山东省三次产业发展水平时空格局演变研究
2022-03-02于新伟单宝艳陈艳秋张智璇邹苒
于新伟单宝艳陈艳秋张智璇邹苒
(1.山东建筑大学 测绘地理信息学院，山东 济南 250101；2.山东建筑大学 管理工程学院，山东 济南 250101)
0 引言
产业发展是国民经济的重要方面，影响着区域经济社会的进步[1－6]，研究其时空格局可为区域产业优化布局提供思路。在经济地理学领域，区域发展的主要研究内容是产业空间结构以及产业间空间相互作用的强度和性质[7－8]。学者们对产业发展水平空间格局研究一般以传统统计数据和遥感数据为基础，采用最邻近距离指数[9]、地理探测器[10]、时空立方体[11]及面板模型[12]等空间分析方法。已有的产业发展水平时空格局研究主要为不同时间截面的空间格局对比分析，缺少全时间序列的趋势分析等发展规律研究。
近年来，我国区域产业结构和产业空间结构发生了较大变化，不同区域各产业的空间聚集具有差异化[13－15]。基于全国视角，三次产业省际水平的空间格局存在差异，主要表现在:第一产业主要呈随机分布，第二产业由集聚态势转变为随机分布，而第三产业的集聚态势在一定程度上趋于弱化[16]。中国区域经济格局经历了重大调整，经济份额上升的省区明显由东部向中、西部地区转移[17]。基于区域视角，三次产业发展水平空间格局也存在差异性。广东省逐渐形成了以广州、深圳和东莞为中心的第三产业圈，而第二产业外圈则为周边的城市，整体格局相对稳定[18－19]。浙江省城镇空间结构对不同产业的影响不同，其中人口的多中心集聚促进第二产业的发展，而人口的单中心集聚则促进了第三产业的发展[20]。河南省三次产业之间存在着动态互动的关系，经济发展阶段不同，产业间的调整对策存在差异[21]。甘肃省县域产业结构水平呈现出北和西高、东和南低的趋势[22]。安徽省三次产业取得了长足进步，第三产业驱动作用愈来愈强[23]。关于山东省产业结构研究，发现山东省各市各产业发展主要取决于各市的原有基础，经济相对发达的半岛地区的总增长量居前[24]。不同区域产业结构和经济发展水平存在明显差异，同一区域在不同经济发展阶段产业结构优化方向不同[25]，产业结构变动促进经济增长的“结构红利效应”没有消失[26]。产业生态化呈现东中西递减的空间梯度分异特征，东部沿海地区一直为热点区，西部地区尤其是鲁西南地区一直为冷点区[27]。具体产业发展水平的空间格局同样存在空间异质性，文化产业[28－29]、技术密集型产业[30]、制造业[31]呈现不同空间格局和集聚特征。
山东被称为“微缩中国”[32]，研究山东省三次产业发展水平的时空格局，对全国及其他省份的同类研究具有一定借鉴意义。文章基于山东省整体和各设区城市两个层面，研究山东省三次产业时空格局演变规律，为山东省产业发展规划、优化空间布局提供参考。
1 数据来源与研究方法
1.1 数据来源
文章采用的统计数据来源于国家统计局网站(http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/)和山东省统计局网站(http://tjj.shandong.gov.cn/)对应年份的统计年鉴数据。地图矢量文件来源于山东省地理信息公共服务平台(www.sdmap.gov.cn)，研究区以2018年底的山东省行政区划为基准，共17个设区城市(其中莱芜市2019年并入济南市)。所用地图审图号为鲁SG(2021)022号。
1.2 研究方法
1.2.1 曼－肯德尔(Mann－Kendall)趋势检验
Mann－Kendall趋势检验能有效区分某一自然过程是处于自然波动还是存在确定的变化趋势。统计量S由式(1)[33]表示为
式中n为样本长度；xi、xj分别为第i、j个数据的值。sgn为符号函数，由式(2)表示为
当n≥8时，统计量S大致服从正态分布，则方差计算由式(3)表示为
式中g为具有相同值的组数；tp为p组中的相同值。
标准化统计量Zc和判断趋势大小的指标β分别由式(4)和(5)表示为
式中1
表1 Mann-Kendall趋势检验判定标准表
1.2.2 热点分析
热点分析工具可对数据集中的每一个要素计算Getis-Ord Gi*统计，通过得到的z得分和p值来确定高值或低值要素在空间上发生聚类的位置，计算由式(6)~(8)表示为
式中ωij为要素i和j之间的空间权重；G*i为z得分，其值为正且显著时，为热点；其值为负且显著时，为冷点。
1.2.3 时空热点分析(时空模式挖掘)
