黄河流域城市建设用地结构与产业结构脱钩特征研究

黄珺嫦， 华轩轲， 郭维红， 岳帅均

（1.河南农业大学资源与环境学院，郑州 450002； 2.河南省土地整治与生态重建工程技术研究中心，郑州 450002； 3.中国矿业大学公共管理学院，江苏徐州 221116）

土地资源是人类社会存在的根本载体，是各种经济活动不可或缺的物质基础条件，人类的各种经济活动都无法离开土地，都必须占用一定的土地面积作为其活动空间［1］. 城市土地作为城市社会经济发展的基础要素之一，为城市各类产业提供空间作业场所，是城市产业经济发展的基础条件. 城市土地资源的稀缺性决定了城市在社会经济发展过程中需要形成最佳的土地利用方式，即形成与城市经济发展阶段相适应的最佳的城市土地利用结构，这是避免城市土地的闲置与浪费，促进城市产业结构健康有序发展的必要条件［2］.

从某种程度上来说，现代经济增长已经不单纯的追求经济规模的扩大，实现产业结构的升级才是其本质特征，而产业结构的升级必定会通过相应的用地结构得到映射. 产业结构升级是城市土地利用结构优化与调整的根本动力，影响着土地利用方式与空间布局，同时，城市土地利用结构优化与调整也为城市产业结构升级提供物质基础，对产业结构的升级有引导与约束作用［3］. 因此，研究城市土地利用结构和产业结构的脱钩关系，对于促进城市产业结构升级、优化配置城市土地资源具有重要意义. 城市建设用地作为城市生产生活的基础载体，其总量与结构的变化不仅反映建设用地类型的变化，更能反映出城市社会经济发展质量和转型方向［4-5］.

在城市土地利用结构方面，我国学者主要研究内容为：城市土地利用结构演变［6-7］、城市土地利用结构演变动力机制［8］、城市土地利用结构优化［9-10］以及城市土地利用结构动态模拟［11-12］等；产业结构作为经济地理的重要研究课题，学者们在产业结构的升级与优化以及产业结构与地理环境的关系上研究成果较多［13］；在城市土地利用结构优化与产业结构升级关系研究上，部分学者研究指出在城市社会发展的不同阶段，城市土地利用结构与产业结构呈现不同的特征，两者相互作用相互影响，但作用机理和路径并不相同［14］. 比较常用的研究方法有格兰杰因果检验、结构变化率分析、典型相关分析和灰色关联分析法等［15-18］.

从已有的研究来看，研究产业结构升级和城市土地利用结构优化的成果较多，而从脱钩角度去研究城市土地利用结构和产业结构的相关关系的文献较少. 因此，本研究采用结构变化率和脱钩模型相结合的方法，以2006—2020年为研究期，以黄河流域流经的八省区部分地市为研究对象，分析黄河流域城市建设结构与产业结构变化状况并探究二者的脱钩特征. 首先分析了黄河流域城市建设结构与产业结构的基本情况；其次，计算建设用地结构变化率和产业结构变化率，利用偏差系数分析黄河流域城市建设用地结构和产业结构变化程度；最后，在此基础上计算黄河流域城市建设用地结构和产业结构脱钩指数，划分其脱钩状态，进一步分析两者之间的脱钩状态及其空间差异.

1 研究数据与方法

1.1 研究区概况

黄河流域发源于中国青海省巴颜喀拉山脉，自西向东，途经青海省、四川省、甘肃省、宁夏回族自治区、内蒙古自治区、陕西省、山西省、河南省和山东省9个省区，最后在山东省东营市垦利区注入渤海. 2020年黄河流域实现生产总值94 067.31 亿元，三次产业结构由2006年的4.16∶53.41∶42.43的调整为2020年的3.56∶38.01∶58.43，产业结构得到优化与升级，但第二产业仍占据较大比重，产业结构并不完善. 2006年到2020年间，黄河流域建设用地面积增加了5 898.87 km2，用地规模扩张明显. 黄河流域作为我国重要的流域之一，在我国经济发展过程中占据重要地位. 2019年习近平总书记提出黄河流域生态保护与高质量发展战略，指出黄河流域应探索城市高质量发展的新路径，这需要城市建设用地这一基础条件，更加需要城市产业结构这一经济增长的主要方面，因此研究城市建设用地结构与产业结构的耦合关系对于促进城市高质量发展具有重要意义. 本研究依据研究数据的可获得性和相关学者研究［19］，选取黄河流域流经的山西省、内蒙古自治区、山东省、河南省、陕西省、甘肃省、宁夏回族自治区、青海省等八个省（区）的83 个地级市作为研究对象（图1），研究其城市建设用地结构与产业结构脱钩特征.

