基于地理探測器的城市建設(shè)用地規(guī)模時空差異及影響因素分析

趙小風(fēng)，劉夢麗，王柏源

（1.河海大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇 南京 211100；2. 國土資源部海岸帶開發(fā)與保護重點實驗室，江蘇南京 210024；3.中國土地勘測規(guī)劃院，北京 100035）

1 引言

伴隨著中國快速城市化進程，城市建設(shè)用地面積也迅速擴張。據(jù)統(tǒng)計，2000—2015年，全國城市建設(shè)用地面積由2.2×104km2增長至5.2×104km2，增加了2.3倍①數(shù)據(jù)來源于《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》（2000—2015年）。。城市化引起的建設(shè)用地擴張不僅受到政府的高度關(guān)注，也成為近年來國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點。為控制城市蔓延和無序擴張，美國發(fā)起了城市精明增長運動[1-2]，英國和德國也實行了緊湊城市發(fā)展策略[3-4]。城市無序擴張造成了耕地嚴(yán)重流失[5]、城市土地低效利用[6]、城市空間結(jié)構(gòu)紊亂[7]等問題。因此，國家及相關(guān)部門也陸續(xù)出臺相應(yīng)政策提出要控制建設(shè)用地增量和強化土地節(jié)約集約利用，推進城市建設(shè)由外延擴張向內(nèi)涵提升的轉(zhuǎn)變②相關(guān)政策包括《關(guān)于深化改革嚴(yán)格土地管理的決定》、《關(guān)于加強土地調(diào)控有關(guān)問題的通知》、《關(guān)于促進節(jié)約集約用地的通知》及十九大報告。。地方政府也積極開展多規(guī)融合、城市擴展邊界劃定、低效用地再開發(fā)等工作來遏制城市建設(shè)用地的無序擴張。上海市還率先提出了城市建設(shè)用地減量化[8]。諸多學(xué)者也對城市土地擴張進行了探討，主要集中在城市土地擴張的時空演變、城市土地擴張的驅(qū)動機制以及城市土地擴張造成的社會生態(tài)效應(yīng)。姜海等從投資和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)視角分析了中國城市擴張?zhí)卣鱗9]，蔣金亮指出不同城市擴張類型存在較大差異，南京市為邊緣擴張，而重慶市則是飛地式擴張[10]；城市擴張驅(qū)動機制方面，經(jīng)濟、人口是主要因素[11]，但在不同地區(qū)影響程度差異較大[12-13]，且不同階段影響因素不盡相同[14]；省會城市過度擴張帶來的資源消耗、污染物排放對生態(tài)環(huán)境有顯著影響[15]。現(xiàn)有研究對典型城市和區(qū)域的城市土地擴張?zhí)接戄^多，影響城市土地擴張的因素也往往針對具體的某個城市或區(qū)域開展研究。然而，中國各城市在自然稟賦、社會經(jīng)濟發(fā)展以及政策資源上都存在較大差異，識別不同區(qū)域的城市土地擴張?zhí)攸c以及驅(qū)動機制顯得尤為重要。本文以345個城市作為空間分析單元，分析2000—2015年中國城市建設(shè)用地規(guī)模的時空變化，并通過地理探測器分析不同區(qū)域城市建設(shè)用地變化的影響因素，為制定區(qū)域差別化的城市建設(shè)用地供應(yīng)政策提供決策參考。

2 數(shù)據(jù)來源與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文以全國345個城市（4個直轄市、268個地級市和58個省轄縣）作為基本空間分析單元，研究時段為2000—2015年。鑒于2004—2010年沒有涉及地級市行政區(qū)調(diào)整，而其他年份有少量的行政區(qū)劃調(diào)整，為保證空間單元和數(shù)據(jù)的可比性，本文將其他年份的數(shù)據(jù)進行合并或分解使之與2010年的行政區(qū)劃相一致。行政區(qū)劃底圖來源于國家測繪地理信息局。

