中国虚拟城市土地流动的特征及主要驱动因素

《Land Use Policy》：Characteristics and key drivers of virtual urban land flows in China

虚拟城市用地流动分析：本研究运用环境扩展多区域投入产出模型，量化2007-2017年中国省际虚拟城市用地流动，揭示其空间结构及驱动因素，发现国内贸易主导的虚拟用地流动占实际城市用地30%，并提出政策建议。

　　

刘海蒙|熊杰阳|宋涛

中国科学院地理科学与自然资源研究院，北京 100101，中国

摘要

理解虚拟城市土地流动对于评估城市化对环境的影响（SDG 11）、优化土地资源利用（SDG 12）以及解决区域不平等问题（SDG 10）至关重要。本研究采用了一个扩展了环境因素的多区域投入产出模型，量化了2007年、2012年和2017年中国各省之间的虚拟城市土地流动情况，并将其与实际的城市建成区土地联系起来，以揭示城市人与自然之间的关系。通过社会网络分析揭示了流动网络的总体空间结构，并识别出关键省份；同时运用泊松伪最大似然估计方法探讨了主要驱动因素。研究结果表明，嵌入在省际贸易中的虚拟城市土地已成为中国城市化过程中一个结构上重要的组成部分，其流动规模迅速扩大，约占全国城市建成区土地的30%。平均而言，46.58%的省级城市土地需求由其他省份满足。这些流动主要发生在国内，且空间分布不均，表现为东部和东北部省份向中部和西部地区的净转移，在许多情况下，这些地区的虚拟土地消耗超过了当地的建成区土地。随着时间的推移，虚拟土地网络变得更加密集和互联互通，但东西部和南北部之间的中心性差异仍然明显。经济发展、城市人口密度、迁移和财政能力促进了虚拟土地流动，而技术创新则对其产生了抑制作用，空间距离的影响相对较小。本研究为理解区域贸易与城市扩张之间的远距离耦合动态提供了新的视角。该方法论框架可广泛应用于其他国家和地区，其发现为政策制定者提供了实用指导，有助于优化中国的区域城市化、产业布局和城市土地管理。

引言

随着全球化的推进，生产和贸易链不断延伸，资源供应和消费在全球范围内重新分配（Coe等人，2008年）。水、土地、能源和材料等资源以隐性的形式嵌入在商品和服务的生产和交付过程中，例如环境足迹，并通过跨区域贸易和服务在全球范围内流动（Dalin等人，2012年；Fang等人，2014年；Wang等人，2024a年）。这些隐藏的资源流动跨越了地理和行政边界，将环境压力从消费地区转移到生产地区，形成了复杂的全球资源网络和远距离耦合的人与自然系统（Cai等人，2020年；Friis等人，2016年；Liu等人，2013年）。对虚拟资源流动的分析有助于深入理解全球化对环境的影响，揭示了产业分布、区域贸易和资源-环境动态之间的复杂耦合关系（Fang等人，2024年；Feng等人，2022年；Zhang等人，2023年）。这为资源受限地区提供了科学依据，以改善土地使用规划、优化产业布局、提高资源效率，并解决国内和国际间的不平等问题（Kou等人，2024年；Wang等人，2024b年；Zhang等人，2024年）。通过对远距离耦合的人与自然系统的研究，为探索可持续发展路径开辟了新途径。此外，这一研究对于实现联合国的多项可持续发展目标（包括SDG 2、6、7、8、11、12、13和17）也具有重要意义（Fang等人，2021年；Shaikh等人，2024年）。

城市土地对经济活动和社会发展至关重要，支撑着住房、生产、交通和生态等多种功能。在本研究中，城市土地指的是被建筑物和人类活动占用的建成区土地，而不仅仅是纯粹的生物物理意义上的土地覆盖。尽管城市地区仅占地球表面的2%，但它们是自然资源利用、能源消耗和温室气体排放的热点区域（Gao等人，2025年；Grimm等人，2008年；Nangini等人，2019年）。全球贸易将城市土地的生产和服务功能扩展到了本地边界之外，省际间的虚拟土地转移有助于缓解某些城市的土地供需压力（Wiedmann和Lenzen，2018年）。与实物土地不同，嵌入在贸易商品和服务中的虚拟土地突破了地理限制，实现了土地的远程分配和利用。在中国，只有12%的土地面积适合城市开发和农业用途，导致城市人口密度远高于全球平均水平（Liu等人，2025年；Zhou等人，2023年）。这加剧了与城市土地需求相关的挑战和不平等问题（Liu等人，2024年；van Vliet等人，2024年）。因此，理解由贸易驱动的虚拟土地流动对于解决中国的城市土地问题尤为重要。

本研究旨在量化中国的城市土地足迹和省际虚拟城市土地流动，揭示其空间结构和网络特征，并探讨其背后的驱动因素。主要贡献和创新包括：首先，与以往仅关注虚拟耕地、林地和草地的研究不同，本研究系统地分析了中国虚拟城市土地的空间模式、过程和机制，具有重要的学术价值；其次，我们开发了本地消费强度和流出率指标，将实际土地使用与虚拟土地使用联系起来，以量化虚拟土地需求与实际土地供应之间的关系；第三，超越了传统的流量和方向分析，运用社会网络分析研究流动网络的总体空间结构并识别关键节点，为政策制定提供了新的视角；最后，通过结合特征向量空间过滤和泊松伪最大似然估计方法，并明确考虑了以往研究中常被忽视的空间自相关性，揭示了虚拟城市土地流动的关键驱动因素。这一进展提高了方法论的严谨性，有助于解释这些流动背后的机制。从政策角度来看，本研究为评估经济活动对本地和远程资源的依赖性提供了关键见解，从而为土地资源管理和产业规划决策提供了参考。同时，也强调了加强区域间合作在资源治理和环境保护方面的必要性，以应对全球资源挑战。