图1 研究区位置Fig.1 Location of the study area

1.2 数据来源与处理

本研究涉及的数据主要有城市各类土地面积和城市产业结构数据. 研究区域范围主要包括黄河流域八省（区）的83 个地级市，由于数据获取的有限性，部分无数据的地级市未在研究区范围内. 城市土地面积数据来源于《中国城市建设统计年鉴（2006—2020 年）》；城市产业结构数据来源于《中国城市统计年鉴（2007—2021 年）》；市级行政边界来源于中国科学院资源与环境数据中心（http：//www.resdc.cn/data.aspx？DATAID=201），并根据研究时段进行相应调整.

在《中国城市建设统计年鉴》中，2012年之后对城市建设用地分类有所调整，为确保研究区域数据的连续性，本研究借鉴鲁春阳等学者的研究［20-21］，将城市建设用地分类整合为居住用地、工业用地、仓储用地、公共服务用地、交通设施用地及绿地等六大类. 2012年之前的公共设施用地、市政公用设施用地和特殊用地归类为公共服务用地；对外交通用地与道路广场用地归类为交通设施用地；2012年之后公共管理与公共服务用地、商业服务业设施用地和公用设施用地归类为公共服务用地.

表1 《中国城市建设统计年鉴》对城市建设用地分类的变化Tab.1 Changes of urban construction land classification in China Urban Construction Statistical Yearbook

1.3 研究方法

1.3.1 结构变化率

城市建设用地结构是指城市区域范围内各类土地面积占城市土地总面积的比重，产业结构是指三次产业产值占GDP的比重. 用结构变化率来研究城市建设用地结构与产业结构变化情况［22］，其数学表达式如下：

式中：Di为结构变化率；G0为基期城市建设用地结构和产业结构；Gt为末期城市建设用地结构和产业结构. 此公式主要计算城市建设用地结构和产业结构的变化情况，在此基础上，引入城市建设用地结构与产业结构变化率之差的绝对值即偏差系数，用来表征两者之间关系. 偏差系数越小，说明城市建设用地结构与产业结构的差距越小，偏差系数越大，说明两者之间的差距越大.

1.3.2 Tapio脱钩模型构建

“脱钩”一词最开始来源于物理学领域的“解耦”，是指具有相互作用的两个或多个变量之间的关系不再存在［23］. 相对于以往的以统计和计量分析为基础的分析方法，脱钩指数测算可以更好地展现与预测环境变量和经济变量的实时变化，因此被广泛地应用于经济增长、碳排放等领域［23-25］，近年来多被用于人地协调关系［26-28］、农业低碳发展［29］等方面. 参考Tapio等人的测算方法［30］，本研究选取建设用地结构变化率和产业结构变化率作为变量来测算建设用地结构和产业结构脱钩指数，并以0.8和1.2作为脱钩指数临界值划分脱钩状态（表2），其计算公式如下：

表2 脱钩状态判别标准Tab.2 Criteria of decoupling state

式中：α代表城市建设用地结构与产业结构脱钩指数；ΔC为建设用地结构变化率增长率，Cm，Cn代表末期和基期城市建设用地结构变化率；ΔI为城市产业结构变化率增长率，Im，In代表末期和基期城产业结构变化率；m和n分别代表末期年份和基期年份.

2 结果与分析

2.1 建设用地结构变化分析

黄河流域城市建设用地面积由2006 年的7 410.38 km2增加到2020 年的13 309.25 km2，增长率为79.6%（表3）. 绿地面积增长最快，由2006年的722.29 km2增加到2020年的1 854.18 km2，增长率达156.71%，说明城市内部绿地建设正在逐步趋于完善，生态环境保护良好；工业用地面积增长最慢，2006—2020 年间增长了660 km2，增长率为42.92%，说明在黄河流域城市工业发展较为稳定，与城市内部工业产业转移相对应. 从各类建设用地结构上看（图2），2006—2020年居住用地比重波动较小，一直居于首位，超过其他各类建设用地比重；工业用地比重呈现下降趋势，2012 年之后其比重明显小于公共服务用地比重；仓储用地比重较小，且无明显的增长或减少趋势；公共服务用地比重总体呈现上升趋势，2012年增加趋势明显；交通设施用地比重呈现先下降后上升趋势，2012 年减小趋势明显；绿地所占比重逐年上升，说明生态环境保护越来越得到重视.

