基于RS与GIS的长沙市建设用地动态变化及其生态环境质量评价研究

易 敏 ，李 毅 ，邓瑜兵

（1.湖南省环境监测中心站，湖南 长沙 410019；2.湖南农业大学 资源环境学院，湖南 长沙410128；3.湖南师范大学 资源与环境科学学院，湖南 长沙 410081）

基于RS与GIS的长沙市建设用地动态变化及其生态环境质量评价研究

易 敏1，李 毅2，邓瑜兵3

（1.湖南省环境监测中心站，湖南 长沙 410019；2.湖南农业大学 资源环境学院，湖南 长沙410128；3.湖南师范大学 资源与环境科学学院，湖南 长沙 410081）

通过运用计量分析、比较分析、相关分析等方法分析长沙市经济发展与建设用地的互动关系，探讨了长沙市经济与建设用地利用协调发展等相关问题，为促进长沙市建设用地的集约节约利用提供了相关建议。研究结果表明：2002-2012年长沙市建设用地规模不断扩大，并与GDP总量增长趋势保持一致；长沙市建设用地规模与产业结构具有高度相关性，主要表现在与第二产业规模呈高度正相关关系；长沙市域生态环境质量呈下降趋势。据此提出推进长沙市经济与建设用地协调发展的政策建议。

建设用地；经济发展；相关性分析；生态环境评价

随着城市化、工业化的快速发展，尤其是十八届三中全会新型城镇化战略的提出，城市对建设用地的需求也越来越大。土地资源作为社会生产的基本要素，其本身存在有限性和不可再生性，因此，如何实现土地资源尤其是建设用地的集约利用，成为当前影响城市持续健康发展的基础和根本。通过研究城市经济发展与建设用地的关系，可以掌握经济发展与建设用地增长的内在动态运动规律[1]，并以此为依据,寻找经济发展与建设用地集约节约利用的良性发展模式，进而达到土地利用与经济发展协调可持续发展的目的。

长沙市作为中部的代表城市，经济发展迅速，建设用地总量增长也较快，经济的发展与建设用地增长的运动较为剧烈，这就为寻找二者的运动规律提供了现实的可能。另一方面，长沙作为我国资源节约型与环境友好型社会综合配套试验区的核心城市，促进其经济发展与建设用地集约利用协调发展也成为构建“两型”社会的重要课题[2]。因此，通过研究长沙市经济发展与建设用地增加的内在关系并进一步分析出其存在的问题，找出长沙市经济发展与建设用地增长和谐发展模式就显得十分必要。

一、长沙市建设用地扩展分析

（一）长沙市建设用地数量变化

近年来，长沙市建设用地总量呈高速增长的趋势，2012年长沙市建设用地规模已经达到343.63 km2，是2002年的近一倍。其中，2008年建设用地总量增长62.2 km2，是2002年以来建设用地增长总量最大的一年。2002-2012年间长沙市建设用地总量平均每年增加11.5km2，显示出较大的增长绝对量，详细数据见图1、图2和图3所示。

从建设用地占长沙市总面积的比值来看，总体也成上涨趋势，其中2011年后长沙市建设用地占总面积的比值已超过30%，这表明长沙市城市化已经达到一个新的水平。在建设用地内部方面（以2008年为例），居民用地与公共设施用地占到了整个建设用地的一半以上，居住用地在建设用地中所占比重达到30%以上[3]。

（二）长沙市建设用地扩展速度变化

本文采取扩张速度表示建设用地扩展的剧烈程度，即单位时间内城镇用地规模变化大小，计算公式可表示为：

其中∆Hi表示研究期间长沙市建设用地总量的变化绝对量，Mi表示扩展速度指数，ILA表示研究初期长沙市建设用地总量，TIA表示长沙市的总面积，∆t表示时间跨度，将∆t设为1年则Mi表示年扩展速度[4]。

由公式1计算可知，2002-2012年长沙市建设用地规模不断扩大，并经历了一个相对稳定到激烈变化的过程，2002-2006年长沙市建设用地规模变化速度稳定在4.5%左右，建设用地总量呈现相对稳定的增长趋势，从2006-2008年建设用地规模急剧增长，2008年的年增长速度达到了34.3%，出现了一个大的峰值，2009年长沙市建设用地增长速度出现明显的回落，降到了2.5%出现一个大的谷值，此后到2011年又呈现上升的趋势，到2012年开始回落。详细数据见图4所示。

