吳旭影，張延軍，于華巖，韋蘭屹，程子朗

1.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，長春 130061；2.建銀工程咨詢有限責(zé)任公司 吉林分公司，長春 130012

0 引言

隨著中國城鎮(zhèn)化進程加快，城市用地需求量快速增加與土地資源有限性的矛盾日益突出，如何在節(jié)約、集約利用土地的同時保證城市健康發(fā)展成為學(xué)者們研究的熱點問題。同時，國土空間規(guī)劃確定的城鎮(zhèn)邊界直接影響城市用地規(guī)模與用地結(jié)構(gòu)特征，而城市用地結(jié)構(gòu)又直接影響著城市功能的發(fā)揮,如何合理確定城市規(guī)模和布局城市用地結(jié)構(gòu)，直接關(guān)系城市發(fā)展效率和發(fā)展空間。前人研究側(cè)重城市空間結(jié)構(gòu)的靜態(tài)描述和動態(tài)變化以及土地利用與城市用地演變驅(qū)動機制等方面[1--4]，涵蓋了城市用地的自然、經(jīng)濟、社會和政治等空間層面。近年來國內(nèi)學(xué)者通過對城市用地演變的研究結(jié)果表明：社會經(jīng)濟發(fā)展、政策調(diào)整、人口增長、交通網(wǎng)絡(luò)完善、城市建設(shè)投資規(guī)模和自然生態(tài)環(huán)境限制均是城市用地演變的驅(qū)動因素，其中，自然生態(tài)環(huán)境限制是城市用地演變的基礎(chǔ)性因素，社會經(jīng)濟發(fā)展是城市用地演變的重要動因，政策調(diào)整、人口增長、交通網(wǎng)絡(luò)完善、城市建設(shè)投資規(guī)模等人為因素是城市用地演變的關(guān)鍵性因素[5--11]。在中國，許多城市均存在城市用地結(jié)構(gòu)不合理問題[12--14]，一個良好的城市土地利用結(jié)構(gòu)，其土地分異程度應(yīng)該介于混沌與有序之間[15--16]。土地利用由依賴自然資源地域組合規(guī)律的土地利用方式向市場經(jīng)濟誘導(dǎo)下的土地利用方式轉(zhuǎn)變，城市多沿城市邊緣擴展，既有開發(fā)建設(shè)經(jīng)濟效益高的優(yōu)點,也有城市“攤大餅”式發(fā)展的缺點[17--18]。生活用地比重與城市化發(fā)展呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系，生產(chǎn)用地比重隨著城市化發(fā)展呈現(xiàn)倒U型變化趨勢[19--20]。土地利用結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度可用于分析城市土地利用結(jié)構(gòu)特征。城市土地利用動態(tài)演化過程伴隨信息熵和均衡度的上升，大城市用地結(jié)構(gòu)的信息熵大于小城市的信息熵，綜合性城市的信息熵大于專業(yè)化城市的信息熵[21--22]。

已有研究主要側(cè)重大尺度城市用地研究，涵蓋全國、城市群和省域，涉及某一市域城市內(nèi)部的微觀尺度空間研究相對較少。本文主要基于GIS與信息熵法，以長春市為例，對城市用地規(guī)模和城市用地結(jié)構(gòu)進行研究，豐富城市用地微觀尺度研究，同時，為長春市國土空間規(guī)劃提供參考。

1 研究區(qū)概況

長春市是吉林省省會，被稱為“塞北春城”，氣候為中溫帶大陸性氣候，是中國最大的汽車工業(yè)城市，是“振興東北老工業(yè)基地”國家發(fā)展戰(zhàn)略中著重發(fā)展的城市之一。住建部2019年1月發(fā)布的《2017年全國主要城市建成區(qū)面積排名》數(shù)據(jù)顯示，在全國600多個城市中長春市建成區(qū)面積、城市建設(shè)用地面積位列第16名。截至2019年，全市市域面積20 593.53 km2，包括7區(qū)2市1縣。全市戶籍總?cè)丝?53.8萬人，其中市區(qū)人口445.1萬人。2019年，全市實現(xiàn)GDP 5904.1億元，城鎮(zhèn)常住居民人均可支配收入37 844元。

