南京都市圈城市用地扩展特征分析

熊圆圆，李 禕

（河海大学 公共管理学院，江苏 南京 211100）

都市圈是具有辐射带动作用的城市地域群，具有一个或多个中心城市核心，以发达的联系通道为依托，是城市空间形态演化的高级形式。城市用地作为城市社会、经济活动的物质载体［1］，能直观地展现城市及城市聚落的发展过程［2］。自改革开放以来，我国经济建设的进程加快，城镇化水平大幅提升，都市圈也逐步形成与完善。自2014年《国家新型城镇化规划》提出“都市圈”概念，截至2022年，我国都市圈的数量已达22个。因此，研究南京都市圈城市用地扩张的时空演变特征，可以为都市圈协同发展与城市规划提供科学依据，并对认识城镇化发展规律、推进城市土地集约化利用、建设新型协同发展的都市圈具有参考意义［3］。

城镇化是我国经济建设的重要内容，城市用地扩张能够直观地展现城镇化的发展进程，因此城市用地扩张受到了城市研究学者们的广泛关注。目前我国对城市用地扩张的研究集中在中部及南方城市，如对武汉、杭州、南京等城市的研究［4-6］，以及对长三角城市群、珠三角城市群等国家级城市群的研究［7-9］；对城市用地扩张的研究主要从用地扩张的时空表征［9-11］、扩张模式［12-13］、驱动因素［14-15］等方面展开。分析城市用地扩张时空特征及扩张模式的方法以扩张强度及强度指数、景观扩张指数、景观格局指数等为主［16-18］。在城市用地扩张驱动因素研究方面，鉴于人口、经济因素数据的可得性与影响的深广性，研究多集中探讨人口与社会经济对城市用地扩张的驱动作用［19］。研究发现，常住人口、交通便利度［20］、地区生产总值与地方土地政策［21］等对城市用地扩张具有显著作用［22-24］。在驱动机制分析方法上，研究大多采用灰色关联度、Probit模型、Logistic回归模型［25］及重心-GTWR模型等方法［26-28］。尽管迄今对城市用地扩张的研究已经取得了较为丰富的研究成果，但受研究区域的限制，对城市用地扩张的研究多围绕区域整体展开，缺乏对城市群之间个体的联系与对比分析研究。随着都市圈相关政策的出台，都市圈逐渐成为城市群发展的重要地域单元，因此研究都市圈的城市用地扩张对城市协同发展具有重要的参考意义。另外，现有研究对于城市用地扩张驱动因素选择的差异性有所欠缺；所选的驱动因子应更具多样性，应建立更富科学性、解释性的驱动力分析机制，在分析驱动机制的同时，应考虑地域差异性与时间动态性，使研究做到因地制宜、因时制宜。

本文利用Landsat TM/ETM遥感数据，采用城市用地扩张强度指数、用地扩张强度差异指数、GIS空间分析和景观格局指数相结合的研究方法，分析了2000—2020年南京都市圈城市群城市用地扩张的时空动态特征，横向对比了不同城市的用地扩张特征和景观格局，并探究了南京都市圈城市群协同发展过程中的城市化进程，以期为南京都市圈的城市群一体化发展和建设提供参考借鉴。

1 研究区概况

南京都市圈的地理坐标为31°19′~34°06′N，117°09′~119°58′E，位于中国东部，地处长江中下游沿江城市地带核心地区，毗邻江浙。南京都市圈以南京为核心，包括镇江、扬州、宣城、芜湖、马鞍山、淮安、滁州以及常州（含溧阳、金坛），含33个市辖区、11个县级市和16个县，总面积为6.6万km2（图1）。南京都市圈对长三角带动中西部地区发展起到重要传导作用，是长江经济带发展战略中的重要区域。

图1 南京都市圈城市群研究区

2 数据和方法

2.1 数据来源与处理

本研究以2000、2005、2010、2015和2020年5期全国土地利用遥感影像为数据源，应用ENVI 5.1软件对基础图像进行配准、校正和调整等预处理；然后，对数据进行坐标投影变换、图像裁剪等处理；最后，依照土地利用现状分类体系的一级类型，通过Arcgis 10.2软件对图像进行重分类，将土地利用类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地及未利用地六大类。本研究选取建设用地中的大、中、小城市及县（镇）以上建成区用地为研究对象，统称为城市用地。土地遥感影像来源于地球系统科学数据共享服务中心（http://nnu.geodata.cn:8008/）；城市面积数据来源于历年的《江苏统计年鉴》和《安徽统计年鉴》。

