南京市城鎮用地擴張特征與驅動力分析

魏寧寧 林奕冉 周翼虎

摘要：揭示城鎮用地利用變化時空格局特征，剖析城鎮用地擴張的內在機制，是控制引導城鎮用地合理擴張的基礎。以南京市為研究區，采用擴張強度、景觀形狀指數、破碎度指數、分離度指數以及擴張方位分析等對南京市2000—2015年的城鎮用地時空變化格局特征進行定量描述;同時，采用曲線擬合模型定量分析城鎮用地擴張的驅動力。結果表明，2000年南京市城鎮用地面積、景觀形狀指數、破碎度指數和分離度指數分別為569.38 km2、165.96、1 696.74、0.999 4，到2015年分別為891.42 km2、138.29、227.45、0.995 6;15年來，南京市城鎮用地擴張強度為3.77%，主要向北西北、北東北方位擴張，擴張面積分別為123.88、103.78 km2;南京市城鎮用地擴張主要驅動力為人口增長、經濟發展、居民收入增加、固定資產投資、交通改善、土地政策和土地資源稟賦等因素。城鎮用地擴張特征的定量描述和驅動力分析將為城鎮用地合理配置提供理論和實際支持。

關鍵詞：城鎮用地擴張;時空特征;驅動力分析;擴張強度;景觀性狀指數;破碎度指數;分離度指數

中圖分類號：F323.211 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2021）16-0204-06

21世紀被稱為“城市的世紀”，世界城市人口在1900年占比僅為13.6%，2000年占比為47%，2018年占比達到了55%，到2050年，約68%的世界人口將定居在城市[1]。我國城鎮化起步較晚，1978年，改革開放以后，伴隨著工業化進程的加速，我國城鎮化發展經歷了一個起點低、速度快的發展過程。1978—2018年，城鎮常住人口從1.7億人增加到8.3億人，城鎮化率從17.92%提升到59.58%，年均提高1.04個百分點。伴隨著城鎮人口的增加，作為承載城鎮人口生活和生產活動的城鎮用地也迅速擴張[2]，越來越多的耕地、林地和農村居民點被占用。城鎮用地的擴張不僅影響城鎮的發展，而且影響區域糧食安全和生態環境[3]。因此，必須對城鎮用地擴張進行有效管理，其中，揭示城鎮用地利用變化時空格局特征，剖析城鎮用地擴張的內在驅動機制，是控制引導城鎮用地合理擴張的基礎。

城鎮用地擴張研究經歷了從定性描述到定量計算的過程[4]，眾多學者基于遙感系統（RS）、地理信息系統（GIS），利用定量指標對城鎮用地擴張的形態和方向、空間演變過程、農地非農化以及城鎮用地內部分化等一系列問題進行了廣泛的研究[5-14]。然而，已有研究對城鎮用地擴張時空變化特征描述較多，而對城鎮用地擴張的內在驅動機制分析不夠深入。城鎮用地擴張外在特征描述的是城鎮空間擴張后的結果，卻不能揭示各種因素對城鎮空間擴張這一過程的影響，因此，不僅需要描述城鎮用地擴張的外在特征，而且還需要深入剖析城鎮用地擴張的內在驅動機制，將現象描述和本質分析相結合，深化對城鎮空間擴張規律的研究。本研究利用RS和GIS作為數據提取和分析的方法，采用擴張強度、景觀形狀指數、破碎度指數、分離度指數以及擴張方位分析等對江蘇省南京市2000—2015年城鎮用地擴張的面積、強度、形態和方位等時空形態特征進行定量描述;然后，基于社會經濟統計數據，采用曲線擬合模型對城鎮用地擴張的驅動力進行定性和定量分析。

1 數據來源和研究方法

1.1 研究區域

南京市是江蘇省省會，是江蘇省政治、經濟、文化、科技、教育、金融中心，是我國長江經濟帶重要節點城市，也是我國長江三角洲城市群的特大城市。2018年，土地總面積6 587.02 km2，常住人口843.62萬人，常住城鎮人口695.99萬人，常住人口城鎮化率82.50%，地區生產總值12 820.40億元。

