沈阳城乡建设用地扩张时空特征分析

雷国平，郭美佳

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030）

沈阳城乡建设用地扩张时空特征分析

雷国平，郭美佳

（东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030）

探讨城乡建设用地变化时空规律是优化城乡建设用地管理重要依据。基于1986、2000和2015年3期TM/OLI遥感影像，采用GIS方法分析沈阳市城乡建设用地变化时空特征。结果表明，①1986～2000年，城乡建设用地增加169.78 km2，其中城市、乡村建设用地分别占28%、72%；2000～2015年，城乡建设用地增加151.63 km2，其中城市、乡村建设用地分别占71%、29%，阶段差异性显著；②于洪区、苏家屯区、浑南区和沈北新区分别在1986～2000年和2000～2015年城乡建设用地扩展中具有异速性和区域差异性；③自城市中心向外围，城乡用地扩张强度指数先增后降，在12 km呈峰值。

城乡建设用地；时空特征；用地扩张；沈阳市

我国城镇化发展迅速，但农村发展滞后，出现“半城镇化”“农村空心化”等现象。忽视城乡用地协调发展，引发“城市病”[1]。国内外关于城乡建设用地变化研究较多，国外对城乡用地研究较早，主要集中于城市土地利用方面，关注城市扩张与经济、人口、政策等要素关系[2]，理论相对成熟和完善。国内研究大多侧重城市建设用地发展变化，忽略城乡建设用地转变及城市用地规模扩张，研究成果时间尺度短，尚无长时间段城乡建设用地发展演变规律分析[3]。国内学者多开展建设用地市场指标交易[4]、优化[5]、合理用地规模及用地平衡[6-7]等方面研究，但针对东北老工业基地城市建设用地扩张规律研究较少。城乡建设用地扩张时空特征分析，对城乡建设统筹规划及城乡社会经济发展具有重要意义[8]。

本文以沈阳市为研究对象，利用遥感影像获取城乡建设用地信息，以地理信息系统为影像处理、显示、分析工具，分析1986年至今沈阳城乡建设用地扩张时空特征，对比1986～2000年和2000～2015年沈阳城乡建设开发格局异同，为国土空间管控和城乡建设发展提供政策支持。

1 数据与方法

1.1 研究区概况与数据源

沈阳市位于中国东北地区南部，土地面积为12 980 km2，城市用地面积3 495 km2。本文研究地域范围主要是沈阳市辖区，包括沈河区、和平区、大东区、皇姑区、铁西区、苏家屯区、浑南区、沈北新区、于洪区。城乡建设用地一般包括城市用地、农村居民点用地和其他建设用地，其他建设用地数量较少不作分析，本文所指城乡建设用地包括城市用地、农村居民点两部分。

研究区空间数据包括：沈阳市1986年1：10万地形图，遥感影像1986～2015年TM/OLI遥感影像对应年份行政区划图；图像和数据处理采用Erdas 8.7、 ArcView GIS 10.3、SPSS 17.0等软件实现[9]。运用Erdas软件几何精校正图像，矫正精度满足要求；再对图像裁剪和主成分分析等相关增强处理，利用人机交互方式对遥感影像监督分类；将栅格数据转换成矢量数据，比较用地类型和矢量数据叠置分析、属性数据提取和计算，得到完整遥感影像数据[10]。

1.2 建设用地扩展指数方法

扩展速率表示单位时间内土地面积变化幅度，反映扩张空间变化，通过对扩展速率分析以定量比较城市扩展程度[11]，其表达式为：

式中，R-研究末期用地扩展强度；Ua-研究初期用地面积（km2）；Ub-研究末期用地面积（km2）；T-时间间隔（年）。

城乡扩展强度指数是某空间单元在研究时期内城乡扩展面积占土地总面积百分比，比较不同研究时期城乡土地利用扩展强弱或快慢[12]，实质是用各空间单元土地面积对其平均扩展速度标准化处理，不同空间单元城乡土地利用扩展速度具有可比性[13]，城市扩展强度指数表达式：

式中，U-区域城市化过程中非建设用地转化为建设用地面积；A-分析区域土地总面积；△t-变化时间（年）。城乡扩展强度指数M即年均增加城市面积占所在区域土地总面积百分数值越大，说明该区域建设用地面积占总土地面积比重越大，扩展强度越大[14]。

2 用地扩展分析

2.1 1986～2015年沈阳城乡建设用地扩展数量分析

分别提取1986年、2000年和2015年3个时期城乡面积信息，计算不同年份城乡面积，1986～2015年沈阳市城乡建设用地面积动态变化情况见表1。

表1 沈阳市1986～2015年城乡用地面积变化统计Table 1Change of the land for urban and rural area in Shenyang city in 1986-2015

