城市建设用地开发强度与效益的动态响应关系——以兰州市为例

白海江

（日喀则市自然资源局，西藏日喀则857000）

引言

土地开发强度为区域土地利用程度及其累积承载密度的综合反映，开发条件与技术、开发强度、开发效益、资源反馈效应和生态环境治理力度是评价的主要内容[1]，其能够影响土地利用综合效果，即土地利用社会效益、经济效益和生态环境效益。对于城市建设用地利用而言，城市建设用地利用综合效益的提高是多方面作用的结果，一般认为城市建设用地利用效益高可以间接说明城市建设用地开发强度高。因此，研究城市建设用地开发强度和利用效益之间的关系显得尤为重要。

目前，相关研究成果不断丰富。针对土地开发强度，卫思夷等认为是反映一个地区国土空间的开发利用程度[2]，赵亚莉等依据区域建设空间占该区域总面积的比例表征土地开发强度，分别对城市土地开发强度变化的生态环境效应[3]、中国城市土地开发强度差异[4]、长三角地区城市土地开发强度特征[5]进行了研究，也有引入区域开发强度指数[6，7]，这些研究为构建城市建设用地开发强度提供了参考依据。城市土地利用效益反映城市土地利用给整个城市带来的综合效益[8]，其研究视角由经济效益转向社会效益和生态效益、由单项效益评价到综合效益评价，包括评价指标、研究方法、耦合协调关系等方面的研究。刘凤朝等[9]和赵凯等[10]研究了城市土地利用的经济—社会—环境的协调关系；梁红梅等[11]、杨丽霞等[12]研究了城市土地利用社会经济效益与生态环境效益[12]，张荣天等[13]和解智峰等[14]研究城市土地利用效益时空变化特征以及与城市化的耦合协调性[15，16]，余娇等研究了郑州市典型产业用地效益与碳排放强度的关系[17]。上述研究分别对土地开发强度与土地利用效益进行了探讨，而吴金华等[18]探讨了土地利用程度和效益之间的关系，陈莹等[19]分析了土地利用程度与经济发展的重心迁移距离，杨清可等[20]对土地开发度与利用效益重心移动进行了分析。然而，城市建设用地利用效益是如何定量地响应城市建设用地开发强度的，仍然不清楚。

兰州市属西北半干旱区典型的河谷盆地型城市，主城区因受周围山体和黄河的影响，土地开发空间极其有限，加上人口不断增长，建设用地已近填满兰州盆地，认清城市建设用地开发强度与利用效益的关系十分必要。本文以兰州市城市建设用地为研究对象，分析2001～2016年城市建设用地开发强度和利用效益的时序变化特征，并尝试构建响应度模型来定量研究两者的动态响应关系，以期对兰州市土地开发，经济战略制定提供依据和相关研究提供方法参考。

1 研究区概况

兰州市地处黄河上游黄土高原，是黄河流经的省会城市。介于 102°35′58＂～104°34′29＂E，35°35′20＂～37°07′07＂N，地势西部和南部高，东北低。辖城关、七里河、西固、安宁、红古5个区和永登、榆中、皋兰3个县，在国家“一带一路”战略中区位特殊，是重要的交通要道，具有带状盆地城市的特征，土地类型复杂多样，土地总面积为13192.30km2。根据2017年甘肃省国土资源统计公报，2016年兰州市耕地面积为2816.00km2，城镇村及工矿用地面积为741km2，交通运输用地面积为193km2，水域及水利设施用地面积为122km2，其他土地面积为579km2。

2 研究方法与数据来源

2.1 指标体系的构建

就城市土地开发强度而言，2010年《全国主体功能区规划》中将土地开发强度定义为一个区域建设空间占该区域总面积的比例。本文以城市建设用地为研究对象，城市建设用地开发强度可以认为是对人口与经济活动的承载，为区域土地利用程度及其人口、经济承载强度的综合体现。因此，基于建设用地规模、人口承载强度、产出方面三个维度构建城市建设用地开发强度评价指标，选取城市建设用地比重、人口密度和地均二三产业产值三个具体指标。

城市建设用地利用效益评价指标体系构建通过梳理城市土地利用效益研究成果来构建，已经比较成熟，较具代表性的思路有：①基于“社会效益+经济效益+生态效益”[8，13]的城市土地利用效益评价思路；②基于“土地投入效益+土地利用效益+土地产出效益+土地生态效益”[14]的城市土地利用综合效益评价框架；③从“土地利用经济效益+社会效益+生态效益+环境效益”[15]进行城市土地利用效益评价；④以“生产效益+生活效益+城市生态效益”[16]思路评价城市土地利用效益。本文基于目前普遍采用的“社会效益+经济效益+生态效益”分析框架构建指标体系，参考相关研究成果[21]，综合考虑数据资料的可获取性和评价指标选取的代表性原则，最终构建了城市建设用地利用效益评价指标体系（表1）。

