基于地理探測器的延安市建設用地擴張驅動力研究

王文悅

(長安大學土地工程學院，陜西 西安 710054)

隨著我國改革開放的不斷深化，社會經濟水平有了極大的提高，與此同時，全國的城鎮化進程也在不斷推進，我國對建設用地的需求不斷增加，建設用地擴張日益膨脹，耕地保護的形式日漸嚴峻，土地可持續利用面臨困境[1]。因此，在土地資源有限的條件下，必須引導建設用地合理布局，調控其規模和結構，從而嚴格限制建設用地的擴張。我國學者研究建設用地擴張的驅動因素時，主要認為經濟因素和社會因素是影響建設用地擴張主要驅動因素。談明洪等研究中國近15a城市土地擴張態勢以及人口、經濟增長和城市環境改善的內在作用機制得出，經濟發展是城市用地擴張的根本驅動力[2]。張寧和劉濤通過分析研究區域城市建設用地擴張的驅動因素，得出工業化進程的推進和城市基礎設施的改善對城市建設用地的擴張起到了推動作用[3,4]。王海鷗系統地考察了人口、經濟發展水平、產業結構調整與建設用地規模擴張的關系，并在多因素分析中引入灰色關聯度定量研究了影響建設用地的驅動因子并得出結論，人口、經濟發展水平是甘肅省建設用地擴張的主要驅動力[5]。

本研究以延安市為研究區域，運用擴張速度指數和擴張強度指數分析1990—2018年延安市建設用地擴張特征；運用地理探測器模型，從單因子分析及多因子交互作用2個層面，明確延安市建設用地擴張的主要驅動力，以期為延安市建設用地的合理布局以及政府制訂相關措施提供依據。

1 研究區概況和研究方法

1.1 研究區概況

延安市位于陜西省北部，總面積3.7萬km2，介于N35°21′～37°31′，E107°41′～110°31′，屬黃土高原丘陵溝壑區。1990年全市建設用地面積為11725.02hm2，2018年全市建設用地面積為28106.01hm2，1990—2018年建設用地總體擴張了2倍多，建設用地所占比例也在不斷增長，從1990年的0.32%增長到2018年的0.76%。截至2018年末，全市戶籍人口234.1萬人，常住人口225.94萬人，城鎮化率62.31%。2018年全市實現地區生產總值1558.91億元，人均生產總值68940元。

1.2 數據來源

本研究空間數據包括1990年、2000年、2010年、2018年的延安市土地利用現狀數據，來源于中科院資源環境科學與數據中心，空間分辨率30m。社會經濟數據來源于《延安市統計年鑒》(2018年)和延安市國民經濟和社會發展統計公報(2018年)，包括人均GDP、第二產業產值比重、第三產業產值比重、全社會固定資產投資總額、地方財政收入、地方財政支出、社會消費品零售總額和戶籍人口。

1.3 研究方法

1.3.1 擴張速度指數和擴張強度指數

擴張速度指數是指研究區建設用地在一定時期內擴張的速率，用以表征建設用地擴張的總體規模和趨勢變化[6]。計算公式：

(1)

式中，A0為研究期期初建設用地的面積；At為研究期期末建設用地面積；Δt為研究期期末和期初的時間間隔，在這里將Δt單位定義為年。

擴張強度指數是指一段時間內，研究區建設用地的擴張面積與研究區土地總面積和時間間隔的乘積的比率，數字越大，表示擴張強度越大[6]。計算公式：

(2)

式中，A0為研究期期初建設用地的面積；At為研究期期末建設用地面積；Δt為研究期時間間隔，在這里將Δt單位定義為年；S為研究區土地總面積。

1.3.2 地理探測器

地理探測器是衡量空間分層異質性，探索驅動力的統計學模型，與傳統的模型相比，能夠在不基于線性假設和變量共線性的情況下分析變量之間的相互關系，包含4個組成部分，因子探測、風險區探測、交互探測和生態探測[7]。本研究采用因子探測和交互作用探測來分析影響建設用地擴張的驅動因素。

1.3.2.1 因子探測

用于識別各驅動因子對建設用地擴張的影響力值，表達式：

(3)

1.3.2.2 交互作用探測

交互作用探測是探測2個驅動因子共同作用時的q值，以此判斷2個驅動因子共同作用結果是增強、減弱還是相互獨立。與單因子探測相比，交互作用探測在探討建設用地擴張驅動力中起到更全面的補充作用。

2 建設用地擴張特征分析

2.1 建設用地擴張時間變化分析

本研究以1990年、2000年、2010年和2018年為時間節點，利用擴張速度指數和擴張強度指數對建設用地擴張速度和強度進行統計分析，結果見表1。

表1 延安市建設用地變化情況統計

從表1可以看出，1990—2000年間，延安市建設用地擴張了1725.03hm2，擴張速度指數為1.471%，擴張強度指數為0.005%，說明1990—2000年，由于經濟發展水平有限，建設用地擴張速度較慢，整體擴張強度緩慢，建設用地利用水平較低；2000—2010年，建設用地擴張面積為6760.17hm2，擴張速度指數為5.026%，擴張強度指數為0.018%，這一階段建設用地擴張速度最快，但擴張強度指數仍然較低，說明延安市對建設用地的利用強度仍然較低；2010—2018年，建設用地擴張面積為7895.79hm2，擴張速度指數為4.884%，擴張強度指數0.027%，可以看出這一階段建設用地面積增加最多，建設用地擴張強度指數也為最大，說明這段時間延安市建設用地擴張仍然保持在一個較高的速度，同時建設用地利用強度也在不斷提高。

