湖南省建设用地变化及其社会经济驱动力的空间差异分析

周盼 田朝晖 唐凯

摘 要  以信息熵、均衡度、空间自相关性分析和地理加权回归模型等为研究方法，基于湖南省2009-2017年间的建设用地数量、结构变化情况，从人口、人均GDP及产业结构等三个方面分析建设用地变化驱动因素的空间差异及其主要原因，以期为全省土地资源可持续发展利用提供数据支撑，从而全面推进湖南省土地资源开发和利用模式转变，优化湖南省土地利用结构，构建绿色国土空间新格局。研究表明：湖南省建设用地总面积逐年增长，建设用地结构趋向均衡化发展，影响建设用地变化的社会经济驱动因子在区域间差异显著。

关键词  地理加权回归模型;建设用地变化;空间差异;湖南省

中图分类号： F293.2                    文献标识码：A

Abstract： Based on the quantity and structure change of construction land in Hunan Province since 2009， we analysis the reasons resulting into this change. From the perspective of economy and society， the geo-weighted regression model （GWR） model was further constructed to analyze the spatial differences affected by the driving factors of construction land change. The study found that the total area of construction land in Hunan Province increased year by year during the study period. The construction land structure tends to be balanced， and the diference caused by the affecting of socio-economic driving factors are significant in the change of construction land among regions. Finally， the development direction of different regions in the future was preliminarily discused， which will provide a scientific basis for a new round of land space planning.

Keywords： geographical weighted regression model; change of construction land; spatial difference; Hunan

1  引言

2018年，湖南省城鎮化率为54.62%，超过50%，已进入快速城市化发展时期[1]，随着工业化、城市化进程不断加快，建设用地将快速增加，将进一步压缩生态空间和农业空间[2]，造成耕地大量占用，自然资源和环境的严重剥夺等负面效应。未来几年，湖南将进一步加快城市化发展进程，采用不同的预测标准预测到2035年湖南城镇化率将达到75%左右[1]。伴随着经济的快速发展，人口增长、城镇化以及工业化三大高峰叠合期的到来，建设用地空间拓展也将逐步加快。因此，在全面贯彻落实科学发展观、坚持以人为本、构建和谐社会的今天，基于快速城镇化进行的背景，研究湖南省建设用地变化及其社会经济驱动力的空间差异，对实现国土可持续利用、市县国土空间规划的编制提供参考等方面具有重要的意义[2]。

建设用地变化一直以来是学术界的热点之一，国外学者在该方面的研究较为成熟，不管是理论机制、驱动影响因素还是在技术改革上都趋于成熟，尤其是遥感技术、遥感影像的介入使得建设用地变化的研究上升到一个新的高度。就目前来看，尽管我国关于建设用地变化研究较国外晚，但成果也颇丰，研究领域主要集中在以下几个方面：建设用地变化及驱动力研究[3-6]、建设用地变化的区域差异[7-9]及影响因素等方面[10-12]。

2  研究方法

2.1 信息熵和均衡度

信息熵是一个数学上颇为抽象的概念，可以将其理解成某种特定信息的出现概率（离散随机事件的出现概率），也可以表示系统有序化程度的一个度量，一个系统越是有序，信息熵就越低;反之，一个系统越是混乱，信息熵就越高。均衡度是反映一国或一区域内地区之间经济发展差异状况[13]。

土地利用结构的信息熵表示土地利用类型多样性和复杂性的量度，反映了一定区域各种土地利用类型的动态演变规律及其转换程度。其计算公式为：

（式1-1）

式中：;N为土地利用类型数;Pi为第i种土地利用类型占区域总面积的比例。

土地利用结构的均衡度描述了区域土地利用类型之间面积大小的差异和各职能地类的结构格局[14]。为了增强对于土地利用结构信息熵的解释能力，进一步在土地利用结构信息熵的基础上构建土地利用均衡度公式：

