長三角城市群城鄉建設用地時空關聯特征及其利用效益研究

朱從謀，李武艷，徐保根

（1.浙江大學環境與資源學院， 浙江 杭州 310058；2.浙江財經大學土地與城鄉發展研究院，浙江 杭州 310018）

1 引言

城鄉建設用地作為城鄉發展的主要載體，其空間結構的優化和利用效益的提升對于提高建設用地集約節約利用水平和城鄉協調發展具有重要意義[1-3]。目前，關于城鄉建設用地的相關研究，國外主要關注城市土地擴張特征、空間演變與驅動機制等[4-5]，多采用RS、GIS等技術進行空間分析[6]；國內主要集中在全國、地區以及市縣層面的城鄉建設用地時空演變特征[7-8]、增減掛鉤[9]、轉型發展[10]、擴張驅動力[8，11]、城鄉擴張與人口、經濟的耦合發展等方面[12-13]，也有學者開始關注城鄉建設用地利用效率[14]、經濟密度[15]以及城鄉統一建設用地市場[16]等土地利用隱性變化。研究內容主要以整體的城鄉建設用地為主，或者針對城市用地、農村用地等單一要素展開相關研究，較少將城市建設用地和農村建設用地的時空演變進行充分結合，探討二者的時空關聯特征。城鄉建設用地利用效益評價是土地集約節約利用評價的重要環節，目前關于城鄉建設用地利用效益的研究大多采用構建指標體系計算各因子總分來衡量土地利用效益，缺乏系統性和全面性[17-18]，忽視了城鄉建設用地利用內部結構與功能子系統之間的關系演變帶來的效益變化[19]。城鄉建設用地結構和功能子系統的相互作用，對于提高土地利用效益具有重要的理論意義和實踐價值[20]。

長三角城市群以上海為中心，以滬寧杭為主體，包括上海、杭州、南京、合肥等26個城市，面積21.17萬km2，2015年總人口達到1.5億人。長三角城市群作為中國城鎮化快速發展地區，是土地利用劇烈變化和人口快速集聚的熱點地區。20世紀90年代以來，長三角城市群城鄉建設用地和人口增長迅速，但依然暴露出后續建設空間潛力不足，粗放式、無節制的過度開發等問題[15]，嚴重影響區域國土空間的整體結構和利用效率。因此，本文以長三角城市群為例，對城鄉建設用地時空關聯特征進行深入分析，在此基礎上嘗試構建城鄉建設用地結構—功能協調指數分析城鄉建設用地利用效益的時空變化，以期為優化城市群城鄉建設用地布局、提升城鄉建設用地利用水平以及完善城鄉土地利用政策提供科學依據。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本文以1990—2015為研究期，所需土地利用數據來源于1990—2015土地利用現狀遙感監測數據（由中科院資源環境數據中心提供）。依據《全國土地分類》及研究區實際情況，將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域、城市建設用地（包括獨立工礦用地）、農村居民點以及未利用地，所需社會經濟數據來源于1991—2016年浙江省、江蘇省、安徽省以及上海市統計年鑒。

2.2 研究方法

2.2.1 空間關聯模型

中國快速城鎮化進程引導城鄉人口和社會經濟要素不斷交替與重組，導致城鄉建設用地結構與空間布局持續變化[10]。本文采用雙變量空間自相關模型來探討長三角城市群城市建設用地和農村居民點用地空間布局在整個區域上的空間關聯性特征。空間自相關可以反映一個區域單元上某種地理現象或某一屬性值與鄰近區域單元上同一現象或屬性值相關程度大小的重要指標[21]，雙變量空間自相關模型計算公式如下：

式（1）—式（2）中：為第i個單元城市建設用地數量比例值；為與i鄰近區域中農村居民點數量比例值；Wij為空間權重矩陣，本文采用的是鄰接標準，即區域i和區域j具有公共邊界，則空間權重wij為1，否則取0。

2.2.2 土地結構—功能協調模型

根據系統科學中結構與功能的辯證關系，城鄉建設用地作為統一的土地系統，土地結構和土地功能是土地系統的重要組成部分[22]。土地結構是土地系統的基礎，土地功能是土地系統的核心，土地結構決定土地功能，土地功能檢驗著結構并反作用于結構[19]。二者的耦合協調發展，可以促進土地利用效益的不斷提升（圖1）[23]。基于此，本文以城鄉建設用地結構與功能的耦合協調度來衡量城鄉建設用地結構效益，進而分析其空間演變規律，具體公式及其測算如表1。

（1）城鄉建設用地結構表征指數。結合已有成果[8，12]，一方面從土地利用的角度研究城鄉建設用地與其他地類的轉化，另一方面分析其內部結構的非農化利用水平，二者可以探討城鎮化進程中的建設用地合理轉化和結構優化問題。