1.2 數據來源和處理

在城鎮用地擴張特征研究中，多時相遙感數據作為主要的空間數據源，采用2個不同時間階段（2000、2015年）的高質量衛星遙感數據。遙感圖像分類是獲取用地類型的關鍵步驟，本研究采用最大似然算法進行監督分類，初次分類主要分為建設用地、耕地、林地、草地、水域、未利用地;然而，由于筆者對城鎮用地擴張的研究需要將城鎮用地分離出來，因而需要在以上遙感數據解譯的基礎上對土地利用分類數據進行再分類和調整，根據本研究的需要，將研究區域土地分為2類：城鎮用地、其他用地，這樣有利于分清城鎮地域，消除多類別的干擾。在城鎮用地擴張內在驅動機制分析中，采用統計年鑒中的有關統計資料。

1.3 研究方法

城鎮用地擴張時空格局特征相關指數計算公式見表1。

城鎮用地擴張驅動力分析：城鎮用地擴張與驅動力因子關系的函數是：

式中：S表示城鎮用地規模;Di表示影響城鎮用地擴張的第i種驅動力因子。這里采用多種常用的曲線擬合模型，選擇擬合度最好（R2最大）的模型。

2 結果與分析

2.1 城鎮用地擴張時空格局特征分析

城鎮用地擴張強度指數表示單位時間內城鎮用地面積變化的幅度，是反映城鎮用地擴張變化的一個重要指標[15]，通過分析城鎮用地擴張強度指數可定量描述城鎮空間擴張的程度及速度。從對城鎮用地擴張速度與強度指標計算結果（表2）來看，整個研究時段（2000—2015年）南京市城鎮用地面積從2000年的569.38 km2增加到了2015年的891.42 km2，城鎮用地面積增加322.04 km2，增長了0.57倍，年均擴張規模達21.46 km2/年，擴張強度指數為3.77%，對應時期城鎮人口增長了0.54倍（2000年城鎮人口為 435.53 萬人，2015 年城鎮人口為670.40萬人），土地城鎮化快于人口城鎮化。

景觀形狀指數是反映地物形狀的參數，其值越小，地物形狀越規則;破碎度指數和分離度指數分別表征城鎮用地圖斑的破碎和分離程度，其值越小，地物越緊湊[16-17]。從計算結果（表3）可以看出，南京市城鎮用地的景觀形狀指數從2000年165.96下降到了2015年的138.29，說明南京市15年來城鎮用地形狀變得越來越規則，破碎度指數和分離度指數分別從2000年的1 696.74、0.999 4下降到2015年的227.45、0.995 6，表明15年來南京市城鎮用地擴張方式逐漸轉變為緊湊填充式擴張模式，破碎分散分布逐漸轉向聚集分布，但聚集程度不是很高，還有很大空間可以提升。僅從這2個指數可以發現，南京市城鎮用地空間開發集約程度雖然有所改善，但是很不明顯，未來城鎮用地擴張模式應該逐步加快轉變為內部填充式擴張，這利于城鎮用地的集約利用，也會對研究區域交通效率、城市功能運轉效率、生活質量、環境質量等方面產生積極影響。

從八分圓各象限內城鎮用地規模（圖1）來看，2000—2015年間，各象限內城鎮用地面積所占的比例均在不斷變化。其中，2000年北西北（NWN）象限內城鎮用地所占比例較大，達30.56%，而東南東（ESE）象限內城鎮用地所占比例最小，僅為1.58%，2000年各象限城鎮用地占比從大到小為NWN（30.56%）、NEN（22.76%）、WNW（16.32%）、SES（12.11%）、WSW（7.56%）、ENE（6.09%）、SWS（3.02%）、ESE（1.58%）。到2015年，北西北（NWN）和東南東（ESE）象限內的城鎮用地占比仍然維持最高和最低的態勢，各象限城鎮用地占比從大到小為NWN（33.86%）、NEN（26.28%）、WNW（13.80%）、SES（11.94%）、WSW（5.62%）、ENE（4.20%）、SWS（2.84%）、ESE（1.46%）。各象限城鎮用地占比呈現以上變化的原因主要在于15年來不同方位城鎮用地擴張規模各不相同。從圖1可以看出，2000—2015年南京市城鎮用地擴張規模最大的是北西北（NWN）象限，增長面積達 123.88 km2，其次為北東北（NEN）象限，增長面積為103.78 km2，而東南東 （ESE）象限內擴張的城鎮用地規模則最低，僅增長了4.09 km2，從而形成了各象限城鎮用地占比不斷變化的格局。

