叢東來，邱 暉

（1.哈爾濱學(xué)院 理學(xué)院，哈爾濱150086；2.哈爾濱學(xué)院 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，哈爾濱150086）

改革開放30a來，我國快速的城市化進(jìn)程反映了社會經(jīng)濟(jì)水平的整體提升和城市的發(fā)展進(jìn)步。但受以往粗放的經(jīng)濟(jì)增長方式影響，城市發(fā)展主要依靠資源投入，土地城市化速度大大超過了人口城市化速度，這意味著城市經(jīng)營活動中高消耗、低效率，高投入、低產(chǎn)出始的現(xiàn)象終是我國城市化進(jìn)程中一個(gè)不能忽視的問題［1］。在經(jīng)歷了城市發(fā)展中長期存在的“數(shù)量—規(guī)?！贝址旁鲩L以后，2013年12月舉行的中央城鎮(zhèn)化工作會議明確提出了“提高城鎮(zhèn)化效率、提高城市土地利用集約程度”的新型城市化要求。

城市土地集約利用著眼于用地結(jié)構(gòu)、用地強(qiáng)度和用地投入產(chǎn)出，強(qiáng)調(diào)城市系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益兼顧，而城市化效率則是城市系統(tǒng)質(zhì)量的直接體現(xiàn)。城市本身是一個(gè)多元耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，一般來說，城市土地利用的高效集約可以提高城市化效率，城市化效率的提高又常常促進(jìn)城市土地利用的緊湊度，城市土地集約利用和城市化效率之間存在動態(tài)發(fā)展的耦合關(guān)系。近年來，我國學(xué)者從不同視角對城市土地集約利用的 內(nèi)涵與指標(biāo)體系［2－3］、動 力機(jī)制［4－5］、評價(jià)方法［5－6］等方面進(jìn)行了研究；國內(nèi)對城市化效率的研究主要集中在數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）的引入和檢驗(yàn)［7］、城市化效率的指標(biāo)體系和測算［8］、城市化效率的影響因素分析［9］。上述研究都把城市土地集約利用和城市化效率作為獨(dú)立的研究系統(tǒng)，較少對二者的耦合關(guān)系進(jìn)行探討。而耦合或協(xié)調(diào)關(guān)系的研究主要集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境、城市化等方面［10－12］，且大多借用物理學(xué)中的耦合系數(shù)模型，偏重于對耦合或協(xié)調(diào)結(jié)果的分析，但是理論依據(jù)鮮有提及，概念上有耦合度、協(xié)調(diào)度、耦合協(xié)調(diào)度、協(xié)調(diào)發(fā)展度［10－13］等諸多相似的提法。因此，本研究以遼中南城市群城市土地利用集約度和城市化效率的耦合關(guān)系為例，嘗試運(yùn)用耦合系統(tǒng)理論，探索系統(tǒng)耦合演化的時(shí)空規(guī)律。

1 耦合理論闡釋

1．1 耦合與耦合系統(tǒng)

耦合的概念源自物理學(xué)，后來被廣泛應(yīng)用在通信技術(shù)、軟件工程、生態(tài)學(xué)、地理學(xué)等眾多領(lǐng)域。一般意義上的耦合是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的系統(tǒng)通過各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象［14］。在電子學(xué)中的耦合概念進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了電子元件間輸入與輸出的彼此影響，并提出這種相互作用伴隨能量的傳輸。在系統(tǒng)科學(xué)中，這種按照一定規(guī)則傳輸?shù)哪芰考礊锽ertalaniffy在一般系統(tǒng)論中提到的內(nèi)聚力的來源［15］，系統(tǒng)的內(nèi)聚力使其保持相對獨(dú)立性，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，系統(tǒng)間的耦合力（交互作用）則使系統(tǒng)能量變化，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化或退化。受能量流動驅(qū)使，多個(gè)系統(tǒng)在功能和結(jié)構(gòu)上發(fā)生耦合作用而形成的新系統(tǒng)稱為耦合系統(tǒng)［16］。

1．2 耦合系統(tǒng)的發(fā)展階段

在Bertalaniffy為耦合系統(tǒng)建立了早期框架以后，Haken在系統(tǒng)自組織過程的研究中提出，子系統(tǒng)間的耦合導(dǎo)致宏觀的空間或時(shí)間有序結(jié)構(gòu)［17］；Eigen把控制論中的巨系統(tǒng)理論應(yīng)用于機(jī)體自組織建立起超循環(huán)理論；Holland提出復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)（CAS）的創(chuàng)造性演化。這些現(xiàn)代系統(tǒng)理論從不同的角度揭示了耦合系統(tǒng)的形成、發(fā)展、衰退、消亡以及從一種結(jié)構(gòu)向另一種結(jié)構(gòu)、從低層次向高層次進(jìn)化的過程。

