城鎮建設用地經濟密度時空分異的實證分析

王海燕 ，濮勵杰，2，張 健，朱 明 ，趙 艷 ，符 蓉

（1.南京大學地理與海洋科學學院，江蘇南京210093；2.國土資源部，土地利用重點實驗室，北京100035）

當前，中國正處在城鎮化、工業化迅速發展時期，城市經濟不斷提升、規模不斷擴大，占用耕地不可避免，耕地大量減少嚴重威脅國家經濟和糧食安全[1-2]。中國百萬人口以上城市急劇增加，土地資源日益不足，其中耕地資源的稀缺性尤為突出[3]，加之土地的粗放利用和結構不合理、地質災害和環境污染等問題，使得土地資源的供需矛盾更加激烈[4]。如何對有限的土地資源進行合理規劃布局、開發使用，提高土地使用效率，提升土地節約集約利用水平[5-7]，滿足中國城鎮化、工業化的發展要求，已成為理論界、規劃界和政府部門關注的焦點。

城市土地集約利用是在David Ricardo等用地租理論研究農業用地的基礎上提出的，是解決中國人地矛盾、的重要途徑[8-9]。建設用地作為城市土地利用的主要用地類型，其集約節約利用、提高使用效益和可持續發展成為緩解城鎮化中土地供需矛盾的基本途徑[3-5]。國內外許多學者從內涵、指標體系建立、評價方法等方面對城鎮建設用地集約利用進行研究[10-12]，也有學者利用地價、土地經濟密度[13]等指標研究城市土地利用效率。

土地作為一個連續的載體，在空間上具有自相關性，如空間相互作用和空間擴散過程，從經濟和土地利用相結合的角度可以分析土地利用效益的地域空間分異特征和空間相關性[14]。目前此類研究主要在國家尺度上[15]，鑒于此，筆者以江蘇省城鎮建設用地經濟密度作為研究對象，定量分析江蘇省13個地級市1998—2008年城鎮建設用地經濟密度的時空變異特征和近10年蘇南、蘇中、蘇北地區城鎮建設用地經濟密度重心的轉移規律，并對2000年、2004年和2008年65個縣市區①文中的縣市區指江蘇省65個市轄區，縣和縣級市，市轄區指省轄市行政區域除縣、縣級市以外的區域范圍。的城鎮建設用地經濟密度進行自相關分析，揭示江蘇省縣級城鎮建設用地效率的分異特征，以期為城鎮建設用地工業規劃合理布局、提高城鎮土地集約利用水平提供一定的參考依據。

1 研究區概況

江蘇省介于 116°18’—121°57’E，30°45’—35°20’N之間，總面積 10.67萬 km2，氣候類型主要為溫帶和亞熱帶，境內平原遼闊、土地肥沃、物產豐富，素有“魚米之鄉”的美譽。江蘇省是中國人口密度最高、經濟發展最快的省份之一，城市化水平普遍較高[4]，但內部各地經濟結構、發展狀況存在較大差距，仍存在很大的開發利用潛力。

2 數據來源及研究方法

2.1 指標界定及數據來源

根據相關研究[14，16]，城鎮建設用地經濟密度是指單位面積城鎮建設用地的二、三產業地區生產總值。本研究數據來源于1998—2008年土地變更調查數據，經濟產出數據來源于《江蘇省統計年鑒》（1999—2009年）。

2.2 研究方法

（1）變差系數（Cv）：即樣本的標準差與均值之比，主要反映樣本數據的離散程度。公式如下：

式1中，yi為第i個地級市的城鎮建設用地經濟密度，為地級市平均建設用地經濟密度，N為地級市個數；

（2）泰爾指數[13（]T）：區域總體差異有不同空間尺度的區內差異和區間差異之分，本文主要討論地級市之間的城鎮建設用地經濟密度的區域差異變化情況。公式如下：

式2中，Y為地級市城鎮建設用地經濟密度之和。

（3）ESDA（Exploratory Spatial Data Analysis，探索性空間數據分析）方法

ESDA[17-19]以空間關聯度為核心，對事物的空間分布格局進行描述和可視化，從而發現事物的空間分布特征，廣泛應用于空間數據挖掘、流行病學和自然災害等研究[20]，分為全局空間自相關和局部空間自相關兩種。

