长三角城市群建设用地转型时空分异及驱动因子识别

2023-06-07 04:03刘宝涛
关键词:城市群长三角土地利用

刘宝涛

(吉林农业大学 经济管理学院,吉林 长春 130118)

土地利用转型是土地利用变化研究的重要途径[1]。随着我国进入快速城镇化后期,国民经济由高速发展向高质量发展转变,社会经济要素交替重组,社会经济形态和地域空间格局重构,社会经济转型驱动土地利用转型[2]。建设用地是城市社会经济的空间载体,社会经济转型与建设用地转型紧密相关,因此,建设用地转型研究为解决中国城市土地利用问题提供了新思路。面对中国新一轮社会经济发展转型,国民经济高质量发展压力凸显,资源环境约束日趋增强,传统的低效粗放型土地利用方式难以为继[3]。尽管中央政府实行最严格的土地管理制度,但由于经济至上、政绩考核等理念驱动,耕地“占优补劣”、土地开发重扩张轻挖潜、重规模轻效率、“城乡建设用地增减挂钩”政策失效等问题依然存在[4-5]。为了破解以往发展过程中耕地流失、建设用地无序扩张、生态用地污损等问题,国家提出新型城镇化发展理念,推进长江经济带协同发展战略[6]。长三角城市群位于长江经济带与“一带一路”交汇处,城镇化水平高、交通设施健全、区域规模大且经济实力强,但受传统经济发展模式的影响,该区域面临着高新技术产业滞后、人口过度集中、生态功能退化和环境污染严重等问题,建设用地的急剧扩张导致建设用地效率低下[7]。城镇化进程中的社会经济、资源环境、人口产业等方面呈现出的问题均可在土地利用系统中得到反映。在此背景下,基于土地系统视角探究长三角城市群建设用地转型过程、格局和驱动机制,对于破解城市土地利用困境、实现社会经济可持续发展具有重要的现实意义。

国内外建设用地转型相关研究集中于以下方面。第一,森林转型为土地利用转型奠定了理论基础。Mather[8]最早提出森林转型(Forest transition)假说。在此基础上,Grainger[9]从国家土地利用形态(National land use morphology)变化角度提出土地利用转型(Land use transition)。早期的研究多关注林地转型,如Mather[10]研究林地转型与退耕还林的关系,Yeo 等[11]研究密西西比河林地转型,森林转型假说逐渐发展为土地利用转型理论[12-14]。随着国外研究的兴起,国内学者龙花楼等[15]研究长江沿线样带土地利用变化时将土地利用转型引入国内。土地利用转型的概念起初仅被理解为区域土地利用形态(特定时期内主要土地利用类型)在时序上的宏观趋势变化[16]。此外,龙花楼[17]还将土地利用转型拓展为在社会经济变化和革新的驱动下,即某一区域在一段时期内由一种土地利用形态(显性形态和隐形形态)转变为另一种土地利用形态的过程,通常与经济和社会发展阶段转型相对应。研究成果的日渐丰富,主要体现在土地利用转型的理论与假说[18]、区域土地利用转型[19]、耕地[20]、宅基地[21]、林地转型[22]以及土地利用转型的社会、环境效应等[23-25]方面。第二,建设用地转型成为土地利用转型的重要内容和拓展延伸。吕晓等[26]、许凤娇等[27]基于土地利用转型理论界定了城乡建设用地转型的概念。姚尧等[28]提出城市建设用地利用转型的内涵。部分已有研究基于土地利用转型理论基础和研究框架展开,以建设用地面积、人均建设用地面积等单一指标表征用地形态,从转型幅度、速度、区域差异等方面分析建设用地转型时空特征。许凤娇等[27]则从用地结构、效率、功能等多层面构建形态综合指数,分析了建设用地转型规律。建设用地转型作为土地利用转型研究的拓展和深化,已有研究取得了一定的进展,但仍存在以下不足:第一,研究内容多侧重于建设用地显性形态,缺乏建设用地隐性形态的科学表达,基于土地系统视角的显性形态和隐形形态综合转型测度有待探索。第二,研究视角仍处于转型特征“描述—解释”阶段,对转型过程、空间格局、驱动机理等关键问题关注不足。

