成都市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)特征研究

楊 波，謝 汀

(1.四川省土地統(tǒng)征整理事務(wù)中心，四川 成都 610045；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與地理信息技術(shù)研究所，成都 溫江 611130)

1 引言

人類發(fā)展的歷史就是不斷開發(fā)利用與改造土地的歷史[1]，這是一個(gè)包含自然和人文活動的綜合過程[2]。按結(jié)構(gòu)決定功能的觀點(diǎn)，土地利用系統(tǒng)的核心在于土地利用結(jié)構(gòu)[3-4]。土地利用接構(gòu)體現(xiàn)了區(qū)域土地資源空間格局、配置比例和利用狀況。目前，土地利用結(jié)構(gòu)研究已成為全球環(huán)境變化研究方興未艾的熱點(diǎn)課題[5]，著眼于土地利用結(jié)構(gòu)的演變過程[6-7]，模擬預(yù)測與驅(qū)動機(jī)制[8-10]，空間配置與多目標(biāo)優(yōu)化[11-12]等相對較多，但針對土地利用結(jié)構(gòu)特征的分析和探討，國外相關(guān)研究并不多見[14]，國內(nèi)研究主要集中在東北老工業(yè)區(qū)[6-15]、東南沿海區(qū)[2]、西北生態(tài)脆弱區(qū)等幾個(gè)區(qū)域范圍，研究僅側(cè)重于土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)或空間結(jié)構(gòu)特征單一方面，特別是對于建設(shè)用地結(jié)構(gòu)特征分析有待進(jìn)一步探討。本文以西南特大城市——成都市為例，應(yīng)用計(jì)量地理模型和分形理論對成都市建設(shè)用地?cái)?shù)量、空間結(jié)構(gòu)特征及其區(qū)域差異進(jìn)行研究，并探討其形成機(jī)制，以期為快速城市化典型地區(qū)建設(shè)用地節(jié)約集約利用及其空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

2 研究區(qū)概況

成都市位于中國西南部，介于102°54′E～104°53′E和30°05′N～31°26′N之間，全市東西最大橫距192km，南北最大縱距166km。氣候?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，四季分明，全年平均溫度為16℃，年平均日照數(shù)為1071h，年降水量945.6mm左右。2010年末，全市總?cè)丝?149.07萬人，占全省總?cè)丝诘?4.29%，GDP為5551.33億元，占全省的32.85%。成都市現(xiàn)轄10區(qū)4市6縣(包含高新區(qū))，土地總面積12390km2。根據(jù)各市(區(qū)、縣)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、土地資源條件及土地利用特點(diǎn)，結(jié)合市域空間發(fā)展戰(zhàn)略，可進(jìn)一步將全市劃分為主城區(qū)、近郊區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)3個(gè)類型區(qū)[12]。也有學(xué)者根據(jù)土地使用功能、使用強(qiáng)度、土地利用方向、基準(zhǔn)地價(jià)等因素將城市分為幾大功能區(qū)[13]。

3 數(shù)據(jù)來源及處理

社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料來源于2010年《成都統(tǒng)計(jì)年鑒》及各市(區(qū)、縣)統(tǒng)計(jì)年鑒。土地利用數(shù)據(jù)來源于成都市2010年土地利用變更調(diào)查資料及1∶1萬比例尺的土地利用現(xiàn)狀圖、1比10萬比例尺的地貌類型圖。鑒于土地利用數(shù)據(jù)存在分類標(biāo)準(zhǔn)不一的問題，為了便于本次研究，本文參照《市縣鄉(xiāng)級土地利用總體規(guī)劃編制指導(dǎo)意見》(國土資發(fā)[2009]51號)文件中規(guī)定的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)，對2010年成都市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行了轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一為規(guī)劃用途基數(shù)分類1，將建設(shè)用地分為城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村居民點(diǎn)用地、采礦用地、交通運(yùn)輸用地、水利設(shè)施用地和其他建設(shè)用地6類，成都市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)比例狀況見表1。