2.2 研究方法

2.2.1 城市用地扩张强度 城市用地扩张强度是指在单位时间内某一城市的城市用地变化面积占其城市总面积的百分比，可反映单位时间内城市用地扩张的强弱，其计算公式为：

式（1）中：UEIi表示城市用地扩张强度；、分别表示第i个城市在研究期t2、t1的城市用地面积；Δt表示时段t2至时段t1的时间跨度。

2.2.2 城市用地扩张强度差异指数 城市用地扩张强度差异指数是指单位时间内某一城市的城市用地扩张强度与城市群整体的城市用地扩张强度之差，可反映不同城市的城市用地扩张的强度差异，用于对比分析同一时期不同城市的用地扩张强度［29］，其计算公式为：

式（2）中：UEDIi表示城市用地扩张强度差异指数；Uit2、Uit1分别表示第i个城市在研究期t2、t1的城市用地面积；Ut2、Ut1分别表示所有城市在研究期t2、t1的城市用地面积。

2.2.3 聚类分析 聚类分析将各时段各城市用地扩张的数据导入GIS属性表，测量研究区域内高值或低值的聚集情况，能够较好地展现建设用地扩张的趋势格局［30-31］。本研究将2000、2005、2010、2015和2020年5期南京都市圈城市用地变化量数据进行属性编辑，分析各时段南京都市圈城市用地扩张的聚类情况，从而分析南京都市圈城市用地扩张的时空动态分布特征［32］。

2.2.4 景观格局指数 景观格局指数是指能够高度浓缩景观格局的信息，反映其结构组成和空间配置某些方面特征的一系列定量指标。由于用地扩张的高度不可逆特点，城市用地扩张会导致景观格局发生相应的变化［33］；景观格局指数能够较好地展现城市用地扩张的演变规律［34-35］。本研究选取了7个类型层面的景观格局指数［36］，即最大斑块指数(LPI，Largest Patch Index)、景观形状指数(LSI，Landscape Shape Index)、聚集度指数(AI，Aggregation Index)、景观面积比(PLAND，Percentage Of Landscape)、斑块密度(PD，Patch Density)、斑块内聚力指数(COHESION，Patch Cohesion Index)、面积加权的平均斑块分维数(AWMPFD，Area Weighted Mean Patch Fractal Dimension)（表1）。各景观格局指数的计算在Fragstats 4.2软件支持下完成。

表1 所用景观格局指数的描述

3 结果与分析

3.1 南京都市圈城市群城市用地扩张的时空分异特征

3.1.1 南京都市圈城市群城市用地的扩张强度分析 在2000—2020年期间，南京都市圈的城市用地面积总体呈增长趋势（图2）。依据城市用地扩张强度指数公式计算出南京都市圈的扩张强度，如图3所示，扩张强度呈“上升—下降—上升”的阶段性变化特征。具体来说：2000—2005年期间扩张强度最小，9个城市的平均扩张强度指数为0.0237；2005—2010年升至较高水平，平均扩张强度指数为0.0770，同比增长了224.89%；2010—2015年开始下降，平均扩张强度指数下降至0.0363，降幅达52.85%；2015—2020年再次回升，平均扩张强度指数达顶峰，为0.0923，增幅达154.26%。总体来看，南京都市圈城市用地扩张强度趋向平稳，城市群发展走向协同化。

