摘要:隨著中國經濟發展與社會轉型,城市空間擴張迅速,城市土地利用格局與結構不斷變化。兩城一體化是具有中國特色的土地利用類型轉變形式。選擇鄭州市、開封市的快速一體化區域為研究對象,以2004年、2008年和2010年三個年份的TM影像和相關社會經濟數據為主要數據源,利用遙感和GIS技術,分析研究區的土地利用變化、建設用地的擴展模式,并探索其驅動機理。研究表明:(1)土地利用變動加快,且以耕地和建設用地為主,土地利用程度綜合指數增加。(2)中心城市先期帶動,副中心城市后期推進,次中心節點連接,形成兩端差異和分期主導的格局,總體符合“點—軸”模式。在更小的尺度上,形成了緊湊型圈層模式、低密度蔓延模式和軸向帶狀擴展模式等三種類型。(3)建設用地擴展是多重因素共同驅動的結果。自然地理環境、交通建設、經濟發展和政府政策等分別起著基礎性、指向性、決定性和控制性的作用,但政策規劃的作用最為顯著。
關鍵詞:建設用地;擴展模式;土地利用/覆被變化;一體化;鄭汴新區
中圖分類號:F0615文獻標志碼:A文章編號:10085831(2015)02000908土地利用/土地覆蓋變化(LUCC)對區域生態環境有重要影響,累積影響全球環境變化[1]。以人類—環境耦合系統為核心的土地利用/土地覆蓋動態過程的監測與模擬逐漸成為國內外學者研究關注的焦點[2],并成為土地變化科學新興研究領域的熱點[3-4]。對LUCC時空過程研究方法的重視也將對指導區域和全球尺度上LUCC過程的研究活動起到重要作用[5]。在較短的時間尺度上,自然驅動力相對穩定,但存在累積性效應,而人為驅動力則相對活躍[6]。因此,其驅動力研究更多地集中在人為因素[7],包括不斷增長的人口、經濟發展水平、農田肥沃程度和城市區域范圍等[8]。城市建設用地擴張與經濟模式緊密相關[9],主要來源于農地[10],并呈輻射狀擴展[11]。改革開放以來,中國土地利用發生快速變化,城市擴張引起的耕地減少最為明顯[12]。進入20世紀90年代之后,中國城市建設用地總體擴展較快,其中,東部地區擴展最快;中部地區擴展最慢,并出現城市人均用地大幅度下降的“不正常”現象[13]。東部地區已經到了人均建成區不再深刻影響經濟發展的時期,隨著經濟進一步擴張,土地利用變得更加集約。相對靈活的土地政策和廉價的土地價格則會顯著影響中西部建成區的擴展[14]。21世紀中國土地利用陡然步入快速變化期,從而驗證了諾貝爾經濟獎獲得者約瑟夫·斯蒂格利茨的論斷,即中國的城市化是深刻影響21世紀人類發展的重大事件。在全國尺度上,國家宏觀政策、區域發展政策與社會經濟發展是LUCC的主要驅動力[15]。黃淮海平原、東南沿海地區與四川盆地等城鄉建設用地顯著擴張[15]。對東部沿海地區而言,人口增長和技術進步引起的快速城市化、基礎設施建設、農村城市化和農村居民點擴張是土地利用轉變的最基本驅動力[16]。然而,不合理的土地開發利用方式對城鄉生態系統的穩定性產生了深刻影響,直接威脅到區域發展的可持續性[17-18]。
綜上所述,國內外學者對土地利用/土地覆被和建設用地空間擴展進行了深入細致的研究。然而,對應于經濟社會發展階段的轉型[19],為解釋土地LUCC的全球變化,必須進行廣泛的區域性個案研究[20],包括變化過程、格局與驅動力[21]。中國特色的土地利用/覆被轉變是政府和市場的共同作用,且更多地強調了政府和政策的力量[22]。在注重區域整合的今天,兩城一體化作為政府主導下的區域發展政策,是政府意志力量的集中體現。作為一種新型的土地利用轉變類型,兩城一體化是否存在某種土地開發模式?這種開發模式在全國是否具有某種共性?其驅動機理又是為何?對以上問題的探討具有一定的理論和實踐意義。因此,選擇兩城一體化快速發展的鄭(鄭州)汴(開封)一體化區域作為研究對象,分析土地利用動態變化、建設用地的擴展模式,并探索其驅動力。
