東北地區國土開發強度的時空格局及其驅動機制

趙 雲 泰，王 亞 男，呂 曉*

(1.中國國土勘測規劃院，北京 100035；2.東北大學文法學院，遼寧省自然資源廳土地保護與利用重點實驗室，遼寧 沈陽 110169)

0 引言

國土空間開發是基于區域資源數量及有效性，強調以人為本，重視區域社會經濟發展和人居環境建設，對建設用地進行高強度、大規模開發的復雜多維立體的人類活動[1,2]。隨著城鎮化、工業化快速發展，中國所面臨的資源枯竭、環境惡化、區域發展失調及國土空間開發失衡等問題日益嚴重[3,4]，“不平衡不充分”問題在我國國土開發過程中尤為突出，影響人與自然協調發展[5]。因此，探究區域國土開發強度的時空演變特征及驅動機制，對優化國土空間利用結構、構建基于資源環境承載力的國土空間開發格局、促進生態文明建設至關重要。

目前，國內外關于國土開發強度的研究十分豐富，不少學者運用耦合協調度模型研究區域內國土開發強度與資源環境承載力、土地利用效益和資源環境水平的互動演化規律[6-9]；趙亞莉等不僅描述區域國土開發強度的演變格局，還運用地理探測器、地理加權回歸模型等計量方法研究經濟、產業、投資等因素對國土開發強度的影響機制[10-15]；楊浩等在國土空間開發的基礎上，進一步探討了土地開發均衡度及國土空間開發利用效率[2,16-18]?？傮w看，目前多數研究重點關注快速城鎮化區域和經濟相對發達地區，對東北地區的區域性問題關注不夠，對國土開發強度演化特征的描述也有待進一步豐富?；诖耍疚幕跂|北地區40個城市(地區、盟)的土地利用數據和社會經濟數據，運用泰爾指數、莫蘭指數、熱點分析揭示1990-2018年東北地區國土開發強度的時空演變格局，并從社會經濟、自然環境、財政投資等方面建立指標體系，利用地理探測器開展東北地區國土開發強度的驅動機制分析，以期為揭示東北地區國土空間開發格局的內在機制、優化其國土空間開發格局提供科學參考。

1 數據來源和研究方法

1.1 研究區概況

本文研究區包括黑龍江、吉林、遼寧三省陸域及內蒙古東四盟地區(115°E～135°E，38°N～55°N)，區域國土面積126萬km2(圖1)。東北地區屬于溫帶大陸性季風氣候，四季分明，7-10月降水較多[19]；地形以平原、高原、山地為主，內有三江平原、遼河平原、松嫩平原，外有長白山、大小興安嶺、內蒙古高原作為天然屏障，地勢整體中間低、兩側高；境內河網密布，但水資源分布集中在東部地區。東北地區擁有豐富的礦產、森林資源和肥沃的黑土，不僅是我國工業發展的搖籃，更是我國重要的商品糧基地和生態安全屏障，陸域與俄羅斯、蒙古、朝鮮相鄰，與韓國、日本隔海相望，地緣優勢突出，可依托“一帶一路”戰略擴大對外開放優勢。

圖1 研究區行政區劃及高程示意

改革開放后，依靠計劃經濟時期國家重點投資建設而興起的東北老工業基地一度陷入市場困境，產生“東北現象”。對此，2003年中央頒布并實施“振興東北等老工業基地戰略”，在該戰略實施的10年內，東北地區經濟發展迅速，領先于全國經濟平均水平。但近年來受體制和產業結構影響，東北地區經濟發展相對滯后，區域發展差異逐漸增大，同時出現建設用地無序開發現象加劇、耕地蠶食嚴重、土地利用效益低下等問題，被稱為“新東北現象”[20-22]。為恢復東北老工業基地的發展活力、推動產業轉型升級，中央于2016年實施新一輪東北振興戰略。如何協同推進經濟穩定復興、糧食長久安全、自然生態保護，成為東北地區亟待完成的重要任務。因此，優化東北地區國土空間開發結構，優化配置各類空間資源，對促進東北地區按照主體功能區規劃發展、實現經濟—社會—生態效益的聯動與統一至關重要[20]。