图2 南京都市圈各城市用地面积

图3 南京都市圈各城市的用地扩张强度指数

尽管研究区内城市之间用地扩张强度的变化趋势体现出一致性，但不同时段各城市的城市用地扩张强度并不相同，存在一定的差异；总体而言，城市间用地扩张差异逐渐减小，城市用地扩张由分散态势走向聚集分布。在2000—2005年期间，南京的城市用地扩张强度最高，扩张强度为0.0529；马鞍山次之，扩张强度为0.0323；其余城市的扩张强度均在0.03以下（图3）；此期间处于城市化初期，南京都市圈建设尚处于起步阶段，城市用地扩张相应较小，用地扩张强度均处于较低水平。在2005—2010年期间，芜湖的城市用地扩张强度升至最高，为0.1960；镇江和宣城次之，扩张强度分别为0.1554和0.1200；然后是淮安、马鞍山，扩张强度分别为0.0586与0.0611；其余城市的扩张强度均在0.05以下；随着在江城芜湖启动的南京都市圈项目的建设，南京都市圈开始逐步发展，芜湖等南京周边地区受都市圈中心城市——南京的带动作用，城市发展迅速，用地扩张强度随之升高。在2010—2015年期间，芜湖的用地扩张强度为0.0747，依旧为南京都市圈城市的最高值；马鞍山（0.0532）和常州（0.0500）次之；宣城、扬州等余下城市均处于0.05以下。截至2011年，南京都市圈建设已拓展至8个城市，城市群协同发展趋势逐渐凸显，周边城市受到的辐射作用明显；但受全球经济动荡的影响，中央政府提出空间规划体系改革以遏制地方用地扩张，南京都市圈整体扩张强度较低。在2015—2020年期间，淮安以0.2189的城市用地扩张强度处于最高值；其次为扬州（0.2158）、南京（0.1105）和常州（0.0853）；宣城、滁州等城市的扩张强度均处于0.04~0.07之间；淮安与扬州、南京与常州形成聚集格局；基于宏观调控和我国2014年提出的《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》，城镇发展围绕新型城镇化、城市群与都市圈发展、乡村振兴战略［37］展开，南京都市圈建设进入了高质量发展阶段，城市用地扩张强度不断提升，城市群一体化进程加快，城市发展走向协同合作模式，用地扩张聚集化特征明显。

3.1.2 南京都市圈城市群城市用地扩张强度的差异分析 依据城市用地扩张强度差异指数公式，计算出南京都市圈不同时段的用地扩张强度差异指数（图4），并采用自然断点法将城市用地扩张强度分为缓慢增长、低速增长、中速增长、快速增长及高速增长5种类型［38-39］。

图4 南京都市圈城市用地扩张强度差异指数

从市域角度分析南京都市圈城市用地扩张的特征，高速扩张区域主要分布在南京都市圈的周边城市，处于东北与西南方向，城市用地扩张逐渐向均衡化发展。2000—2005年，南京、马鞍山与扬州的扩张强度差异指数分别为1.7559、1.0706与0.9613，均高于都市圈城市群的扩张强度差异指数平均值（0.7869），其中，南京城市用地变化量占整体变化量的56.25%；其他城市的用地扩张强度差异指数处于0.2~0.8之间，低于平均值；扬州市作为快速扩张区域，临近南京、马鞍山的高速扩张区，3市形成以南京为中心的单核心扩张格局；中低速扩张城市如滁州、宣城与镇江等分布在都市圈北部、南部和东部地区，呈较分散态势。

在2005—2010年期间，芜湖的扩张强度差异指数达3.0241，镇江为2.3979，两者均高于平均强度差异指数（1.1887）；其余城市的扩张强度差异指数处于0~1.9之间，其中宣城的强度差异指数为1.8515，常州的强度差异指数为0；2005—2010年的强度差异指数方差为1.0300，明显高于2000—2005年的（0.2003），说明2005—2010年期间不同城市间用地扩张强度差异明显，在城市用地高速扩张的过程中，各城市用地扩张发展处于不均衡的状态。

在2010—2015年期间，芜湖与马鞍山作为高速扩张区域，它们的强度差异指数分别为2.6406和1.8791，扩张强度差异最为显著；其余城市的扩张强度差异指数处于0.70~1.77之间；中快速扩张城市如宣城、扬州、滁州、淮安，集中分布在南京都市圈南部与北部地区。南京都市圈城市用地扩张强度差异指数的平均值为1.2809，与2000—2010年相比，呈持续上升趋势，扩张强度差异持续增加；2010—2015年的强度差异指数方差为0.4476，比2005—2010年有所减少，说明城市用地呈稳定扩张趋势。

