沿海發達地區小城鎮城鄉建設用地變化及驅動力研究——以寧波市奉化溪口鎮為例

楊凱杰, 曹羅丹,2*, 陳慧霖, 辛 欣, 朱 宇

沿海發達地區小城鎮城鄉建設用地變化及驅動力研究——以寧波市奉化溪口鎮為例

楊凱杰1, 曹羅丹1,2*, 陳慧霖1, 辛 欣1, 朱 宇1

（1.寧波大學 寧波大學昂熱大學聯合學院, 浙江 寧波 315211; 2.寧波大學 東海研究院, 浙江 寧波 315211）

基于奉化溪口鎮1990~2015年6期土地利用數據, 借助土地利用轉移矩陣、城鄉建設用地擴展速度、土地利用動態度、土地利用結構信息熵、核密度和Logistic回歸模型等方法, 探析奉化溪口鎮城鄉建設用地變化特征和驅動因子. 結果表明: (1)1995~2015年, 溪口鎮城鄉建設用地規模不斷擴大, 增長速度不穩定, 城鎮用地、農村居民點用地和其他建設用地增長各具特點; (2)建設用地信息熵持續增加, 土地類型趨于復雜化、有序化; (3)城鄉建設用地的轉入面積遠大于轉出面積, 主要轉入來源為耕地和林地; (4)城鄉建設用地核密度高值區集聚于城鎮的東北部, 核密度分布特征隨時間變化不明顯; (5)建設用地分布主要受社會經濟因素的影響, 其中地均國內生產總值、人口密度、高程值與距河流距離影響較大.

城鄉建設用地; 驅動力; 溪口鎮; 土地覆被變化

城鄉建設用地是極為重要的土地利用類型, 是人類活動影響自然環境最直觀的表現, 也是社會、經濟協調發展的空間投影, 其變化反映著城市發展的進程, 城鄉建設用地的統籌規劃與利用是實現城鄉統籌的關鍵內容之一. 隨著我國城市化進程的加快, 城鄉建設用地和土地資源之間的矛盾日益突出, 建設用地的增加導致農田、林地、灘涂等土地資源減少, 我國糧食安全、生態安全正不斷遭受威脅; 城市增速過快也導致資源分配不合理、人口密集、交通擁堵等城市病的產生[1]. 當前我國正經歷著最大規模、最為深刻的生態文明建設, 節約資源則是保護生態環境的根本之策. 從建國初期提出的節約用地原則到改革開放后將節約集約用地作為一項方針政策, 再到黨的十七大后對節約集約用地提出的新要求, 集約、高效地利用土地已成為新型城鎮化的戰略選擇[2]. 研究城鄉建設用地變化過程與特征, 找出驅動因子并定量揭示驅動機制, 對提高土地利用效率, 明確農田、生態地區保護內容以及促進城市經濟社會可持續發展具有重要意義[3-4].

城鄉建設用地變化已成為土地利用/覆被變化(Land-Use and Land-Cover Change, LUCC)的研究重點之一, 并取得了不少成果[5-6]. 相關研究主要集中在用地變化特征的提取、建設用地擴展模式與規律、土地利用變化的驅動力分析以及城鄉建設用地變化的預測及優化等方面. 文獻[7-9]分別探討了中國小城鎮土地利用的結構特征; 不同時段全國各地各類建設用地面積和人口數據, 總結出中國城市建設用地的時空演變規律; 利用遙感影像的解譯與分析, 研究各類用地的變化. 文獻[10-12]將研究區間分為幾個時段, 采用土地利用轉移矩陣、土地利用動態度等方法分別對全國尺度、大城市、小城鎮的城鄉建設用地變化規律進行了探討. 文獻[13-15]分別利用Logistic回歸模型、灰色關聯法以及GIS空間分析技術探討了小城鎮土地利用變化的主要驅動力. 文獻[16-18]利用多元回歸模型、組合預測模型、Logistic模型、灰色系統模型、CA-Markov模型等預測了建設用地的規模, 并取得了良好效果.

