舒 晴，李 全，楊煜丹

(武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北武漢 430070)

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我國中部6省人口-土地城市化失調(diào)特征及空間格局研究

舒 晴，李 全*，楊煜丹

(武漢大學資源與環(huán)境科學學院，湖北武漢 430070)

基于ArcGIS和GeoDa軟件平臺，結(jié)合統(tǒng)計學中的變異系數(shù)方法，從時間、空間及關聯(lián)性的視角分析我國中部6省81個地級市2006～2011年人口-土地城鎮(zhèn)化失調(diào)特征空間格局。結(jié)果表明，中部地區(qū)城市人口城鎮(zhèn)化和土地城鎮(zhèn)化發(fā)展存在普遍的不協(xié)調(diào)現(xiàn)象，2006～2011年中部地區(qū)81個地級市的人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)在空間上存在較明顯的負的空間自相關，不論是整個中部地區(qū)還是各個省份內(nèi)部，人口城市化和土地城市化失調(diào)程度的區(qū)域差異明顯，2006～2011年，中部地區(qū)人口-土地城市化失調(diào)區(qū)域差異有減小的趨勢，失調(diào)態(tài)勢有所改善。

空間自相關；人口城鎮(zhèn)化；土地城鎮(zhèn)化；失調(diào)；變異系數(shù)

近年來，土地城市化遠快于人口城市化是我國城市化面臨的主要問題。隨著我國城市化快速推進，城市數(shù)目不斷增多，城市規(guī)模不斷擴大，土地利用無序擴張甚至失控，越來越多的學者關注城市化各個因子特別是人口城市化和土地城市化的協(xié)調(diào)發(fā)展程度。人口城市化和土地城市化是城市化的兩個重要因子，兩者的水平及其協(xié)調(diào)發(fā)展程度反映了區(qū)域城市化質(zhì)量。目前對人口-土地協(xié)調(diào)發(fā)展研究主要集中在兩點：一是人口城市化和土地城市化影響因素及對策分析[1]；二是人口城市化和土地城市化協(xié)調(diào)匹配及其協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)測度[2-3]。尹宏玲等運用離差系數(shù)研究了我城市人口城鎮(zhèn)化與土地城鎮(zhèn)化失調(diào)特征及空間差異[4]。陳鳳桂等構(gòu)建了人口城鎮(zhèn)化和土地城鎮(zhèn)化測量指標體系，運用協(xié)調(diào)發(fā)展度作為度量尺度，衡量了我國人口城鎮(zhèn)化和土地城鎮(zhèn)化協(xié)調(diào)發(fā)展度并進行了空間格局研究[5]。曹文莉等運用協(xié)調(diào)發(fā)展度研究了江蘇省人口、土地和經(jīng)濟城鎮(zhèn)化水平和協(xié)調(diào)發(fā)展度的空間格局[6]?，F(xiàn)有的研究多是國家宏觀尺度和城市微觀尺度，區(qū)域中觀尺度的研究相對較少；兩者協(xié)調(diào)度的研究較多，協(xié)調(diào)度空間分異的研究較少。

中部6省是指晉、豫、湘、鄂、贛、皖6個省份，分布于黃河和長江流域的中游地段，面積102.70 km2，占全國的10.7%； 2006～2011年中部6省城市人口增長了近11%，城市建成區(qū)面積增長了近34%，城市化水平大幅度提高，整體上來看，中部6省土地城市化水平要快于人口城市化水平，人口城市化和土地城市化的發(fā)展存在明顯的不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。該研究選取人口城市化和土地城市化兩個指標，以中部6省81個地級市為研究范圍，采用變異系數(shù)模型測度中部地區(qū)人口城市化和土地城市化失調(diào)程度，以ArcGIS和GeoDA軟件為平臺分析中部地區(qū)人口城市化和土地城市化失調(diào)特征及空間分異。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究指標與數(shù)據(jù)來源不同的學者對城鎮(zhèn)化的內(nèi)涵闡述不一致，該研究根據(jù)陳春對健康城鎮(zhèn)化的理解[7]，認為人口城鎮(zhèn)化是城鎮(zhèn)化的核心，土地城鎮(zhèn)化是城鎮(zhèn)化的載體，同時考慮到數(shù)據(jù)的可獲取性，采用城區(qū)人口增加率、建成區(qū)面積增加率分別表征人口城市化和土地城市化。

