基于地理探測器的城市建設用地規(guī)模時空差異及影響因素分析

趙小風，劉夢麗，王柏源

（1.河海大學公共管理學院，江蘇 南京 211100；2. 國土資源部海岸帶開發(fā)與保護重點實驗室，江蘇南京 210024；3.中國土地勘測規(guī)劃院，北京 100035）

1 引言

伴隨著中國快速城市化進程，城市建設用地面積也迅速擴張。據統(tǒng)計，2000—2015年，全國城市建設用地面積由2.2×104km2增長至5.2×104km2，增加了2.3倍①數據來源于《中國城市建設統(tǒng)計年鑒》（2000—2015年）。。城市化引起的建設用地擴張不僅受到政府的高度關注，也成為近年來國內外學者關注的焦點。為控制城市蔓延和無序擴張，美國發(fā)起了城市精明增長運動[1-2]，英國和德國也實行了緊湊城市發(fā)展策略[3-4]。城市無序擴張造成了耕地嚴重流失[5]、城市土地低效利用[6]、城市空間結構紊亂[7]等問題。因此，國家及相關部門也陸續(xù)出臺相應政策提出要控制建設用地增量和強化土地節(jié)約集約利用，推進城市建設由外延擴張向內涵提升的轉變②相關政策包括《關于深化改革嚴格土地管理的決定》、《關于加強土地調控有關問題的通知》、《關于促進節(jié)約集約用地的通知》及十九大報告。。地方政府也積極開展多規(guī)融合、城市擴展邊界劃定、低效用地再開發(fā)等工作來遏制城市建設用地的無序擴張。上海市還率先提出了城市建設用地減量化[8]。諸多學者也對城市土地擴張進行了探討，主要集中在城市土地擴張的時空演變、城市土地擴張的驅動機制以及城市土地擴張造成的社會生態(tài)效應。姜海等從投資和產業(yè)結構視角分析了中國城市擴張?zhí)卣鱗9]，蔣金亮指出不同城市擴張類型存在較大差異，南京市為邊緣擴張，而重慶市則是飛地式擴張[10]；城市擴張驅動機制方面，經濟、人口是主要因素[11]，但在不同地區(qū)影響程度差異較大[12-13]，且不同階段影響因素不盡相同[14]；省會城市過度擴張帶來的資源消耗、污染物排放對生態(tài)環(huán)境有顯著影響[15]。現有研究對典型城市和區(qū)域的城市土地擴張?zhí)接戄^多，影響城市土地擴張的因素也往往針對具體的某個城市或區(qū)域開展研究。然而，中國各城市在自然稟賦、社會經濟發(fā)展以及政策資源上都存在較大差異，識別不同區(qū)域的城市土地擴張?zhí)攸c以及驅動機制顯得尤為重要。本文以345個城市作為空間分析單元，分析2000—2015年中國城市建設用地規(guī)模的時空變化，并通過地理探測器分析不同區(qū)域城市建設用地變化的影響因素，為制定區(qū)域差別化的城市建設用地供應政策提供決策參考。

2 數據來源與方法

2.1 數據來源

本文以全國345個城市（4個直轄市、268個地級市和58個省轄縣）作為基本空間分析單元，研究時段為2000—2015年。鑒于2004—2010年沒有涉及地級市行政區(qū)調整，而其他年份有少量的行政區(qū)劃調整，為保證空間單元和數據的可比性，本文將其他年份的數據進行合并或分解使之與2010年的行政區(qū)劃相一致。行政區(qū)劃底圖來源于國家測繪地理信息局。

