探索城市土地开发强度与经济韧性之间的耦合协调关系及多情景模拟预测：以中国县级城市为例

《Sustainable Cities and Society》：Exploring the Coupling Coordination between Urban Land Development Intensity and Economic Resilience and Multi-scenario Simulation Predictions: Evidence from County-level Cities in China

　　张兰月|肖毅|陈永翔|杨浩楠|孔庆森
四川大学锦江学院数字经济学院，中国四川眉山620860

**摘要**
以往的研究强调了土地开发强度（LDI）和经济韧性（ER）的复杂演变过程；然而，关于它们之间的耦合协调性（LDERC）和空间异质性的研究相对较少。本研究开发了一个可解释的空间机器学习框架，结合了地理和时间加权回归（GTWR）以及SHAP方法，对中国2,151个县级城市的这些动态进行了分析。结果表明，LDERC从2010年的0.420稳步上升到2023年的0.504，并表现出显著的正空间溢出效应。GTWR的结果显示其决定因素存在强烈的空间异质性，这表明统一的政策干预可能效果不佳。经济结构和能力相关因素，包括产业结构、储蓄能力、就业能力和市场活力，通过提高土地利用效率、资本积累和地方经济循环显著促进了LDERC的提升。这些效应通过不同的区域渠道发挥作用：在较不发达的西部地区，储蓄能力的作用更为显著；而在经济较发达的东部地区，产业升级的影响更大。多情景模拟进一步表明，到2035年，这些因素的协调改进可以使LDERC提高到0.583。这些发现突显了需要制定多维度、空间差异化的策略，以增强土地开发与经济韧性之间的协调性。

**引言**
自20世纪中叶以来，全球土地开发持续增加，成为人类驱动的地球系统变化的一个标志性特征。（Cao等人，2026；Gao和O’Neill，2020；Wu & Wang，2025）根据联合国人居署和世界银行的统计数据，过去几十年来，全球城市建成区面积几乎扩大了五倍，压缩了支撑区域经济稳定性和系统韧性的生态缓冲区。（Cheng等人，2025；Ren等人，2023；Zhong等人，2023）诺贝尔奖得主Joseph Stiglitz将中国的快速土地开发进程描述为21世纪最具变革性的区域现象之一，深刻重塑了该国的经济、社会和生态格局（Yue等人，2024）。土地资源的加速利用推动了经济增长和社会繁荣（Yoo等人，2024），但这种表面繁荣的背后隐藏着一系列复杂问题，包括经济泡沫风险、产业结构失衡和突出的城市问题，对全球可持续发展构成了严峻挑战（Yin等人，2024）。鉴于土地资源的有限性，国际社会普遍认为传统的粗放型土地开发模式已无法维持长期的经济韧性和生态安全（Ma等人，2024）。《2030年可持续发展议程》明确要求优化空间利用结构，提高土地利用效率，以实现“经济增长、社会包容性和环境保护”之间的协调平衡（Jiang等人，2025；Li等人，2023）。然而，仍存在重大挑战：政策制定者如何设计有效策略来协调快速的土地开发与强大的经济韧性？在全球化和本地化之间的内在张力下，如何实现这两个系统的共生发展？解决这些问题需要深入和动态的多维度量化土地开发强度和经济韧性系统，优化土地开发模式和规划实践，并在不同部门和地区实施积极有效的分配机制，以支持在全球化和本地化交织的框架内实现可持续发展目标。

