京津冀國土空間格局演變及其驅動因素的區域差異性研究

盧照地，張正峰

（中國人民大學公共管理學院，北京 100872）

1 引言

國土空間是一個多功能的有機地理空間，其格局的形成和演變是自然地理區位、社會經濟發展和人類文化共同作用的結果。隨著全球自然環境和社會經濟的變化，國土空間格局發生改變，其演化機制也錯綜復雜。為提高國土空間的配置效率，中央城鎮化工作會議提出：“按照促進城鎮空間宜居適度、農業空間集約高效、生態空間山清水秀的總體要求，形成生產、生活、生態空間的合理結構”。分析區域在不同經濟發展階段下國土空間格局的演變特征，識別其演變的驅動因素，從而進行有針對性的政策引導和調控，對于優化國土空間開發利用和實現區域的協調發展具有重要意義。

土地利用類型是國土空間的表現形態和核心載體[1]，土地利用變化是國土空間格局演變的直接反映。在國土空間格局演變方面，學者們從土地利用/覆被變化入手，運用遙感和土地調查技術獲取土地利用的變化信息，借助GIS空間分析技術識別變化熱點區[2-4]，刻畫國土空間格局演變的時空特征；在格局優化方面，已有研究的關注點逐漸從以生產—生活功能為主導向生態—生產—生活功能統籌轉變[5-8]，并運用綜合分析[9-10]、多目標線性規劃[11]、系統動力學模型[12]、元胞自動機模型[13-14]等多種方法對國土空間結構進行優化，以實現國土空間的科學配置。此外，還有學者從社會學和人類發展的視角[15]探索國土空間格局演變的驅動因素，結果表明，自然環境、經濟發展和政策等因素[16-18]綜合影響了國土空間格局的形成與演化，驅動機制隨地域變化表現出明顯的差異性[19-21]。總體來說，以“三生空間”為主體的研究已日趨豐富，而立足于“構建國土空間開發保護新格局”的城鎮—農業—生態空間的演變分析少有涉及，且已有研究忽視了國土空間格局演變驅動因素的區域差異性。

京津冀地區作為中國創新驅動經濟增長的新引擎，區域內既存在社會經濟較為發達的京津地區，又存在燕山—太行山區連片特困地區，區域之間存在較大的經濟梯度差異，選擇該區域開展國土空間格局演變及其驅動因素的區域差異性研究具有典型性。而且，隨著人口的持續流入和城市建設開發強度的日趨增大，京津冀地區國土空間利用粗放現象突出，環境污染問題嚴重。在可持續發展理念逐漸成為全球共識的環境下，在京津冀協同發展作為中國重大發展戰略的背景下，本文基于區域經濟發展梯度的差異性，對比研究京津冀地區國土空間格局演變的時空分異特征和驅動因素，研究結果不僅為京津冀地區優化國土空間格局、提高資源配置效率提供參考，亦能夠為區域的協調發展提供依據。

2 研究區概況、數據來源和國土空間分類

2.1 研究區概況

京津冀地區（36°05′～42°40′N、113°27′～119°50′E）位于中國華北，包括北京、天津兩個直轄市和河北省所轄的199個縣級行政單元，區域總面積為21.8萬 km2，2020年末常住人口約為1.103億人。該區域內部的發展水平差異會直接或間接影響其國土空間格局的組成和演變，因此，本文借鑒國際上通用的判斷經濟發展階段的方法[22]，基于2020年京津冀縣（區）級行政單元的人均GDP數據，采用幾何間隔法，將京津冀地區劃分為高、中、低三種不同經濟發展水平區域，從而對比分析區域間國土空間格局的演變機制。三類經濟發展區域包含的縣級行政單位分別為23個、83個和93個，其中，高發展水平區域位于京津主城區，并以此為中心形成由內向外發展水平遞減的類同心圓結構。

