2）计算X矩阵的协方差矩阵R。
3）求R的前m个特征值λ1≥λ2≥λ3≥…≥λm，对应的特征向量u1，u2，…，um，它们标准正交。u1，u2，…，um称为主轴。
4）由于X是中心化的，则第h主成分：
Fh=X′uk （2）
因此，得到因子模型X′=Ap×mF′m×n+Dp×pU。其中，A为因素载荷矩阵，若残差Dp×pU的影响很小可忽略不计，则数学模型为X′=AP×mF′m×n，且式（2）满足条件：
E（F）=0，Var（F）=Im （3）
E（U）=0；Cov（F，U）=0 （4）
1.2.3 协调度测算及其划分——系统相对状态发展模型 系统相对状态发展模型最先是在衡量生态环境与城市化的相对状况方面被广泛应用，后被一些专家学者引入城市土地集约利用与城市化协调度的测算中，本研究借助此模型来分析武汉城市圈的土地集约利用与城市化间的协调发展状况[11，12]，且协调度测算值越高，2个系统之间的协调状况越好，反之越差[20]。
R=exp[-（G-α×F）2/S] （5）
式中，G表示城市土地集约利用度，F表示城市化水平系数，S为G的方差，α指城市化对城市土地集约利用的回归系数，R为协调度测算值。
在系统相对状态的分析中，依据研究惯例[21，22]，式（5）中的α一般取0.80。表3是基于模糊隶属度建立的协调系数划分标准，用来区分城市协调发展階段[23]。
2 实证研究
2.1 研究区概况
武汉城市圈，又称“1+8”城市圈，是指以武汉为中心，覆盖周边黄石、鄂州、孝感、黄冈、咸宁、仙桃、潜江、天门这8个城市所组成的城市群，地处湖北省东部，位于东经112°30′-116°07′，北纬29°05′-31°51′。
2014年武汉城市圈土地面积约58 051.9 km2，占全省面积的31.2%；常住人口为3 087.1万，占全省比重为53.1%；生产总值为17 265亿元，占全省的59.8%，城镇化水平为59.9%。
由2014年的统计数据可知，面积不到湖北省1/3的武汉城市圈，集中了全省一半以上的人口、近六成的GDP总量，是中国中部地区最大的经济联合体，也是中部崛起的重要战略支点，同时还被评为“全国资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革试验区”。本研究以武汉城市圈为例，具有较好的典型性。
2.2 数据来源
数据主要来源于2005～2014年的《湖北省统计年鉴》、《中国城市统计年鉴》、《中国区域经济统计年鉴》、武汉城市圈各县市的统计年鉴、国民经济与社会发展统计公报以及中国经济与社会发展统计数据库。
2.3 结果与分析
2.3.1 城市土地集约利用度与城市化水平特征分析
1）城市土地集约利用度与城市化水平的时间变化。由表4和图2可知，2005～2014年武汉城市圈内各市土地集约利用水平总体呈上升态势。其中，武汉市土地利用集约度最高，其他城市相比武汉市差距较大，且从2005年到2014年各市之间差距不断拉大。到2014年的城市土地集约利用水平为武汉>天门>仙桃>鄂州>潜江>黄石>孝感>咸宁>黄冈。据了解，自2006年起，国土资源部启动了开发区土地集约利用评价技术标准的研制工作，2007年组织开展了开发区土地集约利用评价数据库标准的专题调研、需求分析和编制起草工作，并于2010年发布了《开发区土地集约利用评价数据库标准》（TD/T1030-2010），期间，“国土资源部大调查”项目开展了“开发区土地集约利用潜力评价”研究的试点工作，这些都为中国城市土地集约利用评价的理论探讨和实证研究起到了带动和促进作用[24]。到2014年，就湖北省而言，已先后部署完成了四轮开发区土地集约利用评价及成果更新工作，且开展工作的开发区多达112家，其中大部分坐落在武汉城市圈，与此同时，城市建设用地节约集约利用评价也在湖北省进行着，这使得武汉城市圈各市的土地集约利用度也随之升高。
由表4和图3可知，城市化水平总体呈现上升状态，这与武汉城市圈各市以中心城区为龙头推进市域城镇化工作取得重大进展相关。同样地，武汉市城市化水平最高，其余几市城市化水平较相近，与武汉存在一定差距。武汉市处于武汉城市圈的核心地位，其人口、经济、生活水平等方面都远超周边城市，城市化水平处于领先地位；近年来黄石市委、市政府全力建设鄂东特大城市，大力建设环大冶湖新区，推进新型工业化、农业产业化发展；鄂州市把城市和农村作为一个有机整体一体推进，促进城乡空间融合、优势互补；孝感市按照“全域孝感”的要求，把全市作为一个整体进行统筹规划，这些都为其各自的城市化发展提供了新引擎。黄冈、咸宁市作为全省经济格局中的后发板块，在2011年以后也取得了重要突破。另外，仙桃、潜江、天门市在发挥着连接武汉、襄阳、宜昌市“金三角”交通区位优势的同时也在稳中求进。
2）城市土地集约利用度与城市化水平的空间差异。运用ArcGIS软件对2014年武汉城市圈9个城市土地集约利用及城市化水平评价值进行等级划分，得出武汉城市圈土地集约利用与城市化水平的空间分布特征。由图4可知，2014年城市土地集约利用度以及城市化水平存在一定地域差异，大致表现为武汉市的土地集约利用水平和城市化水平都很高；黄石、鄂州、仙桃、潜江市的土地集约利用水平次之，孝感、黄冈、咸宁市的土地集约利用度较低；黄石和黄冈市的城市化水平较高，其余的城市化水平较低。通过比较可初步推测，武汉、黄石、孝感、咸宁市的城市土地集约利用与城市化发展步调较一致，协调度较其他五市要高。