基于此,本文以建设用地转型为研究对象,构建基于土地系统“结构—功能—效益”要素与人地耦合“生产—生活—生态”属性的建设用地转型测度体系,选取2004—2020 年长三角城市群26 个城市的面板数据,通过组合赋权TOPSIS 模型测度建设用地转型指数,综合运用ESDA 空间统计方法考察建设用地转型时空分异特征,最后借助地理探测器模型识别建设用地转型时空分异的驱动因子,以期为城市群社会经济发展转型、土地利用转型和生态环境保护提供科学依据与重要参考。

一、内涵诠释与体系构建

(一)建设用地转型内涵

土地利用转型由龙花楼[17]引入国内,并拓展其内涵。吕晓等[26]、许凤娇等[27]依据土地利用转型将建设用地转型概括为区域城乡建设用地利用形态在经济社会发展转型的驱动下所表现出的转变过程。显性形态为建设用地数量结构、时空格局等,隐性形态为建设用地投入、产出及利用效率等。作为城市社会经济活动的主要集聚区,建设用地形态是城市发展的直观表征。姚尧等[28]将城市建设用地利用转型理解为一定时期内与区域社会发展和经济转型相对应的城市建设用地形态转变的过程,城市空间扩张为建设用地扩张数量、结构、速度、空间格局等,而城市功能转型为建设用地功能承载、集约利用、更新能力等。

一定时期内,区域土地利用转型受到资源禀赋约束、社会经济驱动和政策制度调控等方面影响,并决定当地社会经济发展水平;社会经济发展促进经济增长、人口流动、产业升级等,驱动区域土地利用转型;由此可见,土地利用转型与社会经济转型表现为互惠共生和对立冲突的耦合系统。快速城镇化时期,建设用地转型与社会经济转型同样存在着互惠共生和对立冲突的耦合关系,具体表现为社会经济转型驱动建设用地转型,最终反馈于社会经济系统。

(二)土地利用系统内涵

从系统论角度出发,土地利用是持续进行物质互馈、能量流动、信息交换的多元开放系统。其以资源本底为基础,以人类需求为主体,以不同利用方式、利用强度为核心。系统内存在相互协同和干扰胁迫的交互效应,系统外与人类社会、经济、生态系统相互作用[29-32]。土地利用系统是由多子系统耦合而成的复合系统,借鉴土地系统论“结构—功能—效益”原理,土地利用结构是由主要用地类型组成,用地结构不同产生的结构效应不同,同时影响着土地利用功能发挥,两者共同决定土地利用系统的核心——土地利用效益。

从人地关系角度出发,土地利用系统作为人类社会经济活动与资源环境禀赋相互作用的结果,以其资源环境供给能力支撑人类经济活动,满足社会发展需求、承载人类生存压力,强调人地关系中“地”对“人”的支撑力、“人”对“地”的压力及其相互作用[32]。土地利用系统由经济发展导向的生产属性、社会需求导向的生活属性及资源环境导向的生态属性交互耦合作用形成。

综上分析,土地利用系统是由“结构—功能—效益”系统要素与人地耦合“生产—生活—生态”属性复合而成的复杂科学系统(见图1)。土地利用结构表现为主要用地类型的数量结构和空间特征,构成了以生产结构、生活结构、生态结构为主要结构的土地利用格局;土地利用功能表现为提供物质产品和服务效用的能力发挥,构成了以生产功能、生活功能、生态功能为主导功能的土地利用承载;土地利用效益表现为物质产品和服务效用的产出水平,构成了以生产效益、生活效益、生态效益为主体效益的土地利用产出。土地利用系统研究强调系统及其要素与以人类活动为主体的生产、生活、生态属性相互作用关系[29]。

(三)建设用地转型测度体系构建

建设用地是城市社会经济活动的空间载体,其形态是城市社会经济发展的直观表征,社会经济转型与建设用地转型紧密相关[2]。结合对建设用地转型和土地利用系统内涵的理解,构建建设用地转型测度体系。首先,基于土地系统“结构—功能—效益”构建建设用地转型体系的结构转型、功能转型和效益转型3 个要素层,其中,结构转型表征建设用地显性形态变化,功能转型与效益转型表征建设用地隐性形态变化,建设用地转型体系实现了显性形态转型和隐形形态转型的综合集成。其次,基于人地耦合“生产—生活—生态”构建“生产—生活—生态结构转型”“生产—生活—生态功能转型”“生产—生活—生态效益转型”9 个属性层。最后,在指标选择方面,由于建设用地转型侧重于土地资源本底外的用地方式、投入强度、功能发挥和产出效率等因素,重点关注建设用地转型重构过程,因此,不涉及建设用地的自然本底条件(坡度、高程、降水等)。基于以上测度体系的构建,参考已有研究[27,29-33]的方法,在遵循综合性、代表性以及数据可获取性等原则的基础上,构建了涵盖3 个要素层、9 个属性层、19 个指标的建设用地转型测度体系(见表1)。

