基于多層線性模型的湖北省縣域建設用地集約利用影響因素研究

葉青青，劉艷芳,2，劉耀林,2，孔雪松，李紀偉

（1. 武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079；2. 武漢大學地理信息系統(tǒng)教育部重點實驗室，湖北 武漢 430079）

基于多層線性模型的湖北省縣域建設用地集約利用影響因素研究

葉青青1，劉艷芳1,2，劉耀林1,2，孔雪松1，李紀偉1

（1. 武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北 武漢 430079；2. 武漢大學地理信息系統(tǒng)教育部重點實驗室，湖北 武漢 430079）

研究目的：針對以往建設用地集約利用影響因素研究僅考慮單一區(qū)域層次的問題，嘗試從縣、市域兩級層次分析建設用地集約利用影響因素。研究方法：綜合評價法，空間自相關分析和多層線性模型。研究結果：湖北省縣域建設用地集約利用的區(qū)域社會經濟中心導向性比較顯著；湖北省集約利用程度具有較強的空間自相關，熱點區(qū)域分布在東部的武漢市中心城區(qū)，冷點區(qū)域分布在西部的恩施以及中部的襄陽、隨州、荊門、天門和荊州等地市；湖北省集約利用程度受到縣域和市域兩個層次影響，縣域層次主要受人口密度和城鎮(zhèn)化率的影響，市域層次則受財政收入和二三產業(yè)比重的影響明顯。研究結論：采用多層線性模型進行影響因素分析可以揭示不同區(qū)域層次因素對建設用地集約利用的影響；促進湖北省建設用地集約利用應從縣域層次加快城鎮(zhèn)化進程、促進人口集聚，從市域層次優(yōu)化產業(yè)結構、增加和合理分配財政收入，同時根據不同區(qū)域情況制定差別化區(qū)域政策。

土地利用；建設用地；影響因素；綜合評價法；空間自相關；多層線性模型

1 引言

近年來，國內對建設用地集約利用影響因素做了大量研究，從研究對象來看，多集中于城市、開發(fā)區(qū)和農村居民點，如張富剛等[1]、何為等[2]對城市土地集約利用水平的影響因素進行了分析；李煥等[3]、陳逸等[4]對開發(fā)區(qū)集約利用影響因素進行了描述分析；曲衍波等[5]、李昕等[6]對農村居民點集約利用的影響因素進行了分析。隨著城鄉(xiāng)一體化進程的不斷推進以及用地宏觀調控的需要，進行城市、開發(fā)區(qū)以及農村居民點等的單項研究不能體現(xiàn)完整行政轄區(qū)內建設用地總體的集約利用情況，因此，從區(qū)域整體認識建設用地集約利用影響因素顯得尤為重要。從研究方法來看，大多采用主成分分析、逐步回歸分析、灰色關聯(lián)分析等方法，如渠麗萍等[7]采用主成分分析法對城市土地集約利用的影響因素進行了分析，吳郁玲等[8]采用逐步回歸進行開發(fā)區(qū)影響因素的分析，周躍云等[9]利用灰色關聯(lián)度對農村居民點影響因素進行了分析，但這些方法多局限于單一區(qū)域層次的因素，而影響建設用地集約利用的因素是多層次的，不僅受本區(qū)域層次的影響，同時也受上一區(qū)域層次的影響。

鑒于此，本文從市域和縣域兩個區(qū)域層次對湖北省縣域建設用地集約利用程度的影響因素進行分析研究。首先采用綜合評價法評價湖北省縣域建設用地集約利用程度，通過空間自相關分析度量其空間分布特征，并在此基礎上采用多層線性模型對影響湖北省縣域建設用地集約利用程度的市域和縣域兩個層次的因素進行分析，同時結合分析結果提出相應的政策建議。

