江蘇省城市建設用地變化及驅動力研究

范琳蕓 張雪茹 張小林

摘要 以江蘇省13個地級市為研究對象，采用典型相關分析、主成分分析和偏最小二乘回歸分析等方法，分析江蘇省建設用地的數量、結構變化及區域差異變化，探討城市建設用地變化的主要驅動力。結果表明：江蘇省城市建設用地面積不斷增長；城市建設用地系統結構性增強；區域城市建設用地相對變化率差異明顯；道路設施完善、居民生活水平的提高、經濟發展是江蘇省城市建設用地變化的主要驅動力。

關鍵詞 城市建設用地；驅動力；江蘇省

中圖分類號 F293.22 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）04-0192-04

Urban Construction Land Use Change and Driving Forces in Jiangsu Province

FAN Lin-yun，ZHANG Xue-ru，ZHANG Xiao-lin （School of Geography Science，Nanjing Normal University，Nanjing，Jiangsu 210023）

Abstract In this study，we analyzed the changes of number and structure，and regional differences of construction landusing various types of land use data of 13 cities in Jiangsu Province by the canonical correlation analysis，principal component analysis and partial least square regression. Meanwhile we discussed the main influence factors and degree ofurban construction land change. The results showed that：the urban construction land of Jiangsu Province is growing；the structure of urban construction land is reasonable；the relative change rate of construction land use of cities is distinct；the development of economy and the improvement of transport infrastructure and peoples living standards are the main driving factors in the urban construction land change in Jiangsu Province.

Key words Urban constructive land；Driving factor；Jiangsu Province

在快速城市化過程中，城市發展與土地保護之間的矛盾日益凸顯，城市擴張帶來的諸如環境污染、交通擁擠、糧食安全等一系列問題備受各界關注[1-2]。目前，國內學者相關研究主要集中在城市建設用地時空演變特征[3-5]、動力機制分析[6-10]、預測模擬[4，11]、增長控制[12-13]等方面。有關江蘇省土地變化的相關研究主要是土地利用現狀、結構變化、區域差異、承載力分析，以城市建設用地為研究對象的較少。此外，關于驅動因子的分析僅涉及經濟和人口指標，沒有考慮社會、交通、科技等因素。針對目前研究的不足，筆者結合多種定量分析方法和模型，對江蘇省城市建設用地變化及其驅動力展開研究。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

江蘇省城市建設用地數據來源于《中國城市建設統計年鑒》（2000—2012年），相關的社會經濟指標來源于《江蘇統計年鑒》 （2000—2012年）。研究時段為2000—2011年，采用1991版《城市用地分類和建設用地標準》 （GBJ 137—90），將江蘇省城市建設用地分為居住用地、公共設施用地、工業用地、倉儲用地、對外交通用地、道路廣場用地、市政公用設施用地、綠地、特殊用地 9 類。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用結構信息熵。信息熵模型能揭示特定區域各類建設用地的時序變化特征，反映用地內部復雜性和均衡性[14]。參照Shannon Weaner 指數，設A為建設用地總面積，Ai為各類建設用地面積，n為建設用地分類數（n=9），構建建設用地結構信息熵（H），計算公式為：

A=ni=1Ai（1）

Pi=Ai/A（2）

H=-ni=1PilnPi（3）

熵值越大，說明不同職能的用地類型數越多，土地分布越均衡。

1.2.2 均衡度和優勢度。引入均衡度的概念，對土地利用結構進行測度。基于信息熵函數，構建均衡度公式：

J=HiH=-ni=1PilnPi/lnn（4）

均衡度越大，表明建設用地利用的均質性越強，研究區域的土地利用類型越豐富[15]。計算公式為：

I=1-J（5）

土地利用的優勢度，與均衡度的意義相反，用來表示土地利用的集中度，其值越大表明城市內1種或幾種用地類型在該區域土地利用中具有主導作用。

1.2.3 土地利用的區域差異模型。

引入單一土地利用類型相對變化率來衡量區域的該類型用地的相對水平，反映土地利用數量變化的區域差異[16]。相對變化率公式為：

R=Ki/K（6）

式中，R表示某類地的相對變化率；Ki、K分別表示區域、整個研究區域該類地的變化率。R>1，表示某一區域該類地的變化比整個研究區域的變化劇烈；R﹤1，表示某一區域該類地的變化程度低于整個研究區域水平；R=1，表示某一區域該類地的變化程度與整個研究區域水平處于同一水平。

1.2.4 偏最小二乘法。

偏最小二乘分析法中的變量重要性投影（VIP）表示自變量在解釋因變量時作用的重要性程度，運用VIP分析建設用地變化的主導驅動因素，各指標的值反映對建設用地變化的影響重要性程度[17]。計算公式為：