表1 成都市及各市(區(qū)、縣)2010年建設(shè)用地結(jié)構(gòu)比例表

注：表中各地類面積百分比根據(jù)成都市2010年土地變更調(diào)查資料計(jì)算。

4 結(jié)果與分析

4.1 建設(shè)用地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)分析

建設(shè)用地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)為某區(qū)域內(nèi)各種建設(shè)用地地類及其面積比例構(gòu)成等數(shù)量關(guān)系，可揭示區(qū)域建設(shè)用地類型的數(shù)量組合規(guī)律，區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)通過相應(yīng)的用地結(jié)構(gòu)得到映射[14]。為了準(zhǔn)確地反映建設(shè)用地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)的社會經(jīng)濟(jì)屬性特征，從計(jì)量地理模型中選取多樣化指數(shù)、集中化指數(shù)和區(qū)域組合類型數(shù)等3個(gè)具有較強(qiáng)社會經(jīng)濟(jì)意義的定量指標(biāo)，以土地利用變更調(diào)查資料為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)果見表2。

4.1.1 多樣化分析 根據(jù)各區(qū)域建設(shè)用地結(jié)構(gòu)多樣化指數(shù)計(jì)算結(jié)果，以多樣化指數(shù)為指標(biāo)，在Arcgis 9.3軟件中利用自然斷裂法[23]進(jìn)行聚類分析將各區(qū)域劃分為高多樣化、中多樣化、低多樣化3個(gè)層次，并生成建設(shè)用地多樣化指數(shù)空間分布圖(圖2)。成都市建設(shè)用地多樣化指數(shù)平均值為0.453，而其理論最大值為0.833，說明全市建設(shè)用地多樣化程度總體處于中偏上水平。成都市建設(shè)用地多樣化程度存在顯著的區(qū)域差異，整體呈現(xiàn)從主城區(qū)向遠(yuǎn)郊區(qū)不斷遞增的態(tài)勢，但各類型區(qū)內(nèi)城市間多樣化指數(shù)差異不大，這表明各類型區(qū)內(nèi)城市間經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度差異不大，建設(shè)用地結(jié)構(gòu)具有趨同性。具體來看，主城區(qū)下轄的高新區(qū)多樣化指數(shù)最小，僅為0.039，這是由于該區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)建設(shè)用地占建設(shè)用地總面積的95%以上，其他建設(shè)用地類型數(shù)量較少；遠(yuǎn)郊區(qū)下轄的大邑縣多樣化指數(shù)最高，達(dá)0.638，表明該區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)建設(shè)用地和農(nóng)村居民點(diǎn)用地所占比例及分布較為均勻。

4.1.2 集中化分析 根據(jù)各區(qū)域建設(shè)用地結(jié)構(gòu)集中化指數(shù)計(jì)算結(jié)構(gòu)，將區(qū)域分為高集中化、中集中化、低集中化3個(gè)層次 (見圖3)。成都市各市(區(qū)、縣)集中化指數(shù)介于-0.585～0.928之間，平均值僅為0.120，說明全市建設(shè)用地集中化程度總體較低。成都市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)的集中化程度亦存在顯著的區(qū)域差異，整體呈現(xiàn)從主城區(qū)向遠(yuǎn)郊區(qū)不斷遞減的態(tài)勢，與多樣化程度恰好相反。具體來看，遠(yuǎn)郊區(qū)下轄的蒲江縣集中化指數(shù)最小，用地結(jié)構(gòu)較為分散；主城區(qū)下轄的高新區(qū)集中化指數(shù)最大，表明該區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地類型比較單一，建設(shè)用地類型集中在城鎮(zhèn)建設(shè)用地。

