中國城市空間分布的省際差異及其影響因子分析

葉 浩 濮勵杰 張 鵬

(1.廣東商學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州510320;2.南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京210093)

城市體系的空間結(jié)構(gòu)是指某一體系內(nèi)各個城市在空間上的分布、聯(lián)系及組合狀態(tài)，其實質(zhì)是一個國家或一定地域范圍內(nèi)經(jīng)濟和社會物質(zhì)實體——城市的空間組合形式[1]。隨著世界范圍內(nèi)城市化進程的不斷加速，城市體系的演變?nèi)找嬉鹆顺鞘械乩韺W(xué)家與經(jīng)濟學(xué)家的關(guān)注與興趣[2－4]，目前，我國的城市發(fā)展處在一個新的發(fā)展階段，城市數(shù)量不斷增加，各類城市規(guī)模不斷擴大，在這個過程中，一方面面臨著大量農(nóng)村剩余人口轉(zhuǎn)化為城鎮(zhèn)人口的壓力，另一方面也面臨著不同規(guī)模和級別城市的空間布局問題。為此，學(xué)術(shù)界普遍認為必須加強對城市分布的研究，它是著手進行城市規(guī)劃特別是區(qū)域規(guī)劃的基礎(chǔ)。當(dāng)前國內(nèi)在對城市體系的空間分布進行研究時，主要理論有點軸模式[5]、對稱分布模式[6]、雙核結(jié)構(gòu)理論[7]、分形理論[8]及空間集聚－擴散理論[9]等來闡釋城市空間分布的形成與演變機理。研究方法上，大多以定性的描述分析為主，定量研究相對較少，主要的研究方法有樣方分析法[10]、最近鄰點分析法[1]以及空間自相關(guān)分析[11]等，從城市空間空間格局和集聚特征等方面，對城市空間分布類型進行總結(jié)和概括。

城市作為區(qū)域內(nèi)政治、經(jīng)濟、社會、文化等活動的中心，它的產(chǎn)生和發(fā)展既是應(yīng)經(jīng)濟與社會的發(fā)展需要而產(chǎn)生，同時又不可避免的受到地域的自然地理條件的影響。城市由孤立的點發(fā)展演進為具有較完整的空間分布結(jié)構(gòu)、等級規(guī)模結(jié)構(gòu)和職能組織結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，同樣也受到社會經(jīng)濟條件、自然地理和經(jīng)濟地理條件及城鎮(zhèn)化水平等在地域空間中的差異影響和制約[12]。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人口和產(chǎn)業(yè)將進一步向?qū)嵙Ρ容^強的城市集聚，為了獲得足夠的要素推動城市的發(fā)展，各城市也必定會最大化地攫取要素資源，從而導(dǎo)致了城市之間的要素資源沖突。各個區(qū)域由于自然條件和社會經(jīng)濟發(fā)展水平的差異性，必然使城市在空間上的分布模式存在較大的差別，城市體系的分布特征、發(fā)展程度、城市功能等都明顯地反映出這些差異的深刻影響。更為重要的是每個城市都必須放在所在區(qū)域的城市體系中去研究才有意義，所以研究城市的空間分布首先要明確該城市體系所在的區(qū)域范圍，尤其是所在區(qū)域的自然、社會以及經(jīng)濟狀況。然而，已有研究主要圍繞著地形、距離、交通條件等單個指標(biāo)進行分析[13－14]，對城市的空間分布模式與自然條件及社會經(jīng)濟發(fā)展水平之間可能存在的關(guān)聯(lián)的研究相對較少，深入分析這些作用和影響，將對推進城市空間分布的研究具一定的理論價值，也對新時期制定我國城市區(qū)域整體功能的協(xié)調(diào)與合理布局方針及新的空間發(fā)展政策等具較強的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

1 理論與方法

1.1 種群分布理論

城市群體空間關(guān)系在行為上表現(xiàn)出許多生態(tài)學(xué)特征，生態(tài)學(xué)中的基本生物行為如集聚與擴散、增長與演替、遺傳與突變、共生與競爭、寄生與襲奪等在城市群體空間關(guān)系中都有典型表現(xiàn)[15]，生態(tài)學(xué)理論在我國地理界也受到越來越多的關(guān)注并做出一定的實踐探索，如果把城市看作為一個生態(tài)有機體，在對城市體系的空間分布模式進行研究時，可以借助生態(tài)學(xué)中的種群分布理論。

