城市土地利用效率的时空差异研究

李菁+李参军+贺际康

摘要：基于数据包络分析方法，并以Arcgis10.2为技术平台，结合空间计量分析法对江苏省各地级市间土地利用的综合效益差异进行对比分析，厘清差异背后的核心驱动因素，以期为带有地方特色的区域城市可持续发展计划的制定夯实理论基础。研究表明：①城市用地的数量与利用的质量在整体上呈现正相关关系。②在时序演变特征上，2005-2015年间江苏省各地区的土地利用效率的变化周期、变动幅度、增减量方面存在显著差异。③在空间差异变化特征上，江苏省经历了一个从中低效率到高效率的跨越飞进。

关键词：土地利用效率，时空差异，驱动机制，江苏省

中图分类号：F293.2 文献标识码：B

文章编号：1001-9138-（2017）09-0045-51

1 引言

城市土地利用是改变、组织并重塑全国城镇规划时空体系与城市功能的务实之选，其产生的资源、社会、生态、地学及生物学效应最终会在城市土地利用效率上有所反映。因此，随着城市系统的逐步完善，城市土地利用效率研究逐步成为学界及理论界关注的热点命题。早期国内外学者对土地利用效率的研究主要集中于区域土地利用效率指标体系构建、测算模型、方法对比及优化策略等方面，为了实现科学研究与现实发展的接轨，学者们的探讨内容逐步丰富到不同地域土地利用效率的差异化、驱动机制、特征演变、土地利用效率与资源环境的协调耦合性研究等方面，研究尺度也深入涉及到微观的以市域为单位，研究方法也随着时代发展而层出不穷，主要包括灰色关联度模型、RS、GIS空间分析、R数值模拟、数据包络分析（DEA法）等方法。而数据包络分析法因其具有单位不变性、不受量纲限制等特征被广泛纳入相关主题的研究方法框架中，该方法在测算土地利用效率时得到的精度较高，结果的科学性极强。这些成果对提高区域土地价值与城市用地的持续可协调发展具有重要的指导意义。但是这些研究重经济模型的定量测度，轻各城市土地利用效率的空间差异，对城市土地利用效率差异背后驱动因素的研究较为薄弱。而强化效率時空格局演变及驱动机制的研究有助于显化并扩充城市土地利用这一命题的现实意义。

本文以江苏省各地级市为实证对象，利用数据包络分析（DEA法）并以Arcgis10.2为技术操作平台，结合空间计量分析法对城市间土地利用的综合效益差异进行对比分析，厘清差异背后的核心驱动因素，以期为带有地方特色的区域城市可持续发展计划的制定夯实理论基础。

2 数据来源、指标选取与研究方法

2.1 数据来源

本文相关数据来源于2006-2016年《中国城市统计年鉴》及《江苏统计年鉴》，部分重复以遗漏数据选用国民社会经济发展公报及统计局公布的官方数据作为辅助。

2.2 指标选取

本文选取DEA中以投入为导向的C2R模型，构建“投入—产出”一级系统和“社会—经济—环境”二级子系统相结合的城市土地利用效率符合评价指标体系系统，见表1。指标中土地面积均指各评价单元的建成区面积。

2.3 研究方法

DEA（Data Envelopement Analysis）又称之为数据包络分析，是对评价对象进行某一属性相对优劣的判断的综合方法，DEA分析这一“输入——输出”模型的构建最早由著名的运筹学家Charnes等人于1978年提出，其基本思想是以效率前沿面为断面，利用线性规划和计量统计学技术，结合投入要素线性组合占产出要素线性组合的比重来识别评价对象的某属性的强弱，并根据评价对象的输出结果与DEA计算出的生产前沿面的偏离程度测算其相对效率值。由于其实用性与科学性兼有，绝对值与相对值相融、量纲转换与矩阵旋转均不变性等特点而被广泛应用于管理学、地理学和经济学相关领域的研究中。

将DEA的基本原理扩展到城市土地利用效率的测算上，则可以将其表述为：将评价单元看做，每一个各自对应3种投入指标和6种产出指标，对于某特定DMUj，其投入指标的矩阵可以表示为X1j=（x1j，x2j，x3j）T，产出指标的矩阵可以表示为Y1j=（y1j，y2j，y3j，y4j，y5j，y6j）T。将指标体系中投入产出的权重向量分别定义为V=（x1j，x2j，x3j）T和H=（y1j，y2j，y3j，y4j，y5j，y6j）T，则测算DMU0的土地扩张效率模型的基本形式为：