1.2 數據來源

研究所需土地利用數據來源于中國科學院資源環境科學與數據中心基于Landsat遙感影像通過人工目視解譯生成的1 km土地利用柵格數據，利用ArcGIS 10.2對其進行矢量化處理，而后利用“面積制表”功能提取1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年、2018年7個研究時點東北地區各地市各地類面積。社會經濟發展數據主要來源于中國縣域統計年鑒及相關省市統計年鑒。

1.3 研究方法

1.3.1 國土開發強度指數和泰爾指數 國土開發強度指數(LDI)(式(1))表征區域內建設用地面積CLA占區域總面積TA的比例，反映區域內用地結構和對人口、經濟活動的承載度[6]，狹義上指土地開發程度，側重對建設用地(本文指城鎮用地、農村居民點等)的描述，注重建設用地的布局發展、強度約束及分區規劃；泰爾指數(式(2)-式(5))能將區域總差異分為組內差異和組間差異，反映區域內和區域間差異的演變趨勢和規律[23]。

LDI=CLA/TA

(1)

(2)

(3)

(4)

Za=Ra/R,Zb=Rb/R,Zj=(Cj/C)·(Rai/R)

(5)

式中：R為東北地區總差異；Rai為區域內基本單元國土開發強度差異；Ra為組內差異(省內差異加權求和);Rb為組間差異；Za、Zb、Zj分別為區域內差異、區域間差異和子區域差異對總差異的貢獻率；Ci、Cj分別為各市和各省建設用地面積；Cji、Tji分別為j省i市建設用地面積和土地總面積；Ti、Tj分別為各市和各省土地總面積；C、T分別為研究區域建設用地總面積和土地總面積；t為j省地市i的個數。

1.3.2 空間自相關分析 運用GeoDa軟件計算全局莫蘭指數(Moran′sI)(式(6))，以表征東北地區國土開發強度的空間相關性[24]，從整體上揭示國土開發布局的集聚情況[25]；引入局域莫蘭指數Ii(式(7)、式(8))對國土開發強度進行局域自相關分析[26]。

(6)

(7)

(8)

1.3.3 熱點分析 為顯示東北地區1990-2018年國土開發強度在空間上的高值集聚區和低值集聚區，本文運用Getis-OrdGi*方法模擬具有統計量顯著性的冷熱點空間集聚[27]。

1.3.4 地理探測器 地理探測器用于探測地理現象及其驅動因素空間分異性[28]。東北地區國土開發強度時空演變驅動因子涉及多方面，且作用規律復雜多變，因此，本文運用地理探測器分析不同驅動因素對國土開發強度的影響程度，計算公式如下：

(9)

1.3.5 國土開發強度驅動機制指標體系構建 為探討東北地區國土開發強度時空演變驅動機制，從人口、經濟、產業、投資、政策、生態六方面構建指標體系(表1)。人口的遷移與集聚體現了社會經濟發展對建設用地的需求，采用人口城鎮化率、人口密度表示人口對國土開發強度的驅動作用[29]；國土開發的主要目標是實現經濟增長，采用地均國內生產總值、地均財政收入表示經濟對國土開發強度的影響[24]；產業結構升級以及二、三產業產值增量驅動建設用地擴張，用于表示產業對國土開發強度的影響[11]；投資強度決定土地開發的產出效益，采用地均固定資產投資、地均財政支出表征投資對國土開發強度的影響[12]；土地利用政策的核心之一是保護耕地，保障永久基本農田的面積，采用耕地比重表示政策對國土開發強度的影響[21]；區域自然資源稟賦與生態系統功能影響國土開發強度，選取綠地覆蓋率、水資源總量表征生態對國土開發強度的影響[30]。

表1 國土開發強度時空格局演變影響因素

2 結果分析

2.1 國土開發強度的時空演化及其區域差異

2.1.1 國土開發強度的時空演變趨勢 由圖2可知，1990-2018年東北地區國土開發強度整體呈穩定增長態勢，2010-2018年增速變快，但整體國土開發強度仍低于全國同期水平。從空間演變看，40個地市的國土開發強度空間分異明顯，總體呈東南高、西北低趨勢。國土開發強度較高的區域逐漸由東南沿海的遼中南城市群向北部擴展至哈長城市群沿線，分布格局與國家戰略發展的核心區域吻合[19]，且東部沿海地區國土開發強度日益增加，而內蒙古東四盟及黑龍江北部地區國土開發強度仍較低。