估算产品和服务中嵌入的虚拟土地是该领域的一个基本问题。通过结合产品的实际贸易量（如谷物、豆类和棉花）及其生产所需的土地，可以计算出各种商品的虚拟土地占用量（de Ruiter等人，2017年；Shu等人，2024年）。虽然这种方法适用于初级农产品，但在分析更广泛的产业部门的虚拟土地流动时存在局限性。为克服这一局限，许多研究使用了扩展了环境因素的多区域投入产出（EE-MRIO）模型，这些模型将产品转换为货币价值以估算虚拟土地流动。该方法能够捕捉到跨行业、区域和国家的经济和技术联系所驱动的土地转移，并量化整个供应链中的直接和间接土地使用（Islam等人，2021年；Tian等人，2019年）。EE-MRIO模型已被广泛用于研究虚拟耕地转移（Bai等人，2024年），最近还扩展到了其他土地类型，包括森林（Kan等人，2023年）、草地（Weinzettel等人，2013年）和建成区土地。研究范围从省级（Xie等人，2024年）到国家级（He等人，2024年；Su等人，2023年）。该方法的应用依赖于多尺度、多年度的跨区域投入产出表，以捕捉行业和区域间的联系。

对虚拟土地流动的分析为理解社会经济贸易活动与土地资源之间的联系提供了重要见解，为优化区域土地使用提供了有价值的指导。一些研究将虚拟土地流动视为节点属性，考察了“流入”、“流出”和“净流量”等指标及其时间变化（Wang等人，2021年）。其他研究则运用生态网络分析来评估网络效率和冗余性，揭示了区域间的剥削或依赖关系（Fang和Chen，2015年；Xie等人，2024年）。随着复杂网络科学的进步，新兴的网络分析方法越来越多地被用于探索虚拟物质流动网络的结构和动态特性（Deng等人，2021年；Huang等人，2021年）。元耦合框架也有助于揭示这些网络中人与自然系统之间的隐藏联系（Deines等人，2016年；Du等人，2022年）。通过将MRIO分析与生态系统服务评估相结合，最近的研究进一步量化了通过区域贸易转移的建成区土地所导致的潜在生态系统服务损失（Weng等人，2024年）。

尽管在估算和分析虚拟土地流动方面取得了显著进展，但仍存在一些关键空白。首先，现有研究主要集中在耕地和森林上（Bringezu等人，2012年；Xu和Zhong，2019年），而城市土地——那里的人与自然冲突往往最为激烈——却受到的关注较少（Xie等人，2024年）。其次，大多数关于虚拟土地流动空间模式的分析仅限于描述流动的规模和方向（Wang等人，2021年；Xiong等人，2024年），没有从复杂网络的角度对流动网络和关键节点进行系统层面的理解。第三，驱动虚拟城市土地流动的机制尚未得到充分探索。现有的少数研究主要依赖于定性分析、简单相关性或分解方法（Guo等人，2020年；Tian等人，2019年），仅考虑了一部分影响因素，并常常忽视了空间依赖性在塑造这些流动中的作用。

章节摘录

理论基础和方法论框架

虚拟城市土地流动指的是那些在城市中被消费但在其他地方生产并通过跨区域贸易传输的产品和服务中体现的土地使用。这些流动源于跨区域生产网络、贸易联系和空间互动。通过跨区域贸易和价值链，城市对商品（如食品、钢铁、塑料）和服务的需求引发了遥远地区的土地转换和使用，尽管没有实物土地跨越区域边界（Guo等人）

全国范围内的总体特征

表2总结了2007年、2012年和2017年各省际虚拟城市土地流动的总体规模、平均流量（即所有省际虚拟城市土地流动的平均值）、总出口量和总本地消费量（同一省份内生产和消费的商品中嵌入的虚拟城市土地总量）。2007年至2017年间，中国的省际虚拟城市土地流动总量和平均流量均快速增长。

与以往研究的比较

现有研究表明，中国的跨区域贸易占总隐含土地使用的21.39%，其中38.54%的土地需求由其他省份满足（Wang和Wang，2023年）。我们的研究结果进一步表明，这些流动中体现的城市土地相当于中国实际城市建成区面积的约30%，平均而言，46.58%的省级城市土地需求通过外部满足——这表明城市土地在贸易中的体现程度和对外依赖性比其他类型土地更高

结论

本研究揭示了嵌入在省际贸易中的虚拟城市土地已成为中国城市化过程中一个结构上重要的组成部分。2007年至2017年间，省际虚拟城市土地流动迅速扩大，占了中国城市建成区土地的30%。这些流动主要由国内贸易驱动，空间分布极不均衡，表现为经济发达的东部和东北部省份向中部和西部地区的净转移

CRediT作者贡献声明

刘海蒙：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、验证、监督、项目管理、方法论研究、数据收集、概念构建。熊杰阳：初稿撰写、可视化处理、软件开发、数据整理。宋涛：审稿与编辑、正式分析。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：42471230、42171210）和教育部（项目编号：22JJD790015）的支持。