薛麗芳，孟瑤瑤，江 燕，于紅學(xué)

（1.中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 資源與地球科學(xué)學(xué)院, 江蘇 徐州 221116）

在全球城市化進(jìn)程中，城市空間急劇擴(kuò)張給城市發(fā)展帶來諸多問題，使得脆弱的城市生態(tài)環(huán)境承受巨大的壓力，對(duì)可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。對(duì)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)及模擬，并制定具有前瞻性、科學(xué)而連貫的城市擴(kuò)展調(diào)控政策一直是國(guó)內(nèi)外城市發(fā)展研究的熱點(diǎn)[1-4]。國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究開始于1990年代，側(cè)重于城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展的時(shí)空過程、模式及其特征、影響因素與驅(qū)動(dòng)機(jī)制、導(dǎo)致的資源環(huán)境問題、未來發(fā)展預(yù)測(cè)以及增長(zhǎng)控制、保障研究等方面。實(shí)證研究一方面是全國(guó)尺度[5]以及京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角[6-9]等主要宏觀經(jīng)濟(jì)區(qū)域尺度的城市建設(shè)用地增長(zhǎng)；另一方面是對(duì)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)城市和大城市的研究較多[10-13]。相對(duì)而言，欠發(fā)達(dá)區(qū)域和低等級(jí)城市的研究較少。

徐州地處東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地帶的相對(duì)低谷區(qū)，但作為全國(guó)重要的水陸交通樞紐和淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的核心城市，1980年以來經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)發(fā)展迅速。同時(shí)，徐州有百余年的煤炭開采史，隨著資源的枯竭，由典型的礦業(yè)城市向多樣化與綜合化職能城市轉(zhuǎn)型。區(qū)域中心性城市建設(shè)和礦業(yè)城市發(fā)展轉(zhuǎn)型的背景對(duì)徐州空間擴(kuò)張以及土地利用結(jié)構(gòu)產(chǎn)生雙重而深刻的影響。本文探討1983年以來徐州空間發(fā)展以及城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的時(shí)空變動(dòng)趨勢(shì)和差異，可補(bǔ)充城市發(fā)展的實(shí)證研究，也為制定徐州城市化與可持續(xù)發(fā)展相關(guān)政策提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

徐州位于江蘇省西北部，蘇、魯、豫、皖4省交界處。徐州市區(qū)面積3 059 km2，轄鼓樓、云龍、泉山、銅山、賈汪5個(gè)區(qū)。1990年以來，江蘇省加大對(duì)蘇北老工業(yè)基地的投資建設(shè)力度，徐州的基礎(chǔ)設(shè)施和投資環(huán)境得以大幅改善，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)擴(kuò)張和城市化快速發(fā)展。2013年，徐州市區(qū)總?cè)丝?21萬人，非農(nóng)人口250萬人，GDP 2 403億元，建城區(qū)面積253 km2。1983～2013 年，徐州市區(qū)GDP增加了2 395億元，非農(nóng)人口增加189萬人，建成區(qū)擴(kuò)展了212 km2。

1.2 數(shù)據(jù)源及處理

以1983、1993、2003、2013年4期Landsat TM/ETM+影像提取徐州土地利用變化以及建設(shè)用地的擴(kuò)張信息。采用ENVI軟件對(duì)影像進(jìn)行處理、解譯和精度評(píng)價(jià)，最終得到4期的土地利用分類數(shù)據(jù)以及建設(shè)用地?cái)U(kuò)展信息（圖1）。利用ArcGIS軟件對(duì)城鎮(zhèn)建設(shè)用地進(jìn)行信息提取和空間統(tǒng)計(jì)分析。