圖2 東北地區國土開發強度時空演變格局

2.1.2 國土開發強度差異測算及分解 利用泰爾指數計算1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2015年、2018年7個研究時點東北地區的總體差異以及組間、組內、區域內差異(圖3)。

(1)東北地區國土開發強度區域差異明顯。如圖3a所示，7個研究時點的總體泰爾指數(R)平均值為0.41，說明東北地區國土開發強度差異明顯。從時空層面上看，1990-2018年國土開發強度的總體泰爾指數變化相對平穩，說明伴隨著新型城鎮化建設以及東北振興戰略的實施，東北地區國土開發強度差異未發生明顯變化。東北地區組內差異(Ra)和組間差異(Rb)均較大，且在1990-2015年未發生波動，二者分別為0.22、0.19，對總差異的貢獻率分別為54%、46%，說明期間東北地區省間及省內國土開發強度差異均較大；但2015-2018年組內差異下降而組間差異上升，且二者變化幅度大致相同，導致組間差異大于組內差異，說明期間黑、吉、遼及內蒙古東四盟四區域間的國土開發強度差異是總差異的主要來源，四區域間非均衡發展趨勢加重。

(2)區域內國土開發強度極不平衡。如圖3b所示，黑、吉、遼及內蒙古東四盟四區域內部的泰爾指數在1990-2015年變化相對平穩，在2018年略有下降，說明四區域內部國土開發強度差異略有收斂，這與組內差異在2018年變小的趨勢相吻合。四區域相比較可知，遼寧的泰爾指數最小，對總體泰爾指數的貢獻率較小，省內各地市國土開發強度趨于均衡；吉林的泰爾指數最大，與黑龍江和內蒙古東四盟相近，說明三區域各地市國土開發強度差異較大，內部發展極不平衡。

圖3 東北地區國土開發強度泰爾指數演變趨勢

2.2 國土開發強度的空間自相關分析

2.2.1 全域空間自相關分析 7個研究時點的全局莫蘭指數值(0.55～0.58)通過了1%的顯著性檢驗(表2)，說明東北地區國土開發強度表現出極顯著的空間集聚特征。2015-2018年全局莫蘭指數呈上升趨勢，說明隨著經濟發展，東北地區國土開發強度的空間相關性增強，高值區和低值區更加集聚，各地市之間國土開發強度的相互影響及聯動效應增強，這也與圖3a組內差異縮小、組間差異增大的結果相吻合。綜合看，東北地區區域間國土開發強度差異一直存在并可能進一步擴大，空間發展失衡現象將長期存在。統計分析7個研究時點東北地區國土開發強度Moran′sI散點圖每個象限的地市數量可知，L-L地市數量(2018年21個，其他年份均為20個)明顯多于其他象限，占東北地區總地市數量的1/2；H-H地市數量一直為14，而L-H(2015年為6個，其他年份均為5個)和H-L(1990-2010年為1個，2010年后減少為0)地市數量較少，表明東北地區國土開發強度較低的地市較多，高值區和低值區集聚現象明顯，即總體差異明顯，這與泰爾指數所得結論吻合。兩輪東北振興戰略實施后，東北地區地市間經濟、技術交流增多，但并未實現區域全面振興，社會發展格局依然固化，經濟基礎薄弱地市依然相對落后，這說明東北地區經濟發展失衡的大格局仍未改變，實現協調發展任重道遠。

表2 東北地區國土開發強度的全局莫蘭指數

2.2.2 局域空間自相關分析 為更好地比較東北振興戰略實施后國土開發強度空間相關性變化格局，利用GeoDa軟件繪制7個研究時點國土開發強度LISA圖(圖4)，據此分析東北地區國土開發強度的局域相關性。由圖4可知，東北地區國土開發強度表現出較明顯的南北空間分異格局，中部城市空間相關性不顯著。低值區主要集中在黑龍江省北部大興安嶺—黑河—伊春—鶴崗—佳木斯—七臺河一帶以及內蒙古呼倫貝爾等城市，高值區主要集中在遼寧省南部錦州—盤錦—鞍山—營口—大連一帶。第一輪東北振興戰略實施后，低值集聚區向東移動，所含城市變多。2013年“新東北現象”出現后，2015年低值集聚區擴張至東北地區北部，國土開發強度空間差異進一步擴大，區域發展極度失衡。針對此現象，2016年實施新一輪東北振興戰略，2018年低值集聚區有所減少，但區域發展不平衡問題依然存在。