2 研究數(shù)據(jù)來源與方法

研究數(shù)據(jù)來源于吉林省城鎮(zhèn)土地利用數(shù)據(jù)更新調(diào)查項目(2009—2018年)[23]、《長春市統(tǒng)計年鑒》(2019—2020年)[24]和《長春市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》(2009—2019年)[25]。

研究技術(shù)方法為趨勢分析法、土地利用動態(tài)度、土地利用結(jié)構(gòu)信息熵與均衡度。

2.1 趨勢分析法

根據(jù)既往年度長春市城市用地變化情況，通過曲線分析長春市2009—2018年城市用地量變特征。

2.2 土地利用動態(tài)度

可以反映研究區(qū)特定時段內(nèi)各土地利用類型的規(guī)模變化幅度，計算公式[26]為：

(1)

式中：K為土地利用類型動態(tài)度；Ua、Ub分別為研究期初和研究期末某種類型用地數(shù)量；T為研究時段。

2.3 土地利用結(jié)構(gòu)信息熵與均衡度

土地利用結(jié)構(gòu)信息熵可以反映城市用地的有序程度，熵值越高，有序程度越低，各職能類用地面積差別越高，用地結(jié)構(gòu)越趨于穩(wěn)定，計算公式[27--28]為：

(2)

式中：G表示土地利用結(jié)構(gòu)信息熵；pi表示各土地利用類型面積占土地利用總規(guī)模的比重。

土地利用結(jié)構(gòu)均衡度可反映土地利用均質(zhì)情況，數(shù)值越高，土地利用結(jié)構(gòu)的均質(zhì)性越強，計算公式[28]為：

(3)

式中：J表示土地利用結(jié)構(gòu)均衡度；G表示土地利用結(jié)構(gòu)信息熵；N表示土地利用類型數(shù)量。

3 結(jié)果分析

3.1 長春市城市用地規(guī)模的演變特征

3.1.1 城市用地規(guī)模變化

通過對長春市城市用地在年際間的變化分析可以看出：長春市城市用地規(guī)模由2009年的54 481.94 hm2增長至2018年的76 905.70 hm2(圖1)，增幅為41.16%，年均增長率為3.90%。

其中，2009—2012年增速相對較快，三年間增量占2009—2018年總增量的65.37%。自2013年起長春市城市用地總量增長緩慢，2013—2018年長春市城市用地年均增長率為1.30%。

3.1.2 城市用地內(nèi)部變化

長春市2009—2018年間商服用地、工業(yè)用地、倉儲用地、住宅用地、公共管理與公共服務(wù)用地(不含公園與綠地)、公園與綠地、特殊用地與交通運輸用地動態(tài)度均為正，這表明這類用地呈現(xiàn)增長態(tài)勢。其中，工業(yè)用地動態(tài)度值最高為9.56%，增長速度最快；住宅用地和交通運輸用地次之，動態(tài)度分別為4.60%和3.25%，增長速度較快；商服用地與倉儲用地動態(tài)度分別為2.59%和1.37%，增長較為緩慢；特殊用地和公園及綠地稍有增長，動態(tài)度分別為0.91%和0.63%。水域及水利設(shè)施用地保持穩(wěn)定，而其他土地呈現(xiàn)減少態(tài)勢，動態(tài)度為-0.25%(表1)。

圖1 2009—2018年長春市城市用地規(guī)模增長曲線圖

在城市用地擴展中，長春市生產(chǎn)性用地增幅較大，公園及綠地增速緩慢。

表1 2009—2018年長春市城市用地數(shù)量及動態(tài)度

3.1.3 長春市城市用地與周邊城市對比

選取省內(nèi)GDP排名前五的吉林市、延邊州、四平市和松原市4個城市，統(tǒng)計其2009—2018年城市用地面積及年均增長率與長春市城市用地面積和年均增長率進行對比(表2，圖2)。