2 研究區(qū)概況與研究方法

2.1 研究區(qū)概況與數據來源

本文以湖北省下轄的103個縣區(qū)為評價單元進行建設用地集約利用研究。2009年，研究區(qū)建設用地149.84萬hm2，常住人口5622.31萬人；人均建設用地0.027 hm2/人，人均城鎮(zhèn)用地0.013 hm2/人，人均農村居民點用地0.024 hm2/人；地均固定資產投資47.40萬元/hm2，地區(qū)二三產業(yè)產值74.93萬元/ hm2，地均全社會零售額31.28萬元/ hm2。本文土地面積數據來源于湖北省2009年第二次土地利用調查數據庫，社會經濟數據來源于2010年《湖北統(tǒng)計年鑒》，高程數據來源于中國科學院國際科學數據服務平臺提供的SRTM 30 m分辨率的DEM數據。

2.2 研究方法

2.2.1 綜合評價法 （1）指標體系構建。參考以往研究，并結合湖北省實際，從土地利用程度、土地投入強度與土地產出強度三方面選取6個指標（表1）。（2）指標權重確定。參考相關文獻[10]，采用熵權法進行湖北省縣域建設用地集約利用指標權重確定，各指標權重值見表1。（3）建設用地集約度計算。根據極值標準化法計算各評價指標的標準化值，同時根據其所對應的權重，采用綜合評價法計算建設用地集約利用程度：

式1中，U為第i個縣區(qū)建設用地集約利用程度；Yij為第i縣區(qū)第j項指標的標準化值；Wj為第j項指標的權重。

表1 湖北省縣域建設用地集約利用評價指標體系及權重Tab.1 Indexes system and weights of construction land use intensity assessment at county level in Hubei Province

2.2.2 空間自相關分析 本文采用單變量全局Moran’s I指數和局部Moran’s I指數分析湖北省縣域建設用地集約利用程度總體和局部的空間分布特征，并通過雙變量全局Moran’s I指數度量集約利用程度與集約利用評價指標的空間分布一致性。

2.2.3 多層線性模型 近年來，多層線性模型廣泛運用于教育學、心理學、社會學和經濟學中具有多層嵌套結構數據的相關研究問題中，通過對不同層次數據分別建立回歸模型，分離了不同空間尺度與管理層次的解釋變量對因變量的影響，進而分析不同層次解釋變量對因變量的作用方式和作用程度。根據研究問題以及模型完整程度的不同，其表現(xiàn)形式也不同，主要分為零模型、隨機效應回歸模型和完整模型等[11]。本文采用零模型判斷湖北省縣域建設用地集約利用程度是否存在市域層次的差異；采用隨機效應回歸模型選取縣域層次影響因素，并判斷影響因素的回歸效應是否存在市域層次的差異；采用完整模型全面解釋縣域因素和市域因素對縣域建設用地集約利用程度作用的影響方式和影響程度。

（1）零模型。

跨級相關系數公式：

（2）隨機效應回歸模型。

（3）完整模型。

式2—式11中，Level-1為縣域層次；Level-2為市域層次；Yij為縣域建設用地集約利用程度；B0j、G00為Yij、B0j的截距；Rij、U0j分別為Yij、B0j的隨機成分；σ2為Level-1中Rij的方差；τ00為Level-2中U0j的方差；Xij為Level-1的影響因素；B1j為Xij的斜率；G10為B1j的截距；U1j為B1j的隨機成分；Wj為Level-2的影響因素，G10、G11為Wj的斜率。

3 實證研究

3.1 集約利用評價及空間差異分析

根據ArcGIS自然斷裂法將集約利用程度分為5級：高度集約利用、中度集約利用、一般集約利用、低效利用和粗放利用（圖1（a），封三）。湖北省縣域建設用地大部分屬于粗放利用和低效利用，其中粗放利用區(qū)域主要分布于中西部的隨州、荊門、荊州、十堰、襄陽和恩施等地市州，涉及55個縣區(qū)；低效利用區(qū)域主要分布于西部的宜昌和東部的黃岡、孝感、黃石、咸寧等地市，涉及32個縣區(qū)；集約利用區(qū)域主要分布于武漢、黃石、鄂州、十堰、襄陽和宜昌等地市市轄區(qū)，涉及16個縣區(qū)。利用GeoDa軟件對湖北省縣域建設用地集約利用程度進行空間自關性分析，得到全局 Moran’s I為0.53，Z-value為9.42，說明湖北省建設用地集約利用存在顯著的空間相關性。同時，從圖1（b）（封三）局部空間自相關分析可以看出建設用地集約利用程度熱點區(qū)域位于東部的武漢市中心城區(qū)，冷點區(qū)域主要位于西部的恩施以及中部的襄陽、隨州、荊門、天門和荊州等地市。

