山東半島城市群建設用地結構的時空特征及變化機理研究

李咪 王成新 姬宇 李雅楠

摘 要：使用洛倫茨曲線和偏移份額法對山東半島城市群2006年～2015年城市用地結構的時空差異及變化機理進行分析。結果表明：（1）整體上山東半島城市群五類功能性用地呈擴張趨勢，且分布相對均勻，同時存在結構性差異。研究期內，居住用地分布最均衡且穩定，工業用地次之，公共設施用地和道路與交通設施用地分布相對集中，但向均衡分布發展，綠地分布由集中向均衡發展。從區域來看，魯西北分布最均衡，魯中南次之，魯東區域相對較為集中；（2）居住用地、公共設施用地、道路與交通設施用地和綠地為增長性結構，工業用地為衰退性結構；空間分布上看，青島、濟寧、萊蕪、德州、聊城和濱州市建設用地擴張迅速，且青島市和濟寧市競爭力較強，濟南市較弱。泰安和菏澤市建設用地呈減少趨勢。其余地市補給擠出效應互有強弱，其中濰坊市競爭力較弱；（3）城市建設用地結構的變化受經濟、人口、產業、城鎮居民生活水平和政策等因素的影響。

關鍵詞：城市用地結構；洛倫茨曲線；偏移份額分析法；相關性分析；山東半島城市群

中圖分類號：K902 文獻標識碼：A

城鎮化是推動中國經濟發展水平的主要驅動力[1-2]，城市群在國家新型城鎮化進程中占據主體地位[3]。城鎮化在空間上的重要特征主要反映在城市用地規模擴大和結構調整上。城市用地規模及其結構演變是城市群發展的重要載體，與城市群相互影響作用[4-5]。研究把握城市建設用地的演變規律對城市群健康發展具有重要意義。近年來，我國學者從不同角度對城市建設用地結構進行了分析探討。在研究內容上，陳彥光[6]等人使用信息熵研究分析區域城市用地的結構變化，總結出關于城市土地利用的熵值規律，認為熵值的大小能夠反映城市用地類型的多少和各類型面積分布的均勻程度；謝汀[7]等利用偏移份額分析法研究了區域建設用地結構變化和空間配置特征，將區域空間和建設用地結構納入統一的分析框架，展現了時間序列上建設用地結構變化和空間演變特征；李晨曦[8]等人通過分析土地利用的根本驅動力來研究京津冀地區建設用地結構時空演變的規律性。在研究方法上，匡兵[9]、楊婷[10]等在偏移份額法的基礎上將洛倫茨曲線與城市用地結構變化相結合；劉靜玉[11]等運用ArcGIS中的自然斷裂法得到河南省各城市的空間演變特征；還有學者運用典型相關分析、主成分分析和偏最小二乘回歸分析等方法分析了建設用地變化的驅動力影響因素[12]。對于城市群區域尺度的研究，多集中在武漢城市群[9]、長三角城市群[13]及珠三角城市群[14]，但對山東半島城市群研究甚少。本文運用偏移-份額（shift-share）分析法結合洛倫茨曲線，研究山東半島城市群城市建設用地結構變化及其時空差異特征，進而分析其內在成因及影響因素，以期為山東半島城市群健康有序發展提供參考。

1 研究區域與研究方法

1.1 研究區概況

山東半島城市群是“十三五”期間國家重點建設的城市群之一。山東半島城市群最早提出于21世紀初，原范圍僅包括8個城市。經過十多年的發展，《山東省新型城鎮化規劃（2014年～2020年）》將山東半島城市群范圍拓展為13個城市[15]。在最新的《山東半島城市群發展規劃（2016年～2030年）》中，其空間范圍已包括山東省17個設區市。一般將山東半島城市群分為三個區域，即魯西北，包括東營、濱州、德州、聊城和菏澤市；魯中南包括萊蕪、棗莊、淄博、濟南、泰安、臨沂、濟寧和濰坊市；魯東地區包括青島、煙臺、威海和日照市[16]。2015年山東半島城市群常住人口9847.16萬，實現地區生產總值63002.3億元，分別占全國的7.2%、9.3%。2006年～2015年間全省的城市建設用地不斷擴張，由1890.27km2擴展到3255.47km2，其中居住用地和工業用地所占比重較大，2015年占地面積分別為950.2km2、829.7km2；且各類用地均呈現逐年增加的趨勢。