圖1 1983～2013年徐州土地利用類型及城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展

徐州市土地利用結(jié)構(gòu)以耕地、建設(shè)用地和林地為主，3種用地類型占比4期均在90%以上。1983～2013 年間占比變化增加的主要土地類型為建設(shè)用地、水域。建設(shè)用地從311.06 km2增加到755.51 km2，增加了1.4倍，水體增加了68 km2。建設(shè)用地的增加無疑源于城鎮(zhèn)化進(jìn)程，結(jié)合土地利用變化的轉(zhuǎn)移矩陣，其用地來源主要為耕地（438 km2）、林地（59 km2）和草地（19 km2）。水體的增加主要源于東北賈汪和西北銅山的煤礦區(qū)內(nèi)采空區(qū)和塌陷地的增加。減少的土地利用類型為耕地、林地和草地，分別減少了286 km2、174 km2、71 km2。

1.3 研究方法

1.3.1 空間形態(tài)指數(shù)

1）分形維數(shù)。分形可反映城市形態(tài)的復(fù)雜程度及土地利用受干擾的程度：

式中，St為第t年研究區(qū)域的分形維數(shù)；At、Pt分別為第t年城鎮(zhèn)建設(shè)用地的面積和周長(zhǎng)。S值的理論范圍是1～2之間，S值越大表示圖形形狀越復(fù)雜。當(dāng)S<1.5時(shí)，圖形趨于簡(jiǎn)單；越接近1.5越不穩(wěn)定；當(dāng)S>1.5時(shí)，圖形更加復(fù)雜。

2）緊湊度。緊湊度是衡量城市空間形態(tài)變化的重要指標(biāo)：

式中，Ct為第t年研究區(qū)緊湊度；At為第t年研究區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積；Pt為第t年研究區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)建設(shè)用地的周長(zhǎng)。C值在0～1之間，其值越大緊湊性越好。城市形態(tài)分形維數(shù)的倒數(shù)與緊湊度之間服從指數(shù)關(guān)系[14]。

1.3.2 空間擴(kuò)展指數(shù)

1）擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)。城市擴(kuò)展強(qiáng)度用以比較不同時(shí)期城市土地利用擴(kuò)展的強(qiáng)度和空間差異：

式中，Et為研究區(qū)域的城市擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)；Ft為研究區(qū)域的城市擴(kuò)展速度指數(shù)；ΔA為研究時(shí)段內(nèi)非城鎮(zhèn)建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)建設(shè)用地的面積；A為研究區(qū)總面積；Ai為研究時(shí)段初期研究區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)建設(shè)用地的面積；T為研究時(shí)段的時(shí)間跨度。根據(jù)年均擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)，劃分為緩慢（<0.28）、低速（0.28～0.56）、中速（0.56～1.05）、快速（1.05～1.95）、高速擴(kuò)展（>1.95）[10]。

2）城市建設(shè)密度，指某區(qū)域范圍內(nèi)建設(shè)用地面積占總土地面積的比例：

式中，Iti為t時(shí)間i區(qū)域城鎮(zhèn)建設(shè)用地的建設(shè)密度；Abti為t時(shí)間i區(qū)域城鎮(zhèn)建設(shè)用地的面積；At為t時(shí)間i區(qū)域的總面積。

陳少平：2019年，廣東墾區(qū)上下將全面貫徹黨的十九大和十九屆二中、三中全會(huì)精神，以習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想為指導(dǎo)，深入貫徹習(xí)近平總書記對(duì)農(nóng)墾和廣東重要講話精神，高舉新時(shí)代改革開放旗幟，抓住粵港澳大灣區(qū)建設(shè)這一大機(jī)遇、大文章，立足農(nóng)墾定位，發(fā)揮墾區(qū)優(yōu)勢(shì)，持續(xù)推進(jìn)“走出去”發(fā)展，讓廣東農(nóng)墾的發(fā)展搭上新一輪改革發(fā)展的快車，為實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、質(zhì)量興農(nóng)戰(zhàn)略、健康中國(guó)戰(zhàn)略做出廣墾貢獻(xiàn)。