以中部地區(qū)6省共81個地級市城市作為基本研究單元，時間區(qū)段取2006～2011年，考慮到數(shù)據(jù)的可靠性和易獲取性，文中所用的屬性數(shù)據(jù)即人口和土地數(shù)據(jù)選自1997～2012年《中國城市建設統(tǒng)計年鑒》、《中國城市統(tǒng)計年鑒》 ；空間數(shù)據(jù)來源于1∶400萬國家基礎地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。

在ArcGIS的環(huán)境下，采用切割提取，得到中部地區(qū)81個地級市的行政區(qū)劃圖，在 Excel 中建立屬性數(shù)據(jù)庫，并通過 GIS 軟件實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的關聯(lián)。2006～2011 年 6 年間中部地區(qū)的安徽省的巢湖市于2011年被撤銷，原轄區(qū)縣“一分為三”劃歸合肥、馬鞍山和蕪湖3市，但是并不影響此次研究分析。

1.2 研究方法

1.2.1變異系數(shù)。描述變量值變化量或散布情況的特征值稱變異指標，常用的變異指標有極差、四分位數(shù)間距、均差、標準差、變異系數(shù)[8]。其中標準差和變異系數(shù)在測度區(qū)域城鎮(zhèn)化水平差距時很常用，由于人口城市化和土地城市化在一定時期內(nèi)的均數(shù)相差較大，該研究選擇變異系數(shù)CV來衡量在一定時期內(nèi)城區(qū)人口的增長與建成區(qū)面積的增長之間出現(xiàn)的偏差。變異系數(shù)CV的計算公式如下：

(1)

變異系數(shù)的值小，表示兩者在同一時期內(nèi)的增長速率相當，城市人口-土地城市化失調(diào)性??；反之，說明兩者增長速率相差較大，城市人口-土地城市化失調(diào)性嚴重。綜合已有研究成果[4]，得到城市人口-土地城鎮(zhèn)化失調(diào)等級分類評價標準(表1)。

表1 城市人口-土地城鎮(zhèn)化失調(diào)等級劃分

1.2.2空間自相關模型?？臻g自相關指相鄰位置上同一變量在空間域中的相關性，空間自相關是根據(jù)位置相似性和屬性相似性共同來進行測度的，變量的空間近鄰值對于變量相似或不相似的程度是空間自相關測度的主要內(nèi)容[9]?？臻g自相關包括全局空間自相關和局部空間自相關。

(1)空間權(quán)重的確定。為了揭示屬性值之間的空間聯(lián)系，可以通過定義一個空間連接矩陣來衡量。該矩陣的構(gòu)建可以依據(jù)空間距離或者空間數(shù)據(jù)的拓撲屬性(如鄰接性)。該研究以中部地區(qū)81個研究單元建立基于鄰接標準的空間權(quán)重矩陣。矩陣中如果區(qū)域i和j鄰接則用1表示，否則用0表示。

(2)全局空間自相關。全局空間自相關值描述區(qū)域單元某種屬性值的整體分布狀況，判斷該屬性值在空間上集聚的特點，反映研究區(qū)內(nèi)相似屬性的平均集聚程度[10]。

一般在涉及空間全局自相關的研究中都應用Global Moran’s I 指數(shù)表示。其值在[-1，1] 之間，該指數(shù)值大于0，表示研究區(qū)域在空間分布上呈現(xiàn)正空間自相關；反之，當指數(shù)值小于0時，表示研究區(qū)域在空間分布上呈現(xiàn)負空間自相關；指數(shù)值接近0，研究區(qū)域的觀測值在空間上呈隨機分布。Global Moran’s I指數(shù)公式表示如下：

(2)

(3)

(4)

式中，Z表示空間自相關的顯著水平，E(I)表示全局空間自相關的數(shù)學期望，VAR(I)表示方差。

(3)局部空間自相關。全局空間自相關僅說明區(qū)域與周邊地區(qū)之間空間差異的平均程度，難以探測不同位置局部區(qū)域的空間關聯(lián)模式，而局部空間自相關LISA可以彌補了這一局限，可以揭示空間參考單元與其鄰近的空間單元屬性特征值之間的相似性或相關性[11]。局部空間自相關指標計算公式為[12-13]：

(5)

(6)