1.2 數據來源與研究方法

1.2.1 數據來源

鑒于數據的連續性和可獲得性，本研究結合新舊兩版《城市用地分類與規劃建設用地標準》（下稱“新版《標準》”）中的分類系統，將微量建設用地的劃入劃出變動忽略不計，選取居住用地、工業用地、公共設施用地、道路與交通設施用地、綠地共五類用地類型來研究城市建設用地結構的時空差異及影響因素。居住用地和工業用地仍使用原有標準；2006年～2011年期間，公共設施用地和綠地使用舊版中的數據，道路與交通設施用地類使用舊版中的道路廣場用地數據；2012年后公共設施用地數據為新版中公共管理與公共服務用地和商業服務業設施用地兩項之和，道路與交通設施用地為新版中的道路與交通設施用地數據，綠地使用新版中綠地與廣場用地的數據。2006年～2015年期間，山東省該五類建設用地年均占比均高于88%，最高為93.46%，可用來代表城市建設用地。數據來源于2006年～2015年《山東省城市建設統計年報》及《山東省統計年鑒》。

1.2.2 洛倫茨曲線

較多學者在對土地利用結構進行分析評價時引入洛倫茨曲線，其彎曲程度越大，表明各類功能性用地在各地市的分布越不均衡[17]。繪制洛倫茨曲線的主要步驟如下：

（1）計算出山東半島城市群各城市五類用地結構的區位熵，公式如下：

式中：Aij為各城市五類功能性用地的面積；Sij為山東省城市建設用地總面積；Aij/Sij為山東半島城市群各區域各類用地結構占山東省各類用地總面積的比重；Qij為各類城市用地面積占山東半島城市群建設用地面積的比重[18]。

（2）按區位熵的取值為各類用地排序，并計算出各類用地總量的累計百分比；

（3）橫軸為城市用地面積累計百分比，縱軸為各類功能性用地面積累計百分比，繪制出不同類型城市用地的洛倫茨曲線圖。

1.2.3 偏移份額分析法

式中，總區域城市用地總規模增加的平均速率為R，第i類城市用地增加的平均速率為Ri，區域j的第i類城市用地面積的變化速率用rij表示。

份額量（National share， NS）表示全局視野下各地級市在研究期內以平均速率R發展所能增長的量，結構性偏移量（Industry mix， IM）反映各地區某類功能性用地是否是增長性結構，競爭性偏移量（Regional shift， RS）能夠比較任一建設用地結構和其他區域同類用地相比是否具有吸引力，三者的計算公式分別為：

2 山東半島城市群城市建設用地結構時空特征

2.1 城市建設用地結構分布變化分析

2006年～2015年，山東半島城市群居住用地、工業用地、公共設施用地、道路與交通設施用地和綠地五類用地面積由3326.56km2增加到5411.27km2，增長率達62.67%，平均每年增長208.47km2。根據山東半島城市群2006年（圖1（a））和2015年（圖1（b））各城市用地類型的洛倫茨曲線圖，2006年，居住用地、工業用地、公共設施用地、道路與交通設施用地和綠地均貼近于絕對均勻線，說明該五類用地在山東半島城市群各地區中分布相對均勻；其中居住用地和工業用地的洛倫茨曲線基本重合，表明隨著土地面積占比升高，居住用地和工業用地的分布趨勢趨于相同，且二者距絕對均勻線最近，即在研究區域內分布最分散，在各地市的面積比例差異較??；公共設施用地和道路與交通設施用地距絕對均勻線相對較遠，分布較為集中，且二者的洛倫茨曲線在城市用地累計百分比達到20%以后基本重合，表明隨著土地面積占比升高，公共設施用地和道路與交通設施用地的分布趨勢趨于相同；綠地距絕對均勻線最遠，即綠地在該五類用地結構中分布最集中。