由于小尺度區域數據較難獲取, 現有研究大多集中于大尺度區域, 如全國[3,8]、流域[19]、省[20]和市[21-23], 對小尺度區域的研究較少, 導致小城鎮的土地政策制定缺乏科學依據. 因此, 對小城鎮建設用地變化特征的研究很有必要. 本文選取具有一定代表性的旅游小鎮—–奉化區溪口鎮作為研究對象, 探究不同時期溪口鎮城鄉建設用地的變化特征, 并在此基礎上找出驅動因子, 借以為溪口鎮的持續健康發展提供決策參考, 也為揭示我國小城鎮城市建設用地驅動機制積累研究案例.

1 研究區概況

溪口鎮位于浙江省寧波市奉化區西北部(圖1), 中心位置處于北緯29°41′31″, 東經121°16′41″, 東連蕭王廟街道, 南接大堰鎮, 西臨嵊州市, 北與余姚市、鄞州區接壤, 行政區域面積381.6km2, 是浙江省級中心鎮、寧波市重點開發區域. 溪口鎮地形以山地、丘陵為主, 總體呈西北高, 東南低的地勢. 鎮內有剡溪、筠溪等多條河流, 河網密布, 降水充沛. 總人口超過10萬, 歷史悠久、風光秀麗, 農業和旅游業的發展潛力巨大. 曾榮膺“中國水蜜桃之鄉”“全國水蜜桃特色基地鄉鎮”“中國雷筍之鄉”等稱號, 獲評“全國十佳文化生態景區”. 現有規模以上企業52家, 年產值超億元企業10家. 2018年溪口入選全國綜合實力千強鎮. 總體上, 溪口鎮是一個集觀光游覽、娛樂休憩、文化欣賞于一體的綜合型旅游小鎮. 1990年以來, 溪口鎮建設用地總量持續增加, 占比不斷增大, 在經濟持續高速發展的同時, 也出現了人口擁擠、交通擁堵、污染加劇、生態用地侵占等問題.

1為蕭王廟街道, 2為錦屏街道, 3為岳林街道, 4為西塢街道, 5為江口街道, 6為尚田鎮, 7為莼湖鎮, 8為裘村鎮, 9為松岙鎮, 10為大堰鎮.

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源與處理

土地利用類型數據來自地理國情監測云平臺(http://www.dsac.cn), 主要包括溪口鎮1990年、1995年、2000年、2005年、2010年和2015年共6期1:100000土地利用數據. 根據全國土地資源分類系統和研究需要的標準, 把研究區土地利用類型分為6大類, 提取城鄉建設用地作為研究對象. 高程數據來源于SRTMDEMUTM 90M分辨率的數字高程產品, 本研究將其重分為5個等級. 人口與地均國內生產總值公里網格數據來自中國科學院資源環境科學數據中心(http://www.resdc.cn), 分辨率為1km×1km.

2.2 研究方法

采用土地利用轉移矩陣、城鄉建設用地擴展速度、土地利用動態度、土地利用結構信息熵和核密度等方法對溪口鎮1990~2015年的城鄉建設用地變化進行分析, 并利用Logistic回歸模型探究城鄉建設用地變化的驅動力.

2.2.1 土地利用轉移矩陣

土地利用轉移矩陣能直觀、定量表明1990~ 2015年溪口鎮城鄉建設用地與其他土地利用類型之間的轉化以及轉移方向和速率, 其通式為:

2.2.2 城鄉建設用地擴展速度

城鄉建設用地擴展速度是用來衡量某一時間段城鄉建設用地面積的變化, 可以反映城鄉建設用地擴展的趨勢與快慢, 其計算公式為:

2.2.3 土地利用動態度

土地利用動態度是指研究期內土地類型的變化率, 可以反映城鄉建設用地的擴展程度, 其計算公式為:

2.2.4 土地利用結構信息熵

土地利用結構信息熵反映某區域土地利用結構的特點, 可以用于分析城鄉建設用地的結構特征及合理性, 其公式為:

式中:為土地利用結構信息熵;P為各類建設用地占建設用地總面積的比例;為建設用地分類總數.