城市建設用地包含城市內部居住用地、公共管理與公共服務用地、商業(yè)服務業(yè)設施用地、工業(yè)用地、物流倉儲用地、道路交通設施用地、公用設施用地、綠地與廣場用地。除城市建設用地規(guī)模擴張外，產業(yè)、人口、投資的不斷集聚也是城市化過程的重要表現。產業(yè)驅動體現在二三產業(yè)發(fā)展不斷提出了更多的產業(yè)用地需求，而產業(yè)的發(fā)展同時提高了城市居民的收入，也對居住用地、公共服務設施用地等提出了更多更高的要求。人口驅動主要體現在城市人口增長對居住用地、工業(yè)用地、商業(yè)用地、公共服務設施用地的需求。投資驅動表現在政府在交通、公共服務設施、教育等方面的投入，以吸引產業(yè)和引進人才，或者為產業(yè)集聚和人才引進之后提供更好的服務，從而增加了對城市各類用地的需求。因此，本文從產業(yè)驅動、人口驅動和投資驅動3個方面探討城市建設用地規(guī)模擴張的驅動機制。研究中所涉及的城市建設用地面積數據來源于《中國城市建設統(tǒng)計年鑒》（2000—2015年）；社會經濟數據來源于《中國城市統(tǒng)計年鑒》（2001—2016年）。交通用地包含機場用地、公路用地、鐵路用地和港口碼頭用地，數據來源于國土資源部發(fā)布的歷年全國地級市土地利用數據。由于臺灣、香港、澳門和海南省的數據缺失，本文未將這些城市或地區(qū)納入空間分析的范疇。

2.2 研究方法

地理探測器主要用于探測某一現象空間分異性及其驅動機理,即探測因變量的空間異質性，以及探測自變量X多大程度上解釋了因變量Y的異質性[16]。近年來，地理探測器在人口老齡化[17-18]、土地利用[19]、城鎮(zhèn)化[20]等領域得到了廣泛應用，以探究各社會現象的驅動力大小及其交互作用。地理探測器因子探測可較好地表達同一區(qū)域內的相似性、不同區(qū)域之間的差異性，模型主要通過分區(qū)后的內方差與層間方差的異同來定量表達研究對象的空間分層異質性，因此，可用于本文分區(qū)探測不同地區(qū)城市建設用地擴張影響因素的差異。此外，地理探測器的交互作用探測可以識別不同風險因子之間的交互作用，評估因子共同作用時是否會增加或減弱對因變量Y的解釋力，或這些因子對Y的影響是相互獨立的。本文通過因子探測和交互探測識別不同地區(qū)城市建設用地擴張的驅動因素及其交互作用，識別不同區(qū)域城市建設用地擴張的主要影響因素，同時檢驗單變量的空間分異性，并通過檢驗兩個變量空間分布的一致性，探測兩變量之間可能的因果關系[21]，模型如下：

表1 模型變量描述Tab.1 Description of the selected driving factors

式（1）中：q為影響因子D對建設用地規(guī)模H的影響力（%）；σ2H為整個區(qū)域建設用地面積的方差；n為整個區(qū)域樣本數；m為次級區(qū)域的個數；σ2HD，i為次一級區(qū)域建設用地面積的方差。σ2HD，i≠0時，模型成立。0≤q≤1，q = 0時，表明建設用地面積的空間分布不受影響因子的驅動，q值越大，表明分區(qū)因素對建設用地面積空間分布的解釋力越大。

3 結果分析

3.1 全國城市建設用地規(guī)模變化

2000—2015年，中國城市建設用地面積持續(xù)增長，城市建設用地增長率總體上呈現波動下降趨勢（圖1）。隨著中國經濟快速發(fā)展，中國面臨城市擴張侵占耕地的嚴峻挑戰(zhàn)，2002年起，國家開始嚴格控制建設用地供應，并極力推進土地節(jié)約集約利用，因而2002年后城市建設用地擴張速度有所減緩。然而，盲目投資和產業(yè)低水平擴張引發(fā)了2005年后城市建設用地擴張現象的反彈。之后，中國在保持經濟較快增長的同時，堅持以經濟結構戰(zhàn)略性調整為主線，著力提高經濟增長的質量和效益，推動產業(yè)結構的更新換代，淘汰落后生產力。緊縮性宏觀調控的后續(xù)影響使2008年后經濟增速放慢，城市建設用地和資金等關鍵生產要素供給增長減慢。

