长江中游城市群土地利用效率测算：现实机理与时空分异

长江中游城市群土地利用效率测算：现实机理与时空分异作者：李长健苗苗来源：《中国人口·资源与环境》2017年第12期摘要为揭示长江中游城市群土地利用效率的现实机理与时空分异特征，探索区域协调、绿色发展、适度开放、资源共享意义下的城市土地利用思路，以四元作用异样度即经济增长度、社会发展度、资源持续度、环境友好度为效率评价法则，引入考虑非期望产出的双目标DEA-SBM模型，对2001—2014年土地利用数据进行测算。

结果表明：城市群土地利用效率整体上升、局部回落，“一主两副”土地利用格局分化显著，城市群内部土地利用效率离散水平较高；土地利用呈现较不稳定的空间正相关性，以低低型和低高型聚集为主，受局部不稳定因素影响的城市逐渐增多；土地利用非综合有效表现为纯技术效率有效而规模效率无效。

由此，城市土地利用与社会经济效益、资源环境效益在不断的调和与适应，但区域土地利用效率发展水平并不同步，低效城市阻抑区域土地利用效率的整体发展进程，且土地要素投入规模与最优投入规模之间仍存在差距。

为推动流域土地利用效率的提升，建设开放竞争、统一有序的建设用地市场，以城市群为单位进行土地功能分区，外力促进要素流动与区位互补、内力协调经济社会发展与资源环境可持续，形成以“中心+核心”城市为主体、“流域治理+部门协同”为手段的土地利用轴带。

关键词土地利用效率；时空分异；双目标DEA-SBM模型；四元作用异样度；流域土地利用轴带中图分类号 F291.1文献标识码 A文章编号 1002-2104（2017）12-0157-08DOI：10.12062/cpre.20170411传统城镇化以经济总量和承载投资来衡量土地利用效率，“十三五”规划提出的“创新、协调、绿色、开放、共享”理念对土地资源利用提供了新思路：“创新”着眼于土地利用模式的革新，“协调”强调土地利用的区域、城乡统筹，“绿色”着眼于土地利用的生态协调与环境友好，“开放”要求土地利用市场的有序完善，“共享”则关注土地资源的合理配置和利益普惠。

当前，我国“土地城镇化”进程远超“人口城镇化”，作为承载城市经济、社会、生态、环境发展的核心资源要素，土地资源的利用结构、强度、效益与城镇化对土地资源利用的内涵要求仍存在差距。

在2016年中央全面推行“河长制”的政策形势下，城市土地利用效率的评价范围需从局域向流域不断拓宽，发挥最大的经济、社会、生态效益。

土地利用效率评价起源于19世纪70年代新古典经济学的市场配置效率理论，后经Farrell 理论革新，将要素效率分为反映最大产出能力的技术效率和代表最佳投入使用能力的配置效率，两者合并组成经济效率。

学术界关于土地要素利用效率的实证研究方法主要分为参数法（随机前沿生产函数）和非参数法，分别由Aigner，Lovell，Sehmidt和Farrell首次提出，学者通过构建土地面积的C-D函数[1]、采用传统数据包络分析（Data Envelopment Analysis，DEA）或借助全要素生产率（Total Factor Productivity，TFP）[2]测算城市土地利用的结构效率、土地利用评价指标的有效性等。

传统DEA模型（如CRS、CCR）仅关注变量的期望产出，而实际上城市发展进程存在人口体量激增、环境质量恶化等负效应，不能满足传统DEA 模型产出导向（Output-oriented）的假设，因此加入非期望产出变量的DEA模型应运而生[3]。

从Fare等[4]首次提出非期望产出DEA模型开始，国内外相关实证分析聚焦于对改良后的DEA模型的使用。

张军涛等[5]采用DEA-Tobit 两阶段模型对城市土地利用效率进行动态测度及影响因素分析，Tone[6]构建SBM-DEA模型将松弛变量引入目标函数，成功规避了投入产出变量的松弛问题，同时也避免了径向选择所造成的偏误，后被学者广泛引用到规模报酬不变且考虑非期望产出的土地利用效率测度中[7]。

由于土地资源的有限性，学者们密切关注城市土地资源的持續化水平，并在土地利用分类的空间聚合性、土地利用强度变化、城市空间的合理规模等方面做出大量研究。

同时，由于土地要素兼备稀缺资源的属性，因而其具有天然的经济价值。

例如，城市土地价格梯度会影响房价梯度，并由此伴随着城市土地的价值增值[8]。

此外，现阶段生态价值已逐渐成为判别土地资源利用合理化程度的核心因子，在城市绿化覆盖对游客访问流分布的影响[9]、土地利用对河流污染的作用度[10]、土地利用模式与生态健康的关联[11]等领域的研究大量涌现。

由此，本研究将密切关注城市土地利用的经济、社会、生态、环境内涵，以流域城市群为研究对象，在把握土地效率测度现实机理的基础上构建多维评价体系，同时利用双目标DEA-SBM模型和GEODA空间计量模型探究城市土地利用效率的时空分异特征，并从化解现实土地利用矛盾的角度出发，为区域土地资源优化配置做出进一步的思考。

1 研究思路与方法1.1 城市土地利用效率测度的现实机理分析城市土地利用效率测度应涵盖要素投入的资本密度、土地体量、人口数量，以及要素产出的经济、社会、资源、环境效益[12]，即将土地利用效率与城市“经济增长度、社会发展度、环境友好度、资源持续度”相关联，即形成以“四元作用异样度”为依托的土地利用效率发展动力回路（见图1）。