表2 2017年吉林省地級市生產(chǎn)總值前5名

圖2 2009—2018年間吉林省5個地級市城市用地面積變化情況

結(jié)果顯示：長春市城市用地面積一直遠高于其他城市的用地面積，吉林市城市用地面積排名第二。2009年長春市城市用地面積已是吉林市城市用地面積的1.83倍，到2018則增長至 2.25倍。同時，與其他4個城市不同的是，長春市城市用地面積在2009—2013年間出現(xiàn)了城市面積的快速大量增加。

長春市人均城市用地面積也遠高于吉林省整體水平，且近年來二者差距有加大的趨勢，2018年長春市人均城市用地面積較吉林省高出20.41 m2/人(圖3)。

圖3 2009—2018年吉林省和長春市人均城市用地面積變化情況

城市用地面積年均增長率的計算結(jié)果顯示，2009—2018年間長春市城市用地年均增長率為3.90%，位列第一，是排名第二的吉林市城市用地面積年均增長率的2.5倍，是排名第五位的四平市城市用地年均增長率的47.74倍。長春市城市用地年均增長率顯著偏高，城市用地的外部擴張有待控制(表3)。

表3 2009—2018年間吉林省5個地級市城市用地年均增長率

3.2 長春市城市用地結(jié)構(gòu)特征

3.2.1 公園與綠地面積亟需提高，工業(yè)用地占比增長亟待控制

2012年1月1日起新頒布的GB 50137—2011《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準》[29]開始使用，同時，原有GBJ 137—1990《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準》[30]停止使用。因此，本文中2009—2011年城市規(guī)劃建設(shè)用地結(jié)構(gòu)比例標準參照GBJ 137—1990《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準》[30]分析，2012—2018年城市規(guī)劃建設(shè)用地結(jié)構(gòu)比例標準參照GB 50137—2011《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準》[29]分析。

2009—2012年長春市住宅用地占比最高，維持在35.0%±，高于國家標準的上限3%；工業(yè)用地占比有所增長，由2009年的19.97%增長至2012年的23.21%，符合GBJ 137—1990[30]的規(guī)定，且逐漸逼近國家標準的上限。其他各類用地占比均有所下降，公園與綠地占比由2009年的3.32%下降至2012年的2.76%，低于國家標準下限8.0%的要求。交通運輸用地占比由2009年的10.52%下降至2018年的9.56%，符合GBJ 137—1990[30]的規(guī)定(表4)。

2012—2018年間，公共管理與公共服務(wù)用地(不含公園與綠地)占比在11.14%上下波動，有緩慢下降趨勢，高于GB 50137—2011[29]規(guī)定上限3%±；公園與綠地占比為2.52%±，遠低于GB 50137—2011[29]下限且有下降趨勢；交通運輸用地占比圍繞9.50%上下波動，稍低于標準下限；住宅用地占比在34.60%±，工業(yè)用地占比在26.40%±，兩者均滿足GB 50137—2011[29]的規(guī)定，與此標準上限較為接近，且有上升趨勢(表5)。

表4 2009—2011年長春市各類型城市用地比例

表5 2012—2018年長春市各類型城市用地比例

總體來看，2009—2018年長春市工業(yè)用地和住宅用地比例符合國家標準，且與標準上限較為接近。公共管理與公共服務(wù)用地(不含公園與綠地)占比高于國家標準，但有下降趨勢，逐漸接近國家標準。公園與綠地占比遠低于國家標準的下限，且仍有下降趨勢。交通運輸用地比例則由符合國家標準，逐漸下降至低于國家標準。需要注意的是長春市工業(yè)用地占比仍有上升趨勢，且增速較快，如果不加控制，很有可能會超過國家標準的上限。而公園與綠地占比在遠低于標準下限的情況下，仍然有連續(xù)下降的趨勢。

