朱 琳, 程久苗※,金 晶,費羅成,程 建,3
(1.安徽師范大學地理與旅游學院,安徽蕪湖 241003; 2.蕪湖市國土資源局征地和土地整理開發復墾中心,安徽蕪湖 241005; 3.中國農業大學土地科學與技術學院,北京 100193)
城市作為自然環境與人類社會相互作用最為顯著的人地關系地域系統。改革開放以來,我國工業化、城鎮化進程快速推進,截至2017年城鎮化率已達58.52%。在城鎮化快速發展過程中,其內部“三生”用地(生產用地、生活用地、生態用地)之間爭奪與沖突也日趨激烈。黨的“十九大”報告明確指出要為人民創造良好的生產、生活和生態環境。明晰城市“三生”用地結構特征及影響因素已成為科學編制國土規劃、優化用地布局的基礎性工作。
近年來,學界對“三生”用地的關注度日益提高,就其內涵、分類和空間格局等方面展開了大量研究并取得了諸多成果。在“三生”用地內涵界定方面,學界主要從城市視角[1-2]、鄉村視角[3-4]和城鄉綜合視角[5-10]展開。在“三生”用地分類上,學界大體形成基于土地利用分類[8,11-14]和城市用地分類[5, 15]的兩種不同分類思路。在“三生”用地結構空間格局研究方面,張紅旗[8]、劉長青[16]、陶慧[17]和劉繼來[18]等都進行了不同程度的研究。在研究方法上,主要包括指標評價法[9]、GIS空間分析法[8, 19, 20]、構建指標體系和GIS空間分析“二合一”綜合分析法[1, 9, 17]等。以上已有研究成果為“三生”用地的后續研究奠定了堅實基礎。然而,當前對全國尺度城市“三生”用地結構空間格局及影響因素的綜合研究則較少。文章選取全國284個地級市為研究對象,綜合運用GIS空間分析法擬合城市“三生”用地結構的空間格局,并進一步通過主成分法和多元線性回歸模型探討其影響因素,在此基礎上提出城市“三生”用地結構的優化路徑。
關于“三生”用地內涵,學者們做了大量研究,李廣東[1]認為城市生活功能具體細分為空間承載與避難功能、物質生活保障功能和精神生活保障功能,居住承載、交通承載、存儲承載和公共服務承載功能是維持城市和區域系統運行的基底。易秋園[2]認為城市土地生產功能包括工業產品輸出和第三產業的服務產出,生態功能指城市范圍內具有生物保育、氣候調節、保持水土等功能的土地。土地資源是人類在生產生活過程中不可缺少且無法替代的一種生產生活資料,其最根本的職能是滿足人類生存和發展的各種需求。基于已有研究成果作者認為城市生產用地指承載社會生產經營活動并提供工業產品以及第三產業所涵蓋的各種服務產出的功能性用地; 城市生活用地指維持城市系統運行所需的居住、交通、公共服務功能性用地; 城市生態用地指保障人類可持續生活、維護城市生態環境健康的功能性用地。
城市土地是一個多功能綜合體,具有主體功能性[21, 22]。該文在國內已有分類方法的基礎上,以突出城市土地的主體功能性和城市“三生”用地分類的系統性為主要原則,依據《城市用地分類與規劃建設用地標準(GB50137-2011)》構建城市“三生”用地分類體系(表1)。
表1 城市“三生”用地分類體系

“三生”用地城市建設用地類型內容生產用地工業用地工礦企業的生產車間、庫房及其附屬設施用地,包括專用鐵路、碼頭和附屬道路、停車場等用地,不包括露天礦用地物流倉儲用地物資儲備、中轉、配送等用地,包括附屬道路、停車場以及貨運公司車隊的站場等用地商業服務業設施用地商業、商務和娛樂等設施用地 生活用地居住用地住宅和相應服務設施用地公用設施用地供水、供電、供燃氣和供熱等設施用地道路與交通設施用地城市道路、交通設施等用地 公共管理與公共服務用地行政、文化、教育、體育和衛生等機構和設施的用地,生態用地綠地與廣場用地公園綠地、防護綠地和廣場等公共開放空間用地
2.1.1 數據來源
該文研究時點為2014年,研究對象為全國地級以上城市,剔除樣本數據不全的城市(廣州市、拉薩市、三沙市、銅仁市、海東市、昌都市和喀則市),選取其中284個城市為研究樣本。樣本數據主要來源于《中國城市建設統計年鑒(2014年)》和《中國城市統計年鑒(2015年)》以及其他相關統計年鑒的數據。
2.1.2 數據標準化處理
在分析城市“三生”用地結構的影響因素中,為了消除變量量綱不同的影響,使用標準化處理法對原始數據進行數據無量綱化,其公式為:

