中国城市异速增长分析，本文主要内容关键词为：中国论文,城市论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 引言
城市人口与城市用地的空间分布关系是城市资源合理配置和相关政策制定的重要依据。关于中国城市人口密度过高的讨论[1]或城市用地扩展过快的判断[2]等问题也一直为理论界与相关决策部门所关注。尽管城市人口与城市用地的数量关系在一定意义上具有较强的一致性[3]，但常用的绝对人口密度指标只能为城市规划与城市发展提供非常有限的信息[1]。事实上，城市人口和城市用地是不同空间维度上的增长变量[4]，以此为基础的城市异速增长（allometric growth）分析方法可以为理解它们之间的相对增长关系提供更有效的判断。
异速增长法则最先是由生物学家发现的，用于描述一个有机体（或其一个器官）的相对增长与其（另）一个器官的相对增长会成比例的生长现象[4,5]。这一法则在非生物学领域也得到了越来越广泛的应用[5]，城市化就是其中的一个重要领域。尽管异速增长分析尚缺乏一个令人满意的理论基础，以致许多学者认为其不是一种内在的生长规律[6]。但由于异速增长关系可以从明确表达增长率为时间的函数的Gibrate法则推导出来[4]，因此，城市异速增长分析常常作为一种测度相对增长关系的方法而在城市化的研究中广泛使用。
White and Gould针对异速模型参数含义的解释进行了深入研究[6]，Zar就选取正确的异速方程和估计方法来分析异速增长的问题进行了专门分析[7]，Giriffiths等[8]、Klingenberg等[9]及West等[10]深入研究了广义异速模型或多变量异速模型的估计及应用问题；Nordbeck[4]采用1960年、1965年瑞士的城市建成区数据和人口数据建立了异速增长方程，Lee Y.[5]运用异速增长法则，分析了美国1960年、1970年和1980年的城市人口规模与城市化地区土地面积之间的关系，发现美国城市体系存在动态相似模型（dynamic similarity model）与负异速增长现象；近年来，随着异速生长分析中分形理论的引入[10,11]，有关异速模型标度因子的解释在理论上得到了提升，并深化了对异速生长法则的理解与认识。
近几年，中国不少学者尝试性的采用异速增长模型对地区城市体系、城市用地和城市人口的关系进行了研究。如陈彦光、周一星[11]以河南省城市异速增长为例，利用RS数据研究了其城市体系的动态相似性，并建立了城镇化水平的预测模型；梁进社、王旻[12]研究了单个城市异速增长的问题，并基于中国40个城市异速增长的经验分析，认为城市用地与其人口存在着异速增长关系；常静、李雪铭[13]通过引入城市垂直空间生长的标度因子新变量，并以大连市为例分析了其城市化进程中人口—土地—产值结构的发展。本文尝试对1990年和2000年两个截面时间的中国城市建设用地和城市人口的关系进行分析，试图在对异速增长系数进行讨论的基础上，揭示中国城市异速增长的特性。对该问题的研究有利于对转型时期中国城市用地和城市人口的增长关系进行分析，可以为城市发展政策的制定提供依据。
2 关于城市异速生长原理的讨论
如果将反映城市特征的城市用地规模与城市人口看成是城市这个有机体的两个器官[12]，则根据异速生长法则，我们可以通过测算出城市用地规模而可能更为准确地估计出相应城镇人口的值。城市异速生长法则的具体含义可从下式看出[4]：
在进行异速生长分析时，已有的研究通常会对式（2）与式（3）未加区分地应用，且由于对式（3）进行参数估计的算法较式（2）大为简化，实证研究中会更倾向于应用式（3）来进行分析。但Zar J.H.[7]在其研究中专门对此问题作了详尽的分析并指出，从算法来看，直接应用式（3）来对式（2）的参数进行估计会存在系统偏差，而为使得出的结论更为合理，应直接利用式（2）来对异速生长问题进行研究；同时，其文也指出，讨论只是针对异速方程作为回归模型来使用的这一情形。
关于异速生长方程的讨论，主要集中在b和a这两个系数的值方面。首先，由异速增长的方程可知，系数b通常被称为标度因子，根据等式（1），即在假定P和A之间是等维度的情况下，其含义十分明确[5]：