以Eigen的超循環(huán)理論為基礎(chǔ)，按照耦合作用發(fā)生的時(shí)序，健康的耦合系統(tǒng)一個(gè)發(fā)展周期可分為弱耦合、強(qiáng)耦合、解耦合、再耦合四個(gè)基本階段。弱耦合階段是系統(tǒng)演化初始時(shí)期，子系統(tǒng)的成長完全基因化，內(nèi)聚力強(qiáng)，子系統(tǒng)間交互作用弱且相對獨(dú)立的階段；強(qiáng)耦合階段是子系統(tǒng)發(fā)展膨脹，系統(tǒng)間融合共生或?qū)箾_突的階段；解耦合階段是在融合共生中，率先獲得足夠的發(fā)展能量的子系統(tǒng)擺脫原來的耦合體，進(jìn)入新的進(jìn)化路徑，從而使原有的耦合作用消解滅失；再耦合階段是在新的進(jìn)化路徑里，子系統(tǒng)為了積累能量而選擇與其他系統(tǒng)會聚并超循環(huán)和耦合。自然系統(tǒng)中的生物進(jìn)化和城市系統(tǒng)中的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化、人力資源培育等過程都存在類似的系統(tǒng)耦合的四階段，只是與自然系統(tǒng)相比較，人文社會系統(tǒng)中存在復(fù)雜的人為干預(yù)，甚至能在一定程度上控制耦合系統(tǒng)的發(fā)展。認(rèn)清耦合系統(tǒng)的發(fā)展階段，有利于了解系統(tǒng)的特征和進(jìn)化趨勢，從而有效地進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)展預(yù)測和風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避。

耦合系統(tǒng)的四個(gè)發(fā)展階段可以用耦合度來定量劃分。耦合度是指系統(tǒng)間相互作用、相互影響的程度，按照物理學(xué)耦合度的本義及其模型的數(shù)學(xué)含義，耦合度的大小只表示系統(tǒng)間相互作用的強(qiáng)弱，不表達(dá)這種相互作用是否合理、協(xié)調(diào)等含義。在理想狀態(tài)下，耦合度將在時(shí)間序列中有規(guī)律的變化。具體研究中，應(yīng)該結(jié)合系統(tǒng)發(fā)展實(shí)際情況，按照耦合度的值及其變化情況判斷系統(tǒng)所處階段。以兩個(gè)子系統(tǒng)的耦合為例，系統(tǒng)耦合度模型如下：

式中：C——系統(tǒng)耦合度；U和V——不同系統(tǒng)的屬性值；α，β——待定系數(shù)，且α＋β＝1；k——調(diào)節(jié)系數(shù)，一般2≤k≤8。本研究中，U——城市土地利用集約度；V——城市化效率。由于城市土地集約利用只是高效率城市化的部分體現(xiàn)，而城市化效率的內(nèi)涵更豐富，考慮到二者重要性不一致，所以本研究取α＝0.4，β＝0.6。耦合關(guān)系由城市土地利用集約度和城市化效率兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，故k值取2。由此易知0＜C＜1.085，在弱耦合和強(qiáng)耦合階段C值越大，耦合作用越強(qiáng)烈。

1.3 耦合效應(yīng)及其測算

系統(tǒng)耦合作用一般來說會帶來三種效應(yīng)。一是正效應(yīng)，即耦合使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完善、功能增強(qiáng)，子系統(tǒng)間相互協(xié)調(diào)、相互激發(fā)形成綜合效應(yīng)，整個(gè)系統(tǒng)獲得進(jìn)化動力；二是負(fù)效應(yīng)，即系統(tǒng)耦合時(shí)發(fā)生嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)錯位、功能紊亂，導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不協(xié)調(diào)，系統(tǒng)退化；三是拮抗效應(yīng)，對于復(fù)雜系統(tǒng)來說，正效應(yīng)和負(fù)效應(yīng)可能在系統(tǒng)的不同組分中發(fā)生，其作用效果取決于兩種效應(yīng)對耦合系統(tǒng)的影響程度，把這種由正、負(fù)效應(yīng)對抗沖突造成總能量減少的耦合影響稱為拮抗效應(yīng)。很顯然，正效應(yīng)使耦合系統(tǒng)比其子系統(tǒng)具有更復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)和更高的能量聚集；負(fù)效應(yīng)使耦合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)和能量散失；拮抗效應(yīng)則要么放緩系統(tǒng)進(jìn)化速度，要么使系統(tǒng)陷入逐漸衰退的境地。值得注意的是，三種效應(yīng)可以出現(xiàn)在耦合系統(tǒng)的任何發(fā)展階段中，三種效應(yīng)的共存是由系統(tǒng)耦合的復(fù)雜性決定的。正確處理三種效應(yīng)的關(guān)系有利于改善系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、釋放系統(tǒng)發(fā)展?jié)摿?、增加系統(tǒng)效益。