（2）城鄉建設用地功能表征指數。基于以往相關研究[10，14]，城鄉建設用地的主要功能包括經濟發展和人口承載功能，故從人口密度和經濟密度兩個角度表征城鄉建設用地功能。

圖1 土地結構、功能與效益的關系Fig.1 The relationships among land structure, function and ef ficiency

表1 城鄉建設用地結構與功能指標體系Tab.1 The structure and function index system of urban-rural construction land

借助物理學耦合模型，構建城鄉建設用地結構與功能的耦合協調度模型，定量分析長三角城市群城鄉建設用地內部子系統間的耦合過程與演進趨勢，計算公式為：

式（3）中：C為耦合系數，反映城鄉建設用地利用結構與利用功能系統相互影響的程度；T表示各子系統間的綜合調和指數，α、β分別代表各子系統的貢獻份額（本文認為土地利用結構與利用功能對整體協調發展有相同作用，均為0.5）；D表示兩個子系統間的耦合協調程度。

2.2.3 軌跡分析法

時間序列上的變化軌跡可用數字或者字母的軌跡代碼表示[13]。本文根據城鄉建設用地結構與功能的耦合協調度的大小，采用數字代碼衡量城鄉建設用地轉型協調演變路線。將城鄉建設用地利用結構與功能耦合協調水平分為4類，分別為失調衰退類型（＜0.4）、勉強協調水平（0.4～0.5）、初級協調類型（0.5～0.6）和協調發展類型（＞0.6）[18]。數字1、2、3、4由低到高代表耦合協調水平。各空間單元的城鄉建設用地利用結構與功能耦合協調度變化軌跡代碼計算公式為：

式（4）中：Yi代表區域i在研究時期內的城鄉建設用地利用結構與功能耦合協調水平代碼；n為時間斷點數；C1、C2、C3和C4分別區域i在每個時間斷點上相應的耦合協調水平代碼。

3 結果與分析

3.1 長三角城市群城鄉建設用地時空變化

1990—2015年長三角城市群城鄉建設用地面積呈現持續增長趨勢，以年均432 km2的速度增長了10 811 km2，年均增長率3.92%。其中，城市建設用地增長明顯，以年均287 km2的速度增長7 167 km2。農村居民點面積相對較慢，25年間以年均146 km2的速度增長了3 644 km2。二者的增長速度存在明顯的時序特征，2000年以后，城市與農村建設用地增長面積均快速增加，后期增長速度逐漸趨于平穩。這主要是由于2001年后中國加入世界貿易組織，大量外資被引入沿海地區，新一輪大規模的開發區建設、上海“經濟特區”計劃、江蘇沿江開發以及浙江杭州灣地區產業大開發等戰略相繼實施，城市建設用地面積快速增加。然而，由于城鄉二元土地制度限制，加上大量外來人口聚集，農村居民點用地不降反增。后期隨著經濟建設和人口增長進入平穩期，再加上土地集約節約利用政策、耕地保護政策相繼出臺，城鄉建設用地快速擴張的趨勢趨緩。

表2 長三角城市群城鄉建設用地增長數量及速度Tab.2 Amount and speed of urban-rural construction land growth in Yangtze River Delta Urban Agglomeration

為分析長三角城市群城鄉建設用地擴張的空間分布特征，根據研究區范圍大小，將城市建設用地和農村居民點用地新增區處理為10 km×10 km的數據進行制圖（圖2）。總體來看，長三角核心區（上海、浙北地區和蘇南地區）是城市建設用地增長的重心，1990—2015年，杭州、寧波、南京、蘇州、合肥和上海等區域核心城市的城市建設用地高速擴張，其數量擴張比例在30%以上。嘉興、鎮江、安慶以及馬鞍山等周邊城市用地快速增加，其數量擴張比例在10%左右。這些城市位于區域核心城市周邊，大力承接來自上海、杭州、南京、蘇錫常地區的產業轉移，工業化進程加快，致使城市用地擴張加快。同時，江蘇鹽城、安徽滁州以及浙江紹興等地出現城市用地部分減少現象，這可能是由于這些地區經濟轉型導致部分獨立工礦用地被復墾。農村建設用地的增長也主要集中在長三角核心區，其中環杭州灣沿岸、蘇錫常地區的農村居民點用地快速擴張，其數量增加比例在20%以上。這些地區由于外來人口聚集、城市經濟發展外溢效應導致周邊農村居民點功能轉型[24]，農村居民點用地面積迅速增加。同時，安徽省、江蘇北部以及浙江內陸地區農村居民點用地也呈現少量增加趨勢。這些地區經濟發展相對較慢，但由于農村居民點缺乏有效退出路徑，農村居民點增加大多由于農村人口自然增長造成。值得注意的是，在長三角城市群邊緣地區存在較多農村居民點減少現象。這些地區經濟發展水平相對較低，人口流出較大，閑置農村居民點逐漸被復墾為耕地。