城市建設(shè)用地包含城市內(nèi)部居住用地、公共管理與公共服務(wù)用地、商業(yè)服務(wù)業(yè)設(shè)施用地、工業(yè)用地、物流倉儲用地、道路交通設(shè)施用地、公用設(shè)施用地、綠地與廣場用地。除城市建設(shè)用地規(guī)模擴張外，產(chǎn)業(yè)、人口、投資的不斷集聚也是城市化過程的重要表現(xiàn)。產(chǎn)業(yè)驅(qū)動體現(xiàn)在二三產(chǎn)業(yè)發(fā)展不斷提出了更多的產(chǎn)業(yè)用地需求，而產(chǎn)業(yè)的發(fā)展同時提高了城市居民的收入，也對居住用地、公共服務(wù)設(shè)施用地等提出了更多更高的要求。人口驅(qū)動主要體現(xiàn)在城市人口增長對居住用地、工業(yè)用地、商業(yè)用地、公共服務(wù)設(shè)施用地的需求。投資驅(qū)動表現(xiàn)在政府在交通、公共服務(wù)設(shè)施、教育等方面的投入，以吸引產(chǎn)業(yè)和引進人才，或者為產(chǎn)業(yè)集聚和人才引進之后提供更好的服務(wù)，從而增加了對城市各類用地的需求。因此，本文從產(chǎn)業(yè)驅(qū)動、人口驅(qū)動和投資驅(qū)動3個方面探討城市建設(shè)用地規(guī)模擴張的驅(qū)動機制。研究中所涉及的城市建設(shè)用地面積數(shù)據(jù)來源于《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》（2000—2015年）；社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于《中國城市統(tǒng)計年鑒》（2001—2016年）。交通用地包含機場用地、公路用地、鐵路用地和港口碼頭用地，數(shù)據(jù)來源于國土資源部發(fā)布的歷年全國地級市土地利用數(shù)據(jù)。由于臺灣、香港、澳門和海南省的數(shù)據(jù)缺失，本文未將這些城市或地區(qū)納入空間分析的范疇。

2.2 研究方法

地理探測器主要用于探測某一現(xiàn)象空間分異性及其驅(qū)動機理,即探測因變量的空間異質(zhì)性，以及探測自變量X多大程度上解釋了因變量Y的異質(zhì)性[16]。近年來，地理探測器在人口老齡化[17-18]、土地利用[19]、城鎮(zhèn)化[20]等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，以探究各社會現(xiàn)象的驅(qū)動力大小及其交互作用。地理探測器因子探測可較好地表達(dá)同一區(qū)域內(nèi)的相似性、不同區(qū)域之間的差異性，模型主要通過分區(qū)后的內(nèi)方差與層間方差的異同來定量表達(dá)研究對象的空間分層異質(zhì)性，因此，可用于本文分區(qū)探測不同地區(qū)城市建設(shè)用地擴張影響因素的差異。此外，地理探測器的交互作用探測可以識別不同風(fēng)險因子之間的交互作用，評估因子共同作用時是否會增加或減弱對因變量Y的解釋力，或這些因子對Y的影響是相互獨立的。本文通過因子探測和交互探測識別不同地區(qū)城市建設(shè)用地擴張的驅(qū)動因素及其交互作用，識別不同區(qū)域城市建設(shè)用地擴張的主要影響因素，同時檢驗單變量的空間分異性，并通過檢驗兩個變量空間分布的一致性，探測兩變量之間可能的因果關(guān)系[21]，模型如下：

表1 模型變量描述Tab.1 Description of the selected driving factors

式（1）中：q為影響因子D對建設(shè)用地規(guī)模H的影響力（%）；σ2H為整個區(qū)域建設(shè)用地面積的方差；n為整個區(qū)域樣本數(shù)；m為次級區(qū)域的個數(shù)；σ2HD，i為次一級區(qū)域建設(shè)用地面積的方差。σ2HD，i≠0時，模型成立。0≤q≤1，q = 0時，表明建設(shè)用地面積的空間分布不受影響因子的驅(qū)動，q值越大，表明分區(qū)因素對建設(shè)用地面積空間分布的解釋力越大。

3 結(jié)果分析

3.1 全國城市建設(shè)用地規(guī)模變化

2000—2015年，中國城市建設(shè)用地面積持續(xù)增長，城市建設(shè)用地增長率總體上呈現(xiàn)波動下降趨勢（圖1）。隨著中國經(jīng)濟快速發(fā)展，中國面臨城市擴張侵占耕地的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，2002年起，國家開始嚴(yán)格控制建設(shè)用地供應(yīng)，并極力推進土地節(jié)約集約利用，因而2002年后城市建設(shè)用地擴張速度有所減緩。然而，盲目投資和產(chǎn)業(yè)低水平擴張引發(fā)了2005年后城市建設(shè)用地擴張現(xiàn)象的反彈。之后，中國在保持經(jīng)濟較快增長的同時，堅持以經(jīng)濟結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整為主線，著力提高經(jīng)濟增長的質(zhì)量和效益，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的更新?lián)Q代，淘汰落后生產(chǎn)力。緊縮性宏觀調(diào)控的后續(xù)影響使2008年后經(jīng)濟增速放慢，城市建設(shè)用地和資金等關(guān)鍵生產(chǎn)要素供給增長減慢。

