饒永恒,張建軍,1b,徐琴,耿玉環(huán)

(1.中國地質大學(北京)a.土地科學技術學院;b.國土資源部土地整治重點實驗室,北京100083; 2.北京聯合大學旅游學院,北京10010)

人口、經濟、土地耦合協調度空間差異分析

饒永恒1a,張建軍1a,1b,徐琴1a,耿玉環(huán)2

(1.中國地質大學(北京)a.土地科學技術學院;b.國土資源部土地整治重點實驗室,北京100083; 2.北京聯合大學旅游學院,北京10010)

實現人口、經濟、土地(P一E一L)的協調利用,對于促進地區(qū)發(fā)展和環(huán)境保護具有重要意義。文章通過引入耦合協調度模型,對全國333個地級行政單位和4個直轄市的人口、經濟、土地耦合協調度進行測算,嘗試揭示協調度空間差異性顯著的原因和驅動力。結果表明:(1)在人口資源、區(qū)域經濟水平、地理資源等多重因素制約下,我國“P一E一L”耦合協調度整體水平很低。(2)耦合協調度空間集聚效應明顯。(3)高值和低值集聚群內行政單元的面積差異不顯著,但行政區(qū)劃形狀的幾何離散度差異明顯。

人口經濟土地;耦合協調度;Moran's I;空間集聚;離散度

0 引言

人口、經濟、土地(P-E-L)一直是相互依存、彼此影響的三個因素,是人類最重要和最基礎的問題之一[1]。人口的增長,本質上是勞動力集聚的體現,而隨之而來的是對區(qū)域資本累積和土地承載的需求,當它們達到一定水平,反過來進一步促進人口增長。經濟、土地也存在類似的關系。經濟增長,往往刺激勞動力集聚和土地擴張,而土地資源是人口、經濟增長的必要保障[2,3]。在人類社會進步和發(fā)展的整個過程中,三者間不斷進行著物質轉變和能量交流,最終實現和諧發(fā)展,對于區(qū)域經濟發(fā)展、環(huán)境保護、社會穩(wěn)定具有重要的意義。長期以來,對于人口、經濟土地相關性的研究主要是從三者均衡發(fā)展協調水平出發(fā),建立耦合協調度模型[4—7]。在此基礎上,從時間尺度上,通過主成分分析、回歸分析等多元統(tǒng)計分析的方法,對人口、經濟、土地發(fā)展水平進行量化,揭示三者影響程度和發(fā)展水平的變化趨勢和規(guī)律,實現對未來協調度發(fā)展方向和水平的預測[8,9];從空間尺度上,以空間計量經濟學理論為指導思想,對人口、經濟、土地發(fā)展水平的區(qū)域差異性和特征進行描述,結合地理信息系統(tǒng)工具對結果進行可視化展示,為地區(qū)協調度發(fā)展定位提供建議[10]?？偟膩碚f,國內外針對人口、經濟、土地耦合協調度的研究廣而全,結論主要是從耦合協調度水平和空間差異的界定和劃分為主,缺乏對三者協調耦合度空間差異性原因的揭示。

基于此,本文選取全國333個地級區(qū)劃單元和4個直轄市為研究單元,從人口、經濟、土地三者之間的耦合協調性出發(fā),分析在全國尺度上的空間差異性特征和規(guī)律,嘗試揭示區(qū)域空間差異性表現的原因和驅動力,旨在為全國人口、經濟、土地耦合協調度的改善提供理論基礎和參考意見。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源及處理

本研究所有數據主要來源于全國共333個地級行政區(qū)劃單位和4個直轄市(為方便對比,文章所述地級行政單元均包括直轄市)的2012年國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報、地區(qū)2012年統(tǒng)計年鑒、中國人民共和國國家統(tǒng)計局國家數據網等。其中,人口是指地區(qū)常住人口,經濟是地區(qū)國民生產總值,土地是指行政單元的區(qū)劃面積。考慮到三個指標不同的量綱級別,對數據進行歸一化處理,具體公式如下:

