中國建設用地變化的空間分異特征

王文剛，龐笑笑，宋玉祥，李汝資

(東北師范大學城市與環境科學學院，長春 130024)

0 引言

城市化與工業化是人類經濟與社會發展的必然產物和重要標志之一。改革開放30多年以來，我國經濟持續高速增長，城市化與工業化的進程大大加速。單從城市化來看，1978—2009年，中國的城市化率由17.92%上升到46.6%，年均提高0.9個百分點［1］。城市化與工業化的推進使得大量土地的利用方式與利用強度發生變化，且部分轉換(轉為建設用地部分)是不可逆的。據有關資料顯示，我國GDP總量每增加1個百分點，建設占用耕地的總量將增加0.87個百分點［2］。在土地資源稀缺性的制約下，快速的城市化與工業化對作為其空間支撐的土地提出了更為迫切的供給要求。當前，我國東、中及西部各省份在經濟發展速度等方面有所不同，對土地的需求也不盡相同。區域經濟發展水平和發展戰略的差異性決定了各地區之間非農化的規模和程度呈現出多樣化的類型和極為懸殊的差異［3－4］，且差異的產生可能存在著空間上的關聯。基于此，本研究試圖從區域視角出發，探索我國各地區城市化、工業化進程中土地利用變化①本研究中的土地利用變化主要為建設用地變化。的區域差異以及區域土地利用變化的空間關聯特征，為我國土地集約利用及土地有效供給等方面提供參考。土地利用的變化具有復雜性，對土地利用變化的測度也是一項較為復雜的工程。因此，本研究以建設用地的變化情況來反映我國城市化、工業化進程中的土地利用變化情況。

1 城市化、工業化與土地利用

1.1 城市化、工業化對土地利用的影響

城市化與工業化緊密相關，工業化進程的推進使非農就業人口不斷增加，非農就業人口和依托非農就業人口生存的相關人口以非農產業為依托不斷向中心集聚，促進了城市化的發展。在不同的發展階段，城市化與工業化的互動關系會有所變化，但城市化與工業化發展對于空間(土地)有著長期需求。從土地利用上看，工業化意味著農業用地(特別是耕地)和非工業用地向工業用地的大量轉移，城市化則意味著土地向非農業建設用地大量轉化［5］。

工業化、城市化對土地資源可持續利用的影響主要有兩個方面:土地資源數量上的影響和土地資源質量上的影響。從數量上看，土地利用規模變化將經歷農用地(特別是耕地)減少速度先慢再快再慢的“倒U”型變化曲線［6］。根據工業化普遍規律，農地非農轉移速度在工業化前期較緩，但在快速發展時期有所加劇，而到了工業化后期則又漸趨緩;在城市化過程的前、中期，由于發展水平較低并有巨大力量繼續推動其快速提高，城市建設用地規模往往出現加速趨勢，年均耕地流失速率相對較高［7］，到后期，由于人口變動的相對穩定及土地集約利用程度的提高，城市周邊土地非農化速率逐漸趨緩。從質量方面看，城市化與工業化使大量土地的利用方式與利用強度發生變化，這種變化在不同程度上破壞了土地的生物循環系統。同時，大量的工業“三廢”及城市生活“三廢”等也對土地造成了嚴重的污染，這都導致土地資源質量下降或土地資源的不可修復。

1.2 土地利用對城市化、工業化的響應

在城市化、工業化促進土地利用變化的同時，土地利用也對城市化、工業化形成一種響應。土地利用對城市化、工業化的響應是指土地利用變化(土地利用方式轉變、土地利用類型結構與空間布局變化等)對城市化、工業化的適應與反饋。在不同的發展階段及發展戰略的影響下，區域通過調整土地的供給數量與類型來合理地引導或控制相關產業的發展，通過土地利用類型的調整來進行合理的工業化與城市化空間布局。特別是在我國當前政府主導型的經濟發展階段，這種通過土地利用的調整來響應城市化與工業化發展的現象尤為突出。因此，土地利用的變化不僅反映了區域城市化與工業化的發展情況，也能夠體現出不同區域的土地利用對城市化、工業化的響應強度與方式。

2 土地利用變化的區域差異

研究的主要數據來源于《中國國土資源統計年鑒》(2003—2009年)。

2.1 我國土地利用變化的總體態勢

近年來，我國城市化率與工業化率穩步提升，2002—2008年分別增長5.39%和2.43%。隨著城市化與工業化的推進，我國建設用地也逐年增加，2002—2008年建設用地比率增長0.25%，年均增加38.64萬hm2(圖1)。