表1 建设用地转型测度体系

建设用地结构表现为主要用地类型的数量结构、占比份额,以工业用地占比和物流仓储用地占比表征生产结构,以居住用地占比和公共管理服务用地占比表征生活结构,以公共绿地的人均份额和占比份额表征生态结构。建设用地结构形成了以生产结构、生活结构、生态结构为主要结构的土地利用格局。建设用地功能表现为主导功能承载的物质产品和服务效用,以地区生产总值增长率和固定资产投资增长率表征经济生产能力和经济生产潜力,以城镇人均居住面积和城镇人均道路面积表征居住承载的生活保障和基础设施的生活支撑,以水土资源平衡系数和地均生态系统服务价值表征水土资源供给的生态平衡功能和生态系统服务的生态调节功能。建设用地功能形成了以生产功能、生活功能、生态功能为主导功能的土地利用承载。建设用地效益表现为物质产品和服务效用的效益产出水平,以地均GDP 和人均GDP表征土地承载与人口承载的经济生产效益,以城镇人均可支配收入和城镇人均消费支出表征城镇居民收入、支出的社会生活效益,以工业固体废物综合利用率、生活垃圾无害化处理率、污水集中处理率表征生产、生活废弃物的生态治理效益。建设用地效益形成了以生产效益、生活效益、生态效益为主体效益的土地利用产出。

二、研究方法与数据来源

(一)研究区域概况

2016 年5 月,国务院正式批复《长江三角洲城市群发展规划》,标志着长三角城市群建设正式成为国家战略,该规划含上海,江苏省的南京、无锡、常州、苏州、南通、盐城、扬州、镇江、泰州,浙江省的杭州、宁波、嘉兴、湖州、绍兴、金华、舟山、台州,安徽省的合肥、芜湖、马鞍山、铜陵、安庆、滁州、池州、宣城,共26 个城市。长三角城市群自然禀赋优良,地貌类型以平原为主,水源充沛,土地开发难度低,城镇建设受自然条件限制约束弱,区位优势突出,是“一带一路”与长江经济带的重要交汇地带,在国家现代化建设大局和全方位开放格局中具有重要战略地位[34]。截至2020 年,土地面积约21.17 万km2,人口约1.4 亿人,GDP 约16万亿元,以占全国2.2%的土地和10%的人口贡献了约占全国五分之一的经济总量,成为国家经济发展的重要载体与依托。

(二)数据来源

研究数据包括2004—2020 年长三角城市群26 个城市的社会经济数据、城市建设用地数据、人口数据等。数据主要来源于相应年份的《中国城市统计年鉴》《中国城市建设统计年鉴》《中国区域经济统计年鉴》,江苏、浙江、安徽、上海,三省一市(直辖市)的统计年鉴以及各地市统计年鉴、国民经济与社会发展统计公报。建成区面积及城市用地分类数据来源于《中国城市建设统计年鉴》,其中用途分类涉及《城市用地分类与规划建设用地标准(GB137—90)》(旧标准)和《城市用地分类与规划建设用地标准(GB50137—2011)》(新标准)。为使研究所需的城市用地结构数据具有时间序列可比性与前后一致性,本文按照新旧用地标准的制定和转换原则对城市用地类型进行归类。长三角城市群26 个城市的行政区边界数据来源于国家基础地理信息中心数据库,采用西安1980 坐标投影系统。

(三)研究方法

1.组合赋权模型

建设用地转型测度体系属于多层次多指标的评价体系,为克服变量间信息重叠与人为确权的主观性,选择熵值法和均方差决策法的组合赋权模型确定指标权重。熵值法依据不同指标的离散程度确定权重,可以有效克服指标信息重叠,作为具有较高可信度和精确度的客观赋权方法,被广泛应用于社会经济研究领域[35]。均方差决策法以均方差反映随机变量离散程度,并由离散程度的大小决定。以准则层中各指标为随机变量,计算各指标均方差,并进行归一化处理,得到各指标权重[36]。对于熵值法得到权重W1j和均方差决策法得到权重W2j,基于相对信息熵最小化求解:

为获得熵值法和均方差决策法的组合权重,根据拉格朗日乘数法,求解最优综合赋权权重[37]。

式(2)中,Wj为组合权重,w1j为熵值法所得权重,w2j为均方差决策法所得权重。

2.TOPSIS 模型

Hwang 等[38]12-23提出TOPSIS 方法,通过衡量评价对象与最优解、最劣解的距离进行排序。综合运用组合赋权模型、TOPSIS 模型,可以有效克服传统TOPSIS 方法无法反映变量之间相关性和重要程度的缺点。

1)运用组合权重和标准化矩阵Xij计算加权决策矩阵Z:

2)确定正理想解和负理想解:

其中,J+={正向指标集合},J-={负向指标集合}。

3)计算正理想解和负理想解的欧式距离:

d.计算建设用地转型指数:

3.空间自相关分析

探索性空间数据分析是在对空间数据总体不作假设前提下识别数据模式和关系的方法,包括全局空间自相关和局部空间自相关两类。本文采用全局Moran’s I 指数分析长三角城市群建设用地转型的空间自相关性。Moran’s I 指数的取值范围是[-1,1],若愈趋近于-1,说明建设用地转型存在明显的空间差异特征;若愈趋近于1,说明建设用地转型存在明显的空间集聚特征,计算公式如下[39]:

4.地理探测器

地理探测器模型由王劲峰等[40]创立,用于分析现象的驱动因子及因子间相互作用的程度,广泛应用于探测地理对象空间分层异质性的形成机理,模型如下:

式(11)中,h=1,2,…,L 为指标分类,Nh为指标数,N 为样本数分别是指标层面方差、建设用地转型指数方差。q 值的取值范围是[0,1],其值越大表示对长三角城市群建设用地转型的解释力越强。同时,地理探测器模型中交互探测可以挖掘驱动因子间的交互作用,分析交互作用增强或减弱对时空分异的影响程度。交互关系主要有非线性减弱、单因子非线性减弱、双因子增强、相互独立、非线性增强五种基本类型。

三、长三角城市群建设用地转型时空格局

(一)建设用地转型时序演化特征

长三角城市群建设用地转型总体上呈现“前期快速上升—中期起伏波动—后期明显下降”的变化趋势,转型指数均值由2004 年0.3671 上升至2020 年的0.3980,年增长率呈现先增后减、交替变化的波动形式(见图2)。

图2 长三角城市群建设用地转型指数时序变化

建设用地转型整体上分为三个阶段:2004—2010 年快速上升阶段,转型指数均值由0.3671 上升至0.4143,增长率约为12.86%,主要是由于长三角城市群受经济全球化影响吸引大量外资,外向型经济刺激加快开发区、产业园大规模建设,江浙地区和上海市分别实施沿江开发和“经济特区”等区域发展战略,社会经济发展驱动建设用地需求增加,建设用地转型进入快速上升阶段;2010—2015 年起伏波动阶段,转型指数均值由0.4143 下降至0.4105,增长率为-0.91%,主要是由于长三角城市群发展外向型经济以廉价劳动力和土地扩张为依赖,产业结构以高端产品低附加值段为主,经济效益低且易受全球经济波动影响,国家积极优化产业结构、调整建设用地政策,出台关于城市蔓延防控政策,加强建设用地节约集约利用,严格建设用地用途管制,控制建设用地无序扩张,建设用地转型进入起伏波动阶段;2015—2020 年平稳下降阶段,转型指数均值由0.4105 下降至0.3980,增长率为-3.04%,主要是长三角城市群进入快速城镇化后期,经济增速明显下降,重视产业结构优化升级,转变经济增长方式,土地管理方面实施最严格的耕地保护政策,坚守18 亿亩耕地红线,由于土地资源稀缺,建设用地空间减少,土地城镇化过快的现象有所缓解,建设用地扩张速度放缓,建设用地转型进入平稳下降阶段。

依据组合赋权TOPSIS 方法的测算结果,分别取2004—2020 年长三角城市群26 个城市的建设用地结构、功能、效益转型指数均值,按照层次加总原则,得到长三角城市群建设用地结构、功能、效益转型指数时序变化(见图3)。建设用地结构、功能、效益转型呈现不同的演变轨迹,其转型发展水平决定了建设用地转型发展水平。