按照系統(tǒng)及其子系統(tǒng)在耦合作用中的表現(xiàn)可以對耦合效應(yīng)進(jìn)行定量判斷。參閱國內(nèi)學(xué)者的研究成果基礎(chǔ)上［12－13］，本研究提出2個(gè)子系統(tǒng)耦合時(shí)系統(tǒng)的耦合效應(yīng)指數(shù)的數(shù)學(xué)模型：

式中：C＊——耦合效應(yīng)指數(shù)，其他數(shù)學(xué)量含義均與公式（1）相同。由公式（1）易知，在本研究的城市土地集約利用和城市化效率的耦合中，－1＜C＊＜1.042，C＊的值越大，系統(tǒng)的耦合效應(yīng)越良好。

以系統(tǒng)的耦合效應(yīng)指數(shù)和子系統(tǒng)的屬性評價(jià)值可以更詳細(xì)地對耦合效應(yīng)進(jìn)行區(qū)分（表1）。效應(yīng)分類中C＊按值域均勻劃分，城市土地利用集約度k和城市化效率P的評價(jià)值及評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見2.4。

表1 城市土地集約利用與城市化效率的耦合效應(yīng)

2 遼中南城市群土地利用集約度和城市化效率的測算

2.1 研究區(qū)概況

本研究所指的遼中南城市群是以沈陽、大連為核心，包括鞍山、撫順、本溪、丹東、營口、遼陽、盤錦的9個(gè)地級以上城市組成。遼中南城市群屬溫帶季風(fēng)性氣候，西部為遼河平原，東部為低山丘陵。2012年區(qū)域總面積9.7萬km2，人口約2 827萬人，GDP約2萬億元。遼中南城市群與韓、日、朝三國隔海（江）相望，處在東北亞合作的門戶位置。城市群內(nèi)城鎮(zhèn)體系結(jié)構(gòu)合理，城市密集，城市化水平高，地區(qū)工業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)好、門類全，但產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重和資源環(huán)境約束是城市群發(fā)展中需要解決的問題。

2.2 研究方法

2.2.1 模糊層次綜合評價(jià)法：測算城市土地利用集約度 模糊層次綜合評價(jià)法是應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)原理和層次分析法綜合而成的評價(jià)方法。該方法能夠突出指標(biāo)和評價(jià)對象的隸屬程度，并形成評價(jià)等級結(jié)果。模糊變換模型為：

式中：j——年份；kj——j年待評城市土地利用集約度；ai——第i個(gè)指標(biāo)權(quán)重值；rij——第j年第i個(gè)指標(biāo)的隸屬度。

指標(biāo)權(quán)重由層次分析法求得。根據(jù)美國運(yùn)籌學(xué)家Saaty提出的1～9等級標(biāo)度構(gòu)造判斷矩陣，計(jì)算準(zhǔn)則層對目標(biāo)層的權(quán)重和指標(biāo)層對相應(yīng)準(zhǔn)則層的權(quán)重，最后用加權(quán)公式計(jì)算指標(biāo)層對目標(biāo)層的重要性程度。

隸屬度是模糊層次評價(jià)法的關(guān)鍵。根據(jù)指標(biāo)的實(shí)際意義選取升半梯形分布的隸屬函數(shù)1和降半梯形分布的隸屬函數(shù)2以及三角形分布的隸屬函數(shù)3。樣板值a，b，m，n由函數(shù)4，5，6求得。

式中：aij——第j年第i個(gè)指標(biāo)的函數(shù)最小值；bij——第j年第i個(gè)指標(biāo)的函數(shù)最大值；pij——第j年第i個(gè)指標(biāo)對應(yīng)的區(qū)域指標(biāo)平均值；sij——第j年第i個(gè)指標(biāo)的上級城市或更高等級城市指標(biāo)值；cij——第j年第i個(gè)指標(biāo)對應(yīng)的待評城市指標(biāo)值；mij——第j年第i個(gè)指標(biāo)對應(yīng)的待評城市平均值；qij——第j年第i個(gè)指標(biāo)對應(yīng)的待評城市最小值。

2.2.2 DEA模型：測算城市化效率 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）是一種線性規(guī)劃的數(shù)學(xué)過程，被廣泛應(yīng)用于對決策單元的效率評價(jià)中。它是美國運(yùn)籌學(xué)家Charnes等人以“相對效率”概念為基礎(chǔ)，根據(jù)多指標(biāo)投入和多指標(biāo)產(chǎn)出對相同類型的決策單元進(jìn)行相對有效性或效益評價(jià)的一種系統(tǒng)分析方法，稱為C2R模型［18］。當(dāng)把規(guī)模收益假設(shè)由不變改為可變時(shí)，C2R模型進(jìn)一步擴(kuò)展為BC2模型。BC2模型能將技術(shù)效率分為純技術(shù)效率和規(guī)模效率，可以衡量決策單元在既定的生產(chǎn)技術(shù)條件下，是否處于最優(yōu)生產(chǎn)規(guī)模。因DEA方法比較成熟，故不對其數(shù)學(xué)原理詳細(xì)介紹。