圖1 2002—2008年中國土地利用變化Fig.1 The change of land use in China during 2002—2008

2.2 土地利用變化的區域格局

我國各地區在經濟發展基礎、外部發展環境等方面存在著諸多差異，因此，各地區的城市化、工業化速度與模式有所差別，導致了各地區建設用地增長存在著一定的區域差別。從2002—2008年建設用地增長率的空間分布上看，增長率的東、中、西梯度格局較為明顯。東部地區增長率普遍較高，一定程度上反映出在這一時段內東部地區仍然是我國城市化、工業化進程推進的快速地區。西部的重慶、寧夏也表現出相對較高的增長率(圖2)。

2.3 土地利用變化的區域差異

對于土地利用變化的區域格局，本研究采用變異系數(CV)、希爾(Theil)指數兩種指標來對其區域差異進行進一步的分析。變異系數的計算公式為:

式中:Xi為i省市(區)建設用地面積;X為建設用地面積的全國平均值=;N代表省市(區)樣本數。希爾指數公式為:

圖2 2002—2008年中國建設用地增長率空間分布Fig.2 Spatial distribution of growth rate of construction land during 2002—2008

式中:TE，TM，TW分別表示東、中、西部地區的希爾指數;T1，T2分別代表區域間和區域內建設用地變化差異的希爾指數;T為反映中國區域建設用地變化的總希爾指數;Gi為第i省GDP占全國GDP的比例;Ge，Gm，Gw分別代表東、中、西部地區GDP占全國GDP的比例;Li為第i省建設用地面積占全國建設用地面積的比例;Le，Lm，Lw分別代表東、中、西部建設用地面積占全國建設用地面積的比例。變異系數和希爾指數都是值越大，表明區域差異化程度越大;值越小，差異程度越小。

利用變異系數公式和希爾指數公式分別對2002—2008年中國各省市(區)建設用地面積的差異進行定量分析，發現兩個指標衡量的差異具有大致相同的趨勢(圖3)。其中，各省市(區)建設用地差異的變異系數一直呈緩慢下降趨勢，但希爾指數值在2005年有所增加，隨后又持續下降，這說明在2002—2008年間，我國各省市(區)建設用地面積的差距呈減小趨勢。

為了解區域差異的來源及構成，根據希爾系數具有地區構成分解的特性，對我國的區域總體差異進行空間分解，進一步了解2002—2008年我國東、中、西三大地區間的差異及其各自區域內部的差異(表1)。由表1可見，我國建設用地的地區間差異大于地區內差異而成為總差異的主要原因。2002—2008年，區域間差異與區域內差異變化均相對平穩，區域間差異由0.098下降到0.091，平均差異為0.100，總體呈上升趨勢;區域內差異由0.080 降為0.069，平均差異為 0.077，總體呈下降趨勢。從貢獻率看，2002—2008年，區域間差異對整體差異的貢獻呈先升后降的微弱變化，平均貢獻為56.61%;相反，區域內差異的貢獻率呈現先降后升的微弱變化，平均貢獻率為43.39%。從區域差異對總差異的貢獻來看，2002—2008年，東部地區的差異貢獻率一直最大，占到30%以上，西部次之，中部最小。從貢獻率的變化上看，東部地區的差異貢獻呈先降后升的態勢，中部地區略有增加，西部地區則呈下降趨勢。

可以看出，在現階段，東中部地區的發展仍明顯高于西部地區，特別是東部地區對中部地區的產業轉移促進了中部地區的快速發展，從而帶動了中部不同省市(區)建設用地差異的增大。

圖3 2002—2008年建設用地的變異系數和希爾指數變化Fig.3 The changes of Cvand Theil index about construction land during 2002—2008

表1 希爾指數的區域分解及區域貢獻率 %Tab.1 The regional decomposition of Theil and its percentage contribution

3 區域土地利用變化的空間關聯

由前文可以看出，我國土地利用變化存在著區域差異，而這種差異的產生一般具有空間依賴性而非孤立地出現，因此，探究這種空間依賴將對預測區域土地利用的變化及土地供給具有一定的現實意義。

3.1 理論分析

區域土地利用的變化源自于發展的推動，人類社會經濟的發展導致了對發展空間規模與類型的需求變化。一般看來，非均衡發展是區域由低水平向高水平發展的基本模式，如在小尺度區域中，中心城市對于腹地農村的先行發展，在大尺度區域中，則表現為發展軸帶對于側翼區域的帶動。發展的非均衡也必然導致發展(特別是在大尺度上)存在梯度特征。