（式1-2）

式中：J为均衡度，H是实际信息熵，Hm是最大信息熵，J值位于0—1之间，值越大表明均质性越强。

2.2 空间自相关性分析

空间自相关系数常用来定量地描述事物在空间上的依赖关系。具体地说，空间自相关系数是用来度量物理或生态学变量在空间上的分布特征及其对领域的影响程度。如果某一变量的值随着测定距离的缩小而变得更相似，这一变量呈空间正相关;若所测值随距离的缩小而更为不同，则称之为空间负相关;若所测值不表现出任何空间依赖关系，那么，这一变量表现出空间不相关性或空间随机性。

空间自相关性分析通常用于评判某一地理现象的空间聚集特性，目的是确定某一变量是否在空间上相关，其相关程度如何，可以用Moran’s I指数来进行测度，计算公式为：

（式1-3）

式中，n、xi、分别为研究对象的个数、观测值和平均值。Wij为空间i与j之间的连接矩阵，表示空间i与j之间的相互作用力量。Moran’s I值位于[-1，1]之间，其值等于0，表示值不存在空间自相关性，其绝对值越接近于1，表明空间相关越强，+值表示正相关，-值表示负相关。

2.3地理加权回归模型（GWR）

构建关于建设用地影响因素的空间计量地理加权回归（GWR）模型[15]：

（式1-4）

式中，i为第i个县市区;因变量I为建设用地面积;自变量P为人口;A为人均GDP;T为产业结构（三产/二产），为常数项，为误差项，、、为回归系数。

为了消除模型中存在异方差性，对各变量都进行了对数化处理，处理后的变量为InIi，InPi，InAi，InTi，InUi。根据弹性系数概念可知，模型中自变量P、A和T每发生1%的变化，将分别引起因变量I发生%、%、%的变化。

3  湖南省建设用地变化情况

3.1 数量变化

根据湖南省土地利用现状变更调查数据，2009—2017年湖南省建设用地总规模逐年递增，共增加了158.17千公顷;年增长率均为正值，呈波动方式变化，且有逐渐减小的趋势，增长速度最快的是2009和2010年，年增长率分别达1.76%和1.83%，增长速度最慢的出现在2015和2017年，年增長率均为0.99%（见图1-1）。研究期间，随着经济发展、基础设施建设、人口增长和城镇化进程的推进，全省建设用地总量在持续增长，经历了“快速增加—波动增加—缓慢增加”的变化过程，城镇用地、农村居民点用地和交通用地的不断增加是建设用地总规模增长的主要原因。

为更好地分析湖南省建设用地的变化特征，按照城乡建设用地、交通水利用地和其他建设用地分类进行细化。

由图1-2可以看出，2009—2017年湖南省城乡建设用地规模呈逐年上升趋势，共增加了119.75千公顷。年增长率均为正值，年均增长率为1.26%，呈波动逐渐减小的态势，增长速度最快的是2009、2010和2013年，年增长率分别达1.51%、1.43和1.42%，增长速度最慢的出现在2015和2017年，年增长率分别为0.96%和0.94%。分析表明湖南省2009—2017年城乡建设用地变化正处于增速调整式减缓阶段。

由图1-3可以看出，2009—2017年全省交通水利用地面积总体呈逐年上升趋势，共增加了37.06千公顷。年增长率均为正值，2009—2012年年增长率从最高值3.78%急剧下降至最低值0.79%，随后2013—2017年年增长率呈小幅波动变化态势。其中，公路与铁路用地的增长是其主导因素，同期公路用地面积共增加了30.30千公顷，铁路用地面积共增加了4.19千公顷，机场用地、港口码头用地、管道运输用地、水库水面、水工建筑用地变化很小，增加量分别为0.80千公顷、0.06千公顷、0.01千公顷、0.97千公顷和0.72千公顷。分析表明研究期间随着“一带一部”、长江中游城市群发展规划、新型城镇化发展等战略的制订与实施，湖南省不断加大综合交通基础建设力度，建成了一批重要综合交通枢纽示范工程，交通基础设施取得了显著提升，交通用地数量持续增长。

其他建设用地主要包括风景名胜及特殊用地，2009年至2017年湖南省其他建设用地波动较小，呈逐年缓慢增加态势。期间其他建设用地面积共增加了1.36千公顷，年均增长率为0.63%。2009-2011年为其他建设用地快速增长阶段，年均增长率为1.09%;2012-2017年为缓慢增长阶段，年均增长率仅0.52%（见 图1-4）。

