中國城市土地利用效率的空間分異

杜 丹 寧

(1.曼徹斯特大學 機械航空與土木工程學院, 曼徹斯特M139 PL, 英國; 2.天津理工大學 管理學院, 天津 300384)

中國城市土地利用效率的空間分異

杜 丹 寧1,2

(1.曼徹斯特大學 機械航空與土木工程學院, 曼徹斯特M139 PL, 英國; 2.天津理工大學 管理學院, 天津 300384)

[目的] 對新型城鎮(zhèn)化進程中城市土地的利用效率的空間分異性及成因進行分析，為提升新型城鎮(zhèn)化發(fā)展質(zhì)量和促進經(jīng)濟增長提供理論依據(jù)和參考。 [方法] 選取新型城鎮(zhèn)化過程中的城市土地作為研究對象，將城市土地的利用分成2個階段，運用改進的兩階段DEA和Tobit模型對城市土地的利用效率的空間分異性和成因進行分析。 [結(jié)果] 我國城市土地利用存在空間分異性，土地的空間關(guān)聯(lián)性對其影響顯著，雖然城市土地利用效率不斷在提升，但總體上利用效率相對較低。 [結(jié)論] 我國土地利用效率較低的原因主要包括： (1) 經(jīng)濟發(fā)展是導致土地利用存在空間分異的主要原因； (2) 沒有重視土地的社會屬性和自然環(huán)境的保護； (3) 現(xiàn)階段人力資本因素對提升土地利用效率的程度大于技術(shù)因素。

土地利用; 效率分析; 改進的兩階段DEA; 新型城鎮(zhèn)化

2013年召開的中國中央城鎮(zhèn)化會議從4個視角(人口、經(jīng)濟、空間和社會)提出了未來新型城鎮(zhèn)化的5大任務。其中關(guān)于新型城鎮(zhèn)化過程中的土地利用方面尤為重要。進入21世紀后，中國城市化進程明顯加快，1997—2014年中國耕地總面積呈減少趨勢，且減少量的增長率基本上和凈減少率持平，說明農(nóng)村耕地減少的速度和城市用地增加的速度相近。1997—2014年中國的城市建設(shè)用地的比例和總量上都在不斷地增加，這也是城市化進程必不可少的一步，但是與此同時城市其他用途的土地比例也在不斷的增加，而這部分土地作為城市土地，卻沒有被有效利用。隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進程的加快，城市經(jīng)濟已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的重要載體。而城市土地又是城市經(jīng)濟活動的物質(zhì)載體[1]，城市土地的快速擴張成為現(xiàn)階段中國土地變化的重要特征[2]。因此，本研究對新型城鎮(zhèn)化進程中城市土地利用效率的空間分異性以及其成因進行分析，為提升新型城鎮(zhèn)化發(fā)展質(zhì)量，促進經(jīng)濟增長，以及解決農(nóng)村耕地的“拋荒”問題提供理論依據(jù)。

目前，國內(nèi)學者對土地利用效率的研究主要集中在以下兩個方面： (1) 城市土地利用效率。方創(chuàng)琳等[3]通過投入產(chǎn)出的指標算法測量了地級市的城市化效率，指出土地利用的效率是重要的組成部分；梁流濤等[4]研究中國地級以上城市土地利用效率的空間分異特征，指出我國地級以上城市土地利用效率總體不高，在空間分布上效率值與其經(jīng)濟發(fā)展水平不平衡；李永樂等[5]利用GIS空間分析、泰爾指數(shù)分解和面板數(shù)據(jù)模型方法系統(tǒng)研究了1999—2011年中國31個省份城市土地利用效率的時空特征、地區(qū)差距及其影響因素。結(jié)果表明，中國3大區(qū)域城市土地利用效率的差距逐漸減小，呈現(xiàn)出持續(xù)收斂的態(tài)勢。組內(nèi)差距成為城市土地利用效率差距變動的主導因素；黃珂等[6]運用3階段的DEA研究中國17個城市群農(nóng)地城市流轉(zhuǎn)效率指出中國城市群農(nóng)地城市流轉(zhuǎn)綜合效率平均水平較高，但城市群間差異較大，環(huán)境因素對效率影響顯著。 (2) 有關(guān)土地利用效率研究方法?，F(xiàn)有文獻中關(guān)于土地利用效率的研究方法主要有以下5種方法：面板數(shù)據(jù)模型、生命周期評價、灰色預測模型、成本收益分析和數(shù)據(jù)包絡分析。面板數(shù)據(jù)模型主要是針對三維數(shù)據(jù)的實證研究，而本研究只是涉及二維(時間，變量)的數(shù)據(jù)，因此，此方法不適合本研究。生命周期評價對數(shù)據(jù)的連續(xù)性和數(shù)據(jù)量的多少要有一定的限制，一般的為40個截面數(shù)據(jù)，而本研究的主體僅有15 a的數(shù)據(jù)，難以滿足其需求?；疑A測模型是揭示其數(shù)據(jù)內(nèi)在的運行規(guī)律，而本文主要研究外界對土地利用導致的后果，并且這個利用的程度也在變化，因此，本方法也不適合本研究。對中國土地利用有效性的研究多數(shù)學者采用成本收益方法，然而成本收益方法僅僅關(guān)注了其對經(jīng)濟方面的效應，沒有對其社會方面和生態(tài)方面進行描述土地利用的收益，并且這些收益也難以測量，其效率評價存在片面性。綜上所述，根據(jù)本文的研究主體為以土地利用的有效性為指標的空間分異性研究，而且其數(shù)據(jù)為15 a的二維數(shù)據(jù)，本文選取數(shù)據(jù)包絡分析進行效率分析。