2.2.5 核密度分析

核密度可以用來表示城鄉建設用地斑塊的密度, 其值越大, 表示密度越高. 利用ArcGIS 10.2中Kernal Dentisty工具, 設置搜索半徑為4km, 可得研究區較為光滑的核密度, 其計算公式為:

2.2.6 Logistic回歸模型

Logistic回歸模型能很好地應用于因變量為離散型變量, 且分布規律不明顯的土地利用變化研究. 本文采用Logistic回歸模型, 探究溪口鎮城鄉建設用地變化的驅動力.

對式(6)進行變換, 得到線性公式為:

影響因素選取了自然因素、社會經濟因素和可達性因素. 其中自然因素包括高程和坡度; 社會經濟因素包括人口和地均GDP; 可達性因素包括距城鎮、道路和河流的距離, 詳見表1.

表1 溪口鎮城鄉建設用地變化驅動力模型中相關變量

3 結果與討論

3.1 溪口鎮城鄉建設用地變化特征

3.1.1 城鄉建設用地規模變化

1990~2015年, 溪口鎮建設用地面積不斷變化, 呈增長趨勢(表2).

表2 1990~2015年溪口鎮各類建設用地

從表2可知, 城鄉建設用地面積增加871.94ha, 其中城鎮建設用地面積25年間增加499.58ha, 2000~2005年間增速最快, 達74.23ha·a-1. 在面積持續增長的同時, 所占建設用地的比例也不斷增大. 農村居民點建設用地增加259.62ha, 雖然面積不斷增加, 但所占比例呈減少趨勢. 其他建設用地從無到有, 共增長了112.75ha, 所占比例從0增加到10.22%, 逐漸成為建設用地中不可或缺的部分.

3.1.2 城鄉建設用地利用變化速度

隨著城市的發展, 溪口鎮城鄉建設用地不斷擴張, 擴展速度起伏較大(表3). 1990~1995年, 城鄉建設用地總面積增長了214.87ha, 擴展速度為42.97ha·a-1, 增長速度較快. 1995~2000年城鄉建設用地總面積有所減小, 呈負增長. 近15年來, 城鄉建設用地總面積從2000年的428.08ha增加至2015年的1102.72ha, 2000~2005年期間擴展速度最大, 為88.32ha·a-1; 2005~2010年期間擴展速度最小, 為9.74ha·a-1; 2010~2015年期間擴展速度又有所增大, 為36.86ha·a-1.

通過式(3)計算, 得到溪口鎮1990~1995年、1995~2000年、2000~2005年、2005~2010年、2010~2015年5個時間段的單一動態度值分別為18.62%、－0.79%、20.63%、1.12%、4.01%. 可見1990~1995年間的動態度較高, 而后1995~2000年建設用地面積有所減小, 其動態度呈負值; 之后15年面積持續增加, 動態度呈先增后減再增趨勢, 并在2000~2005年達到最大, 這與城鄉建設用地面積的大幅增加相符.

3.1.3 城鄉建設用地利用結構變化

通過式(4)計算信息熵, 得到溪口鎮1990~ 1995年、1995~2000年、2000~2005年、2005~2010年、2010~2015年5個時間段建設用地信息熵分別為0.64、0.68、0.74、0.88、0.94. 溪口鎮城鄉建設用地信息熵呈持續增長趨勢, 25年間信息熵從0.64增加到0.94, 表明溪口鎮越來越多的土地被開發成建設用地, 土地類型逐漸復雜化, 各類土地逐漸有序化. 相對而言, 溪口鎮城鄉建設用地信息熵偏低, 還需不斷改善其城鄉建設用地結構以提高城市綜合功能.

