近日，南昌大学魏国恩博士以第一作者身份在《Cities》发表了题为“Evolutionary trends of urban expansion and its sustainable development: Evidence from 80 representative cities in the belt and road initiative region”的论文，其中，刘耀彬教授为通讯作者。
《Cities》，中科院一区top期刊，影响因子6.077，5-Year IF=6.788，2021年SSCI检索的43个国际城市研究类SSCI期刊中排名第二。
摘要：一带一路快速的城市化无疑促成城市规模、形态和模式发生改变，以适应工业、住房和商业的扩张，并从多个维度产生对环境可持续的持续影响，然而，有限的研究尚缺乏对该地区的城市扩张的系统性调查。这项研究结合遥感监测数据和全球《城市扩张地理图集》，基于“格局-模式-协调性-可持续性”的系统学分析路径对2000-2018年“一带一路”沿线国家和80个代表性城市的城市扩张动态进行全面量化。研究发现，在扩张动态规律方面，2000-2018年城市用地面积占比由0.32%增长至0.66%（增长了25.06万平方千米），在2018-2030年将加速增长至1.68%，西亚、北非、东南亚等发展中地区将成为城市扩张强度新的高值中心。沿线城市的城市扩张强度呈显著的发展中地区指向性和“东高西低”的分布格局，但未来将逐步向空间均质化、离散化分布转变。在扩张模式方面，通常可分为中心-外围式扩张、双翼条带式扩张、双核组团式扩张和单翼突变式扩张4种扩张模式，其蕴藏的演化动力机制也不尽相同。在扩张协调性方面，短期内BRI城市人口和经济增长对用地扩张存在大量的需求，这种依赖性随着城市UEI指数的上升而增强，特别是当UEI超过3%时这种依赖性更为突出。调查还显示在城市层城市用地扩张的生态负效应随时序推移而增强，其中人口增长所产生的生态影响对一带一路国家和城市通常为最强，且影响强度表现出与UEI指数的协同增长趋势。这项研究为系统性认识一带一路城市扩张动态特征提供了从国家到城市尺度、从历史时期到未来时期新的见解，也为全球土地优化管理和城市可持续发展贡献了来自一带一路地区新的视角。
关键词：城市扩张；扩张模式；生态效应；模拟预测；“一带一路”倡议
一
｜文章介绍
1
研究背景
在21世纪城市化和工业化快速建设的洪流背景下，“一带一路”地区城市人口规模与居民用地需求激增，廉价交通方式快速普及，商业和公共基础设施加速外延，导致该地区城市用地规模和扩张速度空前膨胀，对“一带一路”沿线各地区的经济发展（如粮食供给风险）、社会安定（如：人居环境恶化、贫富分化）和生态可持续（如：大气污染、生物多样性锐减、景观破碎化和生态系统服务功能失灵）等领域产生了难以忽视负面影响。因此，在“未来地球”计划和SDG目标的支持下，全面调查一带一路地区城市扩张时空动态特征对于地区城市优化管理和可持续发展均具有显著的紧迫性和必要性。然而，如何从全局视角构建一带一路地区城市扩张的系统性分析路径，并监测从国家到城市的扩张速度、模式和协调性差异，以及如何结合该地区城市扩张的未来发展变化和城市扩张带来的生态负效应等可持续性问题，为政策制定者提供城市规划和管理的前瞻性建议仍面临很大挑战性。
2
研究方法
研究基于Google Earth Engine（GEE）地理云平台获取2000-2018年长时段、跨区域的城市扩张数据，沿着“格局-模式-协调性-可持续性”的系统学分析路径（图1）从国家和城市尺度探究了“一带一路”全域城市（图2）扩张的时空动态特征。重点比较了80个典型城市（图3）的扩张模式差异和“人口-土地-经济”扩张的协调性。城市扩张的未来演进趋向（2018-2030年）和生态效应在CA-Markov模型和灰色关联模型的支持下也得到进一步调查。
研究重点回答以下问题：①“一带一路”沿线地区的城市扩张在历史（2000-2018年）与未来时期（2018-2030年）有何不同规律？②一带一路地区的城市扩张可分为哪些模式，这些模式可能由哪些因素驱动？③“人口-土地-经济”增长的协调性和生态可持续性有何种地区差异性？
图1 研究思路
图2 “ 一带一路”国家范围和《城市扩张地图集》中全球200个代表性样本城市的空间分布
图3 “一带一路”沿线80个样本城市空间分布及人口密度(2018年)
3
研究结果
3.1
一带一路地区城市扩张的动态演变格局
