城市土地擴張與經濟增長脫鉤關系的空間異質性分析

陳果 朱錦維 陳志

摘要：經濟增長與城市土地擴張脫鉤關系已成為土地經濟研究的熱點。利用湖北省各城市2001-2015年間建成區面積和非農GDP兩項指標的數據，綜合運用改進的脫鉤模型、SPSS聚類分析、GIS空間分析和空間自相關分析等方法，研究了湖北省三個時期城市土地擴張與經濟增長脫鉤關系及其空間異質性。研究結果表明：湖北省2001-2015年城市土地擴張、經濟增長有明顯的地域性和階段性;湖北省2001-2015年總體脫鉤狀態有改善趨勢，但經濟發展對城市土地擴張仍然存在一定的依賴性，管控力度不應松懈;湖北省2001-2015年城市土地擴張與經濟增長脫鉤關系的空間地域分異不明顯，城市之間脫鉤狀態的差異性較小;脫鉤模型、SPSS聚類分析、GIS空間分析和空間自相關分析的綜合集成在微觀區域城市土地擴張與經濟增長的脫鈞分析中有較強的適用性。本研究可為制定城市土地管控措施和協調城市經濟增長與土地擴張的關系提供決策參考。

關鍵詞：城市土地擴張;經濟增長;脫鉤理論;SPSS聚類分析;GIS空間分析;空間自相關分析

中圖分類號：F127;F299.27 文獻標識碼：A

文章編號：1001-9138-（2019）10-0027-36 收稿日期：2019-08-18

城市土地是經濟社會發展的重要基礎，也是城市經濟增長的主要推動力。但地方政府過度依賴土地財政拉動GDP增長，致使城市土地非理性擴張。根據《中國統計年鑒》顯示，1990年至2016年末，我國城市建成區面積從12856km²增長至54331.47km²，27年內翻了兩番多，年均增長1536km²，擴張態勢明顯。城市土地在支撐經濟快速發展的同時，也造成了耕地快速流失、社會沖突加劇、生態環境破壞等一系列問題。我國人多地少，城市土地不能無限的擴張，所以經濟增長與城市土地擴張的脫鉤成為經濟可持續發展和城市精明增長的必然要求。

脫鉤理論已廣泛應用于資源環境領域的研究，對城市土地擴張與經濟增長脫鉤關系的研究有部分學者涉及，但未形成完整的研究體系。對不同區域的城市土地擴張與經濟增長脫鉤關系進一步研究，可探索和完善區域城市土地擴張與經濟增長脫鉤關系的空間異質性研究方法。湖北省是中國經濟發展格局的戰略支點，也是中部地區經濟轉型升級的先行區域，如何處理好城市土地擴張與經濟增長的脫鉤關系對控制該區域城市發展邊界、制定合理的土地管控政策、促進城市土地供給側改革和經濟發展方式轉變有重要意義。

目前，西方國家對土地擴張的研究主要側重于城市蔓延問題的分析上，因此本文在土地擴張與經濟增長方面主要回顧國內研究成果。周國華認為城市土地擴張的速度和形態與經濟、人口、交通、規劃等各因素密切相關;但周焱、張安錄認為土地擴張在經濟增長中貢獻度逐漸弱化，資本、勞動和技術的投入是經濟增長的主要動力。隨著經濟的發展和城市化進程的加快，土地擴張與經濟增長關系開始有脫鉤趨勢，近年來研究二者的脫鉤關系也成為熱點話題。研究方法主要采用道格拉斯生產函數模型、索羅余值法、Kuznets曲線回歸模型法、脫鉤模型法，但脫鉤模型在研究城市土地擴張與經濟增長的背離趨勢有較強適用性。

“脫鉤”源于物理學領域，后被廣泛應用于能源、碳排放、環境、耕地等方面的研究中，近年來，脫鉤理論及其模型在國內已成為衡量區域資源環境承載力、區域可持續發展的一種分析方法。同時，脫鉤模型也逐漸被用于研究耕地占用與經濟增長、資源環境與經濟增長、碳排放與經濟增長、集約利用與經濟發展、建設用地擴張與經濟增長的研究中。在脫鉤模型的運用上，有基于庫茲涅茲曲線模型從全國宏觀角度對經濟增長與城市土地擴張進行脫鉤測度，有利用脫鉤理論和空間數據分析方法研究城市群土地擴張與經濟增長的空間異質性，也有嘗試把改進的Tapio彈性系數法中的判定標準利用平均法細分，以此研究微觀地區城市土地擴張與經濟增長的時空耦合關系。

