用地空间结构对城市土地集约利用评价尺度效应的影响，本文主要内容关键词为：空间结构论文,集约论文,尺度论文,效应论文,土地论文，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。
文章编号：1007-7588(2009)12-2130-07
修订日期：2009-10-12
1 引言
随着我国社会经济的飞速发展和工业化、城市化进程的不断加快，对土地这一稀缺资源的需求日益增加。如何提高存量建设用地的集约利用水平，改变目前粗放型资源利用方式，促进我国经济社会的可持续发展是摆在理论界和实际土地管理者面前的一个重要课题[1]。为满足土地管理、城市规划等诸项实践的迫切需求，目前我国关于城市土地集约利用的研究多偏向于应用，主要集中在城市土地集约利用评价和潜力分析两个方面[2,3]。
在理论研究上，关于城市土地集约利用内涵的讨论不断深入。陶志红归纳多家观点，提出城市土地集约利用是“以合理布局、优化用地结构和可持续发展的思想为依据，通过增加存量土地投入、改善经营管理等途径，不断提高土地的使用效率和经济效益”[4]。同时，许多学者也认识到城市土地集约利用是基于空间尺度的动态概念，可分为宏观、中观和微观3个层次，在不同的空间尺度上城市土地集约利用的侧重点应有所不同[5]。宏观层面以整个城市为对象，强调城市的综合效益及用地功能、结构的合理性；中观层面以城市功能区为对象，侧重从城市用地的功能差异评价土地使用效率和潜力；微观层次以地块为评价对象，评价地块的使用效率和建筑潜力[6,7]。
但在实际应用中，用地布局和空间尺度往往是进行土地集约利用评价时容易被忽略的问题[8～11]。在很多情况下由于数据搜集的困难或实际研究设计，会将地均固定资产投资、地均GDP等同一指标应用于各种尺度下的土地集约利用评价，或完全依靠在中观尺度(街道/镇)得出的评价结论去指导微观尺度(地块)的土地管理及政策制定。这样操作所产生的偏差，即土地集约利用评价的尺度效应目前在理论界和实际应用中都没有引起足够的重视。
随着现阶段土地空间管理趋于微观，更加强调落实于地块，对土地集约利用评价的尺度效应及其影响因素进行研究有助于深入掌握城市土地集约利用的空间内在特征，也能为完善城市土地集约利用评价体系提供有价值的参考。鉴于此，本文以2008年深圳市宝安区工业企业调研数据为基础，利用常用指标和方法分别基于街道和地块对工业用地的集约利用水平进行评价，对比不同尺度下评价结果的异同，并分析用地空间结构对尺度效应的影响。
2 数据准备与研究方法
2.1 主要数据情况
2008年，深圳市宝安区通过问卷发放的形式完成了《宝安区企业发展情况的调查报告》。剔除错填及不完整数据后，本研究利用有效数据19745条，基本能够反映全区规模以上工业企业的用地集约状况。每条调研数据都带有标明空间位置的区位字段和与土地集约利用评价相关的指标字段。
2.2 研究方法
2.2.1 调研数据的空间化 首先，根据调研数据的“所在工业区”字段，以工业区为单位将同一工业区内的企业数据进行汇总。其次，根据“具体位置”字段，并结合《深圳市写真地图集》[12]和2006年航片影像对每个工业区以点的形式进行空间定位。第三，结合深圳市2007年土地详查图和地籍图，提取宝安区的工业用地地块。最后，利用ArcGIS 9.2软件对前两步得到的数据进行空间关联，实现调研数据以地块为单元的空间化。
2.2.2 评价指标的选择与计算 关于土地集约利用评价指标选择的原则和方法多有探讨[2，6]。在本研究中根据数据特点和研究目的，选择在以往研究中进行不同空间尺度评价时都可能利用的投入产出指标作为考察对象：投入类指标选择地均投资额，产出类指标选择地均产值。
地块尺度上的评价指标值计算直接利用空间化后的调研数据在ArcGIS9.2软件上实现。并根据通常空间分析所采用的方法，对基于地块的土地集约利用评价指标进行空间插值，以反映在研究区的二维空间中土地集约水平的差异性。而街道尺度上的评价指标值是结合宝安区行政区划图，汇总每一街道内的所有工业用地地块，求取面积加权平均值得到。
2.2.3 土地集约利用水平分级 在实际应用中，城市土地集约利用水平分级并无固定统一的标准，往往由研究区特点或研究目的所决定。在本研究中为减少主观影响，利用ArcGIS9.2软件按1倍标准差距离(1 Standard Deviation)对地块尺度上的地均投资额和地均产值分别进行分级，由系统自动产生分级级数和幅度。
2.2.4 对用地空间结构的考察 用地空间结构包含两个含义：一是不同集约利用水平的用地的数量结构；二是所有用地的空间布局。前者主导区域土地集约利用的综合水平，后者决定所有地块集合的整合程度和空间形态。
