城镇化进程中土地承载压力的时空分布特征比较研究——72个国内外城市为例

贾梦圆 张浩然

1 引言

截至2017年末，我国的城镇化率已达到58.52%，49个城市建成区面积超过200平方公里，其中北京、上海、广州等城市更是超过1000平方公里。城市是一个磁体，吸引周边地区的人流、物流，同时也是一个能源消耗和碳排放的主体，需要城市周边的耕地、林地等生产和生态土地支撑平衡。一旦城市的资源需求和废弃物排放超出周边土地供给和消解能力，则会构成一种不平衡状态。城市不断地索取和消耗周边土地的资源，而自然的资源再生与废弃物消解能力被不断地透支，将导致城市的生态安全、灾害安全以及城市韧性大大降低，违背了生态文明和可持续发展的理念。我国的城市发展中虽然明确提出“划定生态保护红线”和“基本农田保护红线”的要求，并提出应遵循土地集约利用、紧凑发展的理念，但是在21世纪以来的高速城镇化进程中，城市大规模扩张，生态空间已被侵占至底线，城市规模与土地承载的平衡持续倾斜。

城镇化的内涵包括土地、人口和经济的城镇化，土地的城镇化指城市建设用地的增长，人口的城镇化意味着城镇人口的增加，而经济的城镇化包含第二、三产业产值的比重上涨[1]。在城镇化的进程中，土地承载压力来源于人口、经济与土地的三者之间的承载关系。城市需要不断地扩张以容纳更多的人口和产业需求，而生产、生态土地被不断被侵占。在一定空间区域内，城市土地的承载压力越高则说明城市的发展模式越紧凑、高密度，而生产和生态土地的承载压力越高，则说明城市对于自然环境的索取力量越大，一旦超出一定的强度，这个空间区域就处于一种不平衡的脆弱状态。在新型城镇化发展要求中，生态文明、绿色低碳是重要的基本原则之一，城市发展要节约集约利用土地、水、能源等资源，强化环境保护和生态修复，减少对自然的干扰和损害，因而城市需要控制合理的城市规模，维持能量和资源平衡的生产、生态土地比例。

土地承载力的传统意义是指一定地区的土地所能持续供养的人口数量[2]，最初研究关注于从地区食物资源的供给能力角度，测算土地的人口承载能力[3]。而后随着对环境、气候等问题的关注，对于土地承载力的研究扩展到生态、资源、环境等综合维度，并不断细化土地承载力研究的主体、对象和研究尺度，衍生出生态足迹[4]、土地资源承载力[5-6]、土地人口承载力[7-8]、城市土地承载力[9]等等研究方向。当前对于与城镇化进程中相关的土地承载力的研究主要围绕土地资源与人口、经济发展三者之间的关系展开，多从土地资源管理角度出发，如从粮食、水资源、废弃物处理能力等角度预测土地承载的最大城市规模[10]，基于生态敏感性的土地承载力评估[11]，也有研究从生态安全角度出发，利用土地利用数据测算区域生态风险[12]。但多数研究针对单一或少量地区进行分析测算，而对于我国整体的城市土地承载压力情况进行量化评估的分析尚不完善，更缺乏与国际城市的类比研究。因而本研究希望利用土地地表覆盖信息以及城市基础的人口、经济数据，设定具有代表性的土地承载压力指标，以72个国内外大城市为研究对象，分析2000-2015年以来随着城镇化水平的不断提升，我国主要城市承载的土地承载压力变化情况；并与40个国际城市横向比较，评估我国城市的土地承载压力水平。本研究重新审视我国城市在城镇化扩张的过程中是否遵循紧凑集约和生态环境保护的基本原则，识别土地承载压力过高地区，为今后推进新型城镇化和城市的可持续发展提供参考。

2 土地承载压力的比较方法

2.1 研究对象及范围

本研究选取32个国内城市，包含除港澳台外的所有23个省会城市、4个直辖市以及5个自治区首府，所选城市附录1所示。国内城市以市级（直辖市）行政区划作为研究对象边界，其包含城市中心城区，也包含城市周边的县、县级市等行政单位。并选取40个典型国际大城市与我国城市进行横向比较，所选城市或为经济发达的国际都市，或为人口特大城市，详细名单见附录1。由于不同国家的行政区划方式存在差异，本研究选取类同于我国市级行政区的区划单位进行数据统计，其中美国、日本等国家的城市采用该国家官方统计数据中划定的都市群（Combined Statistic Area）作为分析范围，英国、法国、德国等欧洲国家以大区(Region)、郡(County)等行政单位作为分析范围，澳大利亚等国家城市采用大都市区（Metropolitan）作为研究范围。虽然各国的研究范围划定方式略有差异，但均包含该城市的核心都市区以及周边受到城市辐射的卫星城、乡村地区。本研究依据行政区划作为各城市土地利用构成的研究范围是考虑到行政区划是城市空间增长的一项重要限制性因素，通常城市的发展规划、土地利用规划、总体规划等都是依据行政区划范围制定并实施，因此分析比较相似区划范围下的城市土地承载压力有助于进一步了解和评估当前城市发展的模式是否紧凑、可持续，同时通过与国际城市的比较探索城市建成区与城市腹地的适当比例，反思当前以行政区划为依据的规划编制方式，探讨打破行政边界壁垒，区域统筹协调发展对于缓解大城市对周边地区生态环境的压力的重要意义。