式中，Zi和Zj分別是對于均值和標準差的標準化變量。

2 結(jié)果與分析

2.1 人口-土地城鎮(zhèn)化失調(diào)特征的時間演變

2.1.1中部地區(qū)人口城鎮(zhèn)化滯后于土地城鎮(zhèn)化。2006年我國中部所有地級市的城市人口總數(shù)為6 806.98萬，2011年為7 552.69萬，6年間城市人口增長了10.96%。同期，城市建成區(qū)面積由6 641.3 km2增加到8 892.12 km2，城市建成區(qū)面積增長了33.89%，建成區(qū)面積擴張速率是人口增長速率的3.09倍。2007～2011年中部地區(qū)城區(qū)人口增長率和建成區(qū)面積增長率變化曲線如圖1，從城區(qū)人口增長率和建成區(qū)面積增長率的整體變化來看，中部地區(qū)的建成區(qū)增長速度一直都高于人口的增長速度，這與陸大道的研究中提到的“城鎮(zhèn)化速度虛高，土地城鎮(zhèn)化的速度大大快于人口城鎮(zhèn)化的速度”基本吻合[13]，說明當前中部地區(qū)土地城鎮(zhèn)化的速度明顯高于人口城鎮(zhèn)化的速度，城鎮(zhèn)化進程中存在一定的失調(diào)現(xiàn)象。同時計算得到2006～2011年中部地區(qū)城市人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)為0.511，按照城市人口-土地城鎮(zhèn)化失調(diào)等級劃分標準，中部地區(qū)人口-土地城鎮(zhèn)化屬于中度失調(diào)等級，進一步說明中部地區(qū)城市人口城鎮(zhèn)化和土地城鎮(zhèn)化發(fā)展不協(xié)調(diào)，土地城鎮(zhèn)化擴張速度快于人口城鎮(zhèn)化增長速度。

2.1.2中部地區(qū)人口-土地城鎮(zhèn)化的失調(diào)態(tài)勢有所改善。為了揭示中部地區(qū)人口-土地城鎮(zhèn)化失調(diào)的趨勢，計算得到中部地區(qū)歷年的變異系數(shù)(表2)，2006～2011年，中部地區(qū)城市人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)由2007年的1.175 1下降至2011年的0.391 7，失調(diào)等級由極度失調(diào)變?yōu)檩p度失調(diào)，人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)呈現(xiàn)出變小趨勢，失調(diào)態(tài)勢有所改善，特別在2009年降到最低，變異系數(shù)達到0.236 5，基本上接近協(xié)調(diào)發(fā)展，之后兩年出現(xiàn)微弱的上升，失調(diào)等級變?yōu)檩p度失調(diào)。

表2 2006～2011年中部地區(qū)人口與建成區(qū)面積變化情況

2.2 城市人口-土地城鎮(zhèn)化失調(diào)特征的空間分異

2.2.1人口-土地城鎮(zhèn)化呈現(xiàn)空間分散格局。為了進一步地說明中部6省81個地級市的城市人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)在空間上的相互關系，應用GeoDa軟件，計算得到2006～2011年中部地區(qū)81個研究單元城市人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)分布的全局 Moran’s I指數(shù)為-0.095，通過對標準化統(tǒng)計量Z(I)進行檢驗可知2006～2011年81個地級市的城市人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)在空間上存在較明顯的負的空間自相關，表明在全域上不同大小的變異系數(shù)傾向于聚集在一起。

利用 Moran 散點圖表示的區(qū)域分異并沒有統(tǒng)計含義。在全局空間自相關測度的基礎上，運用局域空間自相關測度可以對具有集聚特征的區(qū)域進行“鄰域空間”的相關性檢驗，即利用GeoDA在Z檢驗的基礎上(P<0.05)生成的LISA聚集圖來揭示中部81地級市單元城市人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)的空間集聚程度的顯著性。

圖2中用不同的顏色渲染不同的空間自相關類別，紅色代表高高聚集，表明地級市i與其周邊地級市的變異系數(shù)都很高；藍色代表低低聚集，表明地級市i與其周邊地級市的變異系數(shù)都較低；紫色代表低高聚集，表明地級市i的變異系數(shù)低于其周邊地級市；粉色代表高低聚集，表明地級市i的變異系數(shù)高于其周邊地級市，而無色則為不顯著。

從圖2可以看出，中部人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)集聚性不顯著的地區(qū)主要分布在山西省、河南省和湖北省，空間分布較分散。該類地區(qū)的變異系數(shù)在區(qū)域內(nèi)部和外部都有一定的不均衡性，由于缺乏核心極化和強勢的輻射作用，這類城市的變異系數(shù)也相對比較穩(wěn)定。