2.2 數據來源

本文使用的5期中國土地利用/土地覆蓋遙感監測數據（1980年、1990年、2000年、2010年和2020年）來源于中國科學院環境科學數據中心（http://www.resdc.cn），空間分辨率為30 m。其中1980年、1990年、2000年和2010年的土地利用/覆蓋數據是由Landsat-TM/ETM 遙感影像經人工目視解譯得到，2020年的土地利用/覆蓋數據更新主要使用Landsat 8遙感影像。根據土地資源的利用屬性，分為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地6個大類和25個子類。社會經濟數據來源于《中國縣域統計年鑒》（2001年、2011年和2021年）、《數說北京改革開放四十年》、《輝煌的歷程天津改革開放30年》、《新河北五十年》、《北京區域統計年鑒》（2002年、2021年）、《天津統計年鑒》（2001年、2011年和2021年）、《河北統計年鑒》（2001年、2011年和2021年）及相應年份的各地級市統計年鑒。

2.3 國土空間分類

國土空間分類主要服務于國土空間規劃，由于規劃的背景、目的和任務不同，國土空間的分類標準也有差異，迄今形成了多種國土空間劃分方式，如《土地利用現狀分類（GB/T 21010—2007）》 《市縣鄉級土地利用總體規劃編制規程》中的“土地規劃用途分類”、《城市用地分類與規劃建設用地標準（GB 50137-2011）》中的“城鄉用地分類”和“城市建設用地分類”等等[23-24]。已有的國土空間分類多關注城鄉用地空間，對生態空間有所忽略[8，25]，且分類結果存在大量的重疊與交叉。根據《關于建立國土空間規劃體系并監督實施的若干意見》提出的“科學有序統籌布局生態、農業、城鎮等功能空間”的規劃要求，本文首先將國土空間劃分為城鎮、農業和生態空間三個一級類。再基于國土空間的多功能性和功能主導性進行二級分類[26-27]，將城鎮空間分解為城鎮生產空間和城鎮生活空間，農業空間分解為農業生產空間和農業生活空間，生態空間分解為綠地、水域和其他生態空間。最后，采用類型歸并法將上述空間類型對接中國土地利用/覆蓋遙感監測數據分類系統，形成與土地利用/覆被類型相銜接的國土空間分類體系。

3 研究方法

3.1 國土空間轉移矩陣

國土空間轉移矩陣不僅可以展示研究期初和期末的國土空間構成，還能夠反映不同國土空間之間的轉化情況[28]，且能借助桑基圖進行可視化表達。

式（1）中：S代表面積；n代表不同類型國土空間的數量；Sij為研究初期i類國土空間轉為末期j類國土空間的總面積。

3.2 標準差橢圓分析

標準差橢圓能夠反映數據的整體性和格局性，通過直觀計量國土空間分布的重心、方位角、長短軸等信息，鑒別空間格局的總體輪廓和主導分布方向[20，29-30]。其計算公式為：

3.3 核密度分析

核密度分析將空間點位信息可視化，表現了國土空間格局的聚集特征[31]，其公式為：

i為樣本點Xi與估值點x的距離。

3.4 多元線性回歸

區域國土空間的演變受到自然、經濟、社會和政策等因素的綜合影響，故使用多元線性回歸模型更有效，且符合實際，因為該模型能夠組合多個自變量來預測和估計因變量。由于研究時段內，京津冀地區的城鎮和農業空間的變化更為劇烈，故本文主要分析城鎮和農業空間變化的驅動因素，具體模型如下：

式（7）中：i代表城市；t代表年份；Y代表城鎮空間及農業空間的面積，在這里作取對數處理，使其符合正態分布；X為選取的自變量；εit是隨機誤差。

4 京津冀地區城鎮—農業—生態空間格局演變及其區域差異性

4.1 數量演變

總體來看，京津冀地區國土空間類型以農業和生態空間為主，2020年兩者占國土空間總面積的比例分別為53.71%和40.80%。1980—2020年，城鎮空間持續擴張，農業空間持續收縮，生態空間則表現出先減少后增加的變化特征。其中，在低發展水平地區，城鎮空間增加較快，增長速率在2000—2010年最為急劇，達到127.18%；農業空間僅在1980—1990年有小幅增加，1990—2010年逐漸加速減少；生態空間在1980—2010年加速減少，2010年之后減速趨緩。在中發展水平地區，國土空間變化和低發展水平地區相似，但農業空間減少的面積要比低發展水平地區更多。高發展水平地區的空間變化特征與前兩者存在差異：城鎮空間經歷持續擴張后，在2010—2020年發生了6.32%的負增長，生態空間除了在1990—2010年發生縮減外，其他時段均在增加，并在2010年之后增幅最大，達到31.77%，同時，農業空間的減少幅度也更加明顯（表1）。這表明，在城鎮化加速發展的進程中，京津冀地區的城鎮空間擴張趨勢明顯，農業空間流失嚴重；隨著國家對生態保護與修復的日益重視，造林工程的有序推進使生態空間得到補充；且在建設用地增量管控的背景下，高發展水平地區城鎮空間的利用強度有所提高，城鎮蔓延的態勢得到一定程度的遏制。