在本研究中，首先根据土地集约利用评价指标对所有地块进行分级，并按公式(1)计算每个街道中不同集约水平地块的数量结构。其次，以街道为单位利用景观格局指数[13]对工业用地的空间布局进行量化表达，并进一步考察用地空间结构对土地集约利用评价尺度效应的影响。
(1)用地数量结构指标(Quantity Structure Index)。k集约水平用地的数量结构可表示为(单位：％)：
(2)香农多样性指数(Shannon Diversity Index)。香农多样性指数H是基于信息论基础，用以度量结构复杂程度的指数。在本研究中，随着香农多样性指数的增大，说明同一街道内不同集约水平地块的组成结构也趋于复杂化。香农多样性指数的计算公式如下：
(3)优势度指数(Dominance Index)。优势度指数D是多样性指数的实际计算值与最大值之差。在本研究中，较大的优势度指数说明同一集约水平地块在街道中占主导地位。就研究区整体而言，通常情况下集约水平较低的地块占多数，所以优势度指数越高可以认为该街道低水平地块越多，不利于街道土地集约利用水平的提高。
(4)均匀度指数(Evenness Index)。均匀度指数E反映同一街道中，不同集约水平地块在面积分布上的不均匀程度，它是多样性指数与其最大值的比值。通常情况下集约水平较低的地块占多数，均匀度指数越高可以认为较高水平地块的面积比例也在提高，有利于街道土地集约利用水平的提高。
(5)聚集度指数(Contagion Index)。聚集度指数C反映同一街道内不同集约水平地块的非随机性或聚集程度。当街道中工业用地地块较小或离散分布时，其聚集度就较小；当街道中的工业用地地块以某些大面积地块为主或同类地块高度连接时，其聚集度就较高。在本研究中，采用相对聚集度指数，即实际计算值与聚集度最大值的比值。
3 结果与讨论
3.1 城市土地集约利用评价的尺度效应
城市土地集约利用评价在不同空间尺度下可能表现出多种效应，如主导评价指标的变化、指标计算值的误差等等。在本研究中，主要探讨不同空间尺度下同一评价指标对城市土地集约利用水平的空间特征的描述能力的变化。
3.1.1 地均投资额评价的尺度效应 图1是不同尺度下宝安区工业用地地均投资额的空间分布图。可以发现，图1(a)和图1(b)具有高度的一致性。在基于街道尺度的地均投资额空间分布图1(a)中，西乡、福永、石岩3个街道居于全区前列，相应的，在基于地块尺度的空间分布图1(b)中上述3个街道都是高值(红色区域)的主要集中区；同样，地均投资额最低的民治街道和新安街道在图1(b)中是明显的低值区(绿色区域)。
图1 不同空间尺度下地均投资额的空间分布
Fig.1 The distribution of investment per area in neighborhood scale and plot scale
在图1(b)中龙华街道与大浪街道的交界处存在一个高值区，但在图1(a)中龙华街道的地均投资额排在全区第二位，而大浪街道属于中等偏下水平，两者差距极为明显。观澜街道中北部存在大片高值分布，但在图1(a)中观澜街道的地均投资额仅排在倒数第四。由此可见，利用地均投资额在街道和地块两级尺度下描述宝安区的土地集约利用水平存在着明显的尺度效应。
3.1.2 地均产值评价的尺度效应 在地均产值空间分布图(图2)中则存在着更为显著的尺度效应。从图2(b)中可以看到，全区地均产值的高值(红色区域)主要分布在松岗、沙井街道交界处和观澜街道西北部两个地区。沙井街道与松岗街道相比，占有更大的高值区，且其东部也有较大的较高值(橙色区域)分布，但在图2(a)中松岗街道的地均产值居全区之首，而沙井街道属于中偏下的水平。观澜街道与松岗街道相比，拥有更大范围的高值区，但是在图2(a)中观澜街道的地均产值排在第二，低于松岗街道的水平。
图2 不同空间尺度下地均产值的空间分布
Fig.2 The distribution of output value per area in neighborhood scale and plot scale
图2(a)与图2(b)的一致性主要表现在拥有黄色区域分布的福永、西乡、石岩3个街道的地均产值处于中游水平，而排在全区末3位的大浪、民治、新安3街道在图2(a)中几乎都是绿色区域(低值区)
通过上述对比可以发现，尺度效应是客观存在的。同一评价指标在不同空间尺度下对土地集约利用状况的描述能力和侧重点是不同的，甚至会得出看似互相矛盾的结论。土地集约利用评价在实际应用中多为单一空间尺度，这样往往不能全面把握土地集约利用的空间特征。
3.2 格局指数与尺度效应的关系
表1是基于地均投资额分级所计算的各街道工业用地的数量结构和格局指数。根据地均投资额，所有工业用地被分为5个等级，较高的等级代表着相应的地均投资额水平。与图1对比，可以发现：