VIPj=pmh=1R（Y，th）w2hj/mh=1R（Y，th）（7）

式中，P是自變量個數；m是偏最小二乘法從原變量中提取的成分個數；th代表第h個成分；R代表成分對因變量的解釋能力，為二者相關系數的平方。VIP>1，說明自變量在解釋因變量時有更加重要的作用；0.5≤VIP≤1，解釋作用的重要性還很不明確，需要增加樣本或根據別的條件進行判斷；VIP﹤0.5，則自變量對因變量的解釋基本沒有意義。

2 結果與分析

2.1 城市建設用地變化分析

2.1.1 江蘇省城市建設用地整體變化。

2.1.1.1 總量變化。

2000—2011年江蘇省城市建設用地總量不斷增長，由2000年的1 246.27 km2增加到2011年的3 552.61 km2，年增長率為15.42%。總的來看，江蘇省城市建設用地持續增長，增長幅度較大，但增長速率逐漸放緩，2011年已降至3.73%。

2.1.1.2 結構變化。

利用Matlab軟件計算出江蘇省城市建設用地結構及信息熵及均衡度、優勢度（表1）。

由表1可知，2000—2011年江蘇省建設用地結構信息熵總體上呈波動下降趨勢，土地利用系統有序度逐漸上升，城市建設用地結構性增強。均衡度和信息熵的變化具有一致性，都是波動下降，而優勢度則相反，呈上升趨勢，說明研究時段內主導江蘇省城市建設用地的類型存在多樣化的特點，城市建設用地利用的均質性降低。

2.1.2 江蘇省城市建設用地區域差異特征。

城市建設用地相對變化率可以反映江蘇省不同城市的建設用地變化程度的區域差異。從圖1可以看出，淮安市城市建設用地變化率最高，主要是因為實行了區片規劃。此外研究初始年，淮安市城市建設用地僅為15.28 km2，建設用地開發的潛力較大，導致建設用地變化率高；徐州、宿遷、鹽城、泰州、南京、無錫、蘇州建設用地相對變化率高于江蘇全區，徐州、宿遷、鹽城、泰州主要是為了縮小與蘇南差距，加快城市建設步伐導致城市建設用地增長較快，而南京、無錫、蘇州作為經濟較發達的城市，近年來第三產業發展迅速，建設用地不斷擴展。總體來看，江蘇省中部城市建設用地相對變化率較小，東部和西部較大。

2.2 城市建設用地變化驅動力分析

2.2.1 指標選取。

結合江蘇省發展現實狀況，從人口、經濟、社會、交通和科技5個方面選取20個驅動因素來研究江蘇省城市建設用地變化驅動力。

通過相關性分析，選出與建設用地相關性最強的因子。從表2可以看出，大部分因子的典型相關系數都達到了0.9，綜合考慮最終選取城鎮化率（X3）、生產總值（X5）、全社會固定資產投資總額（X8）、城鎮居民可支配收入（X11）、城鎮居民人均消費性支出（X12）、城市居民人均居住面積（X13）、人均城市道路面積（X15）、城市道路長度（X18）這8個具有顯著影響的驅動因子。

2.2.2 主成分分析。

運用SPSS軟件對上述指標進行主成分分析，得出特征值、累計貢獻率、主成分貢獻率。第一、二主成分的累計貢獻率達95.743%，符合主成分分析要求。

從驅動因子的綜合得分系數可以看出驅動指標在整體評價中的作用程度。綜合得分高的有X5、 X11、 X12、 X13、 X15、 X18，說明這些指標是影響建設用地變化的主要因子。這些因子概括起來就是經濟、社會和交通因素，也就是說可以將經濟發展、居民生活水平提高及道路設施完善作為影響建設用地變化的驅動因子。

2.2.3 主導驅動因素對城市建設用地變化影響的分析

2.2.3.1 社會經濟發展的驅動。

江蘇省GDP由2000年的8 553.69億元增加到2011年的49 110.27億元，它們之間的相關系數達0.921，所以經濟發展一定程度上推動了城市建設用地的擴張。具體來看，經濟發展會帶動全社會固定資產投資總額的增長，推動房地產開發，帶動基礎設施建設，導致江蘇省居住用地、公共設施用地分別由2000年的354.20 km2、146.32 km2增長至2011年的1 085.77 km2、406.52 km2；社會經濟發展水平的提高會推動第二、三產業的發展，對江蘇省而言主要是促進第三產業的發展，期間居住用地增長了731.57 km2，工業用地增長581.91 km2。

2.2.3.2 居民生活水平的提高。

2000—2011年江蘇省城鎮居民人均可支配收入增長了19 541元，增幅為23.97%，人均居住面積由11.64 m2增長至22.21 m2。人均可支配收入的增加促使人們更加追求生活品質，首先提高了對住房要求，所以會帶動房地產開發，導致部分高檔住宅居住用地的增長；其次推動郊區不斷完善配套基礎設施、增加綠化面積，從而導致城市建設用地不斷向郊區擴張，同時影響居住用地、公共服務設施、綠地等用地的結構變化。