图2 2006—2020年黄河流域城市土地面积变化情况Fig.2 Change of urban land area in the Yellow River Basin from 2006 to 2020

表3 黄河流域城市各类建设用地面积变化Tab.3 Changes of construction land area of cities in the Yellow River Basin 单位：km2

2.2 产业结构变化分析

从2006—2020 年黄河流域城市产业结构变化情况（图3），可以知道在城市市辖区内第一产业占GDP的比重均不超过10%，第二产业与第三产业占据主导地位. 总体上呈现“退二进三”的变化趋势，即第二产业占GDP 的比重呈现下降趋势，第二产业占GDP 的比重为上升趋势；2014 年之前第二产业占GDP 比重超过第三产业占GDP 的比重，第三产业占GDP 的比重上升，为“二三一”的产业结构，说明产业结构处于优化升级阶段；2014年之后，第三产业占GDP的比重持续上升，第二产业占GDP 的比重下降速度增快，第三产业占GDP的比重逐渐超过第二产业占GDP的比重，并拉大差距，城市产业结构不断优化.

图3 2006—2020年黄河流域城市产业结构和就业结构变化情况Fig.3 Changes of urban industrial structure and employment structure in the Yellow River Basin from 2006 to 2020

2006—2020 年黄河流域城市就业结构与产业结构变化趋势一致，第三产业逐渐吸纳更多的劳动力，成为城市新增就业人数的主要来源.

2.3 黄河流域城市建设用地结构与产业结构关联分析

依据公式（1），以2006年为基期，2020年为末期，选取城市各类城市建设用地占城市建设用地总面积的比重值计算城市建设用地结构变化率，第二、三产业占GDP的比重和第二、三产业就业人员比重计算产业结构变化率，结果如表4所示. 由表4可知，2006—2020年黄河流域城市建设用地结构呈现上升-下降-上升的变化趋势，产业结构变化率变化趋势一致，说明城市建设用地结构与产业结构呈现同步增长的发展状态；以2006年为基期，建设用地结构变化率由2007年的2.73%增至2020年的11.70%，变化幅度为9.29%，产业结构变化率由2007年的1.52%增至2020年的31.99%，变化幅度为30.47%，说明产业结构的变化速度快于城市建设用地结构的变化速度；建设用地结构变化率与产业结构变化率偏差系数由2007年的1.21%增加至2020年的20.29%，变化幅度为19.08%，说明在城市经济发展过程中，产业结构变化速度较快，与用地结构之间的差距不断扩大，两者之间关系越来越走向不协调发展状态.

表4 2006—2020年黄河流域城市建设用地结构与产业结构变化率及偏差系数Tab.4 Change rate and deviation coefficient of urban construction land structure and industrial structure in the Yellow River Basin from 2006 to 2020

为进一步探究黄河流域建设用地结构变化率与产业用地结构变化率的时空演变特征，本研究结合ARCGIS空间分析功能，将黄河流域城市建设用地结构变化率与产业结构变化率偏差系数分为五类，据此研究其时空变化特征（图4）. 总体而言，黄河流域干流流经的城市建设用地结构变化率与产业结构变化率偏差系数大于其余地市，经济中心城市建设用地结构变化率与产业结构变化率偏差系数大于其他地市，呈现由中心向两边扩散的空间分布格局；2006—2020年黄河流域城市建设用地结构差距不断扩大，随着城市经济战略调整与产业发展，大部分地市建设用地结构与产业结构之间的差距越来越大，以甘肃省各地级市为主要代表城市. 除郑州市、焦作市、南阳市和商丘市外，黄河流域下游各地市建设用地结构变化率与产业结构变化率偏差系数较小，该区域经济发展主要依赖第三产业，且第三产业发展不需要大量的土地占用给予支持.

图4 黄河流域城市建设用地结构与产业结构偏差系数空间分布图Fig.4 Spatial distribution of deviation coefficient between urban construction land structure and industrial structure in the Yellow River Basin

2.4 黄河流域城市建设用地结构与产业结构脱钩分析

如表5所示，2006—2020年黄河流域城市建设用地结构与产业结构脱钩状态较不理想，城市产业结构的调整对城市建设用地类型的变化具有重要影响，产业结构的升级仍然是城市土地利用增长与变化的主要动力. 本研究共涉及83个城市，其中城市建设用地结构与产业结构脱钩状态为扩张负脱钩的城市有37个，强负脱钩的城市有5个，扩张连结的城市有5个. 从区域分布来看（图5），黄河流域上游地区大部分地市和山东省各城市建设用地结构与产业结构脱钩状态较为理想，为强脱钩状态或弱脱钩状态，建设用地结构变化率增长幅度较小，产业结构变化率增长幅度较大，主要是由于黄河上游区域生态环境脆弱，政府对于土地的使用限制较多，城市辖区内建设用地增长较少，山东省以第三产业为主，产业结构升级与优化对建设用地结构的影响较小. 省会城市如太原市、郑州市、呼和浩特市、西宁市和银川市等建设用地结构与产业结构为扩张负脱钩状态，建设用地结构变化快于产业结构变化，主要是因为省会城市作为经济社会发展中心，在经济转型时期，传统的工业企业被取代，商业、服务业占据主导地位，城市用地结构发生转变.