2015年，該五類用地均距絕對均勻線較近，其中居住用地與絕對均勻線最為接近，表示區域之間用地分布最均衡，在各地市的面積比例差異小。在城市用地累計百分比為45%后，工業用地、公共設施用地、道路與交通設施用地和綠地四條洛倫茲曲線基本重合，表示隨著各城市建設用地面積逐漸累積時，該四類用地在各地市分布的面積比例大致相等。且工業用地、公共設施用地、道路與交通設施用地和綠地的洛倫茨曲線距絕對均勻線較遠，與居住用地相比，該四類用地類型的分布較為集中。

同時，對比山東半島城市群2006和2015年各用地類型的洛倫茨曲線圖得出，在時間序列上，居住用地分布較為穩定，變動較小。工業用地、公共設施用地和道路與交通設施用地在各地市的分布越來越分散。綠地區域距絕對均勻線越來越遠，具體表現為分布向集中變化。且工業用地、公共設施用地、道路與交通設施用地和綠地四類用地類型在山東半島城市群的面積比例分布向趨同發展。

2.2 城市建設用地結構演變特征

本節對山東半島城市群城市用地總量或各類型用地的變化情況進行解析，根據份額量、結構性偏移量、競爭性偏移量及偏移份額比來探究區域用地在空間結構上的差異性。

如表1所示，2006年～2015年山東省各類建設用地結構性偏移量的正負向均同向，表明其演變特征相同。其中，居住用地、公共設施用地、道路與交通設施用地和綠地的結構性偏移量為正值，說明該類用地結構的增長率超過整體城市用地的增長率，為增長性結構，導致了區域建設用地的急速增長；而工業用地的結構性偏移量為負值，表示該類用地結構為衰退性結構，在城市用地中的比重越來越小。

城市用地的偏移-份額比反映了各區域和各用地類型的偏移量對份額量的調整力度，比簡單的份額量分析更具實踐意義。由表1可知，居住用地、工業用地和道路與交通設施用地的偏移份額比有正有負相差，表明各市的補給效應和擠出效應不盡相同，互有強弱；公共設施用地和綠地的偏移份額比正值明顯多于負值，即偏移量對份額量的調整力度較大，對偏移量的補給效應顯著，趨勢為快速增長；從空間分布看，青島、濟寧、萊蕪、德州、聊城和濱州市的偏移份額比中正值居多，表明偏移量的補給效應較強，各地市對用地需求較高，用地結構類型快速增長；泰安和菏澤市的偏移份額比多為負值，表明擠出效應相對較強，各地市建設用地將會縮減；其他城市的補給效應和擠出效應互有強弱。

2.3 城市建設用地空間配置格局

借助ArcGIS軟件中的自然斷裂點分層法將山東半島城市群的五類建設用地競爭性偏移量劃分為低值區、中值區和高值區，并做出城市建設用地結構的競爭性偏移量空間圖（圖2）以分析競爭性偏移量的空間格局。

（1）高值區：青島和濟寧市。說明青島市和濟寧市是這幾類用地的主要匯聚區，且具較大吸引力。近幾年，隨著國家級高新技術產業的引進和旅游文化服務業的發展，濟寧市建設用地呈現出總量小但增速快的發展特點。濟寧市在居住用地、公共設施用地、道路與交通設施用地和綠地中處于高值區，工業用地為中值區。在居住用地、工業用地和道路與交通設施用地中，青島均處于高值區，綠地為中值區，公共設施用地為低值區。青島市城鎮用地在研究期內快速增長，且注重交通設施的建設和發展，加之青島是山東省沿海區域經濟中心及各種資源的匯集中心，由此從不同方面對該三類用地產生吸引力。但青島市公共設施用地為低值區，其地處中日韓自貿區的前沿地帶，經濟發展較早，基礎設施建設基本完善，因此在公共設施方面，雖然青島市的用地類型面積占絕對優勢，但近幾年發展穩定平緩，相比其他地市不具競爭力。

