安徽省各地级市土地利用生态效率分析

姚　成

(安徽财经大学统计与应用数学学院，安徽 蚌埠 233030)



安徽省各地级市土地利用生态效率分析

姚成

(安徽财经大学统计与应用数学学院，安徽 蚌埠 233030)

摘要：各地区土地利用状况的差异会对其各自的生态和环境产生不同的影响。根据安徽省各地级市土地利用现状，通过构建土地利用生态效率投入产出指标，选用数据包络分析(DEA)CCR-I模型，测算了安徽省16个地级市2010—2012年的土地利用生态效率值。结果显示，从2010年到2012年，各地级市的土地利用生态效率值基本呈下降的趋势；土地利用生态效率DEA有效的地级市只有黄山市，其他各地级市都是DEA非有效的。基于此，在土地面积和GDP固定不变条件下，优化各地级市土地利用生态效率的投入和产出，以使各地级市达到DEA有效状态显得尤为重要。

关键词：土地利用；生态效率； CCR-I模型

生态效率是经济社会发展的价值量和资源环境消耗的实物量比值，即生态效率=经济社会发展(价值量)/资源环境消耗(实物量)，表示经济增长与环境压力的分离关系[1]。土地利用是全球变化的重要组成部分，土地利用活动所带来的生态和环境效应，不仅影响着当地，更进一步地影响全球，成为地理及相邻学科关注的热点[2]。近百年来，人口快速增长使得应用于非住宅的土地资源不断减少，土地资源利用问题已经引起世界范围内的注意。随着人类科学技术进步和改造自然的能力不断增强，如若处理不慎，环境污染和生态平衡破坏的问题就会接踵而至，而这所有的一切都往往首先表现在土地利用上。因此，土地利用生态效率具有重要的研究价值。本研究运用数据包络分析(DEA)的CCR-I模型分析得到安徽省16个地级市的土地利用生态效率的变化趋势，然后优化了各个DEA非有效城市的土地利用生态效率，使其达到DEA有效状态。

一研究方法、指标的确定和数据来源

(一)研究方法

数据包络分析简称DEA,是使用数学规划模型评价决策单元间的相对有效性, 由Charnes等人(1978)[3]首次提出，并构建了首个DEA模型，即CCR-I模型。本研究选用此模型，分析安徽省16个地级市土地利用生态效率。

设有n个决策单元,每个DMUq的第i项投入为Xiq，第j项产出为Yjq，因此，每个DMUq土地利用生态效率值计算如下：

Uj≥0∀j,j=1,2,...,s

Vi≥0∀i,i=1,2,...,m

其中，Xik、Yjk则分别为DMUk第i项投入和第j项产出；Vi为第i项投入权重；Uj第j项产出权重； hq即为DMUq的土地利用生态效率。

引入阿基米德无穷小量ε，根据线性规划对偶理论，将上式转化成线性方程，得到如下对偶式方程[4]：

λk≥0,k=1,2,...,n

(二)指标确定

本研究选择的投入指标为具体投入与土地面积的比值，并根据游和远等人(2011)[5]的研究将GDP与非期望产出的比值作为CCR-I模型的产出指标。且投入个数和产出个数之和小于安徽省16个地级市的一半，符合CCR-I模型的要求。投入产出指标及说明如下：

1.投入指标

(1)地均劳动人口(人/公顷)，即劳动人口/土地面积，以15—59岁人口数估计劳动人口；

(2)地均一次能源(吨标准煤/公顷)，即一次能源消费总量/土地面积；

(3)地均用水量(吨/公顷)，即用水消费总量/土地面积；

(4)地均固定资本(万元/公顷)，即固定资本/土地面积。

2.产出指标

(1)工业废水-GDP负荷(万元/吨)，即GDP/工业废水排放量；

(2)工业二氧化硫-GDP负荷(万元/吨)，即GDP/工业二氧化硫排放量；

(3)工业烟(粉)尘-GDP负荷(万元/吨)，即GDP/工业烟(粉)尘排放量。

(三)数据来源

由于2011年8月22日撤地级巢湖市，设立县级巢湖市，因此，本文并未对巢湖市进行分析。而安徽省16个地级市的指标数据，均来源于2011—2013年《中国城市统计年鉴》及《安徽省统计年鉴》。

二安徽省各地级市土地利用生态效率结果分析

(一)安徽省各地级市土地利用生态效率计算

表1　2010—2012年安徽省各地级市土地利用生态效率

本研究采用DEA SOLVER PRO软件，运用CCR-I模型计算得2010、2011、2012年安徽省16个地级市的土地利用生态效率值，并求出生态效率均值(见表1)。

以各地级市为研究对象发现，从2010年至2011年及2011至2012年，各地级市的土地利用生态效率值基本呈递减的趋势。仅2010年至2011年，滁州市土地利用生态效率值从0.63增加到0.80，2011年至2012年，亳州市土地利用生态效率从0.56增加到0.60；黄山市土地利用生态效率一直都为1。而2010至2012年间，安徽省各地级市GDP在不断地增长。因此，2010年至2012年间安徽省各地级市在发展经济的同时，对资源和环境缺乏重视。

