南京市城鎮(zhèn)用地擴張?zhí)卣髋c驅(qū)動力分析

魏寧寧 林奕冉 周翼虎

摘要：揭示城鎮(zhèn)用地利用變化時空格局特征，剖析城鎮(zhèn)用地擴張的內(nèi)在機制，是控制引導城鎮(zhèn)用地合理擴張的基礎。以南京市為研究區(qū)，采用擴張強度、景觀形狀指數(shù)、破碎度指數(shù)、分離度指數(shù)以及擴張方位分析等對南京市2000—2015年的城鎮(zhèn)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(zhèn)用地擴張的驅(qū)動力。結(jié)果表明，2000年南京市城鎮(zhèn)用地面積、景觀形狀指數(shù)、破碎度指數(shù)和分離度指數(shù)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(zhèn)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(zhèn)用地擴張主要驅(qū)動力為人口增長、經(jīng)濟發(fā)展、居民收入增加、固定資產(chǎn)投資、交通改善、土地政策和土地資源稟賦等因素。城鎮(zhèn)用地擴張?zhí)卣鞯亩棵枋龊万?qū)動力分析將為城鎮(zhèn)用地合理配置提供理論和實際支持。

關鍵詞：城鎮(zhèn)用地擴張;時空特征;驅(qū)動力分析;擴張強度;景觀性狀指數(shù);破碎度指數(shù);分離度指數(shù)

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(zhèn)化起步較晚，1978年，改革開放以后，伴隨著工業(yè)化進程的加速，我國城鎮(zhèn)化發(fā)展經(jīng)歷了一個起點低、速度快的發(fā)展過程。1978—2018年，城鎮(zhèn)常住人口從1.7億人增加到8.3億人，城鎮(zhèn)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(zhèn)人口的增加，作為承載城鎮(zhèn)人口生活和生產(chǎn)活動的城鎮(zhèn)用地也迅速擴張[2]，越來越多的耕地、林地和農(nóng)村居民點被占用。城鎮(zhèn)用地的擴張不僅影響城鎮(zhèn)的發(fā)展，而且影響區(qū)域糧食安全和生態(tài)環(huán)境[3]。因此，必須對城鎮(zhèn)用地擴張進行有效管理，其中，揭示城鎮(zhèn)用地利用變化時空格局特征，剖析城鎮(zhèn)用地擴張的內(nèi)在驅(qū)動機制，是控制引導城鎮(zhèn)用地合理擴張的基礎。

城鎮(zhèn)用地擴張研究經(jīng)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(tǒng)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS），利用定量指標對城鎮(zhèn)用地擴張的形態(tài)和方向、空間演變過程、農(nóng)地非農(nóng)化以及城鎮(zhèn)用地內(nèi)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(zhèn)用地擴張時空變化特征描述較多，而對城鎮(zhèn)用地擴張的內(nèi)在驅(qū)動機制分析不夠深入。城鎮(zhèn)用地擴張外在特征描述的是城鎮(zhèn)空間擴張后的結(jié)果，卻不能揭示各種因素對城鎮(zhèn)空間擴張這一過程的影響，因此，不僅需要描述城鎮(zhèn)用地擴張的外在特征，而且還需要深入剖析城鎮(zhèn)用地擴張的內(nèi)在驅(qū)動機制，將現(xiàn)象描述和本質(zhì)分析相結(jié)合，深化對城鎮(zhèn)空間擴張規(guī)律的研究。本研究利用RS和GIS作為數(shù)據(jù)提取和分析的方法，采用擴張強度、景觀形狀指數(shù)、破碎度指數(shù)、分離度指數(shù)以及擴張方位分析等對江蘇省南京市2000—2015年城鎮(zhèn)用地擴張的面積、強度、形態(tài)和方位等時空形態(tài)特征進行定量描述;然后，基于社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)，采用曲線擬合模型對城鎮(zhèn)用地擴張的驅(qū)動力進行定性和定量分析。

1 數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1 研究區(qū)域

南京市是江蘇省省會，是江蘇省政治、經(jīng)濟、文化、科技、教育、金融中心，是我國長江經(jīng)濟帶重要節(jié)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(zhèn)人口695.99萬人，常住人口城鎮(zhèn)化率82.50%，地區(qū)生產(chǎn)總值12 820.40億元。

1.2 數(shù)據(jù)來源和處理

在城鎮(zhèn)用地擴張?zhí)卣餮芯恐?，多時相遙感數(shù)據(jù)作為主要的空間數(shù)據(jù)源，采用2個不同時間階段（2000、2015年）的高質(zhì)量衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。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(jiān)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(zhèn)用地擴張的研究需要將城鎮(zhèn)用地分離出來，因而需要在以上遙感數(shù)據(jù)解譯的基礎上對土地利用分類數(shù)據(jù)進行再分類和調(diào)整，根據(jù)本研究的需要，將研究區(qū)域土地分為2類：城鎮(zhèn)用地、其他用地，這樣有利于分清城鎮(zhèn)地域，消除多類別的干擾。在城鎮(zhèn)用地擴張內(nèi)在驅(qū)動機制分析中，采用統(tǒng)計年鑒中的有關統(tǒng)計資料。

