城市土地扩张的时空特征及其影响因素研究——基于我国31个省份面板数据

胡凤烨，赵锐锋，贾志斌，韦江伟，李玲慧

（1.西北师范大学 地理与环境科学学院，甘肃 兰州 730070；2.甘肃省绿洲资源环境与可持续发展重点实验室，甘肃 兰州 730030）

0 引言

随着世界经济和人口的快速增长，城市规模急剧扩大，预计全球城市土地总面积在2030 年将超过150万km2［1］。城市的快速扩张，导致农田流失，破坏栖息地，威胁生物多样性，对实现可持续发展目标构成了巨大挑战［2，3］。与此同时，随着新型城镇化建设，我国城市化的进程逐步加快，城市土地大规模扩张。伴随这一过程，出现自然生境损失［4］、土地利用冲突［5］、景观 破 碎 化［6］、城 市 热 岛［7］等 一 系 列 问 题，对我国城市的可持续与高质量发展产生了复杂影响。因此，及时准确地测度城市土地扩张过程及其影响，是当前我国城市可持续发展的重要基础问题，也是地理学、土地科学和城市规划等学科研究重点关注的焦点问题之一［8，9］。

为了认识城市土地扩张过程并揭示其影响因素，有序开展城市扩张管控，遏制盲目城市扩张过程，早在20 世纪60 年代，美英等发达国家就率先开展了城市扩张研究［10-12］。随后，城市扩张陆续被列为国际地圈生物圈计划（IGBP）、国际环境变化人文因素计划（IHDP）、全球土地计划（GLP）等重大项目计划的重点研究课题［13］。目前，学者们在城市土地扩张内涵界定、度量、形态特征、演变规律和影响机制等方面展开了大量的研究，并取得了丰硕的成果［14-17］。而城市土地扩张的度量作为城市扩张研究的基础受到了国内外学者的关注，但多数研究都是基于简单的数据统计或理论分析来阐明城市土地扩张的过程及特征，或通过设计特殊的指数和模型，从单一的时间或空间维度测度城市土地扩张的过程和特征，侧重于对城市土地扩张“量”的测度［18-21］。随着社会经济的发展和城市管理目标与需求的改变，单一“量”的测度指标已经无法回答城市土地扩张“质”的“优”与“劣”问题，继而无法为城市土地扩张管理与可持续城市化战略提供有效信息［22］。

当前，城市土地扩张影响因素和影响机制研究可以概括为3 种类型：一是个案城市土地扩张的微观研究。主要是基于遥感数据，在栅格或像元的尺度上，以历年建成区面积为因变量进行多元回归，分析城市土地扩张的影响因素和影响机制［11，23］，但小尺度的分析可能无法兼顾空间格局的整体特征。二是将城市土地作为土地利用的一种类型，即基于LUCC的城市土地扩张影响因素及其机制。通常利用大量的土地利用和社会经济统计数据，在城市或城市群的研究尺度上，通过统计分析，探讨土地利用变化的主导因子，建立概念模型与数学模型［24，25］。三是以区域或全国城市为研究对象，基于土地详查、统计年鉴或遥感数据，利用相关分析和回归分析等统计分析方法分析城市土地的空间分布与变动的差异性及其影响因素，探讨区域内的城市土地与各种社会经济要素的关系，以统计结果的显著性作为城市土地扩张核心驱动力的判断标准［16，26，27］。由于我国特殊的行政体制，省级行政决策会对市级层面的城市土地扩张产生重要影响，且省级层面上更能反映行政决策对城市土地扩张的影响［28］，但目前省级层面上城市土地扩张偏重“量”的度量而缺乏“质”的探究。鉴于此，本文以省域为研究单元，通过构建城市土地扩张面积指数和城市土地扩张强度指数来定量刻画城市土地的扩张规模与扩张强度，分析2001—2019 年我国城市土地扩张的演变过程和空间格局，利用固定效应面板数据模型，从多个角度分析其影响因素，探讨对全国和区域尺度城市土地扩张的影响差异及其差别化，以期从宏观层面上为城市可持续发展提供参考。

1 研究方法与数据

1.1 测度指标构建

将城市土地扩张（ULS）分为城市土地扩张面积指数（ULSM）和城市土地扩张强度指数（ULSS），计算公式为：

式中：LCi，t表示i 省份t 年的地级市城市建成区的面积；LCi，t＋Δt表示i 省份t ＋Δt 年的地级市城市建成区面积。ULSMi，t＋Δt＞1，表示t 年城市面积较t -1年增加的倍数；ULSMi，t＋Δt＜1，表示t ＋Δt 年城市面积较t 年减少的倍数；ULSMi，t＋Δt＝1，表示t ＋Δt年城市面积与t 年相比并无增加。