2.3.2 协调度的时空变化分析
1）协调度的时间变化分析。以城市土地集约利用以及城市化水平评价值为基础，通过标准化处理，借助系统相对状态发展模型进行城市土地集约利用与城市化的协调度分析（图5）。总的来说，从2005年到2014年，整体呈波动状态，没有明显规律；2008～2014年武汉城市圈城市土地集约利用相对城市化水平的协调系数多处于协调阶段。具体来看，各市之间差异较大，除咸宁市外都在2006、2007年出现转折，之后武汉、黄石、孝感市逐年上升，鄂州、黄冈、仙桃市先升后降，咸宁、天门市总体呈下降趋势。2006～2007年武汉城市圈各市的协调度均较低，但从2007～2008年，整个武汉城市圈发展呈上升趋势，可能是由于2007年底获批“全国资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革试验区”之后，武汉城市圈以园区、开发区为依托，以大企业为龙头，以中小企业配套为支撑，产业一体化取得了较大成效。但之后由于交通基础设施、区域市场、社会事业一体化等的滞后问题，导致咸宁、天门等市又有所回落。
为提高时间变化分析的有效性，本研究进一步利用Spearman秩相关分析对协调度进行定量时序演化评价。分析结果表明，基于5%水平，临界值W为0.564条件下，城市土地集约利用相对城市化的协调关系是显著的。说明协调度与城市土地集约利用度有一定的对应性，城市土地集约利用与城市化水平只有保持一定的协调关系才能更好地促进城市土地集约化利用。土地集约利用与城市化发展也是相辅相成、相互促进的，通过内涵式的集约经营管理模式，充分提高和发挥土地的使用效益和集聚效应来推动城市化的进程。
2）协调度的空间演化特征。以表4为基础，按表3进行分类，在ArcGIS中对其进行空间显示，能够清晰地表现出武汉城市圈城市土地集约利用相对城市化的协调度水平的空间分布及其变化特征。选取2005、2008、2011、2014年4个时间节点作武汉城市圈的协调度空间分布图进行分析。
由圖6可知，2005～2014年武汉城市圈城市土地集约利用与城市化的协调度在空间格局上呈现出不规则变化态势。2005年，武汉、仙桃、天门市处于滞后阶段，黄冈、咸宁、孝感、黄石、鄂州、潜江市处于协调阶段；到2008年，9个城市均处于协调发展阶段；2011年，天门市处于中度滞后，其余各市处于协调阶段；2014年，天门市下跌到高度滞后，黄冈、仙桃市也降至中度滞后，其余各市依旧处于协调发展阶段。
以协调度计算结果为基础，运用ArcGIS软件计算2005～2014年协调度的全局空间自相关指数Moran"s I，结果见表5。由表5可以看出，全局空间自相关指数Moran"s I总体上呈先上升后下降的趋势。除2012年Moran"s大于0外，其余都为负，说明武汉城市圈城市土地集约利用与城市化发展的协调度不具有明显的空间聚集特征。为判断局部对象的空间布局，进行武汉城市圈局部地域空间探究的局部Moran"s I指数分析。结果表明，研究地域与临近地域的协调度无关联，表现为武汉一城独大，没有带动整个城市圈的土地集约利用与城市化水平协调发展。说明武汉城市圈各市之间发展的联动性不足，城市与周边城市之间的协调互动不够，没有充分发挥圈域城市间优势互补、联动促进的潜力。
3 结论与讨论
在构建城市土地集约利用与城市化水平评价体系的基础上，分析了武汉城市圈内城市土地集约利用与城市化水平发展的时间和空间特征，并运用系统相对状态发展模型对2005～2014年武汉城市圈9个城市的土地集约利用与城市化水平协调度进行了时空分析，有助于人们了解两者的发展进程与相互关系，为湖北省土地利用管理提供参考，以促进武汉城市圈内城市和谐健康发展。
3.1 基本结论
1）2005～2014年武汉城市圈的城市土地集约利用度与城市化水平呈逐年增长趋势，其中武汉市最高，其他城市较武汉差距较大。
2）2005～2014年武汉城市圈的城市土地集约利用与城市化发展协调度结果表明，2008年以后武汉城市圈各市大多处于协调阶段（高度协调、中度协调、基本协调）。城市土地集约利用与城市化水平之间彼此作用，相互促进，两者只有保持一定的协调关系，才能促进整个社会经济的良性发展。
3）2005～2014年武漢城市圈的城市土地集约利用与城市化发展协调度在空间格局上呈不规则变化趋势，不具有明显的空间聚集效应。武汉城市圈内各市之间发展的联动性不足，没有充分发挥相互促进、优势互补与资源共享的作用。
3.2 几点建议
1）中国人多地少的尖锐矛盾决定了在城市化进程中，必须坚持走集约发展的道路，保持两者相互促进、协调发展。
2）加强圈内联系，打破区域封闭状态，实现产业一体化发展。在强化武汉龙头带动作用的同时，其余各地结合城市特色，明确城市发展重点，打造优势产业，以形成圈域内合理的产业发展模式。
3）加强交通一体化建设，以促进城市之间的合作与交流，引导核心城市将一部分城市功能和产业分散到近郊、远郊以及周边城市，推进武汉城市圈的综合协调发展。
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