(1)

不同等級城市的“三生”用地結構空間格局及影響因素具有差異性。根據《國務院關于調整城市規模劃分標準的通知》(國發[2014]51號),以城區常住人口為統計口徑,將284個城市劃分為6個級別(表2),其中,特大城市包括上海、北京和南京等11個城市; I型大城市包括哈爾濱、杭州、西安和長春等12個城市; Ⅱ型大城市包括蘇州、廈門和南昌等59個城市; 中等城市包括秦皇島、湖州和九江等100個城市; I型小城市包括景德鎮、漢中和上饒等91個城市; Ⅱ型小城市包括麗江、金昌和慶陽等11個城市(表2)。
表2 城市等級劃分

城市等級常住人口(萬人)城市數量特大城市≥50011I型大城市300~50012Ⅱ型大城市100~30059中等城市50~100100I型小城市20~5091Ⅱ型小城市<2011 注:該文以《中國城市建設統計年鑒2014》地級以上城市城區人口和城區暫住人口合計數作為城區常住人口
在統計學中,如果數據是來自正態分布的總體,一般而言68%、95%、99%的個案分別是落在離均值1、2、3個標準偏差的范圍內[26]。介于全國284個地級以上城市的生產、生活與生態用地結構數據均符合正態分布,該文將離均值1個標準偏差的范圍作為適合全國多數地級以上城市“三生”用地結構的一般規律取值范圍,具體見圖1。

圖1 城市“三生”用地結構的一般規律取值范圍對比
總體來看(圖1a),除I型小城市生產用地結構和Ⅱ型小城市生態用地結構外,城市生產、生活、生態用地占城市建設用地的比重大致為30%、60%、10%。城市生產、生活、生態用地數量存在明顯差異:其中城市生活用地比重最大,面積約是城市生產用地的2倍,城市生態用地則比重最小。
按城市規模來看,規模越大的城市生產用地所占的比例越大(圖1b):其中Ⅱ型小城市生產用地結構一般在20%~25%之間,I型小城市一般在15%~35%之間,其他城市一般在25%~35%之間; 而規模越大的城市生活用地所占的比例越小(圖1c),其中小城市生活用地結構一般在50%~70%之間,其他城市一般在50%~65%之間; 至于城市生態用地結構(圖1d),不同規模城市生態用地結構基本都處于5%~15%之間,其中特大城市生態用地結構一般在5%~10%之間,I型大城市一般在10%左右, Ⅱ型小城市一般在10%~15%之間,其他城市一般在5%~15%之間。
中國城市生產用地結構呈現“東高西低、沿海高于內陸”的空間分布特征(圖2a)。城市生產用地占比與經濟發展水平大致呈正相關關系,且與經濟發展歷程息息相關。其中,“熱點區”主要分布在遼中南城市群、山東半島城市群、武漢城市群、長三角城市群、珠三角城市群。改革開放后,我國東部沿海地區憑借良好的區位優勢率先崛起,產業規模居全國較高水平,城市生產用地占比較高; 東北是我國老工業基地,部分地區生產用地占比也較內陸略高。