2.2 城市建设用地开发强度与利用效益评价方法

城市建设用地开发强度是衡量区域范围内土地利用水平以及人口、经济承载强度的综合指标。城市建设用地利用效益作为城市建设用地使用过程中给整个城市带来的综合效益的衡量指标。本文采用极差标准化法进行指标标准化处理，基于熵值法计算指标权重。采用多因素综合评价方法来评价，其公式为：

表1 城市建设用地利用效益评价指标体系

式中：LD为城市建设用地开发强度指数；LDi为i指标的标准化值；wi为i指标的权重值。LD值越大，代表区域城市建设用地开发强度越大，反之则越低。

式中：LE为城市建设用地利用效益；LEi为i指标的标准化值；wi为i指标的权重值。LE值越大，代表城市建设用地利用效益越高，反之则越低。

2.3 城市建设用地开发强度与利用效益的动态关系

定量分析城市建设用地开发强度变化与利用效益的关系，探究城市建设用地开发强度对利用效益演变的影响特征及影响程度。通过响应指数模型能够定量测度并反映城市建设用地开发强度变化对利用效益的影响特征；响应度模型可以比较不同时期城市建设用地开发强度变化对利用效益变化的影响程度。响应度模型能够刻画出一个研究时间段内因变量对自变量响应的一种趋势。本文以城市建设用地开发强度指数为自变量，城市建设用地利用效益指数为因变量来构建响应度模型。借鉴相关学者研究成果[22，23]，公式为：

2.4 数据来源

本文以2001～2016年为研究时期，相关研究数据来源于《甘肃发展年鉴》（2002～2017）、《兰州市统计年鉴 》（2002～2017）、《 中 国 城 市 建 设 统 计 年 鉴 》（2001～2016年），部分数据来源于兰州市国民经济和社会发展统计公报。

3 结果与分析

3.1 城市建设用地开发强度与利用效益时序特征分析

如图1所示，2001～2016年城市建设用地开发强度指数呈现持续上升的趋势，从0.0106上升至0.5399，年增长率为3.31%，其中2001～2006年城市建设用地开发强度持续增长，年增长率为2.45%，2006～2016年城市建设用地开发强度年增长率为3.48%，增长速度明显加快。自从“西部大开发”战略实施以来，其政策效应逐步显现，由于兰州市城市发展基础较薄弱，城市建设用地密度、人口密度逐渐增大。

如图1所示，2001～2016年城市建设用地利用效益指数总体呈现缓慢上升—波动变化—快速上升的趋势。基本可以分为三个阶段分析：第一阶段（2001～2005年）城市建设用地利用效益缓慢上升，由2001年的0.2148上升为2005年的0.3773，年均增长3.25%；第二阶段（2005～2011年）城市建设用地利用效益呈现下降—上升趋势，该阶段利用效益年均增长1.19%，其中在2007年利用效益最低（0.3370），2010年城市建设用地利用效益达到最高（0.5183）；第三阶段（2011～2016年）城市建设用地利用效益快速上升，年均增长6.94%。说明在城镇化过程中，城市扩张比较快速，经济发展加快，提升了经济效益，加上重视西北干旱区生态环境，兰州市注重生态环境的保护与改善，在社会效益、经济效益、生态效益的协调下，最终使得城市建设用地利用效果明显。

3.2 城市建设用地开发强度与利用效益的动态响应关系分析

3.2.1 城市建设用地利用效益对开发强度变化的响应分析。应用上文中构建的城市建设用地利用效益对开发强度变化的响应度模型，首先利用Matlab 2016b的cftool拟合工具箱对2001～2016年城市建设用地利用效益指数与开发强度指数进行曲线估计与拟合（图2），得出两者的最优响应函数方程：

该响应函数为三次曲线方程，且通过显著性检验，决定系数R2=0.966，说明曲线拟合效果较好，结果见图3。按照公式（3）的需要进一步求导得到：

在此基础上，将式（4）、（5）代入式（3），计算2001～2016年城市建设用地利用效益对开发强度变化的响应指数（RI），进而得到响应度（RV）。

由图3可见，2001～2016年城市建设用地利用效益对开发强度变化始终表现出“正响应”特征，呈现上升—下降—上升的趋势，2001年响应度最低（0.0964），2001～2003年响应度在上升，此后逐渐下降为2007年的0.1677，2010年后快速上升，到2016年增长为2.4141。基本可以分为两个阶段：2001～2007年城市建设用地开发强度增长促进了城市建设用地利用效益提高且该影响逐渐减弱；2007～2016年城市建设用地开发强度增长促进了城市建设用地利用效益提高且该影响逐渐增强，且城市建设用地利用效益对开发强度的响应明显大于前一阶段。