b＞1，正异速生长，表明A比P增长快，城市人口密度下降；
b＜1，负异速生长，表明A比P增长慢，城市人口密度加大；
b＝0，表明P对A没有任何影响，城市人口密度没有变化；
b＝1，同速生长，表明两者增长呈线性关系。
显然，同速是异速的特例，其中，b*作为标度因子的标准值为1。但大量的实证研究，对城市异速生长模型标度因子标准值的确定存在争议。如Nordbeck通过对瑞典城市的研究发现标度因子的标准值b*应当十分接近2／3[4]，其含义是假设人口的活动是在三维空间上进行，而面积的扩展则是在二维平面上进行，此时的维度为3，A的维度为2，而为平衡P和A之间的维度不相等，则应取b*值为2／3；但根据分形理论及Lee通过对1960-1980年美国城市异速增长的研究发现，动态相似模型或弹性相似模型对于描述城市的动态性应更切实际，并总结认为标度因子的标准值多在2／3～1之间，即人口的维度更可能小于3，而面积的维度也可能未达到2，且其实证结果不支持上述Nordbeck有关比例系数的解释[5]；而国内学者从分形理论出发，认为标度因子标准值的理论值或经验上的平均值在0.85左右[14]。在异速生长的分析中，b*值对维度的平衡作用，可以使城市体系内城市面积与城镇人口之间相对增长关系的分析更加趋于合理。
异速方程中的另一个系数a，叫做比例系数（proportionality coefficient）。它在标度因子相同或相近时，对于比较分析十分有用[4,6]。但对a的含义解释并没有系数b的明确，在多数研究中干脆忽视其在异速生长分析中的意义。而White and Gould[6]、Gould[15]针对此问题进行了深入研究，并通过证明给出了比例系数的一个解释：
3 数据处理
本文采用1990年、2000年、2005年三年截面数据对1990-2005年的中国城市异速增长问题进行分析，因为这段时期是中国处在典型的经济转型时期，中国城市空间演变将更体现出市场经济与集聚效应的作用，对其进行深入分析也会具有典型的理论与现实意义。
对中国而言，由于城镇人口会比非农业人口更具代表性，它更趋近于居住在城市地区的人口总数，因此，1990年和2000年的数据分别采用《中国1990年人口普查资料》和《2000年人口普查分县资料》，县级市人口数据为该市所辖县镇的所有城镇人口数，地级市人口数据为其市辖区的城镇人口数；1990年的城镇人口指街道和镇人口总数，2000年以资料定义的城镇人口为准。而由于不能完全获得2005年中国1％人口抽样调查的地县市相应城镇人口数据，故2005年县级市城镇人口的数据主要利用《中国城市建设统计年报2005》中的城市人口数加上暂住人口数得到，地级市市辖区城镇人口的数据主要利用《中国城市统计年鉴2006》中的市辖区户籍人口数加上《中国城市建设统计年报2005》中的相应暂住人口数得到。最后，通过参考2000年人口普查的城市城镇人口数据及《中国人口统计年鉴2006》中的2005年中国1％人口抽样调查的省区城镇人口数据发现，通过此方法确定的城镇人口数，可较趋近地代表居住在各城市地区的城镇人口总数：城市建成区面积数据分别来源于《中国城市统计年鉴1991》、《中国城市建设统计年报2000》、《中国城市建设统计年报2005》；同时，为消除异常值对分析结果的显著影响以更准确地反映出总体情况，通过作散点图的方法进行了剔除异常值的处理，即将建成区面积或城镇人口相对过大的城市从样本中剔除。最后，分析的总体样本为1990年的430个城市、2000年的642个城市、2005年的649个的城市。
4 中国城市系统的异速增长的讨论
4.1 城市异速增长方程的选择
针对上述原理的讨论，本文分别利用式（2）和式（3）对全部样本数据进行了参数估计，其中，对式（2）采用的是在Matlab软件中应用其模块中的Trust-Region Reflective Newton算法，在显著性水平95％上进行估计，结果见表1。发现式（3）的1990年、2000年和2005年的中国样本拟合优度值分别只有0.51、0.65和0.76，明显低于式（2）拟合优度值0.87、0.89和0.79。比较而言，以式（2）来建立异速方程，其对各样本信息量的解释能力较好。一方面，这说明如果以式（3）来对中国城市异速生长问题进行分析，其对现实情形进行刻画的有效程度会大大降低，甚至难以得出正确的结论；另一方面，这也从实证角度进一步佐证了上述Zar J.H.[7]于其文中相关理论方法探讨所得的结论。