城市用地与农村居民点用地扩张面积、比例等各时期数量特征差异显著。其中，1986～2000年，城市建设用地增加50.11 km2，占此建设用地总面积7%，年均增加3.34 km2，年变化率为31%，占城乡建设用地增加面积比例28%；农村居民点用地面积增加126.21 km2，占农村居民点用地增加面积72%，年均增加8.41 km2，年变化率为41%，年均增加面积与年变化率均高于农村居民点用地，占城乡建设用地总面积比例为74%。

2000～2015年，城市建设用地面积增加107.27 km2，占建设用地总面积71%，年均增加7.66 km2，年变化率37%，占城乡建设用地增加面积比例71%；农村居民点用地面积增加44.36 km2，占农村居民点总增加面积26%，年均增加2.96 km2，年变化率为29%，占城乡建设用地总面积比例为29%。随着农村居民点用地整治力度加大，整理零散、限制居民点，2000～2015年以农村居民点用地为主建设用地呈衰减趋势，而城市用地呈增长趋势，沈阳地区建设以城市用地形式为主，是区域土地利用扩张主要因素。

2.2 1986～2015年各区域城乡建设用地扩张特征与区域对比分析

1986～2000年，各区域城乡建设用地均有不同程度增加，其中于洪区城市用地面积变化最大，而农村居民点面积变化较小，浑南区居民点面积变化最大。与城市用地变化面积相比，农村居民点变化面积增大。苏家屯区城乡面积比率变化最大，农村居民点变化面积为城市用地4.97倍，浑南区和沈北新区次之，城乡用地比例约为2.77，于洪区城乡用地比例最小，比值为1.41。

在2000～2015年，各区域城乡建设用地面积均呈持续增加趋势，但不同区域变化面积差异显著。苏家屯区城乡建设用地变化面积持平，于洪区城乡用地面积变化幅度最大，农村居民点用地面积变化是城市用地的4.21倍，建设用地扩张主要表现在大中型城市扩张，建设用地面积增加主要源于城市建设用地占用城市周边耕地；浑南区城乡用地面积增加，城市用地较农村居民点用地面积增加18.37 km2，而沈北新区农村居民点用地面积变化较城市增加9.83 km2，该区农村居民点扩展占比较大，建设用地扩展主要源于农村居民点扩张（见表2）。

1986～2000年，于洪区、浑南区城市用地扩展面积较大，但城市扩展强度指数相对较低，分别为3.32%和3.84%，因为两个区域相对应空间单元面积较大，城市建设用地扩展速率较低。沈阳于洪区、浑南区城市用地扩展潜力较高，成为沈阳市未来城市扩展主要方向；浑南区农村居民点用地扩展速率最高，为3.77%，沈北新区最低，为2.27%，但其他两区域扩展速率差异显著。

2000～2015年，于洪区城市用地扩展面积最大，扩展强度指数最高，为7.34%，于洪区作为统筹城乡发展综合配套改革示范区建设以来，用地面积加大，城市扩展速率较大；苏家屯区农村居民点用地扩展速率仅0.21%，说明农村居民点用地可利用面积已达最大限度（见图1）。

2.3 城乡建设用地扩张梯度分析

文中运用ArcGIS软件buffer功能，以沈阳市中心城区几何中心为基准点，向外建立间距为3 km缓冲带13个，使整个缓冲区域包括各时期沈阳市城乡建设用地主体部分，获得沈阳建设用地扩张时空变化特征（见图2）。

表2 沈阳市各区域城乡用地面积变化情况Table 2Change of suburb land for urban and rural area in Shenyang city

图1 沈阳市1986～2015年城乡用地扩展速率变化情况Fig.1Change of suburb urban and rural land use change extension rate changes in Shenyang city from 1986 to 2015

图2 缓冲区Fig.2Buffer schemes

从空间分布可见，各时期城乡建设用地扩展部分呈圈层状分布于中心城区外缘，其中，1986～2000年扩展圈层较靠近内侧，2000～2015年扩展圈层则相对分布于外围；另外前期形成扩展圈分布较集中，而后期形成则较松散，分布幅度广。沈阳城乡扩展模式在不同时期变化较大，以中心市区及周边区域为主“单核扩展”为主模式，逐渐转变为包括中心城区、开发区、交通干道等周边区域“多核扩展”和“点-轴扩展”模式。

