城市土地扩张与经济增长脱钩关系的空间异质性分析

陈果 朱锦维 陈志

摘要：经济增长与城市土地扩张脱钩关系已成为土地经济研究的热点。利用湖北省各城市2001-2015年间建成区面积和非农GDP两项指标的数据，综合运用改进的脱钩模型、SPSS聚类分析、GIS空间分析和空间自相关分析等方法，研究了湖北省三个时期城市土地扩张与经济增长脱钩关系及其空间异质性。研究结果表明：湖北省2001-2015年城市土地扩张、经济增长有明显的地域性和阶段性;湖北省2001-2015年总体脱钩状态有改善趋势，但经济发展对城市土地扩张仍然存在一定的依赖性，管控力度不应松懈;湖北省2001-2015年城市土地扩张与经济增长脱钩关系的空间地域分异不明显，城市之间脱钩状态的差异性较小;脱钩模型、SPSS聚类分析、GIS空间分析和空间自相关分析的综合集成在微观区域城市土地扩张与经济增长的脱钧分析中有较强的适用性。本研究可为制定城市土地管控措施和协调城市经济增长与土地扩张的关系提供决策参考。

关键词：城市土地扩张;经济增长;脱钩理论;SPSS聚类分析;GIS空间分析;空间自相关分析

中图分类号：F127;F299.27 文献标识码：A

文章编号：1001-9138-（2019）10-0027-36 收稿日期：2019-08-18

城市土地是经济社会发展的重要基础，也是城市经济增长的主要推动力。但地方政府过度依赖土地财政拉动GDP增长，致使城市土地非理性扩张。根据《中国统计年鉴》显示，1990年至2016年末，我国城市建成区面积从12856km²增长至54331.47km²，27年内翻了两番多，年均增长1536km²，扩张态势明显。城市土地在支撑经济快速发展的同时，也造成了耕地快速流失、社会冲突加剧、生态环境破坏等一系列问题。我国人多地少，城市土地不能无限的扩张，所以经济增长与城市土地扩张的脱钩成为经济可持续发展和城市精明增长的必然要求。

脱钩理论已广泛应用于资源环境领域的研究，对城市土地扩张与经济增长脱钩关系的研究有部分学者涉及，但未形成完整的研究体系。对不同区域的城市土地扩张与经济增长脱钩关系进一步研究，可探索和完善区域城市土地扩张与经济增长脱钩关系的空间异质性研究方法。湖北省是中国经济发展格局的战略支点，也是中部地区经济转型升级的先行区域，如何处理好城市土地扩张与经济增长的脱钩关系对控制该区域城市发展边界、制定合理的土地管控政策、促进城市土地供给侧改革和经济发展方式转变有重要意义。

目前，西方国家对土地扩张的研究主要侧重于城市蔓延问题的分析上，因此本文在土地扩张与经济增长方面主要回顾国内研究成果。周国华认为城市土地扩张的速度和形态与经济、人口、交通、规划等各因素密切相关;但周焱、张安录认为土地扩张在经济增长中贡献度逐渐弱化，资本、劳动和技术的投入是经济增长的主要动力。随着经济的发展和城市化进程的加快，土地扩张与经济增长关系开始有脱钩趋势，近年来研究二者的脱钩关系也成为热点话题。研究方法主要采用道格拉斯生产函数模型、索罗余值法、Kuznets曲线回归模型法、脱钩模型法，但脱钩模型在研究城市土地扩张与经济增长的背离趋势有较强适用性。

“脱钩”源于物理学领域，后被广泛应用于能源、碳排放、环境、耕地等方面的研究中，近年来，脱钩理论及其模型在国内已成为衡量区域资源环境承载力、区域可持续发展的一种分析方法。同时，脱钩模型也逐渐被用于研究耕地占用与经济增长、资源环境与经济增长、碳排放与经济增长、集约利用与经济发展、建设用地扩张与经济增长的研究中。在脱钩模型的运用上，有基于库兹涅兹曲线模型从全国宏观角度对经济增长与城市土地扩张进行脱钩测度，有利用脱钩理论和空间数据分析方法研究城市群土地扩张与经济增长的空间异质性，也有尝试把改进的Tapio弹性系数法中的判定标准利用平均法细分，以此研究微观地区城市土地扩张与经济增长的时空耦合关系。

