山東省三次產業發展水平時空格局演變研究

于新偉單寶艷陳艷秋張智璇鄒苒

(1.山東建筑大學 測繪地理信息學院，山東 濟南 250101；2.山東建筑大學 管理工程學院，山東 濟南 250101)

0 引言

產業發展是國民經濟的重要方面，影響著區域經濟社會的進步[1－6]，研究其時空格局可為區域產業優化布局提供思路。在經濟地理學領域，區域發展的主要研究內容是產業空間結構以及產業間空間相互作用的強度和性質[7－8]。學者們對產業發展水平空間格局研究一般以傳統統計數據和遙感數據為基礎，采用最鄰近距離指數[9]、地理探測器[10]、時空立方體[11]及面板模型[12]等空間分析方法。已有的產業發展水平時空格局研究主要為不同時間截面的空間格局對比分析，缺少全時間序列的趨勢分析等發展規律研究。

近年來，我國區域產業結構和產業空間結構發生了較大變化，不同區域各產業的空間聚集具有差異化[13－15]。基于全國視角，三次產業省際水平的空間格局存在差異，主要表現在:第一產業主要呈隨機分布，第二產業由集聚態勢轉變為隨機分布，而第三產業的集聚態勢在一定程度上趨于弱化[16]。中國區域經濟格局經歷了重大調整，經濟份額上升的省區明顯由東部向中、西部地區轉移[17]。基于區域視角，三次產業發展水平空間格局也存在差異性。廣東省逐漸形成了以廣州、深圳和東莞為中心的第三產業圈，而第二產業外圈則為周邊的城市，整體格局相對穩定[18－19]。浙江省城鎮空間結構對不同產業的影響不同，其中人口的多中心集聚促進第二產業的發展，而人口的單中心集聚則促進了第三產業的發展[20]。河南省三次產業之間存在著動態互動的關系，經濟發展階段不同，產業間的調整對策存在差異[21]。甘肅省縣域產業結構水平呈現出北和西高、東和南低的趨勢[22]。安徽省三次產業取得了長足進步，第三產業驅動作用愈來愈強[23]。關于山東省產業結構研究，發現山東省各市各產業發展主要取決于各市的原有基礎，經濟相對發達的半島地區的總增長量居前[24]。不同區域產業結構和經濟發展水平存在明顯差異，同一區域在不同經濟發展階段產業結構優化方向不同[25]，產業結構變動促進經濟增長的“結構紅利效應”沒有消失[26]。產業生態化呈現東中西遞減的空間梯度分異特征，東部沿海地區一直為熱點區，西部地區尤其是魯西南地區一直為冷點區[27]。具體產業發展水平的空間格局同樣存在空間異質性，文化產業[28－29]、技術密集型產業[30]、制造業[31]呈現不同空間格局和集聚特征。

山東被稱為“微縮中國”[32]，研究山東省三次產業發展水平的時空格局，對全國及其他省份的同類研究具有一定借鑒意義。文章基于山東省整體和各設區城市兩個層面，研究山東省三次產業時空格局演變規律，為山東省產業發展規劃、優化空間布局提供參考。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

文章采用的統計數據來源于國家統計局網站(http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/)和山東省統計局網站(http://tjj.shandong.gov.cn/)對應年份的統計年鑒數據。地圖矢量文件來源于山東省地理信息公共服務平臺(www.sdmap.gov.cn)，研究區以2018年底的山東省行政區劃為基準，共17個設區城市(其中萊蕪市2019年并入濟南市)。所用地圖審圖號為魯SG(2021)022號。