1.3.3 空間擴(kuò)展分析方法

1）象限方位分析。以1983年建設(shè)用地的中心為原點(diǎn)、東西方向?yàn)闄M軸、南北方向?yàn)榭v軸，將研究區(qū)劃分為8個(gè)象限，與各時(shí)期城鎮(zhèn)建設(shè)用地分布圖疊加，以定量分析城鎮(zhèn)建設(shè)用地的時(shí)空方位變化。

2）緩沖區(qū)分析。以1983年建設(shè)用地的中心為基準(zhǔn)點(diǎn)向外作4 km等間距多環(huán)緩沖區(qū)，將各緩沖區(qū)與建設(shè)用地圖疊加，以分析城鎮(zhèn)建設(shè)用地隨中心城市距離的變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 城市空間擴(kuò)展及形態(tài)變化特征

根據(jù)影像特征和空間形態(tài)指數(shù)的計(jì)算結(jié)果（表1），將研究期內(nèi)城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展及其形態(tài)特征分為3個(gè)階段。

“星形結(jié)構(gòu)”及其內(nèi)部充填時(shí)期（1983～1993年）。城鎮(zhèn)用地沿城北、城西、城南呈星狀內(nèi)部填充擴(kuò)展，分維數(shù)下降而緊湊度上升。建設(shè)用地增加了144 km2，年平均增加14.4 km2，擴(kuò)展強(qiáng)度（0.47）為低速擴(kuò)展。

“蔓延擴(kuò)展”期（1994～2003年）。徐州城東北、城西北和城南不同級(jí)別的經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建成，表現(xiàn)為外部擴(kuò)張發(fā)展。分維數(shù)上升而緊湊度下降，空間形態(tài)變得復(fù)雜。建設(shè)用地?cái)U(kuò)展了214.9 km2，年均增加21.49 km2，擴(kuò)展強(qiáng)度（0.70）為中速。

表1 1983～2013年各時(shí)間段城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度和速度

“雙核+組團(tuán)”城市起步期（2004～2013年）。隨著新城區(qū)和高鐵商務(wù)區(qū)的建設(shè)，“雙核（老中心區(qū)和新城區(qū)）五組團(tuán)（金山橋、壩山、九里、銅山、高鐵新區(qū)）”的城市空間結(jié)構(gòu)初步形成。建設(shè)用地在區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)一步擴(kuò)張，分形維數(shù)上升而緊湊度下降。建設(shè)用地增加85.6 km2，年均增加8.56 km2，擴(kuò)展強(qiáng)度（0.28）為低速。

2.2 各象限城鎮(zhèn)建設(shè)用地變化的時(shí)空特征

表2 1983～2013年各時(shí)期各象限城鎮(zhèn)建設(shè)密度變化/%

1983～1993年，新增加的工業(yè)用地集中在Ⅴ、Ⅵ象限的段莊、余窯、礦山路、八里屯等地。城北的Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ象限是傳統(tǒng)的工業(yè)、對(duì)外交通、倉(cāng)儲(chǔ)以及軍事用地的集聚區(qū)，建設(shè)用地的發(fā)展方向延續(xù)了這一趨勢(shì)。

1993～2003年，傳統(tǒng)的建材、煤電、冶金等工業(yè)集中于Ⅳ象限的九里山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)；裝備制造、新能源、新材料以及現(xiàn)代服務(wù)業(yè)聚于Ⅱ象限的金山橋高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)園；城南銅山經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)和城東南徐州新區(qū)位于Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ象限，其建設(shè)密度的增加值超過8%。

2003～2013年，高鐵商務(wù)經(jīng)濟(jì)區(qū)的形成、新城區(qū)成為新的行政、商務(wù)中心區(qū)以及2010年銅山縣撤縣建區(qū)，共同推動(dòng)了Ⅴ、Ⅵ象限建設(shè)用地的快速擴(kuò)展。

