基于STIRPAT模型的昌吉市建設用地空間布局及社會經濟驅動力分析

段建峰+高敏華

摘要：隨著城鄉建設用地空間擴展與土地資源局限性矛盾的日益突出，開展城鄉建設用地布局優化研究顯得極為重要。針對新疆昌吉市建設用地擴展現狀，利用建設用地審批矢量數據，運用GIS統計分析功能和空間分析功能，對昌吉市建設用地擴展數量特點及空間分布特征進行分析，并在此基礎上利用STIRPAT模型對建設用地擴展的社會經濟驅動因子進行定量分析。結果表明，①昌吉市建設用地擴展速度與強度在2010-2011年呈現增加趨勢，2011-2015年呈現下降趨勢；②建設用地擴展的空間分析得出，四、五、六及十方向扇區建設用地發展指向性較突出，表明建設用地發展空間布局的區域指向性特征較明顯；③國內生產總值是建設用地擴展的最主要驅動因子，全社會固定資產投資、城鎮人均可支配收入、農牧民人均純收入、第二產業貢獻率與建設用地的擴展也有明顯的相關性。研究表明，采用等扇分析方法與STIRPAT評價模型可以清晰刻畫出不同扇區建設用地變化規律及其與各驅動因子間相互契合程度，對未來較好地實現土地資源集約優化利用和經濟可持續發展有一定的指導意義。

關鍵詞：建設用地；空間布局；STIRPAT模型；驅動因子；昌吉市

中圖分類號：F301.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）17-3391-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.17.050

Spatial Distribution of Construction Land in Changji and Analysis of Socio-economic Driving Force——Based on STIRPAT Model

DUAN Jian-feng， GAO Min-hua

（Xinjiang University， College of Resource and Environment Science/Key Laboratory of Oasis Ecology， Urumqi 830046，China）

Abstract： With increasingly prominent contradiction between the spatial expansion of urban-rural construction land and the limitation of land resources， the layout optimization of urban-rural construction land is extremely important. According to the present expansion situation of urban-rural construction land in Changji city of Xinjiang， with application of the construction land approval vector data， and using the statistical analysis and spatial analysis function of GIS， the quantity characteristics and spatial distribution features of construction land expansion in Changji were analyzed， and on this basis an quantitative analysis was made on the socio-economic driving forces of the construction land expansion with STIRPAT model. The results showed that： ①the expansion speed and strength of construction land in Changji city increased in 2010-2011 and decreased in 2011-2015. ②the spatial analysis of construction land expansion concluded that the construction land in four， five， six and 10 sectors had prominent development directivity， indicating obvious regional directional features for developing spatial layout of construction land. ③GDP was the main driver of construction land expansion， the total fixed asset investment， urban per capita disposable income， per capita net income of farmers and herdsmen， contribution rate of the second industry had significant correlation with the construction land expansion. Studies concluded that the use of fans analytical method and STIRPAT evaluation model clearly depicted the mutual matching degree between the variation rule of construction land in different sectors and each driving force， the conclusion would be instructive for better realizing the intensified and optimized use of land resources， and the economic sustainable development.endprint

Key words： construction land； spatial layout； stochastic impacts by regression on population，affluence and technology model； driver； Changji city

中國正處于經濟快速發展、城市化、工業化高速推進時期，城市化和工業化的發展對城市建設用地的擴張起著剛性制約作用，農用地與建設用地的消長矛盾日漸突出[1-3]。因此，研究城市建設用地的空間發展布局、優化建設用地結構，對于土地集約優化利用和促進城市經濟的可持續發展，具有十分重要的意義。