图3 长三角城市群建设用地结构、功能、效益转型指数时序变化

结构转型呈现先高位波动后持续下降的演化趋势,主要是由于长三角城市群社会经济快速发展驱动大规模开发区建设、上海“经济特区”计划及江浙地区产业大开发等战略相继实施,对建设用地结构起到积极促进作用。此外,由于大量外来人口就业集聚,经济发展与社会进步对建设用地生产空间、生活承载和生态环境容量产生巨大需求,导致建设用地急剧扩张,结构转型表现为高位波动趋势。然而,随着社会经济发展转型,国民经济由高速增长向高质量发展转变,经济增速有所放缓、中心城市集聚效应突显,出现经济和人口“城市收缩”现象,导致结构转型表现为持续下降趋势。

功能转型呈现先快速上升后高位波动的演化趋势,主要是由于社会经济发展方式和宏观政策环境的影响,长三角城市群产业结构持续优化,城市基础设施与公共服务设施日益完善,建设用地功能转型表现为快速上升趋势。随着国家深化经济体制改革,倡导生态文明建设与新型城镇化发展理念,不再盲目追求以新增建设用地推动社会经济发展,而是更加注重社会经济与生态环境协调发展,导致建设用地生产、生活和生态功能均有提升,建设用地功能趋于多元化,功能转型表现为高位波动趋势。

效益转型呈现持续上升的演化趋势,主要原因是:第一,由于长三角城市群经济发展与城镇化水平的持续提升有效增加了建设用地要素投入和产出规模,产业结构升级驱动用地结构不断优化,促使城市要素投入在生产集聚中获得外部效益。第二,随着新型城镇化推进,城市基础设施和公共服务水平提升明显,居民生活质量有效改善。同时,“城镇化发展带来的要素集聚和产业集群能够提高人力资本的积累,从而推动经济增长”[41]。第三,在产业集聚、人口增长双重压力下,土壤质量、水源保护、绿色空间等生态环境恶化,长三角地区加强自然资源管理,转变环境治理理念,在生态修复和环境污染治理方面取得明显成效,环境管制能力与污染治理力度对生态效益提升起到关键作用,效益转型呈现持续提升的演化趋势。需要注意的是,高效的环境管制与污染治理能力虽然降低了城市生产、生活活动对生态环境的负面影响,但高昂的生态环保投入和污染治理成本占用了社会发展资金,这也成为个别年份效益转型下降的重要原因。

(二)建设用地转型空间格局特征

为探讨长三角城市群建设用地转型空间分异特征,本文基于典型研究年份2005 年、2010 年、2015 年和2020 年长三角城市群建设用地转型指数,运用ArcGIS10.7 软件的自然断裂法将其划分为高值扩张转型、中值平稳转型和低值收缩转型三个等级(见图4),进行空间可视化与对比分析。建设用地转型存在明显的空间分异特征,与城市群整体演化趋势相吻合,随着《长江三角洲城市群发展规划(2016—2020)》和长三角区域一体化发展战略的实施,建设用地转型趋向于区域协同、平稳发展的空间演化特征。

图4 长三角城市群建设用地转型空间格局

建设用地转型快速上升阶段,高值扩张转型并未形成以上海为核心的“核心—边缘”格局,而是分布于南京都市圈、合肥都市群以及沪杭甬大湾区外围,中值平稳转型集中于沪杭甬大湾区,低值收缩转型附着于高值扩张转型城市外围呈组团分布。建设用地转型起伏波动阶段,高值扩张转型城市数量减少且集中于南京都市圈、苏锡常都市圈和宁波都市圈,西部地区城市逐步向低值收缩转型演化,而以上海为核心贯穿苏北、浙南地区的沿海城市以中值平稳转型为主。建设用地转型平稳下降阶段,以上海、南京、苏州、杭州为代表的中心城市为低值收缩转型,中值平稳转型附着于中心城市外围,高值扩张转型分布于西北地区边远城市,主要是由于随着长三角一体化进程的深入,上海、杭州等经济发达城市同周边城市协同分工逐渐加深,产业、人口转移的辐射带动作用推动建设用地平稳转型。此外,由于产业转型升级的迫切需要,南通、泰州、芜湖、宣城等地逐渐成为长三角重点开发区域和产业、人口转移的承载地,产业转移、分工协作的推进驱动西部“皖江城市带”和北部“通泰盐”建设用地高值扩张转型。