式中,X是歸一化后的指標,xi是指標值的原始值, xmax和xmin是指標的最大值和最小值。經過歸一化處理的指標值應該處于[0,1]的區(qū)間內。

1.2 研究方法

對人口、土地、經濟三者之間的協調度水平的衡定,往往是建立協調度模型來實現,同時,通過Moran's I指數能夠有效揭示協調度水平空間差異性。在此基礎上,利用幾何圖形離散度來探索行政區(qū)劃對人口、經濟、土地協調度的影響作用。

1.2.1 耦合度和耦合協調度模型

耦合度函數主要是用來評估多個系統(tǒng)或要素之間相互作用的一種途徑,其本質來源于物理學中的容量耦合概念和容量耦合系統(tǒng)模型,參考3E(能源Energy—經濟Economy—環(huán)境Environment)協調度的建立規(guī)則[11],建立耦合度函數如公式(2):

顯然,C?[0,1]。當C=1時,耦合度最高,表明系統(tǒng)之間或系統(tǒng)要素之間達到最佳耦合程度,系統(tǒng)趨向于有序穩(wěn)定發(fā)展;當C=0時,耦合度最小,系統(tǒng)之間或系統(tǒng)要素之間呈無關狀態(tài),系統(tǒng)朝無序發(fā)展進行。耦合度作為衡量系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內部要素之間的相互作用程度的重要指標,它對判別彼此之間的耦合作用的強度,預警系統(tǒng)發(fā)展秩序等具有重要的意義。然而,耦合度在有些情況下卻很難反映出系統(tǒng)要素之間的整體“協同”程度,特別是在區(qū)域差異性較大的樣本之間進行橫向比較,有可能產生誤導作用。基于此,構建耦合協調度模型,用來評估系統(tǒng)要素之間的相互“協調”程度,其具體算法為:

式中,D為耦合協調度;C為耦合度;T表示系統(tǒng)內部要素之間的綜合調和指數,它反映的是系統(tǒng)內部要素之間的整體協同效應或貢獻度;n為系統(tǒng)個數,u是系統(tǒng)因子作用分,a,b,m為待定系數。

在以上測算的基礎上,為更好的評估系統(tǒng)要素之間的協調程度和耦合水平,參照前人研究和OECD的協調標準[11,12],劃定協調度等級和標準如表1所示。

表1 耦合協調度等級劃分及其標準

1.2.2 Moran's I指數

Moran's I指數作為衡量統(tǒng)計學中數據空間自相關的一個指標,是用于判斷和檢驗空間變量與空間鄰近位置變量之間的相關性特征的有效措施。其計算公式如下:

式中,N表示空間單元個數;XiXj代表某一屬性值在i、j空間位置上的值;是某一屬性在空間位置上的平均值;wij代表空間權重矩陣。Moran's I指數的值域范圍為[-1,1]。負值表示區(qū)域空間負相關,正值表示區(qū)域空間自相關,零值表示隨機空間分布狀態(tài)。為保證Moran's I指數值的可靠性,常對其進行Z-scores檢驗。公式如下:

1.2.3 離散度

離散度是用來衡量幾何圖形緊湊程度的常用性概念,是用來評價目標平面空間形態(tài)的完整性和分散程度高低的指標。其計算公式如下:

式中,M是指幾何圖形的離散度,C是它的緊湊度,A是面積,P是周長。從式中可以看出,幾何圖形的離散度和緊湊度呈負增長的關系。圓是離散度最低的圖形。當M值趨近于0,幾何圖形越趨近于圓,圖形越緊湊,離散度越低。