由图3分析可见，1986～2000年沈阳城市用地和乡村用地面积曲线呈下降趋势，但局部地区存在明显差别。其中，城市用地，扩展面积在半径为12 km时达高峰，开发区建设促进该区域城市建设用地扩展。在缓冲区半径为12～18 km时，城市扩展呈下降趋势。18～21 km时城市建设用地呈增加趋势，在缓冲区半径为21 km时达第二高峰，这一区域沈阳工业区较集中。在缓冲区半径为21 km后区域基本接近城市边缘化，建设用地扩展面积略上浮。满足房屋建设需求的居民建设用地逐渐增加。居住用地扩展面积在缓冲区半径为30 km时达高峰，缓冲区半径为30 km后，扩展曲线呈下降趋势。该地区基本接近城区边缘，因此居住用地扩展较缓慢，扩展面积呈下降趋势。

2000～2015年沈阳城市扩展面积整体大于乡村。随城区经济扩速发展，城市建设需求用地增加。城市扩展面积在缓冲区半径为9 km时达高峰，缓冲区半径为9～15 km时，城市扩展曲线呈下降趋势，随城市中心区域快速发展，该区域用于建设土地减少。而城市工业企业壮大及城市内部交通等整修扩建，城市建设用地扩展增加，在缓冲区半径为24 km后区域，基本接近城区边缘，建设用地扩展缓慢，扩展强度呈下降趋势。

1986～2015年沈阳市城乡用地扩展强度保持较高水平。1986～2000年，在缓冲区半径为12 km时，城乡用地扩展强度指数达最大值0.98，在缓冲区半径为9 km时，城乡用地扩展强度指数为0.72，主要原因是1988年创建的沈阳经济技术开发区、南湖科技开发区和高新技术产业开发区等占用大量土地，建设用地扩张强度较大；2000～2015年，用地扩展强度指数随缓冲区半径变化较平缓，在缓冲区半径为12 km时达最大值，主要因浑南新区开发和铁西工业区整体改造同时，城市北部辉山、道义、虎石台开发区已建立，沈阳市开始形成轴向扩展多中心发展开放式空间扩展新格局。

图3 1986～2015年沈阳市城乡扩展相关指标变化情况Fig.3Change of urban and rural land extension related area changes in Shenyang city from 1986 to 2015

由图4可知，各缓冲区不同时期扩展面积不同，其扩张速率不同。1986～2000年，沈阳市城市用地扩展速率在缓冲区半径为15、21 km时较大，分别为9.83%和9.2%，原因是沈阳经济技术开发区、南湖科技开发区和高新技术产业开发区建立使城市用地扩展显著，规模增大；农村居民点用地扩展速率峰值出现在缓冲区半径为18 km时，该区域公共基础设施建设用地大量增加。

2000～2015年，沈阳城市用地各缓冲区扩展速率差异不明显，但与前期相比，扩展速率较大，峰值出现在缓冲区半径为15 km时，原因是在城市北部辉山、道义、虎台山开发区建设带动下，大量建设用地增加，而在缓冲区半径为36、39 km时，城市面积无增长，扩展速率为0；农村居民点用地扩展速率峰值出现在缓冲区半径为18 km时，其他各个缓冲区扩展速率差异不明显，随着居民生活水平改善，住房用地需求增强，扩展速率增大。

图4 1986～2015年沈阳市用地扩展速率随缓冲区半径变化Fig.4Extension of urban and rural land-use rate change with buffer radius in Shenyang city from 1986 to 2015

3 讨论与结论

本文利用多源遥感数据获得沈阳城乡建设用地变化数据，分析1986～2000年与2000～2015年城乡建设用地扩张空间格局与时空特征，通过对比分析建设用地变化面积、变化强度、空间变化格局等，揭示沈阳城乡建设用地变化特征及原因。

沈阳市城市建设用地在两个时段表现阶段性变化特征，具体表现为前一时段城市建设用地变化强度明显弱于后一时段，而农村居民点面积增加速度强于后一时段。

前一时段城市建设用地和农村居民点增长速度相对比例显著小于后一时段。伴随城市化进程，大量农民进城务工导致农村建设开发乏力，城市建设需求加大，沈阳市城市扩展现象明显；沈阳市在不同时段同一地区城市建设用地扩张特点不一致，前一时段于洪区、苏家屯、浑南区城市建设扩张最明显，农村居民点用地上浑南区扩张最明显。

后一时段，于洪区城市建设进程加快，苏家屯地区由于距沈阳市中心较远，发展较慢；城乡建设用地扩展呈圈层状分布于中心城区外缘地带特点，城乡扩展模式在不同时期发生较大变化，从以中心市区及周边区域为主“单核扩展”模式，逐渐转变为包括中心城区、开发区、交通干道等周边区域“多核扩展”和“点-轴扩展”模式。城乡用地形态逐渐变为形态结构复杂、沿城市扩展轴和主要干线辐射延伸形态，整个城市网络体系发展完善，呈明显梯度发展。作为东北老工业基地中心城市之一，沈阳市城市蔓延现象突出，城市发展过渡带是城市核心区四倍[15]。分析沈阳市城市建设用地扩张规律，对沈阳城市合理发展和科学规划具有指导作用，本文研究时点为1986、2000和2015年，研究时限可能影响分析结果，未来应细化研究时点。

[1]谢天成,施祖麟.城镇化与农业现代化协调发展研究-以昆山市为例[J].农业现代化研究,2015,36(6):921-925.