表2 成都市及各市(區(qū)、縣)建設(shè)用地多樣化指數(shù)、集中化指數(shù)及組合類型表

圖2 多樣化分布圖 圖3 集中化分布圖 圖4 組合類型分布圖

4.1.3 組合類型分析 就全市而言，建設(shè)用地組合類型為2種，僅占全部建設(shè)用地類型的1/3，這反映出成都市建設(shè)用地的整體功能還不夠強(qiáng)(圖4)。就全市下轄區(qū)域而言，主城區(qū)下轄區(qū)域建設(shè)用地組合類型數(shù)最少僅為1，即城鎮(zhèn)建設(shè)用地，建設(shè)用地類型齊全度最低；近郊區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)下轄區(qū)域建設(shè)用地組合類型數(shù)皆為2，建設(shè)用地類型齊全度相同，但近郊區(qū)下轄區(qū)域及遠(yuǎn)郊區(qū)下轄的都江堰市和新津縣以城鎮(zhèn)建設(shè)用地為主，而遠(yuǎn)郊區(qū)其他區(qū)域則以農(nóng)村居民點(diǎn)用地為主。多樣化指數(shù)、集中化指數(shù)與組合類型數(shù)相互關(guān)系分析表明，多樣多指數(shù)和集中化指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為-0.900，呈高度負(fù)相關(guān)。多樣化指數(shù)與組合類型數(shù)相關(guān)系數(shù)為0.440，集中化指數(shù)與組合類型數(shù)相關(guān)系數(shù)為-0.507，呈中度相關(guān)。其原因在于在組合類型數(shù)一定的情況下，組合類型之外的地類分布均勻等狀態(tài)也會影響多樣化指數(shù)和集中化指數(shù)所以，3個(gè)定量指標(biāo)之間存在一定的優(yōu)勢互補(bǔ)作用。這表明在建設(shè)用地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)特征定量分析時(shí)，應(yīng)充分發(fā)揮各指標(biāo)自身特點(diǎn)和優(yōu)勢。

4.2 建設(shè)用地空間結(jié)構(gòu)分析

建設(shè)用地空間結(jié)構(gòu)不僅反映了建設(shè)用地類型在空間地域上的配置及對比關(guān)系[15]，還表征了建設(shè)類型斑塊彼此間組合而形成的一定空間格局[16]。采用區(qū)位熵模型和分形理論，從建設(shè)用地類型空間分布特征和建設(shè)用地類型空間形態(tài)特征分析成都市建設(shè)用地空間結(jié)構(gòu)特征。

4.2.1 建設(shè)用地類型空間分布特征 熵值分析能比洛倫茲曲線分析更為詳細(xì)，能解決基尼系數(shù)無法反映各地市建設(shè)用地變化情況的弊端[17]。本文選用區(qū)位熵模型對建設(shè)用地類型空間分布特征進(jìn)行分析，并計(jì)算出成都市各市(區(qū)、縣)各類建設(shè)用地的區(qū)位熵值(表3)。

表3 成都市各市(區(qū)、縣)建設(shè)用地各類型區(qū)位熵

各類建設(shè)用地區(qū)位熵的極差值(即其最大值與最小值的差距)，可以總體衡量各類建設(shè)用地在成都市各地域總體分布的離散程度。計(jì)算表明，各類建設(shè)用地區(qū)位熵極差值最大的類型為其他建設(shè)用地(5.485)，最小的類型為城鎮(zhèn)建設(shè)用地(1.512)。全市范圍內(nèi)，其他建設(shè)用地在主城區(qū)和近郊區(qū)下轄各地域均表現(xiàn)出明顯的區(qū)域劣勢，而在遠(yuǎn)郊區(qū)下轄的大邑縣和蒲江縣等卻有明顯的區(qū)域優(yōu)勢，這使其區(qū)位熵的極差值表現(xiàn)最大。相反，在各類建設(shè)用地區(qū)位熵的極差值排序中，城鎮(zhèn)建設(shè)用地表現(xiàn)最小，說明城鎮(zhèn)建設(shè)用地分布的專門化程度在成都市各地域的差別最小，整體分布較為均勻。從各區(qū)域來看，成都市建設(shè)用地各類型的空間分布狀況存在顯著的區(qū)域差異，整體表現(xiàn)為從主城區(qū)向遠(yuǎn)郊區(qū)，各類建設(shè)用地區(qū)位熵極差值逐漸增大，空間分布趨于離散，不均勻。