圖2 中國城市“三生”用地結構分析
中國城市生活用地結構呈現“中部高,東西部低”的空間分布特征,即“熱點區”呈“Y”型集聚(圖2b)。新疆、甘肅一帶城鎮化進程處于中低階段,人口規模和經濟發展水平低,生活用地需求小,故城市生活用地占比偏低; 同時,東部沿海地區和長江中下游城市城鎮化進程處于較高階段,二、三產業集聚,用地結構多元化,城市生活用地絕對數量大但占比偏低。由此可見,城鎮化水平、經濟水平高的地區,生活用地占比同樣偏低。
中國城市生態用地結構呈現“東低西高”的空間分布特征,生態用地占比高的城市主要分布在胡煥庸線西側(圖2c)。改革開放初期,“三北”防護林重點工程在我國啟動,近些年工程區生態環境整體得到改善[29],故三北及附近地區大部分城市生態用地占比較高。我國環長株潭城市群、北部灣城市群、珠三角城市群和長三角城市群為人口密集經濟發達型地區,生產和生活用地對生態用地擠壓嚴重,故城市生態用地占比較低。
根據已有研究成果[30, 31, 32],選取2014年城市常住人口(x1)、人均GDP(x2)、城市化率(x3)、固定資產投資額(x4)、社會消費品零售額(x5)、第二產業產值比重(x6)、第三產業產值比重(x7)、工業生產總值(x8)、人均綠地面積(x9)、人均居住面積(x10)和人均城市道路面積(x11)共11個城市指標。在主成分分析的基礎上進行多元線性回歸分析,以探析不同規模城市“三生”用地結構的影響因素。
4.1.1 主成分分析
為了消除各指標變量間的相關關系,客觀地認識城市“三生”用地結構的影響因素,運用主成分法對已標準化的數據進行統計分析。其公式為:
(2)
式(2)中,z1,z2,…,zp分別稱為原影響因素x1,x2,…,xn的第1,第2,…,第p(p≤n)個主成分。確定主成分就是確定原始變量x1,x2,…,xn在各主成分z1,z2,…,zp上的載荷lij(i=1, 2,…,p;j=1, 2,…,n)。它們分別是x1,x2,…,xn的相關矩陣的p個較大的特征值對應的特征向量。
4.1.2 多元線性回歸分析
在進行多元線性回歸分析前,首先引入信息熵的概念。信息熵反映區域土地利用的均衡程度,熵值越高,表明土地分布越均衡; 當區域各類用地面積相等,熵值達到最大,表明區域土地利用達到均衡狀態。公式如下:
(3)
式(3)中,h為“三生”用地的信息熵,qi為第i類型用地所占比例。
11個經濟社會等因素直接影響城市“三生”用地結構,從而間接影響信息熵。故該文以信息熵為因變量, 11個指標為自變量進行多元線性回歸分析。其表達式為:

(4)
式(4)中:y為因變量;a為常數項;bi為自變量的回歸系數;xi為自變量;ε為隨機誤差項。
4.2.1 特大城市“三生”用地結構影響因素
根據所選取的指標建立矩陣,對已標準化處理的數據進行主成分分析。在此基礎上選取3個主成分載荷中絕對值最大者x1、x2、x6、x7、x10、x11等因子作為代表進行多元線性回歸分析,以說明指標因子與特大城市“三生”用地結構之間的關系,得到回歸結果(表3)。由表3可知,特大城市“三生”用地結構影響因素回歸方程擬合優度為R2=0.925,且通過1%的顯著性檢驗,自變量對因變量的解釋度約為93%,其擬合回歸方程為:
y=1.686-0.734x1+0.890x2+0.610x6+0.649x7-0.463x10-0.346x11
(5)
表3 特大城市“三生”用地結構影響因素的回歸分析

變量非標準化系數標準系數tSig.B標準誤差Beta(常量)1.6860.11616.5210.000x1-0.734 0.009 0.876 9.486 0.001 x20.890 0.003 0.965 11.563 0.000 x60.610 0.003 0.798 7.012 0.003 x70.649 0.005 0.813 7.568 0.000 x10-0.463 0.004 0.528 4.361 0.002 x11-0.346 0.002 0.352 2.513 0.000 調整R20.925Sig.0.000
綜上分析,我國特大城市“三生”用地結構受常住人口、人均GDP、第二產業產值比重、第三產業產值比重、人均居住面積和人均城市道路面積影響顯著,影響程度大小依次為人均GDP>常住人口>第三產業產值比重>第二產業產值比重>人均居住面積>人均城市道路面積。其中,人均GDP、第二產業產值比重和第三產業產值比重具有正向影響作用,而常住人口、人均居住面積和人均城市道路面積具有負向影響作用。
4.2.2 I型大城市“三生”用地結構影響因素
利用統計軟件spss對數據進行分析計算,經KMO檢驗后,最后得出旋轉后的主成分載荷矩陣。在此基礎上選取3個主成分載荷中絕對值最大者x4、x5、x6、x7、x10等因子作為代表進行多元線性回歸分析,以揭示I型大城市“三生”用地結構的影響因素,得到回歸結果(表4)。由表4可知,I型大城市“三生”用地結構影響因素回歸方程擬合優度為R2=0.962,且通過1%的顯著性檢驗,自變量對因變量的解釋度約為96%,其擬合回歸方程為:
y=0.589+0.079x4+0.057x5+0.093x6+0.091x7-0.029x10
(6)
綜上分析,固定資產投資額、社會消費品零售額、第二產業產值比重、第三產業產值比重和人均居住面積對我國I型大城市“三生”用地結構影響較為顯著,影響程度大小依次為第二產業產值比重>第三產業產值比重>固定資產投資額>社會消費品零售額>人均居住面積。其中僅人均居住面積對因變量有負向影響。
表4 I型大城市“三生”用地結構影響因素的回歸分析

