山东半岛城市群建设用地结构的时空特征及变化机理研究

李咪 王成新 姬宇 李雅楠

摘 要：使用洛伦茨曲线和偏移份额法对山东半岛城市群2006年～2015年城市用地结构的时空差异及变化机理进行分析。结果表明：（1）整体上山东半岛城市群五类功能性用地呈扩张趋势，且分布相对均匀，同时存在结构性差异。研究期内，居住用地分布最均衡且稳定，工业用地次之，公共设施用地和道路与交通设施用地分布相对集中，但向均衡分布发展，绿地分布由集中向均衡发展。从区域来看，鲁西北分布最均衡，鲁中南次之，鲁东区域相对较为集中；（2）居住用地、公共设施用地、道路与交通设施用地和绿地为增长性结构，工业用地为衰退性结构；空间分布上看，青岛、济宁、莱芜、德州、聊城和滨州市建设用地扩张迅速，且青岛市和济宁市竞争力较强，济南市较弱。泰安和菏泽市建设用地呈减少趋势。其余地市补给挤出效应互有强弱，其中潍坊市竞争力较弱；（3）城市建设用地结构的变化受经济、人口、产业、城镇居民生活水平和政策等因素的影响。

关键词：城市用地结构；洛伦茨曲线；偏移份额分析法；相关性分析；山东半岛城市群

中图分类号：K902 文献标识码：A

城镇化是推动中国经济发展水平的主要驱动力[1-2]，城市群在国家新型城镇化进程中占据主体地位[3]。城镇化在空间上的重要特征主要反映在城市用地规模扩大和结构调整上。城市用地规模及其结构演变是城市群发展的重要载体，与城市群相互影响作用[4-5]。研究把握城市建设用地的演变规律对城市群健康发展具有重要意义。近年来，我国学者从不同角度对城市建设用地结构进行了分析探讨。在研究内容上，陈彦光[6]等人使用信息熵研究分析区域城市用地的结构变化，总结出关于城市土地利用的熵值规律，认为熵值的大小能够反映城市用地类型的多少和各类型面积分布的均匀程度；谢汀[7]等利用偏移份额分析法研究了区域建设用地结构变化和空间配置特征，将区域空间和建設用地结构纳入统一的分析框架，展现了时间序列上建设用地结构变化和空间演变特征；李晨曦[8]等人通过分析土地利用的根本驱动力来研究京津冀地区建设用地结构时空演变的规律性。在研究方法上，匡兵[9]、杨婷[10]等在偏移份额法的基础上将洛伦茨曲线与城市用地结构变化相结合；刘静玉[11]等运用ArcGIS中的自然断裂法得到河南省各城市的空间演变特征；还有学者运用典型相关分析、主成分分析和偏最小二乘回归分析等方法分析了建设用地变化的驱动力影响因素[12]。对于城市群区域尺度的研究，多集中在武汉城市群[9]、长三角城市群[13]及珠三角城市群[14]，但对山东半岛城市群研究甚少。本文运用偏移-份额（shift-share）分析法结合洛伦茨曲线，研究山东半岛城市群城市建设用地结构变化及其时空差异特征，进而分析其内在成因及影响因素，以期为山东半岛城市群健康有序发展提供参考。

1 研究区域与研究方法

1.1 研究区概况

山东半岛城市群是“十三五”期间国家重点建设的城市群之一。山东半岛城市群最早提出于21世纪初，原范围仅包括8个城市。经过十多年的发展，《山东省新型城镇化规划（2014年～2020年）》将山东半岛城市群范围拓展为13个城市[15]。在最新的《山东半岛城市群发展规划（2016年～2030年）》中，其空间范围已包括山东省17个设区市。一般将山东半岛城市群分为三个区域，即鲁西北，包括东营、滨州、德州、聊城和菏泽市；鲁中南包括莱芜、枣庄、淄博、济南、泰安、临沂、济宁和潍坊市；鲁东地区包括青岛、烟台、威海和日照市[16]。2015年山东半岛城市群常住人口9847.16万，实现地区生产总值63002.3亿元，分别占全国的7.2%、9.3%。2006年～2015年间全省的城市建设用地不断扩张，由1890.27km2扩展到3255.47km2，其中居住用地和工业用地所占比重较大，2015年占地面积分别为950.2km2、829.7km2；且各类用地均呈现逐年增加的趋势。