4.2.2 建設(shè)用地類型空間形態(tài)特征 土地利用類型的空間形態(tài)具有不規(guī)則、相對不穩(wěn)定和復(fù)雜性特征[17]。建設(shè)用地各類型的分維數(shù)和穩(wěn)定性指數(shù)計(jì)算結(jié)果表明，成都市及下轄區(qū)域建設(shè)用地各類型斑塊面積和周長之間具有很高的相關(guān)性，擬合度R2均在0.85以上，且線性回歸方程的檢驗(yàn)結(jié)果表明，建設(shè)用地各類型回歸方程的顯著性概率值均不大于0.001 (表4和表5)，說明建設(shè)用地各類型的面積-周長存在著顯著的線性相關(guān)關(guān)系，成都市及下轄區(qū)域建設(shè)用地各類型空間分形結(jié)構(gòu)特征客觀存在。

表4 成都市建設(shè)用地各類型圖斑的分維數(shù)和穩(wěn)定性指數(shù)

成都市建設(shè)用地總體圖斑的分維數(shù)為1.229，趨近于分維數(shù)的下界1.00，穩(wěn)定性指數(shù)為0.271，高于0.25這個(gè)理論中值。這表明成都市建設(shè)用地總體圖斑形態(tài)并不復(fù)雜，建設(shè)用地各類型在空間上相互滲透程度適中但結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)定。其中，交通運(yùn)輸用地圖斑形態(tài)最為復(fù)雜，空間結(jié)構(gòu)最不穩(wěn)定，其分維數(shù)和穩(wěn)定性指數(shù)分別為1.511和0.011，這主要是因?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸用地在空間分布上表現(xiàn)形式多呈網(wǎng)絡(luò)狀分布，起廊道作用，與其他地類互相交錯滲透的程度非常大，且近年來修建量大。相反，采礦用地圖斑的分維數(shù)最小，為1.117，穩(wěn)定性指數(shù)最大為0.383，說明其圖斑空間結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。

表5 成都市不同區(qū)域建設(shè)用地各類型的分維數(shù)和穩(wěn)定性指數(shù)

另外，成都市建設(shè)用地各類型空間形態(tài)特征亦存在顯著的區(qū)域差異，整體呈現(xiàn)從主城區(qū)向遠(yuǎn)郊區(qū)建設(shè)用地各類型的分維數(shù)不斷遞增而穩(wěn)定性指數(shù)不斷遞減。這表明主城區(qū)各類型建設(shè)用地在規(guī)劃控制引導(dǎo)下，斑塊周界更為簡單規(guī)則，用地更為緊湊節(jié)約，空間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性更高。

5 小結(jié)

(1)數(shù)量結(jié)構(gòu)特征方面，成都市建設(shè)用地多樣化指數(shù)平均值為0.453，集中化指數(shù)介于-0.585～0.928之間，組合類型只有2種，說明全市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)多樣化程度較高，集中化程度較低，用地結(jié)構(gòu)的整體功能性還有待加強(qiáng)。通過多樣化指數(shù)、集中化指數(shù)與組合類型數(shù)相互關(guān)系分析，結(jié)果顯示3個(gè)定量指標(biāo)之間存在一定的優(yōu)勢互補(bǔ)作用，這表明在建設(shè)用地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)特征定量分析時(shí)，應(yīng)充分發(fā)揮各指標(biāo)自身特點(diǎn)和優(yōu)勢。另外，建設(shè)用地?cái)?shù)量結(jié)構(gòu)存在顯著的區(qū)域差異，從主城區(qū)向遠(yuǎn)郊區(qū)，建設(shè)用地結(jié)構(gòu)的多樣化程度和功能性整體呈現(xiàn)不斷遞增的趨勢，集中化程度呈現(xiàn)不斷遞減的趨勢。