根據(jù)長春市2009—2011年間各個類型城市用地占比分析結(jié)果可以看出，近些年來長春市較為注重城市經(jīng)濟的發(fā)展，為工業(yè)發(fā)展提供了大力支持，但相對忽略了城市生態(tài)效益的發(fā)展，造成了公園與綠地面積的嚴重不足。

3.2.2 長春市土地利用結(jié)構(gòu)均質(zhì)性與均衡狀態(tài)

由長春市2009—2018年城市用地的信息熵和均衡度數(shù)值變化可知(表6，圖4、5)，信息熵有緩慢下降趨勢，各職能類用地面積差別有所增高，這主要是因為工業(yè)用地面積增速較其他各類用地快；公園與綠地和公共管理與公共服務(wù)用地(不含公園與綠地)面積較小，這也證明了城市用地類型的多樣性和用地結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。信息熵下降速率逐漸減緩，均衡度基本保持在0.76±，說明長春市城市用地的均質(zhì)性和有序程度在逐漸增強，趨于均衡狀態(tài)。

表6 2009—2018年長春市城市用地信息熵與均衡度

圖4 2009—2018年間長春市城市用地信息熵變化趨勢圖

圖5 2009—2018年間長春市城市用地均衡度變化趨勢圖

總體來看，長春市人均住宅用地面積和人均公共管理與公共服務(wù)用地(不含公園與綠地)面積符合GB 50137—2011《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準》[29]，而人均公園與綠地面積和人均交通運輸用地面積偏小，分別低于標準下限5.44 m2/人和2.17 m2/人，特別是人均公園與綠地面積，僅是標準下限的32%(表7)。

3.3 長春市各行政區(qū)人均城市用地

3.3.1 住宅用地

結(jié)合表7，將2018年長春市人均住宅用地面積與GB 50137—2011《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準》[29]對比可知，2018年長春市人均住宅用地符合GB 50137—2011《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準》[29]的有朝陽區(qū)、綠園區(qū)、雙陽區(qū)、九臺區(qū)和德惠市，南關(guān)區(qū)、寬城區(qū)、二道區(qū)、農(nóng)安縣和榆樹市不符合此標準(圖6)。

表7 2018年長春市各城市用地類型人均面積

圖6 2018年長春市各行政區(qū)人均住宅用地圖

其中，朝陽區(qū)、綠園區(qū)和雙陽區(qū)人均住宅用地面積接近標準上限，人均住宅用地面積相對較小的雙陽區(qū)，低于標準上限2.65 m2/人，而九臺區(qū)和德惠市人均住宅用地面積接近標準下限，分別高于標準下限1.89 m2/人和0.82 m2/人。南關(guān)區(qū)、寬城區(qū)和二道區(qū)人均住宅用地面積偏大，分別高于該標準上限27.05 m2/人、14.07 m2/人和24.26 m2/人。農(nóng)安縣和榆樹市人均住宅用地面積偏小，分別低于該標準下限11.89 m2/人和6.74 m2/人。人均住宅用地面積最大的南關(guān)區(qū)與人均住宅用地面積最小的農(nóng)安縣相差48.94 m2/人，是該標準下限的174.79%，上限的128.79%。

3.3.2 公共管理與公共服務(wù)用地(不含公園與綠地)

結(jié)合表7，將2018年長春市人均公共管理與公共服務(wù)用地(不含公園與綠地)面積與GB 50137—2011《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準》[29]對比可知，2018年長春市人均公共管理與公共服務(wù)用地(不含公園與綠地)符合GB 50137—2011《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準》[29]的有南關(guān)區(qū)、寬城區(qū)、朝陽區(qū)、二道區(qū)、綠園區(qū)、雙陽區(qū)、九臺區(qū)和德惠市，農(nóng)安縣和榆樹市不符合此標準(圖7)。

圖7 2018年長春市各行政區(qū)人均公共管理與公共服務(wù)用地(不含公園與綠地)