1.2 数据来源与研究方法

1.2.1 数据来源

鉴于数据的连续性和可获得性，本研究结合新旧两版《城市用地分类与规划建设用地标准》（下称“新版《标准》”）中的分类系统，将微量建设用地的划入划出变动忽略不计，选取居住用地、工业用地、公共设施用地、道路与交通设施用地、绿地共五类用地类型来研究城市建设用地结构的时空差异及影响因素。居住用地和工业用地仍使用原有标准；2006年～2011年期间，公共设施用地和绿地使用旧版中的数据，道路与交通设施用地类使用旧版中的道路广场用地数据；2012年后公共设施用地数据为新版中公共管理与公共服务用地和商业服务业设施用地两项之和，道路与交通设施用地为新版中的道路与交通设施用地数据，绿地使用新版中绿地与广场用地的数据。2006年～2015年期间，山东省该五类建设用地年均占比均高于88%，最高为93.46%，可用来代表城市建设用地。数据来源于2006年～2015年《山东省城市建设统计年报》及《山东省统计年鉴》。

1.2.2 洛伦茨曲线

较多学者在对土地利用结构进行分析评价时引入洛伦茨曲线，其弯曲程度越大，表明各类功能性用地在各地市的分布越不均衡[17]。绘制洛伦茨曲线的主要步骤如下：

（1）计算出山东半岛城市群各城市五类用地结构的区位熵，公式如下：

式中：Aij为各城市五类功能性用地的面积；Sij为山东省城市建设用地总面积；Aij/Sij为山东半岛城市群各区域各类用地结构占山东省各类用地总面积的比重；Qij为各类城市用地面积占山东半岛城市群建设用地面积的比重[18]。

（2）按区位熵的取值为各类用地排序，并计算出各类用地总量的累计百分比；

（3）横轴为城市用地面积累计百分比，纵轴为各类功能性用地面积累计百分比，绘制出不同类型城市用地的洛伦茨曲线图。

1.2.3 偏移份额分析法

式中，总区域城市用地总规模增加的平均速率为R，第i类城市用地增加的平均速率为Ri，区域j的第i类城市用地面积的变化速率用rij表示。

份额量（National share， NS）表示全局视野下各地级市在研究期内以平均速率R发展所能增长的量，结构性偏移量（Industry mix， IM）反映各地區某类功能性用地是否是增长性结构，竞争性偏移量（Regional shift， RS）能够比较任一建设用地结构和其他区域同类用地相比是否具有吸引力，三者的计算公式分别为：

2 山东半岛城市群城市建设用地结构时空特征

2.1 城市建设用地结构分布变化分析

2006年～2015年，山东半岛城市群居住用地、工业用地、公共设施用地、道路与交通设施用地和绿地五类用地面积由3326.56km2增加到5411.27km2，增长率达62.67%，平均每年增长208.47km2。根据山东半岛城市群2006年（图1（a））和2015年（图1（b））各城市用地类型的洛伦茨曲线图，2006年，居住用地、工业用地、公共设施用地、道路与交通设施用地和绿地均贴近于绝对均匀线，说明该五类用地在山东半岛城市群各地区中分布相对均匀；其中居住用地和工业用地的洛伦茨曲线基本重合，表明随着土地面积占比升高，居住用地和工业用地的分布趋势趋于相同，且二者距绝对均匀线最近，即在研究区域内分布最分散，在各地市的面积比例差异较小；公共设施用地和道路与交通设施用地距绝对均匀线相对较远，分布较为集中，且二者的洛伦茨曲线在城市用地累计百分比达到20%以后基本重合，表明随着土地面积占比升高，公共设施用地和道路与交通设施用地的分布趋势趋于相同；绿地距绝对均匀线最远，即绿地在该五类用地结构中分布最集中。