先行區域的發展經歷了快速的工業化和城市化過程，在這一過程中，經濟發展的集中與人口的快速集聚使區域建設空間迅速擴大，大量的非建設用地轉化為建設用地。快速的發展在空間上對相鄰區域會形成擴散效應或示范效應，導致相鄰區域的土地利用在不同程度上經歷類似的變化。比如北京、天津的土地資源使用成本上升后，本地一些用地需求較大的企業出于降低用地成本的需要，必然會有將生產基地遷往河北、山東等附近省份的愿望，而考慮遷往甘肅、青海的可能性估計會小些［3］。由此可以看出，區域土地利用的變化在一定程度上存在空間依賴性，即空間效應存在于大尺度區域土地利用變化的差異之中。

3.2 空間相關測度

3.2.1 測度方法。空間依賴性是指空間中存在的現象并非獨立地存在，相鄰空間單元中的現象存在著某種空間關聯性［8］。空間關聯性的相關研究方法稱之為空間自相關(spatial autocorrelation)，空間自相關具體表征的是同一個變量在不同位置上的相關性，若某一位置變量值高，其附近位置上該變量值也高，此時稱為正空間自相關，反之，則稱為負空間自相關［9］。

根據研究目的的不同主要有全局空間自相關和局域空間自相關。其中，全局空間自相關系數主要探索屬性值在整個區域的空間分布特征，判斷此屬性值在空間是否有聚集特性存在，但并不能確切地指出聚集在哪些地區;局域空間自相關主要探索屬性值在子區域上的空間分布格局或空間異質性，能夠找出空間聚集點或子區域的所在。本研究主要采用局部指標local Moran’sI(LISA)來度量我國土地利用變化的局部空間自相關性，其定義如下［10］，即:

式中:Zi，Zj分別為區域i和j上觀測值的標準化形式;Wij為空間權重矩陣①本研究的空間權重矩陣全部是Queen簡單鄰接矩陣，并將海南省與廣東省手工修改為鄰接關系。。LISA的Z值檢驗為:

3.2.2 測度結果。利用 GeoDA計算出我國各省市(區)2003—2008年份的建設用地增長率空間自相關系數Moran’sI(圖4)。總體上表明我國各省市(區)建設用地增長率在2003—2008年存在著顯著的空間自相關特性，表示在建設用地增長率高的省市(區)其周邊省市(區)建設用地增長率也較高，即相互間聚集在一起，反之亦然。2006年空間自相關系數出現大幅度下降，主因在于上海市2006年建設用地面積較2005年減少0.3萬hm2，由高增長變為負增長，改變了空間相關系數。

圖4 中國區域建設用地增長空間自相關系數Moran’s IFig.4 Moran’s I of regional construction land growth

3.2.2.1 Moran散點圖。用于研究局域空間的異質性，其表現形式為笛卡爾直角坐標系。散點圖共分為4個象限，其中，第一、三象限代表正的空間相關聯系，第二、四象限代表負的空間聯系。第一象限代表建設用地增長率高值單元為建設用地增長率高值單元所包圍(高高);第二象限代表建設用地增長率低值單元為建設用地增長率高值單元所包圍(低高);第三象限代表低值單元為低值單元所包圍(低低);第四象限代表高值單元為低值單元所包圍(高低)。從圖5看①本研究利用GeoDA進行計算的結果均通過Z檢驗(P≤0.05)。，2003年點的分布較為分散，第三象限落點較多，一、二象限落點數量一致。落入第一象限的省市(區)有北京、天津、山東、江蘇、浙江及上海等，他們的建設用地增長率較高，且各自周圍地區的建設用地增長率也較高，這些地區組成的區域成為我國建設用地增長的熱點區。而“低低”區的省市(區)則主要分布我國西部，說明這些省市(區)是我國建設用地增長較為緩慢的區域。2008年與2003年相比，位于第一象限的省市(區)數目與2003年一樣，但二、四象限省市(區)數目明顯少于2003年，第三象限的省市(區)數目多于2003年。2003—2008年，多數省市(區)位于第一和第三象限內，為正的空間聯系，屬于高高集聚和低低集聚類型，且位于第三象限的低低集聚類型的省市(區)比位于第一象限的高高集聚的省市(區)更多。從Moran散點圖中可以清楚地看到，我國省市(區)建設用地增長率在空間上呈現出明顯的二元結構。