2000-2018年城市用地面积占比由0.32%增长至0.66%（增长了25.06万平方千米），城市用地面积增量主要产生于中国“胡焕庸线”以东、印度和欧洲地区，并以莱茵河流域、中国三大城市群（京津冀、长三角、珠三角）、波斯湾沿岸、波河平原等地区为增长核心（图4）。“一带一路”沿线国家的城市扩张强度呈现出“东高西低，南高北低”的空间分异特征和发展中地区指向性，沿线城市的城市扩张强度呈显著的发展中地区指向性和“东高西低”的分布格局。此外，通过调查北京、莫斯科、利雅得、塔什干、开罗等5个典型首位城市的UEI指数发现，首位城市均呈现出以现有城市用地为中心向城市边缘进行梯度扩张的演变过程，而UEI指数高值区主要布局于新开发城区，而在一些城市内部也产生了城市用地的内向填充现象（图5）。
图4 2000-2018年“一带一路”沿线国家城市用地净增长（a）、城市扩张强度（b）、莱茵河流域城市用地增长分布（c）、长三角核心城市用地面积增长分布（d）和部分国家城市扩张强度（e）
图5 2000-2018年样本城市UEI指数空间分布（a、b）、按UEI指数分类的城市数（c）、城市用地面积增长幅度（d）、UEI指数排名前5的城市变动（e）
3.2
一带一路地区差异化的城市扩张模式
等扇面分析法和雷达图被用于识别“一带一路”沿线城市的城市扩张路径与主导方向，研究结合城市空间结构理论和城市发育形态将80个样本城市划分为中心-外围式扩张、双翼条带式扩张、双核组团式扩张和单翼突变式扩张4种城市扩张模式。
图6 2000-2018年“一带一路”城市扩张的方向分布与模式分类
3.3
一带一路地区“人口-土地-经济”
增长的协调性
“一带一路”沿线城市的“人口-土地-经济”扩张的脱钩主要包括弱脱钩、增长脱钩、强负脱钩和增长连结4种状态（图7）。在“人口-土地”协调质量方面，随着城市UEI指数的上升和时序发展，城市“人口-土地”增长的依赖性均逐步增强，即弱脱钩城市比例的下降。
在“经济-土地”协调质量方面，随着UEI指数的上升，城市“经济-土地”增长的依赖性伴随城市UEI指数的上升而增强，尤其是高速扩张类城市处于经济增长严重依赖土地扩张的增长负脱钩状态，亟待优化经济增长效率和土地利用管理。
图7 2000-2018年“一带一路”城市的“人-地-经”脱钩指数分布（a、b）和不同扩张强度类型城市的脱钩结构（c、d）
3.4
一带一路地区城市扩张的可持续性
基于CA-Markov模型和GIS空间分析技术，模拟预测了2018-2030年一带一路国家和城市层城市扩张的发展，通过揭示城市用地对未来生态源地的侵损作用反映未来城市扩张的可持续性。调查发现，到2030年一带一路城镇用地将主要通过侵占林地、耕地实现地块面积的大幅度增长，对粮食安全（Goals 2, SDGs）和植被覆盖系统（Goal 15, SDGs）等可持续发展目标产生胁迫影响。从沿线国家未来的城市扩张来看，京津冀、长三角、莱茵河沿岸和波河平原仍将是一带一路城市面积增长的核心地带，城市扩张浪潮将加速席卷至西亚、北非、东南亚国家。从城市层来看，发展中地区指向性将逐步向空间均质化、离散化方向转变，城市用地面积增长最为迅猛的城市仍主要分布于以中国为首的发展中国家。
图8 2018-2030年城市扩张斑块分布（a）; 2018-2030年各国UEI指数（b）；城市用地面积增长贡献率的前15个国家（c）；贡献率前15位国家的城市用地增长面积（d）；2018-2030年10个UEI指数高值和低值国家（e）
图9 2018-2030年样本城市UEI指数空间分布（a）;城市用地面积增长的前5位城市的变动（b）和城市面积增长散点图（c）
以灰色关联度讨论了历史时期城市扩张的生态效应，城市用地扩张速度产生的差异化生态效应和城市尺度下生态效应的总体增长态势得到证实(图10）。国家尺度的城市用地扩张的生态效应逐步减弱，在城市尺度中低速扩张类城市的城市用地扩张对生态环境的影响最强，其次是高速扩张类城市和中速扩张类城市。从扩张属性来看，人口增长对一带一路国家和城市生态环境的影响最强，且这种影响表现出与UEI指数的协同上升趋势。
图10 2000-2018年NPP与人口、土地、经济扩张的灰色关联度：国家层（a）、低速扩张类城市（b）、中速扩张类城市（c）和高速扩张类城市（d）
4
讨论
研究提高了大家对一带一路城市扩张进程的认识。相较于以往研究，本研究构建了“国家-样本城市-首位城市”的城市扩张格局分析路径，并观察到城市扩张的发展中地区指向性同样存在于城市层，并在首位城市内部呈明显的城市用地梯度扩张形态。这带来一项现实价值，即基于城市内部扩张规律开展对一带一路地区城市扩张规律的总结和优化管理的思考。