式中：GDPi，t＋Δt表示i 省份t ＋Δt 年的地级市城市生产总值；FIi，t＋Δt表示i 省份t ＋Δt 年的地级市城市固 定 资 产 投 资；GDPi，t＋Δt- GDPi，t表 示 i 省 份t ＋Δt 年较t 年城市新增产出值；FIi，t＋Δt- FIi，t表示i省份t ＋Δt 年较t 城市新增投入值。ULSSi，t＋Δt＞1，表示产出值大于投入值；ULSSi，t＋Δt＜1，表示产出值小于投入值；ULSMi，t＋Δt＝1，则表示产出值与投入值相等。

1.2 影响因素分析方法

在总结梳理分析已有研究成果的基础上［23-27］，从土地管理政策、产业结构调整、人口增长、引进外资、基础设施和公共服务、生态环境等方面建立城市土地扩张解释变量指标体系（表1）。

表1 变量设定与说明Table 1 Variable description and explanation

以城市土地扩张面积指数（ULSM）和扩张强度指数（ULSS）为被解释变量，将城市土地扩张影响因素指标作为解释变量，构建面板数据回归模型，分别运用ADF- Fisher、IPS 和LLC 检验对面板数据进行单位根检验［29-31］，并通过用F 检验和Hausman 检验对面板模型进行选择［32］。面板模型表达式为［33］：

式中：Yit表示被解释变量；αi表示常数项；xit表示解释变量；βi表示解释变量的回归系数；μi为个体效应；εit为随机误差项。

1.3 数据来源

“十一五”时期，我国启动了县级和地（市）级的土地利用规划，这一时期之后国家对于城市扩张的管控更加严格，因此本文以2000 年为基准年。本文将我国31 个省份（由于数据缺失，因此未包含香港特别行政区、澳门特别行政区和台湾地区）作为研究单元，分为东部、中部、西部和东北四大区域［34］（表2），共计297 个地级市。在所采用的数据中，城市固定资产投资、城市GDP 来自于2001—2020 年《中国城市统计年鉴》；城市建成区面积、道路面积、城市公共绿地面积来自于2001—2020 年《中国城市建设统计年鉴》；城市土地出让收入数据来自于2001—2018年《中国城市建设统计年鉴》，其中，2018 年、2019 年城市土地出让收入来源于中国土地市场网（http：//www.landchina.com）；城镇人口和总人口，第二、三产业产值，外商直接投资，医院床位数，学校数来自于2001—2020 年《中国统计年鉴》。

2 结果及分析

2.1 城市土地扩张时间变化特征

2001—2019 年间全国城市土地面积持续扩张（图1a），城市土地扩张面积指数由2001 年的1.48增长到2019 年的3.65，年均增长了0.12。全国四大区域的城市土地扩张面积指数变化差异较为明显。东部作为我国经济发展最为发达地区，城市土地扩张面积指数高于全国水平，呈持续增加的趋势。东部地区城市土地扩张面积指数由2001 年的1.49 增长到2019 年的4.19，年均增长了0.15。2001—2010年西部地区城市土地面积扩张指数呈波动式增长，2011—2017 年超过全国水平呈快速增长趋势，且在2017年超过东部地区，2017 年之后明显下降，总体城市土地面积扩张指数由2001 年的1.60 增长到2019年的4.10，年均增长了0.14。中部地区城市土地面积扩张指数也呈持续增加趋势，但低于全国水平，由2001 年的1.43增长到2019 年的3.37，年均增长了0.11。东北地区城市土地面积扩张指数增长最为缓慢，在2015 年之后呈波动上升的趋势，由2001年的1.36 增长到2019 年的2.21，年均增长了0.05，远低于全国平均水平。

图1 2001—2019 年中国城市土地扩张演变Figure 1 Evolution of urban land expansion in China from 2001 to 2019

2001—2019 年间我国城市土地扩张强度指数整体呈现出下降的趋势，但波动较大（图1b），经历了增长阶段（2001—2002、2003—2008、2010—2011）和下降 阶 段（2002—2003、2008—2010、2011—2017），2017年之后接近平稳，整体年均减少了0.04。东部地区2001—2019 年城市土地扩张强度指数整体高于全国水平，年均减少了0.03；中部、西部和东北地区城市扩张强度指数处于波动下降的趋势，分别年均减少了0.07、0.02 和0.03。