圖4 東北地區國土開發強度LISA圖

2.3 熱點分析

利用ArcGIS 10.2軟件熱點分析功能，從90%、95%、99% 3個置信區間分析7個研究時點東北地區國土開發強度的冷熱點空間分布格局及其演變趨勢，觀察高值區與低值區的集聚位置，制作冷熱點空間分布圖(圖5)?？梢钥闯觯瑬|北地區國土開發強度的熱點區域主要集中在沈陽、錦州、遼陽、盤錦、鞍山、營口、大連等遼中南地區，截至2018年，該地區土地總面積為5.84萬km2，占東北地區土地總面積的5%，建設用地面積為7 476 km2，占東北地區建設用地總面積的20%，經濟總量占東北地區的30%，說明省會和沿海城市及其周邊城市經濟發展狀況相對較好，建設用地開發程度較高，是東北地區經濟發展的核心區域。東北地區國土開發強度的冷點區域有擴散趨勢，主要由黑龍江北部的大興安嶺、黑河、伊春、佳木斯及內蒙古呼倫貝爾等城市擴散至七臺河、齊齊哈爾及延邊州，這些地區土地利用類型以耕地、林地、草地為主，2018年土地總面積為54.07萬km2，占東北地區土地總面積的44%，是熱點地區的9.3倍，但建設用地面積僅為6 347 km2，占東北地區建設用地總面積的17%，經濟總量僅占東北地區的8.7%，遠低于熱點地區，這說明經濟發展落后地區建設用地開發程度也較低，東北地區國土開發強度空間分異格局與其區域經濟空間分異格局一致。

圖5 東北地區國土開發強度熱點分析

2.4 驅動機制分析

運用地理探測器中的“因子探測器”對2000-2018年東北地區40個地市指標變量進行探測，所得結果均在1%水平上顯著，并根據每項指標的權重計算出人口、經濟、產業、投資、政策、生態6項要素對國土開發強度驅動效應的變化(表3)。整體看，2000年人口、經濟、投資及政策是影響東北地區國土空間開發格局的主導因素，而產業和生態的影響相對較弱；2018年除政策要素外，其余要素對東北地區國土空間開發格局的驅動力均在波動中保持平穩或增加趨勢，尤以經濟、產業兩要素的變化顯著。

表3 東北地區不同指標因子對國土開發強度的影響探測結果

2.4.1 人口、生態對國土開發強度的影響 研究期內人口和生態要素對東北地區國土開發強度的驅動效應均呈現先增后減狀態，變化幅度較小。東北地區40個地市平均城鎮化率在2000年達到0.61，2005年降至0.48，此后出現人口外流現象，建設用地需求相對減弱，所以人口對建設用地的驅動作用呈回落趨勢。生態資源條件較好地區建設用地擴張是以犧牲林地、草地等為代價，該區域建設用地擴張受到一定程度的限制，所以生態因素對東北地區國土開發強度的驅動作用相對穩定。

2.4.2 經濟發展水平對國土開發強度的影響 經濟發展水平對東北地區國土開發強度的影響不斷增大，成為主導因素。經濟發展水平較高的地區，生產活動及經濟開發區建設推動其他類型土地轉向建設用地，此外，政府通過土地出讓等方式增加財政收入，間接擴大了建設用地規模。

2.4.3 投資對國土開發強度的影響 投資對東北地區國土開發強度的影響較大，在研究期內呈先升后降的波動變化趨勢。單位面積固定資產投資越高，建設用地開發利用程度就越高，而政府為進一步擴大經濟發展規模，會加大對區域財政投資力度，使區域對人口、企業、資本等要素的吸引和集聚作用加強，增大了建設用地需求，導致建設用地開發強度進一步增加[12]。但東北地區體制較為僵化，對長期單一的財力刺激敏感度大幅下降，導致投資對國土開發強度的驅動效應減弱，后經改革雖有所好轉，但并未根治。

2.4.4 產業對國土開發強度的影響 產業對東北地區國土開發強度的影響較小，但整體呈上升趨勢。二、三產業發展帶來更多就業機會，促進人口集聚，從而增加居住、商服、交通用地需求，促進建設用地開發；同時，產業結構優化也會提高城市土地開發強度[13]。

