基于县域单元的土地利用绩效空间差异分析

杨 璐，王 飞，徐占军

(山西农业大学 资源环境学院，山西 晋中 030801)

“绩效”是指行为所能够达到的某种状态，并且这种状态与预期或事先保持的状态具有一定的联系。美国经济学者North率先提出“绩效”的概念[1]，他认为绩效就是制度的表现。绩效可以简单地理解为成绩和效率。土地在利用过程中以不同的结构和方式所导致的土地利用效率和土地利用绩效方面的差异，即土地利用绩效。土地利用绩效比效率的概念更宽泛，却又包括了土地利用效率。

在North提出“绩效”概念以后，学者们对于绩效的研究[2]逐渐兴起，最早的绩效研究是从绩效标准入手，然而当下学者对土地利用绩效的研究多结合于土地的可持续利用。我国土地资源稀缺，土地利用粗放，土地利用压力大，所以土地利用绩效已成为当前研究的重点。国内学者根据不同尺度以长江三角洲地区[3]、陕南地区[4]、江苏省典型开发区[5]、广东省[6]作为研究主体在土地利用现状数据基础上对土地利用绩效进行了研究；还有部分学者研究了城市的土地利用绩效空间差异[7-9]。纵观文献资料，在研究土地利用空间差异性方面，学术界多以省域和市域的尺度进行分析，而以具有较强地域性、土地资源配置多样、城乡结合作用明显、各类要素相对完整的县域单元城市[10]作为研究对象的相对较少。因此，本文以山西省为例，构建了山西省土地利用绩效评价指标体系、PSR模型基础上的85个县域城市土地利用绩效评价指标体系和山西省土地利用综合绩效模型，并借助ArcGIS 10.2软件对土地利用绩效特征和空间差异性的土地利用绩效体系进行内部协调度分析，具有一定的范围性、代表性和借鉴性，可以为土地利用绩效的相关研究提供参考价值。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

山西省位于太行山西部，土地总面积为15.67万km2，省内有山地、丘陵、盆地这些常见地貌，还有台地等丰富多样的地质地貌类型。东北部是以太行山为主体的块状集聚山地，西南部是以吕梁山为主体的黄土高原，而中部则分布着一系列呈断续状的断陷盆地。辖区总人口为3610.8万人，共有11个地级市，119个县级单位，23个市辖区，11个县级市以及85个独立县域(图1)。

图1 山西省行政区域划分

1.2 数据来源

由于考虑到数据的可得性和完整性，本文选择近期内2015年山西省的统计数据。其中，85个县域单元的相关数据来源于各个县域年度数据统计结果；各个县域经济发展水平的相关数据来源于《中国区域经济统计年鉴》(2016)、《山西省统计年鉴》(2016)、《中国城市统计年鉴》(2016)以及山西省11个地级市统计年鉴中的县域数据、山西省各个县域单元的政府部门的统计公报。

2 土地利用综合绩效评价

土地利用绩效评价除了要了解土地的投入产出状况以外，还要考虑土地利用所带来的资源效益、生态效益、经济效益以及居民生活水平等方面的基本变化[11]。在此基础上，本文借助效益、效率和公平绩效3个评价维度来构建山西省85个县域单元土地利用绩效评价指标体系。其中,效益维度不仅反映了城市土地利用所取得的成效,还反映了城市发展的规模；效率维度主要反映土地的开发利用程度和贡献程度；公平维度反映土地利用效益在社会中的分配程度,具体表现在地均就业量、人均生态林地、每千人拥有病床数等情况[12](表1)；采用专家打分法是以多次征求专家意见以便确定权重的一种常见方法，然后再运用变异系数赋权法为85个县域的12项指标赋权(表2)。

参考土地利用绩效评价指标体系可以给出山西省85个县域单元城市土地利用的综合绩效值模型：

(1)

式中，A表示山西省85个县域土地利用综合绩效值；KI表示85个县域效益、效率、公平绩效的权重值；BI表示山西省85个县域效益、效率、公平绩效的绩效值。

3 PSR模型基础上的土地利用绩效协调度评价

PSR模型以压力、状态和响应3个要素为出发点，测量土地系统内部协调性，综合可持续利用循环因子，可以很好地反映出整个系统的绩效高低[13-15]。根据压力状态响应三者之间的因果关系，有目的地选取人口密度、城镇及工矿用地比例、GDP增长速度、地均社会消费品零售总额、交通运输用地面积比例、地均中小学数、地均二三产业产值、地均GDP、地均就业量、地均实际利用外资、地均社会完成固定资产投资和地均房地产投资完成额12项指标，建立与土地利用绩效系统内部协调度相关的评价指标体系(表3)。利用SPSS软件，使用主成分分析法，通过标准化和归一化处理为各指标赋权，测算各子系统值(表4)。