2.2.2.3 道路設施建設的驅動。

經濟發展帶動交通基礎設施的建設和完善，交通條件的改善勢必會促進城市交通干線的開發，從而導致交通用地建設面積不斷增長。2000—2011年江蘇省城市道路長度由6 329 km2增加至3 2491 km2。回歸分析結果顯示，江蘇省城市道路長度和建設用地面積之間的相關系數達0.982，由此可見城市道路的建設和完善是推動城市建設用地擴張的重要因素。

為了進一步驗證上述指標對建設用地變化的影響程度，根據偏最小二乘法中的VIP對所有指標的重要性進行測度。從圖2可以看出，指標X11的VIP測度值大于1，說明X11對城市建設用地變化具有顯著影響，X5、X12、X15、X18測度值為0.5～1，表明對建設用地的影響較重要。從典型相關性分析、主成分分析以及偏最小二乘法的綜合結果來看，社會經濟發展、生活水平的提高以及道路設施的完善是江蘇省建設用地變化的主要驅動力。

3 結論與討論

采用信息熵、均衡度以及優勢度對江蘇省建設用地總量、結構變化進行分析，并根據相對變化率分析研究城市建設用地區域分異特征，采取典型相關性分析、主成分分析以及偏最小二乘法多種研究手段，得出以下結論。

（1）江蘇省城市建設用地總量持續增長，但增長速率逐漸放緩。居住用地、工業用地、公共設施用地、道路廣場用地對江蘇省城市建設用地均衡度和優勢度影響較大。

（2）江蘇省不同城市的建設用地變化程度存在差異，中部地區相對變化率低于省域全區，而東部和西部地區相對變化率較高，與經濟發展狀況以及發展速率的空間變化相對一致。

（3）通過典型相關性分析和主成分分析得出經濟發展、居民生活水平提高以及道路設施完善是江蘇省建設用地變化的主要驅動因素。通過偏最小二乘法進一步驗證了這一結果的可靠性。

江蘇省城市建設用地變化的驅動力除該研究選取的定量因素之外，還存在其他定性因素，如江蘇省開展的村莊合并規劃、城鄉建設用地增減掛鉤。城市建設用地擴張的過程很復雜，影響用地擴張的因素有很多，該研究在時間尺度上也未能做到較長時間周期的分析，同時缺乏對城市建設用地變化反饋機制的研究，研究內容還需要進一步深化。

參考文獻

[1] 方創琳.中國快速城市化過程中的資源環境保障問題與對策建議[J].中國科學院院刊，2009，24（5）：468-474.

[2] 孫慧宗.中國城市化與生態環境協調發展研究[D].長春：吉林大學，2011.

[3] 李加林，許繼琴，李偉芳，等.長江三角洲地區城市用地增長的時空特征分析[J].地理學報，2007，62（4）：437-447.

[4] 鄭凱迪，徐新良，張學霞，等.上海市城市空間擴展時空特征與預測分析[J].地球信息科學學報，2012，14（4）：490-496.

[5] 史利江，王圣云，姚曉軍，等.1994～2006年上海市土地利用時空變化特征及驅動力分析[J].長江流域資源與環境，2012，21（12）：1468-1479.

[6] 羅媞，劉耀林，孔雪松.武漢市城鄉建設用地時空演變及驅動機制研究：基于城鄉統籌視角[J].長江流域資源與環境，2014，23（4）：461-467.

[7] 曹銀貴，周偉，喬陸印，等.青海省2000-2008年間城鎮建設用地變化及驅動力分析[J].干旱區資源與環境，2013，27（1）：40-46.

[8] 張雪茹，尹志強，姚亦鋒，等.安徽省城市建設用地變化及驅動力分析[J].長江流域資源與環境，2016，25（4）：544-551.

[9] 王曉峰，傅伯杰，蘇常紅，等.西安市城鄉建設用地時空擴展及驅動因素[J].生態學報，2015，35（21）：7139-7149.

[10] 董雋，臧淑英.大慶市城市土地利用變化的驅動機制[J].地理研究，2011，30（6）：1121-1128.

[11] 劉云剛，王豐龍.快速城市化過程中的城市建設用地規模預測方法[J].地理研究，2011，30（7）：1187-1197.

[12] 邱道持，劉力，曹蕾，等.城鎮建設用地控制模型研究：以重慶市為例[J].西南師范大學學報（自然科學版），2005，30（5）：944-948.

[13] 馮科，吳次芳，韓昊英，等.杭州市土地利用總體規劃的建設用地控制成效研究：界線評價法的引進與實踐[J].自然資源學報，2010，25（3）：376-385.

[14] 冉清紅，岳云華，謝德體，等.中國耕地警戒值的測算與討論[J].資源科學，2007，29（3）：158-164.

[15] 趙晶，徐建華，梅安新，等.上海市土地利用結構和形態演變的信息熵與分維分析[J].地理研究，2004，23（2）：137-146.

[16] 黃賢金，濮勵杰，彭補拙.城市土地利用變化及其響應：模型構建與實證研究[M].北京：科學出版社，2008：62-64.

[17] 王惠文.偏最小二乘回歸方法及其應用[M].北京：國防工業出版社，1999.