2.2 建設用地擴張空間變化分析

利用ArcGIS的空間分析功能，制作建設用地分級統計圖，由于建設用地的絕對量較小，所以在分辨率相同的情況下，采用建設用地所占的柵格個數來表達建設用地數量變化，見圖1。用ArcGIS對各區縣建設用地面積進行分級，分為少、較少、一般、較多和多5個等級，可以直觀地看出1990—2018年延安市建設用地的空間分布和數量變化情況。

1990—2018年，延安市建設用地面積得到顯著增加，建設用地擴張顯著。從圖1可以看出，建設用地主要分布在西南部和中部的寶塔區，并且有從中部和西南部地區向其他地區擴張的趨勢。1990年等級為“多”的只有洛川縣；而在2018年，等級為“多”的有4個區縣，分別是寶塔區，富縣、黃陵縣和洛川縣。由此可以看出，分布在中部和西南部地區的建設用地擴張最顯著，其余地區擴張速度較慢，說明延安市西南部和中部地區經濟發展較快，如寶塔區，經濟的快速發展對建設用地的需求在不斷增加，導致了建設用地的迅速擴張；其余地區的經濟發展較慢，如延長縣和黃龍縣，建設用地面積很小且增長緩慢，其中黃龍縣有全國八大防護林之一，森林覆蓋率達到87%，這些防護林對西北地區的生態環境具有極其重要的意義，這也是黃龍縣建設用地增長緩慢的原因。

圖1 1990—2000年延安市建設用地分級統計圖

3 建設用地擴張驅動力分析

3.1 指標選取

考慮到數據的可獲得性以及研究的科學性，本研究主要考慮經濟因素、社會因素和人口因素對建設用地擴張的影響。在借鑒前人研究成果[8-10]的基礎上，結合延安市社會經濟實際發展狀況，本研究選取以下8個指標：人均GDP(X1)、第二產業產值比重(X2)、第三產業產值比重(X3)、全社會固定資產投資總額(X4)、地方財政收入(X5)、地方財政支出(X6)、社會消費品零售總額(X7)和戶籍人口(X8)。由于所選指標單位不同，為消除單位影響對指標進行標準化處理。詳細指標體系見表2。

表2 延安市建設用地擴張驅動力指標體系

3.2 基于地理探測器的建設用地擴張主要驅動因素及其交互作用

3.2.1 建設用地擴張主要驅動因素

采用因子探測方法分析各驅動因子對建設用地擴張的影響力值(q值)，結果見表3。其中q值越大，驅動因子對建設用地擴張的影響力值則越大。

表3 建設用地擴張的因子探測結果

從表3可以看出，影響力值(q值)從大到小依次排序為社會消費品零售總額(X7)>全社會固定資產投資總額(X4)>地方財政支出(X6)>戶籍人口(X8)>第二產業產值比重(X2)>人均GDP(X1)>地方財政收入(X5)>第三產業產值比重(X3)。其中，影響建設用地擴張的最主要因素是社會消費品零售總額，q值最大，為0.922，社會消費品零售總額的持續增長說明居民的消費水平在不斷提高，對建設用地的需求在不斷增加，故而導致了建設用地的擴張；第2主導因素是全社會固定資產投資總額，q值為0.817，全社會固定資產投資總額的增加，預示著延安市的經濟在飛速發展，飛速發展的經濟需要大量的建設用地作為支撐，從而促進了建設用地的擴張。地方財政收入和第三產業產值比重對建設用地的影響程度較小，q值僅為0.131和0.123。

3.2.2 建設用地擴張驅動因素間的交互作用

采用交互作用探測檢驗了8個建設用地擴張驅動因子之間的相互作用，結果見表4。

從表4可以看出，1990—2018年任意2個因子交互作用的q值都大于單個因子的q值，這說明影響建設用地擴張的驅動因子之間的相互作用均為雙因子增強。其中，交互作用最強烈的因子是第三產業產值比重和社會消費品零售總額，q值為1，說明這2個因子相互作用對建設用地擴張的影響最為顯著。交互作用最弱的是人均GDP和第二產業產值比重，q值僅為0.614，說明人均GDP和第二產業產值比重交互作用時對建設用地擴張的影響程度最小。除此之外，有社會消費品零售總額和全社會固定資產投資總額參與的交互值都較高，說明這2個驅動因素是影響建設用地擴張的主要驅動因素。

表4 建設用地擴張的交互探測結果

4 結論

本研究以延安市為研究對象，運用1990—2018年土地利用現狀數據、《延安市統計年鑒》(2018年)和延安市國民經濟和社會發展統計公報(2018年)等資料，采用擴張強度指數和擴張速度指數分析建設用地擴張特征；運用地理探測器模型，從因子探測和交互作用探測2個方面分析影響建設用地擴張的驅動因素，得出的結論如下。

1990—2018年，延安市建設用地呈現不斷擴張的趨勢，建設用地擴張速度指數呈現先增加后輕微減少的趨勢，建設用地擴張強度指數呈現不斷增長的趨勢，這說明延安市建設用地在飛速擴張，整體擴張強度也在不斷增加。

1990—2018年，建設用地主要分布在延安市中部和西南部地區，并且有從中部和西南部地區向其他地區擴張的趨勢。其中西南部和中部地區建設用地擴張較快，其余地區的建設用地擴張較慢。

根據地理探測器的分析結果可以得出，社會消費品零售總額和全社會固定資產投資總額是影響建設用地擴張的主要驅動因素，并且所有驅動因子間交互作用類型均為雙因子增強，說明任意2個驅動因子對建設用地擴張的影響都是正向促進的。其中交互作用最強烈的驅動因子為第三產業產值比重和社會消費品零售總額。