基于1990~2015年溪口鎮城鄉建設用地變化(圖2), 在ArcGIS 10.2軟件中進行疊加得到研究區城鄉建設用地的轉移表(表4), 分析溪口鎮城鄉建設用地利用結構的變化. 總體上, 25年間溪口鎮城鄉建設用地轉入面積遠大于轉出面積, 主要由耕地、林地、草地和未利用地轉入, 其中以耕地和林地轉入數量最多; 每個時期都有用地轉為城鄉建設用地, 轉入速率不穩定, 在2000~2005年期間共轉入443.5ha, 是轉入數量最多的5年; 城鄉建設用地僅在1990~2005年期間有所轉出, 1995~2000年是唯一轉出數量大于轉入數量時期.

圖2 1990~2015年溪口鎮各類建設用地變化

表4 1990~2015年溪口鎮城鄉建設用地轉換 ha

3.1.4 城鄉建設用地空間變化

利用ArcGIS 10.2軟件中的Kernal Dentisty工具分析得到1990~2015年溪口鎮建設用地密度變化(圖3).

圖3 1990~2015年溪口鎮建設用地核密度變化

從圖3可知, 25年間城鄉建設用地的核密度最高值逐漸增加, 與1990年相比, 2015年核密度最高值增加了0.543, 表明研究區斑塊內城鄉建設用地的斑塊面積擴大、數量增加. 核密度空間分布特征隨時間變化較小, 1990~2015年核密度在空間上都呈現東北部較高的特征. 而核密度在空間分布差異較大, 表現為東北部地區有多個高值區, 集聚特征明顯, 其余區域核密度較低, 西南部核密度略高于西北、東南部, 其中高值區主要位于溪口-滕頭旅游景區及周圍地區. 該區的雪竇山風景區、蔣氏故居等國家級景區吸引了大量人口、資金流入. 隨著溪口鎮鄉村旅游路網的完善和旅游特色的宣傳, 基礎設施的不斷健全, 景區的知名度得到提高, 從而吸引了更多游客, 形成集聚效應, 并帶動周圍各村旅游業發展. 低值區如西部地區, 海拔較高, 坡度較大, 不利的地形因素限制了城鄉建設用地的擴張. 如西部的石門村, 村莊分散, 勞動力外出務工, 人口大量流失, 難以形成城鎮, 導致該地既沒有建設城市的需求, 也缺乏建設的經濟基礎, 故而建設用地數量較少.

3.2 溪口鎮城鄉建設用地變化驅動力分析

3.2.1 城鄉建設用地驅動因子數據

從SRTMDEMUTM 90M分辨率的數字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)中提取高程和坡度信息, 導入ArcGIS 10.2軟件, 用軟件中空間分析功能處理. 以100m為臨界點, 得到高程()的分類級別:<100m(級別1), 100m≤<200m(級別2), 200m≤<300m(級別3), 300m≤<500m(級別4),>500m(級別5); 坡度()分類級別:<2°(級別1), 2°≤<6°(級別2), 6°≤<15°(級別3), 15°≤< 25°(級別4),≥25°(級別5), 結果如圖4所示.

圖4 溪口鎮城鄉建設用地高程和坡度變化

將人口和地均GDP公里網格數據導入ArcGIS 10.2軟件, 得到地均GDP與人口的比值, 再轉化為30m×30m的柵格數據, 結果如圖5所示.

圖5 溪口鎮地均GDP和人口密度

將城鎮、水系和交通分布圖導入ArcGIS 10.2軟件進行緩沖區分析, 結果如圖6所示. 從圖6可知, 溪口鎮主要有2個城鎮, 分別是溪口和班溪; 河流則有剡溪、革溪江等; 道路包括1條國道、2條省道及一些縣鄉道.

3.2.2 城鄉建設用地變化驅動力分析

將城鄉建設用地變化提取的所有因變量和自變量代入Logistic回歸模型進行城鄉建設用地變化驅動力分析, 結果見表5. Logistic回歸模型的HL指標檢驗中sig值為0.693, 大于0.05, 各影響因素之間差異不明顯, 表明模型擬合效果良好; AUC值為0.83, 表明模型擬合程度較高.