2 結果分析

2.1 我國“P一E一L”耦合協調度水平

根據OECD協調發(fā)展度界定標準,我國“P-E-L”耦合協調發(fā)展形式十分嚴峻,全國(不含港澳臺)共337個地級行政單元,僅有重慶市和北京市處于協調水平(圖1)。7個地級行政單元處于低度失調,54個處于中度失調,276個處于嚴重失調水平。全國超過80%地級行政單元處于嚴重失調狀態(tài)。究其原因,可以把將處于不協調水平的行政單元劃分為3類:第一類是人口資源決定,以果洛藏族自治州、黃南藏族自治州、怒江傈僳族自治州等自治州為主,這些行政單元民族、文化特色明顯,人口構成比較特殊;第二類是區(qū)域經濟水平所致,典型區(qū)域就是阿里地區(qū)、塔城地區(qū)、那曲地區(qū)、嘉峪關市等,這些行政單元多處于西部地區(qū),經濟水平發(fā)展較低且地廣人稀,導致協調度失調嚴重;第三類是地理資源受限,典型區(qū)域就是舟山市、萊蕪市、廈門市、珠海市等,這些地級行政單元相對經濟水平較高,人口集聚效應明顯,但是由于區(qū)域地理資源有限,行政單元面積較小,導致整體協調度較低。

同時,根據國家統(tǒng)計局“三大地帶”的劃分,可以看到我國“P-E-L”耦合協調度橫向沿東中西部整體呈下降趨勢。具體來說,我國東部地帶地級市共102個地級以上行政單元,“P-E-L”耦合協調度為0.265;中部地帶共104個地級以上行政單元,平均水平為0.234;西部131個地級以上行政單元,平均水平為0.213。

圖1 我國人口、經濟、土地耦合協調度

2.2 我國“P一E一L”耦合協調度空間集聚效應

我國P-E-L”耦合協調度在東中西三地地帶上具有較明顯的空間差異性。為了進一步明確人口、經濟、土地空間分布的規(guī)律性特征和差異性,利用Moran's I指數衡量我國地級以上行政單元“P-E-L”耦合協調度的全局空間自相關性。計算得到Moran's I指數在1%顯著水平下為0.174,表明處于我國“P-E-L”耦合協調度在地級行政單元間并非相互獨立,而是呈空間一定程度的正向相關。利用顯著性檢驗公式(5)對其檢驗,得Z檢驗值為5.43,進一步證實我國“P-E-L”耦合協調度具有典型的空間正向分布特征。即為協調度高的地級區(qū)劃向協調高的地級區(qū)劃集聚,協調度低的地級單元向協調度低的地級區(qū)劃靠攏。究其原因,主要是因為人口與經濟本身就相互依存,彼此影響的兩個主體,經濟的提高,能夠促進人口的集聚,而人口的集聚,又進一步的促進經濟的發(fā)展,而土地作為二者的基礎物質載體,刺激性的人口與經濟增長必然能夠帶動區(qū)域行政區(qū)劃面積的擴張。

圖2 我國“P一E一L”耦合協調度Moran散點圖

在對我國地級行政單元“P-E-L”耦合協調度進行全局空間相關分析的基礎上,通過Univariate LocalMoran's I分析,得到空間局部自相關分析圖(Moran's I散點圖,圖2),圖中橫軸表示“P-E-L”耦合協調度,縱軸表示其空間滯后向量(即該耦合協調度周圍鄰居的加權平均),其四個象限代表我國地級行政單元“P-E-L”耦合協調度的四種空間集聚模式。第一象限(HH):表示協調度高的區(qū)域被協調度高的其他區(qū)域所包圍;第二象限(LH):表示協調度低的區(qū)域被協調度高的其他區(qū)域所包圍;第三象限(LL):表示協調度的的區(qū)域被協調度低的其他區(qū)域所包圍;第四象限(HL):表示協調度高的區(qū)域被協調度低的其他區(qū)域所包圍。通過象限的劃分和界定,第一、三象限正的空間自相關關系表示相似協調值之間的空間聯系,暗示相似協調度的空間集聚效應;第二、四象限負的空間自相關關系表示不同協調度之間的空間聯系,暗示協調度的空間隨機分布。