图1 长沙市建设用地规模变化

图2 长沙市建设用地占市区总面积的比例

图3 长沙市2008年建设用地分布情况

据此可以将2002-2012年长沙市建设用地扩展的过程分为三个阶段

第一阶段为2002-2006年是长沙市建设用地扩展相对平稳的阶段，这段时间处于长沙市经济发展相对平稳的阶段，GDP增长速度也较为稳定，又处于十五规划的中期，因此建设用地扩张总体上比较稳定。

图4 2002-2012年长沙市建设用地变化速度

第二阶段为2007-2009年，由于经济危机等外部环境的影响，出现了经济下行的趋势，为拉动经济，政府出台了一系列经济刺激计划来拉动内需，城市基础设施的修建便是经济刺激计划的重要一环，而由此带来的必然是建设用地的急剧扩张。而随着经济形势的好转和抑制经济过热的需要，及短时间内建设用地供给量的有限性，长沙市建设用地扩张速度出现明显下降趋势。

第三阶段为2010-2012年，此时处于后经济危机时段，经济危机的影响开始逐渐减弱，经济发展逐渐走向平稳高速健康发展阶段，建设用地增长速度在10%左右上下波动。

二、长沙市经济发展动态分析

长沙市作为湖南省省会，其经济发展显示出强大的发展潜力。依托两型社会实验区中心城市的政策优势及对本地资源的合理利用，近年来，长沙市的经济发展取得了令人振奋的成绩，已逐渐成为中部地区经济发展的主要增长极。其在文化产业、机械工业、高新技术产业等方面越来越显示出惊人的发展潜力[5]。2013年长沙综合竞争力居全国前列，国内生产总值7153.13亿元人民币，全国排名第16位，省会城市排名第7位。长沙根据自身条件不断转变发展方式，以其为核心的长株潭城市群已成为中部崛起战略的主要增长引擎。

（一）长沙市经济总量变化

2002年长沙市GDP总量仅为821亿元，到2012年GDP总量已经达到了6399亿元，十年时间实现了近八倍的增长，可见其经济发展的强劲势头。从2002-2012年长沙市的GDP增长速度始终保持在两位数以上的增长，增长大致经历了“高速增长—回落—高速增长—趋于平稳”发展过程。特别是从2011年开始经济发展速度开始趋于稳定，2013年长沙市经济GDP增长速度达到新低的11.8%，这显示出长沙市经济正在进行转型，由单纯追求速度到追求经济结构的优化与转型，详细数据见图5所示。

用普通最小二乘法得到的参数估计值很不稳定，回归系数的方差和协方差随着多重共线性强度的增加而加速增长，对参数难以做出精确的估计；同时回归方程高度显著的情况下，有些回归系数无法通过检验，甚至可能出现回归系数的正负号得不到合理的经济解释的情况．

从人均GDP占有量来看，2002年全市总人口为595.46万，人均GDP为1364元。到2012年长沙总人口为714.66万，人均GDP为8962元。10年间人均GDP实现近7倍的增长。年增长率则呈现出跟GDP总量年增长率相似的特征，详细数据见图6所示。

图5 长沙市2002-2012年GDP总量及增长率

图6 长沙市2002—2012年人均GDP及增长率

（二）长沙市产业结构状况

经济发展一方面是以国内生产总值为代表的经济总量的不断增长，另一方面则是与总量增长相伴随的产业结构及从业人员结构的优化升级，任何经济增长都是产业结构不断优化的结果[6]。“十一五”以来，长沙坚持以“两型社会”建设为引领，按照“又好又快，率先发展”的总体目标，大力推进新型工业化、新型城市化和新农村建设，取得了显著成效。经过“十一五”的快速发展和积累，全市产业结构呈现出 “二三一”的格局。从国内外发展趋势来看，加快推进产业结构调整，促进产业结构优化升级，使经济结构向“三二一”转变，是长沙未来继续保持快速、健康、协调发展的必然选择。

以2005-2011年为研究时段，在该时段长沙市第二产业比重增长明显，由2005年的44.1%增长到2011年的56.1%，增长了12%，经济总量的高速增长也主要得益于第二产业的不断发展壮大。

