吉林省城市建設(shè)用地擴張時空特征及驅(qū)動因素分析

劉寶濤,劉惠清2,郭 佳3，陳婧怡

(1.吉林農(nóng)業(yè)大學 經(jīng)濟管理學院,吉林 長春130118;2.東北師范大學 地理科學學院,吉林 長春130024;3.長春市國土資源局 長春新區(qū)分局,吉林 長春130000)

1 引言

土地利用/土地覆被變化(LUCC)是國內(nèi)外土地科學研究領(lǐng)域的前沿熱點問題[1]。我國目前已經(jīng)進入快速城鎮(zhèn)化、工業(yè)化時期,城市建設(shè)用地擴張成為城市土地利用變化的主要特征。但是城市建設(shè)用地快速擴張在為城市發(fā)展提供空間承載的同時,也引發(fā)了一系列問題:城市擴張蠶食良田,威脅糧食安全;征地拆遷引發(fā)失地農(nóng)民不滿,威脅社會穩(wěn)定;城市無序蔓延加劇環(huán)境污染、交通擁堵,威脅資源環(huán)境與生態(tài)安全等。在此背景下,城市建設(shè)用地擴張及其機理受到了政府部門、學術(shù)領(lǐng)域和社會公眾的廣泛關(guān)注[2]。

目前國內(nèi)外關(guān)于城市建設(shè)用地相關(guān)研究成果較為豐富。研究內(nèi)容上,主要包括城市建設(shè)用地擴張趨勢、驅(qū)動機制、擴張預(yù)測等方面研究[2,3];研究技術(shù)上,運用GIS、RS軟件、DSR框架等研究其空間擴展特征[4-6];研究方法上,有因子分析法、回歸分析法、灰色關(guān)聯(lián)分析、成因分析方法、信息熵等方法探究其驅(qū)動機理[7-12];研究區(qū)域上,多以經(jīng)濟發(fā)達的單一城市、沿江、沿海城市群為主或典型生態(tài)脆弱區(qū)[13-15],較少涉及省域尺度研究,而至今尚無學者以吉林省開展研究[16,17]。

吉林省是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)之一，為八大牧區(qū)之一、六大林區(qū)之一,各地方自然環(huán)境、資源稟賦、城市發(fā)展、經(jīng)濟基礎(chǔ)等方面差異顯著。隨著新一輪東北振興政策的實施,以及未來新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃的引導,吉林省經(jīng)濟社會快速發(fā)展,城市建設(shè)用地需求加劇,城鄉(xiāng)空間形態(tài)優(yōu)化重構(gòu),勢必引發(fā)各地區(qū)都市城鎮(zhèn)區(qū)、農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)、生態(tài)主導區(qū)功能的互補和協(xié)同共生,引導區(qū)域人口分布、經(jīng)濟基礎(chǔ)與資源環(huán)境協(xié)調(diào)良性發(fā)展。因此，研究揭示吉林省城市建設(shè)用地擴張的時空特征,探究其驅(qū)動因素,對國家“一帶一路”建設(shè)、新一輪東北振興、吉林省社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、城市土地可持續(xù)利用的實現(xiàn)具有十分重要的意義[18-20]。

本文以吉林省為研究區(qū)域,引入擴張速度指數(shù)、擴張強度指數(shù),測算并分析了2000—2014年吉林省及9地市(州)城市(長春市、白城市、松原市、四平市、吉林市、遼源市、通化市、白山市和延邊州)建設(shè)用地擴張的時空特征,并運用灰色關(guān)聯(lián)分析法探究其驅(qū)動因素,為吉林省社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、城市土地可持續(xù)利用與規(guī)劃管理提供科學的決策依據(jù)和重要參考。

2 研究區(qū)概況

吉林省位于我國東北地區(qū)的中部,地理座標為121°38′—131°19′E、40°52′—46° 18′N,總面積18.74萬km2,轄1個副省級城市(長春市)、7個地級市(吉林市、四平市、遼源市、通化市、白山市、松原市、白山市)和1個延邊朝鮮族自治州(圖1)。