表1 1980—2020年高、中、低發展水平區域的國土空間面積變化Tab.1 The spatial change in high, medium and low development level regions from 1980 to 2020 （km2）

4.2 結構演變

從全域來看，國土空間的結構演變表現出以下特征（圖1）：（1）無論區域經濟發展水平的高低，農業空間內部的空間類型相互轉化程度都較高，且最終表現為農業生產空間向農村生活空間的轉換；（2）1980—2020年，京津冀地區農業生產空間轉出的總面積最多，共計19 444.14 km2，是城鎮空間擴張的主要來源；（3）綠地和其他生態空間面積的凈變化分別為-833.88 km2和-589.72 km2，主要流出方向是農業生產空間；（4）城鎮生活空間向其他空間的轉換不多，單向轉入特征明顯。這表明農村生活和城市生活空間擴張的主要來源是農業生產空間，而農業生產空間的補充依賴于綠地生態空間。對比不同經濟發展水平區域的國土空間面積轉移情況發現，綠地生態空間向城鎮生產和農業生產空間的轉出面積，按照數量從大到小排序依次是低發展水平＞中發展水平＞高發展水平，呈現出經濟發展水平越低，綠地生態空間越容易流失的特征；水域生態空間和農業生產空間的轉換在京津冀全域普遍存在，但在低發展水平區域，二者相互轉換的數量基本持平，而在中、高發展水平區域表現為水域生態空間的增加，此外，還有部分城鎮生產空間轉為水域生態空間，說明經濟發展水平越高的地區，生態保護效果更為突出。

圖1 1980—2020年低、中、高發展水平區域的國土空間面積轉移情況Fig.1 Transfer of territorial space of high, medium and low development level regions from 1980 to 2020

4.3 方向分布演變

從標準差橢圓形態來看，城鎮空間的長軸始終沿東北—西南走向，短軸沿西北—東南走向，說明城鎮空間的分布趨勢為東北—西南方向，且東北方向的分布更為聚集。分階段來看，1980—2020年城鎮空間的方向角大小先從36.68°減小至25.28°，2010—2020年增加到30.41°，方向性特征逐漸穩定；橢圓面積先減小后增加，長半軸由206.34 km波動增加到240.90 km，短半軸也由106.67 km增長到144.63 km，長短半軸的綜合變化導致標準差橢圓的扁率由0.48下降到0.40，總體呈波動減小趨勢，說明極化特征日益減弱，城鎮空間呈現發散式擴張；重心對應著城鎮空間的相對分布位置，研究期間重心的移動軌跡為東北—西北—西南—東北。總體來看，城鎮空間整體向西北方向移動，重心坐標由（116°30′56.16″，39°6′10.76″）變為（116°13′49.08″，39°15′36.50″），從河北省霸州市移動至固安縣。

農業空間標準差橢圓的長短軸變化較小，形成東北—西南走向的空間格局，其中以東北方向的低發展水平區域分布更為集中。與城鎮空間相比，農業空間標準差橢圓的方向角和變化幅度均較小，扁率也沒有明顯的變化，說明其分布的方向性比較穩定。1980—2020年，農業空間的重心坐標沿東北方向緩慢移動，重心坐標由（116°9′33.84″，39°9′41.69″）變為（116°16′59.16″，39°21′22.07″），從河北省高碑店市移動至固安縣。