综上所述，土地扩张与经济增长的脱钩关系逐渐成为研究热点，脱钩理论的应用上从宏观区域到微观区域均有涉及，但现有脱钩状态判定标准对微观区域和短期研究并不适用，虽有尝试性的改进，但此种划分主观性太强。同时，微观区域脱钩关系空间异质性的研究方法有待整合与集成。

本文基于改进的脱钩模型，利用SPSS聚类分析结合数据特征对判定标准进一步细分，然后利用GIS空间分析与空间自相关分析方法对湖北省2001-2015年3个时期的城市土地扩张、经济增长脱钩关系及其空间异质性进行较深入的分析。

1区域概况、数据来源与研究方法

1.1区域概况

湖北省位于中国中部，长江中游，共下辖12个地级市，3个省直管市，1个自治州，1个林区，全省总面积18.59万km²。据2000-2016年历年的《中国城市建设统计年鉴》数据显示，2016年湖北省16个城市（神农架林区除外）市辖区建成区面积为1716.45km²，相比2000年（879.24km²），增幅达到95.21%，其中2001年和2010年增幅达到9%和8%，土地扩张速度相对较快。与此同时湖北省经济社会持续发展，据2001-2017年历年《湖北省统计年鉴》数据显示，2016年地区生产总值达到32297.91亿元，城镇化率58.1%，第三产业比重44.2%，三项指标相对于2000年分別增加了655.21%，17.88%，9.36%，地区生产总值增长明显，经济发展迅猛。

1.2数据来源及处理

本文研究对象为湖北省16个城市，神农架林区由于没有完整的城市建成区面积和非农GDP数据，暂不作为本次脱钩关系分析样本。鉴于建设用地扩张与经济增长之间的滞后关系，以时期为时间尺度进行脱钩分析更合适。因此本文主要选取16个城市2000年、2005年、2010年、2015年的城市建成区面积和市辖区非农GDP数据，形成三个对比时期分别与国民经济规划“十五”“十一五”“十二五”相衔接，便于结合国民经济政策进行分析。数据主要来源于2001年、2006年、2011年和2016年的《中国城市统计年鉴》和《中国城市建设统计年鉴》，少部分缺失数据和异常值采用插值法和回归分析加以修正。

1.3研究方法

1.3.1指标体系的选择

城市土地指建成区范围内的土地，城市土地扩张分为外向扩张和内向扩张，城市土地内部结构的优化、集约度的提高可称为内向扩张，而城市土地规模的增加称为外向扩张，本文研究中的土地扩张是指土地外向扩张。经济增长一般指经济数量的增长，即国民生产总值（GDP）的增加，但广义的经济增长还包括经济质量的提高，即经济增长向集约增长转变，更多依靠技术创新，更加注重经济、社会、生态协调发展，本文研究的经济增长主要指狭义的GDP增长。

学者们在对土地扩张特征、城市土地扩张与经济发展、土地扩张与人口增长等问题进行研究时，均采用建成区面积来反映城市土地扩张程度，具有一定的代表性，因此本文选用建成区面积表征城市土地扩张的程度。而在选用表征经济增长程度的指标时，有部分学者以GDP作为其衡量标准，也有学者尝试用市辖区二、三产业GDP代表经济发展状况，但在研究城市土地扩张与经济增长的关系时，非农GDP（即二、三产业GDP之和）更能反映实际情况，因此本文选用非农GDP来衡量经济发展水平。