假設(shè)共有n個(gè)決策單元，每一個(gè)城市都視為一個(gè)決策單元，BC2模型可表示為：

式中：xi，yi——第i個(gè)城市的投入、產(chǎn)出變量；minP——目標(biāo)函數(shù)；s.t.——限定條件；該模型計(jì)算得到的p值就是決策單元的技術(shù)效率。

2.3 指標(biāo)體系及數(shù)據(jù)處理

城市土地利用集約度測算時(shí)，綜合考慮城市土地集約利用的內(nèi)涵，并結(jié)合遼中南城市群的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)，本研究構(gòu)建了反映土地集約利用的土地投入、土地產(chǎn)出、用地強(qiáng)度和可持續(xù)性的評價(jià)準(zhǔn)則以及其下12個(gè)具體指標(biāo)（表2），并統(tǒng)一采用市轄區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，具體計(jì)算由yaahp 7.5軟件完成（表2），并且CR＜0.10全部通過了判斷矩陣隨機(jī)一致性檢驗(yàn)。

城市化效率測算時(shí)，按照DEA方法的要求，以遼中南城市群9個(gè)城市（市轄區(qū)）作為決策單元，在投入、產(chǎn)出變量選擇上，借鑒國內(nèi)學(xué)者的選取方法［1，8］，投入變量選擇四項(xiàng)指標(biāo)為：城市就業(yè)人數(shù)、固定資產(chǎn)投資額、市轄區(qū)面積、財(cái)政支出。產(chǎn)出變量選擇兩項(xiàng)衡量城市化水平的指標(biāo)：人口城市化水平（城區(qū)人口占市轄區(qū)總?cè)丝诒戎兀?、非農(nóng)產(chǎn)值（第二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值之和）。需要說明的是，由于統(tǒng)計(jì)口徑的變動和城市人員流動性加大，本文2002年以前的城區(qū)人口采用的是非農(nóng)業(yè)人口和流動人口之和，2007年，2012年采用的是國家統(tǒng)計(jì)局標(biāo)準(zhǔn)的城區(qū)人口。

本研究數(shù)據(jù)涉及遼中南城市群9個(gè)城市1987年，1992年，1997年，2002年，2007年，2012年的6個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，9個(gè)城市的行政區(qū)劃以2012年為準(zhǔn)。數(shù)據(jù)來源主要是相應(yīng)的《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《遼寧統(tǒng)計(jì)年鑒》和9個(gè)城市的國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)。

表2 城市土地集約利用指標(biāo)體系及權(quán)重

2.4 評價(jià)結(jié)果分析

2.4.1 城市土地利用集約度分析 使用模糊層次綜合評價(jià)法計(jì)算出遼中南9城市土地利用集約度（表3）。根據(jù)遼中南城市群的發(fā)展過程，結(jié)合9個(gè)城市的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段、生態(tài)環(huán)境承載力和土地利用特點(diǎn)，參考國內(nèi)相關(guān)研究的成果［2，5－6］，本研究集約度劃分采用4級標(biāo)準(zhǔn)：0～0.3為不集約；0.3～0.5為基本集約；0.5～0.8為適度集約；0.8～1為過度集約。

從表3可以看出：（1）1987—2012年，遼中南城市群土地利用整體上集約水平在上升，處于基本集約階段，并且即將步入適度集約階段。（2）大部分城市在2002年前后集約度達(dá)到6個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)中的最小值，評價(jià)期內(nèi)各城市的集約度變化曲線均呈“U”型，最小值的出現(xiàn)可能是受當(dāng)時(shí)城市經(jīng)濟(jì)粗放增長和城市發(fā)展無序蔓延的影響。（3）多數(shù)城市土地利用集約度都在上升。截至2012年，按集約度大小形成沈陽、大連第一梯隊(duì)，鞍山、營口、遼陽、盤錦第二梯隊(duì)，撫順、本溪、丹東第三梯隊(duì)，集約度空間分布上聚類形成南北兩核心、中西部和東部三大特征區(qū)。