中部人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)集聚性顯著的地區(qū)主要分布于安徽的馬鞍山市、蕪湖、銅陵和池州市；江西的宜春市和上饒市；湖南的岳陽和湖北的咸寧，這些地區(qū)在Moran 散點圖中均處在第二象限，第二象限(LH)的地級市單元城市人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)值小于均值，但地級市單元城市人口—土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)值滯后量大于平均值，即低值區(qū)域被高值鄰居所包圍，二者的空間差異程度較大。

2.2.2人口-土地城鎮(zhèn)化失調(diào)特征空間格局?；跀?shù)據(jù)并結(jié)合ArcGIS的可視化功能，把2006～2011年人口增長率和建成區(qū)面積增長率劃分為<0、0～30%、30%～70%、≥70%這4個等級，2006～2011年中部6省劃分等級并以柱形圖顯示其城區(qū)人口增長率和土地增長率，2006～2011年地級市分為6個失調(diào)等級，得到可視化圖形(圖3～6)。

對比圖3和圖4，可以清楚地看出2006～2011年間81個地級市中，建成區(qū)面積增長率普遍高于城區(qū)人口增長率，人口增長率處在<0、0～30%、30%～70%、≥70%的地級市所占的個數(shù)分別為13、58、10、0個； 人口增長率為負值的地級市在各省都有分布，分別是山西省的臨汾、長治，河南省的新鄉(xiāng)、焦作，湖北省的十堰、宜昌，安徽省的淮南、巢湖，湖南省的邵陽，江西省的萍鄉(xiāng)、景德鎮(zhèn)、南昌和新余；建成區(qū)面積增長率處在<0、0～30%、30%～70%、≥70%的地級市的個數(shù)分別為2、42、25、12個；只有亳州市和萍鄉(xiāng)市的建成區(qū)增長為負值，而武漢市和咸寧的增長率均大于1，分別為105%、128%； 人口增長率在30%以上的地級市有10個；而建成區(qū)面積增長率在30%以上的有37個，由此建成區(qū)增長率在30%以上的地級市數(shù)量遠大于人口增長率在30%以上的城市數(shù)量，這反應了中部地區(qū)的人口-土地城鎮(zhèn)化失調(diào)現(xiàn)象非常普遍。

結(jié)合統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及圖5、圖6，可以得出中部6省的人口-土地城市化失調(diào)特征。

2006～2011年中部地區(qū)6省的城市人口都有不同程度的增加，其中以湖南省城市人口增長最快，達到18.50%，安徽省、山西省、江西省和河南省的增長均在10%以內(nèi)；城市建成區(qū)方面；6省的建成區(qū)都有大幅度的增加，其中以安徽省增長最快，超過40%，而河南省增長最慢，兩者相差15.67個百分點。

從各省來看，6個省的建成區(qū)增長速度都遠快于城市人口增長速度，建成區(qū)增長率和城市人口增長率差值最大的是安徽省，高達33.61%，最小的是河南省，差值也有15.05%；從6省的失調(diào)等級來看，江西省、安徽省都屬于高度失調(diào)，人口—土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)分別為0.600 7、0.704 4，河南、湖北、山西都屬于中度失調(diào)，變異系數(shù)分別為0.431 0、0.526 0、0.570 7，只有湖南省以0.318 4的變異系數(shù)處于輕度失調(diào)的等級。由此可見，中部6省人口-土地城鎮(zhèn)化失調(diào)性區(qū)域特征差異明顯。

為了更清楚地揭示中部及6個省2007～2011年的失調(diào)等級內(nèi)部差異，利用各省以及81個地級市的人口和土地數(shù)據(jù)計算得到中部及6個省人口-土地偏差的變異系數(shù)(圖7)。

從圖7中可以看出，中部6個省份人口-土地城市化偏差的變異系數(shù)幾乎全在0.5以上，表明不論是整個中部地區(qū)還是各個省份內(nèi)部，人口-土地城市化偏差的程度差異明顯。

從整個中部地區(qū)來看，2007～2011年人口-土地城市化偏差的變異系數(shù)逐漸減小，表明中部地區(qū)人口-土地城市化失調(diào)區(qū)域差異逐年減??；從各個省份來看，安徽省和湖南省以及山西省的人口-土地城市化失調(diào)的區(qū)域差異一直處在不穩(wěn)定的高低起伏之中，但相比往年區(qū)域差異都有所減小。湖北省和江西省的人口城市化和土地城市化失調(diào)的區(qū)域差異呈現(xiàn)逐年增大的趨勢，而河南省的區(qū)域差異呈現(xiàn)逐年減小的趨勢。