2.2 测算指标及数据来源

本研究的土地利用数据来源于欧洲空间局气候变化计划（European Space Agency, Climate Change Initiative）的全球土地覆盖信息数据库（Global Land Cover Map）①。该数据库包含1992年至2015年每年度的300米精度全球土地覆盖分类图，土地依据卫星遥感数据被分为耕地、林地、灌木、草地、城市、水体等等22种大类。本研究中将土地利用情况简化归类分为城市土地、生产土地、生态土地和贫瘠土地四种类型，每种类型土地与原数据库分类的对应关系如附录2所示。选取2000，2005，2010，20154个时间点数据进行我国城市土地承载压力的时间演变分析，并利用2015年度数据进行国内外城市土地承载压力的横向比较。

为分析和比较土地承载压力，本研究结合土地覆盖信息与人口、经济指标，从三种类型的量化指标角度进行比较分析。第一类为土地利用比例指标，分别为城市土地、生产土地、生态土地和贫瘠土地在城市辖区范围内所占的比例以及城市土地与生态土地的比值。第二类为人口承载压力指标，包含人口城市承载指数、人口生产承载指数、人口生态承载指数。第三类为经济承载压力指标，本研究主要应用地区生产总值（GDP）作为经济发展水平的衡量指标，并通过GDP城市承载指数、GDP生产承载指数和GDP生态承载指数衡量经济发展对土地承载的压力水平。各项指标的详细计算公式如表1所示。我国32个城市的人口和地区GDP数据来源于国家统计局发布的主要城市年度数据②，其中人口为依据公安部门的户籍人口数的地区年末总人口，包含市域范围内的城市人口与非城市人口。地区生产总值（GDP）指按市场价格计算的该地区所有常住单位在该年度内生产活动的最终成果。国际比较的40个城市人口数据来源于各地区的2014或2015年度的地区统计数据，由于不同国家的国内生产总值计算方法和货币单位差异较大，本研究中没有进行经济承载压力的国际比较。

表格1 土地承载压力的测算指标表

3 我国主要城市的城镇化进程与土地承载压力的时空分布情况

3.1 土地承载压力的时间演变情况

城镇化的发展以城市土地的增长为重要标志，从时间维度比较我国城市总体的城市土地比例持续增长，2015年较2000年平均城市土地比例增长5.3%（见表2）。其中深圳、上海、天津、郑州、宁波依次为是城市土地增长量最高前五名城市，深圳在2015年度的城市土地比例已达到42.7%，相比2000年23.9%的水平已经增长了1.79倍。拉萨、兰州、重庆则增长量最低3个城市。在城市土地比例增长的同时，城市周边的生产土地与生态土地比例保持下降。其中平均生产土地在2015年度的占比相较于2000年下降3.6%，生态土地下降1.4%。其中上海、深圳生产土地下降比例最高，达到10%以上，天津、深圳、宁波的生态土地下降比例最高，达到5%以上。贫瘠土地的比例总体略有下降，其中银川市减少量最高，达到6.47%，而南昌、天津等城市的贫瘠土地比例则有所增加。上述城市的土地利用比例变化曲线如图1所示。由于农林用地和干旱贫瘠的土地对于吸收二氧化碳，改善生态环境的作用较低，如果仅比较城市土地与生态土地的比例关系，可以看出从2000年至2015年，这一比值在持续快速增长，0.199增长至0.609，增长3倍之多，并且不同城市间这项指数的差异度也在大幅度增加，上海市的增长幅度最高，2000年城市土地与生态土地的比值为1.95，到2015年则增长至7.31，说明城市土地已经是生态土地面积的7倍之多。由此可见城市扩张对于生态土地的压力正在快速地增长，城市侵占了越来越多的生态土地。总体上，东南沿海地区的土地城镇化速率较高，同时生产和生态土地减少比例也较高，对城市及周边土地造成的承载压力不断增大；而西南内陆地区城市的城镇化速率较低，但也存在生态土地减少的问题。