1.3 研究方法

城鎮(zhèn)用地擴張時空格局特征相關指數(shù)計算公式見表1。

城鎮(zhèn)用地擴張驅(qū)動力分析：城鎮(zhèn)用地擴張與驅(qū)動力因子關系的函數(shù)是：

式中：S表示城鎮(zhèn)用地規(guī)模;Di表示影響城鎮(zhèn)用地擴張的第i種驅(qū)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(jié)果與分析

2.1 城鎮(zhèn)用地擴張時空格局特征分析

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

景觀形狀指數(shù)是反映地物形狀的參數(shù)，其值越小，地物形狀越規(guī)則;破碎度指數(shù)和分離度指數(shù)分別表征城鎮(zhèn)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(jié)果（表3）可以看出，南京市城鎮(zhèn)用地的景觀形狀指數(shù)從2000年165.96下降到了2015年的138.29，說明南京市15年來城鎮(zhèn)用地形狀變得越來越規(guī)則，破碎度指數(shù)和分離度指數(shù)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(zhèn)用地擴張方式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫o湊填充式擴張模式，破碎分散分布逐漸轉(zhuǎn)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(shù)可以發(fā)現(xiàn)，南京市城鎮(zhèn)用地空間開發(fā)集約程度雖然有所改善，但是很不明顯，未來城鎮(zhèn)用地擴張模式應該逐步加快轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)部填充式擴張，這利于城鎮(zhèn)用地的集約利用，也會對研究區(qū)域交通效率、城市功能運轉(zhuǎn)效率、生活質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量等方面產(chǎn)生積極影響。

從八分圓各象限內(nèi)城鎮(zhèn)用地規(guī)模（圖1）來看，2000—2015年間，各象限內(nèi)城鎮(zhèn)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(nèi)城鎮(zhèn)用地所占比例較大，達30.56%，而東南東（ESE）象限內(nèi)城鎮(zhèn)用地所占比例最小，僅為1.58%，2000年各象限城鎮(zhèn)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(nèi)的城鎮(zhèn)用地占比仍然維持最高和最低的態(tài)勢，各象限城鎮(zhèn)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(zhèn)用地占比呈現(xiàn)以上變化的原因主要在于15年來不同方位城鎮(zhèn)用地擴張規(guī)模各不相同。從圖1可以看出，2000—2015年南京市城鎮(zhèn)用地擴張規(guī)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(nèi)擴張的城鎮(zhèn)用地規(guī)模則最低，僅增長了4.09 km2，從而形成了各象限城鎮(zhèn)用地占比不斷變化的格局。

2.2 城鎮(zhèn)用地擴張的驅(qū)動力分析

了解城鎮(zhèn)用地擴張的內(nèi)在驅(qū)動機制，對于指導合理的城鎮(zhèn)空間擴張至關重要。本研究結(jié)合南京市2000—2017年的社會經(jīng)濟統(tǒng)計資料，定性與定量結(jié)合分析南京市城鎮(zhèn)用地擴張的主要驅(qū)動力。

對每一個自變量進行了10種（線性、對數(shù)、倒數(shù)、2次、3次、復合、冪、S、增長、指數(shù)）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(zhèn)用地擴張 城鎮(zhèn)人口的增加需要建造更多的建筑物，開發(fā)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(chǎn)業(yè)從業(yè)人員的增加直接導致企業(yè)用地、交通用地、住房及公共基礎設施用地等用地規(guī)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(zhèn)空間來滿足需求，所以說，城鎮(zhèn)人口增加會帶來城鎮(zhèn)用地規(guī)模的擴張。南京市城鎮(zhèn)化率從2000年的71.09%增加到2017年的82.29%，其城鎮(zhèn)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(chǎn)業(yè)從業(yè)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(jié)果可以看出，城鎮(zhèn)人口、二三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員與城鎮(zhèn)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(zhèn)用地擴張的人口增長驅(qū)動因素。

2.2.2 經(jīng)濟發(fā)展與城鎮(zhèn)用地擴張 城鎮(zhèn)發(fā)展主要取決于其經(jīng)濟實力，因此經(jīng)濟發(fā)展是城鎮(zhèn)用地擴張的基礎。城鎮(zhèn)土地利用實際上是一個綜合性的經(jīng)濟活動，城鎮(zhèn)用地作為二三產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的空間載體，是產(chǎn)業(yè)集聚的核心區(qū)域，二三產(chǎn)業(yè)的集聚和發(fā)展會導致產(chǎn)業(yè)用地的大量需求，進而促進城鎮(zhèn)空間擴張。進入21世紀以來，南京市經(jīng)濟發(fā)展迅速，2000年二三產(chǎn)業(yè)地區(qū)生產(chǎn)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(shù)之間關系的曲線擬合分析結(jié)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(zhèn)用地與二三產(chǎn)業(yè)GDP高度相關，城鎮(zhèn)經(jīng)濟發(fā)展是城鎮(zhèn)用地擴張的關鍵驅(qū)動力。