圖1 中國城市建設用地面積及增長率變化Fig.1 Changes of the areas and rates of urban construction land in China

3.2 城市建設用地規(guī)模的時空差異

城市建設用地面積在空間上表現出較大差異①分區(qū)采用中國統(tǒng)計年鑒分區(qū)標準：東部10省（市）包括北京、天津、河北、上海、江蘇、浙江、福建、山東、廣東和海南；中部6省包括山西、安徽、江西、河南、湖北和湖南；西部12省（區(qū)、市）包括內蒙古、廣西、重慶、四川、貴州、云南、西藏、陜西、甘肅、青海、寧夏和新疆；東北3省包括遼寧、吉林和黑龍江。本文以345個地級市為研究對象，其中東部85個，西部137個，中部87個，東北36個。。在東北地區(qū)及東部沿海地區(qū)城市建設用地擴張較為明顯（圖2），其中長三角、京津冀及珠三角地區(qū)在2000—2014年分別增長了4 764.5 km2、2 339.7 km2、2 598.9 km2，中西部部分城市也有大幅度增長，其中川渝地區(qū)增長了2 007.1 km2。

全國及各地區(qū)城市建設用地面積在不同時間段呈現出不同的增長趨勢。全國及東部地區(qū)城市建設用地擴張趨勢基本一致，在2008年出現小幅下降后一直處于平穩(wěn)增長狀態(tài)。中、西部地區(qū)擴張態(tài)勢基本一致處于慢速增長狀態(tài)，東北地區(qū)基本保持穩(wěn)定（圖3）。2005—2015年，全國城市建設用地面積增加18 292.7 km2，其中東部地區(qū)增加8 571.6 km2，占全國城市建設用地增加總面積的46.9%，西部、中部、東北地區(qū)增幅不大，分別增加4 602.6 km2、3 576.3 km2和1 542.2 km2。

各地區(qū)城市建設用地面積增長率均有不同程度的波動，各地區(qū)擴張態(tài)勢存在較大差異，其中東部地區(qū)起伏較大（圖4）。就年均增長率而言，西部地區(qū)最大，達到5.5%，超過全國同期水平一個百分點。中、東地區(qū)年均增長率水平相當，分別為4.5%和4.3%，低于全國水平，雖然該時期東部地區(qū)增長率低于全國同期水平，但是東部地區(qū)城市建設用地基數大，故全國城市建設用地規(guī)模擴張受東部地區(qū)驅動較大，兩者增長趨勢基本一致。

圖2 345個城市建設用地面積（2000年、2015年）Fig.2 Urban construction land areas of 345 cities (2000 and 2015)

圖3 全國各地區(qū)城市建設用地面積變化Fig.3 Changes of urban construction land areas

綜合來看，城市建設用地擴張存在較大空間差異，擴張規(guī)模按東部、西部、中部、東北地區(qū)逐漸遞減，擴張速度按西部、中部、東部、東北地區(qū)逐漸遞減。在4大地區(qū)中，西部地區(qū)年均增長率大于全國整體水平，而東部、中部、東北地區(qū)則低于全國整體水平。

3.3 城市建設用地規(guī)模的影響因素分析

根據前文的分析，從產業(yè)驅動、人口驅動及投資驅動3方面探測2000年和2015年城市建設用地擴張的驅動因子。通過地理探測器測算得到的q值表示各影響因子對城市建設用地面積的影響程度，q值越大表示該因素對城市建設用地面積影響力越強。

從全國總體水平來看，2000年，固定資產投資和公共財政支出是影響城市建設用地擴張的主要因素，說明政府投資、支出結構在一定程度上推動了城市擴張。而到2015年，公共財政支出和直接利用外資成為城市建設用地擴張的主要推動因子，表明在2015年，政府支出結構不盡合理及外商投資的大幅度增加，促進了城市建設用地擴張。