2.2 城市土地扩张空间变化特征

从各个省份城市土地扩张面积指数的时空演变来看，2001—2019 年城市土地面积扩张呈现出沿海带动内陆的态势。2001—2007 年，城市土地面积扩张主要集中在山东、江苏、浙江、广东等沿海省份（图2b）。2007—2013 年，城市土地扩张由东部沿海地区开始向内陆地区延伸，贵州、重庆、湖南、安徽、内蒙古等中部、西部地区城市土地扩张较为明显，东部沿海省份城市土地扩张进一步加剧，甘肃、青海、重庆、四川、河南等内陆省份城市土地扩张较为明显（图2c）。2013—2019 年，江苏、重庆、贵州、山东城市土地扩张最为明显（图2d）。总体来看，所有省份城市土地面积均呈现出增长的趋势。其中：重庆、云南、海南3 省年均增长超过0.2；东部地区的北京、上海、河北和东北地区3 省年均增长小于0.1。

图2 2001—2019 年中国各省份ULSM空间分布演化Figure 2 Spatial distribution evolution of ULSM in provinces of China from 2001 to 2019

从各省份城市土地扩张强度指数的时空演变来看，2001—2019 年约83%的省份城市土地扩张强度指数呈下降的趋势，且新疆、湖北、甘肃、内蒙古等内陆省份下降得最为明显。2001—2007 年，广东、北京、青海的城市土地扩张强度指数增长较为明显（图3b），上海、湖北、甘肃则下降较为明显。2007—2013 年，除北京、上海、浙江、新疆、吉林、重庆外，其他省份城市土地扩张强度指数呈下降的趋势，青海、海南和黑龙江下降得最为明显（图3c）。2013—2019 年，内蒙古、云南呈上升的趋势，新疆、青海下降最为明显，北京、上海、西藏呈上升的趋势，新疆、内蒙古下降得最为明显（图3d）。

图3 2001—2019 年中国各省份ULSS空间分布演化Figure 3 Spatial distribution evolution of ULSS in provinces of China from 2001 to 2019

2.3 驱动城市土地扩张的主要影响因素

本文选取2001—2019 年数据对所有变量进行了城市土地扩张的驱动因素分析。所有变量取对数后的单位根检验结果显示（表2），一阶差分中所有时间序列的单位根检验大部分在1%的显著性水平下显著，因此进行回归分析时不会受到伪回归的影响。F 检验和Hausman 检验结果则分别拒绝了混合模型和随机效应模型（表3），因此本文选择固定效应面板回归模型进行城市土地扩张影响因素的定量分析。

表2 所有变量在一阶差分处的单位根检验结果Table 2 The results of unit root test for all variables at the first difference

表3 F 检验及Hausman 检验结果Table 3 Results of F test and Hausman test

（续表2）

从表2 和表3 可见，F 值为381.59、23.96，P 值均小于0.01，模型的整体拟合效果较好，所选取的解释变量对我国城市土地扩张具有较强的解释力（表4）。回归系数结果表明，全国尺度上产业结构对城市土地扩张的影响最为显著，城市化率、公共服务对城市土地面积扩张的影响较为显著，外商直接投资、绿化程度也对城市土地面积扩张有一定影响。具体来看：①第二、三产业占比平均每提高1%，城市土地面积将扩张1.408%，城市土地强度将增长1.283%；城市化率每增加1%，城市土地面积将扩张0.438%。而已有研究表明，近年来土地城市化明显大于人口城市化［3］，继而加剧了城市的扩张。公共服务中医疗资源对城市土地扩张的影响较为显著。医疗资源增大1%，伴随城市土地面积扩张0.167%，而城市土地强度扩张减少0.482%，表明城市建设中对医疗卫生的大力投入。同时，城市更加完善的医疗体系吸引着农村人口向城市转移，城市人口的增加对医疗系统的影响逐步增强［35］，从而加剧了其面积的扩张。教育资源增大1%，伴随城市土地面积减少0.290%，这可能是由于随着我国“精准扶贫”和“四个全面”战略的实施［36］，乡村基本设施逐步完善，尤其是对教育建设的投入缩短了城乡之间的差距，一定程度上减缓了城市的扩张。②土地财政对城市土地面积扩张有一定影响。城市土地出让收入占比增加1%，伴随城市土地面积扩张0.017%，其强度扩张0.041%。外商直接投资占比增加1%，而城市土地面积减少0.008%，其扩张强度减少0.058%，表明以外商直接投资为主要特征的外部因素对城市空间扩展的影响逐步降低。这与2008年金融危机后国际市场的不景气有关，以依靠土地资源和劳动力人口红利的优势而吸引外资的发展路径已难以为继［37］，培育内需和提高外商直接投资的根植性成为未来城市发展的重要抓手。绿化程度增长1%，伴随城市土地面积扩张0.041%。近年来对高质量环境的需求有所增加，但与其他因素相比，城市生态环境对城市扩张的影响相对有限。