1.3.2脱钩弹性系数

经济合作与发展组织（OECD）把阻断经济增长与环境污染之间的联系称为脱钩，分为绝对脱钩和相对脱钩。本文将脱钩分析方法应用到城市土地扩张方面，表示城市土地扩张与经济增长之间的关系，其中绝对脱钩指经济增长而城市土地扩张变量保持稳定或下降，相对脱钩指经济增长率和城市土地扩张率都为正值但城市土地扩张变化率小于经济增长率。目前用于脱钩分析的模型有两种，OECD脱钩模型和Tapio脱钩模型，Tapio脱钩模型克服了OECD脱钩模型在基期选择上的困境。根据脱钩弹性指数的大小，Tapio脱钩模型将脱钩分为强脱钩、弱脱钩、扩张连接、扩张负脱钩、强负脱钩、弱负脱钩、衰退连接和衰退脱钩等8种状态。本文选用T印io脱钩模型并参考张勇对脱钩模型的运用，对湖北省城市土地扩张与经济增长的脱钩关系进行分析，构建如下模型：

考虑到湖北省的经济一直保持中高速发展态势，经济负增长的情况没有发生，因此理论上的8种脱钩状态只有4种状态实际发生，而这4种脱钩状态太过笼统不便于进行微观区域空间异质性分析。因此本文参考改进的弹性分析法脱钩程度判定标准，并利用SPSS聚类分析把脱钩弹性系数（0，1）区间进一步分成3类，以此来分析城市土地扩张与经济增长的脱钩关系，如表1所示。改进判别标准分为绝对脱钩、相对脱钩、临界状态以及耦合4个一级类，相对脱钩又具体落实到3个二级类。绝对脱钩表示城市经济不断增长，但建成区面积却减少，说明城市经济增长对土地的依赖性降低，更多依靠资本、劳动力和技术等其他要素，这种状态表示经济增长与城市土地扩张形成良性互动。相对脱钩表示建成区面积随经济增长而增加，但城市土地扩张速度慢于经济增长速度，弹性系数数值越小表示经济增长对土地的依赖性越小，二者的脱钩程度越明显。相对脱钩I表示脱钩状态较好，相对脱钩Ⅲ表示脱钩程度较差，相对脱钩Ⅱ表示适中状态。临界状态表示土地扩张速度等于经济增长速度，耦合表示城市土地扩张速度大于经济增长速度，经济增长对土地的依赖性较强。

1.3.4空间自相关分析

空间自相关分析是理论地理学的基本方法，主要用来分析空间数据的统计分布规律，可分为全局空间自相关和局域空间自相关。全局空间自相关是对属性值在整个研究区域的空间特征的描述，主要是用来探测整个研究区域内某种地理现象或某一属性值的空间分布特征，判断此现象或属性值在空间上是否有聚集特性存在。全局空间自相关最常用的指标是Moran's I，其计算公式为：

式（2）中，n为研究区域数，xi、xj是区域i和j的观察值，X为平均值，s²为样本方差，Wij表示研究区域i和j的空间权重矩阵，当i和j为邻近的空间位置时，Wij=1;反之，Wij=0。全局Moran's，I旨数的取值范围为[-1，1]，I值为正表示空间集聚;，值为负表示具有显著的空间差异。

全局空间自相关能够判断某种地理现象或某一属性值在空间上是否有聚集特性存在，仅说明所在区域与周边地区之间空间差异的平均程度，但难以探测不同位置局部区域的空间关联模式。而局部空间关联LISA（Local Indicators of SpatialAssociation）可以揭示局部空间单元上某一属性值与相邻区域上同一属性值的相关程度。局部空间自相关分析是以Local Moran's）以为统计量，它是Moran's I（Global Moran's I）的分解形式，用来探究某种地理现象或某一属性值在空间上的聚集、异质或随机的分布特征，局部空间自相关指标LocalMoran's矗的计算公式为：