2.2 城鎮用地擴張的驅動力分析

了解城鎮用地擴張的內在驅動機制，對于指導合理的城鎮空間擴張至關重要。本研究結合南京市2000—2017年的社會經濟統計資料，定性與定量結合分析南京市城鎮用地擴張的主要驅動力。

對每一個自變量進行了10種（線性、對數、倒數、2次、3次、復合、冪、S、增長、指數）不同方程的曲線擬合估計，選取R2最大的方程作為最終的曲線擬合方程（表4）。

2.2.1 人口增長與城鎮用地擴張 城鎮人口的增加需要建造更多的建筑物，開發更多的土地來滿足人們居住、工作、娛樂等各方面需求，特別是二三產業從業人員的增加直接導致企業用地、交通用地、住房及公共基礎設施用地等用地規模需求的增加，這就意味著需要占用更多的土地資源，擴張更多的城鎮空間來滿足需求，所以說，城鎮人口增加會帶來城鎮用地規模的擴張。南京市城鎮化率從2000年的71.09%增加到2017年的82.29%，其城鎮常住人口從2000年的435.14萬人增加到了2017年的685.89萬人，二三產業從業人員則從2000年的196.96萬人增加到了2017年的473.47萬人。由表4和圖2三項式曲線擬合結果可以看出，城鎮人口、二三產業從業人員與城鎮用地高度相關，R2為0.990和0.987，圖2直觀地展示了影響城鎮用地擴張的人口增長驅動因素。

2.2.2 經濟發展與城鎮用地擴張 城鎮發展主要取決于其經濟實力，因此經濟發展是城鎮用地擴張的基礎。城鎮土地利用實際上是一個綜合性的經濟活動，城鎮用地作為二三產業經濟發展的空間載體，是產業集聚的核心區域，二三產業的集聚和發展會導致產業用地的大量需求，進而促進城鎮空間擴張。進入21世紀以來，南京市經濟發展迅速，2000年二三產業地區生產總值（可比價）為 966.29億元 2017年為11 092.18億元 比2000年增長了10.48倍。由2個參數之間關系的曲線擬合分析結果（表4、圖2）可知，最好的曲線估計模型應該是R2=0.999的二次項方程，通過曲線擬合，得到一個二項擬合方程為y=-2.430×10-6x2+0.063x+516.437，表明城鎮用地與二三產業GDP高度相關，城鎮經濟發展是城鎮用地擴張的關鍵驅動力。

2.2.3 居民收入與城鎮用地擴張 城鎮居民人均可支配收入增加，能擴大消費需求，進而拉動城鎮經濟增長，驅動城鎮用地擴張。南京市城鎮居民人均可支配收入2000年為8 232.48元，2017年為 54 538.00 元，比2000年增長了5.62倍。對南京市城鎮居民人均可支配收入與城鎮用地面積之間的關系進行了相關分析，結果表明，二者之間存在高度的相關性。通過曲線擬合得到優化后的三項式方程為y=-1.605×10-12x3+6.835×10-8x2+0.009x+507.526，R2為0.997，表明城鎮居民人均可支配收入增加導致城鎮用地規模增加。

2.2.4 固定資產投資與城鎮用地擴張 固定資產投資是拉動區域經濟增長的重要因素之一，在城鎮社會經濟發展過程中，需要增加投資尤其是二三產業固定資產的投資來滿足產能擴大化的需求，這就必然需要增加土地作為其承載空間，從而推動城鎮用地規模的擴張。2000年南京市二三產業固定資產投資為 408.15億元，2017年為6 192.56億元，比2000年增長了14.17倍。通過對2000—2017年南京市二三產業固定資產投資和城鎮用地面積進行曲線擬合（圖2），結果得到優化后的三項式方程為y=1.108×10-9x3-1.387×10-5x2+0.107x+528.146，R2為0.992，表明二三產業固定資產投資增加導致城鎮用地規模增加。