我國“P-E-L”耦合協調度具有明顯的空間差異性分布特征(圖3)。其中,處于“HH”集群模式(第一象限)的地級以上行政單元共135個,主要集中于安徽,福建,廣東,廣西,貴州,河北,河南,黑龍江,湖北,湖南,吉林,江蘇,江西,內蒙古,山東,山西,陜西,新疆,浙江等省份(圖3.a);位于“LL”集群模式(第三象限)的地級行政單元共79個,主要集中在甘肅,寧夏,青海,四川,西藏,新疆,云南等省份(圖3. b)。我國“P-E-L”耦合協調度處于第一、三象限的地級區(qū)劃單元占全國總地級區(qū)劃數的63.5%,進一步說明了“P-E-L”耦合協調度的具有一定水平的空間集聚效應。

圖3 我國“P一E一L”耦合協調度“HH”和“LL”空間分布格局

LISA集聚圖,是用來對樣本空間集聚區(qū)域進行展示和說明的有效途徑。本文通過繪制在a=0.05顯著水平下的LISA集聚圖,實現了我國“P-E-L”耦合協調度的空間集聚效應典型區(qū)域的可視化(圖3)。通過對空間集聚效應的揭示和空間說明,對于理解我國“P-E-L”耦合協調度的空間分布特征和未來關注重點區(qū)域具有重要的意義和指導作用。高值集聚群的出現,說明這部分區(qū)域“P-E-L”耦合協調度,相對發(fā)展比較成熟,有較為適宜的人口經濟發(fā)展水平和適宜的行政區(qū)劃政策;而低值集聚群的出現則說明這部分地區(qū)人口、經濟、土地資源分布不均,較大程度地限制了“P-E-L”耦合協調度的良性發(fā)展。

如圖4,我國“P-E-L”耦合協調度主要形成了兩個空間集聚群,第一個是以京津冀地區(qū)為中心的高值空間集聚群,主要是近年來,在北京的核心政治、經濟、科技的驅動作用下,天津、河北、內蒙古部分地級行政單元通過大力招攬資本和人才,在充分發(fā)揮自身土地資源的同時,實現了區(qū)域經濟和人口集聚的良性發(fā)展,使得地區(qū)“P-E-L”耦合協調度水平較高;第二個是青海、甘肅、西藏等地區(qū)地級行政單元為主體的低值空間集聚群,這些地區(qū)主要位于中西部地帶,人口集聚、經濟水平相對較弱,大量勞動力的外出和基礎資源外流,削弱了這些地級行政單元的“P-E-L”耦合協調度,未來對其的改善和提高面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)。值得一提的是重慶市作為我國四個直轄市之一,周邊地區(qū)多處于“HH”和“LH”集聚效應這反映出直轄市作為地區(qū)核心經濟發(fā)展區(qū)域對于周邊地區(qū)的“P-E-L”耦合協調度具有明顯的影響作用。全國“HL”集聚、“LH”集聚相對比較散亂,規(guī)律性不明顯。

圖4 我國“P一E一L”耦合協調度L■SA集聚圖

2.3 集聚群行政區(qū)劃的面積和幾何離散度分析

通過對我國“P-E-L”耦合協調度典型集聚群的可視化展示發(fā)現,相較于“LL”集聚的行政單元,“HH”集聚的行政單元面積較小,幾何形狀也更為規(guī)則?；诖?為了分析“P-E-L”耦合協調度對于行政區(qū)劃面積和幾何形狀的響應程度,將我國“P-E-L”耦合協調度的“HH”集聚和“LL”集聚作為樣本進行分析。在計算得到樣本行政單元的幾何離散度的基礎上,對所有樣本(考慮到煙臺市轄區(qū)內包括眾多島嶼導致行政區(qū)幾何離散度誤差過大予以剔除)的面積和幾何離散度分別進行獨立樣本T檢驗,得到面積樣本的Sig.(雙側)＞0.5,說明“HH”集聚和“LL”集聚的行政單元行政區(qū)劃面積差異不明顯。而幾何離散度樣本的Sig.(雙側)＜0.05,說明“HH”集聚和“LL”集聚的幾何離散度存在顯著的差異性。