與城鎮和農業空間相比，生態空間標準差橢圓的位置整體向西北方向偏移，橢圓形態仍沿東北—西南走向。這是由于自然地理因素的影響，生態空間主要分布在燕山—太行山片區，該片區地形地貌復雜多樣，擁有豐富的森林、河流、草地等生態資源，承擔著風沙源治理、退耕還林、濕地保護與恢復等生態建設任務，是京津冀地區的生態安全屏障。分階段來看，生態空間標準差橢圓的方向角和面積都經歷了減小—增加—減小的變化趨勢，但總體變化幅度不大；扁率由1980年的0.467增加到1990年的0.473，而后持續減小為2020年的0.418，說明其分布的極化特征有所弱化；重心坐標的軌跡呈現出兩階段特征：1980—1990年，重心向東北方向偏移，1990—2020年，重心向東南方向持續遷移，重心位置始終位于北京市昌平區（圖2）。

圖2 城鎮、農業和生態空間的標準差橢圓變化Fig.2 Standard deviation elliptic variation in urban, agricultural and ecological space

4.4 集聚/擴張演變

從城鎮空間的核密度圖中（圖3）可以看出：（1）京津冀地區城鎮空間的斑塊數量先增后減，但總體是增加的；（2）從空間分布上看，5個時點的核密度分布呈現出兩階段特征：1980—2000年高密度區主要分布在京津冀中部，主核數量較少，且和中等密度區空間分布連接性較好，集聚特征不明顯。2000年之后呈現出多核擴散的分布趨勢，高密度值向西南、東南和北部的中低發展水平區域延伸。這主要是由于京津冀協同發展戰略的提出，圍繞“疏解北京非首都功能、推動產業升級轉移”的目標進行國土空間布局的優化，激活了河北省中心城市和重點城市的發展活力。2020年，在天津市武清區、靜海區、東麗區附近形成了組團式高密度區，空間分布更加集聚。

圖3 1980年、1990年、2000年、2010年和2020年城鎮空間的核密度圖Fig.3 Kernel density of urban space in 1980, 1990, 2000, 2010 and 2020

從農業空間的核密度圖中（圖4）可以看出：（1）京津冀地區農業空間的斑塊數量始終在緩慢減少，但變化幅度不大。（2）5個時點的核密度分布總體較為相似，均呈現出“一橫一縱”兩條高值條帶，其中，東西方向的高值條帶連接北京、廊坊、天津、唐山、秦皇島5市，包括高中低三種發展水平區域的部分縣市。南北方向的高值條帶由滄州、衡水、邢臺、邯鄲4市組成，僅包括中低發展水平區域的部分縣市。（3）1980—2020年，主核數量有所減少，形成許多次核，特別是南北方向上的高值條帶出現收縮，說明農業空間破碎化程度較高。結合前述的空間特征，農業空間的收縮區集中分布在北京市的功能拓展區（朝陽、海淀、豐臺和石景山4區）和天津市的環城區（北辰、西青、東麗和津南4區）。這些區域仍處于未完全城市化的發展階段，以經濟結構調整和產業轉型升級作為規劃目標，因此對城鎮生產和生活空間的需求有所增加，農業空間發生相應轉化。

圖4 1980年、1990年、2000年、2010年和2020年農業空間的核密度圖Fig.4 Kernel density of agricultural space in 1980, 1990, 2000, 2010 and 2020

從生態空間的核密度圖中（圖5）可以看出：（1）京津冀生態空間的斑塊數量經歷了“減少—增加—減少”的變化過程，總體呈現小幅減少，符合前述的國土空間面積變化情況；（2）5個時點的核密度分布格局總體相似，高密度區主要分布在中低發展水平區域的部分城市，主核的位置以圍場滿族蒙古族自治縣、赤城縣、淶源縣等地為中心點向周圍擴散，但擴散范圍較小；（3）2020年，天津市中南部形成新的高值區，這得益于天津市為貫徹落實《京津冀協同發展規劃綱要》所制定的生態文明建設任務，圍繞“水繞津城，城在林中”的目標制定了具體的環境整治計劃，使生態空間有所增加。

圖5 1980年、1990年、2000年、2010年和2020年生態空間的核密度圖Fig.5 Kernel density of ecological space in 1980, 1990, 2000, 2010 and 2020

5 國土空間演變的驅動因素及其區域差異性

5.1 變量選取和模型選擇

已有研究表明，隨著社會的快速發展，人類活動對國土空間格局變化的影響遠遠超過自然因素[32]，故綜合考慮數據可得性、典型性等原則，本文從產業結構、經濟發展、消費需求、人口和交通設施維度選取了第二產業產值（gdp2）、第三產業產值（gdp3）、人均GDP（avgdp）、社會消費品零售總額（consu）、非農業人口（nonpop）和公路里程（road）6個指標作為自變量。