表1 山西省土地利用绩效评价指标体系

表2 基于土地利用绩效评价体系的变异系数法赋权

表3 山西省县域单元土地利用绩效的协调度评价指标体系

根据在离散系数和距离函数基础上建立的协调度函数，分别得到85个县域单元土地利用绩效协调度和土地利用绩效内部协调度模型，根据协调度指数标准计算各个县域的协调度指数，以此作为划分协调度等级的依据。

(2)

式中，C为协调度指数；Z1代表压力的综合分值、Z2代表状态的综合分值、Z3代表响应的综合分值[16]。然后通过ArcGIS 10.2空间操作系统里的自动优化功能将85个县域单元划分为6个协调度等级(表5)。

表4 基于土地利用绩效协调度评价指标体系的归一化赋权

表5 山西省协调度等级划分地区分布

4 山西省城市土地利用绩效的空间差异特征

4.1 土地利用效益、效率、公平绩效空间格局分布

借助ArcGIS 10.2软件，运用自然断裂法进行空间划分。研究发现，山西省土地利用效益和效率绩效分别表现出截然不同的空间格局分布特征(图2a～图2b)。效益绩效的高值和较高值呈面状分布在清徐县等晋中地区和长治县等晋南地区，而晋北地区则出现了点状离群较高值分布点。效率绩效的高值和较高值则呈面状均匀分布在山西省85个县域单元。晋中地区的清徐县和晋南地区的长治县由于本地优越的地理位置，使得这些城市规模效应日渐明显，土地利用投入产出比率高；晋北地区由于海拔较高，交通运输体系不完善，城市的规模小，产业发展体系不健全，土地利用的成效不明显。公平绩效呈现面状分布的空间特征(图2c)，晋北的左云县地区出现点状离群高值点，由于城市处于山地之上、城市规模较小、建设需求低，所以用地的公平性较高。较高和中等值区分布在海拔低的丘陵、平原地区，城市发展快速，经济水平相对较高，有一定的资金投入以维持社会公平和生态建设，因此用地的公平性高，如阳曲县、沁水县等地区。低值区主要分布在工业发展较快和功能转型的地区。

通过对山西省85个县域进行土地利用效益绩效、效率绩效和公平绩效的逐一分析，可以发现山西省土地利用效益绩效、效率绩效分布特征显著，公平绩效分布分散。这说明山西省土地利用成效明显，城市发展规模突出。但是山西省对社会各项服务和人民公平的物质生活关注度较低，公平绩效不明显而且各地发展水平不一。所以山西省就要适当的提出相应的政策措施来维持效益绩效和效率绩效的平稳水平，同时也要加大对土地利用公平绩效的注重程度。

4.2 土地利用综合绩效格局

从山西省土地利用综合绩效各个县域城市点密度分布图得出，山西省土地利用综合格局表现出较强的集聚空间分布特征：西南部和中部斑点分布稠密；东北部分布稀疏，而东北部的朔州市出现了一些县域的综合绩效点密度相对周围的同级县域要更加稠密的异常情况(图3)。

通过以上分析，可以推测出山西省85个县域单元土地利用综合空间格局存在一定的空间相关性[16]。为了验证空间相关性格局存在的可能性和可信性，可以通过山西省全局的空间格局自相关特征和山西省局部区域的自相关特性进行考察[7]。根据Moran指数的相关公式和定义的解释，通过ArcGIS计算出山西省土地利用综合绩效点密度的Moran指数I的检验值为-0.1176，这就充分说明山西省土地利用综合绩效点密度存在显著的空间自相关关系[16]。在上述基础上，使用Anselin Local Moran's I统计量的空间数据分析方法来识别山西省土地利用的热点、冷点及空间异质值，最后再通过带渲染的聚类/异质值方法分析综合绩效点密度成图，所得的空间分析结果见图4。