2015年，该五类用地均距绝对均匀线较近，其中居住用地与绝对均匀线最为接近，表示区域之间用地分布最均衡，在各地市的面积比例差异小。在城市用地累计百分比为45%后，工业用地、公共设施用地、道路与交通设施用地和绿地四条洛伦兹曲线基本重合，表示随着各城市建设用地面积逐渐累积时，该四类用地在各地市分布的面积比例大致相等。且工业用地、公共设施用地、道路与交通设施用地和绿地的洛伦茨曲线距绝对均匀线较远，与居住用地相比，该四类用地类型的分布较为集中。

同时，对比山东半岛城市群2006和2015年各用地类型的洛伦茨曲线图得出，在时间序列上，居住用地分布较为稳定，变动较小。工业用地、公共设施用地和道路与交通设施用地在各地市的分布越来越分散。绿地区域距绝对均匀线越来越远，具体表现为分布向集中变化。且工业用地、公共设施用地、道路与交通设施用地和绿地四类用地类型在山东半岛城市群的面积比例分布向趋同发展。

2.2 城市建设用地结构演变特征

本节对山东半岛城市群城市用地总量或各类型用地的变化情况进行解析，根据份额量、结构性偏移量、竞争性偏移量及偏移份额比来探究区域用地在空间结构上的差异性。

如表1所示，2006年～2015年山东省各类建设用地结构性偏移量的正负向均同向，表明其演变特征相同。其中，居住用地、公共设施用地、道路与交通设施用地和绿地的结构性偏移量为正值，说明该类用地结构的增长率超过整体城市用地的增长率，为增长性结构，导致了区域建设用地的急速增长；而工业用地的结构性偏移量为负值，表示该类用地结构为衰退性结构，在城市用地中的比重越来越小。

城市用地的偏移-份额比反映了各区域和各用地类型的偏移量对份额量的调整力度，比简单的份额量分析更具实践意义。由表1可知，居住用地、工业用地和道路与交通设施用地的偏移份额比有正有负相差，表明各市的补给效应和挤出效应不尽相同，互有强弱；公共设施用地和绿地的偏移份额比正值明显多于负值，即偏移量对份额量的调整力度较大，对偏移量的补给效应显著，趋势为快速增长；从空间分布看，青岛、济宁、莱芜、德州、聊城和滨州市的偏移份额比中正值居多，表明偏移量的补给效应较强，各地市对用地需求较高，用地结构类型快速增长；泰安和菏泽市的偏移份额比多为负值，表明挤出效应相对较强，各地市建设用地将会缩减；其他城市的补给效应和挤出效应互有强弱。

2.3 城市建设用地空间配置格局

借助ArcGIS软件中的自然断裂点分层法将山东半岛城市群的五类建设用地竞争性偏移量划分为低值区、中值区和高值区，并做出城市建设用地结构的竞争性偏移量空间图（图2）以分析竞争性偏移量的空间格局。

（1）高值区：青岛和济宁市。说明青岛市和济宁市是这几类用地的主要汇聚区，且具较大吸引力。近几年，随着国家级高新技术产业的引进和旅游文化服务业的发展，济宁市建设用地呈现出总量小但增速快的发展特点。济宁市在居住用地、公共设施用地、道路与交通设施用地和绿地中处于高值区，工业用地为中值区。在居住用地、工业用地和道路与交通设施用地中，青岛均处于高值区，绿地为中值区，公共设施用地为低值区。青岛市城镇用地在研究期内快速增长，且注重交通设施的建设和发展，加之青岛是山东省沿海区域经济中心及各种资源的汇集中心，由此从不同方面对该三类用地产生吸引力。但青岛市公共设施用地为低值区，其地处中日韩自贸区的前沿地带，经济发展较早，基础设施建设基本完善，因此在公共设施方面，虽然青岛市的用地类型面积占绝对优势，但近几年发展稳定平缓，相比其他地市不具竞争力。