從集約度空間分布（圖1（a），封三）與各指標空間分布來看，集約利用區(qū)域分布特別是高度集約利用區(qū)域與其對應的土地利用程度指標和土地投入產出指標分布均較為一致，而低效利用和粗放利用區(qū)域分布則與其對應的土地利用程度指標和土地投入產出指標分布差異較大。利用GeoDa軟件對湖北省縣域建設用地集約利用程度與集約利用評價指標進行雙變量空間自關性分析，得到全局 Moran’s I值，可以看出集約利用程度與人均建設用地（-0.33）、人均城鎮(zhèn)用地（-0.09）以及人均農村居民點（-0.27）呈現(xiàn)空間負相關，與地均固定資產投資（0.54）、地均二三產業(yè)產值（0.52）和地均全社會零售額（0.49）呈現(xiàn)空間正相關。

3.2 集約利用影響因素分析

（1）零模型。零模型主要用來判斷湖北省縣域建設用地集約利用程度是否存在市域層次的差異，即是否受市域層次因素的影響。利用式2、式3構建模型（表2），可以看出固定效應及隨機效應均通過顯著性檢驗，并且通過式4、式5可計算出縣域層次和市域層次方差占總方差的比例分別是75.45%和24.55%，即縣域建設用地集約利用程度的差異中75.45%是由縣域之間的差異造成的，24.55%是由市域之間的差異造成的。

表2 湖北省縣域建設用地集約利用零模型估計結果Tab.2 Estimated results of the null model of construction land use intensity at county level in Hubei Province

（2）隨機效應回歸模型。隨機效應回歸模型不僅可以判斷選擇的第一層次變量（縣域層次因素）是否影響縣域建設用地集約利用程度，更重要的是可以確定第一層變量的回歸系數是否存在第二層（市域層次）的變異。本文選擇海拔、坡度代表自然因素；人均GDP、二三產業(yè)比重代表經濟因素；人口密度、城鎮(zhèn)化率代表社會因素；交通密度、與地級市中心距離代表區(qū)位因素。利用式6—式8構建單一變量隨機效應回歸模型（表3），從模型的固定效應可以看出，湖北省縣域社會因素與其建設用地集約程度具有顯著的正向影響效果，而自然因素、經濟因素和區(qū)位因素對集約程度的影響不顯著。人口（B = 0.627，P = 0.000）作為建設用地集約利用最具活力的影響因素，其與集約利用程度的線性關系最為顯著，并呈現(xiàn)正相關，T值達到7.026。城鎮(zhèn)化率（B = 19.721，P = 0.020）與集約度的線性關系也較為顯著，T值達到2.852。由此構建雙變量（人口密度和城鎮(zhèn)化率）隨機效應回歸模型（表3），可以看出，人口密度的回歸系數通過顯著性檢驗，說明其存在市域層次的變異，而城鎮(zhèn)化率則沒有通過顯著性檢驗，在模型構建中應不予考慮其在市域的差異（表3）。

表3 湖北省縣域建設用地集約利用隨機效應回歸模型估計結果Tab.3 Estimated results of the random effect regression model of construction land use intensity at county level in Hubei Province