全局空間自相關用于描述整個研究區域上對象之間的空間關聯程度，探討研究對象之間是否存在顯著的空間分布模式，常采用Moran’s I、Geary’s C、General G等進行度量[21]。本文選用Moran’s I指數，其公式如下：

式3中，N為研究對象的數目；Xi表示第i個空間位置上的觀測值；為 Xi的平均值；W（i，j）是空間權重矩陣 W；S0是空間權重矩陣W的所有元素之和。Moran’s I的取值范圍為（-1，1），0

局部空間自相關[20]可用來觀察不同空間位置上局部不平穩性，發現數據之間的空間異質性，為分類或區劃提供依據[22,23]。本文選用局部空間關聯指標LISA集聚圖和Moran散點圖進行分析。LISA[24]由Anselin于1994年提出，揭示每個空間單元的空間自相關性，識別局部的空間集聚或非平穩性。對第i個區域有：

式4中，zi和zj是區域i和j觀測值的標準化；wij是空間權重，其中∑jwij=1。

Moran散點圖[25]用來識別空間關聯的全局模式、空間異常和局部不平穩性等。橫軸表示每個位置上的觀測值，縱軸表示對應變量的空間滯后，兩者之間的關系即可識別。

全局空間自相關用于判斷研究對象是否存在空間集聚現象；局部空間自相關重在針對一個局部小區域，探討其與周邊區域的相關作用，即空間關聯效應[26]。本文相關指標數據通過GeoDA095i軟件計算得出。

（4）重心計算：重心是描述空間分布的最簡單的指標之一[27]，有幾何平均重心和加權平均重心兩種。本文采用城鎮建設用地經濟密度的加權平均重心來分析：

式5中，N為空間對象市縣個數；Xi和Yi為第i城市的重心坐標；Wi為第i城市的城鎮建設用地經濟密度占全省的比重為平均重心坐標值。

3 江蘇省地級市城鎮建設用地經濟密度時空分異研究

3.1 地級市城鎮建設用地經濟密度分異特征

2004年中國縣區單元平均城鄉建設用地經濟密度為5894萬元/km2[14]，對比江蘇省13個地級市1998—2008年建設用地經濟密度變化情況（圖1），各地級市建設用地經濟密度均高于中國城鎮的平均水平，但地區間南北差異較為明顯，2008年蘇南地區城鎮建設用地經濟密度為蘇中地區的107.34%，為蘇北地區的162.18%，城鎮土地利用集約度與城市的經濟發展水平存在正的相關性[28]，經濟發展水平越高的城市和地區，土地集約利用水平越高。

從空間分布來看，蘇錫常地區基礎條件較好，在國際大都市上海的經濟輻射影響下，外向型經濟迅速發展，集約利用程度最高。南京市區位優勢不顯著，但作為省會和歷史文化名城，經濟發展水平也較高，城鎮土地集約利用度也較高。蘇北地區受到區位、交通等因素制約，經濟發展水平和土地集約利用程度均較低。

近年來，國家出臺了一系列土地利用宏觀調控政策，對城鎮建設用地的集約利用水平進行調控[29]，江蘇省從蘇南崛起到沿海開發，從內河經濟向江河經濟轉變，目前正借助沿海開發和江海聯動邁向海洋經濟。從圖1可知，1998年以來，江蘇省各地級市的建設用地經濟密度均緩慢提高：1998—2003年間波動增長，其中無錫市城鎮建設用地經濟密度明顯高于其他地區，蘇州位居第二；2004—2008年，促進蘇北大發展、加快沿江開發等政策的提出和實施，使得江蘇省城鎮建設用地經濟密度增長較快，其中蘇州市由于國家高新技術產業開發區的積極拉動作用，現已與無錫并列位居首位。揚州市近年來建設用地經濟密度增長相對緩慢，這與京杭大運河航運功能降低有一定關系[30]。南通市在沿海開發大背景下發展迅速。宿遷市城鎮建設用地經濟密度低于省內其他地區。