變量非標準化系數標準系數tSig.B標準誤差Beta(常量)0.5890.00113.4530.000x40.0790.0020.5028.5620.002x50.0570.0040.3917.0010.000x60.0930.0020.67213.0210.005x70.0910.0010.61210.3150.000x10-0.0290.0060.3013.0680.000調整R20.962Sig.0.000
4.2.3 Ⅱ型大城市“三生”用地結構影響因素
對已經過標準化處理的因子進行主成分分析,經過KMO檢驗后,得到旋轉后的主成分載荷矩陣。同樣選取3個主成分載荷中絕對值最大者x5、x6、x10、x11等因子進行多元線性回歸分析,以辨析Ⅱ型大城市“三生”用地結構的影響因素,得到回歸結果(表5)。由表5可知, Ⅱ型大城市“三生”用地結構影響因素回歸方程擬合優度為R2=0.943,且均通過1%的顯著性檢驗,自變量對因變量的解釋度約為94%,其擬合回歸方程為:
y=0.897+0.026x5+0.035x6-0.019x10-0.020x11
(7)
表5 Ⅱ型大城市“三生”用地結構影響因素的回歸分析

變量非標準化系數標準系數tSig.B標準誤差Beta(常量)0.8970.004168.1510.000x50.0260.0050.1982.9480.003x60.0350.0010.3725.5010.000x10-0.0190.002-0.235-1.5450.004x11-0.0200.004-0.371-2.7280.000調整R20.943Sig.0.000
綜上分析,對Ⅱ型大城市“三生”用地結構影響較為顯著的因子有社會消費品零售額、第二產業產值比重、人均綠地面積、人均居住面積和人均城市道路面積。且影響程度為第二產業產值比重>社會消費品零售額>人均城市道路面積>人均居住面積。其中社會消費品零售額和第二產業產值比重具有正向影響,而人均居住面積和人均城市道路面積具有負向影響。
4.2.4 中等城市“三生”用地結構影響因素
對中等城市的因子進行主成分分析,第一主成分、第二主成分、第三主成分的累積貢獻率分別為56.023%、79.685%、87.592%,且KMO值為0.752。故在此基礎上選取3個主成分載荷中絕對值最大者x5、x6、x9、x10、x11等因子參與多元線性回歸分析,以探析中等城市“三生”用地結構的影響因素,得到回歸結果(表6)。據表6,中等城市“三生”用地結構影響因素回歸方程擬合優度為R2=0.901,且均通過1‰的顯著性檢驗,自變量對因變量的解釋度約為90%,其擬合回歸方程為:
y=0.882-0.031x5+0.041x6+0.038x7+0.079x9-0.057x10
(8)
表6 中等城市“三生”用地結構影響因素的回歸分析