從東部地區(qū)來看，2000年，人口規(guī)模是驅動城市建設用地擴張的主要因素。此外，固定資產投資、公共財政支出、高校數量也在很大程度上驅動了建設用地擴張，表明東部地區(qū)在2000年人口的集聚及投資規(guī)模推動了建設用地的擴張。而到2015年，實際利用外資和職工工資成為建設用地擴張的主導因素，表明隨著東部地區(qū)經濟的快速發(fā)展及國際化水平的提高，中外合資企業(yè)隨之興起，帶動了經濟發(fā)展進而促進了建設用地的擴張。由此可見，2000—2015年，城市擴張由人口驅動轉變?yōu)楫a業(yè)驅動。此外，2000年表現不顯著的二三產比重在2015年影響顯著，表明在2015年產業(yè)結構的升級反而在一定程度上推動了建設用地的擴張。

從東北地區(qū)來看，2000年推動建設用地擴張的因素有人口規(guī)模、高等學校數量、固定資產投資、公共財政支出及交通用地規(guī)模，其他指標均表現為不顯著。表明在2000年政府對高等學校投資產生了人才集聚效應，進而促進了建設用地的擴張。而到2015年，實際利用外資、職工工資、高等學校數量、固定資產投資、公共財政支出及人口規(guī)模的驅動力達到0.8以上，表明，2015年東北地區(qū)中外合資企業(yè)，帶動了經濟發(fā)展推動建設用地的擴張，政府對高等學校投入增加產生人口集聚效應。2015年，城市擴張由人口驅動轉變?yōu)楫a業(yè)驅動。

圖4 全國各地區(qū)城市建設用地增長率變化Fig.4 Changes of growth rates of urban construction land

從中部地區(qū)來看，2000年，高等學校數量成為推動建設用地擴張的最主要因素。此外，公共財政支出、固定資產投資、外商投資、平均工資及二三產值也有不同程度的影響。表明在2000年，政府對高校的投入產生了人才集聚效應，校區(qū)的建設及人民住房生活的需求推動了城市建設用地的擴張。而到2015年，投資驅動的趨勢更加明顯。

從西部地區(qū)來看，在2000年，高等學校數量同樣是推動建設用地擴張的主導因素。此外，公共財政支出、固定資產投資、外商投資、人口規(guī)模、交通用地、平均工資及二三產值占比也有不同程度的影響。2015年，固定資產投資、高等學校數量、公共財政支出、人口規(guī)模、外商投資、平均工資及二三產值占比共同作用促進了城市建設用地的擴張。

總得來看，2000年二三產比重在全國和各地區(qū)均不顯著，而到2015年在全國和東部地區(qū)表現為顯著，表明，在2000年產業(yè)結構的升級不會促進城市建設用地的擴張，即產業(yè)結構升級有可能促進城市土地的集約、節(jié)約利用，這與陳利根[22]得到的結論是相同的。但在2015年，東部地區(qū)二三產占比反而在一定程度上促進了城市建設用地的擴張。

3.4 城市建設用地規(guī)模變化驅動力交互探測

地理探測器的一大優(yōu)勢是不僅可識別驅動力大小，還可以在此基礎上探測兩驅動因子之間的交互作用。本文對驅動城市建設用地擴張的10個指標進行兩兩交互探測，得到結果如表2所示。

表2 城市建設用地規(guī)模變化驅動力交互探測①設交互后驅動力為q（X1∩X2），若q（X1∩X2）＜min（q（X1），q（X2）），為非線性減弱；若min（q（X1），q（X2））＜q（X1∩X2）＜max（q（X1），q（X2）），為單因子非線性減弱；若q（X1∩X2）＞max（q（X1），q（X2）），為雙因子增強；若q（X1∩X2）=q（X1）+q（X2），兩因子獨立；若q（X1∩X2）＞q（X1）+q（X2），為非線性增強。Tab.2 Interactive exploration of urban construction land driving forces