圖1 吉林省9地市(州)地理位置

2014年末,吉林省總?cè)丝诩s2752.38萬人,地區(qū)生產(chǎn)總值13803.81億元,按可比價格計算比2013年增長了6.5%。吉林省地貌形態(tài)差異顯著,主要表現(xiàn)為東南高、西北低。中部以大黑山西麓為界；東部為長白山地、低山丘陵,植被以森林為主;西部為松遼平原腹地，主要以森林草原、草原為主。吉林省河流分布不均,東部多,西部較少。吉林省氣候差異較顯著,東部濕潤多雨,屬溫帶季風氣候；西部氣候干燥,屬典型大陸性氣候。吉林省中部黑土肥沃,是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū);東部森林覆蓋率較高,是我國六大林區(qū)之一;西部草地資源豐富,是我國八大牧區(qū)之一。

3 研究方法與數(shù)據(jù)來源

3.1 研究方法

擴張速度指數(shù)(ESIi):擴張速度指數(shù)主要表示城市建設(shè)用地的年均擴張率。即城市建設(shè)用地擴張的速度和趨勢,其絕對值表示速度,符號表示趨勢[3,8]。

公式為:

(1)

式中,Ao為研究起始年建設(shè)用地的面積;At為第t年建設(shè)用地面積;Δt為時間跨度。

擴張強度指數(shù)(EIIi):擴張強度指數(shù)是用各空間單元的面積對擴張速度進行標準化處理[3,8],便于對比各空間單元和分析空間差異,其大小表明區(qū)域城市建設(shè)用地擴張幅度。

公式為:

(2)

式中,Ao為研究區(qū)域研究起始年建設(shè)用地的面積;At為第t年建設(shè)用地面積;t為時間跨度(年);S為區(qū)域總土地面積。

灰色關(guān)聯(lián)分析:灰色關(guān)聯(lián)分析是根據(jù)因素之間發(fā)展態(tài)勢的相似或相異程度來衡量因素之間關(guān)聯(lián)程度的一種系統(tǒng)分析法[21]。本文結(jié)合吉林省實際情況,參照相關(guān)文獻,選取對建設(shè)用地擴展的有重要影響的驅(qū)動因子,運用應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)計算各驅(qū)動因子對城市建設(shè)用地擴張的灰色關(guān)聯(lián)度,得出各因子的相對重要性[21,22]。

3.2 數(shù)據(jù)來源

本文選取吉林省及其9地市(州)為主要研究對象,數(shù)據(jù)跨度為2000—2014年,所需社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)來源于相應(yīng)年份的《中國統(tǒng)計年鑒》、《中國城市統(tǒng)計年鑒》、《吉林統(tǒng)計年鑒》、《吉林省國土資源統(tǒng)計年報》和吉林省9地市(州)的統(tǒng)計年鑒、城鎮(zhèn)土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)和其他相關(guān)部門的統(tǒng)計資料和實地調(diào)查資料,部分缺失數(shù)據(jù)通過插補的方法獲得。

4 結(jié)果與分析

4.1 時序特征分析

測算2000—2014年吉林省及9地市(州)城市建設(shè)用地變化量、擴張速度指數(shù)、擴張強度指數(shù),結(jié)果見表1、圖2—4。

表1 2000—2014年吉林省9地市(州)城市建設(shè)用地變化量(km2)

圖2 吉林省城市建設(shè)用地變化趨勢

圖3 吉林省城市建設(shè)用地ESIi指數(shù)

隨著吉林省經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展,研究期內(nèi)城市建設(shè)用地經(jīng)歷了初期平緩擴張—中期快速擴張—后期平緩擴張的變化過程(圖1)。其中,2000—2003年吉林省城市建設(shè)用地擴張緩慢,由517.11km2增加到574.79km2,年均增加了19.23km2,擴張速度指數(shù)、擴張強度指數(shù)均持續(xù)偏低但波動較為明顯;2003年以后,隨著“東北振興”政策的實施,城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進程快速推進,吉林省城市建設(shè)用地進入快速擴張期,建設(shè)用地面積由2003年的574.79km2增加到2009年的854.83km2,年均增加了46.67km2,擴張速度指數(shù)、擴張強度指數(shù)持續(xù)快速提升;2009—2014年,吉林省城市建設(shè)用地擴張趨于緩慢,建設(shè)用地面積由854.83km2增加到1013.35km2,年均增加了31.70km2,擴張速度指數(shù)、擴張強度指數(shù)急劇下降并伴有小幅波動。究其原因主要與國土資源部提出的土地粗放型向節(jié)約集約利用型轉(zhuǎn)變的政策有關(guān),同時受當時全球金融危機的持續(xù)影響,出現(xiàn)區(qū)域市場萎縮、經(jīng)濟增長衰退等現(xiàn)象,城市建設(shè)用地擴張趨于放緩。