3.2 城鎮建設用地經濟密度區域差異動態特征

區域差異動態特征是指研究對象內部差異隨時間推移的變化特征[13]。本文借鑒區域差異統計分析方法[31]以及ESDA方法對江蘇省1998—2008年的地級市間的空間差異進行分析（圖2）。1998—2008年，江蘇省城鎮建設用地經濟密度的變差系數和泰爾指數數值，總體上不斷減小即說明近10年來城鎮建設用地集約利用水平的地區間差距逐漸縮小。全局自相關系數Moran’I值均為正值表明1998年以來江蘇省各地級市城鎮建設用地經濟密度顯著正相關，各地區在空間上存在集聚現象；Moran’I值總體上緩慢增大，可見地級市間差異不斷縮小，由于蘇南地區經濟不斷向北輻射、沿海地區向內陸輻射，欠發達地區的城鎮建設用地經濟密度不斷提高，與發達地區的差異縮小，這也與江蘇省加快推進城鄉一體化、縮小城鄉和南北地區差距、促進區域協調發展的政策相吻合。

3.3 城鎮建設用地經濟密度空間轉移情況

圖1 1998—2008年江蘇省各地級市城鎮建設用地經濟密度①江蘇省部分地級市城鎮建設用地經濟密度存在一定的趨同性，結合其具體數據及代表性，為使圖表清晰，僅列出南京、無錫、徐州、蘇州、南通、揚州、宿遷7市。Fig.1 The economic density of urban construction land in Jiangsu from 1998 to 2008

圖2 1998—2008年江蘇省地級市城鎮建設用地經濟密度總體區域差異變化Fig.2 Overall regional disparity changes of economic density of urban construction land in Jiangsu from 1998 to 2008

本文采用“重心”法來探討江蘇省省級尺度和地區級尺度建設用地經濟密度變化情況。其中，蘇南地區指南京市、無錫市、常州市、蘇州市、鎮江市；蘇中地區指南通市、揚州市和泰州市；蘇北地區指徐州市、連云港市、淮陰市、鹽城市、宿遷市。運用ArcGIS 9.3，繪制建設用地經濟密度重心分布圖（圖3）。

圖3 1998—2008年城鎮建設用地經濟密度重心分布圖Fig.3 Centers’distribution of economic density of urban construction land from 1998 to 2008

從圖3中分析得出，1998—2008年，江蘇省城鎮建設用地經濟密度的重心均落在揚州市境內：1998—2000年，重心向西北轉移；2000—2003年，重心在東南—西北向來回波動，2004年向西北發生較大轉移；2005—2008年仍向西北轉移。蘇南地區：1998—2001年，重心轉移位移很小；2001—2004年，重心向東南方向轉移位移較大，2005年以來，重心向西北方向緩慢轉移。蘇中地區：重心在泰州市范圍內來回轉移，1998—2002年向東南方向轉移，且2000—2002年間偏移位移較大；2003年向西北偏移后，至2006年間，又不斷向東南方向轉移；2006—2008年重心向西北轉移。蘇北地區：1998—2001年重心向東南方向發生較快轉移；除2004年外，2001—2008年間，重心向西北方向轉移。

江蘇省城鎮土地集約利用地區差異明顯，主要與各地的經濟發展結構和經濟發展水平密切相關[32]。為了平衡地區間發展差異，江蘇省自2003年以來積極發展蘇北地區經濟、東隴海產業帶建設和沿海開放戰略，在鹽城興建汽車城、淮安修建臺資企業工業區、集中布局臨港產業和港口群等，加大了對蘇北地區的投資，有利地推動蘇北地區的經濟發展，使城鎮建設用地經濟密度重心不斷向西北轉移。