2.2.3 居民收入與城鎮(zhèn)用地擴張 城鎮(zhèn)居民人均可支配收入增加，能擴大消費需求，進而拉動城鎮(zhèn)經(jīng)濟增長，驅(qū)動城鎮(zhèn)用地擴張。南京市城鎮(zhèn)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(zhèn)居民人均可支配收入與城鎮(zhèn)用地面積之間的關系進行了相關分析，結(jié)果表明，二者之間存在高度的相關性。通過曲線擬合得到優(yōu)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(zhèn)居民人均可支配收入增加導致城鎮(zhèn)用地規(guī)模增加。

2.2.4 固定資產(chǎn)投資與城鎮(zhèn)用地擴張 固定資產(chǎn)投資是拉動區(qū)域經(jīng)濟增長的重要因素之一，在城鎮(zhèn)社會經(jīng)濟發(fā)展過程中，需要增加投資尤其是二三產(chǎn)業(yè)固定資產(chǎn)的投資來滿足產(chǎn)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(zhèn)用地規(guī)模的擴張。2000年南京市二三產(chǎn)業(yè)固定資產(chǎn)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(chǎn)業(yè)固定資產(chǎn)投資和城鎮(zhèn)用地面積進行曲線擬合（圖2），結(jié)果得到優(yōu)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(chǎn)業(yè)固定資產(chǎn)投資增加導致城鎮(zhèn)用地規(guī)模增加。

2.2.5 基礎設施與城鎮(zhèn)用地擴張 城鎮(zhèn)基礎設施尤其是城鎮(zhèn)交通設施的建設，能夠指導城鎮(zhèn)空間宏觀格局的發(fā)展，有效促進城市之間人們的溝通交流，進而促進知識的創(chuàng)新和經(jīng)濟的發(fā)展，從而推動城鎮(zhèn)用地規(guī)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(zhèn)用地面積的關系進行相關分析，結(jié)果表明，二者之間存在高度的相關性。通過曲線擬合，得到優(yōu)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(fā)展有利于引導南京市城鎮(zhèn)用地擴張。

2.2.6 土地政策與城鎮(zhèn)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(zhèn)的發(fā)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(nóng)業(yè)用地或農(nóng)村居民點轉(zhuǎn)為國有建設用地，然后，通過招拍掛等出讓給開發(fā)商用于城鎮(zhèn)建設，從而滿足城鎮(zhèn)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(zhèn)用地擴張規(guī)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(huán)境和對地方官員的政績考核，強烈支持快速外延式城鎮(zhèn)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(zhèn)用地面積進行曲線擬合，發(fā)現(xiàn)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(zhèn)用地擴張的規(guī)模。

2.2.7 土地資源稟賦與城鎮(zhèn)用地擴張 區(qū)域土地資源稟賦越豐富，尤其是農(nóng)業(yè)用地越豐富，糧食安全越用保障，可用于城鎮(zhèn)空間擴張占用的土地資源就越多，土地資源對城鎮(zhèn)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(zhèn)空間擴張的后備土地資源不足，在保有一定的農(nóng)業(yè)用地的情況下，城鎮(zhèn)用地規(guī)模必將受到限制。通過對2000—2017年南京市耕地面積和城鎮(zhèn)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(zhèn)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(zhèn)空間擴張所受到的約束作用越大。

3 結(jié)論與討論

通過對南京市城鎮(zhèn)用地時空變化格局特征進行定量描述以及城鎮(zhèn)用地擴張內(nèi)在驅(qū)動機制的深入分析，得出以下結(jié)論：（1）隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，南京市的城鎮(zhèn)用地擴張步伐加快，南京市城鎮(zhèn)用地面積從2000年的569.38 km2增加到2015年的891.42 km2，城鎮(zhèn)用地面積增加322.04 km2，增長了0.57倍，年均擴張規(guī)模達21.46 km2/年，擴張強度指數(shù)為3.77%，對應時期城鎮(zhèn)人口增長了0.54倍，土地城鎮(zhèn)化快于人口城鎮(zhèn)化。（2）15年來，南京市景觀形狀指數(shù)從2000年的165.96下降到2015年的138.29，說明南京市城鎮(zhèn)空間形態(tài)越來越規(guī)則;破碎度指數(shù)和分離度指數(shù)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(zhèn)用地破碎分散分布的趨勢逐漸轉(zhuǎn)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(zhèn)用地擴張模式基本上是以主城區(qū)為中心的填充形式和新城區(qū)的逐層向外延伸形式組成;從南京市城鎮(zhèn)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(zhèn)用地擴張的原始動力，經(jīng)濟發(fā)展和居民收入增加是城鎮(zhèn)用地擴張的2個最直接的驅(qū)動力，而固定資產(chǎn)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(zhèn)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(zhèn)的空間擴張。

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