圖2 1990—2015年長三角城市群城鄉建設用地空間擴張格局Fig.2 Spatial expansion pattern of urban-rural construction land in Yangtze River Delta Urban Agglomeration from 1990 to 2015

圖3 城市建設用地與農村居民點增長的雙變量LISA聚集圖Fig.3 Bivariable LISA concentration graph of urban construction land and rural residential land

3.2 長三角城市群城鄉建設用地時空關聯分析

運用雙變量空間自相關模型，探討長三角城市群內城市建設用地與農村居民點布局的空間關聯演變特征。結果表明，1990—2015年間，城市建設用地分布與農村居民點分布的全局空間自相關指數Moran’sI值從0.08增長到0.29，且1995—2015年的值通過了顯著性檢驗，這表明這兩類建設用地的空間格局存在明顯的空間正相關關系，在時序上呈現不斷增強的趨勢。這主要是由于隨著工業化、城鎮化的推進，新增農村居民點更多靠近城市周邊，農村居民點用地功能發生改變[13]。

在z檢驗的基礎上（P＜0.05）繪制雙變量局部空間自相關LISA聚集圖（圖3），用于表征區域城市建設用地與農村居民點布局的空間相關性。在空間演變上，城市建設用地與農村居民點規模呈高—高的地區主要集中沿江地帶和浙北地區，隨著城鎮化進程的不斷推進，這些地區的城市建設用地與農村建設用地空間關聯逐漸增強且區域不斷擴大，到2015年，二者成團狀分布在滬寧、滬杭和杭寧（寧波）三條廊道上，呈現“Z字型”空間增長格局。在蘇錫常以及浙江嘉興等地區，由于鄉鎮企業和民營經濟的興起[18]，城市周邊農村工業化快速發展，越來越多的新增農村居民點出現在城市周邊，充分利用城市人口聚集和經濟發展帶來的外溢效應實現農村居民點功能轉型。另一方面，城市建設用地與農村居民點用地規模呈低—低的地區主要位于皖東南和浙西北以及浙江中部等山區。這些地區由于地理環境限制，加上交通不便，大量本地人口流入城市，農村居民點增加緩慢，部分地區出現復墾減少現象。

3.3 城鄉建設用地利用效益時空演變

圖4揭示了長三角城市群1990—2015年期間城鄉建設用地利用效益變化。1990—2015年間，長三角城市群城鄉建設用地利用結構—功能協調平均指數由0.48增加到0.64，表明長三角城市群城鄉建設用地利用結構—功能耦合協調水平由勉強協調到協調發展水平，城鄉建設用地利用效益穩步提升。從各地市來看，長三角城市群各地市城鄉建設用地結構—功能耦合協調類型主要以初級協調為主，變化趨勢為：衰退失調類型到2015年已經消失，勉強協調類型由1990年的11個下降到2015年的3個，協調發展類型由1990年的1個到2015年的17個。從耦合協調度的單元統計曲線特征可以看出，隨著長三角城市群社會經濟和城鄉發展水平的不斷提高，城鄉建設用地結構—功能的耦合協調水平呈現由低到高的傳遞式的演進規律，符合城鄉建設用地系統內要素、結構和功能的相互作用的耗散結構特征[25]。區域發展經歷過極化到擴散的過程后，城鄉建設用地結構與功能發展逐漸由低度協調向協調發展水平推進，區域內部各城市和城鄉之間將逐漸走向均衡和一體化發展格局，城鄉建設用地利用效益得到提升。

圖4 長三角城市群各地級市耦合協調水平統計Fig.4 Coupling and coordination level in Yangtze River Delta Urban Agglomeration

圖5揭示了長三角城市群城鄉建設用地利用效益的空間特征。從城鄉建設用地結構和功能的耦合協調度來看，各城市城鄉建設用地利用效益提升速度不一，其中提升較快的是上海、南京、合肥、蘇州等區域核心城市。同時，區域內城鄉建設用地利用效益存在顯著空間差異，1990年呈現沿海城市城鄉建設用地利用效益高、由南到北逐漸降低的空間分布格局，大多數內陸城市城鄉建設用地利用結構和功能處于失調和勉強協調水平。這突出反映了長三角城市群社會經濟發展過程中，內陸和邊緣城市城鄉建設用地結構和功能不協調問題，影響城市群城鄉建設用地的健康發展。到2015年，大多數城市城鄉建設用地結構—功能轉型耦合協調水平處于協調發展水平，在空間上呈現核心—邊緣的空間格局。值得注意的是，嘉興、宣城、鹽城、安慶等大城市的周邊地區城鄉建設用地利用效益相對較低。后期在城鄉一體化發展過程中，應注重提升核心城市周邊城鄉建設用地利用結構和功能的協調水平，采取強帶弱、以城帶鄉等發展方式促進區域的一體化發展。