一、研究區域和數據來源
(一)研究區域
鄭汴一體化區域是中原經濟區的核心地帶和先導區,于2005年正式提出。隨著鄭開大道2006年11月19日的開通,鄭汴一體化已經邁出實質性步伐。本文的研究區范圍位于鄭州市和開封市之間,包括鄭東新區與汴西新區及以鄭開大道為軸的帶狀區域,北部以連霍高速公路為界,西至鄭州市中州大道,東至開封市金明大道,南至310國道及隴海鐵路線,處于東經113°41′~114°19′,北緯34°42′~ 34°51′之間。近年來,該區域得到了快速發展,區域內各土地利用類型數量、結構等都發生了劇烈變化。
(二)數據來源及處理
本文的數據分為以下部分:(1)遙感TM數據均來源于美國地質勘探局(United States Geological Survey,USGS)網站;(2)1∶50 000地形圖:東經113°41′~114°19′,北緯34°42″~34°51′范圍內的地形圖,用于影像的幾何校正;(3)鄭汴產業帶規劃圖來源于河南省城市規劃設計研究總院,用于研究區邊界的提取;(4)社會經濟數據來源于各年度統計年鑒。
RS和GIS被廣泛用于土地動態監測和分析之中[23]。以RS、GIS技術為支撐,以ARCGIS、ERDAS軟件為工具,對研究區2004年5月、2008年5月和2010年6月三期陸地資源衛星Landsat TM 影像數據進行數據處理和信息提取,空間分辨率均為30m。
二、土地利用類型分類和精度評價
(一)土地利用類型分類
考慮到所采用的TM遙感影像的空間分辨率及研究區域土地覆蓋的特征,參照《土地利用現狀分類》標準,確定5種土地利用類型,分別為耕地(旱地、水澆地、水田)、林地(有林地、灌木林地、疏林地)、水域(河流、湖泊、水庫、坑塘)、建設用地(城鎮用地、交通建設用地、農村居民點用地)與未利用地(裸地、灘涂)。
重慶大學學報(社會科學版)2015年第21卷第2期
許家偉,等一體化進程中建設用地擴張及驅動機理——以鄭汴一體化區域為例
(二)分類結果精度評價
運用隨機抽樣方法選取200個地面檢查點,參考同一時期的Google Earth地圖及土地利用現狀圖等資料,對分類結果進行目視判讀,得到影像分類精度報告,獲得Acuuracy Totals(總精確度)、Kappa指數等評價指標值(表1)。三個時期的總精度都達到了80%以上,Kappa系數均達到允許判別精度0.7的要求[24]。
對遙感影像分類結果進行聚類統計,然后進行去除分析,將圖像中的小斑塊合并到相鄰的最大土地類型中,得到三期土地利用類型圖(圖1)。
圖1土地利用類型圖三、土地利用類型變化的特征分析
(一)土地利用類型的數量變化
計算2004年、2008年、2010年研究區各土地利用類型的面積和比例的變化(表2)。
從2004年到2008年,研究區的耕地、水體和未利用地數量分別減少了43.68 km2、0.27 km2和1.67 km2,降低了8.62%、4.41%和62.31%;林地和建設用地數量分別增加了0.1km2,45.52km2,上升了58.82%和45.29%。
從2008年到2010年,研究區的耕地、水體和未利用地數量分別減少了32.77 km2、0.06 km2和0.59 km2,下降了7.08%、2.56%和58.42%;林地和建設用地數量分別增加了0.24 km2和33.27 km2,上升了88.89%和22.93%。
