人口、經(jīng)濟、土地耦合協(xié)調(diào)度空間差異分析

饒永恒,張建軍,1b,徐琴,耿玉環(huán)

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

人口、經(jīng)濟、土地耦合協(xié)調(diào)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(zhì)大學(北京)a.土地科學技術(shù)學院;b.國土資源部土地整治重點實驗室,北京100083; 2.北京聯(lián)合大學旅游學院,北京10010)

實現(xiàn)人口、經(jīng)濟、土地(P一E一L)的協(xié)調(diào)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(xié)調(diào)度模型,對全國333個地級行政單位和4個直轄市的人口、經(jīng)濟、土地耦合協(xié)調(diào)度進行測算,嘗試揭示協(xié)調(diào)度空間差異性顯著的原因和驅(qū)動力。結(jié)果表明:(1)在人口資源、區(qū)域經(jīng)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(xié)調(diào)度整體水平很低。(2)耦合協(xié)調(diào)度空間集聚效應(yīng)明顯。(3)高值和低值集聚群內(nèi)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(jīng)濟土地;耦合協(xié)調(diào)度;Moran's I;空間集聚;離散度

0 引言

人口、經(jīng)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(chǔ)的問題之一[1]。人口的增長,本質(zhì)上是勞動力集聚的體現(xiàn),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(jīng)濟、土地也存在類似的關(guān)系。經(jīng)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(jīng)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(zhì)轉(zhuǎn)變和能量交流,最終實現(xiàn)和諧發(fā)展,對于區(qū)域經(jīng)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(jīng)濟土地相關(guān)性的研究主要是從三者均衡發(fā)展協(xié)調(diào)水平出發(fā),建立耦合協(xié)調(diào)度模型[4—7]。在此基礎(chǔ)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(jīng)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(xiàn)對未來協(xié)調(diào)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(jīng)濟學理論為指導思想,對人口、經(jīng)濟、土地發(fā)展水平的區(qū)域差異性和特征進行描述,結(jié)合地理信息系統(tǒng)工具對結(jié)果進行可視化展示,為地區(qū)協(xié)調(diào)度發(fā)展定位提供建議[10]?？偟膩碚f,國內(nèi)外針對人口、經(jīng)濟、土地耦合協(xié)調(diào)度的研究廣而全,結(jié)論主要是從耦合協(xié)調(diào)度水平和空間差異的界定和劃分為主,缺乏對三者協(xié)調(diào)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(jīng)濟、土地三者之間的耦合協(xié)調(diào)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(xiàn)的原因和驅(qū)動力,旨在為全國人口、經(jīng)濟、土地耦合協(xié)調(diào)度的改善提供理論基礎(chǔ)和參考意見。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究所有數(shù)據(jù)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(jīng)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(shù)據(jù)網(wǎng)等。其中,人口是指地區(qū)常住人口,經(jīng)濟是地區(qū)國民生產(chǎn)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(shù)據(jù)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(jīng)過歸一化處理的指標值應(yīng)該處于[0,1]的區(qū)間內(nèi)。

1.2 研究方法

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

1.2.1 耦合度和耦合協(xié)調(diào)度模型

耦合度函數(shù)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(zhì)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(jīng)濟Economy—環(huán)境Environment)協(xié)調(diào)度的建立規(guī)則[11],建立耦合度函數(shù)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(guān)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(nèi)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(xié)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(chǎn)生誤導作用?；诖?構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)度模型,用來評估系統(tǒng)要素之間的相互“協(xié)調(diào)”程度,其具體算法為:

式中,D為耦合協(xié)調(diào)度;C為耦合度;T表示系統(tǒng)內(nèi)部要素之間的綜合調(diào)和指數(shù),它反映的是系統(tǒng)內(nèi)部要素之間的整體協(xié)同效應(yīng)或貢獻度;n為系統(tǒng)個數(shù),u是系統(tǒng)因子作用分,a,b,m為待定系數(shù)。

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

表1 耦合協(xié)調(diào)度等級劃分及其標準

1.2.2 Moran's I指數(shù)

Moran's I指數(shù)作為衡量統(tǒng)計學中數(shù)據(jù)空間自相關(guān)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(guān)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(shù);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(quán)重矩陣。Moran's I指數(shù)的值域范圍為[-1,1]。負值表示區(qū)域空間負相關(guān),正值表示區(qū)域空間自相關(guān),零值表示隨機空間分布狀態(tài)。為保證Moran's I指數(shù)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(guān)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(jié)果分析

2.1 我國“P一E一L”耦合協(xié)調(diào)度水平

根據(jù)OECD協(xié)調(diào)發(fā)展度界定標準,我國“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)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(xié)調(diào)水平(圖1)。7個地級行政單元處于低度失調(diào),54個處于中度失調(diào),276個處于嚴重失調(diào)水平。全國超過80%地級行政單元處于嚴重失調(diào)狀態(tài)。究其原因,可以把將處于不協(xié)調(diào)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(gòu)成比較特殊;第二類是區(qū)域經(jīng)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(guān)市等,這些行政單元多處于西部地區(qū),經(jīng)濟水平發(fā)展較低且地廣人稀,導致協(xié)調(diào)度失調(diào)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(jīng)濟水平較高,人口集聚效應(yīng)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(xié)調(diào)度較低。