软件ArcGIS中新兴时空热点分析工具可识别数据中的趋势，能够发现新的、分散的、缩减的、加强的热点和冷点。利用此工具创建网络通用数据格式(Network Common Data Form，NetCDF)时空立方体，使用邻域距离和时间步长参数值计算每个条柱的Getis-Ord Gi*统计量，再使用Mann-Kendall趋势检验来评估这些热点和冷点趋势，并据此分类。参考此方法，文章提出如下时空模式分类思路:(1)计算各研究单元i全时间序列1，2，…，j，…，n的Getis-Ord Gi*统计量Gij，并进行显著性检验和统计分析，分析热点和冷点出现的时空位置；(2)采用Mann-Kendall趋势检验对全时间序列的Gij进行趋势分析；(3)根据以上结果进行时空分类。具体分类流程如图1所示。
图1 时空模式分类流程图
2 山东省三次产业发展演变整体特征
基于与全国对比的视角，分别从总产值构成(产业结构)和占全国产业份额两个方面分析山东省1978—2018年间的三次产业发展演变特征。
2.1 山东省产业结构发展演变
产业结构是指产业内部各生产要素之间、空间、产业之间、层次和时间的五维空间关系，是组成社会经济体系的主要部分，现多理解为在国民经济中各个产业之间的比例关系，一般用三次产业产值占总产值的比例表示。1978—2018年间，山东省和全国的产业结构发展演变如图2所示。
图2 山东省和全国产业结构发展演变图
1978—2018年间，山东省第二产业一直占据主导地位，占比保持40%以上，2002—2013年间均超过50%，2006年达到了57.6%。第一产业增长速度较慢且其占比一直处于下降状态，第二产业和第三产业增长速度较快且占比较大，2016年第三产业占比超过第二产业，成为山东省经济发展的主体。山东省第二产业和第三产业占比变化趋势与全国基本一致，第二产业占比高于同期全国的。
为系统分析1978—2018年间山东各市产业结构的发展演变趋势，采用式(4)和(5)，运用软件MATLAB 7.0对山东和全国三次产业结构进行Mann－Kendall趋势检验，结果见表2。1978—2018年，山东省第一产业β值为负值，且绝对值最大，第二、三产业β值均为正值，且Z值绝对值均高于2.58，表明山东省产业结构发生了显著的变化，第一产业占比下降趋势极显著，第二产业和第三产业占比上升趋势极显著。由表2可见，山东省与全国三次产业发展基本吻合，山东省第二产业上升趋势极显著，全国第二产业发展趋势不显著，呈平稳发展。
表2 山东省和全国的三次产业结构Mann-Kendall检验表
2.2 山东省三次产业在全国中的地位演变
由山东省三次产业分别占全国三次产业的比例可以分析山东省三次产业在全国的地位及其发展演变。1978—2018年间，山东三次产业分别占全国三次产业的比例如图3所示。
图3 山东省三次产业占全国比值的年变化图
1978—2018年间，山东省第一产业占全国第一产业的比例一直稳定在7%~10%；1978—1996年间，山东省第二产业占全国比例处于居中地位，而在1997~2018年间则处于第一的位置，最高占比达到了12%；第三产业则处于稳定上升的状态。表明山东省第一产业相对稳定，其余两个产业占全国的比例逐年增长，对全国经济增长的贡献逐年增加。
1978—2018年间山东省三次产业在全国中的地位发展演变趋势检验结果见表3。在此期间，山东省第一产业占全国第一产业的比例的趋势检验的β值绝对值最小，且Z值绝对值小于1.96；第二、三产业β值均为正值，且Z值均高于2.58；第一产业占比发展趋势不显著，第二产业和第三产业上升趋势极显著。山东省第一产业占全国的比重未发生明显变化，与全国保持同步发展；第二、三产业占全国的比重上升趋势极为显著，发展速度明显快于全国整体水平。近年来山东省虽然经济发展水平较快，产业结构有所变化，但与先进省市相比发展质量不高，新旧动能转换、产业转型升级较慢，科技创新水平也较低，各市发展水平差异较大，制约着山东经济高质量发展。
表3 山东省三次产业占全国的比例Mann－Kendall检验结果表(1978—2018年)
3 山东省三次产业时空格局发展演变
分别从山东省17个设区城市产业结构、三次产业占全省三次产业的比例分析2000—2018年山东省区域产业空间格局的发展演变。
3.1 山东省产业结构时空格局演变