（2）中值區：淄博、威海、棗莊、聊城、煙臺、泰安、萊蕪、日照、臨沂、德州、濱州、東營和菏澤市13個地市。由圖2可看出，該類中的地市基本呈現各用地類型多數為中值，少量互有強弱的用地空間格局。表明該些地市側重于某類用地結構的發展，或對某類用地所體現的社會職能有待加強。

（3）低值區：濟南和濰坊市。是五類用地結構的主要流失區。其中濰坊市的公共建設用地和綠地為中值區，其余都為低值區；濟南市除道路與交通設施用地外其余均處于低值區。圖中呈現出各道路與交通設施用地相對向濟南市聚集、公共設施用地和綠地向濰坊市聚集的現象，這是由于濟南市為山東省乃至全國的交通樞紐，而濰坊市相對其他用地結構，更注重公共設施用地和綠地的建設。濟南市為山東省省會，且濰坊市近幾年取得了可觀的發展成果，二者處于競爭力低值區并不代表其經濟發展落后，而是濟南與濰坊市建設用地集約利用水平在空間上具較大差異，與經濟發展水平不相一致[20]。且周圍部份高值區，如濟南周圍的淄博、濰坊周圍的青島、東營等，通過自身輻射力和吸引力，對周邊地市用地擴展造成了不同影響，由此產生用地結構的負偏移現象。

3 山東半島城市群城市建設用地類型變化機理分析

3.1 相關性分析模型構建

相關性分析是分析土地利用結構及變化的研究中較常采用的一個方法，通過使用皮爾森相關性分析模型對山東半島城市群土地利用變化機理進行分析，以更好地揭示用地結構的演變進程及調整方向[21]。在選取影響因素時，多數情況下自然生物因素較為穩定，不會直接引起土地利用變化，且歷史、政治等因素難以量化，無法作為影響因子進行定量化分析。而社會經濟因素與城市本身關聯性較強，經濟、人口、產業、居民福利改善等因素的快速發展造成城市空間的不斷擴張、城市用地結構的不斷調整，直接影響區域及各城市建設用地結構的變化[22]。

因此選取2006年～2015年十年間經濟、人口、產業和居民福利等方面的因子來分析其與建設用地類型演變之間的相關關系。根據已有成果，選取因子為地區生產總值（X1）、城區人口（X2）、第二產業產值（X3）、第三產業產值（X4）、固定資產與投資（X5）、公共財政預算收入（X6）、城鎮化率（X7）、城鎮從業人員（X8）和城鎮居民人均可支配收入（X9）九項影響因子[23-26]；以山東省城市建設用地中的居住用地、公共設施用地、工業用地、道路與交通設施用地和綠地這五類用地的信息熵（Y）表示城市用地的變化情況[27]。通過相關性分析，得出上述指標與建設用地變動之間的相關關系（表2）。如表中顯示，所選擇的經濟、人口、產業、居民福利改善等方面的因子與建設用地之間的相關性高，且均為正向相關。其顯著性遠小于0.05，為高度顯著。其中城區人口、地區生產總值、固定資產與投資和公共財政預算收入相關性相對較高。

3.2 相關性分析

（1）經濟結構。經濟發展與對山東半島城市群城市建設用地結構變化影響較大。過去十年間，地區生產總值從21900.19億元增長至63002.33億元，共增長187.68%。地區生產總值與城鎮化相輔相成，隨著二者進入飛速發展階段，社會經濟得到改善，固定資產與投資和公共財政預算收入提高的同時，政府對調整用地類型的投資力度加大，加之各項經濟活動極大地促進了人才流動，對土地利用的需求及城鎮建設的壓力增大，促使城市建設用地快速擴張，這一趨勢加快了土地利用結構的變化。因此山東半島城市群的建設用地整體表現為增長。