图1 2001～2016年城市建设用地开发强度指数与利用效益指数变化趋势

图2 城市建设用地开发强度指数与利用效益指数拟合方程

图3 2001～2016年城市建设用地利用效益对开发强度的响应度

总体来看，2001～2016年城市建设用地开发强度的不断增长与其对城市建设用地利用效益变化的影响具有一定的对应性，当城市建设用地利用效益在2007年有所下降时，此时响应度变为最小（0.1677），2011～2016年城市建设利用效益快速上升，该阶段响应度也快速增长，说明前期城市建设用地开发并没有很快的就带来效益，此时才发挥作用，整体上两者变化趋势基本吻合。但是也不能认为城市建设用地开发强度对城市建设用地利用效益的正向影响逐渐增强且具有促进作用，未来有可能变为负响应。由于土地开发与利用效益的相互关系复杂，一般认为城市建设用地开发强度的提高能够带动利用效益增长，利用效益高能反映城市建设用地开发强度的高，可以认为两者的相互促进作用是同等重要的。在转型期、新型城镇化发展阶段兰州市城市建设用地开发面临着资源环境的约束。城市建设用地利用效益的提升更依赖于区域产业结构转型升级带来的经济发展水平提高，因此，对于未来兰州市城市建设用地开发强度与利用效益变化的趋势需要进一步了解。

3.2.2 城市建设用地开发强度对利用效益的影响分析。为了进一步探究影响城市建设利用效益的主要因素，将测度城市建设用地开发强度的指标城市建设用地比重、人口密度、地均二三产业产值与城市建设用地利用效益在统计分析软件SPSS19.0中进行相关性分析。

表2结果显示，城市建设用地利用效益与各影响因素在0.01水平上呈现正相关关系，说明各影响因素对城市建设用地利用效益有促进作用，其中地均二三产业产值比人口增加的正向促进作用更显著，城市建设用地比重对城市建设用地利用效益提升的作用次之。研究期间，兰州市二三产业产值由2001年的327.80×108元增长为2016年的2203.88×108元，增加了1876.08×108元，城市建设用地比重由2001年的1.01%增加为2016年的2.34%。建设用地的不断扩张直接反映城市建设用地开发强度的增长，而用地产出强度和人口承载强度间接反映了城市建设用地开发强度，这些方面的综合作用最终使得城市建设用地开发强度的不断变化，过去兰州市城市建设用地利用效益的提高过程是离不开建设用地规模的扩大，以土地资源消耗为代价的。

4 结论与讨论

4.1 讨论

本文应用响应度模型研究了城市建设用地开发强度与利用效益的动态响应关系，能够反映不同时期城市建设用地开发强度变化对利用效益的作用程度如何。本研究得出兰州市城市建设用地利用效益不断提升，与张超等[21]的研究结果相同，而且城市建设利用效益变化对城市建设用地开发强度表现出“正响应”特征，对提升利用效益具有促进作用且程度在不同时期会发生变化，而吴金华等[18]通过对土地利用程度和效益耦合分析得出延安市土地复合系统正处在由协调发展向极限发展的过度时期，陈莹等[19]研究得出土地利用程度与经济发展的重心迁移距离在不同地区有差异，杨清可等[20]对土地开发度与利用效益重心移动进行了分析，得出效益重心移动速度快，由于各地区社会经济发展不同，导致了不同地区研究相关结果略微有不同。随着土地利用不断增强，兰州市经济发展速度加快，城市建设用地利用效益较为显著，但是作为西北河谷型城市，并不能一味的以追求较高的城市建设用地开发强度而带来效益，应有效控制建设用地开发强度，发挥土地要素的作用，划定城市开发边界，优化产业结构，进一步改善城市环境，吸引多方面要素的投入，从而提高土地利用的效果。

4.2 结论

4.2.1 2001～2016年兰州市城市建设用地开发强度呈现持续上升的趋势，其中2006～2016年城市建设用地开发强度增长速度明显加快；城市建设用地利用效益呈现缓慢上升—波动变化—快速上升的趋势，2011～2016年城市建设用地利用效益快速上升，在城镇化过程中，兰州市经济发展水平提高，加上注重生态环境的保护与改善，最终使得土地利用效果明显。

4.2.2 城市建设用地利用效益对开发强度的增长表现“正响应”特征，2001～2007年城市建设用地开发强度增长促进了利用效益的提高且该程度逐渐减弱，而2007～2016年城市建设用地开发强度增长促进了利用效益提高且该程度逐渐增强，且利用效益对城市建设用地开发强度的响应程度明显大于2001～2007年的，整体上两者变化趋势基本吻合；城市建设用地利用效益与各影响因素呈现正相关关系，对城市建设用地利用效益提升有促进作用，其中地均二三产业产值比人口密度的正向促进作用更显著，城市建设用地比重对城市建设用地利用效益提升的作用次之。

表2 城市建设用地利用效益与各影响因素的相关系数