从横向比较来看，长沙产业结构表现出第三产业比重偏低的状况，优化产业结构的中心任务之一是大力发展第三产业，推动产业结构由“二三一”转变为“三二一”。

从国际发展趋势来看，产业结构高度化的重要标志是第三产业在GDP中所占比重超过了第一、二产业的总和，如美国第三产业占比在20世纪40年代突破了50%（之后稳步上升，目前达80%左右），日本第三产业占比在20世纪70年代突破了50%（之后稳步上升，目前达70%以上）。

从在全国省会城市GDP的排位来看，2011年长沙GDP总量居全国省会城市第7位，“十一五”期间先后超过郑州、长春、石家庄、哈尔滨等城市，工业的快速发展起到了至关重要的作用，而目前长沙与沈阳、南京、武汉等城市的差距，第三产业的相对滞后是重要的原因[7]。

图7 长沙市2005-2011年三大产业构成

三、长沙市建设用地与经济发展互动关系

经济发展是个广义的概念，它包括了经济总量、产业结构、经济制度甚至是相关法律等概念，但现代经济发展主要还是从经济总量与产业结构的角度来衡量经济发展水平，因此采用长沙市经济发展总量与产业结构为研究对象来研究长沙市经济发展与建设用地扩展的相关性[7-9]。

（一）建设用地扩展与经济增长的关系

表1 相关系数与相关程度对应关系

土地作为最重要的生产要素一直是经济增长不可或缺的因素，工业化特别是城市化的高速发展对土地特别是建设用地的需求急剧增长，建设用地的合理与科学利用成为衡量一个城市经济发展水平的重要指标。利用相关性分析不难得知，随着建设用地的增长长沙市经济总量也在不断增长。但经济发展是多方面因素作用的结果，主要因素包括资本、劳动、及综合科技力等的投入，单纯增加建设用地规模是无法达到经济又好又快发展的目标的，因此处于工业化发展中期阶段的长沙在今后一段时间对建设用地的使用重点应放在使用效率上，通过集约化利用使得单位建设用地的经济效益达到最大化。

（二）建设用地扩展与产业结构的关系

产业结构是衡量经济发展水平的重要部分。它指的是各产业的构成及各产业之间的联系和比例关系。产业结构的合理化和高级化对经济增长来说具有特殊的作用,产业结构的快速变化能够产生高速经济增长。土地作为一种资源在各部门流通，土地的结构能够反映产业结构，同时通过对不同生产部门的供地调节也有利于改善产业结构。

分析长沙市三大产业与建设用地规模的关系，得到第一产业与建设用地规模的相关系数为0.933，第二产业与建设用地规模的相关系数为0.964，第三产业与建设用地规模的相关系数为0.906。分析可知长沙市产业结构构成中，第二产业与建设用地规模相关系数最大。这表明长沙市仍处于工业化高速发展阶段，城市发展仍主要依靠第二产业的发展，数据也证实第二产业在长沙市整个产业结构中占据主导地位。第一产业与建设用地规模也存在高度的相关性，但呈现负相关的特点，随着建设用地规模的不断扩大，第一产业在整个产业构成中所占的比例越来越小。第三产业与建设用地扩张呈现同步协调性，随着第三产业的不断发展对建设用地规模的推动作用也越来越明显。

四、建设用地扩张与经济发展下的生态环境评价

经济发展与建设用地扩展不断的相互作用，使得整个长沙市的土地利用类型发生了巨大的变化，由此带来的是整个长沙市生态环境的变化[10]，通过对长沙市生态环境的纵向变化的研究，找出经济发展与建设用地动态运动变化对长沙市生态环境的影响。以国家环保总局在06年制定的《生态环境状况评价技术规范》(试行)（HJ/T192-2006）为模型，选择反映生态环境状况的生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地退化指数以及环境质量指数为评价因子，确定各指标因子的权重，构建了长沙市生态环境状况评价体系，详见表2。

表2 生态环境状况评价指标及其权重

以生态环境状况指数（Ecological Index，EI）作为区域生态环境质量评价的指数：

EI＝0.25×生物丰度指数+0.20×植被覆盖指数+0.20×水网密度指数+0.20×（100-土地退化指数）+0.15×环境质量指数

其中生物丰度指数＝Abio ×（0.35×林地+0.21×草地+0.28×水域湿地+0.11×耕地+0.04×建设用地+0.01×未利用地）/区域面积。式中：Abio为生物丰度指数的归一化系数。