表4 全国尺度上固定效应模型的解释变量系数估计结果Table 4 Coefficient estimation results of fixed effects model on national scale

综合来看，产业非农化是所有解释变量中对城市土地扩张的解释力最强；人口城市化对城市土地面积扩张的解释力较强；公共服务中医疗资源的增加对城市土地强度扩张的作用较为显著；基础设施水平对城市土地强度扩张有一定影响，但城市的发展离不开区域之间的相互贸易和联系，这依赖于城市基础设施水平。要约束我国城市土地扩张的过度化趋势，不能仅依靠限制土地供给，地方政府间的良性竞争机制对缓解城市扩张压力也具有重要的意义［38］。

我国四大地区的面板回归结果如表5 所示。①东部地区的城市化率、公共服务对城市土地面积扩张的影响最为显著，而外商直接投资、城市化率对城市土地强度扩张的影响最为显著。其中，城市化率增加1%，伴随城市土地面积扩张0.320%，而城市土地强度扩张减少1.043%。东部地区因其地理位置优势、第三产业发达和公共资源完善，吸引资本向城市转移，进而导致城市土地面积的扩张［14］；但人口、外商投资增加对城市投入增长的影响显著，而对城市经济增长的影响呈负向效应，城市发展过程中投入与产出不相匹配。②中部地区的城市化率、产业结构对城市土地面积扩张的影响最为显著，医疗资源、绿化程度对城市土地强度扩张影响最为显著，土地财政收入、教育资源对城市土地强度扩张有一定的影响。③西部地区的教育资源对城市土地面积扩张影响最为显著，交通密度对城市土地强度扩张影响最为显著。交通密度、绿化程度对城市土地面积扩张的影响较为显著，教育资源、土地财政收入对城市土地强度扩张有一定影响。中西部地区主要表现在外商投资、基础设施的改善对土地资源需求的不断提升，这可能是中部崛起战略、西部大开发战略和“一带一路”倡议等的实施使得中西部地区经济得以提升，形成农业人口的产业非农化［39，40］。④东北地区产业结构城市土地面积扩张影响最为显著，城市化率、医疗资源、交通密度、绿化程度对其面积扩张的影响较为显著，产业结构同样对城市土地强度扩张影响最为显著，教育资源、外商直接投资对其强度扩张影响较为显著。其中，产业非农化每增加1%，其面积扩张将增加1.415%，而强度扩张将减少4.988%。通过产业结构转型、增加物质资本投资，促进了东北地区的城市经济增长，但增长的幅度有限［40］。教育资源每增大1%，其强度扩张将增加1.282%，表明公共服务的改善对东北地区城市经济增长的重要性。

表5 四大地区固定效应模型的解释变量系数估计结果Table 5 Coefficient estimation results of fixed effects mode in four region

本文在马海涛等［32］提出的“三论”基础之上，结合定量分析结果，梳理出城市土地扩张的影响机制（图4）。一方面，政府提出区域发展战略，出台相关土地出让政策来引导产业布局，刺激土地消费，在推动经济发展的同时造成了城市土地的扩张；另一方面，政府通过土地出让收入积累的资金用于提升城市基础设施水平，增强了城市的内在凝聚力，但也加大了城乡之间的差距。城市由于更好的生活质量和城乡之间较大的收入差距吸引农村人口向城市集聚，继而加剧了城市土地的扩张。此外，通过招商引资，外资外贸增强了城市经济发展动力，同时为城市人口提供更多的就业岗位，加速了人口向城市的集聚。物流联通则发挥了连接区域的作用，保障和助力区域联系。因此，为缓解城市土地扩张，一方面应加大中部崛起和西部大开发战略的实施力度，引导产业结构向合理化和高级化方向发展，集约高效利用城市土地资源；另一方面，要加快推进乡村振兴战略、“城乡一体化”建设，打破长期形成的城乡二元经济结构，缩短城乡之间的经济发展差距，带动农村人口非农就业，缓解人口增长对城市土地扩张的压力。此外，要注重物流联通对区域发展的纽带作用，引导外资外贸向中西部地区的转移，缩短区域间的经济发展差距。