從2004年至2010年,耕地是研究區內的主要土地利用類型,且減幅最大,6年間共減少了76.45 km2,降低了15.08%,其中絕大多數轉變為建設用地,但占總面積的比例均在65%以上;建設用地增加最多,共增加78.79 km2,所占比例從16.18%上升至28.98%。整體上說,研究區耕地在減少,而建設用地在增加,林地、水體和未利用地由于面積和比例較小,數量上變化不大。
(二)土地利用類型的程度變化
利用土地利用程度綜合指數衡量土地利用程度。表達式為:
Lj=100×ni=1Ai×Ci(1)
式(1)中,Lj為土地利用程度綜合指數;Ai為第i級土地利用程度分級指數;Ci為第i級土地利用程度分級面積百分比;n為土地利用程度分級數。Lj的值域范圍是100~400[25],它的大小可以反映出區域土地利用程度的高低。
土地利用程度綜合指數分別為314.40、322.84和330.42,均在300以上,利用強度較高,且隨著年份增加。土地利用程度綜合指數2004-2008年年均增加2.11,2008-2010年年均增加3.79,利用程度加深加快。土地利用程度呈上升趨勢,集約性越來越高,建設用地的比例逐步提高,土地利用結構單一化程度越來越高。研究區的土地利用開發程度已經處于較高狀態。
(三)土地利用類型的結構變化
為了能更好地了解研究區的土地利用類型的內部結構變化,揭示各土地利用類型的內部轉移特征,計算土地利用變化轉移矩陣。公式如下:
其中,Aij是指K時期的i類土地利用類型轉變為k+1時期j類土地利用類型的面積。
Rij表示K+1時期各類土地利用類型相對于K時期的變化程度的變化率,公式為:
在2004-2008年和2008-2010年兩個研究時段內,建設用地、林地和未利用地變化較大;耕地因基數較大變化率較小,但變化數量較大;水體占有率因填挖人工湖以及水體改造而產生一定的變動,總體上變化較小但呈下降趨勢。由于林地和未利用地面積較小,再加上TM影像精度及解譯時產生的誤差,其變化率可以忽略不計。耕地轉變為其他類型用地的占有率從75.27%下降到69.94%,變化率分別為-8.62%和-7.08%,而建設用地轉變為其他類型用地的占有率從23.58%上升至28.98%,變化率分別為45.29%和22.93%。增加的建設用地主要由耕地轉換而來,2008年前后分別有44.08km2和32.93 km2耕地轉換為建設用地,轉化比例分別為30.39%和18.46%。基于此,本文主要分析建設用地擴展的時空特征和演變模式。
四、建設用地擴展的時空演變及驅動機理
(一)建設用地擴展的時間演變
建設用地的時間擴張主要體現在面積增加,可以采用擴張面積和擴張速度指標。3年分別對應于99.55km2、145.07km2和178.34km2,從而得到2004-2010年研究區內建設用地面積的動態變化(表4)。
表42004-2010年建設用地擴張速度年份擴張面積(km2)年均擴張面積(km2 /a)年均擴張率(%)2004-200845.5211.38 9.872008-201033.2716.6410.862004年以來研究區內建設用地增長較快,年均擴張面積和年均擴展率均上升。2004-2008年和2008-2010年建設用地年均擴張面積分別為11.38km2/a和16.64km2/a;年均擴張率分別為9.87%和10.86%,年均擴張率上升了近1個百分點。
(二)建設用地擴展的空間演變
通過疊加研究區2004年、2008年、2010年的土地利用現狀圖,得出研究區建設用地的空間擴展(圖2)。
圖22004-2010年建設用地擴張
總體上,鄭州(包括中牟縣城)建設用地擴展時間較早,主要集中在2004-2008年,而開封開發較晚,2008年后才加快建設用地擴張速度。在更小的尺度上,可以發現研究區建設用地空間擴張規律。