在既有研究基礎(chǔ)之上，結(jié)合新型城鎮(zhèn)化過程中城市土地利用現(xiàn)狀，本文從土地利用效率視角出發(fā)，將城市土地的利用分成兩個階段，運用改進的兩階段DEA方法檢驗城市土地利用的有效性。首先，選取改進版的兩階段DEA比black box DEA具有以下優(yōu)勢： (1) 改進的兩階段DEA方法比傳統(tǒng)的黑盒子的DEA方法在測量政策的有效性方面更加有效；(2) 解決本文前后2個階段不相互獨立的關(guān)系；(3) 第二階段的輸入不只是第一階段的輸出，還可考慮其他輸入。其次，在分析中國新型城鎮(zhèn)化過程中城市土地的利用效率較低的過程中，放棄常規(guī)的因素分析方法，選用Tobit回歸模型從土地利用的視角分析如何利用土地才能提高其利用效率。

1 研究方法

1.1 改進的兩階段DEA模型

數(shù)據(jù)包絡分析方法(data envelopment analysis， DEA)是由Cooper和Rhodes在1978年共同提出的基于相對效率的多投入多產(chǎn)出分析法。DEA具有非參數(shù)估計、可計算出投入產(chǎn)出的權(quán)重、剔除主觀因素影響、數(shù)據(jù)不需要統(tǒng)一的無量綱化處理等優(yōu)勢，被應用到很多領(lǐng)域，例如：金融機構(gòu)效率[7]，企業(yè)經(jīng)營發(fā)展效率分析[8]，公共政策、事業(yè)管理[9]等。傳統(tǒng)DEA模型將內(nèi)部過程看作“黑箱”，對其內(nèi)部過程不作深入的討論，不利于找到導致其無效的根源。Fare和Grosskopf提出了網(wǎng)絡DEA的概念，將復雜的業(yè)務流程進行分解，考察每一階段對生產(chǎn)系統(tǒng)整體效率的影響，并在隨后提出了基于網(wǎng)絡生產(chǎn)系統(tǒng)的DEA模型的基本架構(gòu)，兩階段生產(chǎn)系統(tǒng)的DEA模型是網(wǎng)絡DEA的特例。兩階段的DEA模型的第一階段產(chǎn)出要直接的作為第二階段的投入要素。在第一階段中要求產(chǎn)出最大化，但在第二階段的評價過程中，要求投入的越少越好，而這個產(chǎn)出和投入都是指中間要素。因此第一階段產(chǎn)出最大化的DMU為最優(yōu)的DMU，但是在第二階段的評價時，第一階段的最優(yōu)DMU未必能具有同樣的效率水平，這就導致了第二階段的無效或低效，從而影響整體的效率值。也就是說，由于中間要素的存在，傳統(tǒng)的兩階段DEA無法調(diào)整投入要素和產(chǎn)出要素使其成功的投影在有效的前沿面上。為了解決這一矛盾，大量的研究集中于兩階段DEA的改進，Kao等[10]發(fā)展一種全新的兩階段DEA模型，將一個兩階段過程分解為求2個生產(chǎn)效率值的子過程，這就可以獲得每個階段的總體效率值，依據(jù)一定的權(quán)重加總可得知總的效率值；Pendharkar等[11]在DEA的分析框架之下應用貝葉斯網(wǎng)絡分類法對其進行擴展；Chen等[12]在兩階段DEA的基礎(chǔ)上設(shè)計采用乘法設(shè)定，但是還無法調(diào)整投入產(chǎn)出要素投射到有效的前沿面。本文為了解決上述問題引入“虛擬階段”，在“虛擬階段”中放寬作為第一階段產(chǎn)出要素的中間要素要以不變的權(quán)重全部作為第二階段投入要素的限定，允許在可變權(quán)重下將中間要素進行第二次賦權(quán)以作為第二階段的投入要素。為了實現(xiàn)“虛擬階段”，本研究引入“虛擬中間要素”。通過“虛擬階段”可以使得第一階段和第二階段的前沿面相互映射，進而完善兩階段DEA的邏輯結(jié)構(gòu)。