4.2 关于城市异速增长判断的讨论
首先，对是不是存在异速增长进行判断。正如Lee于其文中所言，如果异速模型在统计上不存在显著的关系或其标度因子b值的不确定性变化较大时，表明异速模型只是对城市人口与面积之间关系的统计分析[5]。
本文在总体城市样本的基础上，再按三大地带[16]城市样本，以式（2）的形式进行估计，结果如表2。而从表2的分析结果可知，各类样本在统计上表现良好的相关关系，即中国城市存在异速增长。
那么，如何判以总体城市样本和三大地带城市样本的异速增长模型的性质，即是正异速增长还是负异速增长呢？这就关系到标准值b*的取值问题。根据已有的研究，分别按三种标准值b*的取值进行讨论。
若b*取值为2／3，分析结果表明无论是1990年、2000年还是2005年，这几类城市样本的b值都大于标准值，处于正异速增长阶段，即城市用地比城市人口增长速度快，这也就是说1990-2005年中国城市人口密度普遍处于下降的状态。但从实际人口密度的变化来看，1990-2000年中国城镇人口密度是从2.06万人／
增加到2.81万人／，是处在一个增加的状态，而到了2005年城镇人口密度下降为2.35万人／，显然2／3的取值不符合现实情况。
若b*＝1，从表2的结果中就会发现，所有类型城市都处于负异速增长的状态，也就是说，在1990-2005年的15年间，城市用地比城市人口增长速度都要慢，所有的样本城市都处于城市人口密度增加的状态，显然这与2000年与2005年的人口密度变化不相符合。
若b*取值为0.85，以中国城市的样本为例，1990年为负异速增长，2000年和2005年处于正异速增长的状态，这与1990-2005年人口密度的描述相一致，东、西部城市样本与中国城市样本的结果一致，但中部城市在2000年处于负异速增长状态外；
尽管从以上的讨论中不能够明确得出中国城市异速增长的性质，但是刘继生、陈彦光[16]认为b*取值为0.85，这是因为城市土地利用面积在理论上平均是1.7维，而城市人口一般为2维，因此，中国城市异速增长的b*取值为0.85可能更加符合城市人口密度的变化。以下将通过线性规模因子s的讨论，检查这些城市是不是具有负异速增长的特征。
4.3 关于线性规模因子s的讨论
根据White and Gould[6]对比例系数a的解释，s*表示在标度因子相同时，一个城市系统在两个不同时期的规模比例。从Lee[5]对城市作为动态系统，其发展具有动态相似性和弹性相似性来看，在b固定的情况下，对两个时期的a的比例s*进行计算，可以对异速增长的性质进行讨论。
首先，计算1990年和2000年两个时期下的s*值，这里，把分析样本中1990年已有的城市视为原有城市（共421个城市，而未包括1990年以后新增的城市和撤销建制的城市）。以大于2000年各分类城市异速模型b值的0.01值作为各类城市样本的固定值，计算结果见表3。可知各分类城市2000年或2000年原有城市对1990年的s*值基本都小于1（中部2000年原有城市除外）。这个结果表明，除中部城市以外，中国城市样本、东、西部城市样本和地级市城市样本都表现出负异速增长的性质，而中部城市样本，却表现出规模因子s不变的性质。以东部城市为例，在b取相同值0.90，且城镇人口一定时，由2000年东部城市的s*＝0.248，可得
＝
＝0.870，即相同城镇人口数拥有的城市用地，2000年东部城市的是1990年的0.870倍。也就是说，1990-2000年的s*值支持b*取值为0.85的判断。
b值固定后，各待估方程实际上为线性模型，故在此采用Robust Least Squares算法（RLS；因OLS算法对异常值敏感，而RLS可最小化异常值的影响，故可使估计结果更能反映总体情况），在95％的显著性水平上对所有方程进行估计；