1.緊湊型圈層模式
緊湊型圈層擴展是一種典型的擴展模式。中國大城市擴展多符合此模式。此模式具有緊湊度高、定型性好且可能獲得較高集聚效益的特征。研究區內鄭東新區、開封西區和中牟縣城三個點的發展基本符合圈層式擴展模式,形成以主城區為核心向外分層式擴展,呈現出圈層結構的蔓延。其以“精明增長(smart growth)”為理念,強調空間緊湊,減少盲目擴張,保護開放空間和創造舒適的環境;通過鼓勵、限制和保護措施,實現經濟、環境和社會的協調。
2.低密度蔓延模式
低密度蔓延伴隨著城市郊區化而出現。一般認為低密度蔓延是一種無計劃、無秩序的隨機性空間擴展模式。這種模式主要集中在遠離鄭東新區與開封新區的村鎮。由于與主城區較遠,且遠離主干道,擴張幅度不大,出現了以低密度蔓延為主要特征的空間擴展模式。此模式帶來諸多問題,包括降低了人口密度以及大量農田、綠地被占用,造成土地資源的浪費和生態環境的破壞。并且,居住區過于分散,商業服務、文化教育等設施難以配套,加大了基礎設施建設的成本。
3.軸向帶狀擴展模式
交通線路本身的高經濟性決定了建設用地沿交通線呈現帶狀空間擴展的模式。在研究時段內,沿鄭開大道的建設用地的帶狀擴展已初現端倪,出現了明顯的軸向帶狀擴展。隨著經濟的發展和汽車的普及,城市新區的發展使產業區和居住區產生了分離,并且出現了產業先行的趨勢。城市空間結構發生顯著變化,由最初的緊湊和密集型向多個中心分散型轉變,表現為城市建成區沿交通線不斷向外蔓延。
(三)建設用地擴展的驅動機理
1.地理環境的基礎性
區域的自然地理環境是城鎮建設的基礎條件,影響建設用地擴展的基本格局。地形地貌條件決定了城鎮建設用地空間形狀的演變,決定了建設用地擴展的宏觀格局。從地形地貌的角度看,研究區中部受黃河、賈魯河沖擊的影響,地勢基本呈西高東低,南北高、中間低的槽狀地形。研究區內地質條件適宜,地勢平坦,沒有山區、丘陵地區溝網縱橫密布,地表被切割成支離破碎的狀態,有利于城鎮建設發展和進行大規模的開發建設。
2.交通軸線的指向性
交通建設對城鎮擴展起到了指向性的作用,其等級、密度等指標決定了城鎮空間擴張的阻力大小。交通線路的建設往往會成為城鎮空間擴展的伸展軸,使分散的城市空間通過便捷的交通加強彼此之間的聯系而成為一個有機整體。鄭汴大道是鄭州與開封的主干道,物流專用通道也已經投入使用,城際鐵路也已通車,鄭州的中州大道、連霍高速、鄭汴路、北四環分別對接開封的宋城路、航海路、東京大道等交通通道。以鄭開大道為干線的線狀基礎設施成為鄭州東區、開封西區及區內城鎮空間擴展的主要通道。
3.經濟發展的決定性
經濟增長是城市建設用地擴張最主要、最直接的動力。城市的用地規模、發展速度與經濟發展的水平和特點相適應[26]。以鄭東新區為例,分別對GDP和全社會固定資產投資總額與建設用地面積做相關分析。結果表明,相關系數分別達到0.94和0.99。建設用地的擴展是一定的經濟發展條件下的產物。
4.政策規劃的控制性
建設用地擴展除了是自身體系運動的結果外,城市規劃成為政府干預城市建設的主要手段,國家和地方發展政策是影響城市規劃布局的重要因素。由于經濟驅動和權力驅動,地方政府是耕地非農化的主要供給者,在耕地用途轉化中起著關鍵作用。區域發展政策和規劃對空間擴展起到指引、控制作用。鄭東新區、汴西新區的建設及兩者整合的鄭汴新區,均是在國家和河南省政府的政策引導下逐步實施[27]。伴隨著政府政策,鄭東新區規劃、汴西新區規劃、鄭汴新區規劃等,控制了鄭汴之間建設用地的方向、規模和程度。
五、結論與討論