图2 山西省土地利用绩效的空间分布图

图3 综合绩效点密度分布图

如图4所示，热点区域分布在晋中市的太谷县、祁县，这2个地区的绩效水平较高，县域各项指标合理，城市在土地利用方面具有较好地规划和配置，城市各项产业结构较为合理，经济、社会、文化、医疗、交通等要素规范运行，城市系统内部具有较高的稳定性。异质热点区域呈现间隔性的点状分布，主要在晋北的平鲁区、晋中的汾阳县和晋南的一些县区。这些地区都是近年来山西省经济发展较快的县域，效益和效率绩效相对于周围县域更加显著。异质冷点区域以大面积面状分布在山西省外围县域和山西省东北部的偏远山区，这些县域的城市经济、社会发展受区域中心城市的影响较大，主要任务是当中心城市选择转型时，接受从中心城市转移来的各类产业系统。冷点区域主要分布在晋南的临猗县、襄垣县等地区和晋中的阳泉市等地区，这些县域长期以来经济社会发展水平都相对较低，城市化、工业化进程缓慢，土地利用绩效低，土地利用水平和合理性也较低，但是由于这些县域都有本县域固有的特色和旅游资源，使得区域内部具有较高的稳定性。

图4 山西省土地利用综合绩效空间聚类

经分析得出，山西省总体的热点和冷点区域可视面积分布较大，热点和冷点区域内城市经济发展、社会进步有着截然不同的体现，但是热点和冷点区域的县域内部都具有较好的稳定性。在异质区的城市，经济社会发展相对周边县域具有较大的差异性，在土地利用方面，对于土地利用的类型和要求变化较大，县域内部的稳定性明显偏低。

5 PSR模型基础上的土地利用绩效系统内部协调度的空间差异性

5.1 土地利用绩效系统内部协调度空间差异特征

借助ArcGIS 10.2空间操作系统，将山西省土地利用系统内部的协调程度进行空间模式上的划分，发现山西省土地利用绩效系统内部协调度总体表现出由西南部向东北部递减的分布特征，同时在东北山区的天镇县出现了呈点状离群分布特征的高值点，如图5所示。

图5 山西省县域单元土地利用绩效的系统内部协调度空间差异特征

5.2 土地利用绩效协调度空间差异特征形成原理分析

结合图5可以得出：山西省土地利用绩效系统内部协调度的空间分布格局与山西省由东北向西南倾斜的地形分布特点相吻合。山西省的东北部是海拔较高的山区，这些地区主要依靠第一、二产业，在土地利用方面存在着比较原始、古老的方法，守旧性比较强，没有创新，土地利用体系和用地结构的合理性与大城市相比较为落后，土地利用绩效和内部协调度较低。而西南地区位于平原丘陵区，交通便利，各类经济要素与外界很好地交流，地区内的县域积极引进外资，加强城市建设，实现了土地利用格局的科学性与合理性。各地政府积极鼓励和支持各县域经济发展，所以西南部地区的土地利用绩效和内部协调度比东北部的更高。

天镇县位于山西省东北部，毗邻河北省，距离北京300 km，距离大同80 km，距离张家口85 km，交通发达，有充分的条件与外界进行经济交流。天镇县有大面积的旅游场地和丰富的名优物产，吸引着省内外游客，促进了经济发展。天镇县良好的社会保障事业对于土地利用的要求较高，政府带动本省人民进行土地确权并合理分配土地，所以天镇县的土地利用绩效和内部协调度更高，呈现点状离群特征的高值点。对照图4和图5可以得出：山西省土地利用综合绩效自相关格局与内部协调度格局总体上相互协调。要研究这2项指标形成的机制，就必须探究山西省城市化和工业化特点、交通运输发展程度等与城市土地利用绩效密切相关的数据。在土地利用协调度较高的区域中，既有屯留县、稷山县等城市发展水平高的热点区域，也有清徐县、怀仁县、长治县等城市发展水平低的冷点区域。而在热点区域中既有城市协调度高的襄垣县、灵石县，也有城市协调度低的泽州县等。所以，土地利用绩效和内部协调度并不是明确的正相关关系，有时也会出现呈负相关关系。因此，在不同的县域单元，影响土地利用绩效和内部协调度的因素也会有所不同。