綜上所述，土地擴張與經濟增長的脫鉤關系逐漸成為研究熱點，脫鉤理論的應用上從宏觀區域到微觀區域均有涉及，但現有脫鉤狀態判定標準對微觀區域和短期研究并不適用，雖有嘗試性的改進，但此種劃分主觀性太強。同時，微觀區域脫鉤關系空間異質性的研究方法有待整合與集成。

本文基于改進的脫鉤模型，利用SPSS聚類分析結合數據特征對判定標準進一步細分，然后利用GIS空間分析與空間自相關分析方法對湖北省2001-2015年3個時期的城市土地擴張、經濟增長脫鉤關系及其空間異質性進行較深入的分析。

1區域概況、數據來源與研究方法

1.1區域概況

湖北省位于中國中部，長江中游，共下轄12個地級市，3個省直管市，1個自治州，1個林區，全省總面積18.59萬km²。據2000-2016年歷年的《中國城市建設統計年鑒》數據顯示，2016年湖北省16個城市（神農架林區除外）市轄區建成區面積為1716.45km²，相比2000年（879.24km²），增幅達到95.21%，其中2001年和2010年增幅達到9%和8%，土地擴張速度相對較快。與此同時湖北省經濟社會持續發展，據2001-2017年歷年《湖北省統計年鑒》數據顯示，2016年地區生產總值達到32297.91億元，城鎮化率58.1%，第三產業比重44.2%，三項指標相對于2000年分別增加了655.21%，17.88%，9.36%，地區生產總值增長明顯，經濟發展迅猛。

1.2數據來源及處理

本文研究對象為湖北省16個城市，神農架林區由于沒有完整的城市建成區面積和非農GDP數據，暫不作為本次脫鉤關系分析樣本。鑒于建設用地擴張與經濟增長之間的滯后關系，以時期為時間尺度進行脫鉤分析更合適。因此本文主要選取16個城市2000年、2005年、2010年、2015年的城市建成區面積和市轄區非農GDP數據，形成三個對比時期分別與國民經濟規劃“十五”“十一五”“十二五”相銜接，便于結合國民經濟政策進行分析。數據主要來源于2001年、2006年、2011年和2016年的《中國城市統計年鑒》和《中國城市建設統計年鑒》，少部分缺失數據和異常值采用插值法和回歸分析加以修正。

1.3研究方法

1.3.1指標體系的選擇

城市土地指建成區范圍內的土地，城市土地擴張分為外向擴張和內向擴張，城市土地內部結構的優化、集約度的提高可稱為內向擴張，而城市土地規模的增加稱為外向擴張，本文研究中的土地擴張是指土地外向擴張。經濟增長一般指經濟數量的增長，即國民生產總值（GDP）的增加，但廣義的經濟增長還包括經濟質量的提高，即經濟增長向集約增長轉變，更多依靠技術創新，更加注重經濟、社會、生態協調發展，本文研究的經濟增長主要指狹義的GDP增長。

學者們在對土地擴張特征、城市土地擴張與經濟發展、土地擴張與人口增長等問題進行研究時，均采用建成區面積來反映城市土地擴張程度，具有一定的代表性，因此本文選用建成區面積表征城市土地擴張的程度。而在選用表征經濟增長程度的指標時，有部分學者以GDP作為其衡量標準，也有學者嘗試用市轄區二、三產業GDP代表經濟發展狀況，但在研究城市土地擴張與經濟增長的關系時，非農GDP（即二、三產業GDP之和）更能反映實際情況，因此本文選用非農GDP來衡量經濟發展水平。