圖5 長三角城市群城鄉建設用地轉型耦合協調水平時空分布Fig.5 Spatial and temporal distribution of urban-rural construction land structure-function coupling coordination level in Yangtze River Delta Urban Agglomeration

圖6 長三角城市群城鄉建設用地結構—功能協調分區Fig.6 Structure-function coordination zoning of urbanrural construction land in Yangtze River Delta

采用軌跡分析法獲取16種城鄉建設用地利用結構—功能耦合協調類型，根據研究時期內不同階段的演變特征，將研究區域劃分為3類功能區：主導協調區，即城鄉建設用地利用效益一直處于較高水平的地區，包括333344、333334、334444等；核心協調區，即城鄉建設用地利用效益由低向高提升的地區，包括222223、233344、222334等；潛在協調區，即城鄉建設用地利用效益較低的地區，包括111122、112222、111223等（圖6）。主導協調區主要分布在浙江省以及沿海地區。浙江省地理環境屬于“七山一水二分田”，結合圖1可知，浙江省農村居民點用地相對較少，城市的快速發展導致城市建設用地比例不斷增加，城鄉建設用地利用結構較為合理，同時，浙江省北部地區二三產業發達，人口大量聚集，其城鄉建設用地利用功能處于較高水平，區域內城鄉建設用地結構與功能耦合協調水平處于高位。核心協調區主要分布在蘇南地區，該地區是江蘇省經濟發達地區，然而，結合圖2結果可知，該地區城市建設用地與農村居民點用地的空間關聯不斷增強，二者呈現“雙增長”的現象，從而導致該地區城鄉建設用地利用結構與社會經濟發展不符，未來應注重優化城鄉建設用地利用結構，規范農村用地管理，通過構建城鄉統一的建設用地市場實現農村建設用地向城市建設用地轉型。潛在協調區主要分布在城市群邊緣地區，以安徽省內城市為主，這些地區由于地處內陸，經濟發展和城鎮化水平不及沿海和沿江發達城市，該地區農村居民點規模較大，近幾十年來隨著人口向東部發達城市轉移，村莊空心化、宅基地閑置現象突出，導致該地區城鄉建設用地利用結構不合理，雖然近些年來由于承接東部產業轉移促進了社會經濟發展，但較低的人口城鎮化和土地城鎮化水平導致該地區城鄉建設用地利用效益較低。未來應注重提升本地區人口城鎮化水平，重點在于盤活農村閑置宅基地，在區域內探索開展城鄉之間、地區與地區之間的人地掛鉤模式，提高城鄉建設用地利用效益。

4 結論與討論

（1）1990—2015年長三角城市群城鄉建設用地呈波動增長且存在明顯空間集聚性，主要集中在浙北、蘇南以及沿江等經濟發達地區，其中城市建設用地主導增長格局，農村居民點增長緩慢。同時，區域內城市建設用地與農村居民點空間關聯不斷增強，城市與農村居民點分布集聚特征顯著：高—高值區域主要位于蘇南和浙北地區，呈現“Z字型”空間增長格局；低—低值區位于浙西北和皖東南山地地區。

（2）從土地利用結構—功能耦合協調水平來看，長三角城市群城鄉建設用地利用效益穩步提升，各城市城鄉建設用地利用效益提升幅度存在區域差異，在空間分布上由南北空間差異逐漸演化成核心—邊緣空間差異。

（3）長三角城市群城鄉建設用地利用結構—功能主導協調區主要分布在浙江省和沿海地區；核心協調區主要集中在蘇南地區，該地區建議通過規范農村用地管理、暢通城鄉要素流通加強城鄉建設用地轉型力度；潛在協調區主要位于城市群邊緣，可通過在區域內探索開展城鄉之間、地區與地區之間的人地掛鉤模式，提高城鄉建設用地利用效益。

國土空間規劃是統籌國土空間開發、保護、整治的總體部署，其核心任務之一是實現國土空間開發格局的優化。城鄉建設用地作為國土空間開發的主要載體，其結構和布局的優化有利于構建協調有序的國土開發保護格局。本文的研究結果表明長三角城市群城鄉建設用地存在顯著空間集聚性，農村建設用地與城市建設用地空間關聯增強，表明當前城鄉土地要素關系緊密，國土空間規劃可嚴控城鄉建設用地規模倒逼土地制度改革，建立統一的城鄉建設用地市場以暢通城鄉土地要素流動，提高國土空間開發效率和效益。另一方面，本研究表明城鄉建設用地結構與功能的協調存在空間差異，國土空間規劃應關注不同地區、城鄉之間的建設空間發展訴求和功能定位，構建區域利益協調機制，避免產生由于空間規劃管制導致區域社會經濟發展差距加大的問題，從而促進區域協調可持續發展。