植被覆盖指数＝Aveg ×（0.38×林地+0.34×草地+0.19×耕地+0.09×建设用地+0.02×未利用地）/区域面积。式中：Aveg为植被覆盖指数的归一化系数。

水网密度指数=（Ariv×河流长度/区域面积+Alak×湖库（近海）面积/区域面积+Ares×水资源量/区域面积）/3。 其中，Ariv为河流长度的归一化系数，Alak为湖库面积的归一化系数，Ares为水资源量的归一化系数。

土地退化指数＝Aero ×（0.05×轻度侵蚀面积+0.25×中度侵蚀面积+0.70×重度侵蚀面积）/区域面积。式中：Aero为土地退化指数的归一化系数。

环境质量指数＝0.40×（100-ASO2×SO2排放量/区域面积）+0.40×（100-Acod×COD/区域年均降雨量）+0.20×（100-Asol×固体废物排放量/区域面积）

表3 各指数归一化系数

根据公式可以计算出长沙市2005-2009年的生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数、环境质量指数，进而算出长沙市2005-2009年的生态环境质量指数。

表4 长沙市2005-2009年生态环境各指数变化

从表中可以看出从2005-2009年长沙市生态环境质量指标下降了1.89，主要是由于生物丰度指数、植被覆盖指数、水网密度指数的下降导致的。而这三个指标又与建设用地的不合理扩张具有密切的联系。快速城市化下建设用地的需求不断增长，而在土地总量有限的情况下，解决建设用地不足的主要途径是增加建设用地面积、提高建设用地使用效率。由于目前的经济发展方式粗放，经济增长所引发的建设用地不足的问题主要依靠增加建设用地的手段来解决，所以必然导致林地、草地、湿地等土地利用类型面积的减少，直接引发了生物丰度指数、植被覆盖指数及水网密度指数的下降。

五、讨论与建议

基于对长沙市经济发展与建设用地关系的研究，得出长沙市目前城市发展中存在的以下三个问题：其一、建设用地利用率不高，经分析不难发现长沙市经济发展中存在建设用地扩张速度过快的问题，这一方面是因为经济的发展对建设用地的需求增大，另一方面也显示出对现有建设用地的利用不科学，存在利用率较低的问题；其二、产业结构有待改善，就目前的数据可知长沙市建设用地规模的扩张主要是因为第二产业的不断发展，土地的有限性意味着建设用地不能无限制扩张，只有不断转变发展方式，调整产业结构，不断发展第三产业调整第二产业才能抑制经济发展对建设用地的无理性需求；其三，建设用地的扩展影响了长沙市域生态环境质量，直接导致生态环境质量的下降。据此可以提出以下建议：

第一，提高建设用地利用效率。要按照严守底线、调整结构、深化改革的思路，严控增量，盘活存量，优化结构，提升效率，切实提高城镇建设用地集约化程度。加大存量建设用地供应，减少新增建设用地；多措并举促进节约集约用地水平提高；积极部署城市节约集约用地评价，认真做好开发区土地集约利用评价和管理；完善土地使用标准体系，严格标准执行的监测监管；大力推广节地技术和节地模式，加快研究激励措施。逐步提高长沙市建设用地利用效率。

第二，优化产业结构。促进一、二、三次产业健康协调发展，逐步形成农业为基础、高新技术产业为先导、基础产业和制造业为支撑、服务业全面发展的产业格局，坚持节约发展、清洁发展、安全发展，实现可持续发展。逐步提高第三产业在整个长沙市产业结构中的比重，形成以第三产业为主导的产业发展格局，逐步降低经济发展对建设用地总量的依存度，形成经济与建设用地良性发展的产业格局。

第三、重视土地利用规划。政府应不断加强城市在土地利用特别是建设用地利用规划的投入，使城市的经济发展在合理的规划内进行。要形成适合发展的规划模式和体系，使规划成果更能指导城市发展与建设用地合理扩展。科学的规划是对城市发展起着良好的导向作用，能够从宏观的角度把握城市发展的脉络，并针对问题提出合理的解决方案。社会尤其是政府部门要充分认识到土地利用总体规划在指导城市发展的重要作用，不断健全以土地利用总体规划特别是建设用地总体规划为核心的城市土地利用体系，实现“人—城市—生态环境”和谐发展。