整体来看,长三角城市群建设用地转型存在明显的空间分异特征,与三阶段时序演化特征相吻合。快速上升阶段表现为中、西部地区省会城市、枢纽城市高值扩张转型,东部地区沿海、沿江城市中值平稳转型;起伏波动阶段表现为中部地区重点城市高值扩张转型,以上海为核心的东部沿海城市中值平稳转型,西部内陆城市低值收缩转型;平稳下降阶段表现为群内中心城市以低值收缩转型为主,其外围地区以中值平稳转型为主,群内西、北部城市以高值扩张转型为主。

(三)建设用地转型时空分异特征

运用ArcGIS10.7 软件和GeoDa095i 分析软件,计算2004—2020 年长三角城市群建设用地转型全局Moran’s I 指数,分析长三角城市群建设用地转型全局空间自相关特征(见表2)。整体来看,长三角城市群建设用地转型全局Moran’s I指数呈阶梯上升趋势,说明建设用地转型空间自相关性逐渐增强,空间集聚特征趋于明显。

表2 2004—2020 年长三角城市群建设用地转型全局Moran’s I 指数

2004—2010 年,全局Moran’s I 指数由-0.145上升至0.122,虽未通过5%显著性检验,但全局空间自相关特征由空间负相关演变为空间负相关;2010—2015 年,全局Moran’s I 指数由0.122 上升至0.302,年际间有一定波动,通过了5%显著性检验,建设用地转型呈显著的空间集聚特征但尚未形成稳态;2015—2020 年,全局Moran’s I 指数先升后降,基本通过5%显著性检验,建设用地转型呈显著的空间集聚特征且趋于稳定。整体来看,长三角城市群建设用地转型全局空间自相关特征由空间负相关演化为空间正相关,继而发展为显著的空间集聚特征。由于长三角区域一体化发展战略的实施,城市间加强社会经济联系与产业分工协作,中心城市、重点城市辐射带动外围城市、边远城市,建设用地转型的空间集聚特征趋于稳定。

在全局空间自相关特征分析基础上,进一步对其局部空间自相关特征进行研究。基于ArcGIS10.7软件的空间统计模块(Spatial Statistics Tools)计算建设用地转型局部Gi*指数,绘制LISA 空间集聚图,将其划分为四种类型(见图5)。H—H 集聚区:高值区空间趋同,具有正向扩散效应;H—L 集聚区:高值区被低值区包围,具有中心极化效应;L—H 集聚区:低值区被高值区包围,具有外围极化效应;L—L 集聚区:低值区空间趋同,具有负向扩散效应。

图5 长三角城市群建设用地转型LISA 集聚图

具体来看,第一,2005—2010 年,以H—L 集聚区和L—H 集聚区为主,分布于沪杭甬大湾区和皖江城市带,具有明显的空间极化效应,H—H集聚区和L—L 集聚区数量较少且分布零散,H—H 集聚区沿南京、扬州、金华三市向周边地区辐射扩散发展。第二,2010—2015 年,H—H 集聚区数量稳定,集中于南京都市圈、苏锡常都市圈和宁波都市圈;L—L 集聚区明显减少且零星分布于皖南、皖西等边远地区,L—H 集聚区与H—L 集聚区互为演化、此消彼长,两极分化现象较为明显。第三,2015—2020 年,H—H 集聚区演化至南京都市圈和苏锡常都市群外围地区;L—L 集聚区集中于上海、杭州等中心城市;而H—L 集聚区和L—H集聚区数量增加且集中成片广泛分布。长三角城市群建设用地转型局部空间自相关特征的阶段演化进一步证实了全局空间自相关特征客观存在的初步判断。

四、长三角城市群建设用地转型驱动因子识别

(一)驱动因子探测

本文以建设用地转型测度体系内的19 个指标作为驱动因子,运用自然断裂法对其进行离散化处理,并与建设用地转型指数同时导入地理探测器模型,探测2005—2020 年各驱动因子对长三角城市群建设用地转型时空分异的q 值,其值越大则对建设用地转型时空分异的解释能力越强(见表3)。2005—2020 年驱动因子对建设用地转型时空分异的q 值基本在5%水平以上显著,说明能够有效解释长三角城市群建设用地转型时空分异格局,但在不同时限其解释能力不尽相同。