基于对偶规划理论的对偶规划方程如下：

其中，ε为非阿基米德无穷小量，s+为松弛变量，表示DMUj投入冗余情况，s-为剩余变量，表示DMUj产出不足。θ表示该DMUj的有效值，即资源利用有效度。值越大，表示资源的利用程度越高，反之则越低。

3 实证分析

3.1 土地利用效率测算结果分析

运用MaxDEA分别对江苏省13个决策单元的土地利用效率进行综合测算，可得2005-2015年江苏省各城市土地利用综合效率，结果见表2。

由表2可知：在实证范围内江苏省各地市的城市土地利用效率存在显著差异。从总体上来说，2005年江苏省13个城市中，除了苏州市外，其余地市均DEA无效，土地利用效率从高到低以此排序为泰州（0.7758）、镇江（0.7319）、扬州（0.7021）、盐城（0.6572）、淮安（0.6438）、连云港（0.6312）、南通（0.6118）、宿迁（0.6010）、南京（0.4848）、徐州（0.4079）、常州（0.3797）和无锡（0.2646），其中DEA效率最大值落在泰州市，最小值则落在无锡市。2006年，江苏省内土地利用有效的单元从1个增加至3个，分别为盐城、扬州及镇江。这个结果也可以部分显示出苏北和苏南土地利用效率的差异以及苏南区域城市经济增长对土地利用的依赖程度可能要远超于苏北区域的某些城市。2007年，13个城市的土地利用效率均未完成从无效到有效的转型，但盐城、扬州、镇江3市的土地利用效率均维持在一个较高的水平。随后，在2008年，盐城和淮安市实现了研究期间第一次土地的有效利用，DEA效率值达到1。而其余城市土地利用的DEA值虽为无效，但是相比于2004年，其土地利用效率均有较大的增长空间。在2009年，连云港市完成了第一次土地利用无效到有效的转型，利用效率值跃居到全省第一，而镇江和扬州在2005年达到峰值后，在这一年继续实现了土地效率值最高的状态。2011年，2个完成土地利用DEA有效的城市分别为扬州和镇江，其余城市虽DEA效率值呈现无效状态，但从整体来看，南京、淮安、盐城、连云港及泰州等市的土地利用效率明显提升，均值为0.8219。扬州和镇江市从2009-2011年均保持其DEA有效性不变。除宿迁市外，其余城市的土地利用效率值均处于提高状态，且增加率并不一致，但相同的是增加的都较为缓慢。2012-2015年，各市DEA有效值增减不一，土地利用水平存在明显差异。除南京和镇江市的土地利用有效值表现出减少的特点外，其余市的土地利用DEA值均呈现增加态势。其中，泰州市在这三年内土地利用效率居高不下，盐城市也在2014年实现了DEA有效，城市土地利用效率大大增加，而其余市的土地利用效率也处在波动上扬的状态。2015年虽然只有泰州土匪利用效率实现了DEA有效，但各地市的土地利用效率基本和2014年保持一致，达到了较高的水平。endprint