（3）完整模型。完整模型不僅可以解釋第一層次變量（縣域層次因素）對縣域建設用地集約利用程度的影響程度，同時能夠揭示第二層次變量（市域層次因素）對縣域建設用地集約利用程度的影響方式以及影響程度。基于隨機效應回歸模型，并通過市域因素的“t-to-enter”判斷選取，建立湖北省建設用地集約利用的完整模型。根據數據的可獲取性，市域影響因素初步選取海拔、坡度代表自然因素；GDP、財政收入、二三產業(yè)比重代表經濟因素；人口密度、城鎮(zhèn)化率代表社會因素；交通密度、地級市中心與省會中心距離代表區(qū)位因素。該層次因素的選取可采用多層線性模型的探索分析進行研究，依據“t-to-enter”的t值進行判斷，選出t絕對值較大的變量作為該層次因素。通過對縣域建設用地集約利用雙變量隨機效應回歸模型的探索分析，并經過兩次篩選，確定市域層次變量為財政收入與二三產業(yè)比重（表4），可以看出對于截距B0即市域集約利用程度平均值來說，第一次篩選中的財政收入t值達到7.076，第二次篩選中的二三產業(yè)比重t值為2.276，即兩者加入Level-2中對其產生的效應較為顯著，因此將其加入模型中；對于斜率B1即縣域人口密度的回歸系數來說，無論哪個因素進入模型，對其影響都不顯著，因此市域因素不能通過影響縣域因素的回歸系數來影響縣域建設用地集約利用，由此得到湖北省縣域建設用地集約利用的完整模型（表5）。

表4 湖北省縣域建設用地集約利用市域影響因素探索性分析Tab.4 Exploratory analysis of inf l uence factors at city level on construction land use intensity at county level in Hubei Province

表5 湖北省縣域建設用地集約利用完整模型估計結果Tab.5 Estimated results of the full model of construction land use intensity at county level in Hubei Province

從該模型可以看出，縣域人口密度（B = 0.311，P = 0.000）和城鎮(zhèn)化率（B = 7.701，P = 0.001）對縣域建設用地集約利用影響有著顯著的正向效應，兩個變量解釋了縣域層次影響縣域建設用地集約利用程度作用的95.66%，說明縣域層次人口的集聚以及城鎮(zhèn)化進程的加快可以有效促進縣域建設用地集約利用程度的提升；市域財政收入（B = 0.062，P = 0.000）與二三產業(yè)比重（B = 30.429，P = 0.000）則通過影響市域層次建設用地集約利用程度平均值B0同樣對縣域建設用地集約利用有著顯著的正向效應，這兩種變量解釋了市域層次影響縣域建設用地集約利用程度作用的89.05%，說明市域財政收入的增加以及產業(yè)結構的優(yōu)化可以促進縣域建設用地的集約利用。

4 結論

（1）本文采用綜合評價法評價了湖北省縣域建設用地集約利用程度，結果顯示集約利用區(qū)域分布在作為區(qū)域社會經濟中心的各市市轄區(qū)，說明了集約利用具有顯著的社會經濟中心導向性；全局Moran’s I指數表明，湖北省縣域建設用地集約利用程度具有較強的空間自相關性；局部Moran’s I指數表明，空間自相關的熱點分布在東部的武漢市中心城區(qū)，冷點主要分布在西部的恩施以及中部的襄陽、隨州、荊門、天門和荊州等地市；雙變量全局Moran’s I指數表明，集約利用程度與人均建設用地、人均城鎮(zhèn)用地以及人均農村居民點呈現(xiàn)空間負相關，與地均固定資產投資、地均二三產業(yè)產值和地均全社會零售額呈現(xiàn)空間正相關。