目前，國內學者對城市建設用地空間擴展特征及驅動因素研究，主要利用RS技術對遙感影像進行解譯，運用GIS軟件強大的空間數據處理功能對解譯數據進行處理，以廈門、遼寧、池州、重慶等城市為研究區開展了城市擴展的時空特征研究，并結合各個城市的社會經濟發展狀態對其驅動力進行分析[4-7]；還有一些學者運用景觀生態學斑塊理論分析了土地利用布局情況，也從另一方面推動了城鎮建設用地擴展的研究[8]。自2005年烏昌一體化以來，烏昌兩地經濟得到蓬勃發展，伴隨著經濟快速增長的同時，社會經濟發展對土地資源的需求量也在進一步加大，土地資源的供給與需求矛盾日益突出[9]。因此，建設用地空間擴展研究成為城市發展規劃的重要研究內容[10-13]。本研究基于新疆昌吉市建設用地審批臺賬及相應矢量數據，利用GIS空間分析功能，對昌吉市2010-2015年建設用地空間擴展數量及空間變異特征進行分析，并在此基礎上利用STIRPAT模型對建設用地擴展的社會經濟驅動因子進行定量分析，旨在為昌吉市建設用地發展提供科學依據，為城市建設與發展政策的制定提供科學參考。

1 研究區概況

昌吉市地處亞歐大陸中心的天山北麓、準噶爾盆地南緣，整個地勢為南高北低，呈階梯狀，屬中溫帶區，為典型的大陸性干旱氣候。東鄰烏魯木齊市，西毗呼圖壁縣，南與新疆巴音郭楞蒙古自治州和靜縣相接，北與新疆塔城地區和布克賽爾縣、阿勒泰地區福海縣接壤。南北長260 km，東西寬30 km，地理位置處于東經86°56′15″-87°33′45″，北緯43°50′00″-44°25′00″（圖1）。昌吉市下轄8鎮、2鄉、6個街道辦事處和1個國家級高新技術產業開發區、1個國家級農業科技園區，境內有新疆生產建設兵團農六師所轄103團、105團、軍戶農場、共青團農場、農十二師所轄的104團。土地總面積722 710.24 hm2，截至2015年末常住人口達到37.14萬人。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本研究選取的數據包括2010-2015年昌吉市歷年審批的建設用地矢量圖斑及屬性，均來自昌吉市國土資源局，數據真實可靠。社會經濟數據來自昌吉市國民經濟和社會發展統計公報。

2.2 研究方法

為全面反映昌吉市建設用地擴展的時空特征，選擇等扇分析方法，以建設用地擴展速度、強度指數來反映2010-2015年昌吉市空間擴展特征。同時選取一定社會經濟數據作為影響因子，運用STIRPAT模型構建昌吉市建設用地擴展驅動因子計量模型，基于構建的模型對昌吉市建設用地擴展的驅動因素進行定量分析。

2.2.1 等扇分析方法 為分析城市建設用地擴展的各向異性，采用等扇分析法。即以研究區的中心為圓心，選取適當半徑將研究區劃分成若干規則扇形區域，與2010-2015各年審批建設用地矢量圖斑進行GIS疊加，統計落在各個扇區內的圖斑面積。

2.2.2 建設用地擴展速度、強度指數 為全面度量建設用地空間擴展變化，選取建設用地擴展速度、強度指數進行定量分析，擴展速度、強度指數用于分析和描述研究區建設用地擴展狀態，能夠比較每年在不同方位建設用地擴展的強弱、快慢和趨勢[14，15]。擴展速度指數與強度指數的表達式分別為：

式中，V表示建設用地擴展速度指數；R表示建設用地擴展強度指數；Sa、Sb分別表示a、b時期建設用地總面積；T表示a到b時段的時間跨度。

2.2.3 STIRPAT隨機回歸模型 STIRPAT隨機回歸模型是多變量非線性模型，具體形式為：

I=aPbAcTde （3）

式中，I表示環境壓力，P、A、T分別代表人口數量、富裕度和技術；b、c、d分別為人口數量、富裕度和技術等驅動因素的指數；a為模型系數；e為模型誤差項；該模型是定量分析人文驅動因素對環境壓力影響程度的重要方法，基于具體問題被廣泛應用在各個領域[16-18]。借鑒前人的研究，選取國內生產總值、總人口數、社會固定資產投資、農牧民人均純收入、城鎮人均可支配收入、第二產業貢獻率、第三產業貢獻率、城市化率作為驅動因子，構建定量分析昌吉市建設用地擴張驅動因素的計量模型，公式為：