在2015—2020年期间，淮安的扩张强度差异指数为2.1102，扬州的为2.0802，两者均属于高速扩张区域；受南京与周边城市的带动作用，2015—2020年用地扩张强度差异指数较高，平均值为0.8899，但较2010—2015年有所下降，说明城市用地扩张模式开始发生转变，向高质量城镇化发展；2015—2020年的强度差异指数方差为0.5406，比2010—2015年有所上涨，但整体处于较平稳水平，说明南京都市圈建设政策的完善推动了都市圈城市的有序扩张，强化了城市间的协同发展，提升了用地扩张的质量。

3.2 南京都市圈城市群城市用地扩张的聚类分析

应用Arcgis 10.2软件对南京都市圈城市用地扩张量进行空间分析，测算了南京都市圈城市用地扩张的聚类指数。聚类分析结果表明，南京都市圈城市用地扩张分布呈“随机分布—高值聚集—随机分布”的变化态势。2000—2005年，聚类指数G值为0.000006，P值为0.15717，z值为1.414652，其中z值小于1.65，未通过显著性水平检验，则P值无意义，表明都市圈城市用地扩张分布呈随机状态，这是因为南京都市圈建设处于起步阶段，城市群建设政策有待完善，城市之间缺乏协同发展，各地用地扩张联系较弱。在2005—2010年，聚类指数G值为0.000005，P值为0.198719，z值为1.285211，z数值小于1.65，未能通过显著性检验，P值无意义，说明南京都市圈城市用地扩张不存在聚集关系，呈随机分布，这是因为此期间各地城市用地扩张处于快速发展阶段，城市内部发展力较强，对外部城市的辐射力较弱；同时，尚未完善的交通网对城市之间联动发展具有一定的限制作用。2010—2015年，聚类指数G值为0.000005，P值为0.063419，z值为1.856242，z值大于1.65，通过了显著性检验，结果可信度达95%，表明南京都市圈城市用地扩张呈高值聚集状态；随着2013年8月举行南京都市圈城市发展联盟成立大会，南京都市圈的发展开始了新起点；随着宁徽之间交通网逐渐完善［40］，城市之间的跨界联动不断向纵深发展，芜湖、镇江和马鞍山等地形成了城市用地扩张高速发展的聚集区，南京都市圈各城市间协同发展效果显著。在2015—2020年期间，聚类指数G值为0.000004，P值为0.807578，z值为0.243551，z值小于1.65，未通过显著性检验，说明城市用地扩张呈随机分布，这是因为随着新型城镇化政策的施行，城市化进程放缓，城市用地扩张由量向质转变；另一方面，随着南京都市圈内城市协作和协同程度加深，各城市用地进入有序扩张阶段，城市发展一体化步伐逐渐加快，都市圈内用地扩张由单个增长极向各地均衡发展布局转变。

3.3 南京都市圈城市群城市用地扩张的景观格局分析

为了深入探究城市用地扩张的时空特征及其对城市布局的影响，本文选取7种景观格局指数开展了研究［41］。依据表1中的计算公式，通过Fragstats 4.2软件计算了2000、2005、2010、2015和2020年南京都市圈的7种景观格局指数。从图5可以看出：在2000—2020年期间南京都市圈的LPI指数呈上升态势，且在2015—2020年期间的增速最高，说明斑块聚集度提高，城市群之间作用力增强；PLAND指数同样呈持续上升趋势，在2015 —2020年期间增长幅度较大，表明城市用地面积在城市面积中的占比逐年增长，城市用地扩张强度不断增强；PD指数于2000—2005年呈平稳状态，2005—2015年呈快速上升状态，2015—2020年急速下降，说明南京都市圈城市用地扩张前期的增速较快，扩张较为无序，增速虽然较快，但是城市用地布局呈破碎景观态势；随着新型城镇化与城市间协同发展的加深，城市用地扩张逐渐向有序转变，用地景观布局由破碎化转向规则化。COHESION指数在2000—2020年内表现出持续增长趋势，反映城市用地面积在城市总面积中的聚集程度不断提高；该指数的增速在2000—2005年与2015—2020年较高，说明早期城市用地扩张潮推动了城市用地的大幅扩张，用地扩张多受资源导向，城市用地的大量聚集为后期的一体化奠定了基础；后期城市之间联系程度逐渐增强，用地扩张受周边城市的辐射作用较大，城市用地分布趋于聚集。AWMPFD指数在2000—2020年表现为持续增长，表明此期间南京都市圈城市用地的分布形状逐渐复杂化，且随着城市之间用地扩张向周边城市延伸，城市间的城市用地联系程度越来越强，加之LPI指数的逐年上升，城市用地斑块在融合扩张的过程中不可避免地走向形状复杂化。