在生態(tài)學(xué)中，種群分布格局稱散布，是指在種群這一水平上，種群內(nèi)個體在一定范圍內(nèi)水平空間的分布狀況，它是種群生物學(xué)特性、種內(nèi)種間相互關(guān)系及環(huán)境條件綜合作用的結(jié)果，一般分為隨機分布、集聚分布、均勻分布三種類型[16]。隨機分布系指種群個體的分布間互無聯(lián)系，每個個體的出現(xiàn)都有同等機會，一般在某一主導(dǎo)因素成隨機分布時，才會引起種群的隨機分布;均勻分布指種群個體在水平空間內(nèi)的分布是均勻等距的，在自然界中較少見，形成的原因主要是種群內(nèi)個體對有限資源的競爭;集聚分布的特征是種群個體成群、成簇，成塊地密集分布，成因主要為生態(tài)環(huán)境因子的不均勻性，有利于生物在某一區(qū)域存在而不利于在另一區(qū)域存在。

1.2 最近鄰分析

在進行城市體系的空間分布研究時，一般不考慮城市內(nèi)部的性質(zhì)區(qū)別，將城市抽象為地域空間上的一個點，來研究其分布特征，并對這種分布類型形成的內(nèi)在機制進行分析。最近鄰分析(Nearest neighbor analysis，NAA)是分析點空間分布格局的主要方法之一，被認為是一個能較為準(zhǔn)確并客觀地確定點分布格局情況的方法。其基本理論是通過比較區(qū)域內(nèi)點的實際分布與假設(shè)的隨機分布之間的差異，借以作出點空間分布類型的判斷。R 統(tǒng)計量是點分布中最近鄰點實際觀測值與期望值之比，計算公式如下[17]:

式(1)中，robs是最近鄰點平均距離的觀測值，rexp是由理論模式?jīng)Q定的最近鄰點平均距離的期望值。A為觀測區(qū)域的面積，di為點i 的最近鄰距離，n為觀察點數(shù)。當(dāng)R=0或接近0時，各點間的所有距離都接近于0，意味著各點極強的集聚模式。當(dāng)R=1 或接近于1時，robs等于rexp或與rexp非常接近，因此所考察的模式為隨機模式，當(dāng)R 大于1時，所觀察的模式則表現(xiàn)出不同程度的均勻模式。

統(tǒng)計顯著性檢驗可通過計算標(biāo)準(zhǔn)化Z值來檢驗差值與其標(biāo)準(zhǔn)誤差的比較情況:

如果ZR＞1.96 或者ZR＜－1.96，則可認為在α=0.05的顯著性水平下，所計算出來的觀測模式與隨機模式之間的差值具有統(tǒng)計顯著性;反之，如果－1.96 ＜ZR＜1.96，則盡管觀測模式看上去更聚集或者更加均勻，但事實上，它與隨機模式之間不存在顯著差異，不能拒絕0 假設(shè)。

2 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來源

我國的城市包括設(shè)市城市和建制鎮(zhèn)兩部分，但因為頻繁的行政區(qū)劃調(diào)整、缺乏明確的邊界以及精確計算全部建制鎮(zhèn)數(shù)據(jù)的各種困難，本文以2009年中國縣城所在的建制鎮(zhèn)與設(shè)市的所有城市(包括縣級及以上城市)為研究樣本，共2 290個，其中縣級單元2 003個，地級市及以上城市287個(因數(shù)據(jù)原因不含臺灣、香港、澳門)，城市位置與空間行政邊界矢量數(shù)據(jù)來自由國家基礎(chǔ)地理信息中心建立的1∶25 萬基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫。

關(guān)于基本研究單元的選取，已有研究認為，省(區(qū))是進行中國宏觀尺度區(qū)域差異研究最有意義的空間單元，除非構(gòu)建了相似尺度的空間單元，東、中、西三個地帶的劃分過于籠統(tǒng)，信息的損失量大，在區(qū)域差異分析中不宜采納[18]。為了消除直轄市及個別省(區(qū))與其他省級行政區(qū)在地域范圍等方面的懸殊差別，本文把北京、天津、上海、重慶、海南與寧夏分布并入緊鄰的河北、江蘇、四川、廣東與甘肅省進行考察。

鑒于人口密度、城市密度與路網(wǎng)密度之間存在高度的相關(guān)性[10，14]，進行回歸分析時需避免變量之間出現(xiàn)多重共線性，且在某種意義上說，土地墾殖率與復(fù)種指數(shù)可以作為衡量地區(qū)自然因素的綜合性指標(biāo)。為此，根據(jù)資料收集的可得性以及省際的可比性，本文分析影響區(qū)域城市空間分布形態(tài)的自然與社會經(jīng)濟差異指標(biāo)有人均耕地面積、土地墾殖率、復(fù)種指數(shù)、路網(wǎng)密度與城市化率，原始數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計年鑒》(2010年)，并通過省區(qū)合并整理計算得到。