在研究期內(nèi),吉林省城市建設(shè)用地總量共增加了496.24km2,增長了近0.96倍,年均增長率為6.85%。吉林省中部地區(qū)的長春市、吉林市、遼源市分別增加了281.37km2、74.31km2、15.98km2,分別增長了近1.77倍、0.79倍、0.53倍;吉林東部地區(qū)的通化市、白山市、延邊州也分別增加了23.77km2、19.28km2、33.73km2,分別增長了近0.86倍、0.94倍、0.38倍;吉林西部地區(qū)的松原市、白城市、四平市分別增加了17.01km2、13.89km2、16.9km2,分別增長了近0.54倍、0.49倍、0.46倍。

圖4 2000—2014年吉林省城市建設(shè)用地EIIi指數(shù)

城市建設(shè)用地擴張主要有三種模式,即“圈層式、輻射式、跳躍式”[2]。從吉林省的省域尺度和市域尺度研究分析城市建設(shè)用地擴張的時序特征,均體現(xiàn)出城市建設(shè)用地擴張的一般模式,且具有明顯的階段性。2000—2003年,吉林省城市建設(shè)用地屬于平緩擴張初期,ESI(吉林省)指數(shù)、EII(吉林省)指數(shù)均值分別為3.4346%、0.0095%。在此期間,吉林省長春市、吉林市、遼源市、通化市兩指數(shù)均值均大于吉林省的同期均值,表現(xiàn)出由中心地區(qū)向兩翼城市遞減的“輻射式”擴展模式。2003—2009年,吉林省城市建設(shè)用地屬于快速擴張中期,ESI(吉林省)指數(shù)、EII(吉林省)指數(shù)均值分別為6.4844%、0.0228%。在此期間,吉林省長春市兩個指數(shù)的均值明顯高于吉林省的同期均值,表現(xiàn)出以省會城市長春為擴張熱點集聚中心,同時向周邊城市“階梯圈層式”擴展模式。2009—2014年,吉林省城市建設(shè)用地屬于平緩擴張后期,ESI(吉林省)指數(shù)、EII(吉林省)指數(shù)均值分別為4.3496%、0.0198%。在此期間,長春市兩個指數(shù)的均值均大于吉林省同期的均值,城市擴張?zhí)幱谙鄬Ψ€(wěn)定狀態(tài),其他地市(州)均表現(xiàn)出不同程度的擴張速度和擴張強度,而且吉林省四平市、白山市、松原市出現(xiàn)突變式的擴張速度,分別增長了6.0550%、4.7388%、4.7395,此階段為以長春市為擴張穩(wěn)定中心的“跳躍式”擴展模式。

綜上所述,吉林省城市建設(shè)用地擴張具有顯著的擴張時序性、階段性特征,建設(shè)用地總量呈初期平緩擴張—中期快速擴張—后期平緩擴張，城市建設(shè)用地的時序擴展過程與擴展模式反映出吉林“省域—市域”城市的成長、發(fā)展、成熟歷程。

4.2 空間特征分析

本文測算了吉林省9地市(州)城市建設(shè)用地在2000—2005年、2005—2010年、2010—2014年3個時期的擴張速度指數(shù)和擴張強度指數(shù)。同時,根據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)理統(tǒng)計特征,將吉林省3個時期9地市(州)城市建設(shè)用地擴張速度指數(shù)和擴張強度指數(shù)劃分為5個等級,以此揭示其空間擴張?zhí)卣鱗23],結(jié)果見表2、圖5—圖10。

表2 城市建設(shè)用地擴張分級標準

圖5 2000—2005年吉林省9地市(州)城市建設(shè)用地ESIi指數(shù)

圖6 2000—2005年吉林省9地市(州)城市建設(shè)用地EIIi指數(shù)

研究發(fā)現(xiàn),吉林省3個時期9地市(州)的城市建設(shè)用地擴張具有顯著的地域差異特征。隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展,吉林省的城市擴張也在持續(xù)、快速地推進?？傮w看來,吉林省建設(shè)用地以長春市為中心向周圍城市放射狀擴張,中部城市快于兩翼城市,東部城市快于西部城市,且表現(xiàn)出明顯的時序空間格局差異遞減特征。