表3 城市土地利用集約度

2.4.2 城市化效率分析 根據(jù)DEA方法的BC2模型，采用投入主導(dǎo)型分析模式，經(jīng)DEAP 2.1軟件計(jì)算，得到9城市的城市化效率DEA有效性評價(jià)結(jié)果（表4）。技術(shù)效率是對城市的資源配置能力、資源使用效率等多方面能力的綜合衡量與評價(jià)。一般認(rèn)為：技術(shù)效率＝純技術(shù)效率×規(guī)模效率，純技術(shù)效率反映的是城市在最優(yōu)規(guī)模時(shí)投入要素的生產(chǎn)效率，規(guī)模效率反映的是實(shí)際規(guī)模與最優(yōu)生產(chǎn)規(guī)模的差距。技術(shù)效率為1，表示該城市的投入產(chǎn)出是綜合有效的（DEA有效），即同時(shí)技術(shù)有效和規(guī)模有效。純技術(shù)效率為1，表示在目前的技術(shù)水平上，其投入資源的使用是有效率的，未能達(dá)到綜合有效的根本原因在于其規(guī)模無效，因此其改革的重點(diǎn)在于如何更好地發(fā)揮其規(guī)模效益，反之當(dāng)技術(shù)無效時(shí)，應(yīng)增加科技投入，提高技術(shù)水平。

從表4可以看出，（1）25a間，遼中南城市群整體技術(shù)效率水平呈波動上升態(tài)勢，在2012年有8個(gè)城市實(shí)現(xiàn)了DEA有效，即投入和產(chǎn)出實(shí)現(xiàn)效率化。（2）在2007年以前，未實(shí)現(xiàn)DEA有效的城市，絕大部分處于規(guī)模報(bào)酬遞減狀態(tài)，城市發(fā)展中出現(xiàn)投入水平過高的問題；自2007年起，多數(shù)城市開始規(guī)模報(bào)酬遞增或不變，直至2012年全區(qū)域基本實(shí)現(xiàn)規(guī)模有效性。（3）從單個(gè)城市來看，除盤錦外，其余城市25a里均出現(xiàn)技術(shù)效率較大波動，有4個(gè)城市在1992年出現(xiàn)技術(shù)效率的極低值或接近極低值，沈陽和大連的波動原因主要是當(dāng)時(shí)的老工業(yè)基地技術(shù)陳舊、體制落后，深受“東北現(xiàn)象困擾”，鞍山和撫順由于在當(dāng)時(shí)資源利用粗放，技術(shù)管理手段相對落后，導(dǎo)致規(guī)模不經(jīng)濟(jì)。

表4 遼中南城市群城市化效率

3 城市土地利用集約度與城市化效率的時(shí)空耦合

3.1 耦合度和耦合階段的時(shí)空演變分析

使用公式1，2和表3，表4的數(shù)據(jù)，計(jì)算得出遼中南城市群9城市在1987—2012年的耦合度和耦合效應(yīng)指數(shù)（表5）。從各城市耦合度的數(shù)值及其均值的變化來看，遼中南城市群及其各城市的耦合發(fā)展階段均處在弱耦合和強(qiáng)耦合階段內(nèi)，目前沒有經(jīng)歷解耦合和再耦合的階段。理由如下：首先，在我國城市群綜合指數(shù)排名上，珠三角、長三角、京津冀城市群居于前列［19］，相比之下遼中南城市群離城市系統(tǒng)發(fā)展的較高階段尚有距離，而解耦合和再耦合都是建立在系統(tǒng)發(fā)展高級階段上的；其次，各城市耦合度數(shù)值都明顯小于最大值1.085，所以在達(dá)到最大值之前的耦合度減小都不屬于解耦合階段。

只用弱耦合和強(qiáng)耦合來區(qū)分遼中南城市群的發(fā)展階段太過粗略，本研究采用自然斷點(diǎn)法把強(qiáng)耦合和弱耦合階段繼續(xù)細(xì)分為高級、中級、較低和低級四個(gè)階段，分別表示耦合階段由高到低，并利用ArcGIS 10.1繪制出城市土地集約利用和城市化效率耦合發(fā)展階段的時(shí)空分布（圖1）。

表5 遼中南城市群土地集約利用與城市化效率耦合度和耦合效應(yīng)指數(shù)

從表5和圖1可以看出，1987—2012年遼中南城市群耦合度和耦合階段有如下特征：（1）整體耦合強(qiáng)度偏弱，城市群處于弱耦合到強(qiáng)耦合的轉(zhuǎn)化階段。從時(shí)間上看，研究期內(nèi)耦合度整體呈小幅波動、緩慢增長的態(tài)勢，25a中耦合度整體最大變幅不超過0.23，增長率約為32%；從空間上看，城市群西部耦合度一直強(qiáng)于東部。（2）單體城市耦合度變化較大，耦合階段上升過程曲折反復(fù)。耦合度變化形式為淺“U”型曲線。耦合度變化的最大、最小幅度分別是丹東625%和大連48%，共有5個(gè)城市耦合度變化超過150%；大多數(shù)城市的耦合度在1997年或2002年達(dá)到研究期內(nèi)的最小值。（3）各城市的耦合發(fā)展階段之間差異較大。沈陽、大連耦合階段明顯超前于其他城市，且25a中這種差距不斷擴(kuò)大。（4）從空間看，各城市耦合階段分布不均衡，西強(qiáng)東弱的耦合度分布正轉(zhuǎn)化為以東西方向?yàn)檩S，南北對稱分布的格局。表現(xiàn)為以沈陽、大連為高值雙核心，沈大聯(lián)系帶上為次高值分布，東部為低值區(qū)域。