如圖5,我國“P-E-L”耦合協調度“HH”集聚的行政單元面積主要處于40000km2以內,幾何離散度均值為0.45,集中在0.45±0.05范圍內;而“LL”集聚的行政單元面積跨度較大,最小的三亞市僅有1919.5km2,而最大的那曲地區(qū)高達450537 km2,幾何離散度均值為0.51,主要在0.51± 0.1范圍內。因此雖然行政單元的區(qū)劃面積在統(tǒng)計學上對“P-E-L”耦合協調度的影響不明顯,但整體呈“HH”集聚的行政單元面積要小于“LL”集聚的趨勢;而行政區(qū)劃形狀的幾何離散度“HH”集聚要明顯小于“LL”集聚,這反映了較為規(guī)則的行政區(qū)劃形狀能有效促進地區(qū)的行政管理效率,增加人口、經濟、土地的高效均衡使用。

圖5 我國“P一E一L”耦合協調度典型集聚區(qū)離散度概況

3 結論與討論

通過對我國333個地級行政區(qū)劃單元和4個直轄市的“人口、經濟、土地”耦合協調度的測算和空間地理分布特征的可視化展示可知:

(1)我國“P-E-L”耦合協調度整體水平很低,在全國337個地級行政單元(含4個直轄市,不含港澳臺)僅有北京和重慶兩個直轄市處于協調水平,7個地級行政單元處于低度失調,54個處于中度失調,276個處于嚴重失調水平。究其原因,主要是由人口資源、區(qū)域經濟水平、地理資源等制約因素所致,全國“P-E-L”耦合協調度具有一定程度的空間差異和地理分布特征,整體呈現從東部到西部由高到低的遞減趨勢,未來協調度的改善和發(fā)展面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)。

(2)耦合協調度發(fā)展水平的空間分布具有顯著的正向集聚效應,其中東部以高值正向集聚為主,西部以低值正向集聚為主,在此基礎上,形成了第一個是以京津冀地區(qū)為中心的高值空間集聚群和以青海、甘肅、西藏等地區(qū)地級行政單元為主體的低值空間集聚群。同時,通過對重慶市周邊地區(qū)集聚效應的歸類,能清楚地明確直轄市作為地區(qū)核心經濟發(fā)展區(qū)域對周邊地區(qū)的“P-E-L”耦合協調度的影響作用。

(3)高值集聚群行政單元的面積和低值集聚群的差異不大,但前者的面積范圍相對跨度較小,總體上呈較小的態(tài)勢;同時,高值集聚群的幾何離散度要明顯低于低值集聚群,二者均值分別為0.45和0.51。這說明適宜的行政區(qū)劃面積和形狀對于“P-E-L”耦合協調度的增加具有明顯的促進作用。

基于以上分析,為了改善和推進全國“P-E-L”耦合協調度的全面發(fā)展,國家宏觀上要考慮協調度的空間差異變化特征,明確區(qū)域自身的產業(yè)條件和功能定位,充分利用和發(fā)揮地區(qū)資源優(yōu)勢,因地制宜。同時,在未來的行政區(qū)劃中,強調行政區(qū)劃面積的合理性和形狀的緊湊性。通過調整行政單元的行政面積和形狀,縮短行政部門的服務半徑,提高區(qū)域行政管理效率,是促使地區(qū)“P-E-L”耦合協調度的改善的有效措施。同時,考慮到直轄市的設定對于地區(qū)“P-E-L”耦合協調度的改善具有顯著的作用,應當充分發(fā)揮直轄市核心發(fā)展區(qū)的“帶頭”作用,刺激周邊地區(qū)齊頭發(fā)展,進而保證全國“P-E-L”耦合協調度的改善,實現各區(qū)域和諧發(fā)展。

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(責任編輯/浩天)

F061.5

A

1002-6487(2016)20-0133-04

饒永恒(1991—),男,四川達州人,碩士,研究方向:土地利用與土地生態(tài)。(通訊作者)張建軍(1982—),男,山西太原人,副教授,博士生導師,研究方向:土地利用與生態(tài)經濟。