3.2 结构变化

根据式1-1和式1-2，计算湖南省建设用地结构信息熵和均衡度，结果说明湖南省建设用地类型的多样性、复杂度在增加，建设用地结构更趋向于均衡，起主导作用的优势地类在逐渐降低。从2009—2013年、2013—2017年两个时间段的建设用地信息熵和均衡度的变化幅度来看，前者的变化幅度更大，说明2009—2013年间建设用地结构变化更大。

从2009—2017年建设用地结构的变化可知，城镇用地、交通水利用地占总建设用地的比例逐渐提高，2009—2013年分别提高了2.50%和0.35%，2013—2017年分别提高了1.77%和0.20%。农村居民点比例、采矿及其他独立建设用地、其他建设用地比例都在逐渐降低，9年间分别降低了5.50%、0.24%和0.09%。建设用地结构变化结果表明正是由于占建设用地主导地位的农村居民点用地比例迅速下降，城镇用地、交通水利用地比例不断上升，从而促进湖南省建设用地总体结构逐渐趋向均衡。

4  湖南省建设用地社会经济驱动力的空间差异

选取社会经济中的人口、人均GDP和产业结构（三产/二产）三个指标作为影响建设用地变化的驱动因子，利用局域空间计量模型—GWR模型（式1-4），研究社会经济发展对建设用地变化的影响与空间差异性，其结果如下。

4.1 人口对建设用地变化影响的异质性

图1-5显示2009、2017年两个年份人口数量的弹性系数均为正值，表明在此期间人口对建设用地的扩张起着正向的促进作用。但其变化形式表现出一定的地域差异性，从2009—2017年弹性系数的变化量可知，环长株潭地区人口对建设用地的正向拉动作用力在减弱，而其他地区的正向拉动作用力在增强。

2009年，湖南人口对建设用地扩张的作用在空间上由湘南到湘北阶梯增强，湘北地区人口数量每增加1%，建设用地面积就会扩大0.86—1.04%，而湘南地区仅扩张0.55—0.65%（图1-5a）。弹性系数分别在湘西北、湘东北地区形成两个高值区。湘西北地区该阶段城镇建设处于初期阶段，土地城镇化速度较快，并且建设用地集约度较低，因此人口增加会带来城镇土地的显著扩张;而湘东北区位条件优越、经济发展水平高，吸引较多外来人口前往就业，城镇进入二次扩张时期，导致这些地区建设用地对人口数量的敏感度提高。

到2017年（图1-5b、图1-5c），湘东北地区，特别是环长株潭地区由于铁路、公路、港口、机场、电信等基础设施进一步完善，足以满足现有人口的需求，所以人口增加对城镇土地扩张的拉动作用相对减小;全省其他地区人口数量对建设用地扩张的正向拉动作用增强，弹性系数在空间表现为由东向西阶梯增强的形态，这可能是因为2013年与2014年，湖南省政府发布《湖南省推进新型城镇化实施纲要》与《湖南省新型城镇化规划》，加快了这些地区的发展，使建设用地的增长速度明显快于人口的增长速度。

4.2 人均GDP对建设用地变化影响的异质性

2009年时（图1-6a），弹性系数普通较小，表明现阶段湖南省整体人均GDP对建设用地的拉动作用力较弱，这主要可能是由于全省在经济快速发展过程中，严格限制和提高建设用地的准入门槛，致使经济发展对建设用地扩张没有明显的推动作用。而湘西北地区的桑植、石门等8个县，为了提高区域综合竞争优势和经济发展，土地价格相对较低，使得建设用地扩展相对较快。

近年来，湖南为保持一定的经济增速，加大了固定资产投资与土地供给，因此到2017年时人均GDP对建设用地扩张的正向拉动作用显著加强，空间上弹性系数由北到南阶梯递增，湘东南、西南地区人均GDP每增长1%，建设用地扩张0.80—1.0%。但湘北地区的弹性系数变化不大，主要是由于这类地区在此期间加强促进产业结构调整和升级，人均GDP对建设用地扩张的影响较小（图1-6b、图1-6c）。