3.2 土地扩张效益时序演变特征分析

从时序演变特征来看，2005-2015年，江苏省整体的城市土地利用效率水平不高，但呈现上升趋势，在部分年份略微有些许波动，但是不影响整体效率的增加。其中，2005-2006年间效率的增长率最快。其效率值在2010年达到峰值，为0.7915。从各个地市来看，2005-2011年，南京市的土地利用效率与江苏省整体水平的变化趋势趋同，其变化曲线表现出“V型”特征。DEA有效值从研究初期的0.4848增加到0.8137，而在2011年后，南京的土地利用效率呈现下降趋势，这可能与城市发展及扩张战略密切相关，盲目追求城市用地量的扩张而忽略质的挖潜，导致城市土地利用效率的降低。可见，地方政府应转变“以地生财”的思想，转而考虑如何可持续发展以及维持土地可持续利用时期最长这一关键问题。对无锡市而言，虽然其土地利用效率始终呈现上升趋势，但该地区DEA效率值的增长率始终维持在3.15%，增加较为缓慢。徐州市的土地利用效率可具体细化为两个阶段，第一个时间段是2005-2009年，2009年其土地利用效率位于曲线的谷底，在触底后反弹，随后一直呈现增加趋势。第二个时间段是2010-2015年，呈现出增长幅度不稳定，变化周期较长之势，年均增长5.54%。常州和盐城市的土地利用变化均经历了一个逐步上升的过程，从最开始的最低值转变为研究末期的土地利用DEA有效。但是否在接下来持续的一段时间内，维持这一可持续发展的水平，仍不可知。苏州市的土地利用效率变化过程较为复杂，2005年，该市的土地为利用有效，但在2006年该市土地的利用水平又呈直线下降，随后一直都处于“V字型”不断震荡的状态中，但与研究初期相比，研究末期的土地利用效率有轻微的提高，城市土地利用状态开始向良性转型。而对于南通市而言，在研究期间，该区域的土地利用效率始终未发生多大的变化，一直都处于中水平的利用状态。相比于南通市，连云港虽然经济发展状况不良，但是在2006、2009和2010这三个年份其土地利用达到了有效利用的状态，而其余年份该市的土地利用效率也保持在了一个较高的水准下，这一点与淮安市的土地利用效率接近。盐城市的土地利用效率在历经了2006、2008和2014年的DEA有效后，其土地利用效率的变化趋势与扬州市相同，也均维持在了一个相对较高的水平。镇江市的土地利用效率变化曲线较为波折，总体上来说可以分为四个阶段，第一阶段是土地利用效率急剧上升阶段，第二阶段是缓慢下降阶段，第三阶段是DEA有效维持阶段，最后一个阶段是缓慢下降阶段。但是与第二阶段不同，这一阶段该城市的土地利用就算下降也维持在一个很高水平，远超于江苏省整体平均水平，而宿迁市的土地利用呈现正三角形变化趋势。

综上所述，2005-2015年间，江苏省各地区的土地利用效率的变化周期、变动幅度、增减量方面存在显著差异。从整体上来说，存在以下几种变化趋势：第一，在研究期间，土地利用效率值始终呈稳定的缓慢上升状。第二，其余大多数城市的土地利用效率呈先上升后下降再上升状，这与土地报酬的递减规律相符，因此，这些地市所需要考虑的就是如何将土地利用有效期维持在较长的一个时间段里。这些地市中，情况变化最为复杂的属扬州和盐城市，从始至终，其土地利用变化始终处于一个波动状态，并未稳定。因此，对这部分城市而言，随着工业化和城市化的大力推进，地方政府更多以经济增长为导向进行城市经营，形成重经济、轻社会生态的发展格局，最终导致部分城市某一阶段土地扩张效益低下，伴随着土地扩张的负外部性日益凸显，资源和环境形势趋紧，圈内部城市开始注重扩张的综合效益，减少部分要素的投入总量并积极提高社会和环境产出，现代的城市开发观念也从“以经济”为单中心逐步转型成为“以经济—社会—生态”三方为中心。

3.3 土地扩张效益空间差异特征分析

从地理空间格局特征来看，江苏省城市土地利用效率具有极强的空间异质性。江苏省内各地市虽在城市形态发育、公共设施建设、社会服务水平等方面发展较为均衡，但是由于其内部资源禀赋差异以及要素组合方式不同所形成的配比差异，导致区域间影响城市土地利用效率的主导驱动力各有不同。组内土地利用效率变化的周期、幅度、方向不同，最终促使土地利用效率DEA值的空间布局具有时间效应。