耦合度的逐漸增強(qiáng)反映了城市土地利用與城市化效率之間的相互影響在逐漸加強(qiáng)，遼中南城市群正向著更高的耦合階段邁進(jìn)，但是城市群內(nèi)部的東西差異和南北分化也表現(xiàn)出發(fā)展的不均衡。改革開放以來，遼中南地區(qū)依托區(qū)內(nèi)的工業(yè)基礎(chǔ)、資源條件以及沿海沿江的區(qū)位優(yōu)勢，走上了一條工業(yè)化和城市化相對同步的道路，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和快速的城市化使城市土地增值，土地的稀缺性得以顯現(xiàn)，土地利用的集約度成為影響城市化效率的關(guān)鍵因素，二者的相互作用（耦合度）日益增強(qiáng)。但是城市群內(nèi)9個(gè)城市的性質(zhì)、發(fā)展基礎(chǔ)、發(fā)展模式不盡相同，目前處于高級耦合階段的沈陽、大連一直是遼中南城市群乃至整個(gè)遼寧省的發(fā)展核心，人口、資源和環(huán)境的壓力導(dǎo)致城市化發(fā)展對土地利用的敏感度高、響應(yīng)快，二者在相互作用中高度耦合。中東部的遼陽、本溪、丹東在以往發(fā)展中土地利用方式粗放，集約水平過低，極大地影響了城市化效率的提升，既不利于城市自身發(fā)展，也不利于形成城市群發(fā)展的合力。

3.2 耦合效應(yīng)的時(shí)空分析

耦合效應(yīng)指數(shù)能夠彌補(bǔ)耦合度不能評估耦合效應(yīng)的缺陷，該指數(shù)與土地利用集約度和城市化效率指標(biāo)相結(jié)合，能夠較細(xì)致地評價(jià)耦合效應(yīng)。根據(jù)表1和表5中的耦合效應(yīng)指數(shù)判斷各城市的耦合效應(yīng)時(shí)，指標(biāo)值不完全符合表1的城市，采用數(shù)值相近的原則進(jìn)行歸類，并用ArcGIS 10.1軟件繪制遼中南城市群耦合效應(yīng)圖（圖2）。

圖1 1987－2012年遼中南城市群土地集約利用與城市化效率的耦合階段

從圖2可以看出：（1）整體上耦合效應(yīng)的變化沿著從負(fù)效應(yīng)到正效應(yīng)的路線進(jìn)化，盡管穩(wěn)定地保持高效集約正效應(yīng)的城市（僅大連、盤錦）較少，但低效粗放的負(fù)效應(yīng)和負(fù)拮抗效應(yīng)城市的比例不斷減小，直至2012年沒有體現(xiàn)負(fù)面效應(yīng)的城市。這表明遼中南城市群土地集約利用和城市化效率是向著良性協(xié)調(diào)的方向發(fā)展，城市群的耦合效益不斷提升，集約利用土地和提高城市化效率還應(yīng)該是今后城市發(fā)展長期保持的重要原則。（2）各城市耦合效應(yīng)變化幅度不大。耦合效應(yīng)的改善要以土地集約利用和高效率的城市化為前提，更為宏觀的背景是城市綜合實(shí)力的提高，只有長期的發(fā)展和積累才能顯現(xiàn)出效益。大連在25 a里長期處在高效集約的協(xié)調(diào)階段，反映了城市土地利用與城市化建設(shè)的良性互動，是“不求最大，但求最好”的城市發(fā)展政策的體現(xiàn)。作為區(qū)域性中心城市，沈陽的耦合效應(yīng)穩(wěn)步上升，到2007年步入高效集約正效應(yīng)城市的行列，這是城市經(jīng)濟(jì)增長、內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化、土地集約利用和城市化同步協(xié)調(diào)發(fā)展的結(jié)果。（3）城市耦合效應(yīng)長期存在東、西差異。西部沈陽、大連、鞍山、盤錦耦合效應(yīng)持續(xù)為正，且不斷累積（表現(xiàn)為耦合效應(yīng)指數(shù)不斷增加）；而中東部撫順、本溪、丹東、遼陽長期處于耦合負(fù)面效應(yīng)之中，由于這些城市以資源或農(nóng)林為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在城市發(fā)展中長期發(fā)揮重要作用，重工業(yè)比重過大導(dǎo)致城市中心區(qū)用地負(fù)荷大，外圍工礦企業(yè)用地粗放，城市化發(fā)展空間與土地利用結(jié)構(gòu)出現(xiàn)矛盾，但未來城市土地集約利用的潛力巨大。（4）2012年是遼中南城市群耦合效應(yīng)的新轉(zhuǎn)折。從發(fā)展階段看，2007年開始城市群內(nèi)耦合效應(yīng)提升明顯，2012年9城市全面實(shí)現(xiàn)正面耦合效應(yīng)，正效應(yīng)和正拮抗效應(yīng)城市數(shù)量為1∶2。從空間格局看，2012年遼中南城市群的耦合效應(yīng)呈現(xiàn)明顯的區(qū)域?qū)ΨQ特征。遼中南城市群耦合階段和耦合效應(yīng)的變化與區(qū)域發(fā)展的過程是基本一致的。首先，在區(qū)域發(fā)展初期，城市群處于沈、大雙核極化發(fā)展階段，中心城市的集聚能力強(qiáng)，城市化速度快，土地利用強(qiáng)度大，資源協(xié)調(diào)配置能力明顯高于周邊中小城鎮(zhèn)，因此城市群內(nèi)不同規(guī)模等級的城市處在不同的發(fā)展階段，出現(xiàn)耦合度高值和低值相鄰分布。而隨著中心城市的經(jīng)濟(jì)輻射和城市化率增長趨于平穩(wěn)，外圍城市的勞動力、土地資源優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度加快，這些城市耦合效應(yīng)的積極方面逐漸顯現(xiàn)，與中心城市沈陽、大連的耦合效應(yīng)差距日益縮小。其次，2012年城市群耦合效應(yīng)出現(xiàn)“質(zhì)”的變化，全局協(xié)調(diào)性得到優(yōu)化，標(biāo)志著城市群由“規(guī)模—數(shù)量”型發(fā)展模式向“質(zhì)量—內(nèi)涵”型模式轉(zhuǎn)變，也將帶動城市群內(nèi)中西部城市健康發(fā)展，逐步縮小發(fā)展差距。