其次，依同样的方法计算1990年和2005年两个时期下的s*值，从表3发现s*值均小于1，并不直接支持该阶段正异速增长的判断。但是，中国城市样本和东部城市样本的2005年的s*值均大于2000年的s*值，即这两类样本城市相同城镇人口数在2005年比2000年要拥有的城市用地数量要多，支持正异速增长的判断；另一方面，中部和西部样本城市的s*值2005年比2000年减少了，并有体现出城市用地数量比人口增长快的特征。
这个结论实际从一定程度上支持了以上对若b*取值为0.85的讨论，即1990年中国城市处于负异速增长的状态，而2000年和2005年是处于正异速增长的状态（不包括2000年的中部城市样本），也就是说，城市建成区面积的增长与城镇人口的增长关系在2000年出现一个“拐点”。需要说明的是这里并没有证明s*＜1，是负异速增长的必要条件，但可以说，如果一个城市系统是负异速增长，那么会有s*＜1的现象出现，即s*＜1不能作为负异速增长的稳健性检验。
5 分析结果的含义
5.1 中国城市异速生长的总体分析
根据以上的讨论，中国样本城市在1990年为负异速增长，2000年和2005年为正异速增长的结论下，以表2为基础，对具体的计算结果进行描述性的分析。
从表2的结果看，中国城市系统存在两个基本的事实。①在20世纪90年代随着中国城市化进程步入加速发展阶段，总体上中国城市的人口密度显著提高，集聚效应显现，城镇人口的空间分布越来越集中，但是，在这10年间，城市建成区的相对增长速度2000年比1990年已有所提高。因为，从1990-2000年中国城市样本的b值都有所增加，如中国城市样本的b值由0.823增加到0.856，略为超过0.85的临界值。这与陈海燕等[2]直接按照两者的增长率进行对比所得出的结论是相似的，即其通过城市扩展系数的国际比较，认为1986-2000年中国城市建成区面积相对于城市人口增长过快。因此，在20世纪90年代，中国城市发展呈现人口密度增长的一般特性，但人口密度增长的程度在下降。②2000-2005年城市用地增长的速度大于人口增长的速度，中国城市样本的b值都有所增加从0.856增加到0.913，这与王梦奎[17]认为中国城镇建成区面积年均增长8.05％，而城镇人口年均4.49％的结论相一致。这两点结论正好体现了异速增长分析与人口密度分析存在较好的关联性，也说明比较简单的统计分析更能反映城市用地与人口之间的关系。
导致这种现象出现的原因可以从两个向外的张力一个向内的收缩力来理解：
（1）第一个张力是住房体制的改革。20世纪90年代是经济体制转型最为显著的10年，在90年代初期中国已经彻底地改变了计划时期“先生产、后生活”的城市建设方式，城市建成区面积得到迅速扩大，到1996年以来，福利分房的逐步终结和住宅的商品化推动了房地产商的土地开发行为，也激发了居民改善居住条件的欲望，房屋竣工面积快速增加，如图所示，受到住房制度改革的影响，从1995年开始中国住宅竣工面积持续上升，由于当时的商品房开发是以新区建设为主，以多层住宅为主要形式，容积率相对不高，因此，住宅建设推动了城市建成区面积的增加，也就是说，即使在人口不变的情况下，由于居住条件的改善也会导致城市建成区面积的增加；2000年以后，尽管住宅竣工量保持较平稳，但由于这个阶段的城市扩展模式以郊区低密度、低容积率的新城建设为主[18]，建设用地的增长仍然出现较快的现象。第二个张力是城市开发区建设。设置开发区是中国城市经济增长的重要空间手段，根据2006年国家发展和改革委员会、国土资源部、建设部公布的《中国开发区审核目录》统计，1990-2006年中国开发区增加的面积达到95.2万
，年均以22％的速度增长。根据国土资源部的统计，截至2006年6月，中国30个省（自治区、直辖市）共清理出各类开发区6741个，规划用地面积3.75万，中国撤销各类开发区4735个，占开发区总数的70.2％；核减开发区规划用地面积2.41万，占原有规划面积的64.4％，中国开发区面积（包括未经审核的面积）大大超过了实际的需求，导致建设用地面积快于城市人口的增长。