(1)排名靠前的西乡、福永、石岩3街道在用地数量结构上不仅是一般的均投资额水平以上的地块占优势(P3、P4、P5之和超过50％)，而且高地均投资额水平地块所占比例(P5)远远高于其他街道；在用地空间布局上多样性指数都在0.95以上，聚集度指数都在64以上，为全区平均水平。因此这3个街道表现出单一地块的地均投资额普遍较高和不同等级的地块均有分布但高等级地块相对集中的特点。相对其他街道，西乡、福永、石岩的地均投资额水平在用地数量结构和空间布局两方面都具有优势。
(2)排名靠后的民治、新安两街道在用地数量结构上都是以一般水平以下的地块为主(P1、P2之和超过44％)，并且没有一般水平以上的地块。新安街道的聚集度指数是全区最高，为75.9643，但结合其用地数量结构中P2达到76.40％，说明是较低地均投资额水平的地块形成空间集聚。因此可以认为，用地数量结构还是影响街道尺度用地集约水平的主要因素。
(3)对比龙华和大浪两个街道，两者都是以较低水平(P2)和一般水平(P3)为主体，后者在用地数量结构上略优于前者，拥有较高水平和高水平的地块。但在空间布局上，前者的聚集度指数和优势度指数明显较低，而均匀度指数显著较高，所以在图1(b)上龙华街道没有形成明显的高值区聚集，但是在图1(a)中综合水平却高于大浪街道。
(4)观澜街道在用地数量结构上以较低地均投资额水平地块为主(P2=61.90％)，决定了它在图1(a)中只能处于下游水平。但从用地布局看，观澜街道多样性指数较高，且拥有一定的较高水平地块(P4=13.87％)，聚集度指数高达70.5127，故在图1(b)中能表现出高值聚集的空间形态。
根据表2中的用地数量结构和格局指数分析图2，可以表明：
(1)考察排名靠前的石岩、福永、西乡街道和排名靠后的新安、大浪、民治街道，它们在用地空间布局上都具有多样性指数低(都在50％以下)、均匀度指数低(都在30％以下)而聚集度指数极高(都在80％以上)的特点，说明在这6个街道中，工业用地的地均产值水平等级相对接近，且面积比例不均，高水平或低水平的地块形成空间集聚。在用地数量结构上，石岩、福永、西乡都拥有较多的高地均产值地块(P4都大于15％)，新安、大浪、民治街道一般的均产值水平以下的地块所占比重都达到了99％。因此，这6个街道在图2(a)和图2(b)中具有很强的一致性。
(2)沙井街道与松岗街道相比，P4都大于45％，且前者的聚集度指数更高，为93.1487，所以在图2(b)中沙井街道看似拥有更多的高值分布。但是分析两者的用地数量结构，沙井的低水平地块比重(P1)也高达48.15％，超过高水平地块比重(P4=47.97)，而且优势度指数极高而均匀度指数极低，说明沙井街道低水平地块不论在数量上还是在空间分布上都具有重要影响，决定了沙井街道的地均产值要显著低于松岗街道。
(3)观澜街道与松岗街道相比，虽然用地数量结构上略优于后者(P4值更高)，但是优势度指数高、均匀度指数低，说明大面积的工业用地处于较低地均产值水平，导致街道尺度上的地均产值观澜低于松岗。不过观澜街道的聚集度指数高于松岗，所以在图2(b)中观澜街道看似拥有更多的高值分布。
4 结论
城市土地集约利用评价的尺度效应是一个当前涉及较少的研究领域。本文对地均投资额、地均产值在街道、地块两级尺度下的评价结果进行对比，证实了城市土地集约利用评价的尺度效应是客观存在的，并通过分析用地空间结构对这种尺度效应的影响得出下列结论：
(1)用地数量结构，即地块的集约利用水平和面积对更高尺度下的土地集约利用评价结果起到主要影响，但土地集约利用程度所表现出来的空间形态却主要受用地空间布局特别是聚集度指数的影响。因此，在土地集约利用评价的成果表达中就可能会出现区域土地集约利用水平很高，但是在插值分布图中却没有高值分布的情况。当然，相反的情况也可能发生。
(2)在用地数量结构相似的情况下，用地空间布局中的优势度指数和均匀度指数对整体集约利用水平有着重要影响。因此，对于片区的土地集约利用而言，除了提高单一地块的集约水平外，还必须重视用地的合理布局。现阶段，用地布局是否应该纳入到城市土地集约利用评价的范畴内，研究者们众说纷纭，未有定论[4]。但从本研究的结果来看，在中观及以上尺度的研究中，用地空间布局的影响是决不容忽视的。
(3)同一土地集约利用评价指标在不同的空间尺度下所能反映的信息是不同的，仅从单一尺度分析城市土地集约利用水平，会因尺度效应的影响得出不完整的结论。在实际的城市土地管理工作中，应尽量避免完全用一个空间尺度上得出的评价结论去指导另一空间尺度上的土地集约利用。
(4)本研究也存在局限性，如采用的数据是经问卷调研获取并经过筛选剔除的，不能完全等同于宝安区工业用地集约利用的实际情况。另外，宝安区土地利用具有一个显著特点，即各街道都没有形成自己的支柱产业或特色产业，也就是说各街道工业用地的集约利用水平总体上是比较均衡、没有显著差别的。所以本文的结论未必适用于那些产业集聚效应明显的地区。这也有待于今后研究的验证与完善。