1.3.2脫鉤彈性系數

經濟合作與發展組織（OECD）把阻斷經濟增長與環境污染之間的聯系稱為脫鉤，分為絕對脫鉤和相對脫鉤。本文將脫鉤分析方法應用到城市土地擴張方面，表示城市土地擴張與經濟增長之間的關系，其中絕對脫鉤指經濟增長而城市土地擴張變量保持穩定或下降，相對脫鉤指經濟增長率和城市土地擴張率都為正值但城市土地擴張變化率小于經濟增長率。目前用于脫鉤分析的模型有兩種，OECD脫鉤模型和Tapio脫鉤模型，Tapio脫鉤模型克服了OECD脫鉤模型在基期選擇上的困境。根據脫鉤彈性指數的大小，Tapio脫鉤模型將脫鉤分為強脫鉤、弱脫鉤、擴張連接、擴張負脫鉤、強負脫鉤、弱負脫鉤、衰退連接和衰退脫鉤等8種狀態。本文選用T印io脫鉤模型并參考張勇對脫鉤模型的運用，對湖北省城市土地擴張與經濟增長的脫鉤關系進行分析，構建如下模型：

考慮到湖北省的經濟一直保持中高速發展態勢，經濟負增長的情況沒有發生，因此理論上的8種脫鉤狀態只有4種狀態實際發生，而這4種脫鉤狀態太過籠統不便于進行微觀區域空間異質性分析。因此本文參考改進的彈性分析法脫鉤程度判定標準，并利用SPSS聚類分析把脫鉤彈性系數（0，1）區間進一步分成3類，以此來分析城市土地擴張與經濟增長的脫鉤關系，如表1所示。改進判別標準分為絕對脫鉤、相對脫鉤、臨界狀態以及耦合4個一級類，相對脫鉤又具體落實到3個二級類。絕對脫鉤表示城市經濟不斷增長，但建成區面積卻減少，說明城市經濟增長對土地的依賴性降低，更多依靠資本、勞動力和技術等其他要素，這種狀態表示經濟增長與城市土地擴張形成良性互動。相對脫鉤表示建成區面積隨經濟增長而增加，但城市土地擴張速度慢于經濟增長速度，彈性系數數值越小表示經濟增長對土地的依賴性越小，二者的脫鉤程度越明顯。相對脫鉤I表示脫鉤狀態較好，相對脫鉤Ⅲ表示脫鉤程度較差，相對脫鉤Ⅱ表示適中狀態。臨界狀態表示土地擴張速度等于經濟增長速度，耦合表示城市土地擴張速度大于經濟增長速度，經濟增長對土地的依賴性較強。

1.3.4空間自相關分析

空間自相關分析是理論地理學的基本方法，主要用來分析空間數據的統計分布規律，可分為全局空間自相關和局域空間自相關。全局空間自相關是對屬性值在整個研究區域的空間特征的描述，主要是用來探測整個研究區域內某種地理現象或某一屬性值的空間分布特征，判斷此現象或屬性值在空間上是否有聚集特性存在。全局空間自相關最常用的指標是Moran's I，其計算公式為：

式（2）中，n為研究區域數，xi、xj是區域i和j的觀察值，X為平均值，s²為樣本方差，Wij表示研究區域i和j的空間權重矩陣，當i和j為鄰近的空間位置時，Wij=1;反之，Wij=0。全局Moran's，I旨數的取值范圍為[-1，1]，I值為正表示空間集聚;，值為負表示具有顯著的空間差異。

全局空間自相關能夠判斷某種地理現象或某一屬性值在空間上是否有聚集特性存在，僅說明所在區域與周邊地區之間空間差異的平均程度，但難以探測不同位置局部區域的空間關聯模式。而局部空間關聯LISA（Local Indicators of SpatialAssociation）可以揭示局部空間單元上某一屬性值與相鄰區域上同一屬性值的相關程度。局部空間自相關分析是以Local Moran's）以為統計量，它是Moran's I（Global Moran's I）的分解形式，用來探究某種地理現象或某一屬性值在空間上的聚集、異質或隨機的分布特征，局部空間自相關指標LocalMoran's矗的計算公式為：