公式（4）中，Y表示建設用地面積，a為常數，D為國內生產總值，P為總人口數，I為社會固定資產投資，R為農牧民人均純收入，U為城鎮人均可支配收入，S為第二產業貢獻率，T為第三產業貢獻率，C為城市化率，e為模型隨機項，b1-b8為各驅動因素彈性系數。在實際應用中為了較好地解決異方差性和多重共線性問題，對公式（4）等式兩邊取對數，即為公式（5）。

3 建設用地擴展的變化特征

3.1 數量特征

由圖2可以看出，2010年昌吉市建設用地面積為19 555.39 hm2，到2015年建設用地增加到24 359.69 hm2，建設用地共增加4 804.30 hm2，總體上昌吉市建設用地面積在持續增加，而建設用地擴展速度、擴展強度則是呈現先增加后減少的趨勢。2010-2011年昌吉市建設用地擴展速度、強度呈增加趨勢，建設用地總量大幅增加，1年內共增加建設用地1 552.25 hm2，占5年總增量的45.66%（擴展貢獻率），屬于建設用地快速擴展階段。2011-2015年昌吉市建設用地擴展速度、強度呈下降趨勢，表現在建設用地增加量呈下降趨勢，其中2011-2012年增加了1 365.52 hm2，2012-2013年增加了865.49 hm2，2013-2014年增加了659.45 hm2，2014-2015年增加了361.59 hm2， 4年內共增加建設用地3 252.05 hm2，占5年總增量的54.34%（擴展貢獻率），屬于建設用地緩慢擴展階段。endprint

3.2 空間特征

為了更好地分析昌吉市建設用地擴展的空間分布特征，本研究采用等扇分析方法，以2009年建設用地矢量圖為基礎，利用ArcGIS軟件空間分析功能計算出建設用地包絡矩形的中心，將該中心作為扇形的原點，建立12個等扇區，并將該扇區圖層與建設用地矢量圖層進行疊置分析，按年份統計落入各扇區內的建設用地面積，利用城市建設用地擴展強度公式計算出建設用地擴展強度指數，具體見表1。

由圖3b可以看出，2010-2015年，昌吉市建設用地面積有2個相對明顯峰值，分別出現在扇區六、扇區十，且在圖3a上2個區明顯向外圍突出。12個扇區建設用地面積表現出以下特征：①2010-2011年，扇區一至扇區四建設用地面積整體表現為平穩增長趨勢，在扇區四形成波峰。扇區五建設用地面積有下降趨勢，扇區六建設用地面積有快速增加趨勢，扇區七至扇區十二建設用地面積呈先下降后平穩趨勢。②2012-2013年，扇區一至扇區五建設用地面積整體為平穩增長，在扇區五形成波峰。扇區六至扇區七建設用地面積呈快速下降趨勢。扇區八至扇區十二建設用地面積呈現先增加后減少的趨勢，并在扇區十形成小波峰。③2014-2015年，各個扇區建設用地面積變化趨勢與2012-2013年大致相同，不同之處在于變化的趨勢強于前兩年。

3.2.1 指向特征突出 昌吉市建設用地擴展空間指向性特征明顯，從建設用地面積扇區圖來看，建設用地面積在扇區四、扇區六、扇區十上比較突出，而在其他扇區建設用地面積表現得不是特別突出。

扇區四近五年建設用地增量為828.99 hm2，扇區五近五年建設用地增量為808.20 hm2，扇區六近五年建設用地增量為1 547.30 hm2，3個扇區建設用地面積增量占總增量的53.21%。指向突出原因在于扇區四、扇區五、扇區六正對烏魯木齊方向，受區域經濟影響，昌吉市建設用地空間發展在此區域指向特征突出；此外昌吉市中心處于扇區五，中心城區建設用地面積每年都在發生變化，建設用地面積也受此因素影響。扇區十近五年建設用地面積增量為1 095.95 hm2，占總增量的18.31%，指向突出原因在于此區與呼圖壁縣相鄰，區域經濟對該區建設用地空間分布產生一定影響。