變量非標準化系數標準系數tSig.B標準誤差Beta(常量)0.8820.005167.6690.000x5-0.0310.006-0.232-2.9030.000x60.0410.0120.4733.5100.000x70.0380.0120.4403.2700.000x90.0790.0060.92012.5350.000x10-0.0570.006-0.665-8.8990.000調整R20.901Sig.0.000
綜上分析,中等城市“三生”用地結構影響因素主要為社會消費品零售額、第二產業產值比重、第三產業產值比重、人均綠地面積、人均居住面積,且影響程度依次為人均綠地面積>人均居住面積>第二產業產值比重>第三產業產值比重>社會消費品零售額。其中第二產業產值比重、第三產業產值比重和人均綠地面積具有正向影響,社會消費品零售額和人均居住面積具有負向影響。
4.2.5 I型小城市“三生”用地結構影響因素
將指標數據標準化處理后,對其進行主成分分析,經KMO檢驗后,減少了冗余數據和重疊數據,最后輸出具有4個主成分的旋轉載荷矩陣。在此基礎上選取主成分中的絕對值最大者x5、x6、x9、x10等指標進入多元線性回歸分析,以揭示I型小城市“三生”用地結構的主要影響因素,得到回歸結果(表7)。據表7,其回歸方程擬合優度為R2=0.896,且均通過1%的顯著性檢驗,自變量對因變量的解釋度約為90%,其擬合回歸方程為:
y=0.481+0.360x5-0.266x6+0.206x9-0.169x10
(9)
表7 I型小城市“三生”用地結構影響因素的回歸分析

變量非標準化系數標準系數tSig.B標準誤差Beta(常量)0.4810.02320.6530.000x50.3600.1661.1615.1720.003x6-0.2660.159-0.897-2.6750.001x90.2060.0280.6947.4580.000x10-0.1690.027-0.568-6.1830.000調整R20.896Sig.0.000
綜上分析,社會消費品零售額、第二產業產值比重、人均綠地面積和人均居住面積對I型小城市“三生”用地結構有顯著影響,且影響程度具有差異,分別為人均綠地面積>人均居住面積>社會消費品零售額>第二產業產值比重。其中社會消費品零售額和人均綠地面積為正向影響,第二產業產值比重和人均居住面積則為負向影響。
4.2.6 Ⅱ型小城市“三生”用地結構影響因素
將已標準化處理的指標數據輸入到主成分模型中,經過KMO等一系列檢驗后,最終輸出主成分因子旋轉載荷矩陣。在此基礎上選取3個主成分載荷中絕對值最大者x1、x5、x8、x9、x10等因子進行多元線性回歸分析,以明晰Ⅱ型小城市“三生”用地結構的主要影響因素,得到回歸結果(表8)。據表8,其回歸方程擬合優度為R2=0.973,且均通過5%的顯著性檢驗,自變量對因變量的解釋度約為97%,其擬合回歸方程為:
y=0.840+0.123x1+0.128x5+0.086x6-0.208x8+0.327x9-0.332x10
(10)
表8 Ⅱ型小城市“三生”用地結構影響因素的回歸分析

變量非標準化系數標準系數tSig.B標準誤差Beta(常量)0.8400.01085.5390.000x10.1230.0210.6495.5300.010x50.1280.0150.6798.3350.004x60.0860.0160.5894.8270.000x8-0.2080.038-1.099-5.5380.012x90.3270.0271.72512.1290.001x10-0.3320.030-1.752-10.9430.002調整R20.973Sig.0.000
綜上分析,對Ⅱ型小城市“三生”用地結構影響顯著的變量有常住人口、社會消費品零售額、第二產業產值比重、工業生產總值、人均綠地面積和人均居住面積,影響程度大小依次為人均綠地面積>人均居住面積>社會消費品零售額>工業生產總值>常住人口>第二產業產值比重。其中僅工業生產總值和人均居住面積具有負向作用。
從不同規模城市“三生”用地結構的主要影響因素(表9)可以看出:對Ⅱ型及以上規模大城市影響程度最大的因子為經濟因素和產業結構,對中等及以下規模城市影響程度最大的因子為生態環境和基礎設施。
(1)經濟因素是影響城市“三生”用地結構的根本動力,且對各規模城市均有顯著影響。城市的一切經濟活動均以土地為空間載體,特大城市經濟因素主要體現在人均GDP,而特大城市規模以下城市經濟因素主要體現在社會消費品零售額和工業化水平方面。改革開放后,我國經濟保持了9.6%的高增長,經濟的快速發展不僅推動了城市對建設用地的強烈需求,且內部“三生”用地結構空間布局亦會隨之變化。
(2)產業結構是影響城市“三生”用地結構的直接動力。城市經濟發展以城市產業結構的不斷升級為基礎,由于不同產業對土地區位、數量和質量有著不同要求,在產業升級調整過程中,城市“三生”用地布局需在各產業間做出相應調整。大城市經濟發達,產業規模居全國較高水平,產業結構對大城市“三生”用地結構影響較顯著。小城市由于人口規模和產業規模較小,因此產業結構對小城市的“三生”用地結構影響程度較小。
(3)基礎設施水平對各規模城市均有顯著影響。基礎設施是城市發展的基礎,也是人們生產生活的必要保障。隨著新型城鎮化的推進,城市對交通設施的要求日益提高,便捷的交通不僅可以提高人們的出行效率,也將對城市“三生”用地結構的空間布局產生巨大影響,如地鐵站帶動了周圍一定范圍內居住用地、商服用地和公共設施用地等的發展。
(4)生態環境是城市“三生”用地結構的重要影響因素。城市發展的最終目標是為人們提供良好的生產與生活環境。伴隨生活水平提高而來的是人們對生態環境等方面的追求,綠地則是衡量城市生態環境的重要標準。中等城市和小城市的人口規模、產業發展和開發強度等相對大城市有限,生態用地較大城市占比高,故生態環境對小城市“三生”用地結構影響較顯著。
(5)城市人口是影響城市“三生”用地結構顯著因素之一。21世紀以來,我國城市化發展迅速,農村大量剩余勞動力向城市集中,城市生產、生活用地需求急劇上升,進而導致“三生”用地結構發生變化。特大城市人口規模和人口密度大,對人口增速較敏感。而Ⅱ型小城市人口規模較小,城市發展速度可能受人口限制。故城市人口對特大城市和Ⅱ型小城市影響較其他城市明顯。
表9 不同規模城市“三生”用地結構主要影響因素比較