4.3 产业结构对建设用地变化影响的异质性

图1-7显示第三产业占比对建设用地扩张既有推动也有抑制作用，这主要是由第三产业的主导性质决定。2009年（图1-7a），除桑植县、武陵源区、永定区之外，第三产业比重对建设用地扩张的影响系数均为负，其抑制作用力在空间上由湘北到湘南阶梯增强，湘南地区第三产业比重每增加1%，建设用地面积就会减少-2.1—-1.7%，表明全省大部分地区三产比重提高缓解了建设用地扩张，主要是因为该时期湖南各地调整城市用地结构，减少工业企业用地比重，提高服务业用地比重，许多效益低下、污染严重的工业用地逐渐被土地资源依赖性较小的第三产业取代，有效缓解建设用地扩张。而桑植县、武陵源区、永定区等3个县市区第三产业发展推动建设用地扩张的主要原因可能是这些地区第三产业以传统服务业为主，现代化服务产业比较薄弱，因此对土地的依赖性仍较强。

随着土地资源日趋紧张，湖南通过土地调控政策进一步倒逼城市经济发展转型与产业升级，鼓励发展附加值高的高新技术产业与现代服务业，促使产业向“产业链”末端移动，第三产业对抑制城镇土地扩张的作用逐年增强，因此到2017年，全省第三产业比重对城镇土地扩张的影响系数均为负，空间上表现为由西北向东南阶梯增强的形态（图1-7b，图1-7c）。

5  结论及建议

5.1 主要结论

（1）2009—2017年湖南省建设用地经历了“快速增加—波动增加—缓慢增加”的变化过程，建设用地总规模不断增长。从建设用地结构变化情况来看，全省建设用地类型的多样性和复杂程度在不断增加，建设用地总体结构逐渐趋向均衡，农村居民点用地、采矿及其他独立建设用地和其他建设用地比重逐渐降低，而城市用地、建制镇、交通用地的比例不断上升，这是湖南省建设用地迅速扩张的直接原因。

（2）从社会经济对建设用地变化的影响来看，人口数量拉动建设用地扩张，而人均GDP、产业结构促进或抑制建设用地扩张，其影响差异明显：湘北地区人口对建设用地正向拉动作用大于湘南地区，环长株潭地区人口数量对建设用地的正向拉动作用力在减弱，而其他地区的正向拉动作用力在增强;人均GDP对建设用地扩张作用并不十分明显，湘西南地区的人均GDP对建设用地扩张影响程度较大，除湘西北地区外，全省人均GDP对建设用地的拉动作用力有所增强。建设用地扩张影响因素存在时空异质性，人口增长、产业结构调整以及由此引发的基础设施建设需求等因素在湖南省建设用地扩张中起着重要作用。

5.2 建议

（1）湘东、湘北应重点关注城市建设用地和工业建设用地面积的扩张速度与人口增长、人口城镇化水平以及经济水平增长速度相协调，以调整建设用地结构、人口结构、经济结构等社会经济结构为核心，利用建设用地集约利用和人口城镇化发展阶段等指导思想来实现社会经济结构的优化，实现城市建设用地规模的合理扩张与人口、经济增长的相互协调发展，主要可以通过制定城市群规划、新型城镇化、区域协同等相关政策对该地区进行政策调控。

（2）建议湘中、湘东南地区应不断深化新型城镇化和乡村振兴发展战略，协调推进乡村振兴与新型城镇化发展，通过产业结构调整有效缓解建设用地的扩张，特别是湘中南地区积极推动三次产业和三大产业的结构调整，全面发展现代服务业，加速调整工业结构，有选择地发展农业，提高产业结构协调性。以增加农业综合生产能力为前提，适度进行工业化、城镇化开发建设。

（3）建议湘西、西南地区进一步严格控制城市建设用地，大力推进城市用地的节约和集约。增强生态产口生产能力为目标，对一般生态保护用地进行限制性开发，并禁止一切人类活动在基本农田、国家重点保护区、森林公园、历史文化自然遗产等地区的开展，在对生态用地进行合理保护的同时，协调农业生产、经济建设与生态环境发展，实现“社会-经济-生态”与“生产-生态-生活”相协调发展模式。

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