3 我國城市空間分布差異分析

3.1 我國城市的空間分布

使用最近鄰分析方法，在顯著性水平0.05 上，計算得到合并后的全國2009年25個省區(qū)城市空間分布的R 統(tǒng)計量及分布類型，具體結(jié)果見表1。

表1 各省區(qū)城市空間分布的R 統(tǒng)計量及分布類型Tab.1 Urban spatial distribution pattern and R Index in different provinces and regions，2009

從表1可以發(fā)現(xiàn)，2009年我國各省區(qū)的城市空間分布格局以均勻分布為主，只有內(nèi)蒙古、西藏、青海、甘肅與新疆5個省區(qū)表現(xiàn)出隨機或集聚分布模式。其中，R 統(tǒng)計量在1.3 以上的省區(qū)有10個，在1.2－1.3之間的省區(qū)有9個，1.0－1.2之間的省區(qū)有3個，小于1 的省區(qū)有3個。山東、江蘇與福建是2009年中國城市分布最為均勻的省區(qū)，其R 統(tǒng)計量分別高達1.455 8、1.445 5 與1.411 6，而明顯表現(xiàn)出集聚分布的省區(qū)有西藏、青海和新疆，其R 統(tǒng)計量分別為0.957 0、0.879 4 與0.770 5。說明我國各省區(qū)城市空間分布類型存在較大的差異，即我國各省區(qū)的城市分布在空間上并非表現(xiàn)完全的隨機性，而是明顯受到區(qū)域自然與社會經(jīng)濟條件的影響。各省區(qū)的城市空間分布表現(xiàn)出明顯不同的格局，可能與城市的生長特征和地理環(huán)境異質(zhì)性有關(guān)，也就是說由自然地理條件、社會經(jīng)濟發(fā)展水平等組成的區(qū)域經(jīng)濟地理條件深刻影響著區(qū)域城市的發(fā)展及其分布。

3.2 我國城市空間分布差異的影響因素分析

本文運用Arcgis9.3 軟件繪制了各個省區(qū)2009年的上述各指標(biāo)及城市空間分布指數(shù)R值的變化情況，為了消除不同量綱的影響，以上數(shù)據(jù)與R 統(tǒng)計量均進行對數(shù)化處理，結(jié)果見圖1。

從圖1可以直觀的發(fā)現(xiàn)，中國各省區(qū)城市的空間分布模式與自然及社會經(jīng)濟因素具有較強的相關(guān)性，對各省區(qū)城市體系的空間分布進行研究時，不能忽視自然與社會經(jīng)濟因素的影響。接下來將進一步探討中國各省區(qū)城市分布與自然、社會經(jīng)濟條件的相互關(guān)系。首先以各省區(qū)城市空間分布的R 統(tǒng)計值為因變量，人均耕地面積(PerL)、土地墾殖率(Culti)、復(fù)種指數(shù)(Multi)、路網(wǎng)密度(Road)以及城市化率(Urb)作為自變量，對2009年的截面數(shù)據(jù)進行OLS(最小二乘法)估計(見表2)。

表2 OLS 回歸的估計結(jié)果Tab.2 Calculated model parameters of OLS model

由表2可知，回歸模型的擬合優(yōu)度達到82.72%，且總體上通過了5%的顯著性檢驗，只有個別變量在本文設(shè)定的顯著性水平上不顯著，說明模型整體上具有較好的解釋能力。從各變量系數(shù)的大小來看，影響區(qū)域城市空間分布形態(tài)最主要的因素是路網(wǎng)密度，其次分別是復(fù)種指數(shù)、人均耕地面積、土地墾殖率與城市化率。人均耕地面積、土地墾殖率與路網(wǎng)密度為正，說明這些影響因子越大，城市在空間上的分布越加均勻。復(fù)種指數(shù)與城市化率為負，說明隨著這些因素的變大，城市在空間上的分布越趨于集中。城市化率的回歸系數(shù)沒有通過顯著性檢驗，表明城市化率對城市空間分布的影響并不是十分明顯。