城市級別人口(萬人)1234特大城市≥500經濟因素城市人口產業結構基礎設施水平I型大城市300~500產業結構經濟因素基礎設施水平─Ⅱ型大城市100~300產業結構經濟因素基礎設施水平─中等城市50~100生態環境基礎設施水平產業結構經濟因素I型小城市20~50生態環境基礎設施水平經濟因素產業結構Ⅱ型小城市<20生態環境基礎設施水平經濟因素產業結構、城市人口
(1)生產用地占比高的城市多分布在沿海發達的大型城市群內,占比低的城市多分布在內陸欠發達的城市群內。城市生產用地占比與城市經濟發展水平大體呈正相關關系; 生活用地占比高的城市多分布在中部地區,占比低的城市多分布在東部沿海發達區域和西部欠發達區域。城市生活用地占比與人口規模、城鎮化水平和經濟發展水平有較大相關性; 生態用地占比高的城市主要分布在城鎮化水平較低的城市群內,占比高的城市多分布在城鎮化水平較高的城市群內。城市生態用地占比與城鎮化水平大致呈負相關關系。
(2)經濟因素是影響城市“三生”用地結構的根本動力,對各規模城市均有顯著影響,影響程度大小與城市規模基本呈正相關。產業結構是影響城市“三生”用地結構的直接動力,對小城市的影響程度最小。基礎設施水平是城市“三生”用地結構主要影響因素,其影響程度與城市規模大小呈負相關。生態環境是城市“三生”用地結構的重要影響因素,僅對中等城市和小城市有顯著影響,且影響程度最大。城市人口是影響“三生”用地結構的顯著因素之一,僅對特大城市和Ⅱ型小城市有顯著影響。
(1)不同規模城市對“三生”用地的利用存在差異[18],且城市“三生”用地內部各地類的排他性和競爭性不統一,導致各類城市“三生”用地占比不一致[33]。生態用地和生活用地中的公共設施、公共服務等用地由于經濟效益較低,沒有得到足夠重視; 而生活用地中的居住用地和生產用地能夠給當地帶來最大化的財政收入,是城市發展中的優先選擇地類。未來我國城市“三生”用地結構的空間布局需要因“市”制宜,根據不同城市的特征推進差別化的城市“三生”用地結構優化發展戰略,為居民創造宜居的生產生活環境。
(2)城市“三生”用地結構本質上是人地關系地域系統演進和分異的結果[18],目前,僅是初探了中國城市“三生”用地結構的空間格局,還需對中國城市“三生”用地結構的演進特征進行進一步完善。不同類型城市之間可能存在“推”與“拉”的相互關系,部分大城市也可能存在“溢出效應”或“磁場效應”。文章在定量分析城市“三生”用地結構影響因素的過程中未考慮到城市之間的依賴性和相關性,有待后續深入。