2.3 各緩沖區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)用地變化的時(shí)空特征

圖2、3顯示了徐州城鎮(zhèn)建設(shè)用地密度和擴(kuò)展強(qiáng)度在各緩沖帶的空間分異。

1983～2013年，建設(shè)用地的密度隨著時(shí)間推移在各緩沖區(qū)內(nèi)都表現(xiàn)為增加趨勢(shì)。其空間分異特點(diǎn)為：①距中心點(diǎn)0～8 km內(nèi)為中心城市建設(shè)的核心區(qū)，建設(shè)密度不斷加強(qiáng)；②8 km之外，建設(shè)密度隨著與中心城區(qū)距離的增加呈逐漸降低的梯度變化；③中心城區(qū)的吸引力和輻射范圍到24 km處達(dá)到最低點(diǎn)，24 km以外，小城鎮(zhèn)成為建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的主要核心區(qū)。

圖2 各時(shí)期建設(shè)用地密度隨距中心城區(qū)距離的變化

圖3 各時(shí)間段各緩沖區(qū)城鎮(zhèn)建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的空間分異

建設(shè)用地的擴(kuò)展強(qiáng)度亦呈現(xiàn)從中心向外圍的“圈層式”擴(kuò)展趨勢(shì)，擴(kuò)展活躍地域從4 km以內(nèi)向4～8 km再向8～20 km緩沖帶處推移，城市空間格局從內(nèi)圈聚集向外圈擴(kuò)散發(fā)展。1983～1993年間，4 km以內(nèi)建設(shè)用地為中速擴(kuò)展，4～8 km處建設(shè)用地快速擴(kuò)展，城市處于集聚發(fā)展階段。1993～2003年間8 km以內(nèi)為快速擴(kuò)展區(qū)，以外由于各類工業(yè)區(qū)的建設(shè)普遍為中速擴(kuò)展。2003～2013年間， 4～8 km、12～20 km由于新區(qū)和高鐵經(jīng)濟(jì)區(qū)的建設(shè)為中速擴(kuò)展。

3 徐州城市擴(kuò)展的影響因素分析

1）自然條件的約束。徐州市區(qū)以平原為主，北面的九里山和京杭大運(yùn)河成為城市拓展的自然屏障；西部、西北部和東北部有較大面積的煤炭塌陷地，短期內(nèi)不宜進(jìn)行大規(guī)模的城市建設(shè)；南部是云龍湖、云龍山風(fēng)景區(qū)，作為城市休閑場(chǎng)所和生態(tài)屏障，需限制發(fā)展；而城東部和東南部，地質(zhì)條件較好，地勢(shì)平坦適合作為城市的主要發(fā)展方向。

2）經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)的促動(dòng)。選取1983～2013 年徐州城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與城市建設(shè)用地面積進(jìn)行相關(guān)性分析，得出GDP、城市人口、第二產(chǎn)業(yè)增加值、社會(huì)固定資產(chǎn)投資、第三產(chǎn)業(yè)增加值與城市用地面積具有較強(qiáng)的相關(guān)性。30 a間，以工業(yè)和房地產(chǎn)為主的用地?cái)U(kuò)展導(dǎo)向是城市擴(kuò)展的主要驅(qū)動(dòng)力。

3）交通的牽引。交通作為城市發(fā)展的基礎(chǔ)動(dòng)脈，成為城市用地規(guī)模擴(kuò)展的主要引導(dǎo)因素之一。1993年前，市內(nèi)主要道路的鋪設(shè)奠定了市區(qū)發(fā)展的主體框架。1993年以后，外環(huán)路、國(guó)道、高速公路以及高鐵等對(duì)外交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，推動(dòng)了徐州城市空間多方向和圈層式擴(kuò)展的動(dòng)力。