圖6 溪口鎮城鎮、河流及道路分布

表5 1995~2015年溪口鎮城鄉建設用地變化影響因子模型估計結果

由表5的Wald統計量可知, 溪口鎮城鄉建設用地空間分布解釋量大小依次為地均GDP、人口密度、高程、距河流距離、坡度、距道路距離和距城鎮距離. 其中地均GDP對溪口鎮城鄉建設用地空間分布影響最大, 其參數估計為正數, 表明隨區域地均GDP增加, 城鄉建設用地面積增加, 兩者呈正相關關系, 可見地均GDP作為影響溪口鎮城鄉建設用地空間布局最重要的社會經濟因素, 其大小對城鄉建設用地的建立和擴張影響最為顯著.

人口密度的參數估計為1.045, 其對溪口鎮城鄉建設用地的分布影響較大, 表明隨著人口增加, 地區城鄉建設用地面積上升. 人口集聚是城市化的重要特征, 在溪口鎮的發展過程中, 旅游業帶動了當地經濟的發展, 相關產業應運而生, 吸引了大量勞動力. 如溪口-滕頭風景區及附近地區有大量就業機會, 吸引了人口、資金在該地集聚, 從而使城鄉建設用地以此地為中心不斷向外圍擴張.

高程和距河流距離影響著溪口鎮城鄉建設用地的分布, 二者Wald統計量分別為11.676、4.812, 參數估計都為負值, 表明高程越大, 建設用地面積越少; 距河流越遠, 建設用地越少. 高程作為對溪口鎮城鄉建設用地布局影響最大的自然因素, 反映了溪口鎮的城鄉建設用地大多集中在高程較小的平原和低緩丘陵和山區, 這些地區生產、生活與交通方便, 而高程較大的山地開發難度相對較大. 距河流距離是對溪口鎮城鄉建設用地布局影響最大的可達性因素, 體現了水源的重要性, 靠近河流生產和生活用水便利, 還可以發展水運, 因此城鄉建設用地大多靠近河流.

坡度和距道路距離對溪口鎮城鄉建設用地布局有一定影響, 但相比前4個因子影響較弱. 距城鎮距離對溪口鎮城鄉建設用地分布的影響最小. 坡度和距道路距離的參數估計均為負值, 表明坡度越大或距道路越遠, 城鄉建設用地就越少. 陡峭的地形, 不利于住房、道路和其他基礎設施的建設, 城市發展困難; 道路是重要通道, 地區經濟發展依賴道路.

綜上所述, 溪口鎮城鄉建設用地空間布局受社會經濟因素影響最大, 受可達性因素和自然因素的影響相對較小. 溪口鎮作為旅游特色小鎮, 經濟發展很大程度上依靠旅游業, 旅游業帶動周邊多種產業綜合發展, 從而吸引更多勞動力和資金, 說明社會經濟因素對城鄉建設用地影響較大. 同時, 溪口鎮旅游景區地勢平坦、靠近河流的地方, 自然條件優越, 可見良好的自然條件是城市產生和發展的前提. 基礎設施建設是城鄉發展的重要條件, 在溪口鎮經濟快速發展的背景下, 可達性因素對城鄉建設用地擴張的促進作用會不斷加強. 然而各個因素之間始終是相互作用、相互影響的, 自然條件會影響某地區的可達性程度, 也會影響該地社會經濟發展; 同樣, 社會經濟的發展會改變自然條件及可達性程度.

4 結論

(1)1990~2015年溪口鎮城鄉建設用地規模不斷擴展, 且擴展速度較快. 1990~2015年間城鄉建設用地總面積增加了871.94ha, 增長率為377.82%. 城鎮用地面積不斷擴張, 增加了499.58ha, 農村居民點用地和未利用地面積呈波動式增長, 分別增長了259.62、112.75ha. 另外, 城鄉建設用地的擴展速度持續波動變化, 2000~2005年擴展速度最快, 為88.32ha·a-1, 其中城鎮用地增速較快, 其次是農村居民點, 其他建設用地增速相對緩慢.