圖2 1987－2012年遼中南城市群土地集約利用與城市化效率的耦合效應(yīng)

3.3 耦合階段和耦合效應(yīng)的匹配協(xié)調(diào)分析

在耦合系統(tǒng)的發(fā)展的每一階段，耦合作用都會發(fā)揮不同效應(yīng)，二者之間的匹配協(xié)調(diào)關(guān)系決定了系統(tǒng)發(fā)展的興衰。經(jīng)過上文對土地集約利用和城市化效率耦合階段與耦合效應(yīng)的分析，結(jié)合圖1和圖2，可以總結(jié)出遼中南城市群耦合階段與耦合效應(yīng)的三種匹配對應(yīng)方式：（1）同步型。大連是唯一一個(gè)處在高級耦合階段并保持正效應(yīng)的城市，本溪、丹東、營口、遼陽是處在較低耦合階段產(chǎn)生負(fù)拮抗效應(yīng)的城市，雖然兩類城市都屬于同步型，但耦合作用給前者帶來的是推動和促進(jìn)，給后者帶來的是阻滯和延緩。（2）效應(yīng)超前型。沈陽、盤錦、鞍山屬于城市土地利用和城市化效率的耦合效應(yīng)相對超前于耦合階段。這類城市都處在較高級別的耦合發(fā)展階段上，但是耦合效應(yīng)表現(xiàn)得更為突出超前。這些城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的省內(nèi)排名都在前列，城市發(fā)展倚重土地，土地產(chǎn)出效益很高。需要注意的是，從2012年這一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上看，有7個(gè)城市出現(xiàn)了效應(yīng)超前的局面，這提示政府管理者要注意協(xié)調(diào)耦合階段與效應(yīng)的關(guān)系，以免透支城市發(fā)展?jié)摿?、影響城市社會效益。?）負(fù)相關(guān)型。撫順的耦合階段與耦合效應(yīng)呈負(fù)相關(guān)。二者表現(xiàn)出此消彼長的發(fā)展態(tài)勢，反映出城市化發(fā)展和土地利用之間極不協(xié)調(diào)的關(guān)系。撫順是資源衰退型工業(yè)城市，城市化發(fā)展相對滯后于工業(yè)化，土地利用粗放，因此長期處于較低的耦合階段。在衰退時(shí)期城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展受阻，土地經(jīng)濟(jì)支撐著城市發(fā)展；當(dāng)政府調(diào)整發(fā)展模式、規(guī)范土地市場時(shí)，以往土地粗放利用的弊端因滯后效應(yīng)得以顯現(xiàn)，城市化發(fā)展面臨的資源環(huán)境約束很大，形成了土地利用與城市化發(fā)展的耦合負(fù)效應(yīng)。