2.4.5 政策對國土開發強度的影響 政策對東北地區國土開發強度的影響維持在較高水平，但在研究期內呈下降趨勢，特別是土地利用政策對東北地區國土開發強度的影響逐漸減弱。東北地區作為我國糧食主產地，承擔著維護國家糧食安全的重任，農業現代化發展需要大量的勞動力和資金投入，限制了農村人口外流，從而增加了農村建設用地需求[21]；同時，耕地的規?；?、集約化發展對基礎設施配套建設需求也不斷提高。因此，土地利用政策對東北地區國土開發強度的驅動力較高。但在2008年金融危機發生后，東北地區為促進經濟發展，耕地保護壓力相對變小，土地利用政策對國土開發強度的影響隨之下降。此外，為緩解“東北現象”帶來的負面影響，政府先后圈定遼寧沿海、長吉圖及哈長城市群作為重點培育區域，也促進了東北地區建設用地擴張。

總之，國土開發強度的提升主要表現為建設用地擴張，而建設用地擴張及其空間格局演變是多種因素綜合作用的結果，驅動因子具有多元性和復雜性。隨著人口、經濟、產業的發展，對建設用地的需求不斷加大，刺激建設用地擴張。對土地開發的投資成為建設用地擴張的資本動力，會吸引大量人口和企業集聚；政府根據區域特征差異所制定的主體功能區規劃以及頒布的相關政策，是建設用地合理擴張的依據；良好的自然資源本底條件及生態環境降低了建設用地的擴張成本，促進了建設用地開發[31]。因此，適宜的生態環境、雄厚的資金及政策的合理引導為滿足建設用地需求提供了保障(圖6)。

圖6 東北地區國土開發驅動機制

3 結論與討論

本研究基于土地利用數據，利用泰爾指數、莫蘭指數、熱點分析及地理探測器方法，分析了1990-2018年東北地區國土開發強度的時空格局及其驅動機制，結果表明：1)東北地區國土開發強度總體差異較大，發展不平衡不充分問題顯著，組間差異和組內差異均較大，且四區域的組間差異有上升趨勢。從區域內部看，遼寧各地市之間國土開發強度差異相對較小，而黑龍江、吉林、內蒙古東四盟內部各地市之間差異較大。2)1990-2018年東北地區國土開發強度總體呈增長態勢，但增長速度相對緩慢。整體呈東南高、西北低的態勢，低值區占比較多，主要集中在黑龍江、內蒙古東四盟的北部，而高值區主要集中在遼中南城市群和哈長城市群，這與國家發展戰略布局相吻合。高值區與低值區的集聚性呈增強趨勢，國土開發強度空間分布的非均衡趨勢更顯著，這與東北地區經濟發展的區域差異格局相一致。3)人口、生態對東北地區國土開發強度的驅動力在波動中保持平穩，政策對國土開發強度的驅動力處于較高水平，但在持續下降，經濟、產業、投資對國土開發強度的驅動力不斷上升，尤以經濟、產業的驅動力上升趨勢顯著?？傮w看，東北地區區域間經濟發展不平衡不協調是國土開發強度不均衡及開發利用效益不高的主要原因，研究結果可在理論和實踐上為優化東北地區國土空間開發格局、促進資源要素有效流動、激活要素生產力提供參考。

改革開放以來，在各種經濟發展機遇下，東北地區表現出的遲鈍、固化、發展活力不足致使其地域空間結構僵化，經濟格局和國土開發強度空間格局基本保持穩定[19]。如何進一步活化要素資源配置，打破“區域—要素”流通限制，激發內生活力，成為下一步的研究重點。東北地區作為中國重要的老工業基地、商品糧主要產地以及國家重要的生態安全屏障，要以東北振興為機遇，加快工業化、城鎮化及農業現代化建設步閥[32]，進行合理的主體功能區定位，緩解城鎮開發與耕地保護之間的矛盾[33]，打造國土空間開發保護新格局。對農產品主產區要加強財政轉移支付力度，勇擔國家糧食安全“壓艙石”的重任；要把握區域相對優勢，優化經濟發展路徑，引進科技發展人才，增強科技創新能力，借“一帶一路”規劃做好向北開放的窗口，實現開放型經濟轉型；要改革僵化的體制機制，擴大就業，提高基礎設施建設水平與公共服務供給能力，消除資源枯竭型城市的貧困，在生態功能區加強生態環境保護和修復力度，努力實現東北地區經濟—社會—生態效益的聯動發展。