局域空间自相关分析一般用LISA（LocalIndicator of Spatial Association）聚集图表示，其中高高（High-High）表示区域和周围区域属性值都较高，高低（High-low）表示区域属性值较高，但其周围区域属性值较低，低低（Low-Low），低高（Low-High）的含义与上述两种类型正好相反。High High和Low-Low表示区域具有较高的空间正相关，揭示区域的彈性系数的集聚性，反映区域的同质性;High-low和Low-High表示区域具有较高的空间负相关，揭示区域弹性系数的异质性。

为进一步探测湖北省城市土地扩张与经济增长脱钩关系的空间差异程度，本文借助OpenGeoDa软件对湖北省及16个城市的脱钩弹性系数进行空间自相关分析。

2计算结果与分析

2.1城市土地扩张的空间异质性

首先利用SPSS聚类分析将湖北省（除神农架林区外）16个城市的建成区面积扩张速度划分为5个等级即慢速、较慢、适中、较快、快速，以此表示城市的土地扩张程度。再利用ArcGIS把湖北省2001-2015年间分3个时期的城市土地扩张速度分别标定到区域图上，如图1所示，进而分析湖北省城市土地扩张的空间异质性。

由图1可知，（1）T1（2001-2005年）时期，16个城市整体土地扩张速度较慢，城市土地扩张速度无“快速”和“较快”状态。从局部看，宜昌、孝感、潜江土地扩张为“适中”状态，黄石、仙桃、随州、荆州、十堰城市土地扩张速度较慢，其他城市均为慢速增长。说明该时期湖北省整体城市建设较为缓慢，城市土地的扩张也不是十分明显。

（2）T2（2006-2010年）时期，武汉、咸宁城市土地扩张最为明显，达到了“快速”增长状态，建成区面积年增长率皆达到20%以上。宜昌、恩施、孝感土地扩张速度为“适中”状态，襄阳、潜江土地扩张速度较慢，其他城市土地扩张为慢速增长。究其原因，武汉在“十一五”期间建设新区和重点功能区，咸宁全面推进“四城同创”，使建成区面积猛增，加快了城市土地扩张速度。

（3）T3（2011-2015年）时期，宜昌、襄阳、十堰、黄冈土地扩张速度“较快”，恩施为“适中”状态，随州、孝感、仙桃、荆州土地扩张速度较慢，其他城市为慢速增长。武汉、咸宁土地扩张速度由T2时期的“快速”降到“慢速”增长，土地扩张压力减轻;十堰、黄冈由T2时期的“慢速”增长变为“较快”增长，襄阳由“较慢”变为“较快”，宜昌也由“适中”变为“较快”增长，土地扩张压力增大。“十二五”期间，十堰“一城两带”建设，黄冈产业园、科技园的相继落地，襄阳大力推进城市化等政策使土地扩张速度加快。

2.2城市经济增长的空间异质性

首先利用SPSS聚类分析将湖北省（除神农架林区外）16个城市的非农GDP年均增长速度划分为5个等级即快速、较快、适中、较慢、慢速，以此表示城市的经济增长速度。再利用ArcGIS把湖北省2001-2015年间分3个时期的非农GDP年均增长速度分别标定到区域图上，如见图2所示，进而分析湖北省城市经济增长的空间异质性。

由图2可知，Tl（2001-2005年）时期，湖北省城市之间非农GDP年均增长率差异性较大，宜昌、襄阳非农GDP增长速度为“快速”增长状态，十堰为“适中”增长状态，武汉、孝感、鄂州、黄石、咸宁、荆州、恩施非农GDP年均增长速度“较慢”，其他城市为“慢速”增长。“十五”期间，宜昌三峡大坝建设并依托葛洲坝、长江三峡大力发展旅游服务业等第三产业，襄阳汽车工业的快速发展，对两个城市的经济增长起到重要推动作用。