圖1 中國城市建設(shè)用地面積及增長率變化Fig.1 Changes of the areas and rates of urban construction land in China

3.2 城市建設(shè)用地規(guī)模的時空差異

城市建設(shè)用地面積在空間上表現(xiàn)出較大差異①分區(qū)采用中國統(tǒng)計年鑒分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)：東部10省（市）包括北京、天津、河北、上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東和海南；中部6省包括山西、安徽、江西、河南、湖北和湖南；西部12省（區(qū)、市）包括內(nèi)蒙古、廣西、重慶、四川、貴州、云南、西藏、陜西、甘肅、青海、寧夏和新疆；東北3省包括遼寧、吉林和黑龍江。本文以345個地級市為研究對象，其中東部85個，西部137個，中部87個，東北36個。。在東北地區(qū)及東部沿海地區(qū)城市建設(shè)用地擴張較為明顯（圖2），其中長三角、京津冀及珠三角地區(qū)在2000—2014年分別增長了4 764.5 km2、2 339.7 km2、2 598.9 km2，中西部部分城市也有大幅度增長，其中川渝地區(qū)增長了2 007.1 km2。

全國及各地區(qū)城市建設(shè)用地面積在不同時間段呈現(xiàn)出不同的增長趨勢。全國及東部地區(qū)城市建設(shè)用地擴張趨勢基本一致，在2008年出現(xiàn)小幅下降后一直處于平穩(wěn)增長狀態(tài)。中、西部地區(qū)擴張態(tài)勢基本一致處于慢速增長狀態(tài)，東北地區(qū)基本保持穩(wěn)定（圖3）。2005—2015年，全國城市建設(shè)用地面積增加18 292.7 km2，其中東部地區(qū)增加8 571.6 km2，占全國城市建設(shè)用地增加總面積的46.9%，西部、中部、東北地區(qū)增幅不大，分別增加4 602.6 km2、3 576.3 km2和1 542.2 km2。

各地區(qū)城市建設(shè)用地面積增長率均有不同程度的波動，各地區(qū)擴張態(tài)勢存在較大差異，其中東部地區(qū)起伏較大（圖4）。就年均增長率而言，西部地區(qū)最大，達(dá)到5.5%，超過全國同期水平一個百分點。中、東地區(qū)年均增長率水平相當(dāng)，分別為4.5%和4.3%，低于全國水平，雖然該時期東部地區(qū)增長率低于全國同期水平，但是東部地區(qū)城市建設(shè)用地基數(shù)大，故全國城市建設(shè)用地規(guī)模擴張受東部地區(qū)驅(qū)動較大，兩者增長趨勢基本一致。

圖2 345個城市建設(shè)用地面積（2000年、2015年）Fig.2 Urban construction land areas of 345 cities (2000 and 2015)

圖3 全國各地區(qū)城市建設(shè)用地面積變化Fig.3 Changes of urban construction land areas

綜合來看，城市建設(shè)用地擴張存在較大空間差異，擴張規(guī)模按東部、西部、中部、東北地區(qū)逐漸遞減，擴張速度按西部、中部、東部、東北地區(qū)逐漸遞減。在4大地區(qū)中，西部地區(qū)年均增長率大于全國整體水平，而東部、中部、東北地區(qū)則低于全國整體水平。

3.3 城市建設(shè)用地規(guī)模的影響因素分析

根據(jù)前文的分析，從產(chǎn)業(yè)驅(qū)動、人口驅(qū)動及投資驅(qū)動3方面探測2000年和2015年城市建設(shè)用地擴張的驅(qū)動因子。通過地理探測器測算得到的q值表示各影響因子對城市建設(shè)用地面積的影響程度，q值越大表示該因素對城市建設(shè)用地面積影響力越強。

從全國總體水平來看，2000年，固定資產(chǎn)投資和公共財政支出是影響城市建設(shè)用地擴張的主要因素，說明政府投資、支出結(jié)構(gòu)在一定程度上推動了城市擴張。而到2015年，公共財政支出和直接利用外資成為城市建設(shè)用地擴張的主要推動因子，表明在2015年，政府支出結(jié)構(gòu)不盡合理及外商投資的大幅度增加，促進了城市建設(shè)用地擴張。