1.2 Tobit模型

由于本研究所選擇的因變量是土地利用效率，其取值范圍為[0,1]，并且存在選擇性行為，因此傳統(tǒng)回歸方程無法進行回歸分析。對于該回歸分析主要有2種方法：Heckman回歸分析和Tobit回歸分析。Heckman模型將整個回歸分析分成2個方程：主方程和選擇方程，其主要目的是對研究對象的選擇性行為進行回歸分析。Tobit模型更加專注因變量有下限、上限或者存在極限值這類問題的研究。Tobit認為受限因變量的重點主要有2個方面，一方面是受限因變量和其他變量之間的關(guān)系，另一方面是這種關(guān)系的假設(shè)檢驗問題。在這樣的問題的研究中，解釋變量不僅影響受限變量的概率，也影響非受限因變量的規(guī)模大小。因此，本文選取Tobit對中國城市土地利用效率空間分異性的原因進行分析。

2 中國城鎮(zhèn)化過程中城市土地利用效率的空間分異研究

2.1 變量選取與數(shù)據(jù)來源

2.1.1 變量選取 (1) 輸入變量。本研究體為新型

城鎮(zhèn)化過程中城市土地的利用效率分析，其研究主體為城市土地，因此，選取的輸入變量為新型城鎮(zhèn)化過程中城市土地量。 (2) 中間變量。運Haulux用的研究理論，將中國新型城鎮(zhèn)化過程中的城市土地利用分成2個階段，第一個階段為規(guī)劃階段，第二個階段為生產(chǎn)階段。第一階段的產(chǎn)出即為土地的空間關(guān)聯(lián)程度。根據(jù)柯布道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)可知，生產(chǎn)過程中除了基本的土地之外還需要技術(shù)、人力和資本3方面的投入。因此，選取人力、技術(shù)和資本3方面作為除了空間關(guān)聯(lián)程度之外的中間變量，中間變量詳見表1。 (3) 輸出變量。張明斗等[13]研究中國城市土地利用率的動態(tài)測度及影響因素時選取區(qū)域綠化覆蓋率和城鎮(zhèn)恩格爾系數(shù)作為輸出變量。本文在上述研究的基礎(chǔ)上，選取社會經(jīng)濟、社會生活和自然環(huán)境3個方面的變量，輸出變量結(jié)果詳見表2。

表1 模型中間變量

表2 模型輸出變量

2.1.2 數(shù)據(jù)來源 本研究數(shù)據(jù)來源于兩方面：統(tǒng)計年鑒的數(shù)據(jù)和作者計算數(shù)據(jù)。變量輸入變量I1，中間變量M4和輸出變量O5，O6來自于2001—2015年的《中國城市統(tǒng)計年鑒》。中間變量M2和輸出變量O1來自于2001—2015年的《中國統(tǒng)計年鑒》。中間變量M1，M3和輸出變量O2，O4，O7來自于作者根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計年鑒的數(shù)據(jù)計算而得。

2.2 聚類分析

為了避由于空間因素所造成的虛假回歸，將全國省份進行分類分析。傳統(tǒng)的將中國分成東、中、西3個經(jīng)濟區(qū)域，只是考慮到了區(qū)域經(jīng)濟因素的影響，而沒有考慮到不同區(qū)域的各省市自治區(qū)相似的內(nèi)部經(jīng)濟結(jié)構(gòu)因素的影響。因此，運用聚類分析將全國31個省市自治區(qū)進行分類。其聚類分析的結(jié)果詳見表3。