T2（2006-2010年）时期，湖北省整体城市经济增长势头强劲，除随州、荆门、黄石非农GDP年均增长速度较慢以外，黄冈、咸宁、鄂州、荆州、潜江、十堰非农GDP年均增长速度“较快”，武汉、孝感、天门、仙桃、宜昌、襄阳、恩施为“适中”增长状态。“十一五”期间，中部崛起战略给湖北省各市带来巨大的发展机遇，推动了城市二三产业的发展，带动城市经济的增长。同时咸宁、鄂州、黄冈、孝感、仙桃等地在“武汉城市圈”的区域发展模式下经济也得到了快速发展.黄石随着资源逐步枯竭，经济增长速度也随之放缓。

T3（2011-2015年）时期，不同城市之间非农GDP年均增长速度整体差异性较小，无“快速”和“较快”增长速度的城市，黄冈、潜江、仙桃、天门、襄阳、随州、恩施非农GDP增长为“适中”增长状-态，其他城市均为“较慢”增长状态。这说明该时期各城市不仅追求经济增长的高速度，更加追求经济增长的质量与效率，这与“十二五”以来国家整体的发展理念有关;同时经济的总量提高增长速度也会适度减缓。

2.3城市土地扩张与经济增长脱钩关系的空间异质性

2.3.1脱钩状态分析

根据湖北省16个城市2000年、2005年、2010年及2015年的城市建成区面积和非农GDP相关数据，利用脱钩模型得出2001-2015年分三个时期的脱钩弹性系数，并依据改进的脱钩程度判定标准得出对应的脱钩状态，如表2所示。

再利用AreGIS对湖北省16个城市2001-2015年间分三个时期的脱钩状态分别标定到区域图上，如图3所示，进而分析城市土地扩张与经济增长脱钩关系的空间异质性。

由表2和图3可知，T1（2001-2005年）时期，潜江、仙桃脱钩关系呈耦合状態，孝感、荆门、天门的脱钩状态表现为相对脱钩Ⅲ，随州、黄石、荆州的脱钩状态表现为相对脱钩Ⅱ，其他8个城市皆为相对脱钩I。说明该时期潜江、仙桃经济增长对城市土地扩张依赖性较大;孝感、荆门、天门的相对脱钩程度也较弱;宜昌的土地扩张速度虽为“适中”状态，但脱钩关系却表现为相对脱钩I，说明该地该时期经济增长对土地的依赖性较弱;在T2（2006-2010年）时期，武汉脱钩关系表现为耦合状态，咸宁表现为相对脱钩Ⅲ，恩施、宜昌、孝感的脱钩状态为相对脱钩Ⅱ，其他11个城市为相对脱钩I。该时期武汉经济增长对城市土地扩张的依赖性较大，成宁也表现为有一定的依赖性，这与该时期两地土地扩张为“快速”增长状态以及非农GDP增长分别为“适中”和“较快”发展状态相符合。恩施、宜昌、孝感的土地扩张为“适中”增长状态，对应的脱钩状态为相对脱钩Ⅱ，这也与该时期土地扩张速度相符合;在T3（2011-2015年）时期，十堰脱钩关系为耦合状态，宜昌、襄阳、黄冈表现为相对脱钩Ⅲ，孝感、荆州、恩施、鄂州为相对脱钩Ⅱ，其他8个城市则表现为相对脱钩I。该时期，十堰的土地扩张速度大于经济增长的速度，经济发展对土地扩张的依赖性较大;宜昌、襄阳、黄冈的经济增长也存在对土地扩张有一定的依赖性，这四个城市在该时期的脱钩关系有恶化态势。武汉、咸宁表现为相对脱钩I，相较T2时期两个城市的脱钩关系有明显改善，在往可持续发展道路上前进。荆州由T2时期的相对脱钩I变为在T3时期的相对脱钩Ⅱ，经济增长对土地扩张的依赖性有增强趋势。

2.3.2空间自相关分析

利用OpenGeoDa将湖北省16个城市2001-2015年间分三个时期的城市土地扩张与经济增长脱钩弹性系数进行全局自相关分析，绘出Moran'sI散点图，如图4所示。