1.2 研究方法

1.2.1 曼－肯德爾(Mann－Kendall)趨勢檢驗

Mann－Kendall趨勢檢驗能有效區分某一自然過程是處于自然波動還是存在確定的變化趨勢。統計量S由式(1)[33]表示為

式中n為樣本長度；xi、xj分別為第i、j個數據的值。sgn為符號函數，由式(2)表示為

當n≥8時，統計量S大致服從正態分布，則方差計算由式(3)表示為

式中g為具有相同值的組數；tp為p組中的相同值。

標準化統計量Zc和判斷趨勢大小的指標β分別由式(4)和(5)表示為

式中1Z(1－α)/2時，拒絕零假設。其中，Z(1－α)/2為標準正態方差，α為顯著性檢驗水平。具體判定標準見表1。

表1 Mann-Kendall趨勢檢驗判定標準表

1.2.2 熱點分析

熱點分析工具可對數據集中的每一個要素計算Getis-Ord Gi*統計，通過得到的z得分和p值來確定高值或低值要素在空間上發生聚類的位置，計算由式(6)~(8)表示為

式中ωij為要素i和j之間的空間權重；G*i為z得分，其值為正且顯著時，為熱點；其值為負且顯著時，為冷點。

1.2.3 時空熱點分析(時空模式挖掘)

軟件ArcGIS中新興時空熱點分析工具可識別數據中的趨勢，能夠發現新的、分散的、縮減的、加強的熱點和冷點。利用此工具創建網絡通用數據格式(Network Common Data Form，NetCDF)時空立方體，使用鄰域距離和時間步長參數值計算每個條柱的Getis-Ord Gi*統計量，再使用Mann-Kendall趨勢檢驗來評估這些熱點和冷點趨勢，并據此分類。參考此方法，文章提出如下時空模式分類思路:(1)計算各研究單元i全時間序列1，2，…，j，…，n的Getis-Ord Gi*統計量Gij，并進行顯著性檢驗和統計分析，分析熱點和冷點出現的時空位置；(2)采用Mann-Kendall趨勢檢驗對全時間序列的Gij進行趨勢分析；(3)根據以上結果進行時空分類。具體分類流程如圖1所示。

圖1 時空模式分類流程圖

2 山東省三次產業發展演變整體特征

基于與全國對比的視角，分別從總產值構成(產業結構)和占全國產業份額兩個方面分析山東省1978—2018年間的三次產業發展演變特征。

2.1 山東省產業結構發展演變

產業結構是指產業內部各生產要素之間、空間、產業之間、層次和時間的五維空間關系，是組成社會經濟體系的主要部分，現多理解為在國民經濟中各個產業之間的比例關系，一般用三次產業產值占總產值的比例表示。1978—2018年間，山東省和全國的產業結構發展演變如圖2所示。

圖2 山東省和全國產業結構發展演變圖

1978—2018年間，山東省第二產業一直占據主導地位，占比保持40%以上，2002—2013年間均超過50%，2006年達到了57.6%。第一產業增長速度較慢且其占比一直處于下降狀態，第二產業和第三產業增長速度較快且占比較大，2016年第三產業占比超過第二產業，成為山東省經濟發展的主體。山東省第二產業和第三產業占比變化趨勢與全國基本一致，第二產業占比高于同期全國的。

為系統分析1978—2018年間山東各市產業結構的發展演變趨勢，采用式(4)和(5)，運用軟件MATLAB 7.0對山東和全國三次產業結構進行Mann－Kendall趨勢檢驗，結果見表2。1978—2018年，山東省第一產業β值為負值，且絕對值最大，第二、三產業β值均為正值，且Z值絕對值均高于2.58，表明山東省產業結構發生了顯著的變化，第一產業占比下降趨勢極顯著，第二產業和第三產業占比上升趨勢極顯著。由表2可見，山東省與全國三次產業發展基本吻合，山東省第二產業上升趨勢極顯著，全國第二產業發展趨勢不顯著，呈平穩發展。

表2 山東省和全國的三次產業結構Mann-Kendall檢驗表

2.2 山東省三次產業在全國中的地位演變

由山東省三次產業分別占全國三次產業的比例可以分析山東省三次產業在全國的地位及其發展演變。1978—2018年間，山東三次產業分別占全國三次產業的比例如圖3所示。

圖3 山東省三次產業占全國比值的年變化圖

1978—2018年間，山東省第一產業占全國第一產業的比例一直穩定在7%~10%；1978—1996年間，山東省第二產業占全國比例處于居中地位，而在1997~2018年間則處于第一的位置，最高占比達到了12%；第三產業則處于穩定上升的狀態。表明山東省第一產業相對穩定，其余兩個產業占全國的比例逐年增長，對全國經濟增長的貢獻逐年增加。