山东省17市2000年和2018年的产业结构如图4所示(左柱为2000年，右柱为2018年)。与2000年相比，2018年山东各市第一产业占比都有所降低，其中菏泽、聊城、日照、德州较为明显；第二产业占比大部分市有所下降，少数上升；第三产业占比都有所增加，其中青岛、东营、菏泽、滨州较为明显。表明2000—2018年山东各市产业结构有所改变，第一产业和第二产业开始向第三产业转变，山东省第三产业快速发展。2018年，山东各市第一产业结构占比不足10%；济南和青岛第三产业占比较高，均超过50%，东营和莱芜第三产业占比较低，不足40%，表明济南和青岛第三产业发展较快，东营和莱芜相对较慢。
图4 2000年和2018年山东各产业结构图
采用分位数分类方法将山东省17市2000年和2018年各产业占比分为高、中、低3类，并将分类结果组合，据此判断2000—2018年各市产业结构的时空跃迁，共分为“高高”“高中”“高低”“中高”“中中”“中低”“低高”“低中”“低低”9类。同时，将起止年份各市不同产业位次变化分为上升、不变、下降3类，综合分析山东各市产业结构发展演变的时空格局，结果如图5所示。2000年和2018年山东省第一产业占比“高高”的集中分布在鲁西地区，“低低”的主要分布在鲁中和鲁东地区；第二产业占比“高高”和“低低”的均主要集中在中部地区；第三产业占比“高高”的主要集中在中部以及东部沿海地区，“低低”的主要分布在鲁西地区。三次产业占比“中中”及存在发展水平跃迁的与“高高”和“低低”的镶嵌分布。山东各市各产业发展水平的位次变化较明显，除第一产业中的济南、菏泽、德州、烟台、滨州，第二产业中东营，第三产业中济南、青岛、东营位次不变以外各市均有变化。
图5 2000年和2018年山东省产业结构发展演变的空间格局图
山东各市各产业占比发展演变的空间格局如图6所示。2000—2018年，山东省各市第一产业均为下降趋势，除莱芜下降趋势显著以外，其余16市均为下降趋势极显著；第二产业占比除菏泽上升趋势极显著外，其余9市变化趋势不显著，7市处于下降趋势；第三产业占比莱芜发展趋势不明显，呈平稳发展，日照上升趋势显著，其余各市上升趋势极显著。这表明山东省第一产业发展速度有所减缓，除莱芜以外各市第三产业发展速度较快，产业结构发生了较大变化，由第一产业和第二产业转向第三产业发展，其中第一产业转型较明显。
图6 山东各市各产业占比Mann－Kendall趋势检验图
2000—2018年19年间山东各市产业结构的发展演变趋势趋势检验结果见表4。β值与Z值的大小基本吻合，山东省各市第一产业占比β值均为负值，除莱芜以外Z的绝对值均高于2.58；第三产业占比β值均为正值，除日照和莱芜以外Z绝对值均超过2.58。
表4 山东各市产业结构Mann－Kendall趋势检验结果表(2000—2018年)
3.2 山东省区域产业地位发展演变
通过计算山东省17市三次产业分别占全省三次的比值(产业份额指数)分析其地位及其发展演变。2000年和2018年山东省17市的产业份额指数如图7所示(左柱为2000年，右柱为2018年)。青岛、济南、烟台、潍坊产业份额较高，表明这些城市三次产业发展水平均较高；烟台、潍坊、济宁、德州、聊城、菏泽第一产业份额较高，表明这些城市第一产业发展水平较高，除青岛、济南、烟台、潍坊以外，第三产业份额较低，表明第三产业发展不平衡，主要集中在经济发展水平较高的城市；与2000年相比，2018年除济南、临沂、淄博、威海以外其余各市总产业份额均有所上升。
图7 2000年和2018年山东各市产业份额指数图
将2000年和2018年山东省各市各产业份额指数分为“高高”“高中”“高低”“中高”“中中”“中低”“低高”“低中”“低低”9种时空格局类型，不同市、不同产业位次变化分为上升、不变、下降3类，具体结果如图8所示。除第一产业中菏泽，第三产业中临沂、东营、济宁、枣庄以外，各市都位于“高高”“中中”“低低”3类，表明大部分城市各产业份额位次没有较明显的变化，各市发展水平稳定。2000年和2018年，青岛、潍坊、烟台、临沂、济宁的第一产业占全省份额较高，济南、青岛、淄博、东营、烟台、潍坊第二产业占全省份额较高，济南、青岛、淄博、烟台、潍坊的第三产业占全省份额较高，表明济南、青岛、淄博、潍坊、烟台的经济发展水平较高，第二产业和第三产业份额高的主要集中在胶济铁路沿线和东部沿海。
图8 2000年和2018年山东省产业份额指数的发展演变的空间格局图