影響因子兩兩之間均為增強關系，包括雙因子增強和非線性增強，不存在獨立及減弱的關系。其中，2000年公共財政支出和高等學校數量交互影響力高達0.918，固定資產投資和高等學校數量交互影響力達到0.917，二三產比重和固定資產投資交互影響力達到0.904，表明在2000年，投資水平、產業(yè)結構及學校數量交互作用極強，這可能是國家及政府加大企業(yè)的高新技術投入使得產業(yè)結構升級，同時重視對人才的培養(yǎng)，加大對教育的投入從而使得城市建設用地擴張。2015年，實際利用外資與其他因子的交互性較強，其中，實際利用外資與二三產比重、高等學校數量、固定資產投資交互影響力分別為0.873、0.848和0.844，表明國際化進程加快的背景下，中外交流增強，利用外資增加的同時引進國外先進技術進一步促進了產業(yè)結構的升級，而產業(yè)結構的升級并未促進土地的節(jié)約集約利用，反而也一定程度上加速了城市建設用地擴張。

4 結論與討論

本文在分析2000—2015年中國345個城市建設用地面積時空變化的基礎上，采用地理探測器從產業(yè)驅動、人口驅動、投資驅動三個方面探討了城市建設用地擴張的驅動機制，得出如下結論：（1）中國城市建設用地面積雖然持續(xù)增長，但增速逐漸放緩。（2）城市建設用地在東部沿海地區(qū)擴張明顯，尤其是在京津冀、長三角和珠三角地區(qū)的，此外中西部部分城市也有明顯擴張。城市建設用地擴張規(guī)模按東部地區(qū)、西部地區(qū)、中部地區(qū)、東北地區(qū)遞減；擴張速度按西部地區(qū)、中部地區(qū)、東部地區(qū)、東北地區(qū)遞減。（3）全國城市建設用地擴張由政府驅動轉為中外投資共同驅動，東部地區(qū)和東北地區(qū)由人口驅動轉為產業(yè)驅動，中部地區(qū)由人口驅動轉為投資驅動，西部地區(qū)受西部大開發(fā)戰(zhàn)略的影響，城市建設用地擴張一直受投資驅動較為明顯。（4）影響因子兩兩之間均為增強關系，包括雙因子增強和非線性增強。在2000年，投資水平、產業(yè)結構及學校數量交互作用極強。到2015年，實際利用外資與其他因子的交互性明顯增強，利用外資增加的同時引進國外先進技術進一步促進了產業(yè)結構的升級，而產業(yè)結構的升級并未促進土地的節(jié)約集約利用，反而也一定程度上導致城市建設用地擴張。

本文認為經濟驅動、人口驅動和投資驅動是城市建設用地的主要因素，且這些因素對城市建設用地擴張的影響是相互關聯的，并在不同的區(qū)域存在著差異，城市應根據自身狀況協調土地與經濟和諧發(fā)展[22]。此外，土地政策也會影響城市建設用地規(guī)模[23]，重點表現在兩個方面：一是中國目前普遍執(zhí)行的城鄉(xiāng)建設用地增減掛鉤政策在保持區(qū)域城鄉(xiāng)建設用地總量平衡的前提下，通過縮減農村建設用地規(guī)模，推動了城市建設用地規(guī)模的增加；二是永久基本農田保護紅線、生態(tài)保護紅線和城市開發(fā)邊界線“三線”劃定，限制了城市建設用地規(guī)模增長。因此，城市建設用地利用管理應綜合考慮區(qū)域內經濟社會發(fā)展和土地政策約束，制定具有區(qū)域特點和區(qū)域差別化的城市建設用地利用管理政策，通過不斷提高城市建設用地效率實現從外延擴張向內涵挖潛的轉變。

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