表5 黄河流域城市建设用地结构与产业结构脱钩Tab.5 Decoupling of urban construction land structure and industrial structure in the Yellow River Basin

图5 2006—2020年黄河流域城市建设用地结构与产业结构脱钩状况Fig.5 Decoupling between urban construction land structure and industrial structure in the Yellow River Basin from 2006 to 2020

3 结论与讨论

3.1 结论

本研究以2006—2020年黄河流域城市建设用地结构和产业结构为研究对象，运用结构变化率与脱钩模型分析黄河流域建设用地结构与产业结构关联程度与耦合特征，其结论如下：

1）2006—2020年黄河流域城市建设用地总面积增加5 898.87 km2，增长率达79.6%. 其中绿地面积增长率最高，其次为交通设施用地和居住用地，说明黄河流域城市社会经济正处于发展期且生态保护与生态文明建设成效显著；2012年以前黄河流域城市产业以高污染、高耗能的第二产业为主，2012年以后以商业、服务业为主的第三产业超过第二产业，占据城市发展主导地位，这与城市经济发展规律一致.

2）2006—2020年黄河流域城市建设用地结构与产业结构为同步增长型发展趋势，但产业结构变化速度是快于城市建设用地结构变化速度的，且产业结构变化速度与建设用地结构变化之间的差距越来越大.

3）2006—2020年黄河流域干流流经的城市建设用地结构变化率与产业结构变化率偏差系数大于其余地市，经济中心城市偏差系数大于其他地市，呈现由中心向两边扩散的空间分布格局.

4）2006—2020年黄河流域城市建设用地结构与产业结构脱钩状态总体不是很理想，强脱钩和弱脱钩的城市占少数，产业结构升级与调整仍然是建设用地结构优化布局的主要原因. 省会中心城市作为国家和政府重点扶持经济发展区域，受经济发展的影响城市建设用地调整优化较多，产业结构升级必然会使城市传统的工业企业退出，而土地政策与调整也会对产业结构的升级有一定的引导与约束作用.

3.2 讨论

城市土地利用结构是城市内部各种功能用地所占的比例及空间布局，随着城镇化进程的加快，城市社会经济结构和生态结构都将发生巨大变化，而这些变化必然也会在城市土地利用结构上有所反映. 生态文明建设与高质量发展更是对新时代城市社会发展提出新的要求，城市土地利用结构优化与调整也面临新的矛盾，因此，近年来众多学者开始将生态系统服务引入城市土地利用结构的研究中，探究生态保护角度下城市土地利用结构的优化路径［31］. 根据城市土地利用结构的理论研究，城市土地利用结构的优化与调整决定着城市整体功能的发挥和城市社会经济效益的提升，城市用地规模的变化也必将影响城市产业结构的相应调整，例如居住用地、公共服务设施用地比例较大的城市，其以商业和服务业为主的第三产业在经济发展中占据主导地位，各类功能用地规模对产业的发展具有一定的限制性作用. 随着土地政策的调整和产业结构的升级，目前我国城市绿地以及公共服务设施用地规模增加，但受规划和历史遗留因素制约，我国工业用地仍然占据较大比重，产业结构升级与用地结构调整仍然任重道远.

通过对黄河流域城市产业结构的分析可知，总体上来看黄河流域城市产业结构已经调整为以第三产业为主导，第二产业占GDP 的比重呈现下降趋势，产业结构正不断优化与升级. 从各城市来看，以能源发展为主的城市，目前第二产业仍占据较大比重，产业升级仍面临诸多问题. 黄河流域城市产业结构变化速度快于城市建设用地结构变化的，产业结构的升级与调整影响着城市建设用地结构的调整，促进城市用地规模的优化.

城市发展的一般规律显示，城市发展中各类社会经济活动最终都会反映到一定的城市土地利用上. 城市发展的不同阶段主要是指城市各类资源在各类产业部门之间的配置与布局、调整与变化的过程，是城市社会经济发展程度和内容的反映. 例如，工业化初期城市发展以第一产业为主，城市空间规模小，城市发展以数量型增长为主，农用地规模较大，土地发挥着基础的养育功能；工业化中期城市发展以第二产业为主，城市发展以数量型和速度行为主，农用地比例下降，城镇、工业用地比重快速上升，土地承载着城市发展；工业化发展后期城市以第三产业为主，城市实现可持续发展状态，工业用地比例下降，商业与服务业和绿地功能用地比重上升，土地发挥着资本功能与生态功能［18］. 城市发展中，城市建设用地结构与城市产业结构是相辅相成的，土地作为一切经济活动的载体，是产业结构升级的基础条件，产业结构的优化调整也决定着城市土地利用的主要发展方向，因此，在城市各项规划与决策中，应充分考虑两者之间的相互作用关系.