2005年5月22日《紐約時報》評論版發表專欄作家克里斯托夫的《從開封到紐約——輝煌如過眼煙云》,從開封的衰敗中得到的啟示,不僅在美國產生了思想上的沖擊,在大洋彼岸的“衰落原型”——開封激起了更加痛苦的反思。這種反思直接推動了兩地先行規劃從而推動區域聯動發展,即鄭汴一體化,進而發展出的中原經濟區最終成為了國家戰略。《國務院關于支持河南省加快建設中原經濟區的指導意見》空間布局中指出:核心帶動——提升鄭州交通樞紐、商務、物流、金融等服務功能,推進鄭(州)汴(開封)一體化發展。中原經濟區已經上升為國家戰略,“三化”協調發展是應有之義[28],而新型城鎮化將引領“三化”協調發展[29]。通過2004、2008和2010年三個時期的遙感影像及相關數據的分析,鄭汴一體化區域作為實現河南“三化”協調的先行先試核心區,其土地利用變化、建設用地擴展、模式和驅動力具有如下特征。
第一,土地利用變動明顯,且以耕地和建設用地為主,土地利用程度綜合指數2004年、2008年和2010年分別為314.40、322.84、330.42,2004-2008年均增加2.11,2008-2010年均增加3.79,利用程度加深加快。建設用地主要來源是耕地和未利用土地,所占比例從2004年的16.31%上升至2010年的31.35%,漲幅最大,并持續增加;耕地逐漸減少,且減幅最大,從2004年至2010年共減少了89.44 km2,減少了17.65%;水域基本沒有變化;未利用地和林地面積較少,且呈減少趨勢。
第二,建設用地擴展符合“點—軸”模式。鄭汴一體化區域的新增建設用地,從發展方向上,中心城市(鄭州)最先發力,副中心(開封)啟動較晚,形成兩端差異;從發展速度上,中心城市初期引領,擴展速度較快,副中心城市后來居上,形成分期主導;總體上,兩城市的博弈致使副中心城市積極融入和推進一體化,最終形成了中心城市先期帶動,副中心城市后期推進的格局。兩者之間如存在較小的次中心(中牟縣城),從兩中心分別向中間連接,次中心作為節點的作用將得到加強,形成“點—軸”開發模式;從更小的尺度上,形成了緊湊型圈層模式、低密度蔓延模式和軸向帶狀擴展模式三種類型。
第三,建設用地擴展是多重因素驅動的結果,但政策規劃的作用最為顯著。平原地區地勢平坦,開發模式受到的地理局限較小,交通線路的建設往往會成為城鎮空間擴展的伸展軸,經濟發展是兩城一體化的最終推動力量,且受到政府政策和規劃的限制。地理環境、交通建設、經濟發展和政府政策等分別對兩城一體化的土地利用起著基礎性、指向性、決定性和控制性的作用,但政府政策和規劃起著主導作用。
《國務院關于支持河南省加快建設中原經濟區的指導意見》、《中原經濟區規劃》以及作為全國首個上升為國家戰略的航空港經濟發展先行區的鄭州航空港經濟綜合實驗區的《鄭州航空港經濟綜合實驗區發展規劃(2013-2025年)》的實施都明確提出了“依托鄭汴新區,推動向東拓展發展空間”的戰略走向,中原經濟區背景下鄭汴產業的分工與對接加快了兩城一體化的進程[30],勢必引起鄭汴一體化區域土地利用的快速變動,建設用地的比例將會進一步提高。首先,對研究區的跟蹤研究,可以深化對兩城一體化過程中建設用地擴展模式及機制的理解。其次,政策應平衡產出增加和環境保護,新增建設用地主要由周邊農業基礎設施好、生產力水平較高的農田轉化而來,對區域農業生產和糧食安全產生了不容忽視的影響,研究區土地利用類型轉化的生態效應也是迫切需要加強的研究課題。最后,鄭汴一體化是在鄭州和開封兩地未在經濟上實現互動時由政府強力推動,而在一體化已經起步且政府強力推進的區域一體化采用何種建設模式才能更好地推進一體化進程也是一個值得研究的課題。
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