從東部地區(qū)來看，2000年，人口規(guī)模是驅(qū)動城市建設(shè)用地擴張的主要因素。此外，固定資產(chǎn)投資、公共財政支出、高校數(shù)量也在很大程度上驅(qū)動了建設(shè)用地擴張，表明東部地區(qū)在2000年人口的集聚及投資規(guī)模推動了建設(shè)用地的擴張。而到2015年，實際利用外資和職工工資成為建設(shè)用地擴張的主導(dǎo)因素，表明隨著東部地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展及國際化水平的提高，中外合資企業(yè)隨之興起，帶動了經(jīng)濟發(fā)展進而促進了建設(shè)用地的擴張。由此可見，2000—2015年，城市擴張由人口驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)業(yè)驅(qū)動。此外，2000年表現(xiàn)不顯著的二三產(chǎn)比重在2015年影響顯著，表明在2015年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級反而在一定程度上推動了建設(shè)用地的擴張。

從東北地區(qū)來看，2000年推動建設(shè)用地擴張的因素有人口規(guī)模、高等學(xué)校數(shù)量、固定資產(chǎn)投資、公共財政支出及交通用地規(guī)模，其他指標(biāo)均表現(xiàn)為不顯著。表明在2000年政府對高等學(xué)校投資產(chǎn)生了人才集聚效應(yīng)，進而促進了建設(shè)用地的擴張。而到2015年，實際利用外資、職工工資、高等學(xué)校數(shù)量、固定資產(chǎn)投資、公共財政支出及人口規(guī)模的驅(qū)動力達(dá)到0.8以上，表明，2015年東北地區(qū)中外合資企業(yè)，帶動了經(jīng)濟發(fā)展推動建設(shè)用地的擴張，政府對高等學(xué)校投入增加產(chǎn)生人口集聚效應(yīng)。2015年，城市擴張由人口驅(qū)動轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)業(yè)驅(qū)動。

圖4 全國各地區(qū)城市建設(shè)用地增長率變化Fig.4 Changes of growth rates of urban construction land

從中部地區(qū)來看，2000年，高等學(xué)校數(shù)量成為推動建設(shè)用地擴張的最主要因素。此外，公共財政支出、固定資產(chǎn)投資、外商投資、平均工資及二三產(chǎn)值也有不同程度的影響。表明在2000年，政府對高校的投入產(chǎn)生了人才集聚效應(yīng)，校區(qū)的建設(shè)及人民住房生活的需求推動了城市建設(shè)用地的擴張。而到2015年，投資驅(qū)動的趨勢更加明顯。

從西部地區(qū)來看，在2000年，高等學(xué)校數(shù)量同樣是推動建設(shè)用地擴張的主導(dǎo)因素。此外，公共財政支出、固定資產(chǎn)投資、外商投資、人口規(guī)模、交通用地、平均工資及二三產(chǎn)值占比也有不同程度的影響。2015年，固定資產(chǎn)投資、高等學(xué)校數(shù)量、公共財政支出、人口規(guī)模、外商投資、平均工資及二三產(chǎn)值占比共同作用促進了城市建設(shè)用地的擴張。

總得來看，2000年二三產(chǎn)比重在全國和各地區(qū)均不顯著，而到2015年在全國和東部地區(qū)表現(xiàn)為顯著，表明，在2000年產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級不會促進城市建設(shè)用地的擴張，即產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級有可能促進城市土地的集約、節(jié)約利用，這與陳利根[22]得到的結(jié)論是相同的。但在2015年，東部地區(qū)二三產(chǎn)占比反而在一定程度上促進了城市建設(shè)用地的擴張。

3.4 城市建設(shè)用地規(guī)模變化驅(qū)動力交互探測

地理探測器的一大優(yōu)勢是不僅可識別驅(qū)動力大小，還可以在此基礎(chǔ)上探測兩驅(qū)動因子之間的交互作用。本文對驅(qū)動城市建設(shè)用地擴張的10個指標(biāo)進行兩兩交互探測，得到結(jié)果如表2所示。

表2 城市建設(shè)用地規(guī)模變化驅(qū)動力交互探測①設(shè)交互后驅(qū)動力為q（X1∩X2），若q（X1∩X2）＜min（q（X1），q（X2）），為非線性減弱；若min（q（X1），q（X2））＜q（X1∩X2）＜max（q（X1），q（X2）），為單因子非線性減弱；若q（X1∩X2）＞max（q（X1），q（X2）），為雙因子增強；若q（X1∩X2）=q（X1）+q（X2），兩因子獨立；若q（X1∩X2）＞q（X1）+q（X2），為非線性增強。Tab.2 Interactive exploration of urban construction land driving forces