（2）另外一个是收缩力，就是外来人口。1990-2000年是城市外来人口增加很大。根据第五次人口普查，2000年在中国的1.44亿人流动人口中，流入城镇的有1.13亿人，占78.6％。1990-2000年中国城镇人口增加了1.57亿人，城镇外来人口增长对城镇人口增长的贡献率为60％。由于外来人口主要是城市的产业工人，而外来人口对城市设施和城市用地的使用程度比户籍人口的使用程度要小的多。在城市总体规划中外来人口往往采用一个折减系数记入总人口中，并用于计算总用地的基数，也就是说，与户籍人口相同的人使用的城市土地面积相对要小；但根据2005年的1％中国人口抽样调查，2000-2005年中国流动人口仅增长296万人，2000年后，外来人口的这种收缩力在减少。
对城市用地和城市人口增长的关系而言，住宅需求和开发区带来的用地扩展力和外来人口带来的用地收缩力是两个相反的力量。中国城市异速增长性质给出了两者之间的关系，即在20世纪90年代，中国城市的城市建设用地增长的维度小于城市人口的增长的维度，但城市建成区增长的速度与城市人口增长的速度的差距正在缩小；2000年以后，中国城市异速增长的性质发生了变化，出现了正异速增长的现象，不仅城市建成区增长的速度大于城市人口增长的速度，而且城市建设用地增长的维度大于城市人口的增长的维度。
图2 1985-2006年中国住宅竣工量
Fig.2 Total numbers of housing completed in China(1985-2006)
5.2 按三大经济地带分析
由于中国采取了自东向西的梯度区域发展战略，按东、中、西部三大地带对城市异速模型的b值进行考察。从表2可知，相比于1990年、2000年、2005年三大经济地带b值的变化，都以东部的为最大，西部次之，中部的最小，即东部城市建成区面积相对增长的变化率最高，而中部的最小。该结果与表3的s*的东、中、西三大地带的分布是一致的，这也从时间因素的角度说明分析的稳健性。
首先，这与中国三大经济地带非农产业的就业弹性格局相同。根据张江雪[19]对中国三大经济地带非农就业弹性（即第二、三产业的就业弹性）的实证研究可知，1978-2003年东中西部如果分别经济增长1％。其非农就业则依次增长0.628％、0.410％和0.455％[16]。
其次，从表2可发现，中部城市在1990年和2000年的b都是最低，但2005年b值较大，这表明在1990-2000年间中部城市用地增长与人口增长保持一个较稳定的状态，这种稳定与中国在20世纪90年代经济体制转型带来经济发展机制与动力变化不同步，从另一个侧面改革开放的滞后是中部城市经济发展“塌陷”的重要原因之一，进入21世纪后，“中部崛起”政策的实施，引发了中部城市发展的冲动，城市建设用地的速度迅速提高。
而西部城市异速增长的b值和变化值之所以较高的原因，可以归于中国在西部大开发的实施，大量基础设施的建设改善了西部的投资环境，一方面加速了人口向外流出的过程，另一方面促进了西部城市扩大建设面积吸引外来投资的动力。
6 结论
本文利用异速增长方程，分析了1990-2005年中国城市发展过程中，城市用地增长与城镇人口增长之间的关系，认为中国城市是异速增长，在对异速增长方程中的标度因子b值讨论的基础上，在对标度因子的标准值进行充分讨论后，认为1990年中国城市增长是负异速增长，2000年和2005年呈现正异速增长的状态，中国东、西部城市样本也表现出这种规律，而中部城市在1990、2000年保持了原有的建设用地与人口增长的比例，但在中部崛起的政策下，2005年表现为正异速增长，该结论说明异速增长分析较简单的统计分析更能反映城市用地与人口之间变化的关系，中国城市增长不仅受到国家发展政策的影响，而且受到住房体制改革、开发区扩展两个张力与人口聚集收缩力之间相互作用的影响。
城市异速增长在国内外的研究中仍然是一个极富争议的命题，本文采用20世纪90年代的两个断面数据对中国城市异速增长进行实证，尝试为中国城市异速增长的讨论提供新的素材。
收稿日期：2008-09-27；
修订日期：2009-02-02
标签：人口密度论文; 中国的人口论文; 建成区面积论文; 城镇人口论文; 城市中国论文; 用地面积论文; 人口问题论文;