（2）中值区：淄博、威海、枣庄、聊城、烟台、泰安、莱芜、日照、临沂、德州、滨州、东营和菏泽市13个地市。由图2可看出，该类中的地市基本呈现各用地类型多数为中值，少量互有强弱的用地空间格局。表明该些地市侧重于某类用地结构的发展，或对某类用地所体现的社会职能有待加强。

（3）低值区：济南和潍坊市。是五类用地结构的主要流失区。其中潍坊市的公共建设用地和绿地为中值区，其余都为低值区；济南市除道路与交通设施用地外其余均处于低值区。图中呈现出各道路与交通设施用地相对向济南市聚集、公共设施用地和绿地向潍坊市聚集的现象，这是由于济南市为山东省乃至全国的交通枢纽，而潍坊市相对其他用地结构，更注重公共设施用地和绿地的建设。济南市为山东省省会，且潍坊市近几年取得了可观的发展成果，二者处于竞争力低值区并不代表其经济发展落后，而是济南与潍坊市建设用地集约利用水平在空间上具较大差异，与经济发展水平不相一致[20]。且周围部份高值区，如济南周围的淄博、潍坊周围的青岛、东营等，通过自身辐射力和吸引力，对周边地市用地扩展造成了不同影响，由此产生用地结构的负偏移现象。

3 山东半岛城市群城市建设用地类型变化机理分析

3.1 相关性分析模型构建

相关性分析是分析土地利用結构及变化的研究中较常采用的一个方法，通过使用皮尔森相关性分析模型对山东半岛城市群土地利用变化机理进行分析，以更好地揭示用地结构的演变进程及调整方向[21]。在选取影响因素时，多数情况下自然生物因素较为稳定，不会直接引起土地利用变化，且历史、政治等因素难以量化，无法作为影响因子进行定量化分析。而社会经济因素与城市本身关联性较强，经济、人口、产业、居民福利改善等因素的快速发展造成城市空间的不断扩张、城市用地结构的不断调整，直接影响区域及各城市建设用地结构的变化[22]。

因此选取2006年～2015年十年间经济、人口、产业和居民福利等方面的因子来分析其与建设用地类型演变之间的相关关系。根据已有成果，选取因子为地区生产总值（X1）、城区人口（X2）、第二产业产值（X3）、第三产业产值（X4）、固定资产与投资（X5）、公共财政预算收入（X6）、城镇化率（X7）、城镇从业人员（X8）和城镇居民人均可支配收入（X9）九项影响因子[23-26]；以山东省城市建设用地中的居住用地、公共设施用地、工业用地、道路与交通设施用地和绿地这五类用地的信息熵（Y）表示城市用地的变化情况[27]。通过相关性分析，得出上述指标与建设用地变动之间的相关关系（表2）。如表中显示，所选择的经济、人口、产业、居民福利改善等方面的因子与建设用地之间的相关性高，且均为正向相关。其显著性远小于0.05，为高度显著。其中城区人口、地区生产总值、固定资产与投资和公共财政预算收入相关性相对较高。

3.2 相关性分析

（1）经济结构。经济发展与对山东半岛城市群城市建设用地结构变化影响较大。过去十年间，地区生产总值从21900.19亿元增长至63002.33亿元，共增长187.68%。地区生产总值与城镇化相辅相成，随着二者进入飞速发展阶段，社会经济得到改善，固定资产与投资和公共财政预算收入提高的同时，政府对调整用地类型的投资力度加大，加之各项经济活动极大地促进了人才流动，对土地利用的需求及城镇建设的压力增大，促使城市建设用地快速扩张，这一趋势加快了土地利用结构的变化。因此山东半岛城市群的建设用地整体表现为增长。