影響因子兩兩之間均為增強關(guān)系，包括雙因子增強和非線性增強，不存在獨立及減弱的關(guān)系。其中，2000年公共財政支出和高等學(xué)校數(shù)量交互影響力高達(dá)0.918，固定資產(chǎn)投資和高等學(xué)校數(shù)量交互影響力達(dá)到0.917，二三產(chǎn)比重和固定資產(chǎn)投資交互影響力達(dá)到0.904，表明在2000年，投資水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及學(xué)校數(shù)量交互作用極強，這可能是國家及政府加大企業(yè)的高新技術(shù)投入使得產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級，同時重視對人才的培養(yǎng)，加大對教育的投入從而使得城市建設(shè)用地擴張。2015年，實際利用外資與其他因子的交互性較強，其中，實際利用外資與二三產(chǎn)比重、高等學(xué)校數(shù)量、固定資產(chǎn)投資交互影響力分別為0.873、0.848和0.844，表明國際化進程加快的背景下，中外交流增強，利用外資增加的同時引進國外先進技術(shù)進一步促進了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級，而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級并未促進土地的節(jié)約集約利用，反而也一定程度上加速了城市建設(shè)用地擴張。

4 結(jié)論與討論

本文在分析2000—2015年中國345個城市建設(shè)用地面積時空變化的基礎(chǔ)上，采用地理探測器從產(chǎn)業(yè)驅(qū)動、人口驅(qū)動、投資驅(qū)動三個方面探討了城市建設(shè)用地擴張的驅(qū)動機制，得出如下結(jié)論：（1）中國城市建設(shè)用地面積雖然持續(xù)增長，但增速逐漸放緩。（2）城市建設(shè)用地在東部沿海地區(qū)擴張明顯，尤其是在京津冀、長三角和珠三角地區(qū)的，此外中西部部分城市也有明顯擴張。城市建設(shè)用地擴張規(guī)模按東部地區(qū)、西部地區(qū)、中部地區(qū)、東北地區(qū)遞減；擴張速度按西部地區(qū)、中部地區(qū)、東部地區(qū)、東北地區(qū)遞減。（3）全國城市建設(shè)用地擴張由政府驅(qū)動轉(zhuǎn)為中外投資共同驅(qū)動，東部地區(qū)和東北地區(qū)由人口驅(qū)動轉(zhuǎn)為產(chǎn)業(yè)驅(qū)動，中部地區(qū)由人口驅(qū)動轉(zhuǎn)為投資驅(qū)動，西部地區(qū)受西部大開發(fā)戰(zhàn)略的影響，城市建設(shè)用地擴張一直受投資驅(qū)動較為明顯。（4）影響因子兩兩之間均為增強關(guān)系，包括雙因子增強和非線性增強。在2000年，投資水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及學(xué)校數(shù)量交互作用極強。到2015年，實際利用外資與其他因子的交互性明顯增強，利用外資增加的同時引進國外先進技術(shù)進一步促進了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級，而產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級并未促進土地的節(jié)約集約利用，反而也一定程度上導(dǎo)致城市建設(shè)用地擴張。

本文認(rèn)為經(jīng)濟驅(qū)動、人口驅(qū)動和投資驅(qū)動是城市建設(shè)用地的主要因素，且這些因素對城市建設(shè)用地擴張的影響是相互關(guān)聯(lián)的，并在不同的區(qū)域存在著差異，城市應(yīng)根據(jù)自身狀況協(xié)調(diào)土地與經(jīng)濟和諧發(fā)展[22]。此外，土地政策也會影響城市建設(shè)用地規(guī)模[23]，重點表現(xiàn)在兩個方面：一是中國目前普遍執(zhí)行的城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤政策在保持區(qū)域城鄉(xiāng)建設(shè)用地總量平衡的前提下，通過縮減農(nóng)村建設(shè)用地規(guī)模，推動了城市建設(shè)用地規(guī)模的增加；二是永久基本農(nóng)田保護紅線、生態(tài)保護紅線和城市開發(fā)邊界線“三線”劃定，限制了城市建設(shè)用地規(guī)模增長。因此，城市建設(shè)用地利用管理應(yīng)綜合考慮區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟社會發(fā)展和土地政策約束，制定具有區(qū)域特點和區(qū)域差別化的城市建設(shè)用地利用管理政策，通過不斷提高城市建設(shè)用地效率實現(xiàn)從外延擴張向內(nèi)涵挖潛的轉(zhuǎn)變。

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