第一階段：吉林省城市建設(shè)用地擴張主要以長春市、吉林市為中心,帶動周邊城市建設(shè)擴張。尤其是在“十五”期間,吉林省重點建設(shè)長吉經(jīng)濟走廊,促進了長吉林都市區(qū)的快速擴張,刺激了周圍地區(qū)發(fā)展,在此階段還表現(xiàn)出相同擴張級別城市的局部非均衡集聚現(xiàn)象。此外,吉林省通化市建設(shè)用地高速度—較低強度擴張?zhí)卣饔葹轱@著。

第二階段：吉林省城市建設(shè)用地擴張以長春市為增長極,呈現(xiàn)以組團式擴張為主,輔以零星分布的特征,且表現(xiàn)出向東偏移態(tài)勢。究其原因,主要是“十一五”期間長吉圖先導區(qū)建設(shè)戰(zhàn)略的實施,促使吉林省城市建設(shè)用地擴張向東部地區(qū)偏移,且地域差異性有所減小。

第三階段：吉林省除長春市、四平市、遼源市外,其他地區(qū)城市建設(shè)用地擴張明顯,且逐漸向西部地區(qū)偏移。在此期間吉林省西部地區(qū)強化農(nóng)畜產(chǎn)品加工業(yè)發(fā)展,積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),加強土地整治,優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu),帶動了吉林省西部地區(qū)城市建設(shè)用地的迅速擴張?？傊?吉林省城市建設(shè)用地呈現(xiàn)出中部率先擴張、東部中后期顯著擴張、西部后期迅速擴張的地域特征,且各地市(州)地域差異性日趨縮小,城市建設(shè)用地趨向均衡、穩(wěn)定的擴張態(tài)勢。

圖7 2005—2010年吉林省9地市(州)城市建設(shè)用地ESIi指數(shù)

圖8 2005—2010年吉林省9地市(州)城市建設(shè)用地EIIi指數(shù)

圖9 2010—2014年吉林省9地市(州)城市建設(shè)用地ESIi指數(shù)

圖10 2010—2014年吉林省9地市(州)城市建設(shè)用地EIIi指數(shù)

5 驅(qū)動因素

城市建設(shè)用地擴張受到一系列自然、社會、經(jīng)濟、政策等因素的綜合影響。由于自然因素、政策因素、制度因素的主觀性和復(fù)雜性,不易量化處理,但這類因素通過影響社會經(jīng)濟發(fā)展共同驅(qū)動城市擴張。因此,本文結(jié)合吉林省實際情況,參考國內(nèi)相關(guān)權(quán)威文獻[15-17],選取對城市建設(shè)用地擴張有重要影響的社會經(jīng)濟驅(qū)動因子,共選取GDP(X1),第二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重(X2),第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重(X3),總?cè)丝?X4),非農(nóng)業(yè)人口比重(X5),城鎮(zhèn)化率(X6),全社會固定資產(chǎn)投資額(X7)7個指標,對吉林省城市建設(shè)用地擴張驅(qū)動因子進行定量分析,測算各因子與吉林省城市建設(shè)用地面積(X0)的灰色關(guān)聯(lián)度,以探究其主要驅(qū)動因素(表4)。

表4 吉林省城市建設(shè)用地擴張與驅(qū)動因子的關(guān)聯(lián)度

研究發(fā)現(xiàn),各驅(qū)動因子與吉林省建設(shè)用地擴張間的灰色關(guān)聯(lián)度大于0.5,說明之間的關(guān)聯(lián)程度顯著。按照r值大小排序:第二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重(X2)>城鎮(zhèn)化率(X6)>非農(nóng)業(yè)人口比重(X5)>總?cè)丝?X4)>第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重(X3)> GDP(X1)>全社會固定資產(chǎn)投資額(X7)。第二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重、城鎮(zhèn)化水平和非農(nóng)業(yè)人口比重是推動城市建設(shè)用地擴張進程的主要驅(qū)動因素,其他因素也有重要影響。

5.1 產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)即三次產(chǎn)業(yè)構(gòu)成及其比例關(guān)系,其結(jié)構(gòu)調(diào)整對城市建設(shè)用地擴張具有重要影響。以X3和X2來反映產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型。吉林省第二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重與建設(shè)用地的關(guān)聯(lián)度為0.9620,位居第一,表明第二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重是影響吉林省城市建設(shè)用地擴張的首要驅(qū)動因素。吉林省三次產(chǎn)業(yè)比從2000年的21.89∶43.95∶34.16轉(zhuǎn)變?yōu)?014年的11.04∶52.79∶36.17;第一產(chǎn)業(yè)比重不斷降低,第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)持續(xù)增到2011年出現(xiàn)回落,說明當前吉林省建設(shè)用地擴張主要是第二、三產(chǎn)業(yè)對建設(shè)用地引致需求,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化,與吉林省的實際情況相符。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,擴大第二、三產(chǎn)業(yè)用地規(guī)模,引致城市建設(shè)用地需求,同時農(nóng)村人口遷移,對城市居住和公共基礎(chǔ)設(shè)施需求提升,導致城市居住、道路、綠地及公共設(shè)施等用地日趨增長,區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整影響土地利用結(jié)構(gòu),其相關(guān)性日益增強。