2.2.5 基礎設施與城鎮用地擴張 城鎮基礎設施尤其是城鎮交通設施的建設，能夠指導城鎮空間宏觀格局的發展，有效促進城市之間人們的溝通交流，進而促進知識的創新和經濟的發展，從而推動城鎮用地規模的擴張。南京市公路總里程2000年為6 920 km，2017年為11 324 km，公路總里程17年來增加了4 404 km，平均每年增加259 km。對南京市公路總里程與城鎮用地面積的關系進行相關分析，結果表明，二者之間存在高度的相關性。通過曲線擬合，得到優化后的三項式方程為y=1.264×10-9x3-1.393×10-5x2+836.478，R2為0.972，表明城市基礎設施建設和道路的發展有利于引導南京市城鎮用地擴張。

2.2.6 土地政策與城鎮用地擴張 土地政策作為政府干預土地市場的主要手段，在一定程度上控制和引導著城鎮的發展。政府作為一級土地市場的主要供給者，通過土地征收政策把農業用地或農村居民點轉為國有建設用地，然后，通過招拍掛等出讓給開發商用于城鎮建設，從而滿足城鎮用地需求，這其中的土地政策（土地征收政策、土地出讓政策等）就控制著城鎮用地擴張規模。當前，由于土地出讓收入是政府財政收入的主要部分之一，政府多賣地就能獲取更多的財政收入，這種土地財政環境和對地方官員的政績考核，強烈支持快速外延式城鎮用地擴張。通過對2000—2017年南京市政府一般公共預算收入和城鎮用地面積進行曲線擬合，發現二者高度相關，R2為0.997。因此，政府土地政策可以在一定程度上從宏觀上影響城鎮用地擴張的規模。

2.2.7 土地資源稟賦與城鎮用地擴張 區域土地資源稟賦越豐富，尤其是農業用地越豐富，糧食安全越用保障，可用于城鎮空間擴張占用的土地資源就越多，土地資源對城鎮空間擴張的約束力就越小。相反，如果土地資源稟賦短缺，可用于城鎮空間擴張的后備土地資源不足，在保有一定的農業用地的情況下，城鎮用地規模必將受到限制。通過對2000—2017年南京市耕地面積和城鎮用地面積進行曲線擬合得到二項式方程為y=0.003x2-14.261x+20 176.485，R2為0.859。因此，土地資源稟賦越豐富，人地關系矛盾越緩和，城鎮空間擴張所受到的約束作用越小，反之，土地資源稟賦短缺，人地關系矛盾越突出，城鎮空間擴張所受到的約束作用越大。

3 結論與討論

通過對南京市城鎮用地時空變化格局特征進行定量描述以及城鎮用地擴張內在驅動機制的深入分析，得出以下結論：（1）隨著城鎮化的快速發展，南京市的城鎮用地擴張步伐加快，南京市城鎮用地面積從2000年的569.38 km2增加到2015年的891.42 km2，城鎮用地面積增加322.04 km2，增長了0.57倍，年均擴張規模達21.46 km2/年，擴張強度指數為3.77%，對應時期城鎮人口增長了0.54倍，土地城鎮化快于人口城鎮化。（2）15年來，南京市景觀形狀指數從2000年的165.96下降到2015年的138.29，說明南京市城鎮空間形態越來越規則;破碎度指數和分離度指數分別從2000年的 1 696.74、0.999 4下降到2015年的227.45、0.995 6，表明南京市城鎮用地破碎分散分布的趨勢逐漸轉向聚集分布，但聚集程度不是很高，還有很大空間可以提升。（3）南京市城鎮用地擴張模式基本上是以主城區為中心的填充形式和新城區的逐層向外延伸形式組成;從南京市城鎮用地擴張方位上看，主要向北西北、北東北方位擴張，擴張面積分別為123.88、103.78 km2。（4）人口增長是城鎮用地擴張的原始動力，經濟發展和居民收入增加是城鎮用地擴張的2個最直接的驅動力，而固定資產投資、基礎設施建設和土地政策控制在很大程度上影響城鎮用地擴張的宏觀格局和擴張速度，土地資源稟賦在一定程度上制約著城鎮的空間擴張。

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