(2)1990~2015年, 溪口鎮城鄉建設用地信息熵從0.64增加到0.94, 呈持續增長趨勢, 表明溪口鎮被開發的土地逐漸增多, 土地類型復雜化, 各類土地有序化. 城鄉建設用地轉出面積遠小于轉入面積, 25年內共轉入901.08ha, 轉出29.11ha. 其中耕地是最主要的轉入類型, 其次是林地、草地和未利用地. 城鄉建設用地總轉入面積不斷增長, 增長速率不穩定.

(3)1990~2015年, 核密度空間分布隨時間變化較小, 空間分布差異較大, 表現為東北部地區有多個高值區, 集聚特征明顯, 其余區域核密度較低, 西南部核密度略高于西北和東南部. 城鄉建設用地的核密度最高值上升, 增加了0.543. 核密度高值、低值區的分布分別與高程和坡度變化的低值和高值區相一致, 說明地形可能是城鄉建設用地核密度差異的主要影響因子.

(4)城鄉建設用地分布受地均GDP、人口密度、高程以及距河流距離影響較大, 其中影響最大的是地均GDP; 受自然因素和可達性因素的影響相對較小. 溪口鎮城鄉建設用地大多分布在地均GDP較高、人口密度較大、高程較小、靠近河流、交通便捷的區域.

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Urban and rural construction land changes and the driving factors for small towns in developed coastal areas: A case study of Xikou town in Fenghua

YANG Kaijie1, CAO Luodan1,2*, CHEN Huilin1, XIN Xin1, ZHU Yu1

( 1.Ningbo University-University of Angers Joint Institute, Ningbo University, Ningbo 315211, China; 2.Donghai Institute, Ningbo University, Ningbo 315211, China )

It is of great significance to explore the changes in urban and rural construction land and their driving forces for coordinating the allocation of urban and rural land resources. Based on the 6-stage land use data from year 1990 to 2015, the modeling methods of land involves using the transfer matrix, urban and rural construction land expansion rate, dynamics and structure information entropy of land use, kernel density. Also, the logistic regression is used to explore the changing characteristics and driving factors of Xikou town in Fenghua District of Ningbo City. The results reveal that: (1) From year 1995 to 2015, the total area of urban and rural construction land in Xikou town has been expanding, and the expanding rate is far away from a constant. The growth scale varies as manifested in urban land, rural residential land and other construction land; (2) The information entropy of construction land keeps growing up, and the land types tend to be more diversified with a certain pattern; (3) The influx area of urban and rural construction land is much larger than that of the outbound area, and the primary sources of influx area are cultivated land and forest land; (4) High-value areas of kernel density of urban and rural construction land are mainly concentrated in towns located in the northeast, and the distribution characteristics of kernel density remain stable in time; (5) The distribution of urban and rural construction land is greatly affected by the GDP per land area, population density, added value and the distance from river, showing that the socioeconomic conditions are the main influencing factors.

urban and rural construction land; driving forces; Xikou town; land use and land cover change

K903

A

1001-5132（2021）01-0094-08

2019?08?29.

寧波大學學報（理工版）網址: http://journallg.nbu.edu.cn/

國家自然科學基金（41976209）; 浙江省自然科學基金（LQ20D010006）; 寧波大學科研基金（XYL20018）.

楊凱杰（1996－）, 男, 云南玉溪人, 在讀碩士研究生, 主要研究方向: 土地利用與管理. E-mail: yangkaijiex@126.com

曹羅丹（1990－）, 女, 河南許昌人, 博士/講師, 主要研究方向: 海岸帶資源開發與利用. E-mail: caoluodan@nbu.edu.cn

（責任編輯 史小麗）