在要素投入方面，资本密度、建设用地投入、劳动力数量构成城市土地利用的要素投入单元，三类要素配置的结构、强度、密度、持续度关系到土地资源配置的合理化程度与产出效益。

在要素产出方面，土地资源具有天然的社会经济属性，城市的经济活动、消费水平、交通状况决定了土地的利用方式与生产价值。

经济产出是从产业体量、消费水平等角度直观反映资源消耗与有效产品（或服务）之间的对比关系[13]；社会产出是通过评价地均人口体量、居民生活水平及公共设施享有程度来反映城市土地利用的社会价值；要素投入的环境产出是评价土地利用环境友好度的重要单元，城市绿化水平、固体废弃物污染治理水平等是城市土地利用的正向产出，在良好的城市土地规划利用机制中，环境评价单元与影响因子之间应存在协同发展的耦合关系。

城市土地利用未必尽然是正效率产出，可能存在非期望产出。

城市人口体量的增长、人口密度的增大加重了城市土地资源配置、公共福利供给的负担，二者均属于城市发展中的负效率产出。

此外，城镇化为工业化发展带来了动力与资本积累，工业反哺城市发展的同时也对环境带来负荷。

工业废气、固液体污染物的排放是制约城市生态发展的阻力，也是城市土地利用的非期望产出。

因此，根据城市土地利用效率测度的“四元作用异样度”评价法则，城市土地利用效率不仅是指经济效率，而是经济、社会、环境、资源的协同发展效率，且应遵循“要素决策单元→期望产出”和“要素决策单元→非期望产出”的双向路径进行测算。

1.2 基于非径向-双目标SBM模型的城市土地利用效率测算方法传统DEA模型是利用径向距离函数并从单一投入或产出方向出发，通过保持决策单元（Decision Making Units，DMU）的输入或输出不变，确定有效的生产前沿面，将各个决策单元投影到生产前沿面上，通过判断DMU偏离模型前沿面的程度来决定其有效性。

这里选用考虑环境变量的非径向DEA-SBM模型，同时兼顾期望产出与非期望产出的异质性，构建非径向-双目标SBM模型[14]。

双目标决策下的SBM模型倾向于决策在投入一定的情况下，同时实现期望产出最大化和非期望产出的最小化。

假设每个城市土地利用系统有n个决策单元（DUM），有m种投入、s1种期望产出和s2种非期望产出，并分别定义为：（2）式中ρ*为目标函数且严格递减，s-i、sgr、sbr分别为投入、期望产出、非期望产出的松弛变量，具体而言为投入冗余量、期望产出不足量、非期望产出超过量。

当ρ*=1时为决策单元最优解，此时s-、sg、sb均为0，所表征的经济含义为期望产出不能再提高，非期望产出也不能再降低，此时决策单元有效；当ρ*1.3 城市土地利用效率的空间特征检验为明确城市土地利用效率的空间差异与特征，本文采用空间自相关分析法中的Moran’I指数对其进行测度和检验。

全局性Moran’I的计算公式为[15]：其中，xi、xj分别为i地区、j地区土地利用效率的观测值，是土地利用效率的平均值，wij为空间权重矩阵，当i与j地缘相邻时权重为1，反之权重为0。

对于全局Moran’s I指数，可以利用标准化统计量Z进行自相关显著性水平检验。

当I∈（0，1）时，反应城市土地利用效率存在正的空间自相关性，即有空间集聚特征；当I∈（-1，0）时，反映城市土地利用效率存在负的空间自相关，即有空间分散特征。

全局性自相关分析只能用来判定城市群土地利用效率观测值的整体关联度和空间特征，若需判定单一城市内部空间集聚的具体位置，可根据局部Moran’s I指数及对应的Moran’s I散点图，以及LISA（Local Indictators of Spatial Association ）集聚图等空间计量工具进行测度，并将局部性Moran’s I指数定义为：其中，s2xx为方差，当Ii>0时，表征“高-高”聚集区；当Ii2 研究区域、指标选取与数据来源2.1 研究区域长江中游城市群地处“中三角”，是以武汉城市圈、长株潭城市群、环鄱阳湖生态经济区为主形成的特大型城市群，2015年出台的《长江中游城市群发展规划》中对其战略引擎地位和经济增长功能作出了肯定。

区域经济发展激发了城市用地需求，且不同城市的土地资源禀赋、用地模式、发展理念各异。

以长江中游城市群為例，探索城市土地利用效率的时空分异特征，为我国流域城市群土地利用提供必要的理论与实践指导。

2.2 指标选取城市土地利用效率评价指标的选取，将遵循前述“四元作用异样度”效率评价法则的内涵，以经济增长度、社会发展度、环境友好度、资源持续度为衡量标尺。

具体而言，城市土地利用效率指标评价体系分为三层：（1）投入指标层：以资本、土地、劳动力作为城市土地利用的基本要素投入，其中地均固定资产投资（X1）、地均房地产开发投资（X2）分别表示城市土地综合资本投入与城市建设用地资本投入；城市建设用地是城市建设的重要物质载体，因此选取城市建设用地面积（X3）表征土地资源投入；二三产业从业人口数量（X4）表征城市土地利用的劳动力资源投入。

（2）期望产出指标层：期望产出指标是经济、社会、资源、环境协调发展的综合体现，因而选取地均二三产业增加值（X5）作为经济产出指标，以地均城镇社会消费品零售总额（X6）、城镇居民家庭人均可支配收入（X7）、城镇人均拥有道路面积（X8）作为衡量土地利用社会效益的指标，以建成区绿化覆盖率（X9）、城市生活垃圾无害化处理率（X10）、城市二氧化硫去除率（X11）来衡量城市土地利用的资源环境友好度。