同時,根據(jù)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(xié)調(diào)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(xié)調(diào)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(jīng)濟、土地耦合協(xié)調(diào)度

2.2 我國“P一E一L”耦合協(xié)調(diào)度空間集聚效應(yīng)

我國P-E-L”耦合協(xié)調(diào)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(jīng)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(shù)衡量我國地級以上行政單元“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)度的全局空間自相關(guān)性。計算得到Moran's I指數(shù)在1%顯著水平下為0.174,表明處于我國“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)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(guān)。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(xié)調(diào)度具有典型的空間正向分布特征。即為協(xié)調(diào)度高的地級區(qū)劃向協(xié)調(diào)高的地級區(qū)劃集聚,協(xié)調(diào)度低的地級單元向協(xié)調(diào)度低的地級區(qū)劃靠攏。究其原因,主要是因為人口與經(jīng)濟本身就相互依存,彼此影響的兩個主體,經(jīng)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(jīng)濟的發(fā)展,而土地作為二者的基礎(chǔ)物質(zhì)載體,刺激性的人口與經(jīng)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(xié)調(diào)度Moran散點圖

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

我國“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)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(nèi)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(xié)調(diào)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(shù)的63.5%,進一步說明了“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)度的具有一定水平的空間集聚效應(yīng)。

圖3 我國“P一E一L”耦合協(xié)調(diào)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(xiàn)了我國“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)度的空間集聚效應(yīng)典型區(qū)域的可視化(圖3)。通過對空間集聚效應(yīng)的揭示和空間說明,對于理解我國“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)度的空間分布特征和未來關(guān)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(xiàn),說明這部分區(qū)域“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)度,相對發(fā)展比較成熟,有較為適宜的人口經(jīng)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(xiàn)則說明這部分地區(qū)人口、經(jīng)濟、土地資源分布不均,較大程度地限制了“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)度的良性發(fā)展。

如圖4,我國“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)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(jīng)濟、科技的驅(qū)動作用下,天津、河北、內(nèi)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(xiàn)了區(qū)域經(jīng)濟和人口集聚的良性發(fā)展,使得地區(qū)“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)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(jīng)濟水平相對較弱,大量勞動力的外出和基礎(chǔ)資源外流,削弱了這些地級行政單元的“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)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(yīng)這反映出直轄市作為地區(qū)核心經(jīng)濟發(fā)展區(qū)域?qū)τ谥苓叺貐^(qū)的“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)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(xié)調(diào)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(xié)調(diào)度典型集聚群的可視化展示發(fā)現(xiàn),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。基于此,為了分析“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)度對于行政區(qū)劃面積和幾何形狀的響應(yīng)程度,將我國“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)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(chǔ)上,對所有樣本(考慮到煙臺市轄區(qū)內(nèi)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(cè))＞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(cè))＜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(xié)調(diào)度“HH”集聚的行政單元面積主要處于40000km2以內(nèi),幾何離散度均值為0.45,集中在0.45±0.05范圍內(nèi);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(nèi)。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(xié)調(diào)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(jīng)濟、土地的高效均衡使用。

圖5 我國“P一E一L”耦合協(xié)調(diào)度典型集聚區(qū)離散度概況

3 結(jié)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(jīng)濟、土地”耦合協(xié)調(diào)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(xié)調(diào)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(xié)調(diào)水平,7個地級行政單元處于低度失調(diào),54個處于中度失調(diào),276個處于嚴重失調(diào)水平。究其原因,主要是由人口資源、區(qū)域經(jīng)濟水平、地理資源等制約因素所致,全國“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)度具有一定程度的空間差異和地理分布特征,整體呈現(xiàn)從東部到西部由高到低的遞減趨勢,未來協(xié)調(diào)度的改善和發(fā)展面臨著巨大的壓力和挑戰(zhàn)。

(2)耦合協(xié)調(diào)度發(fā)展水平的空間分布具有顯著的正向集聚效應(yīng),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(chǔ)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(yīng)的歸類,能清楚地明確直轄市作為地區(qū)核心經(jīng)濟發(fā)展區(qū)域?qū)χ苓叺貐^(qū)的“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)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(xié)調(diào)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(xié)調(diào)度的全面發(fā)展,國家宏觀上要考慮協(xié)調(diào)度的空間差異變化特征,明確區(qū)域自身的產(chǎn)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(diào)行政區(qū)劃面積的合理性和形狀的緊湊性。通過調(diào)整行政單元的行政面積和形狀,縮短行政部門的服務(wù)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(xié)調(diào)度的改善的有效措施。同時,考慮到直轄市的設(shè)定對于地區(qū)“P-E-L”耦合協(xié)調(diào)度的改善具有顯著的作用,應(yīng)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(xié)調(diào)度的改善,實現(xiàn)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(jīng)濟。