1978—2018年間山東省三次產業在全國中的地位發展演變趨勢檢驗結果見表3。在此期間，山東省第一產業占全國第一產業的比例的趨勢檢驗的β值絕對值最小，且Z值絕對值小于1.96；第二、三產業β值均為正值，且Z值均高于2.58；第一產業占比發展趨勢不顯著，第二產業和第三產業上升趨勢極顯著。山東省第一產業占全國的比重未發生明顯變化，與全國保持同步發展；第二、三產業占全國的比重上升趨勢極為顯著，發展速度明顯快于全國整體水平。近年來山東省雖然經濟發展水平較快，產業結構有所變化，但與先進省市相比發展質量不高，新舊動能轉換、產業轉型升級較慢，科技創新水平也較低，各市發展水平差異較大，制約著山東經濟高質量發展。

表3 山東省三次產業占全國的比例Mann－Kendall檢驗結果表(1978—2018年)

3 山東省三次產業時空格局發展演變

分別從山東省17個設區城市產業結構、三次產業占全省三次產業的比例分析2000—2018年山東省區域產業空間格局的發展演變。

3.1 山東省產業結構時空格局演變

山東省17市2000年和2018年的產業結構如圖4所示(左柱為2000年，右柱為2018年)。與2000年相比，2018年山東各市第一產業占比都有所降低，其中菏澤、聊城、日照、德州較為明顯；第二產業占比大部分市有所下降，少數上升；第三產業占比都有所增加，其中青島、東營、菏澤、濱州較為明顯。表明2000—2018年山東各市產業結構有所改變，第一產業和第二產業開始向第三產業轉變，山東省第三產業快速發展。2018年，山東各市第一產業結構占比不足10%；濟南和青島第三產業占比較高，均超過50%，東營和萊蕪第三產業占比較低，不足40%，表明濟南和青島第三產業發展較快，東營和萊蕪相對較慢。

圖4 2000年和2018年山東各產業結構圖

采用分位數分類方法將山東省17市2000年和2018年各產業占比分為高、中、低3類，并將分類結果組合，據此判斷2000—2018年各市產業結構的時空躍遷，共分為“高高”“高中”“高低”“中高”“中中”“中低”“低高”“低中”“低低”9類。同時，將起止年份各市不同產業位次變化分為上升、不變、下降3類，綜合分析山東各市產業結構發展演變的時空格局，結果如圖5所示。2000年和2018年山東省第一產業占比“高高”的集中分布在魯西地區，“低低”的主要分布在魯中和魯東地區；第二產業占比“高高”和“低低”的均主要集中在中部地區；第三產業占比“高高”的主要集中在中部以及東部沿海地區，“低低”的主要分布在魯西地區。三次產業占比“中中”及存在發展水平躍遷的與“高高”和“低低”的鑲嵌分布。山東各市各產業發展水平的位次變化較明顯，除第一產業中的濟南、菏澤、德州、煙臺、濱州，第二產業中東營，第三產業中濟南、青島、東營位次不變以外各市均有變化。

圖5 2000年和2018年山東省產業結構發展演變的空間格局圖

山東各市各產業占比發展演變的空間格局如圖6所示。2000—2018年，山東省各市第一產業均為下降趨勢，除萊蕪下降趨勢顯著以外，其余16市均為下降趨勢極顯著；第二產業占比除菏澤上升趨勢極顯著外，其余9市變化趨勢不顯著，7市處于下降趨勢；第三產業占比萊蕪發展趨勢不明顯，呈平穩發展，日照上升趨勢顯著，其余各市上升趨勢極顯著。這表明山東省第一產業發展速度有所減緩，除萊蕪以外各市第三產業發展速度較快，產業結構發生了較大變化，由第一產業和第二產業轉向第三產業發展，其中第一產業轉型較明顯。