城市在發(fā)展的過程中，為了獲得足夠的要素維持自身生長，各城市必定會最大化地攫取要素資源，導(dǎo)致了城市之間的資源競爭。按照生態(tài)學(xué)中的種群分布理論，集聚分布的特征是種群個體成群、成簇，成塊地密集分布，成因主要為生態(tài)環(huán)境因子的不均勻性;均勻分布是在環(huán)境較一致的情況下由于種群內(nèi)個體間的競爭引起的。復(fù)種指數(shù)的高低受當(dāng)?shù)責(zé)崃?、土壤、水分、肥料、勞力和科學(xué)技術(shù)水平等條件的制約，其值越高，則該地區(qū)土地的生產(chǎn)力就越大;土地墾殖率是反映土地資源利用程度和結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，在土地質(zhì)量好、人口多、墾殖歷史長、經(jīng)濟技術(shù)實力強的地區(qū)，土地墾殖率一般較高;交通發(fā)展是區(qū)域城市體系形成、發(fā)展的重要影響因素，路網(wǎng)密度反映出一個地區(qū)城市間相互聯(lián)系的便利性，城市間互相聯(lián)系的加強有利于逐步縮小城市之間差距，形成均衡協(xié)調(diào)發(fā)展的城市體系。

圖1 2009年各省區(qū)自然社會經(jīng)濟條件與R 統(tǒng)計值Fig.1 Natural，socioeconomic factors and R Index in different districts and regions，2009

從各變量的回歸系數(shù)來看，人均耕地面積、土地墾殖率、路網(wǎng)密度越大，意味著區(qū)域內(nèi)城市的外部環(huán)境越趨于均勻，從而使城市在空間分布越趨于均勻。而隨著人均耕地面積、土地墾殖率、路網(wǎng)密度的降低，則意味著區(qū)域內(nèi)耕地、人口與交通設(shè)施主要集中在部分地段，從而導(dǎo)致城市表現(xiàn)出集聚分布模式。復(fù)種指數(shù)的系數(shù)為負，表明在其他影響因素不變的情況下，復(fù)種指數(shù)的增加在一定程度上降低了其他因素對城市分布對的影響，這也與各地區(qū)土地資源開發(fā)利用的水平基本相吻合。盡管城市化率的系數(shù)沒有通過顯著性檢驗，但其值為負，說明隨著區(qū)域內(nèi)城市化水平的整體提高，城市的分布對自然因素依賴性在一定程度上會有所降低。

4 結(jié)論與討論

本文采用全國縣城(縣級市、州、旗、特區(qū)和林區(qū))所在的建制鎮(zhèn)與所有的設(shè)市城市數(shù)據(jù)，以省區(qū)作為基本研究單元，運用最近鄰分析與種群分布理論定量分析了2009年全國城市體系空間分布類型的省際差異，以及區(qū)域自然與社會經(jīng)濟條件對城市空間分布的影響，研究結(jié)果表明:

(1)2009年我國各省區(qū)的城市空間分布格局以均勻分布為主。山東、江蘇與福建是當(dāng)前中國城市分布最為均勻的省區(qū)，明顯表現(xiàn)出集聚分布的省區(qū)有西藏、青海和新疆，說明我國各省區(qū)的城市分布在空間上并非隨機出現(xiàn)的。

(2)通過對中國各省區(qū)城市分布與自然、社會經(jīng)濟條件進行回歸分析發(fā)現(xiàn)，中國各省區(qū)城市的空間分布模式與自然及社會經(jīng)濟因素具有較強的相關(guān)性。影響區(qū)域城市空間分布形態(tài)最主要的因素是路網(wǎng)密度，其次分別是復(fù)種指數(shù)、人均耕地面積、土地墾殖率與城市化率。

(3)從各變量回歸系數(shù)的大小來看，人均耕地面積、土地墾殖率、路網(wǎng)密度越大，表明區(qū)域內(nèi)城市的外部環(huán)境越趨于均勻，從而使城市在空間分布越趨于均勻。復(fù)種指數(shù)與城市化率的系數(shù)為負，表明在其他影響因素不變的情況下，復(fù)種指數(shù)與城市化率的提高在一定程度上降低了城市分布對其他因素的依賴。

最后應(yīng)看到，城市體系的空間分布與自然、社會經(jīng)濟條件的相關(guān)性研究是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工作，本文僅僅是對省區(qū)城市空間分布模式與自然、社會經(jīng)濟條件的關(guān)系進行了初步探討。受數(shù)據(jù)可得性制約，文章沒有考慮縣城以外的建制鎮(zhèn)對城市空間分布形態(tài)的影響，可能會存在一定的區(qū)域性誤差;同樣由于數(shù)據(jù)處理量巨大，只對2009年的數(shù)據(jù)進行了分析，單時段的數(shù)據(jù)分析缺少連續(xù)性;在指標(biāo)選取方面仍值得進一步去探討，如選取其他不同的影響因子可能會得到不同的分析結(jié)果;社會經(jīng)濟和人口因素對城市空間分布之間可能并不是單純的單向影響，特別是社會經(jīng)濟與城市空間分布更應(yīng)該是一個雙向互動影響。這些不足之處需要在未來的研究中進一步解決與完善。

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