土地开发和经济韧性是城市地理学和规划中的反复出现的主题，众多研究探讨了它们的复杂时间和空间动态（Du等人，2025；Qi等人，2025；Wei等人，2024）。关于土地开发的研究主要涵盖测量方法（Li等人，2024）、指标体系构建（Li等人，2025）、预测和优化策略（Rahman & Szabó，2021），如智能增长、中国的领土空间规划和城市扩张控制政策，以及潜在驱动因素的识别。土地开发强度通常通过土地占用程度来表征其时间特征（Zhang等人，2020a），通常使用“建成区扩张率”或“城市化率”等指标进行衡量。随着土地使用冲突的加剧，更广泛的维度——包括能源消耗、社会供给和经济质量——已被纳入定量框架。代表性的衡量指标包括基于超效率SBM模型的土地利用效率（Kuang等人，2020；Hao Zhang等人，2024）、土地开发紧凑度（Xing等人，2024）、夜间光照强度（Zheng等人，2022）和城市扩张指数（Chen等人，2025）。虽然这些单一维度或效率导向的指标提供了有价值的见解，但它们往往忽略了土地开发多维指标之间的客观相互作用和信息分散。为了解决这个问题，最近的研究越来越多地采用客观加权方法，如CRITIC方法，通过考虑指标对比和相关性，将空间扩张、功能强度和承载能力整合到一个综合指标中（Estoque等人，2021；Su等人，2024）。另一方面，评估经济韧性的方法大致可以分为核心变量方法、计量经济模型和基于熵的方法（Han等人，2023a；Sun等人，2023a；Wang & Wei，2021）。尽管方法存在差异，但抵抗力、恢复力和适应性的关键维度始终是计算逻辑的基础。因此，必须在一个综合框架内评估土地开发是否具有韧性以及能否抵御潜在风险。因此，本研究引入了土地开发强度与经济韧性之间的耦合协调性（LDERC），通过共同研究这两个相互依存的系统来补充现有文献。

LDERC代表了一个动态且多维度的人地复合系统，其发展状态体现了地理转型的强烈过程（Zeng等人，2024）。其内部和外部变化与区域系统的多个组成部分紧密相连。从积极的角度来看，影响LDERC运作的关键因素包括土地使用的集约程度、城市化程度和区域整合程度等空间结构要素（Cheng等人，2023；Wang等人，2023a）。此外，良好的经济表现是系统平稳发展和稳定升级的必要条件（Deng等人，2023）。因此，现有研究通常侧重于提高创新能力、财政自给能力和市场开放度，以优化LDERC，从而提高系统的整体发展水平和运营效率，并增强其适应性和抵抗力。然而，从消极的角度来看，当政府过度依赖土地转让收入作为主要财政来源时，土地开发可能变得过于市场驱动，增加土地闲置和“鬼城”的可能性，从而削弱LDERC的稳步推进（Fan等人，2020；Shu等人，2018）。此外，低效的空间和城市化进程、资本逐利行为以及外部宏观经济因素（如贸易壁垒和全球流动性过剩）也是阻碍LDERC提升的关键制约因素（Guo等人，2024；Zhao & Gao，2025）。

尽管现有研究为独立理解土地使用动态和经济稳定性奠定了坚实的基础，但一个关键的综合性分析仍然缺乏。大多数先前的研究倾向于将土地开发视为城市化的静态空间结果，或将经济韧性视为纯粹的宏观经济特征，往往忽略了土地使用强度直接塑造和被经济结构韧性重塑的动态反馈循环。在全球经济波动和土地使用冲突加剧的背景下，这种脱节限制了我们理解空间开发如何转化为系统脆弱性或适应力的能力。此外，许多讨论仍停留在国家或省级层面，未能捕捉到县级层面的细致复杂性，在这一层面，政策实施和人地紧张关系最为突出。为了弥合这些潜在差距，本研究对现有知识体系做出了三方面的贡献。首先，我们在理论和实证上推进了LDERC的概念化。虽然以往文献广泛讨论了土地扩张和经济增长作为平行过程，但本研究严格推导了它们之间的相互机制，特别关注县级层面，这是一个在平衡局部土地使用冲突和区域稳定性方面至关重要但研究不足的行政尺度。其次，尽管学者们广泛研究了土地开发和经济韧性的驱动因素，但大多数现有研究侧重于整体系统动态，对空间异质性的关注有限。众所周知，忽视空间维度的人地系统研究可能会产生偏见或不那么客观的结果。为了解决这一局限性，本研究结合了地理和时间加权回归（GTWR）与XGBoost，能够同时捕捉空间异质性和非线性特征，从而弥补了先前研究的潜在不足。第三，由于传统机器学习模型的固有“黑箱”性质，其内部可解释性仍然有限。尽管这些模型有效地建立了因变量和自变量之间的映射，但它们往往无法阐明潜在机制或充分表示非线性关系。最近的进展，如Shapley加性解释（SHAP）方法，提高了机器学习输出的可解释性。因此，本研究结合了预测和解释工具，揭示了LDERC的演变机制并预测了其未来动态。