3.2.2 圈層式發展特征突出 昌吉市建設用地擴展圈層式發展特征也較明顯，圍繞特定扇區指向呈圈層式發展，在扇區圖上表現出以特定方向為軸向建設用地面積逐年呈現遞推增長趨勢，而其他扇區建設用地圈層式發展則表現的不明顯。

從昌吉市建設用地扇區面積圖上可以看出，扇區四、扇區五、扇區六近五年建設用地面積呈圈層式逐年遞增，扇區四年平均增長151.83 hm2，扇區五年平均增長108.27 hm2，扇區六年平均增長299.80 hm2，由此可見扇區六平均增長最高，扇區圖上表現為圈層間隙較大，圈層式發展較明顯。扇區五年平均增長較低，扇區圖上表現為圈層間隙較小，圈層式發展較扇區六不明顯。由于扇區四、扇區五、扇區六在空間上相鄰，所以扇區圖上圈層式發展在空間上表現得較為連續，特點也更為突出。扇區十年平均增長210.56 hm2，其中2010-2013年平均增長350.69 hm2，2014-2015年平均增長0.37 hm2，在扇區圖上表現為前三年圈層間隙較大，后兩年圈層間隙不明顯的特點。其他扇區的年平均增長值都較低，在扇區圖上表現為圈層間隙較小，但總體上也是呈現圈層式發展的趨勢。

4 建設用地擴展驅動因素分析

城市建設用地的擴展受自然與人文雙重因素的制約，自然因素對建設用地擴展的影響相對比較穩定，而人文因素對建設用地擴張的影響比較靈活多變，并成為許多學者主要的研究方向。在分析昌吉市建設用地空間分布的基本情況下，借鑒已有指標選擇方案[16]，選取國內生產總值、總人口數、全社會固定資產投資、城鎮人均可支配收入、農牧民人均純收入、第二產業貢獻率、第三產業貢獻率、城市化率作為昌吉市建設用地擴展驅動因素。以上驅動因素數據均來自2010-2015年昌吉市國民經濟和社會發展統計公報。借鑒STIRPAT模型，結合本研究選取的驅動因子，構建定量分析昌吉市建設用地擴展驅動因子計量模型，結果見表2。

4.1 驅動因子相關性分析

根據選取的驅動因素生產總值、總人口數、全社會固定資產投資、城鎮人均可支配收入、農牧民人均純收入、第二產業貢獻率、第三產業貢獻率、城市化率，將數據利用SPSS 19.0軟件進行相關性分析，得到各驅動因素與建設用地總面積之間相關系數及顯著性關系（表3）。從表3可以看出，在備選驅動因子中，國內生產總值（D）、全社會固定資產投資（I）、城鎮人均可支配收入（R）、農牧民人均純收入（U）、第二產業貢獻率（S）與城市建設用地面積（Y）具有較高的相關性，且顯著性水平在1%以下。而總人口數（P）、第三產業貢獻率（T）、城市化率（C）與建設用地面積（Y）相關系數不高，甚至表現出負相關，顯著性水平高于1%，故剔除。備選的國內生產總值、全社會固定資產投資、城鎮人均可支配收入、農牧民人均純收入、第二產業貢獻率可作為建設用地擴展驅動因子。

4.2 驅動因子邊際貢獻測度

為了數據之間具有可比性，對驅動因子進行標準化處理，得到ZD、ZI、ZU、ZR、ZS，將標準化處理后的數據運用主成分分析法得到相關系數及顯著水平矩陣（表4）。

對驅動因素國內生產總值（ZD）、全社會固定資產投資（ZI）、城鎮人均可支配收入（ZU）、農牧民人均純收入（ZR）、第二產業貢獻率（ZS）進行分析與篩選可知，可提取一個主成分，以F1（綜合變量）來表示，該主成分可解釋原變量的95.935%，且顯著性水平Sig<0.01。由提取的主成分系數建立綜合變量F1與其他5個驅動因子的關系，得到：