2000—2018年山东省各市三次产业地位发展演变趋势检验结果见表5，山东省产业份额指数发展演变空间格局如图9所示。2000—2018年间，青岛、临沂、菏泽的第一产业占全省份额处于下降趋势极显著，表明这些市第一产业占全省的比例逐渐降低，其余各市均处于上升或者趋势不明显；滨州、烟台、青岛、莱芜、济宁、枣庄的第二产业占全省份额趋势不显著，其余各市均处于下降或者上升趋势显著；滨州、东营、聊城、菏泽的第三产业占全省份额处于上升趋势极显著，表明这些市第三产业占全省的比重逐渐上升，在全省的地位逐渐提高，其余各市均处于下降或者趋势不明显。其中，滨州、东营、泰安、菏泽产业上升趋势极显著，枣庄、青岛、日照、德州、潍坊各产业发展趋势不显著，保持平稳发展，这说明不同区域产业份额指数具有较大差异，东部沿海地区经济发展水平较高的城市产业份额较稳定，中西部地区经济发展水平较低的城市产业份额变化较大。
图9 山东各市产业份额指数Mann－Kendall趋势检验图
表5 山东省产业份额指数Mann-Kendall检验结果表(2000—2018年)
3.3 山东省产业空间热点发展演变
为分析山东省三次产业发展水平的现状空间格局，利用ArcGIS软件计算2018年山东省三次产业的Getis-Ord Gi*统计量，分析空间热点，得到三次产业发展水平的空间热点结果如图10所示。
图10 2018年山东三次产业发展水平空间热点图
2018年山东省三次产业大部分未形成显著热点或冷点，第一产业莱芜为99%置信水平的冷点，表明莱芜为第一产业发展水平较低的空间聚类区，潍坊和烟台为90%置信水平的热点，表明这两市为第一产业发展水平较高的空间聚类区；第二产业青岛为99%置信水平的热点，烟台为90%置信水平的热点，表明这两城市为第二产业发展水平较高的空间聚类区；第三产业青岛为99%置信水平的热点，济南为90%置信水平的热点，表明这两个城市为第三产业发展水平较高的空间聚类区。
同上方法，分别计算2000—2018年山东三次产业的Getis-Ord Gi*统计量，并根据图1的分析流程，利用各市(i＝1，2，…，17)、各年份(j＝1，2，…，19)的统计量Gij及其趋势分析结果，分别对山东各市三次产业发展水平的时空模式进行分类，结果如图11所示。2000—2018年，山东省各市各产业发展水平的时空格局大部分都处于一直不显著，保持相对平稳发展，各市各产业总体空间格局保持相对稳定。山东省各市产业发展不平衡，东部沿海地区经济发展水平较高，三次产业高值聚类比较明显。其中，第一产业莱芜为减弱的冷点，表明莱芜19年间部分年份为冷点，但其显著性逐渐减弱；青岛、日照为减弱的热点，表明这两市19年间部分年份为热点，但其显著性逐渐减弱；烟台为持续的热点，表明该市19年来一直为热点区，其保持平稳发展。第二产业潍坊和烟台为持续的热点；青岛为增强的热点，表明该市19年间部分年份为热点，且其显著性逐渐增强。第三产业青岛和潍坊为增强的热点，烟台为持续的热点。
图11 山东各市三次产业热点分析时空模式分类(2000—2018年)
4 结论
文章采用Mann－Kendall趋势检验、热点分析、时空数据挖掘等技术方法，研究了山东省三次产业时空格局发展演变规律，得到的主要结论如下:
(1)就全省整体而言，1978—2018年间，山东省产业结构发生了显著变化，其中第一产业占GDP的比重下降趋势极显著，第二产业占比上升趋势极显著，第三产业上升趋势最为显著，已经超过第二产业，在产业发展中居主导地位。山东与全国三次产业发展规律类似，其中山东省第一产业占全国第一产业的比例保持平稳，第二、三产业占全国的比例上升趋势极显著，发展速度快于全国。
(2)2000和2018年，山东各市第一产业占全省第一产业的比重高的主要位于胶济铁路沿线、东部沿海和鲁南城市带部分城市，第二和第三产业份额高的主要集中在胶济铁路沿线和东部沿海地区。各市第一、二、三产业占全省份额呈上升、平稳、下降趋势的在空间上相间分布，其中，第二、三产业份额呈上升趋势的主要分布在鲁西地区。
(3)山东各市三次产业发展水平的现状空间格局:烟台和潍坊为第一产业发展水平的空间热点，莱芜为空间冷点；青岛和烟台为第二产业发展水平的空间热点；济南和青岛为第三产业发展的空间热点；其余各市各产业空间冷热点均不显著，空间集聚特征不明显。
(4)2000—2018年山东省各市各产业发展水平的时空格局:三次产业热点区主要分布在东部沿海城市，只有第一产业存在冷点区，位于莱芜，且为减弱的冷点；青岛、烟台为三次产业的热点，其中烟台为三次产业的持续热点，19年来一直是三次产业的热点区，青岛第二、三产业增强的热点，其热点显著性逐渐增强；潍坊为第二产业的持续热点和三产业的增强热点。表明近19年来东部沿海城市一直是山东省三次产业的高值集聚区，在全省经济发展中具有重要的引领作用。