局域空間自相關分析一般用LISA（LocalIndicator of Spatial Association）聚集圖表示，其中高高（High-High）表示區域和周圍區域屬性值都較高，高低（High-low）表示區域屬性值較高，但其周圍區域屬性值較低，低低（Low-Low），低高（Low-High）的含義與上述兩種類型正好相反。High High和Low-Low表示區域具有較高的空間正相關，揭示區域的彈性系數的集聚性，反映區域的同質性;High-low和Low-High表示區域具有較高的空間負相關，揭示區域彈性系數的異質性。

為進一步探測湖北省城市土地擴張與經濟增長脫鉤關系的空間差異程度，本文借助OpenGeoDa軟件對湖北省及16個城市的脫鉤彈性系數進行空間自相關分析。

2計算結果與分析

2.1城市土地擴張的空間異質性

首先利用SPSS聚類分析將湖北?。ǔ褶r架林區外）16個城市的建成區面積擴張速度劃分為5個等級即慢速、較慢、適中、較快、快速，以此表示城市的土地擴張程度。再利用ArcGIS把湖北省2001-2015年間分3個時期的城市土地擴張速度分別標定到區域圖上，如圖1所示，進而分析湖北省城市土地擴張的空間異質性。

由圖1可知，（1）T1（2001-2005年）時期，16個城市整體土地擴張速度較慢，城市土地擴張速度無“快速”和“較快”狀態。從局部看，宜昌、孝感、潛江土地擴張為“適中”狀態，黃石、仙桃、隨州、荊州、十堰城市土地擴張速度較慢，其他城市均為慢速增長。說明該時期湖北省整體城市建設較為緩慢，城市土地的擴張也不是十分明顯。

（2）T2（2006-2010年）時期，武漢、咸寧城市土地擴張最為明顯，達到了“快速”增長狀態，建成區面積年增長率皆達到20%以上。宜昌、恩施、孝感土地擴張速度為“適中”狀態，襄陽、潛江土地擴張速度較慢，其他城市土地擴張為慢速增長。究其原因，武漢在“十一五”期間建設新區和重點功能區，咸寧全面推進“四城同創”，使建成區面積猛增，加快了城市土地擴張速度。

（3）T3（2011-2015年）時期，宜昌、襄陽、十堰、黃岡土地擴張速度“較快”，恩施為“適中”狀態，隨州、孝感、仙桃、荊州土地擴張速度較慢，其他城市為慢速增長。武漢、咸寧土地擴張速度由T2時期的“快速”降到“慢速”增長，土地擴張壓力減輕;十堰、黃岡由T2時期的“慢速”增長變為“較快”增長，襄陽由“較慢”變為“較快”，宜昌也由“適中”變為“較快”增長，土地擴張壓力增大?！笆濉逼陂g，十堰“一城兩帶”建設，黃岡產業園、科技園的相繼落地，襄陽大力推進城市化等政策使土地擴張速度加快。

2.2城市經濟增長的空間異質性

首先利用SPSS聚類分析將湖北省（除神農架林區外）16個城市的非農GDP年均增長速度劃分為5個等級即快速、較快、適中、較慢、慢速，以此表示城市的經濟增長速度。再利用ArcGIS把湖北省2001-2015年間分3個時期的非農GDP年均增長速度分別標定到區域圖上，如見圖2所示，進而分析湖北省城市經濟增長的空間異質性。

由圖2可知，Tl（2001-2005年）時期，湖北省城市之間非農GDP年均增長率差異性較大，宜昌、襄陽非農GDP增長速度為“快速”增長狀態，十堰為“適中”增長狀態，武漢、孝感、鄂州、黃石、咸寧、荊州、恩施非農GDP年均增長速度“較慢”，其他城市為“慢速”增長?！笆濉逼陂g，宜昌三峽大壩建設并依托葛洲壩、長江三峽大力發展旅游服務業等第三產業，襄陽汽車工業的快速發展，對兩個城市的經濟增長起到重要推動作用。