回歸分析主要有OLS模型、固定效應模型和隨機效應模型三種基礎形式，為減少模型誤差使回歸結果更加可信，在具體模型的選擇上還需要進行一些檢驗[33]：xttest0檢驗在1%的顯著性水平上拒絕了OLS模型更優的原假設；同時，hausman檢驗在1%的顯著性水平上拒絕隨機效應的原假設，因此，本文更適合選用固定效應模型（FEM）。

5.2 國土空間演變的驅動分析

綜合來看（表2），京津冀地區的國土空間演變受到社會經濟多因素的共同作用，各因素作用效應具有區域差異性。

表2 高、中、低發展水平地區城鎮和農業空間變化的回歸結果Tab.2 Regression results of urban and agricultural space in high, medium and low development level regions

在高發展地區，城鎮空間面積與人均GDP、公路里程具有顯著的正相關關系，說明隨著人均GDP的提高和公路網的建設完善，城鎮空間的占用需求逐漸增加，從而使其不斷擴張，其他解釋變量的回歸結果不顯著。農業空間與第二產業產值和公路里程表現出正相關關系，和第三產業產值、人均GDP、非農業人口和社會消費品零售總額表現出負相關關系，但并不顯著。

在中發展地區，城鎮空間面積與人均GDP、公路里程和第三產業產值具有顯著的正相關關系，其中，人均GDP和公路里程都在0.1%的置信水平上顯著，且影響系數高于高發展地區。農業空間與人均GDP呈現顯著負相關，與非農人口呈現顯著正相關，但影響系數偏小，其他解釋變量的回歸結果則不顯著。

在低發展地區，人均GDP和公路里程兩個因素對于城鎮空間的擴張仍然表現出十分顯著的正相關性，且在三種發展水平區域中，影響系數是最高的；農業空間則與人均GDP具有負相關關系，與非農人口具有正相關關系，兩個因素的回歸系數顯著水平和大小均高于中、高發展水平區域。

基于上述分析可知，人均GDP和公路里程是京津冀地區城鎮和農業空間變化的主要驅動因素，對國土空間格局的演變具有一定的促進作用。首先，人均GDP對于城鎮空間的擴張具有顯著的正向影響，且影響程度隨經濟發展水平的遞增而遞減。結合實際來看，一方面，經濟的快速發展使區域對城鎮空間的用地需求增大，另一方面，由于空間資源的有限性和多功能性，提高空間利用強度和其他空間類型的轉化成為解決空間利用矛盾的主要途徑。在高發展水平區域，國土空間開發技術更加成熟，財政支持力度更大，空間集約利用能力也就更強。而在中低發展水平區域，城鎮空間主要通過占據農業和生態空間得到補充，因此城鎮空間擴張和農業空間收縮的規模更大。另外，隨著經濟發展，人們的生活水平日益提高，農產品在消費結構中的占比減少，故在以種植業為主導產業的中低發展水平區域，農業空間發生收縮。其次，公路里程對城鎮和農業空間變化的影響系數較大，說明其對于國土空間格局的變化有著重要的牽引作用。交通是城鎮與外部環境進行物質能量交換的主要通道，構成城鎮的生長軸[34]。廣泛暢達的公路網不僅能夠提高物資運輸效率，還有助于促進生產要素的集聚和流動，刺激沿線國土空間的開發利用。同時，公路建設本身也占用了大量城市用地，從而導致城鎮空間的擴張。研究中的中發展水平區域位于河北省城鎮化發展的主次軸帶上，還有許多低發展區域的城市屬于河北省城市發展體系中的縣域中心城市（《河北省城鎮體系規劃（2016—2030年）》），要想實現這些地區城鎮產業集群和都市區組團式發展的規劃目標離不開綜合的交通網絡建設，因此公路里程對該區域的影響相對更大。對于農業空間而言，雖然鄉、鎮、村級的公路建設能夠降低農業生產運輸成本，但是帶來的沿線經濟發展鼓勵了農民對更高土地利用效益的追求，促進了耕地的流轉開發，可能削弱公路對農業空間增長的部分驅動作用。因此，影響系數要低于城鎮空間。