（2）人口结构。人口是城市建设用地演化过程中最具活力的一个因素，城区人口的增加与城市建设用地结构变动的相关性最大[28]。城区人口在研究期内由3141.15万人增加到3826.71万人，且仍在持续增长。在过去十年中，山东省城镇化率由2006年的45.1%增长至2015年的57.01%。城镇化在区域上具体表现为土地的扩张，城区人口及城镇化率的不断增加使得山东半岛城市群对各类建设用地的需求的逐渐增大，城市化进程加快、城市化率提高、劳动人口增加，各用地需求量增加，城市居住用地、公共设施用地、道路与交通用地等都随之发生调整变化，呈现为增长性结构。

（3）产业结构。产业的升级和发展推动着山东半岛城市群的城市建设用地扩张。一方面，产业发展依赖于城市用地。各产业通过调整产业结构来改变在竞争中的地位[29]。山东半岛城市群的第二、三产业产值明显高于第一产业，二、三产业增加值从2006年的20460.61亿元增长至2015年的58522.51亿元，增长了186.03%；另一方面，城市化率和经济的增长促进了产业生产要素的投入，山东半岛城市群的城镇从业人员由2006年的2425万人增加至2015年的3256万人。就业结构的转变带动了道路与交通设施用地、公共设施用地以及居住用地的增长。

（4）政策结构。虽然政策因素难以量化，但仍是影响城市建设用地类型变动的关键因子。我国的土地管理制度中包括了城市建设用地增减的挂钩政策。早在2000年挂钩政策就已生成雏形，且随之提出了城市建设用地这一概念。至今，我国建设用地挂钩政策日趋完善，各类政策直接影响着城市建设用地的结构变化，对各功能性用地的增减有着必然的影响。2007年，为提高土地集约利用度，减少土地资源的无效浪费，山东省国土资源厅采取了一系列措施，推动了城市建设用地的有效扩张。

4 结论和讨论

总体上山东半岛城市群的城市建设用地总面积和各功能性用地的面积在2006年～2015年间均呈增长趋势。对山东半岛城市群各地市各类建设用地的洛伦茨曲线分析可知，2006年，居住用地、工业用地、公共设施用地、道路与交通设施用地和绿地五类用地在研究区域中分布相对均匀；其中居住用地和工业用地分布最均衡，公共设施用地和道路与交通设施用地次之，绿地分布最集中。2015年，分布最均衡的为居住用地，绿地和公共设施用地相对均衡，道路与交通设施用地以及工业用地次之。从区域来看，鲁西北分布最分散，鲁中南次之，鲁东区域相对较为集中。随着时间推移，居住用地在区域中的分布变化较小，绿地的区域分布变化最大，工业用地、公共设施用地和道路与交通设施用地的分布越来越均衡，且工业用地、公共设施用地、道路与交通设施用地和绿地的面积比例分布向趋同发展。

对山东半岛城市群各类城市用地偏移量及份额量分析可知，居住用地、公共设施用地、道路与交通设施用地和绿地为增长性结构，其中公共设施用地和绿地的偏移份额比多为正值，表现为快速增长的趋势；而工业用地为衰退性结构，其用地面积呈减少趋势；从空间分布看，青岛、济宁、莱芜、德州、聊城和滨州市补给效应相对较强，建设用地扩张迅速，其中青岛市和济宁市最具竞争吸引力，济南市吸引力较弱。泰安和菏泽市挤出效应较强，其建设用地面积呈减少趋势。其余城市的补给效应和挤出效应互有强弱，且潍坊市竞争力较弱。山东半岛城市群建设用地的结构变化是由经济因素、人口因素、产业因素，以及政策因素等共同作用的结果。

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