根据计算结果，2010—2012年安徽省16个地级市的土地利用生态效率均值排序如图1。

图1　安徽省16个地级市土地利用生态效率均值

(二)安徽省各地级市土地利用生态效率优化

由于篇幅有限，本文仅给出了2012年安徽省各地级市土地利用生态效率优化方案(表2)。下面通过调整土地利用投入和产出，使得各地级市达到DEA有效状态。其中，投入过剩量和产出不足量计算公式如下：

投入过剩量：

产出不足量：

表2　2012年安徽省各地级市土地利用生态效率优化

由表2获得了安徽省各市投入产出指标的调整量。考虑到各地级市土地利用生态效率的投入产出指标均为两个变量相除而得到，并不有利于我们对各个投入、产出变量的直接调控。由于16个地级市土地面积固定，为实现DEA有效，计算得到土地面积固定不变条件下的劳动人口、一次能源、用水量和固定资本投入过剩量。而工业废水-GDP负荷、工业二氧化硫-GDP负荷、工业烟(粉)尘-GDP负荷的增加，可以通过增加GDP产出实现，也可以通过减少非期望产出来实现。在当前的社会经济背景下，在GDP一定的情况下，实现污染物的排放量的减少显得尤为重要。在实现DEA有效的条件下，计算得到固定GDP下的工业废水、工业二氧化硫和工业烟(粉)尘的减少量。计算公式如下，计算结果如表3。

土地面积固定不变条件下投入减少量：

ΔIPik=Mk·Eiki=1,...,4;k=1,...16

其中，ΔIPik为固定土地面积下DMUk第i个投入减少量；Mk为DMUk的土地面积。

GDP固定不变的条件下非期望产出减少量：

其中，ΔOPjk为固定GDP下DMUk第j个非期望产出减少量；OPjk为DMUk第j个非期望产出指标值；GDPk为DMUk的GDP，Yjk为DMUk第j个产出指标值。

表3　土地面积和GDP固定条件下2012年各市土地利用生态效率优化情况

三结论

第一，基于DEA的CCR-I模型，测算安徽省的16个地级市土地利用生态效率值。结果表明，从2010到2012年，各地级市的土地利用生态效率基本呈现递减的趋势，而 GDP呈递增趋势。由此可见，安徽省各地级市在发展经济的同时，忽略了资源的节约和环境的保护。在安徽省16个地级市中，只有黄山市的土地利用生态效率为DEA有效的，其他各地级市的土地利用生态效率都为DEA非有效。可见，合理安排土地利用投入，优化土地利用产出，对于使土地利用生态效率达到DEA有效显得尤为重要。

第二，根据土地利用投入和产出的改变量，优化了2012年安徽省各地级市的土地利用生态效率，给出了土地面积和GDP固定条件下可调控变量的优化方案，最终获得了劳动人口、一次能源、用水量、固定资本和工业废水、工业二氧化硫、工业烟(粉)尘的减少量，为各地级市土地利用生态效率的改善及在经济发展、资源节约、环境保护中的权衡决策提供了可靠依据。

第三，在指标选择方面，以地均劳动人口、地均一次能源、地均用水量、地均固定资本为土地利用生态效率投入指标，以工业废水-GDP负荷、工业二氧化硫-GDP负荷、工业烟(粉)尘-GDP负荷为产出指标。而事实上，土地利用生态效率是多方面因素共同作用的结果，进一步对其影响因素进行分析，将有助于提出更加完备的土地利用生态效率改善政策建议。

参考文献：

[1]田炯，王翠然，陆根法.层次分析法在生态效率评价中的应用研究[J].环境保护科学， 2009，(1).

[2]吴文斌，杨鹏，柴崎亮介，等.基于Agent的土地利用/覆盖变化模型的研究进展[J].地理科学，2007，(4).

[3]Charnes A，Cooper W W，Rhodes E.Measuring the efficiency of decision making units[J].European journal of operational research，1978,(6).

[4]魏权龄.数据包络分析[M].北京：科学出版社，2004.

[5]游和远，吴次芳，林宁，等.基于数据包络分析的土地利用生态效率评价[J].农业工程学报，2011，(3).

(责任编校：陈婷)

Analysis of Eco-efficiency of Land Use of

Each Prefecture-level City in Anhui Province

YAO Cheng

(School of Statistics and Applied Mathematics,

Anhui University of Finance and Economics, Bengbu Anhui 233030, China)

Abstract：The differences of land use situation in various regions have different influence on their ecology and environment. According to the present situation of each prefecture-level city’s land utilization in Anhui province, this paper constructs the input and output indexes of eco-efficiency of land utilization, and selects CCR-I model based on data envelopment analysis (DEA) to calculate the ecological efficiency value of land use of 16 prefecture-level cities in Anhui province from 2010 to 2012.The results show that ecological efficiency values of land use of each prefecture-level city basically present a decreasing trend from 2010 to 2012 and only Huangshan city is DEA-efficient. Based on these, this artical optimizes the input and output of eco-efficiency of land use in each prefecture-level city under the condition of fixed land area and GDP, in order to make each prefecture-level city achieve DEA-efficiency.

Key Words：land use; eco-efficiency; CCR-I model

作者简介：姚成(1990— )，男，安徽亳州人，安徽财经大学统计与应用数学学院硕士生。研究方向：数据包络分析。

收稿日期：2015-05-19

中图分类号:F301.12

文献标识码：A

文章编号：1008-4681(2015)04-0014-04