表3 长三角城市群建设用地转型驱动因子探测结果

2005 年建设用地转型时空分异的核心驱动因子(q>0.4)为X10,2010 年则为X19、X3,2015 年则为X14、X9、X19、X8、X16、X11、X15,2020 年则为城镇X16、X15、X5、X14、X10。具体来看,2005 年交通基础设施的社会生活支撑功能对于建设用地转型具有核心驱动作用;2010 年污水集中处理的生态治理效益和城镇居住空间的生活用地结构对于建设用地转型具有核心驱动作用;2015 年核心驱动因子数量最多且q 值解释能力明显增强,主要以建设用地的经济生产功能、居住承载的生活保障功能、水土资源供给的生态平衡功能为核心的“三生”功能,以及以人口承载的经济生产效益、城镇居民收入支出的社会生活效益、污水集中处理的生态治理效益为核心的“三生”效益两个方面;2020 年核心驱动因子数量较多且q 值解释能力显著增强,主要以公共绿地人均份额结构表征的生态用地结构、交通基础设施的社会生活支撑功能以及人口承载的经济生产效益、城镇居民收入支出的社会生活效益。整体来看,长三角城市群建设用地转型时空分异特征由单核心驱动向双核心驱动演化,并进一步向多核心驱动发展,核心驱动因子数量逐渐增加,对空间分异的解释能力(q 值)逐年增强,逐渐趋向于“三生”功能转型多元化驱动以及“三生”效益转型多元化驱动。

(二)驱动因子交互探测

运用地理探测器中交互探测进一步分析驱动因子和建设用地转型时空分异的交互作用(见表4)。交互探测结果显示,驱动因子间的交互作用均为增强关系,包括双因子增强和非线性增强,不存在独立和减弱的关系,说明驱动因子的交互作用增强了对建设用地转型时空分异的解释能力。表现为双因子增强的有12 对组合因子,其余均为非线性增强,组合因子交互的解释能力几乎都在0.5以上。有两组交互探测因子的解释能力最高为0.97,分别是人均公共绿地面积与人均地区生产总值组合因子、物流及仓储用地占比与地区生产总值增长率组合因子;解释能力较高水平为城镇居民人均可支配收入与污水集中处理率组合因子(0.95)。这也表明,人均公共绿地面积、人均地区生产总值、地区生产总值增长率、城镇居民人均可支配收入与污水集中处理率是建设用地转型时空分异的核心驱动因子,且与其他因子间交互作用能够更高程度解释建设用地转型时空分异特征。整体来看,长三角城市群建设用地转型时空分异特征并非单一因子驱动,而是由以公共绿地人均份额为核心驱动的生态结构,以地区生产总值增长率为核心驱动的生产功能,以人均地区生产总值、城镇居民可支配收入、污水集中处理率为核心驱动的三生效益,进一步与其他驱动因子交互耦合强化驱动作用综合形成了建设用地转型时空分异特征。

表4 长三角城市群建设用地转型驱动因子交互探测结果

五、结论与政策启示

(一)结论

本文在土地利用转型理论基础上,阐释了建设用地转型和土地利用系统的理论内涵,构建了基于土地系统“结构—功能—效益”与人地耦合“生产—生活—生态”的建设用地转型测度体系,选取2004—2020 年长三角城市群26 个城市的面板数据,通过组合赋权TOPSIS 模型测度建设用地转型指数,综合运用ESDA 空间统计方法探究了建设用地转型时空分异特征,借助地理探测器模型识别了建设用地转型时空分异的驱动因子。主要结论如下:

第一,长三角城市群建设用地转型表现为“快速上升—起伏波动—明显下降”的三阶段时序演化特征。结构转型呈“高位波动—持续下降”的演化趋势,功能转型呈“快速上升—高位波动”的演化趋势,效益转型呈持续上升的演化趋势,三个子系统不同的演进轨迹共同决定了建设用地转型发展水平。

第二,长三角城市群建设用地转型存在明显的空间分异特征,与三阶段时序演化特征相吻合。快速上升阶段为中、西部地区省会城市,枢纽城市高值扩张转型,东部地区沿海、沿江城市中值平稳转型;起伏波动阶段为中部地区重点城市高值扩张转型,以上海为核心的东部地区沿海、沿江城市中值平稳转型,西部地区内陆城市低值收缩转型;平稳下降阶段为群内中心城市以低值收缩转型为主,其外围地区以中值平稳转型为主,西、北部地区边远城市以高值扩张转型为主。