圖6 山東各市各產業占比Mann－Kendall趨勢檢驗圖

2000—2018年19年間山東各市產業結構的發展演變趨勢趨勢檢驗結果見表4。β值與Z值的大小基本吻合，山東省各市第一產業占比β值均為負值，除萊蕪以外Z的絕對值均高于2.58；第三產業占比β值均為正值，除日照和萊蕪以外Z絕對值均超過2.58。

表4 山東各市產業結構Mann－Kendall趨勢檢驗結果表(2000—2018年)

3.2 山東省區域產業地位發展演變

通過計算山東省17市三次產業分別占全省三次的比值(產業份額指數)分析其地位及其發展演變。2000年和2018年山東省17市的產業份額指數如圖7所示(左柱為2000年，右柱為2018年)。青島、濟南、煙臺、濰坊產業份額較高，表明這些城市三次產業發展水平均較高；煙臺、濰坊、濟寧、德州、聊城、菏澤第一產業份額較高，表明這些城市第一產業發展水平較高，除青島、濟南、煙臺、濰坊以外，第三產業份額較低，表明第三產業發展不平衡，主要集中在經濟發展水平較高的城市；與2000年相比，2018年除濟南、臨沂、淄博、威海以外其余各市總產業份額均有所上升。

圖7 2000年和2018年山東各市產業份額指數圖

將2000年和2018年山東省各市各產業份額指數分為“高高”“高中”“高低”“中高”“中中”“中低”“低高”“低中”“低低”9種時空格局類型，不同市、不同產業位次變化分為上升、不變、下降3類，具體結果如圖8所示。除第一產業中菏澤，第三產業中臨沂、東營、濟寧、棗莊以外，各市都位于“高高”“中中”“低低”3類，表明大部分城市各產業份額位次沒有較明顯的變化，各市發展水平穩定。2000年和2018年，青島、濰坊、煙臺、臨沂、濟寧的第一產業占全省份額較高，濟南、青島、淄博、東營、煙臺、濰坊第二產業占全省份額較高，濟南、青島、淄博、煙臺、濰坊的第三產業占全省份額較高，表明濟南、青島、淄博、濰坊、煙臺的經濟發展水平較高，第二產業和第三產業份額高的主要集中在膠濟鐵路沿線和東部沿海。

圖8 2000年和2018年山東省產業份額指數的發展演變的空間格局圖

2000—2018年山東省各市三次產業地位發展演變趨勢檢驗結果見表5，山東省產業份額指數發展演變空間格局如圖9所示。2000—2018年間，青島、臨沂、菏澤的第一產業占全省份額處于下降趨勢極顯著，表明這些市第一產業占全省的比例逐漸降低，其余各市均處于上升或者趨勢不明顯；濱州、煙臺、青島、萊蕪、濟寧、棗莊的第二產業占全省份額趨勢不顯著，其余各市均處于下降或者上升趨勢顯著；濱州、東營、聊城、菏澤的第三產業占全省份額處于上升趨勢極顯著，表明這些市第三產業占全省的比重逐漸上升，在全省的地位逐漸提高，其余各市均處于下降或者趨勢不明顯。其中，濱州、東營、泰安、菏澤產業上升趨勢極顯著，棗莊、青島、日照、德州、濰坊各產業發展趨勢不顯著，保持平穩發展，這說明不同區域產業份額指數具有較大差異，東部沿海地區經濟發展水平較高的城市產業份額較穩定，中西部地區經濟發展水平較低的城市產業份額變化較大。

圖9 山東各市產業份額指數Mann－Kendall趨勢檢驗圖

表5 山東省產業份額指數Mann-Kendall檢驗結果表(2000—2018年)

3.3 山東省產業空間熱點發展演變

為分析山東省三次產業發展水平的現狀空間格局，利用ArcGIS軟件計算2018年山東省三次產業的Getis-Ord Gi*統計量，分析空間熱點，得到三次產業發展水平的空間熱點結果如圖10所示。