F1=0.999ZD+0.987ZI+0.994ZU+0.992ZR+0.923ZSendprint

（6）

根據式（6），將建設用地擴展面積作為因變量，F1作為解釋變量，運用最小二乘法進行回歸擬合。由表5可知，r2為0.939，f值為61.768，t檢驗的Sig<0.01，說明擬合度很好。可得綜合變量F1與因變量ZY之間的方程式：

ZY=0.969F1 （7）

ZY=0.968ZD+0.956ZI+0.963ZU+0.961ZR+0.894

ZS+β （8）

由式（8）可得到昌吉市建設用地擴展驅動因子計量模型：

Y=aD0.968I0.956U0.963R0.961S0.894e （9）

4.3 結果與分析

4.3.1 影響因素定性分析 由驅動因子彈性指數可以看出，國內生產總值對城市建設用地擴展影響最大，昌吉市2015年國內生產總值較2010年增長212.33億元，增長幅度是2010年國內生產總值的1.19倍，國內生產總值的迅速增加直接推動了建設用地的擴展。

大型工業園區及高科技產業園區的發展奠定了昌吉市建設用地空間形態基礎。截至2015年末，大型八鋼工業園區、閩昌工業園區，榆樹溝高新技術產業園區、國家農業科技園區的落地直接影響著昌吉市建設用地的擴展方向和空間形態的演化。

4.3.2 影響因素定量分析 昌吉市2010-2015年城市建設用地擴展的驅動因子國內生產總值、全社會固定資產投資、城鎮人均可支配收入、農牧民人均純收入、第二產業貢獻率彈性指數分別為0.968、0.956、0.963、0.961、0.894，表示當國內生產總值每增加1%時建設用地面積將增加0.968%，當全社會固定資產投資每增加1%時建設用地面積將增加0.956%，當城鎮人均可支配收入每增加1%時建設用地面積將增加0.963%，當農牧民純收入每增加1%時建設用地面積將增加0.961%，當第二產業貢獻率每增加1%時建設用地面積將增加0.894%。

5 結論

以昌吉市2010-2015年建設用地審批矢量數據及社會經濟發展統計數據為基礎，依據等扇分析法對昌吉市近5年來建設用地擴展進行數量變化測度與空間布局分析。基于STIRPAT模型構建昌吉市建設用地擴展驅動因子計量模型，得出如下結論。

1）昌吉市建設用地發展布局特點表現在數量變化和空間分布兩方面。

數量變化特點表現在2010-2015年昌吉市建設用地擴展數量特征為總面積呈增加趨勢，而建設用地擴展速度、擴展強度則是呈現先增加后減少的趨勢。2010-2011年建設用地的擴展速度與擴展強度占5年總增量的45.66%，屬于快速發展階段；2011-2015年建設用地的擴展速度與擴展強度占5年總增量的54.34%，屬于緩慢擴展階段。

空間分布特征表現在2010-2015年昌吉市建設用地擴展空間特征為擴展指向性和圈層式發展，受區域經濟的影響，建設用地擴展指向性表現在扇區四、扇區六、扇區十方向建設用地面積擴展速度快，其他扇區建設用地面積擴展速度比較緩慢。圈層式發展依附于指向性，具體表現在指向性突出的區域圈層式發展也較明顯，反之，則不明顯。

2）研究選取的對昌吉市建設用地擴展的驅動因子有國內生產總值、全社會固定資產投資、城鎮人均可支配收入、農牧民人均純收入、第二產業貢獻率。當國內生產總值、全社會固定資產投資、城鎮人均可支配收入、農牧民人均純收入、第二產業貢獻率，這些驅動因子每增加1%時，建設用地面積將分別擴展0.968%、0.956%、0.963%、0.961%、0.894%。由于昌吉市近5年里每年人口數量、第三產業貢獻率與建設用地面積相關性不大，甚至表現出負相關，故沒有對建設用地的擴展產生一定的正面促進作用。此外，城市化率的指標是以人口數量來度量的，而昌吉市人口數量并未表現出明顯的增長特點，所以無法得到人口與建設用地擴張之間的直接驅動關系。

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