本文的其余部分组织如下：第2节描述了研究区域、数据来源和LDERC指标体系的构建。第3节详细介绍了综合方法论，包括耦合协调模型和可解释的机器学习框架（GTWR-XGBoost-SHAP）。第4节展示了实证结果和空间分析。第5节讨论了政策意义和理论贡献，第6节进行了总结。整体研究框架如图1所示。

**LDERC内部关系的推导**
土地开发强度与经济韧性之间的耦合协调系统构成了LDERC框架，代表了一个综合分析视角，用于研究空间开发和系统稳定性的协同演变。土地开发强度被概念化为土地在社会经济系统中的多功能参与的多维度衡量。它超越了简单的空间扩张，整合了规模、密度和结构模式。

**研究区域**
本研究选择了位于中国19个主要城市聚集区的2,151个县（区）作为主要研究区域（图3）。在过去几十年中，这些地区经历了快速的土地开发和发展中的人地系统深刻变革，在促进区域可持续发展、维护社会稳定和促进内部和外部连通性方面发挥了重要作用。与地级或省级单位相比，

**土地开发强度和经济韧性的时空演变**
在研究期间，中国2,151个县的土地开发强度和经济韧性指数均呈现出总体上升趋势（图4）。土地开发强度从2010年的0.192略微上升到2023年的0.198，而ER在同一时期从0.178显著上升到0.340。ArcGIS Pro中的时空演变分析表明，土地开发强度的增长在东部县尤为明显。例如，

**LDERC的变化趋势和驱动因素**
耦合协调度模型的结果表明，过去十年中国县级层面的LDERC一直处于稳定增长阶段。这一发现为现有文献提供了新的“小单位”分析视角，现有文献主要关注省际或城市间的更广泛空间尺度来研究土地开发和经济动态的模式（Giannakis & Bruggeman，2020；Xiao等人，2025c；X. Yang等人，2024）

**结论**
本研究通过系统地整合耦合协调度模型、地理和时间加权回归（GTWR）、XGBoost–SHAP可解释算法和多情景预测模拟，开发了一个分析框架，用于研究土地开发强度与经济韧性（LDERC）之间的耦合协调性。利用2010年至2023年中国2,151个县的面板数据，本研究进行了深入调查。

**利益声明**
无

**未引用的参考文献**
Hassler等人，2022；Jing等人，2026；Lee等人，2024；Ma等人，2024；Zhang等人，2020

**CRediT作者贡献声明**
张兰月：撰写——原始草稿、可视化、数据整理、概念化。
肖毅：验证、监督、软件、项目管理、资金获取。
陈永翔：项目管理、方法论、调查。
杨浩楠：可视化、验证、监督。《青神空：资源、项目管理和正式分析》
**利益冲突声明**
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系，这些因素可能会影响本文所报告的工作。
**致谢**
本项工作得到了四川省科学技术计划（2024NSFSC0859）、四川省哲学社会科学基金计划（SCJJ25QH57）、成都市哲学社会科学规划项目（2024BS039）以及国家地质灾害防治与地质环境保护重点实验室自主研究项目（SKLGP2024Z023）的支持。