T2（2006-2010年）時期，湖北省整體城市經濟增長勢頭強勁，除隨州、荊門、黃石非農GDP年均增長速度較慢以外，黃岡、咸寧、鄂州、荊州、潛江、十堰非農GDP年均增長速度“較快”，武漢、孝感、天門、仙桃、宜昌、襄陽、恩施為“適中”增長狀態。“十一五”期間，中部崛起戰略給湖北省各市帶來巨大的發展機遇，推動了城市二三產業的發展，帶動城市經濟的增長。同時咸寧、鄂州、黃岡、孝感、仙桃等地在“武漢城市圈”的區域發展模式下經濟也得到了快速發展.黃石隨著資源逐步枯竭，經濟增長速度也隨之放緩。

T3（2011-2015年）時期，不同城市之間非農GDP年均增長速度整體差異性較小，無“快速”和“較快”增長速度的城市，黃岡、潛江、仙桃、天門、襄陽、隨州、恩施非農GDP增長為“適中”增長狀-態，其他城市均為“較慢”增長狀態。這說明該時期各城市不僅追求經濟增長的高速度，更加追求經濟增長的質量與效率，這與“十二五”以來國家整體的發展理念有關;同時經濟的總量提高增長速度也會適度減緩。

2.3城市土地擴張與經濟增長脫鉤關系的空間異質性

2.3.1脫鉤狀態分析

根據湖北省16個城市2000年、2005年、2010年及2015年的城市建成區面積和非農GDP相關數據，利用脫鉤模型得出2001-2015年分三個時期的脫鉤彈性系數，并依據改進的脫鉤程度判定標準得出對應的脫鉤狀態，如表2所示。

再利用AreGIS對湖北省16個城市2001-2015年間分三個時期的脫鉤狀態分別標定到區域圖上，如圖3所示，進而分析城市土地擴張與經濟增長脫鉤關系的空間異質性。

由表2和圖3可知，T1（2001-2005年）時期，潛江、仙桃脫鉤關系呈耦合狀態，孝感、荊門、天門的脫鉤狀態表現為相對脫鉤Ⅲ，隨州、黃石、荊州的脫鉤狀態表現為相對脫鉤Ⅱ，其他8個城市皆為相對脫鉤I。說明該時期潛江、仙桃經濟增長對城市土地擴張依賴性較大;孝感、荊門、天門的相對脫鉤程度也較弱;宜昌的土地擴張速度雖為“適中”狀態，但脫鉤關系卻表現為相對脫鉤I，說明該地該時期經濟增長對土地的依賴性較弱;在T2（2006-2010年）時期，武漢脫鉤關系表現為耦合狀態，咸寧表現為相對脫鉤Ⅲ，恩施、宜昌、孝感的脫鉤狀態為相對脫鉤Ⅱ，其他11個城市為相對脫鉤I。該時期武漢經濟增長對城市土地擴張的依賴性較大，成寧也表現為有一定的依賴性，這與該時期兩地土地擴張為“快速”增長狀態以及非農GDP增長分別為“適中”和“較快”發展狀態相符合。恩施、宜昌、孝感的土地擴張為“適中”增長狀態，對應的脫鉤狀態為相對脫鉤Ⅱ，這也與該時期土地擴張速度相符合;在T3（2011-2015年）時期，十堰脫鉤關系為耦合狀態，宜昌、襄陽、黃岡表現為相對脫鉤Ⅲ，孝感、荊州、恩施、鄂州為相對脫鉤Ⅱ，其他8個城市則表現為相對脫鉤I。該時期，十堰的土地擴張速度大于經濟增長的速度，經濟發展對土地擴張的依賴性較大;宜昌、襄陽、黃岡的經濟增長也存在對土地擴張有一定的依賴性，這四個城市在該時期的脫鉤關系有惡化態勢。武漢、咸寧表現為相對脫鉤I，相較T2時期兩個城市的脫鉤關系有明顯改善，在往可持續發展道路上前進。荊州由T2時期的相對脫鉤I變為在T3時期的相對脫鉤Ⅱ，經濟增長對土地擴張的依賴性有增強趨勢。

2.3.2空間自相關分析

利用OpenGeoDa將湖北省16個城市2001-2015年間分三個時期的城市土地擴張與經濟增長脫鉤彈性系數進行全局自相關分析，繪出Moran'sI散點圖，如圖4所示。