第四、加强建设用地使用监管力度。城市的发展需要各界的广泛参与，科学的规划下面需要的是各方面保证规划顺利执行的力量。城市的发展及建设用地的合理扩展也需要社会各界的主动式的监督和献计。宏观的规划需要众多微观的部分保证整体功能的有效发挥，一方面要充分利用社会各界，包括政府部门、群众、媒体等各方面的有效监督，保证建设用地能在利用规划的的指导下合理扩展，另一方面应充分吸收社会各界的合理建议来不断完善建设用地的规划，从微观上解决建设用地利用效率不高的问题，有效推动城市健康发展。

[1] 雷 军,张雪艳,吴世新,等.新疆城乡建设用地动态变化的时空特征分析[J].地理科学,2005,(2):161-166

[2] 林目轩,师迎春,陈秧分,等.长沙市区建设用地扩张的时空特征[J].地理研究,2007,(02):265-274.

[3] 段学军,卢雨田,李 慧,等.南通市城镇建设用地扩展时空特征分析及模拟[J].长江流域资源与环境,2009,(2):104-110.

[4] 陈利根,陈会广,曲福田,等.经济发展、产业结构调整与城镇建设用地规模控制一以马鞍山市为例[J].资源科学, 2004,(6):137-144.

[5] 张虹鸥,叶玉瑶,杨丽娟,等.广东30年建设用地增长对经济发展的贡献[J].经济地理,2008.28(6):904-908.

[6] 曹受金,李建奇,向春阶.绿色经济发展模式下湖南产业结构优化对策研究[J].中南林业科技大学学报 (社会科学版),2014, 8(04):5-8.

[7] 刘 珂.国土资源对产业经济发展的支撑度研究——以土地资源为例[J].中国集体经济,2010,(3):23-24.

[8] 周庆元.农业现代化、城镇化与经济发展的互动关系研究——基于VAR模型的实证[J].中南林业科技大学学报(社会科学版),2014,8(6):85-89.

[9] 尹 锋,李慧中.建设用地、资本产出比率与经济增长——基于1999——2005年中国省际面板数据的分析[J].世界经济文汇,2008,(2):13-27.

[10] 杨鑫荣,伍格致,关 欣,等.以林地为主的土地利用类型对生态系统服务功能影响研究——以长沙市岳麓区莲花镇为例[J].中南林业科技大学学报(自然科学版),2015,35(3): 107-111.

Evaluation on Land Use Change and Its Effects on Eco-Environment in Changsha Based on GIS and RS

YI Min1, LI Yi2, DENG Yu-bing3
(1.Hunan Province Environmental Monitoring Center Station, Changsha 410019, Hunan, China; 2. College of Resource and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, Hunan, China; 3. College of Resources & Environment, Hunan normal university, Changsha 410081, Hunan, China)

Through the use of econometric analysis, comparative analysis, study the interaction between economic development and the construction land of Changsha. Get the rationalization proposals for the construction land and economic of Changsha and promote economical use of land for construction land of Changsha. The study concluded that:the expanding construction land of Changsha, and with the total GDP showed a greater synchronization. The construction land of Changsha and industrial structure is highly correlated and focus on the performance in the second industrial scale. In recent years, eco-environmental quality of Changsha has declined. Thus the paper put forward promoting the coordinated policy suggestions on harmonious development of Changsha city economy and construction land.

construction land; economic development; correlation analysis; eco-environment evaluation

F062.2；F293.21

A

1673-9272(2015)02-0014-06

10.14067/j.cnki.1673-9272.2015.02.004

2015-02-26

环保部“全国生态环境十年（2000-2010）变化遥感调查与评估项目——湖南专项”（STSN-05-18）。

易 敏，工程师。 通讯作者：李 毅，讲师，博士研究生；E-mail：yibsen@163.com。

易 敏， 李 毅， 邓瑜兵. 基于RS与GIS的长沙市建设用地动态变化及其生态环境质量评价研究[J].中南林业科技大学学报（社会科学版），2015, 9(2): 14-19.

[本文编校：罗 列]