4）規(guī)劃與政策的引導(dǎo)。徐州城市1984、2003年城市總體規(guī)劃、1994年修編規(guī)劃以及徐州都市圈規(guī)劃等都對(duì)城市空間擴(kuò)展起到了較好的引導(dǎo)作用。此外，城市土地政策、住房制度、戶籍制度的改革也推動(dòng)了城市空間擴(kuò)展。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）1983～2013年，徐州城鎮(zhèn)建設(shè)用地311.06 km2增加到755.51 km2，增加了1.4倍。

2）城鎮(zhèn)建設(shè)用地在空間象限和距離緩沖區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)明顯的空間分異特征。建設(shè)用地的密度和擴(kuò)展強(qiáng)度均呈現(xiàn)從中心向外圍的“圈層式”擴(kuò)展趨勢(shì)。

3）徐州城市用地?cái)U(kuò)展的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人口增長(zhǎng)的速度，城市擴(kuò)展占用大量近郊優(yōu)質(zhì)土地，部分近郊農(nóng)民存在“被城市化”現(xiàn)象，城市擴(kuò)張與耕地保護(hù)、農(nóng)民利益保障、環(huán)境保護(hù)之間的諸多利益的協(xié)調(diào)，從可持續(xù)發(fā)展的角度，構(gòu)建科學(xué)而合理的緊湊型城市空間發(fā)展模式，是擺在城市決策和研究者面前亟待解決的重大課題。

[1]陸大道.我國(guó)的城鎮(zhèn)化進(jìn)程與空間擴(kuò)張[J].城市規(guī)劃學(xué)刊,2007(4):47-52

[2]方創(chuàng)琳.中國(guó)城市化進(jìn)程及資源環(huán)境保障報(bào)告[M].北京：科學(xué)出版社,2009

[3]Lambin E F，Geist H J.Land-use and Land-cover Change:Local Processes and Global Impacts[M].Berlin: Springer,2006

[4]王婧,方創(chuàng)琳.城市建設(shè)用地增長(zhǎng)研究進(jìn)展與展望[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2011,30(11):1 440-1 448

[5]莊大方,田光進(jìn).90年代中國(guó)城鎮(zhèn)用地動(dòng)態(tài)變化的遙感監(jiān)測(cè)[J].資源科學(xué), 2003,25(3):78-82

[6]張文忠,王傳勝,薛東前.珠江三角洲城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展的城市化背景研究[J].自然資源學(xué)報(bào),2003,18(5):576-582

[7]Tan M H, Li X B, Xie H, et al.Urban Land Expansion and Arable Land Loss in China: a Case Study of Beijing-Tianjin-Hebei Region[J].Land Use Policy,2005,22(3):187-196

[8]李加林,許繼琴,李偉芳,等.長(zhǎng)江三角洲地區(qū)城市用地增長(zhǎng)的時(shí)空特征分析[J].地理學(xué)報(bào),2007,62(4):437-447

[9]黎夏,葉嘉安.利用遙感監(jiān)視和分析珠江三角洲的城市擴(kuò)張過程:以東莞市為例[J].地理研究,1997,16(4):56-62

[10]Liu S H.Prieler S, Li X B.Spatial Patterns of Urban Landuse Growth in Beijing[J].Journal of Geographical Sciences,2002,12(3):266-274

[11]張心怡,劉敏,孟飛.基于RS和GIS的上海城建用地?cái)U(kuò)展研究[J].長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境,2006,15(1):29-33

[12]Seto K C, Fragkias M.Quantifying Spatiotemporal Pat-terns of Urban Land-use Change in Four Cities of China with Time Series Landscape Metrics[J].Landscape Ecology,2005,20(7):871-888

[13]王厚軍,李小玉,張祖陸,等.1979～2006 年沈陽(yáng)市城市空間擴(kuò)展過程分析[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008,19(12):2 673-2 679

[14]陳彥光,劉繼生.城市形態(tài)邊界維數(shù)與常用空間測(cè)度的關(guān)系[J].東北師范大學(xué)學(xué)報(bào),2006,38(2): 126-131