由圖4可知，T1、T2、T3三個時期的Moran's I分別是0.1616、-0.0752和-0.0158，說明湖北省在Tl（2001-2005年）期間城市土地擴張與經濟增長的脫鉤關系存在正的相關性;在T2（2006-2010年）和T3（2011-2015年）期間存在負的相關性，但3個時期的空間相關性都不明顯;湖北省16個城市的土地擴張與經濟增長脫鉤關系空間地域分異不明顯，脫鉤彈性系數分布較為集中。

利用OpenGeoDa對湖北省2001-2015年分3個時期的城市土地擴張與經濟增長脫鉤關系進行局域自相關分析，繪出LISA聚集圖，如圖5所示，該圖表達了變量值在區域和其周圍區域四種類型的局域空間聯系。由圖5可知，在T1（2001-2005年）時期，高高區有孝感、荊門、天門、潛江、仙桃、荊州，低低區有十堰，這6個城市土地擴張與經濟增長的脫鉤關系存在正的相關性，其中十堰及其周邊地區表現為良好的脫鉤狀態，這與西部地區在“十五”期間城市土地擴張速度較慢有關;低高區有武漢、咸寧，表明該時期兩個地區城市土地擴張與經濟增長的脫鉤關系與周圍地區存在較大的異質性;在T2（2006-2010年）時期，低高區為黃岡，該地區與周圍地區脫鉤關系存在較大異質性;在T3（2011-2015年）時期，武漢、咸寧、天門、仙桃落在低低區域內，表明這四個地區與周邊地區都表現為良好的脫鉤狀態。總體來看，從“十五”到“十二五”期間，武漢、咸寧及周邊地區城市土地擴張與經濟增長的脫鉤狀態有改善趨勢。

3結論與建議

3.1結論

本文通過選用湖北省16個城市2001-2015年間的建成區面積和非農GDP兩項指標，綜合運用改進的脫鉤模型、SPSS聚類分析、GIS空間分析和空間自相關分析等方法，系統分析了湖北省2001-2015年間分3個時期的城市土地擴張、經濟增長和二者脫鉤關系的空間異質性，得出如下結論：

其一，湖北省城市土地擴張與經濟增長有明顯的階段性和地域性，不同時期各城市的土地擴張、經濟增長的特征與其對應時期的相關政策有重要關聯。

其二，湖北省2001-2015年間的總體脫鉤狀態有改善趨勢，但經濟發展對城市土地擴張仍然存在一定的依賴性，管控力度不應松懈。

其三，湖北省2001-2015年城市土地擴張與經濟增長脫鉤關系的空間地域分異不明顯，城市之間脫鉤狀態的差異性較小。

其四，利用脫鉤模型結合SPSS聚類分析、GIS空間分析、空間自相關分析得到的結果與湖北省各市城市土地擴張與經濟增長的實際情況相吻合，因此這幾種方法的綜合集成在微觀區域城市土地擴張與經濟增長的脫鉤分析中有較強的適用性。

其五，本文研究主要集中在微觀區域的空間異質性分析上，未能選用相關脫鉤預測模型對城市土地擴張與經濟增長脫鉤狀態進行定量預測，并提出相應的調控對策，此方面內容有待更深入的研究。

3.2建議

根據湖北省“十三五”規劃綱要對經濟發展和土地利用的要求和2016年湖北省各城市脫鉤系數可知，黃石、荊門、孝感、仙桃城市土地擴張與經濟增長的脫鉤關系變差，“十三五”期間土地利用管控力度不能松懈。咸寧、隨州的脫鉤狀態繼續向好，恩施、黃岡的脫鉤關系相對于“十二五”時期有改善趨勢，正朝經濟可持續方向發展。湖北省“十三五”規劃綱要要求經濟保持較快增速發展，同時轉變經濟發展方式，力爭創新驅動、跨越發展，這對城市土地集約利用提出了更高的要求?？傮w來看，在供給側改革和四個全面的思想指導下，湖北省部分城市脫鉤關系有改善趨勢，但多數城市土地調控不能松懈，需采取分類調控的方式，擴大存量土地的利用，減少粗放利用，提升土地利用的效率和質量，引導湖北省城市精明增長，走內涵式新型城鎮化道路，有效處理城市土地擴張與經濟增長的脫鉤關系。