城市扩张模式的因地而异特征在本研究和以往的研究中均被证实。我们的研究为了解一带一路城市扩张模式提供了一个有益的新视角，即研究样本包含一带一路地区大、中、小城市，而不仅仅是特大城市，从而更全面的认识城市扩张模式的规律性。城市自然本底、产业布局、历史开发形态和剩余可开发空间被我们认为是扩张模式差异的主要原因，这提供了一个新的思路，在制定全局性城市扩张策略中应立足于案例城市的历史扩张方向和扩张模式以减少政策资源的浪费，而不是制定统一无差别的方案。
一带一路地区城市人口对城市用地的依赖性逐渐增强，但首都城市的依赖性逐渐收敛。我们的研究更多地证实了人口和经济增长对城市用地的依赖性呈现出与UEI指数的协同上升趋势。这可能是由于低速扩张类城市主要以柏林、巴黎、香港、德黑兰和米兰这类开发历史悠久的发达城市为主体，这些城市城市规划体系和产业结构普遍更为高级化，能够促进人口优化布局和经济效率提升，直接或间接促进土地利用集约化。
快速而大规模的人口、土地和经济扩张对一带一路生态环境产生了不可避免的影响，这与以往的研究具有一致性。研究还进一步显示了不同扩张指标的显著差异化影响，人口增长的生态负效应通常为最强且表现出与UEI指数的协同上升趋势，而城市用地扩张的影响在低速扩张类城市最强。
对于城市扩张协调性的分析为提高城市存量建设用地使用效率，优化城市人口、产业和空间结构等决策提供了依据，这应成为一带一路沿线城市特别是这类高速扩张类型城市缓解人地矛盾和践行城市可持续发展目标的共识。更多的是，对不同扩张强度类型城市生态修复的分类引导应得到关注。
二
｜作者介绍
01
魏国恩
在站博士后
魏国恩，南昌大学博士后，助理研究员，合作导师为刘耀彬教授。2022年于南京大学获得理学博士学位，研究方向为一带一路城市化与生态环境、国土空间转型与碳中和。在《Cities》《Environmental Impact Assessment Review》《Journal of Cleaner Production》《Science of the total environment》《Land》《地理研究》《长江流域资源与环境》《自然资源学报》《干旱区地理》等SCI、SSCI、CSSCI和CSCD期刊发表论文20余篇，其中一作或通讯论文13篇。担任《Environmental Impact Assessment Review》《Journal of Cleaner Production》《Environmental Science and Pollution Research》《International Journal of Environmental Research and Public Health》《Land》《Sustainability》等期刊审稿人。
02
刘耀彬
教授
教育部“长江学者”特聘教授，博士生导师，任中国地理学会城市与区域管理专业委员会副主任、中国区域经济学会副理事长。同时担任《中国环境管理》《城市与环境研究》《Energy Review》等国内外核心编委、《Sustainability》Special Issue主编。主要研究方向为区域经济与生态经济，主持国家社科重大、重点项目及国自然项目等10余项，主编应用经济学系列教材6部，出版学术专著8部 ， 在 《 Annals of theAssociation of American Geographers》《 Energy Economics 》《 Economic Modelling》《Cities》和《中国工业经济》等国内外权威学术期刊上发表论文160余篇。
原文出处：
Guoen Wei, Bao-Jie He, Pingjun Sun, Yaobin Liu, Ruzi Li, Xiao Ouyang, Kang Luo, Shuoshuo Li, Evolutionary trends of urban expansion and its sustainable development: Evidence from 80 representative cities in the belt and road initiative region, Cities, Volume 138, 2023, 104353.
来源：区域生态计量模拟实验室
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