在土地的人口承载压力方面，人口生产承载指数和人口生态承载指数保持增长，而人口城市承载指数显著降低，反映出在城镇化进程中虽然人口正在向这些城市汇聚集中，城市也在不断扩张，但城市的人口密度却在降低，城市土地的城镇化与人口城镇化速率并不匹配，显然不符合紧凑发展的预期。32个国内城市中仅有深圳市的人口城市承载指数在上涨，由2000年的0.254增长至2015年的0.406，但同时深圳市的人口生产承载指数和人口生态承载指数也是研究城市中增长量最大的，说明深圳市在2000年以来的城镇化进程中，人口和城市建成区面积快速增长，但城市土地保持了较高的利用效率，较为符合紧凑发展的理念。但当前人口规模对于城市周边的生产、生态土地压力持续增长，需要通过区域协调的方式进行调配平衡，疏解土地承载压力。另一方面，银川、呼和浩特、西宁、宁波、西安等城市的人口城市承载指数下降比例最高，说明城市扩张在某种程度上已经超过了人口增长的速率，这种不协调的城镇化发展可能会导致土地资源浪费，空城化等问题。

在土地的经济承载压力方面，各项指数均在增长，其中GDP生产承载指数平均值增长9.4倍，标准差增长12.6，GDP生态承载指数的平均值从2000年的0.752增加至2015年的6.656，增长8.9倍。反映出第二、三产业在城镇化过程中快速增长，但同时不同城市间经济发展差距在不断增大。增长幅度最高的城市为拉萨、合肥、呼和浩特、银川以及深圳市，而北上广等一线城市则位居中游，反映出部分经济较不发达城市在2000年以来有了显著的发展和提升，已逐步由农业为主的第一产业向二、三产业经济转型。GDP城市承载指数增长幅度较高的城市有拉萨、深圳、合肥等城市，特别是拉萨市在2000年以来由于旅游产业等第三产业的快速发展，带动地区生产总值增长，虽然城市土地的面积在15年间仅增长0.1%，但GDP城市承载指数增长10倍之多，反映出城市用地的效率在不断提升，同时对于城市周边生态环境的压力也在不断增大。在推动经济发展的同时也要警惕对于生态环境的威胁和破坏。

3.2 土地承载压力空间分布情况

根据ArcGIS平台中自然断点法（Jensk）分类2015年度各土地承载压力指标，并绘制空间分布图可以得出（图2），在人口承载压力方面，东部地区③特别是京津冀、长三角和珠三角城市群的人口承载压力较高。西部地区和中部地区的人口城市承载指数较高，其中人口城市承载指数最高的城市为重庆，每平方公里城市土地承载2.87万人口。反映出内陆地区的人均城市土地面积较高，城市土地利用效率低下，紧凑度不足。东部地区特别是三大城市群的人口生产承载指数较高，其次为中部、西部地区，东北地区以及、华北、华中等粮食主要产区城市的人口生产承载指数较低。人口生态承载指数的空间分布反映出南方城市的生态承载压力低于北方城市，长三角和京津冀城市群以及东北地区的城市存在较大的人口生态承载压力。在经济承载压力方面，长江流域与珠三角地区城市的GDP城市承载指数较高，说明这些地区城市土地的经济产出效率较高，在相同面积的城市土地基础上能够获得更高的生产总值。在GDP生产承载指数方面，三大城市群明显高于其他地区，反映出第一产业在这些城市的地区生产总值中占比较低，经济的城镇化水平较高。但是在三大城市群中，长三角和珠三角地区GDP生态承载指数也较高，在经济发展的同时，生态环境也承载着不断增加的压力。

4 与国际城市土地承载压力的横向比较

为进一步了解我国城市土地承载压力水平，本研究选取40个国际大城市进行横向比较。所选城市主要为经济发达、城镇化程度高、人口密集的城市或城市群。总体上，所选国际城市的辖区范围内以城市土地和生态土地为主，生产土地占比显著低于我国城市。以城市土地占比为依据对所研究城市进行序位比较（图3），其中伦敦、柏林等城市的城市土地比例最高，达到70%以上，我国的深圳市与新加坡、澳门等城市的比例相似，在40%左右。上海市与洛杉矶、巴塞罗那城市土地比例接近，在30%左右。北京、广州、天津三个城市土地与国际上的纽约、巴黎、香港等城市或大都市区相似，城市土地占比在10%-20%之间。而大部分国内的省会城市与国际城市比较，城市土地比例较低，土地城镇化水平与成熟的城市群地区还存在一定差距。