由图4可知，T1、T2、T3三个时期的Moran's I分别是0.1616、-0.0752和-0.0158，说明湖北省在Tl（2001-2005年）期间城市土地扩张与经济增长的脱钩关系存在正的相關性;在T2（2006-2010年）和T3（2011-2015年）期间存在负的相关性，但3个时期的空间相关性都不明显;湖北省16个城市的土地扩张与经济增长脱钩关系空间地域分异不明显，脱钩弹性系数分布较为集中。

利用OpenGeoDa对湖北省2001-2015年分3个时期的城市土地扩张与经济增长脱钩关系进行局域自相关分析，绘出LISA聚集图，如图5所示，该图表达了变量值在区域和其周围区域四种类型的局域空间联系。由图5可知，在T1（2001-2005年）时期，高高区有孝感、荆门、天门、潜江、仙桃、荆州，低低区有十堰，这6个城市土地扩张与经济增长的脱钩关系存在正的相关性，其中十堰及其周边地区表现为良好的脱钩状态，这与西部地区在“十五”期间城市土地扩张速度较慢有关;低高区有武汉、咸宁，表明该时期两个地区城市土地扩张与经济增长的脱钩关系与周围地区存在较大的异质性;在T2（2006-2010年）时期，低高区为黄冈，该地区与周围地区脱钩关系存在较大异质性;在T3（2011-2015年）时期，武汉、咸宁、天门、仙桃落在低低区域内，表明这四个地区与周边地区都表现为良好的脱钩状态。总体来看，从“十五”到“十二五”期间，武汉、咸宁及周边地区城市土地扩张与经济增长的脱钩状态有改善趋势。

3结论与建议

3.1结论

本文通过选用湖北省16个城市2001-2015年间的建成区面积和非农GDP两项指标，综合运用改进的脱钩模型、SPSS聚类分析、GIS空间分析和空间自相关分析等方法，系统分析了湖北省2001-2015年间分3个时期的城市土地扩张、经济增长和二者脱钩关系的空间异质性，得出如下结论：

其一，湖北省城市土地扩张与经济增长有明显的阶段性和地域性，不同时期各城市的土地扩张、经济增长的特征与其对应时期的相关政策有重要关联。

其二，湖北省2001-2015年间的总体脱钩状态有改善趋势，但经济发展对城市土地扩张仍然存在一定的依赖性，管控力度不应松懈。

其三，湖北省2001-2015年城市土地扩张与经济增长脱钩关系的空间地域分异不明显，城市之间脱钩状态的差异性较小。

其四，利用脱钩模型结合SPSS聚类分析、GIS空间分析、空间自相关分析得到的结果与湖北省各市城市土地扩张与经济增长的实际情况相吻合，因此这几种方法的综合集成在微观区域城市土地扩张与经济增长的脱钩分析中有较强的适用性。

其五，本文研究主要集中在微观区域的空间异质性分析上，未能选用相关脱钩预测模型对城市土地扩张与经济增长脱钩状态进行定量预测，并提出相应的调控对策，此方面内容有待更深入的研究。

3.2建议

根据湖北省“十三五”规划纲要对经济发展和土地利用的要求和2016年湖北省各城市脱钩系数可知，黄石、荆门、孝感、仙桃城市土地扩张与经济增长的脱钩关系变差，“十三五”期间土地利用管控力度不能松懈。咸宁、随州的脱钩状态继续向好，恩施、黄冈的脱钩关系相对于“十二五”时期有改善趋势，正朝经济可持续方向发展。湖北省“十三五”规划纲要要求经济保持较快增速发展，同时转变经济发展方式，力争创新驱动、跨越发展，这对城市土地集约利用提出了更高的要求。总体来看，在供给侧改革和四个全面的思想指导下，湖北省部分城市脱钩关系有改善趋势，但多数城市土地调控不能松懈，需采取分类调控的方式，扩大存量土地的利用，减少粗放利用，提升土地利用的效率和质量，引导湖北省城市精明增长，走内涵式新型城镇化道路，有效处理城市土地扩张与经济增长的脱钩关系。