其中，雙陽區(qū)、九臺區(qū)和德惠市人均公共管理與公共服務(wù)用地(不含公園與綠地)與標準下限較為接近，分別高于標準下限3.02 m2/人、3.5 m2/人和1.05 m2/人。農(nóng)安縣和榆樹市人均公共管理與公共服務(wù)用地(不含公園與綠地)均低于標準下限，農(nóng)安縣低于標準下限0.37 m2/人，榆樹市低于標準下限2.01 m2/人。人均公共管理與公共服務(wù)用地(不含公園與綠地)面積最大的二道區(qū)與人均公共管理與公共服務(wù)用地(不含公園與綠地)面積最小的榆樹市相差31.23 m2/人，是該標準下限的567.82%。

3.3.3 公園與綠地

結(jié)合表7，將2018年長春市人均公園與綠地面積與GB 50137—2011《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準》[29]對比可知，2018年長春市人均公園與綠地面積符合GB 50137—2011《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準》[29]的僅有南關(guān)區(qū)，而二道區(qū)、綠園區(qū)、寬城區(qū)、朝陽區(qū)、雙陽區(qū)、九臺區(qū)、農(nóng)安縣、榆樹市和德惠市均不符合此標準(圖8)。

圖8 2018年長春市各行政區(qū)人均公園與綠地圖

其中，南關(guān)區(qū)人均公園與綠地面積高于標準下限1.59 m2/人。二道區(qū)、綠園區(qū)、寬城區(qū)、朝陽區(qū)、雙陽區(qū)、九臺區(qū)、農(nóng)安縣、榆樹市和德惠市人均公園與綠地面積均低于標準下限，分別低于標準下限7.61m2/人、4.07m2/人、1.7 m2/人、3.3 m2/人、6.33 m2/人、7.27 m2/人、7.66 m2/人、7.9 m2/人和7.38 m2/人。寬城區(qū)、九臺區(qū)、農(nóng)安縣、榆樹市和德惠市公園與綠地面積均不足1 m2/人。

3.3.4 交通運輸用地

結(jié)合表7，將2018年長春市人均交通運輸用地面積與GB 50137—2011《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準》[29]對比可知，2018年長春市人均交通運輸用地符合GB 50137—2011《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準》[29]的有南關(guān)區(qū)、二道區(qū)和綠園區(qū)，而寬城區(qū)、朝陽區(qū)、雙陽區(qū)、九臺區(qū)、農(nóng)安縣、榆樹市和德惠市不符合此標準(圖9)。

圖9 2018年長春市各行政區(qū)人均交通運輸用地圖

其中，寬城區(qū)、朝陽區(qū)、雙陽區(qū)、九臺區(qū)、農(nóng)安縣、榆樹市和德惠市人均交通運輸用地面積均低于標準下限，分別低于標準下限2.09 m2/人、3.74 m2/人、6.39 m2/人、6.51 m2/人、5.38 m2/人、10.49 m2/人和5.15 m2/人。人均交通運輸用地面積最大的二道區(qū)與交通運輸用地面積最小的榆樹市相差27.03 m2/人，是該標準下限的225.25%。

4 結(jié)論

(1)長春市與省內(nèi)其他地級城市相比，城市用地總量及年均增長率均顯著偏高。

(2)2009—2018年長春市城市用地規(guī)模增加過程中，工業(yè)用地面積增速最快，比例偏高；公園與綠地面積偏小，不足1 m2/人，長春市十個區(qū)、市(縣)中有5個人均公園與綠地面積不足1 m2/人；長春市各區(qū)、市(縣)人均用地面積差異較大。

(3)2009—2012年間長春市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值和均衡度逐漸下降，城市用地結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定；2013年起，長春市土地利用結(jié)構(gòu)信息熵值保持在1.75±，均衡度保持在0.76±，這說明長春市城市用地的均質(zhì)性和土地利用類型結(jié)構(gòu)基本趨于穩(wěn)定。

(4)各區(qū)、市(縣)城市人均用地面積均有一定差異，存在不符國家標準的情況。