第三,长三角城市群建设用地转型全局空间自相关特征由空间负相关演化为空间正相关,进而发展为显著的空间集聚特征并趋于稳定。局部空间自相关特征表现为H—H 集聚区由南京都市圈、苏锡常都市圈向外围地区辐射扩散发展,L—L集聚区由西部边远城市向东部中心城市迁移。

第四,长三角城市群建设用地转型时空分异特征由单核心驱动向双核心、多核心驱动演化,核心驱动因子数量逐渐增加,对空间分异的解释能力(q 值)逐年增强,趋向于“三生”功能转型、“三生”效益转型多元化驱动。交互探测结果表现为双因子增强和非线性增强,建设用地转型时空分异特征是多因子交互耦合作用的结果。三组解释能力较高的交互探测因子进一步表明人均公共绿地面积、人均GDP、地区生产总值增长率、城镇居民人均可支配收入与污水集中处理率是建设用地转型时空分异的核心驱动因子,且与其他因子间交互作用能够更高程度地解释长三角城市群建设用地转型时空分异特征。

(二)政策启示

建设用地转型是由土地系统“结构—功能—效益”与人地耦合“生产—生活—生态”复合而成的复杂科学系统。结构转型表征建设用地显性形态变化,功能转型和效益转型表征建设用地隐性形态变化,建设用地转型体系实现了显性形态转型与隐形形态转型的综合集成。在快速城镇化时期,长三角城市群建设用地开发利用程度很高,较国内其他地区具有一定的资源禀赋基础和区位发展优势,但受传统经济发展模式影响,该地区人口过度集中、高新技术产业滞后,建设用地急剧扩张导致建设用地效率低下等问题对资源环境造成巨大压力,不利于社会经济的可持续发展。建设用地转型研究为推动长三角城市群建设用地结构优化配置、建设用地功能深入挖掘、建设用地效益充分发挥提供了理论基础。长三角城市群建设用地转型不只局限于建设用地数量、质量、结构和布局,而是基于土地系统科学视角探究城市群建设用地转型的时空规律与驱动机制,实现建设用地转型和社会经济转型良性互动、匹配吻合,为创新土地资源管理政策措施、强化土地管理决策科学性提供科学依据。上述结论蕴含着丰富的政策启示:

第一,着力打造长三角多中心城市群,提升整体经济实力与创新活力,在长三角区域一体化战略引领下实现社会经济转型驱动建设用地系统转型。第二,强化长三角城市群区域分工与产业协作,群内各城市应重视培育自己的支柱产业,形成互补分工的合作关系,构建差异化、网络化的建设用地空间格局。2018 年,长三角地区进一步深化实施《长江三角洲城市群发展规划》,按照“面向全球、辐射亚太、引领全国的世界级城市群”的战略要求,促进长三角城市群城镇体系合理、建设用地结构优化、功能互补、协同发展。第三,建设用地转型应因地制宜,因城施策。长三角城市群各城市的建设用地转型水平处于不同阶段,各地需根据实际情况来诊断自身社会经济发展转型的短板与不足,制定差异化的建设用地转型优化调控政策,多举措优化建设用地结构、功能、效益及系统综合转型,使建设用地转型和社会经济转型相吻合。第四,构建建设用地转型管控的责任机制,整合国土空间规划、利用、监测等自然资源行政管理体系,以建设用地结构、功能、效益转型为抓手强化建设用地系统转型的管控力度,引导长三角城市群建设用地转型深度挖潜。第五,强化科技创新与技术协同,结合国土空间规划体系,综合运用遥感、GIS技术和“一张图”工程等构建“图”“数”“地”一致的精准化动态监管系统,为长三角城市群建设用地转型的调控优化提供技术保障。

建设用地转型和社会经济转型存在互惠共生与对立冲突的耦合关系,社会经济转型驱动建设用地转型,最终又反馈于社会经济系统。本文构建的建设用地转型测度体系,所选指标基本涵盖了建设用地转型与土地利用系统的总体内涵,研究内容较为全面,但受限于数据的可获取性,部分指标的选取上存在一定的不足之处,对其进行创新和完善将是笔者今后不断深入研究的方向。

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