本文以上述测算的各地区土地利用效率的DEA值为基础，并为了更好地展现其空间分异规律，将其划分为如下五个区间：低值区（0

相比于2005年，全省城市土地利用效率在总体上有了很大提高。2012年，高值区域继续以盐城市为支点，向西南部延伸，土地利用高效率的溢出效应逐步蔓延至扬州、镇江和泰州市。对中高值区域而言，中高值区域的条带状分布被打乱，由原来的条带状布局变为散落的点团状集聚分布。南京市由以中值区为主导变为以中高值区为主导，中效值区域由原来的集中连片分布变为“点状+面状”镶嵌式。东南段的城市如南通、无锡依旧保持土地中效利用不變，苏州的土地效率值又有所下降。对于徐州而言，其效率值的区间并未发生改变，这几年一直维持在低水准不变。2015年，高效率值区域在版图上的面积分布比达到34.8%，土地利用的高效率成为省内的土地利用效率主要类型，而南京的土地利用效率值依旧减小。常州这个高值区域位于在镇江和无锡两城市之间，形成了以高值区为主体，中高值区为辅助的较高土地利用类型范式。这一年，苏北各城市相对于苏南来说，土地利用效率较高。

总体来看，2005-2015年间，苏北地区的城市土地利用效率提高程度要高于苏南地区。这主要归因于：第一，苏北地区初期土地、人力资源投入较少，单位土地报酬较低，从而降低整体的DEA效益水平，但随着工业化和城市化的大力推进，地方政府更多坚持以人为本为导向进行城市经营，政界的发展眼光也不仅仅只停留于经济层面，转而投向更高层次的社会和生态需求，城市内部的发展观也从“以经济建設为中心”逐步过渡到“以经济—社会—生态”三元为中心，从而使得土地利用的效率也得到了不断提高。

4 结论与讨论

2005-2015年间，江苏省各地市城市土地利用效率最高值为1，最低值为2006年无锡市的0.2644。经历了研究初期的以中低效率为主导变为末期以高效率为主导的演变趋势。伴随着城市用地规模的涓滴效应逐步显化，土地利用效率总体呈现上升态势，由此可见，城市用地的数量与利用的质量在整体上呈现正相关关系。

在时序演变特征上，2005-2015年间，江苏省各地区的土地利用效率的变化周期、变动幅度、增减量方面存在显著差异。从整体上来说，存在以下几种变化趋势：第一，在研究期间，土地利用效率值始终处于稳定的缓慢上升的趋势。第二，其余大多数城市的土地利用效率存在先上升后下降再上升的阶段，这与土地报酬的递减规律相符合。

在空间差异变化特征上，江苏省经历了一个从中低效率到高效率的跨越飞进。高效利用的城市数量愈来愈多，城市低效利用现象逐步弱化，单位土地产出稳步提高。在空间格局的分布上，2008年江苏省各地区土地利用高效益地区坐落于中东部，且随着时间推移，呈现典型的分散发展趋势，总体表现出由点及面的带状扩散格局，地区间土地高效利用的辐射效应逐步发挥作用。

本文以江苏省13个地级市为实证对象，运用数据包络分析结合GIS空间分析的方法，通过构建城市土地利用效率评价指标体系，对江苏省及其各地区的2005-2015年间土地利用效率的时序演进和空间差异特征进行揭示与分析。但我们应该注意到，城市土地利用效率的影响因子众多，如何科学合理地选择评价指标，完善评价体系，是今后需要关注的。

参考文献：

1.李菁 陈丹玲 尤耀林.武汉市土地利用变化研究——基于区位熵分解模型和洛伦茨曲线.中国房地产.2016.27

2.张俊峰 张安录.基于土地利用效率差异的差别化土地管理研究——以武汉城市圈为例.农林经济管理学报.2016.03

3.杨海泉 胡毅 王秋香.2001-2012年中国三大城市群土地利用效率评价研究.地理科学.2015.09

Study on Spatial-temporal Difference of Urban Land Use Efficiency

Li Jing，Li Canjun，He Jikang

Abstract：Based on the data envelopment analysis method and the arcgis 10.2 technology platform，combined with the spatial econometric analysis method，this paper makes a comparative analysis of the comprehensive benefits of land use in various cities in Jiangsu province，and clarifies the core driving factors behind the difference.With the local characteristics of the regional urban sustainable development plan to consolidate the theoretical basis.The results show that：（1）the quantity of urban land and the quality of utilization are positively correlated.（2）There are significant differences in the period，variation and increase and decrease of land use efficiency in Jiangsu province from 2005 to 2015.（3）in the characteristics of spatial differences in change，Jiangsu province has experienced a low efficiency from the efficient to fly across.

Keywords：Land use efficiency，Time and space difference，Driving mechanism，Jiangsu provinceendprint