5.2 城鎮(zhèn)化發(fā)展

城鎮(zhèn)化是人口遷移、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、土地及地域空間功能轉(zhuǎn)型的變化過程,城鎮(zhèn)化水平提高,對建設(shè)用地需求量也會增加。吉林省正處于快速城鎮(zhèn)化發(fā)展階段,其城鎮(zhèn)化率從2000年的49.66%增長到2014年的54.81%,城鎮(zhèn)化發(fā)展水平與城市建設(shè)用地擴張程度相適應(yīng),呈現(xiàn)相同增長趨勢。吉林省城鎮(zhèn)化率和城市建設(shè)用地面積的關(guān)聯(lián)度達0.9615,僅次于第二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重,說明吉林省城鎮(zhèn)化發(fā)展是城市建設(shè)用地擴張重要驅(qū)動因素。

5.3 人口因素

吉林省總?cè)丝诤头寝r(nóng)業(yè)人口比重與城市建設(shè)用地擴張灰色關(guān)聯(lián)度分別為0.9575和0.9600,位居第四和第三。吉林省總?cè)丝诤头寝r(nóng)業(yè)人口均在2011年達到極值后開始下降,這與吉林省城市建設(shè)用地擴張變化趨勢有一定相似性,說明人口因素是城市建設(shè)用地擴張的重要驅(qū)動因素。

5.4 經(jīng)濟增長

GDP和全社會固定資產(chǎn)投資額是反映經(jīng)濟因素的重要指標,兩者與吉林省城市建設(shè)用地擴張的灰色關(guān)聯(lián)度均達到0.6以上,表明經(jīng)濟增長與建設(shè)用地面積的關(guān)聯(lián)度顯著。期間，GDP增長了6.07倍,社會固定資產(chǎn)投資額增長了18.3倍,資金和投資結(jié)構(gòu)優(yōu)化為國家、省級重點項目建設(shè)與地方企業(yè)的大量興起提供了物資基礎(chǔ),加大了對工業(yè)用地、倉儲用地和基礎(chǔ)設(shè)施用地的需求,經(jīng)濟快速增長必然導致城市建設(shè)用地需求增加,加快城市建設(shè)用地步伐。

6 結(jié)論

本文引入擴張速度指數(shù)、擴張強度指數(shù),研究和分析了2000—2014年吉林省城市建設(shè)用地擴張時空特征,運用灰色關(guān)聯(lián)分析法探究其驅(qū)動因素。結(jié)果表明:①研究期內(nèi),吉林省城市建設(shè)用地擴張呈現(xiàn)明顯的時序性、階段性特征。吉林省建設(shè)用地總量經(jīng)歷了初期平緩擴張—中期快速擴張—后期平緩擴張的變化過程;9地市(州)城市建設(shè)用地呈現(xiàn)平緩擴張初期的“輻射式”擴張、快速擴張中期的“階梯圈層式”擴張;平緩擴張后期的“跳躍式”擴張。②3個時期吉林省9地市(州)城市建設(shè)用地擴張具有顯著的地域差異特征。中部初期率先擴張、東部中后期顯著擴張、西部后期迅速擴張的地域特征,且各地市(州)地域差異性日趨縮小,城市建設(shè)用地擴張趨向均衡、穩(wěn)定的擴張態(tài)勢。③研究期內(nèi),吉林省城市建設(shè)用地擴張驅(qū)動因子灰色關(guān)聯(lián)度均大于0.5,說明其關(guān)聯(lián)程度顯著。按照r值大小排序為:第二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重(X2)>城鎮(zhèn)化率(X6)>非農(nóng)業(yè)人口比重(X5)>總?cè)丝?X4)>第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重(X3)> GDP(X1)>全社會固定資產(chǎn)投資額(X7)。由此可知,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、城鎮(zhèn)化發(fā)展、人口因素、經(jīng)濟增長是吉林省城市建設(shè)用地擴張的重要驅(qū)動因素。