在城市土地与生态土地比例关系中（图4），上海市比例最高，伦敦、迈阿密、新加坡、雅加达等城市的比例也相对较高，在3-4左右。反而部分高密度城市如东京、香港、巴黎、纽约等，城市土地与生态土地的比例均在1.0以下，也就是城市辖区或城市群范围内的生态土地面积高于城市土地。主要由于东京、纽约等特大城市在城镇化扩张过程中，通过构建城市群、都市圈的方式有效疏解大都市的功能和人口，通过不断吸纳融入周边地区，协调城市人口和经济扩张对于土地的承载压力，从而维持在一定平衡的范围内。并且在相同城市土地与生态土地比例区段中，如图5中气泡大小所示，国际城市的人口密度普遍高于我国城市。由此推测，随着我国城市城镇化水平的进一步提升，城市土地的比例还将提高，生态土地承受的环境压力将持续增长。

如果将生产土地也视为具有生态价值的土地，其与城市土地的比例关系则发生明显变化（图5），上海市下降为第15位，比值在0.5以下，而深圳市成为我国城市中排名最高的城市，位于第10位，比例为0.75。伦敦、柏林和伯明翰位于前三位，比值大于1.5，说明城市土地是生产土地与生态土地总和的1.5倍以上。通过比较城市土地与生态土地和生产土地的比例关系得出，我国大部分城市的非建设用地用于农业耕种而生态的林地、草地等自然土地保留较少。生产土地包含农田、农林用地等，虽然其也具有吸收二氧化碳等生态价值，但是由于过度耕种、使用化肥农药、水土流失等问题，生产土地也是对自然环境的一种威胁，其生态价值与原始的林地、草地等仍具有较大差距。

5 结论

可持续的土地利用与城市发展是近年来学者们关注的热点问题。本文通过对人口、GDP与土地利用的比例关系分析，评估城镇化进程对城市及周边地区产生的土地承载压力，得到的主要结论如下：

首先，通过对我国32个主要城市的土地承载压力的时空维度分析发现，随着城镇化进程的深入，城市对于周边土地的生态环境压力日益增长，城市土地的占比自2000年以来持续快速增长，与此同时，生产土地与生态土地的占比总体保持下降，其中上海、深圳、天津等一线城市的增长速率明显高于二三线城市。东部地区以及京津冀、长三角和珠三角三大城市群对于周边生产土地、生态土地的环境压力增长尤为突出，而东北、中部地区、西部地区等内陆地区，虽然土地承载压力增长相对缓慢，但是也存在对生态环境压力不断加大的问题。并且这些地区城市土地的利用效率反而低于高度城镇化地区，存在人口-土地城镇化高度失调问题[13]，在一些城市规模并没有达到饱和程度的地区，大规模进行新区、新城、工业园等跳跃式、零散化的空间扩张，而忽视对于存量土地的整理和再开发，造成了土地资源的极大浪费。这种过于分散、粗放的城镇化扩张模式并不符合紧凑发展的理念，并且如果继续维持当前的城市发展模式，未来随着城镇化水平的不断提升，将对城市及周边土地造成更大的环境压力。总体上，城镇化程度越高，规模越大的城市，存在的土地承载压力越高，特别是生态土地的承载压力越大。

其次，与部分国际大都市或城市群的比较可以看出，虽然我国的深圳、上海、北京、广州等城市已经达到较高的城镇化水平，然而在土地承载压力特别是生态土地的承载压力方面则大大高于同等城镇化程度的国际城市。其中上海和深圳两地区现有的人口和经济承载压力最为突出，已远远高于香港、东京、巴黎等同样高密度的国际大都市区，然而城市人口密度却低于这些城市。其反映出我国当前大城市的城市土地利用不够集中、不够集约，效率较低。在我国当前的城镇化模式下，支撑相同人口规模的城市所需的资源环境代价远高于欧美国家的城市，如果继续当前城市扩张增长的蔓延式发展模式，当我国的城镇化率达到类似欧美国家水平时，将会对全球生态资源环境带来巨大的压力。因此基于上述分析与结论，本文提出以下几点为缓解当前我国城镇化进程中不断增长的土地承载压力问题的建议：