(2)空間結(jié)構(gòu)特征方面，成都市各類建設(shè)用地區(qū)位熵極差值最大的為其他建設(shè)用地(5.485)，最小的為城鎮(zhèn)建設(shè)用地(1.512)，說明城鎮(zhèn)建設(shè)用地空間展布相對集中而其他建設(shè)用相對分散。全市建設(shè)用地總體圖斑的分維數(shù)為1.229，趨近于分維數(shù)的下界1.00，穩(wěn)定性指數(shù)為0.271，高于0.25這個(gè)理論中值，表明建設(shè)用地總體圖斑形態(tài)并不復(fù)雜，建設(shè)用地各類型在空間上相互滲透程度適中，但結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)定。其中，交通運(yùn)輸用地圖斑形態(tài)最為復(fù)雜，空間結(jié)構(gòu)最不穩(wěn)定；采礦用地圖斑空間形態(tài)最為規(guī)則且不易受其他用地類型的影響，空間結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。另外，建設(shè)用地空間結(jié)構(gòu)亦存在顯著的區(qū)域差異，從主城區(qū)向遠(yuǎn)郊區(qū)建設(shè)用地的空間展布趨于離散化，斑塊形態(tài)趨于復(fù)雜不穩(wěn)定化。

[1]張榮天, 張小林, 李傳武. 鎮(zhèn)江市土地利用景觀格局分析[J]. 經(jīng)濟(jì)地理, 2012, 32(9): 132-137.

[2] 周生路, 黃勁松. 東南沿海低山丘陵區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)的地域分異研究——以溫州市為例[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2003, 40(1):37-45.

[3] 嚴(yán)金明. 簡論土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化與模型設(shè)計(jì)[J]. 中國土地科學(xué), 2002, 16(4): 20-25.

[4] 許國志. 系統(tǒng)科學(xué)(第一版)[M]. 上海: 上海科技教育出版社, 2000: 22-27.

[5] 李秀彬. 土地利用/土地覆蓋變化的國際研究動向[J]. 地理學(xué)報(bào), 1996, 51(6): 553-557.

[6] 孫雁, 劉志強(qiáng), 王秋兵, 等. 1910-2010年沈陽城市土地利用空間結(jié)構(gòu)演變特征[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展, 2012, 31(9): 1204-1211.

[7] 郭洪峰, 許月卿, 田媛. 張家口市土地利用結(jié)構(gòu)特征及其動態(tài)變化[J]. 水土保持通報(bào), 2013, 33(3): 259-264.

[8] 謝汀, 劉愛寧, 高雪松, 等. 基于信息熵和灰色關(guān)聯(lián)的成都市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)時(shí)空變化及驅(qū)動力分析[J]. 農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究, 2015, 36(1): 118-125.

[9] 陸汝成, 黃賢金, 李衡. 基于信息熵的建設(shè)用地演化和人文驅(qū)動分析——以黑龍江省為例[J]. 經(jīng)濟(jì)地理, 2009, 29(5): 827-831.

[10] 王建英, 李江風(fēng), 張麗琴, 等. 基于生物多樣性保護(hù)的土地利用結(jié)構(gòu)預(yù)測[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2012, 28(4): 221-226.

[11] 喻峰, 李曉兵, 王宏. 生態(tài)安全條件下土地利用格局優(yōu)化——以皇甫川流域?yàn)槔齕J].生態(tài)學(xué)報(bào), 2014, 34(12): 3198-3210.

[12] 謝汀, 伍文, 高雪松, 等. 基于信息熵與偏移-份額模型的建設(shè)用地結(jié)構(gòu)變化研究——以成都市為例[J].資源科學(xué), 2014, 36(4): 722-730.

[13] 宋成舜, 翟文俠, 陳志,等. 基于功能區(qū)的城市建設(shè)用地集約利用研究——以西寧市為例[J].土壤, 2011, 43(6):1021-1027.

[14] 鄭鳳娟, 楊東, 潘竟虎, 等. 土地利用空間格局與功能特征關(guān)聯(lián)分析——以天水市為例[J].干旱區(qū)研究, 2011, 28(2): 370-375.

[15] 劉彥隨. 區(qū)域土地利用優(yōu)化配置[J].北京:學(xué)苑出版社, 1999: 25.

[16] 賈文臣, 賈香云, 李福印, 等. 威海市土地利用分形特征動態(tài)變化[J].地理科學(xué)進(jìn)展, 2009, 28(2): 193-198.

[17] 王成, 魏朝富, 袁敏, 等. 不同地貌類型下景觀格局對土地利用方式的響應(yīng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2007, 23(9): 57-61.