表3 全國省份聚類分析

注：將重慶市并歸到四川省內(nèi)計算，西藏自治區(qū)在此不做研究。

2.3 實證估計及結(jié)果分析

2.3.1 基于additive two stage DEA的全國土地利用效率空間分異性分析 運用additive two stage DEA對全國城市土地的利用效率進行分析，其分析結(jié)果詳見表4，并結(jié)合已有研究成果中的城市土地利用效率分類標準進行分析[3]。

表4 全國城市土地利用效率空間分異性分析

注：I為由additive two stage DEA計算的效率；R為效率值的排序。

根據(jù)表4可以得出以下結(jié)論： (1) 在同一個年份，各個省份之間土地的利用效率不同； (2) 在同一個省份，在不同的年份里，其土地的利用效率也不相同。這就表明中國的城市土地利用效率存在空間的分異性?？傮w上中國城市土地的利用效率參差不齊，有些省份的土地利用效率相對有效(I=1.00)，而有些地區(qū)的土地利用效率相對無效(I<1.00)，且大部分省份的土地利用相對無效，大多都在(0.35，0.80)之間其效率值較低(最低為0.35)。在一些省份中其前期土地的利用效率較高，而后期其土地的利用效率較低。例如，山東的土地利用率從2000—2006年是降低的，2007開始其效率開始上升，呈現(xiàn)“U”形曲線狀態(tài)。造成上述現(xiàn)象的原因主要有2個：自然環(huán)境的惡化、區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的影響。 (1) 由于本文選取的輸出變量為經(jīng)濟、社會和環(huán)境3個方面，在后期由于對環(huán)境的保護不當會導致土地利用效率的降低。 (2) 由于各個省份之間存在相互的聯(lián)系、經(jīng)濟發(fā)展結(jié)構(gòu)的相似性，它們之間會相互影響。因此，本研究在聚類分析的基礎(chǔ)上運用additive two stage DEA對各個不同的Cluster進行測量，可以避免由于空間關(guān)聯(lián)和經(jīng)濟發(fā)展程度造成的誤差。

2.3.2 基于additive two stage DEA和聚類分析的土地利用效率空間分異性分析 運用additive two stage DEA對聚類分組之后的全國城市土地的利用效率進行分析，其分析結(jié)果如圖1所示。

注：I為由additive two stage DEA計算的效率； 組間差距為效率最大和最小之間的效率之差。圖1 全國分類城市土地利用效率空間分異性分析

根據(jù)圖1分析結(jié)果可知，同一組內(nèi)土地的利用效率總體上在提升，不同組之間土地的利用效率存在很大的差別，組間的差距逐漸變小，但是總體上土地的利用效率相對較低?？梢哉f明中國新興城鎮(zhèn)化過程中城市土地的利用效率存在空間分異性。該差異的存在也表明在我國土地利用過程中，有必要實施差異化的土地利用政策，才能有效提升中國整體土地利用效率。從2007開始，Cluster1—4共4組城市的土地利用效率都開始減小，直到2010年才逐漸開始上升。可能的原因在于由于受到經(jīng)濟危機的影響，中國土地的總體經(jīng)濟產(chǎn)量不高所導致，這也在一定程度上說明，中國的土地利用效率在很大程度上與經(jīng)濟發(fā)展程度相關(guān)。