圖10 2018年山東三次產業發展水平空間熱點圖

2018年山東省三次產業大部分未形成顯著熱點或冷點，第一產業萊蕪為99%置信水平的冷點，表明萊蕪為第一產業發展水平較低的空間聚類區，濰坊和煙臺為90%置信水平的熱點，表明這兩市為第一產業發展水平較高的空間聚類區；第二產業青島為99%置信水平的熱點，煙臺為90%置信水平的熱點，表明這兩城市為第二產業發展水平較高的空間聚類區；第三產業青島為99%置信水平的熱點，濟南為90%置信水平的熱點，表明這兩個城市為第三產業發展水平較高的空間聚類區。

同上方法，分別計算2000—2018年山東三次產業的Getis-Ord Gi*統計量，并根據圖1的分析流程，利用各市(i＝1，2，…，17)、各年份(j＝1，2，…，19)的統計量Gij及其趨勢分析結果，分別對山東各市三次產業發展水平的時空模式進行分類，結果如圖11所示。2000—2018年，山東省各市各產業發展水平的時空格局大部分都處于一直不顯著，保持相對平穩發展，各市各產業總體空間格局保持相對穩定。山東省各市產業發展不平衡，東部沿海地區經濟發展水平較高，三次產業高值聚類比較明顯。其中，第一產業萊蕪為減弱的冷點，表明萊蕪19年間部分年份為冷點，但其顯著性逐漸減弱；青島、日照為減弱的熱點，表明這兩市19年間部分年份為熱點，但其顯著性逐漸減弱；煙臺為持續的熱點，表明該市19年來一直為熱點區，其保持平穩發展。第二產業濰坊和煙臺為持續的熱點；青島為增強的熱點，表明該市19年間部分年份為熱點，且其顯著性逐漸增強。第三產業青島和濰坊為增強的熱點，煙臺為持續的熱點。

圖11 山東各市三次產業熱點分析時空模式分類(2000—2018年)

4 結論

文章采用Mann－Kendall趨勢檢驗、熱點分析、時空數據挖掘等技術方法，研究了山東省三次產業時空格局發展演變規律，得到的主要結論如下:

(1)就全省整體而言，1978—2018年間，山東省產業結構發生了顯著變化，其中第一產業占GDP的比重下降趨勢極顯著，第二產業占比上升趨勢極顯著，第三產業上升趨勢最為顯著，已經超過第二產業，在產業發展中居主導地位。山東與全國三次產業發展規律類似，其中山東省第一產業占全國第一產業的比例保持平穩，第二、三產業占全國的比例上升趨勢極顯著，發展速度快于全國。

(2)2000和2018年，山東各市第一產業占全省第一產業的比重高的主要位于膠濟鐵路沿線、東部沿海和魯南城市帶部分城市，第二和第三產業份額高的主要集中在膠濟鐵路沿線和東部沿海地區。各市第一、二、三產業占全省份額呈上升、平穩、下降趨勢的在空間上相間分布，其中，第二、三產業份額呈上升趨勢的主要分布在魯西地區。

(3)山東各市三次產業發展水平的現狀空間格局:煙臺和濰坊為第一產業發展水平的空間熱點，萊蕪為空間冷點；青島和煙臺為第二產業發展水平的空間熱點；濟南和青島為第三產業發展的空間熱點；其余各市各產業空間冷熱點均不顯著，空間集聚特征不明顯。

(4)2000—2018年山東省各市各產業發展水平的時空格局:三次產業熱點區主要分布在東部沿海城市，只有第一產業存在冷點區，位于萊蕪，且為減弱的冷點；青島、煙臺為三次產業的熱點，其中煙臺為三次產業的持續熱點，19年來一直是三次產業的熱點區，青島第二、三產業增強的熱點，其熱點顯著性逐漸增強；濰坊為第二產業的持續熱點和三產業的增強熱點。表明近19年來東部沿海城市一直是山東省三次產業的高值集聚區，在全省經濟發展中具有重要的引領作用。