首先，我们应反思城市土地利用效率低下的成因，发现并改善现有问题，提升城市空间紧凑度，集约利用土地。相比较国际上人口高密度的城市，首先我国城市用地空间不够紧凑。一直以来我国城市的大街区、宽路网的城市道路系统布局以及对于住宅日照间距的标准导致我国城市中建筑密度和建筑高度受到限制，难以像香港、东京等城市通过超高密度和“垂直发展”来容纳更多的人口。同时由于住宅市场的偏好和房地产经济的繁荣，在缺乏有效的土地开发控制的条件下，大量的郊区花园住宅等低密度房地产开发项目进一步促进了城市的蔓延扩张。其次，在城市开发过程中缺乏对于存量土地的再开发利用。城市在扩张的过程中，城市内部随着时间发展产生大量的旧村庄、旧企业、老旧小区等低效利用的土地，然而由于存量土地存在产权复杂、整理开发难度大等种种问题，在市场驱动下城市发展更倾向于蔓延式扩张，而不是对存量土地的整理再开发。第三，部分中小城市的城市规模与空间布局不合理。我国城市中一方面存在摊大饼式城市空间布局，造成交通、生态、城市活力等等诸多问题，而另一方面一些城市主城区尚存在较大土地资料整合提升潜力的城市，盲目的进行跳跃式、组团式发展扩张，侵占耕地、生态土地等建设新城、开发区、科技园等项目，然而由于人口支撑不足，新城区往往城市活力较低，存在空城、卧城等问题，造成土地资源的浪费，增加生态环境的承载压力。

另一方面我们也需反思和调整推动农民进城的城镇化发展方式，中国城市是否有必要追求类似西方国家的高城镇化率水平。在中国拥有13亿人口基数的条件下，维持适宜的城乡空间比例更有利于保护生态环境，促进可持续发展。未来应通过城乡区域统筹，资源调配等方式，提升乡村的社会公共服务水平，在保持其原有的生态价值基础上改善乡村居民生活水平，使乡村地区成为与城市达到生态平衡的资源腹地。城市的发展扩张通常需要经历由“单中心城市—多组团城市—都市圈—城市群”的发展历程，在这个城市群的形成过程中，不仅仅是为了容纳更多的人口，也是在不断的扩张城市腹地的范围，吸纳更多的生产和生态土地，与城市土地维持平衡的比例关系，而不至于城市周边的土地承载过大的人口和环境压力。通过比较一些国际上的大城市群，如日本的东京所处的关东大都市圈、大阪所处的近畿大都市圈，美国的纽约、旧金山、华盛顿等都市区，其城市土地与生产、生态土地的比例基本在1:2以下。而我国深圳市已明显超过1:2的比例范围，上海市也已接近上限，因而珠三角、长三角城市群的构建和发展在土地承载压力方面也有迫切需要。同时北京、天津、郑州等城市由于非城市土地中以生产土地为主，而生态土地资源更为急缺，虽然当前城市土地与生产、生态土地的比例处于合理的水平，但生态土地的人口、经济承载压力突出，在今后的城市发展中也应关注土地的集约利用，严格控制城市增长边界，减少对生产、生态土地的侵占，并且通过区域间的协调发展，疏解大城市周边土地的承载压力。

附录1 研究城市列表

附录2 城市土地、生产土地、生态土地和贫瘠土地对应的原数据库分类表

最后，本研究中对于各城市研究范围的选取由于不同国家的行政区划方式不同，数据统计范围不一致等问题，可能在部分城市的范围划定中可能产生一定误差。此外，我国部分大城市如北京、上海、广州、深圳等的人流、物流流动范围已经超出行政区范围，因而以市域范围测算土地承载压力并于国际城市比较可能产生一定差距。但由于行政区划范围是当前各城市各项政策法规和相关规划的实施范围，以其为依据进行分析对于打破区划壁垒，进行区域统筹协调具有启示作用。此外，本文通过对国内外城市的横向比较分析当前我国城市的土地承载压力情况，但不同经济发展阶段和工业化水平的城市在生态压力方面必然处于不同水平，研究后续还将进一步针对相似社会、经济结构的东亚地区城市进行更详细的分析比较，探究我国城市发展与土地承载压力的合理区间。

注释：

①数据来源于欧洲空间局气候变化计划（European Space Agency, Climate Change Initiative）的全球土地覆盖信息数据库（Global Land Cover Map），访问链接http://maps.elie.ucl.ac.be/CCI/viewer/index.php

②我国主要城市年度统计数据来源于国家统计局，访问链接http://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=E0105

③依据我国四大经济区域划分，东北地区包含辽宁省、吉林省、黑龙江省；东部地区包含北京市、天津市、河北省、上海市、江苏省、浙江省、福建省、山东省、广东省、海南省；中部地区包含山西省、安徽省、江西省、河南省、湖北省、湖南省；西部地区包含内蒙古自治区、广西壮族自治区、重庆市、四川省、贵州省、云南省、西藏自治区、陕西省、甘肃省、青海省、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区。