自從2006年國家提出中部崛起戰(zhàn)略，中部地區(qū)得到了較快的發(fā)展， 特別是小城市的迅速擴張改變了以往小城市發(fā)展緩慢只有少數(shù)大城市擴張的局面。加之2008年以來國際金融危機的影響，中部地區(qū)作為勞務輸出大省的所在地，很多外出打工的農(nóng)民選擇留在家鄉(xiāng)，前往家鄉(xiāng)附近的城市打工，所以小城市人口的增長，以及人口帶來的城市擴張使得中部地區(qū)人口-土地城市化失調(diào)區(qū)域差異減小。

3 結(jié)論與討論

該研究基于ArcGIS和GeoDa軟件平臺，運用變異系數(shù)方法，從時空及其關聯(lián)性的視角分析了我國中部6省81個地級市的人口-土地失調(diào)特征及空間格局，結(jié)果表明， 2006～2011年中部地區(qū)的建成區(qū)增長速度一直都高于人口的增長速度，說明中部地區(qū)城市人口城鎮(zhèn)化和土地城鎮(zhèn)化發(fā)展不協(xié)調(diào)。2006～2011年中部地區(qū)城市人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)為0.511，屬于中度失調(diào)等級。2006～2011年間，中部地區(qū)城市人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)呈現(xiàn)出變小趨勢，失調(diào)等級經(jīng)歷了從極度失調(diào)過渡到協(xié)調(diào)發(fā)展再到輕度失調(diào)，總體來說，失調(diào)態(tài)勢有所改善。

通過空間自相關分析可知，2006～2011年中部地區(qū)81個地級市的城市人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)在空間上存在較明顯的負的空間自相關，中部人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)集聚性顯著的地區(qū)主要分布于安徽的馬鞍山市、蕪湖、銅陵和池州市；江西的宜春市和上饒市；湖南的岳陽和湖北的咸寧，這些地區(qū)自身的變異系數(shù)低于周邊地區(qū)，人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)的空間差異程度較大；中部人口-土地城鎮(zhèn)化變異系數(shù)集聚性不顯著的地區(qū)主要分布在山西省、河南省和湖北省，這些地級市空間分布較分散。

基于GIS和變異系數(shù)分析得出，中部地區(qū)的人口-土地城鎮(zhèn)化失調(diào)現(xiàn)象非常普遍，失調(diào)性區(qū)域特征差異明顯，不論是整個中部地區(qū)還是各個省份內(nèi)部，人口城市化和土地城市化失調(diào)程度的區(qū)域差異明顯，2006～2011年，中部地區(qū)人口-土地城市化失調(diào)區(qū)域差異有減小的趨勢。

近年來研究人口城鎮(zhèn)化和土地城鎮(zhèn)化之間關系的文章越來越多，學者們也都利用GIS對全國或者局部地區(qū)做了空間格局分析，但是結(jié)合GeoDa的空間關聯(lián)性和GIS研究兩者之間偏差的空間差異和格局的文章并未看到，這是該研究的一個探索，由于影響人口和土地城鎮(zhèn)化增長的因素眾多，筆者未能全面分析出現(xiàn)這些差異的原因，未來的研究中針對影響因素的分析還需要不斷探索完善。

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Study of the Disordered Spatial Pattern of Population Urbanization and Land Urbanization of Six Provinces in Central China

SHU Qing, LI Quan*, YANG Yu-dan

(School of Resource and Environmental Science, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430070)

Based on ArcGIS and GeoDa software, combined with variation coefficient, from perspective of spatial, temporal and correlation, the disordered spatial pattern of population-land urbanization in 81 cities, 6 provinces of central China from 2006-2011 was analyzed. The results showed that the development of population urbanization and land urbanization are uncoordinated. The variation coefficient exists obvious negative spatial autocorrelation. The regional difference of population-land urbanization disorder in central China indicate a decreasing trend.

Spatial autocorrelation; Population urbanization; Land urbanization; Disordered; Variation coefficient

舒晴(1990- )，女，湖北潛江人，碩士研究生，研究方向：經(jīng)濟地理與區(qū)域規(guī)劃。*通訊作者，副教授，博士，碩士生導師，從事土地覆蓋/土地利用時空演化、城市土地高效利用、城市與區(qū)域發(fā)展研究。

2014-11-19

S-9；F 301.2

A

0517-6611(2015)01-274-05