4 江蘇省縣市區城鎮建設用地經濟密度自相關性分析

在對1998—2008年江蘇省地級市建設用地經濟密度的總體空間分異及重心轉移分析的基礎上，本文選取2000年、2004年、2008年3個典型年份的建設用地經濟密度，深入探討縣市區層面局部空間相關性。

Moran散點圖（圖4）的4個象限為：第一象限HH，第二象限LH，第三象限LL，第四象限HL，對應反映某一區域和周邊區域的局部空間關系。LISA集聚圖（圖5）中可清楚看出城鎮建設用地經濟密度的空間格局和空間關聯度，圖中HH、LL表示空間聚集；HL、LH表示空間異常。

結合Moran散點圖和LISA集聚圖分析可知：（1）整體上，江蘇省縣市區城鎮建設用地經濟密度存在明顯的空間集聚現象，高值集聚主要在蘇南地區，低值集聚主要在蘇北地區，反映出江蘇省城鎮建設用地集約化水平南北差異較為明顯[28]，存在“梯度差”，這與南北地區主要的經濟產業結構差異有關；（2）2000年以來，高值集聚范圍有所擴大，以蘇錫常地區為“極化中心”不斷向周邊地區輻射和擴散，周邊縣市經濟快速發展，區域內部間差異不斷縮小，隨著沿海開發戰略的提出，南通市發展迅速，逐漸成為新的高值集聚中心，城鎮建設用地集約利用度提高較快；（3）蘇北地區低值集聚覆蓋范圍較大，但徐州市轄區H-L現象顯著，即徐州市相對于周邊縣市經濟發展良好，土地集約利用度較高，但徐州市的擴散作用不明顯，周邊縣市經濟發展仍較慢，差異較大。2009年《江蘇沿海地區開發規劃》的實施標志著沿海地區處于中國沿海、沿江和沿隴海蘭新線三大生產力布局主軸線的交匯區域，作為江蘇東部沿海輻射源，對于帶動內陸地區發展，縮小蘇南蘇北差距，促進整體實力提升等意義重大。

5 結論

不同地區經濟發展階段、技術水平、產業布局和土地利用等存在差異，其土地集約利用水平呈現時空分異特征[5,9]。本文采用區域差異統計分析方法定量分析江蘇省地級市和縣市區城鎮建設用地經濟密度的時空分異特征和相關性，得出如下結論：（1）江蘇省城鎮建設用地經濟密度高于中國城鎮建設用地經濟密度的平均值，建設用地集約利用水平相對較高。江蘇省建設用地經濟密度不斷提高，表明在發展經濟的同時，建設用地集約利用不斷受到重視，集約度有所提高。（2）江蘇省城鎮建設用地集約利用水平存在空間分異，從南向北存在一定的梯度差異。沿海地區、沿太湖地區建設用地經濟效益比經濟結構以農業為主的江蘇北部地區高很多。近年來，欠發達地區城鎮建設用地經濟密度不斷提高，地級市間空間差異有縮小趨勢。全省城鎮建設用地經濟密度的重心向西北方向轉移。蘇南、蘇中、蘇北地區內部之間轉移各時段有所差異，但總體上存在西北轉移趨勢。（3）縣市區城鎮建設用地經濟密度自相關分析表明，江蘇省各縣市城鎮建設用地集約存在集聚現象。蘇南地區以高值集聚為主，以蘇錫常為中心向外不斷擴大，中心城市的拉動作用明顯。蘇北地區普遍表現為低值集聚，徐州市轄區作為蘇北地區建設用地經濟密度的高值中心，其擴散作用不大，周邊地區發展仍緩慢，H-L現象顯著。

圖4 江蘇省縣市級層面城鎮建設用地經濟密度M oran散點圖Fig.4 Moran scatter plots of economic density of construction land at county level in Jiangsu

圖5 江蘇省縣市級層面城鎮建設用地經濟密度LISA集聚圖Fig.5 LISA cluster map of economic density of construction land at county level in Jiangsu

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