圖5 2003—2008年中國區域建設用地增長的Moran’s I散點Fig.5 Moran’s I scatter plot of regional construction land growth during 2003—2008

3.2.2.2 LISA聚集圖。雖然從Moran散點圖中可以看出我國各省市(區)建設用地增長率存在著明顯的空間二元結構，但Moran散點圖并沒有指出區域空間自相關的程度。LISA聚集圖能夠在空間上將這種程度通過空間聚集(雖然這種空間聚集只是聚集的中心)反映出來。

如圖6所示，2003年，我國各省市(區)建設用地增長率具有顯著LISA值的地區為浙江、江蘇和上海兩省一市，揭示出在這一時期，建設用地增長率較高的區域主要是跟江蘇、浙江及上海相鄰或直接相鄰的部分地區，如山東、北京及天津等;LISA低值聚集的中心則位于新疆、西藏、青海、甘肅及內蒙古等西部省市(區)，體現出這些省市(區)及其周邊地區建設用地增長率相對較低。2008年與2003年相比，具有顯著LISA值的地區仍為江浙地區，低值聚集的中心也未發生顯著變化。由此可以看出，2003—2008年，我國東部沿海地區相對于中、西部地區保持了較高的建設用地增長率，一定程度上說明這一階段我國城市化與工業化的重心仍然在東部沿海地區，東部地區的建設用地需求明顯高于中、西部地區。

圖6 2003，2008年中國建設用地增長空間關聯的LISA聚集圖Fig.6 LISA cluster map of spatial interaction of construction land growth in China in 2003 and 2008

4 區域土地利用變化差異的原因

4.1 發展的區位選擇

發展在區域由低水平階段向高水平階段演化的過程中會因非均衡性而呈現梯度特征，土地利用的結構變化亦會出現梯度特征。從我國的發展實際看，改革開放后，東部沿海地區因其臨近經濟發達地區，運輸成本、信息流通等綜合條件較之中、西部地區均具有很強的優越性，快速的發展因此首先在沿海地區實現。產業(特別是工業)的快速發展、人口的迅速集中所導致的對發展空間的急切需求使東部沿海地區(如上海、江蘇、浙江、山東、廣東、福建等省市)出現了大量的耕地轉為建設用地的情況，這種大量、持續的轉化仍在持續。當東部沿海地區的產業受發展成本的制約而高級化發展時，初級產業的區外轉移將促進中西部地區建設用地的增長，建設用地的增長會在地理空間上呈現梯度特征，但這并不排除部分條件相對較好的內陸地區經濟快速發展而引起建設用地的快速增長。

4.2 地理環境影響下的土地開發適宜性差異

不同的地形地勢、降水、光熱、土壤等條件組合形成了非均衡的地理條件，如中、東部地區地勢較為平坦，水熱充足;西北地區地形地勢條件尚可，但水資源嚴重不足;西南地區水熱條件良好，但地勢起伏較大，大面積的開闊空間相對匱乏。具有理性的人們在進行生產活動場所與居住棲息地選擇時，一般都會選擇地勢低平、水源充足、交通便捷的地域，而不愿選擇地勢崎嶇不平、溝壑遍布、水土流失嚴重、氣候條件干旱的地域［11］。因此，中、東部地區(特別是沿海地區、長江及黃河中下游地區等)的土地因其較高的開發適宜性而成為人們在生產生活時的首選空間，這些區域因成本節約而成為快速發展的集聚區，從而引起大尺度區域上土地利用變化的差異，而地理空間臨近地區則往往具有變化的相似性。

5 結論

(1)應用變異系數和希爾指數對我國土地利用變化的區域差異進行了探討，分析結果表明，2002—2008年我國土地利用變化的差異總體上呈減少趨勢，但區域差異仍較為明顯，地區間差異是差異的主要來源。

(2)利用空間自相關對建設用地的增長情況進行了空間關聯上的分析，結果顯示，2002—2008年我國區域建設用地的增長表現出明顯的空間二元結構，東部地區“高高”聚集，西部地區“低低”聚集，這也證實了我國區域土地利用的變化具有很強的空間相關性。

(3)當前我國總體上仍處于工業化與城市發展的中期，土地利用處于“倒U”型變化曲線的頂部區域，土地利用的壓力依然很大，應根據我國土地利用變化的差異性及空間相關性，科學地評價區域土地利用的效率，為制定合理的土地有效供給政策提供參考。

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