6 結論與討論

6.1 結論

本文在將京津冀地區劃分高、中、低發展水平區域的基礎上，綜合運用國土空間面積轉移矩陣、標準差橢圓、核密度分析和固定效應模型的方法，探究了不同經濟發展梯度下國土空間格局的演變特征及其驅動因素，得到以下結論：

（1）國土空間數量的變化幅度劇烈。中低發展水平區域的面積變化特征表現為城鎮空間的持續擴張和農業空間的持續收縮，其擴張和收縮的速度在2010年之后均有所放緩。高發展水平區域的城鎮空間在2010年后出現負增長，農業空間總體表現為連續、快速減少。三類區域的生態空間在1980—2010年表現為加速減少，中高發展水平區域在2010年之后開始正向增加。

（2）國土空間結構的轉換特征明顯。農業生產空間向農村生活空間和城鎮空間的流入是京津冀全域國土空間格局演變的共同特征，流入面積隨著區域經濟發展水平的提高而減少；不同之處在于低發展水平區域的水域生態空間流出多于流入，而在中高發展水平區域則相反。

（3）國土空間格局的分布具有規律性。其中城鎮和農業空間的重心方向分別向西北、東北單向移動，生態空間的重心移動方向由東北變為東南。城鎮空間的核密度空間分布特征表現為由中部高向多核擴散轉變，集聚性日益突出；農業空間的核密度呈現“一橫一縱”兩條高值條帶，且破碎化程度逐漸提高；生態空間的核密度高值區主要分布在冀北和冀西南，呈現多核小幅擴散特征。

（4）受經濟發展水平的影響，國土空間格局演變的驅動因素存在區域差異性。人均GDP對城鎮空間的擴張有顯著的正相關，回歸系數的大小隨經濟發展水平的遞增而遞減；對農業空間的擴張呈顯著負相關，對低發展水平地區的影響程度更強。公路里程對全域城鎮空間的擴張均為顯著的正向作用，其中中低發展水平區域的回歸系數較大。

6.2 討論

（1）協調國土空間利用沖突是形成高質量國土空間格局的關鍵。本文的研究結果顯示，不僅城鎮、農業和生態空間之間存在相互競爭，由于國土空間功能的多宜性，三類空間內部也存在一定的利用沖突。作為一種客觀的地理現象，合理控制國土空間利用沖突的強度本身就是一種協調區域發展的過程[35]。目前我國正在向“實現全面建成社會主義現代化強國”的奮斗目標邁進，城市化和鄉村振興進程將持續加快，可能導致城鎮空間對農業空間的侵占、產業發展對生態空間的剝奪等空間利用沖突加劇。本文分析了京津冀不同發展水平區域的國土空間格局演變特征，能夠為識別空間利用沖突提供科學依據，有助于優化國土空間布局。

（2）國土空間格局的演化受到自然、經濟和社會多因素影響，同一驅動因素對不同經濟發展水平區域國土空間演變的作用不盡相同，不同地區國土空間變化的驅動因素也可能存在明顯差異。有研究發現，社會零售品銷售總額是推動呼包鄂城市群和桂林市城鎮空間擴張的動力之一[36-37]，而在本文中結果則不顯著；人口的增長使橫斷山區對農業空間的需求不斷擴大，且促進了城鎮空間的集約利用[38]；此外，區域性政策也是空間格局演變的重要驅動力之一[20]。因此，構建國土空間保護開發新格局要因地制宜，在分析區域格局演變影響因素的基礎上，充分考慮自然地理區位和功能定位，提高規劃制定的適配度。

（3）優化國土空間格局需要實施差異化的管理策略。基于本文的研究結果，建議京津冀的低發展水平區域合理控制城鎮擴張規模，加強對農村宅基地的規范管理，提高農村生活空間的利用效率，使農業生產空間不受或少受侵占；對于中發展水平區域，要充分利用交通網絡建設的正外部性，加快形成城鎮密集和產業集群，提高國土空間集約利用能力，同時注重生態空間的保護與修復；高發展水平區域需堅持建設空間總量控制的政策不動搖，嚴守城市開發邊界，加快清潔生產技術的研發和加強城市綠色生態空間建設，發揮區域空間格局優化的示范作用。