5.3 综合绩效空间聚类和协调度格局对比分析

从图6可以看出：山西省土地利用综合绩效自相关格局与内部协调度格局总体上相互协调，但是局部区域也有特殊现象，要研究这2项指标形成的机制，就必须探究山西省工业化和城市化特点、交通运输发展程度等与城市土地利用绩效密切相关的数据。

从图6可以看出：山西省热点区域的协调度基本属于比较协调和弱协调，位于冷点区域的县域城市的协调度属于基本协调和弱协调。通过山西省土地利用绩效冷热点异常值分析可以发现：山西省热点区域和冷点区域呈现点状分布的特征，分布区域也较小，稳定性明显比异质值区域差。体现出与土地利用绩效内部协调度空间格局的相似性，更加说明山西省县域单元的土地利用绩效存在显著的空间差异性。总的来说，山西省西南部的土地利用空间格局分布相比东北部更加优化，冷热点区域的土地利用绩效内部协调度存在着相当大的差异(图7)。

异常值区域包括异质热点和异质冷点区域，山西省共有3个县域单元位于异质热点区域，其中2个属于比较协调，1个属于弱协调。共有30个县域位于冷点区域，其中3个县域单元分属于高度协调、轻度协调和不协调，8个县域单元属于基本协调，17个县域单元属于弱协调区域。因此，可以很明显地看出异质热点区域和异质冷点区域之间的差异，这种差异与城市的地理位置和周围县域的土地利用绩效发展水平有着密切关系。

通过以上分析发现，冷热点区域和异质区域的协调度水平存在明显的不同，而异质冷点区域的协调度明显低于异质热点区域，影响这种差异存在的因素就是城市的地理区位和交通运输以及城市发展的重心。异质冷点区域的县域大部分为近年来经济刚起步的城市，虽然它们的综合效益不高，但是由于出台了一系列政策措施，在政府的帮助和扶持下，调节土地利用压力，注重经济、社会和环境三效益友好发展，所以这些县域内部协调度相应提高。在异质热点区域，虽然土地利用综合绩效相对较高，但是由于近年来城市产业转型所造成的土地利用不协调和部分城市为了追求经济效益而放弃社会和环境效益，导致城市土地利用绩效内部协调度低、协调度与用地绩效差异显著等问题。

图6 山西省县域单元土地利用绩效空间聚类与系统内部的协调度格局对比

图7 异质冷点区域及异质热点区域城市协调度等级对比

6 结论和讨论

6.1 结论

通过对山西省85个县域单元进行城市土地利用绩效和土地利用绩效系统内部协调度的空间差异分析，可以得出如下结论。

(1)山西省县域单元土地利用绩效地域差异明显，土地利用绩效的效益和效率绩效的空间分布特征显著，公平效益空间分布较为分散。效益绩效呈面状分布，出现了点状离群较高值分布点，而效率绩效呈面状分布特征，各个值域的效率绩效均衡地分布在山西省的各个区域。

(2)土地利用综合绩效的空间聚类划分为热点区域、冷点区域、异质冷点和异质热点区域4种类型，山西省的热点和冷点区域分布面积小，稳定性较小。异质区域稳定性较强，土地利用绩效受交通区位和政府政策影响大。

(3)山西省土地利用绩效系统内部协调度呈现由东北向西南增加的格局，与山西省由东北向西南倾斜的地形趋势相吻合。城市的地理区位和交通运输以及城市发展的重心都会成为影响这一格局形成的重要因素。山西省土地利用综合绩效自相关格局与山西省土地利用绩效内部协调度格局总体相协调，但是局部区域也有特殊现象，影响这2个指标的因素也存在较大差异。

6.2 讨论

通过建立山西省土地利用绩效评价指标体系，构建土地利用绩效评价模型和基于PSR模型的城市土地利用绩效系统内部协调度评价体系，借助ArcGIS 10.2空间操作系统进行数据处理，在评价过程中选择不同的指标对城市土地利用进行综合全面的评价，利用这种评价方法具有很强的可信性和可靠性，然而本文仅仅是为了得到山西省在现有数据基础上的土地利用绩效分析，在以后的研究评价中，就可以多收集不同时间段的数据，对土地利用绩效进行基于不同年份、相同数据的比较性研究，与此同时，还可以借助现有数据和一些对比分析建立模型，对一个区域的未来土地利用绩效和土地利用绩效内部协调度做一定的预测分析。