（2）湖北省縣域建設用地集約利用多層線性模型顯示，縣域建設用地集約利用程度不僅受縣域層次因素的影響，而且受其上一層次市域層次因素的影響，其中縣域層次的人口密度和城鎮(zhèn)化率是主要影響因素，而市域層次的財政收入和二三產業(yè)比重是主要影響因素。從具體的影響方式和影響程度來看，零模型分析結果表明，縣域建設用地集約利用程度差異的75.45%來自于縣域之間，24.55%來自于市域之間；隨機效應回歸模型分析結果表明，縣域層次的人口密度、城鎮(zhèn)化率對縣域建設用地集約程度具有顯著的正向效應，其中人口密度與建設用地集約利用的關系在市域層次具有顯著的差異，而城鎮(zhèn)化率則沒有；完整模型分析結果表明，縣域層次的人口密度和城鎮(zhèn)化率解釋了縣域層次因素影響縣域建設用地集約利用程度作用的95.66%，而市域層次沒有因素通過影響縣域人口密度的系數對縣域建設用地集約利用程度產生加成效應，只能通過財政收入與二三產業(yè)比重影響市域層次建設用地集約利用程度的平均水平進而對縣域建設用地集約利用產生正向效應，這兩個變量解釋了市域層次影響縣域建設用地集約利用程度作用的89.05%。

由此可見，要促進湖北省縣域建設用地集約利用，應采取如下針對性措施：對于縣域層次，應逐步加大統(tǒng)籌城鄉(xiāng)的力度，促進人口的聚集，提高城鎮(zhèn)化的水平；對于市域層次，應增加和合理分配財政收入，優(yōu)化產業(yè)結構，促進二三產業(yè)的發(fā)展；此外，應制定區(qū)域差別化用地策略，相關用地標準的制定應結合不同尺度不同區(qū)域的影響因素，即考慮縣域人口密度和城鎮(zhèn)化發(fā)展階段以及市域財政收入和二三產業(yè)結構的發(fā)展水平。

（References）：

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［3］李煥，徐建春，李翠珍，等. 基于BP人工神經網絡的開發(fā)區(qū)土地集約利用評價——以浙江省為例［J］. 地域研究與開發(fā)，2011，（4）：122-126.

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［9］周躍云，趙先超. 株洲市轄區(qū)農村居民點土地集約節(jié)約利用的實證研究［J］. 經濟地理，2010，（6）：1011-1015.

［10］徐瀟瑾，潘潤秋. 基于熵值法和統(tǒng)一理想值的開發(fā)區(qū)土地集約利用評價［J］. 國土資源科技管理，2011，（3）：52-56.

［11］張雷. 多層線性模型應用［M］. 北京：教育科學出版社，2002：12-16.

（本文責編：仲濟香）

Study on the Impact Factors of Construction Land Use Intensity at County Level in Hubei Province Based on Hierarchical Linear Model

YE Qing-qing1, LIU Yan-fang1,2, LIU Yao-lin1,2, KONG Xue-song1, LI Ji-wei1
（1. School of Resource and Environment Science, Wuhan University, Wuhan 430079, China; 2. Key Laboratory of Geographic Information System, Ministry of Education, Wuhan University, Wuhan 430079, China）

The purpose of this study is to analyze the impact factors on construction land use intensity at county level, considering that previous studies only pay attention to factors within the single region. Methods employed include comprehensive evaluation, spatial autocorrelation and hierarchical linear model. The results indicate that the spatial differences of construction land use intensity are obvious and the orientation of the economic and social center is significant. Hierarchical linear model shows that the construction land use intensity at county level in Hubei Province was driven not only by population density and urbanization rate at county level, but also by financial revenue and theproportion of the second and third industry at city level. Hierarchical linear model can reveal impact factors at different levels on the construction land use intensity. The construction land use intensity in Hubei Province can be improved by speeding up the process of urbanization and promoting population gathering at county level, increasing financial revenue and optimizing industrial structure at city level, and establishing differential regional policy.

land use; construction land; influence factors; comprehensive evaluation; spatial autocorrelation; hierarchical linear model

F301.24

A

1001-8158（2014）08-0033-07

2013-09-16

2013-11-12

國土資源部公益性行業(yè)科研專項項目（201111014）。

葉青青（1986-），女，河南信陽人，博士。主要研究方向為土地規(guī)劃與土地評價。E-mail: yeqing0804@163.com

劉耀林（1960-），男，湖北黃岡人，教授，博士生導師。主要研究方向為土地信息系統(tǒng)和土地評價模型。E-mail: yaolin610@163.com