图5 2000—2020年南京都市圈城市用地扩张景观格局指数的变化

由图6可以看出：2000—2020年南京都市圈各城市的LSI指数均呈增长趋势，其中南京、扬州和镇江的LSI保持领先地位，表明各城市在用地扩张过程中的城市用地形状趋向复杂化，斑块形状趋向不规则化，用地扩张受到内在城市发展推动与外在辐射的双重影响，越靠近都市圈中心，其形状不规则的特征表现得越明显；各城市的AI指数在2000—2020年表现出上升趋势，多数城市AI指数的增长加速期出现在2015—2020年，其中常州与淮安在2015—2020年期间指数增速较高，表示各城市用地斑块的连通度不断提高，这是因为随着宁徽交通网的完善，宁芜、宁常等外环干线投入建设，都市圈内交通网络逐渐成形，城市用地的扩张向聚集连通方向发展［42］。

图6 南京都市圈各城市景观形状指数和聚集度指数的变化

4 结论与讨论

4.1 结论

从城市用地扩张强度指数分析，2000—2020年南京都市圈城市用地扩张呈持续扩张态势，用地扩张具有阶段性与聚集性特征。研究期内都市圈城市用地强度呈“上升—下降—上升”的变化趋势，经历2010—2015年用地扩张增速减缓阶段后，南京都市圈城市用地于2015—2020年扩张强度增强，达到强度峰值，随着有关都市圈新型城市群国家政策相继出台，南京都市圈城市用地扩张呈现加速扩张的态势。都市圈内城市用地扩张呈聚集分布格局，用地扩张由分散向聚集发展，城市间协同力增强。

从城市用地扩张强度差异指数分析，2000—2020年南京都市圈用地高速扩展区域主要分布在都市圈边沿城市，城市用地扩张的格局向均衡化发展。早期城市发展期间的内向作用力较强，城市间对同质化资源存在竞争，城市间资源的分配不均，从而造成城市间用地扩张不均衡的格局［43］；随着区域发展协同性增强，资源流动性增强，城市间辐射效应明显，都市圈内各城市用地扩张呈有序增长趋势，同时用地扩张也向聚集转变。

从聚类指数分析，2000—2020年，南京都市圈城市用地扩张呈“随机分布—高值聚集—随机分布”的变化过程，其中在2000—2010年呈随机分布，2010—2015年呈高值聚集格局，2015—2020年期间再次呈随机分布。

景观格局指数计算结果表明，南京都市圈城市用地扩张趋向聚集化，斑块分布趋向集中化，板块形状在整合扩张中向复杂化发展，城市用地斑块内交通连接度呈增强趋势，都市圈内城市用地扩张趋向一体化。用地扩张受都市圈建设的引导作用，趋向聚集与联动化，城市间协同作用增强，城市一体化程度不断加深。

4.2 讨论

南京都市圈城市用地扩张不仅受到宏观发展战略、城市规划政策的影响，还与自身区位条件、资源分布、经济因素和地方政府政策等密切相关。本文从宏观层面探究了南京都市圈城市用地扩张的时空特征。今后应进一步收集并梳理城市群内城市用地变化涉及社会经济的资料，考虑城市人口经济［44］、交通设施、政策、资源等因素对城市用地扩张的影响［45］，系统分析城市用地扩张的驱动机制，同时考虑如何进一步推动城市间的协同发展，打造新型跨省都市圈，形成跨区联动城市群的建设新模式，助推新型城镇化不断发展。