图4 中国城市土地扩张影响机制Figure 4 Influence mechanism of China urban land expansion

3 讨论

研究发现，全国城市土地扩张面积指数由2001年的1.48 增长到2019 年的3.65，而城市土地扩张强度指数由2001 年的1.55 下降到2017 年的0.79。全国视角下产业结构是所有解释变量中对城市土地扩张解释力最强的，表明城市经济发展依赖于投资型和资源型经济增长，且产业非农化是城市土地扩张的重要原因。但在工业化和城镇化双轮驱动下，未来城市社会经济发展对土地需求量仍然较大，城市人地协调发展面临严峻考验。同时也应看到，区域间由于资源环境条件和产业层次的差别导致城市土地扩张过程中的空间差异性，区域间城市经济发展仍存在差距。“推动经济发展质量变革、效率变革、动力变革，提高全要素生产率”，这是提升中国经济创新力与竞争力的重要基础［16］。如何在政策实施中避免“政策陷阱”［41］，转变国土资源开发利用方式，强调差异性发展的同时，增强区域间的协作能力，保持高质量的经济增长，是控制我国城市土地规模过快扩张，缩短区域经济发展差距，实现城市人地协调发展必须解决的重大议题。

虽然本文构建的城市土地扩张测度指标对理解城市扩张的过程具有一定的指导作用，但是还有问题有待进一步研究。例如，如何理解农业现代化、城乡一体化发展与城市扩张的关系？近年来“乡村振兴”战略的实施加速推进城乡融合发展，城市要素回流乡村的趋势日益明显［40］。农业生产效率提升，会推动农业剩余劳动力考虑寻找新的非农就业机会，为当地政府带来更多税收，推动乡村向城市的转变。实际上，农业现代化和城乡一体化发展都是城市扩张的影响因素。此外，人口城市化无论是在国家还是区域尺度都对城市土地扩张的影响显著，但由于数据等客观条件限制，本文未考虑流动人口对居住、商业等用地需求，一定程度上低估了人口城市化对城市土地扩张的作用程度，后续将对城市土地扩张的影响机制开展多角度和多方面的研究。

4 结论与政策建议

4.1 结论

主要结论如下：①2001—2019 年，全国尺度上城市土地面积呈现出规模扩张的趋势（年均增长0.12），城市土地强度扩张总体呈波动下降趋势（年均减少0.04）。城市土地面积扩张和强度扩张呈现出负相关关系。区域尺度上，城市土地扩张面积最高的东部地区，年均增加0.15，其次为西部（0.14）、中部（0.11）和东北地区（0.05），城市土地扩张强度下降最高的是中部地区，年均减少0.07，其次为东部（0.03）、东北地区（0.03）和西部（0.02）。②各个省份城市土地面积均呈现出增长的趋势，并存在沿海带动内陆的态势。内陆省份云南、重庆城市土地扩张面积指数增长最为明显，年均增长超过0.2；约83%的省份城市土地强度扩张呈波动下降的趋势，新疆、湖北下降最为明显，年均减少超过0.2，与城市土地面积扩张趋势存在较大的差异。③全国尺度上，产业非农化是所有解释变量中对城市土地扩张解释力最强的；人口城市化对不同区域城市土地面积扩张的影响次之；公共服务改善、城市生态环境水平提升对不同区域的城市土地扩张的影响差异较大；引进外资对东部、东北地区的城市土地强度扩张和基础设施对中、西部地区城市土地面积扩张影响显著。

4.2 政策建议

政策建议：①东部地区应以提高资源利用效率为目标，发挥其带动优势；中西部地区应依托中部崛起和西部大开发战略，加快产业转型，同时以生态保护优先，减少粗放式的大规划、大开发现象；东北地区则应提升城市投资水平，以吸引人口集聚，提升社会经济发展。②对于城市土地面积扩张高值区域，要提升城市土地扩张强度和产业化水平，注重城市土地利用效率，合理高效利用城市土地资源；对于城市土地强度扩张低值区域，要在国土空间规划的指导思想下，引导产业结构升级，加快新型工业化、城镇化建设，提升经济发展水平，推动城市土地资源高效合理利用。③将产业非农化和人口城市化作为未来促进城市土地扩张强度提升的着力点。一方面，通过政策规划引导产业向合理化和高级化发展，加大公共服务和基础设施投入；另一方面，通过制度建设和基础设施投资促进农村人口就地非农化，防止人才流失，缓解城市土地扩张趋势，推动城市土地高效合理利用。同时，通过区域内外联通引导人口、资本由沿海向内陆转移，对缩短东西城市经济发展差距，缓解东部地区城市扩张具有重要意义。