[2]罗媞,刘耀林,孔雪松.武汉城乡建设用地时空演变及驱动机制研究-基于城乡统筹视角[J].长江流域资源与环境,2014,23 (4):461-467.

[3]刘佳福,龚威平,刘晓丽.基于遥感和GIS长春市城乡建设用地发展演变[J].城市发展研究,2011,18(5):59-64.

[4]邱继勤,邱道持,石永明.城乡建设用地挂钩指标市场配置[J].城市问题,2010(7):65-69.

[5]杨立国,向清成.怀化市城乡建设用地空间合理布局研究[J].衡阳师范学院学报,2009,30(3):112-115.

[6]赵钧建,严金明.基于弹性规划理念城乡建设用地需求预测[J].统计与决策,2010(1):41-43.

[7]许圣道,张康健.城市经济转型期伦敦创意产业发展及启示[J].商丘师范学院学报,2012,28(1):30-33.

[8]王介勇,刘彦随,陈玉福.黄淮海平原农区典型村庄用地扩展及其动力机制[J].地理研究,2010(10):1833-1840.

[9]李鹏,濮励杰.发达地区建设用地扩张与经济发展相关关系探究-基于与全国平均水平比较[J].自然资源学报,2012,27(11): 1823-1832.

[10]鲁华宇,梁山.优化城乡建设用地结构与布局研究-以河北省藁城市为例[J].中国农学通报,2011,27(8):374-378.

[11]李加林,朱晓华,张殿发.群组型港口城市用地时空扩展特征及外部形态演变-以宁波为例[J].地理研究,2008,27(2):275-284.

[12]李广东,方创琳,王少剑,等.城乡用地遥感识别与时空变化研究进展[J].自然资源学报,2016(4):703-718.

[13]穆晓东,刘慧平,薛晓娟.基于遥感监测北京1984-2007年城市扩展研究[J].北京师范大学学报,2012,48(1):81-85.

[14]李晓文,方精云,朴世龙.上海城市用地扩展强度、模式及其空间分异特征[J].自然资源学报,2003,18(4):412-421.

[15]周浩,雷国平,张红梅,等.土地利用空间关联下城乡结合部边界界定方法研究[J].中国土地科学,2016,30(6):81-88.

Urban and rural construction land expansion analysis of characteris-

tics of time and space in Shenyang/

LEI Guoping,GUO Meijia(School of Resources

and Environmental Sciences,NortheastAgricultural University,Harbin 150030,China)

To investigate the space-time regularities of the variation of the urban and rural construction land is the important basis of optimization of the urban and rural construction land management.In this paper,based on the 1986,2000,2015,3 TM/OLI remote sensing image,using GIS analysis method analyzed the change pattern of space and time in shenyang urban and rural construction land,etc.The results showed that:①From 1986 to 2000,urban and rural construction land increase 169.78 km2,including urban and rural construction land accounted for 28%and 72%,respectively;From 2000 to 2015,urban and rural construction land increase 151.63 km2,including urban and rural construction land accounted for 71% and 29%,respectively,showing a significant phase difference;②Yuhong district,Sujiatun district,Hunnan district,and Shenbei New Area in 1986-2000 and 2000-2015 in the urban and rural construction land expansion with different speed and regional differences.③From the city center to the periphery,urban and rural land expansion intensity index lower after increase first,about 12 km from peak.

urban and rural construction land;characteristics of time and space,land expansion; Shenyang city

F301.23

A

1005-9369（2017）01-0073-06

2016-10-11

黑龙江省国土资源科研项目（黑国土科研201411）

雷国平（1963-），男，教授，博士，博士生导师，研究方向为土地利用与规划。E-mail:guopinglei@126.com

时间2017-1-11 15:57:48[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20170111.1557.002.html

雷国平,郭美佳.沈阳城乡建设用地扩张时空特征分析[J].东北农业大学学报,2017,48(1):73-78.

Lei Guoping,Guo Meijia.Urban and rural construction land expansion analysis of characteristics of time and space in Shenyang[J].Journal of Northeast Agricultural University,2017,48(1):73-78.(in Chinese with English abstract)