4 結(jié) 論

（1）耦合理論有效地整合了不同要素指標(biāo)的測算方法，通過對耦合度、耦合效應(yīng)計(jì)算結(jié)果的可視化處理，直觀反映出所研究系統(tǒng)的豐富信息，從而揭示要素間的耦合關(guān)系。此方法對于研究事物的時(shí)空耦合具有較為普遍的適用性。

（2）耦合關(guān)系研究模式中，耦合度主要揭示耦合強(qiáng)度和劃分耦合階段，耦合效應(yīng)指數(shù)用來評價(jià)耦合作用產(chǎn)生的優(yōu)劣影響，二者結(jié)合能夠探討耦合系統(tǒng)內(nèi)的協(xié)調(diào)狀況。①研究期內(nèi)，遼中南城市群土地利用整體上處于基本集約階段，且集約水平在上升。除沈陽、大連外，其他城市土地集約利用尚有較大潛力，集約度分布在空間上初步形成南北兩端、西部、東部三個(gè)梯隊(duì)等級。遼中南城市群城市化效率呈波動上升態(tài)勢，多數(shù)城市經(jīng)歷了規(guī)模報(bào)酬遞減、遞增和不變的發(fā)展過程，城市系統(tǒng)的投入和產(chǎn)出結(jié)構(gòu)逐漸得到優(yōu)化。② 遼中南城市群處于弱耦合到強(qiáng)耦合的轉(zhuǎn)化階段。西強(qiáng)東弱的耦合度分布正轉(zhuǎn)化為以東西方向?yàn)檩S，南北對稱分布的格局。表現(xiàn)為以沈陽、大連為高值雙核心，沈大聯(lián)系帶上遼陽、鞍山、營口、盤錦為次高值分布，東部為低值區(qū)域。③耦合效應(yīng)的變化大體上是從負(fù)效應(yīng)到正效應(yīng)的過程。城市耦合效應(yīng)長期存在東、西差異。2012年城市群耦合效應(yīng)出現(xiàn)“質(zhì)”的變化，全局協(xié)調(diào)性得到優(yōu)化。④大連的耦合階段與耦合效應(yīng)協(xié)調(diào)同步，耦合作用促進(jìn)城市發(fā)展；沈陽、鞍山、盤錦耦合效益超前于耦合階段，城市化發(fā)展中應(yīng)適當(dāng)緩解用地壓力，兼顧社會效益和生態(tài)效益，不可預(yù)支耦合效應(yīng)帶來的發(fā)展紅利；其余城市大體處在中級或較低耦合階段，耦合效應(yīng)沒有帶來積極的發(fā)展利益。

（3）根據(jù)系統(tǒng)耦合的發(fā)展理論，我國現(xiàn)階段城市群發(fā)展總的原則應(yīng)該是重視區(qū)域聯(lián)動發(fā)展、加強(qiáng)城市綜合管理、提高統(tǒng)籌規(guī)劃水平。具體到遼中南城市群，首先應(yīng)構(gòu)筑沈陽、大連雙核輻射中心，打破行政區(qū)經(jīng)濟(jì)的壁壘，通過政策和制度手段引導(dǎo)周邊城市融入沈陽經(jīng)濟(jì)區(qū)和遼寧沿海經(jīng)濟(jì)帶的發(fā)展；城市群中東部的資源型城市應(yīng)主動走出自身的經(jīng)濟(jì)內(nèi)循環(huán)，參與區(qū)域分工協(xié)作，依靠集群經(jīng)濟(jì)擺脫資源環(huán)境束縛，促進(jìn)城市群均衡發(fā)展，實(shí)現(xiàn)城市群綜合效益最大化；其次，利用豐富發(fā)達(dá)的信息網(wǎng)絡(luò)，建立不同層次的城市化質(zhì)量和城市土地利用的監(jiān)測預(yù)警平臺，及時(shí)掌握各城市的土地利用情況，釋放存量土地潛力，提高城市化效率；最后，從規(guī)劃制度創(chuàng)新著手，推進(jìn)城市規(guī)劃、土地利用規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)規(guī)劃的融合協(xié)調(diào)，保證土地利用與城市發(fā)展相協(xié)調(diào)。

耦合理論在系統(tǒng)發(fā)展和復(fù)雜關(guān)系研究中應(yīng)用價(jià)值很大，系統(tǒng)科學(xué)和生態(tài)學(xué)中曾提出過耦合、耦合系統(tǒng)的概念，目前缺少普適的耦合過程和機(jī)制的理論構(gòu)建。本研究中提出的耦合階段和耦合效應(yīng)分析雖有理論依據(jù)，但當(dāng)前采用的度量方法還有完善空間，并且因研究對象的發(fā)展水平所限，耦合系統(tǒng)的解耦合和再耦合階段沒有得到驗(yàn)證。在對耦合效應(yīng)進(jìn)行具體劃分時(shí)，可供參考的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)較少，缺少同類成果的比對。上述問題的解決，有待于耦合理論的完善和新方法的應(yīng)用。

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