（2）人口結構。人口是城市建設用地演化過程中最具活力的一個因素，城區人口的增加與城市建設用地結構變動的相關性最大[28]。城區人口在研究期內由3141.15萬人增加到3826.71萬人，且仍在持續增長。在過去十年中，山東省城鎮化率由2006年的45.1%增長至2015年的57.01%。城鎮化在區域上具體表現為土地的擴張，城區人口及城鎮化率的不斷增加使得山東半島城市群對各類建設用地的需求的逐漸增大，城市化進程加快、城市化率提高、勞動人口增加，各用地需求量增加，城市居住用地、公共設施用地、道路與交通用地等都隨之發生調整變化，呈現為增長性結構。

（3）產業結構。產業的升級和發展推動著山東半島城市群的城市建設用地擴張。一方面，產業發展依賴于城市用地。各產業通過調整產業結構來改變在競爭中的地位[29]。山東半島城市群的第二、三產業產值明顯高于第一產業，二、三產業增加值從2006年的20460.61億元增長至2015年的58522.51億元，增長了186.03%；另一方面，城市化率和經濟的增長促進了產業生產要素的投入，山東半島城市群的城鎮從業人員由2006年的2425萬人增加至2015年的3256萬人。就業結構的轉變帶動了道路與交通設施用地、公共設施用地以及居住用地的增長。

（4）政策結構。雖然政策因素難以量化，但仍是影響城市建設用地類型變動的關鍵因子。我國的土地管理制度中包括了城市建設用地增減的掛鉤政策。早在2000年掛鉤政策就已生成雛形，且隨之提出了城市建設用地這一概念。至今，我國建設用地掛鉤政策日趨完善，各類政策直接影響著城市建設用地的結構變化，對各功能性用地的增減有著必然的影響。2007年，為提高土地集約利用度，減少土地資源的無效浪費，山東省國土資源廳采取了一系列措施，推動了城市建設用地的有效擴張。

4 結論和討論

總體上山東半島城市群的城市建設用地總面積和各功能性用地的面積在2006年～2015年間均呈增長趨勢。對山東半島城市群各地市各類建設用地的洛倫茨曲線分析可知，2006年，居住用地、工業用地、公共設施用地、道路與交通設施用地和綠地五類用地在研究區域中分布相對均勻；其中居住用地和工業用地分布最均衡，公共設施用地和道路與交通設施用地次之，綠地分布最集中。2015年，分布最均衡的為居住用地，綠地和公共設施用地相對均衡，道路與交通設施用地以及工業用地次之。從區域來看，魯西北分布最分散，魯中南次之，魯東區域相對較為集中。隨著時間推移，居住用地在區域中的分布變化較小，綠地的區域分布變化最大，工業用地、公共設施用地和道路與交通設施用地的分布越來越均衡，且工業用地、公共設施用地、道路與交通設施用地和綠地的面積比例分布向趨同發展。

對山東半島城市群各類城市用地偏移量及份額量分析可知，居住用地、公共設施用地、道路與交通設施用地和綠地為增長性結構，其中公共設施用地和綠地的偏移份額比多為正值，表現為快速增長的趨勢；而工業用地為衰退性結構，其用地面積呈減少趨勢；從空間分布看，青島、濟寧、萊蕪、德州、聊城和濱州市補給效應相對較強，建設用地擴張迅速，其中青島市和濟寧市最具競爭吸引力，濟南市吸引力較弱。泰安和菏澤市擠出效應較強，其建設用地面積呈減少趨勢。其余城市的補給效應和擠出效應互有強弱，且濰坊市競爭力較弱。山東半島城市群建設用地的結構變化是由經濟因素、人口因素、產業因素，以及政策因素等共同作用的結果。

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