3 新型城鎮(zhèn)化過程中城市土地利用效率的空間分異原因分析

根據(jù)additive two stage DEA的實證結(jié)果可知，中國新型城鎮(zhèn)化過程中土地利用效率存在空間分異性，即不同地域的土地利用效率不同，而且總體的利用效率不高。選取Tobit模型分析中國新型城鎮(zhèn)化過程中土地利用效率不高和存在空間分異性的原因。本研究的數(shù)據(jù)來源于2個部分，解釋變量和控制變量的數(shù)據(jù)來源于第4部分的數(shù)據(jù)，I為第4部分的實證結(jié)果。實證結(jié)果詳見表5。通過上述的Tobit分析可得： (1) 經(jīng)濟方面。從全國數(shù)據(jù)來看，經(jīng)濟方面的經(jīng)濟生產(chǎn)總量(7.68)和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)(8.01)對土地的利用效的影響最大；從各個不同的分組之間可見經(jīng)濟總量和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)對其影響的程度各不相同，經(jīng)濟總量(Cluster1為7.67；Cluster2為2.36； Cluster3為9.65； Cluster4為8.87)，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)(Cluster1為7.93； Cluster2為3.96； Cluster3為6.92； Cluster4為6.82)。Cluster2除外，這主要是Cluster2的城市為北京、上海和天津，其經(jīng)濟發(fā)展相對發(fā)達，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)相對合理，提升空間相對較小，對土地利用效率的拉動作用也相對較小。 (2) 社會生活方面。社會環(huán)境因素對土地的利用有顯著的影響作用，城市人口密度增加對城市土地利用效率產(chǎn)生負面影響。城市的生活和文化環(huán)境對人才的引進有重要的影響，這也可以間接的影響經(jīng)濟發(fā)展，從而對土地利用產(chǎn)生影響。 (3) 自然環(huán)境方面。自然環(huán)境因素在土地利用的重要程度相對較低。通過Cluster2可以看出，當經(jīng)濟的發(fā)達程度相對較高時，人們才會越來越多的關(guān)注環(huán)境因素。新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃指出在新型城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中，要盡可能減少對自然的干擾和損害，集約利用土地、水、化石能源等資源，人們要轉(zhuǎn)變發(fā)展觀念才能更好的提升土地的利用效率。 (4) 控制變量方面?？刂谱兞繉ν恋氐睦眯实挠绊戄^大，影響的大小程度為土地空間關(guān)聯(lián)程度、人力、技術(shù)和資本存量(10.21，8.85，8.03，6.33)?？梢娭袊鴮ν恋氐睦每傮w上還是粗放的增長方式(人力資本的作用程度大于技術(shù)的作用程度)。各個組之間還有差別，Cluster2的技術(shù)因素作用程度大于人力和資本存量因素；Cluster3的人力資本的作用程度大于資本存量因素，這主要是因為Cluster3主要以旅游和畜牧業(yè)為主，其人力資本更重要；Cluster4的資本存量因素作用程度大于人力因素。

表5 Tobit模型回歸結(jié)果

注：*，**,***分別表示在10%，5%和1%的顯著性水平下顯著。D-W為杜賓-瓦森檢驗值，R2為模型擬合度；Adj-R2為調(diào)整后的模型擬合度。

4 討論與結(jié)論

首先，中國城市土地利用存在空間分異，土地的空間關(guān)聯(lián)性對其利用效率的影響顯著，雖然土地利用效率在不斷的提升，但從總體上來看，城市土地的利用效率相對較低。各個區(qū)域(即不同的Cluster)的利用效率不同，但其組類之間的差距逐漸縮小。

其次，新型城鎮(zhèn)化過程中土地利用效率存在空間分異性和效率相對較低的原因主要有3方面： (1) 由于經(jīng)濟的發(fā)展本身為城市土地利用的重要一方面，并且城市經(jīng)濟程度也會影響到人們的社會生活水平。因此，經(jīng)濟發(fā)展是導致土地利用存在空間分異的主要原因。 (2) 在城市土地利用的過程中，沒有重視土地的社會生活和自然環(huán)境的保護，通過Cluster 2和其他Cluster的比較可以看到，在經(jīng)濟不發(fā)達的地區(qū)提升土地利用的主要手段是促進經(jīng)濟的發(fā)展，而在經(jīng)濟發(fā)展程度較高的地區(qū)，促進土地利用效率的方法為提高土地的社會屬性和自然環(huán)境的保護和利用。 (3) 現(xiàn)階段人力資本因素對提升土地利用效率的程度大于技術(shù)因素。由于現(xiàn)階段影響土地利用的主要因素為經(jīng)濟發(fā)展，而現(xiàn)階段中國還處于粗放的經(jīng)濟發(fā)展方式，因此從整體來看，人力因素比技術(shù)因素更重要。因此，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式也是提升土地利用效率的方法之一。

根據(jù)以上研究結(jié)果，可得出我國提高土地利用效率的一些政策建議：

(1) 實現(xiàn)土地利用效率優(yōu)化在對策選擇上主要是投入要素的控制和合理配置，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，提高固定資產(chǎn)使用效率，適當控制城市用地規(guī)模，優(yōu)化勞動力配置。同時還需要根據(jù)不同區(qū)域城市、不同等級城市投入要素的冗余特點采取差別化的措施。

(2) 從理論上講，在市場經(jīng)濟發(fā)展和深化的過程中，由于市場本身固有的弱點和缺陷，會導致城市土地利用的低效率，區(qū)域的文化價值因素能夠促進土地利用效率的提升。分析結(jié)果顯示，在新型城鎮(zhèn)化建設(shè)過程中，要盡可能減少對自然的干擾和損害，集約利用土地、水、化石能源等資源，人們要轉(zhuǎn)變發(fā)展觀念才能更好的提升土地的利用效率。

(3) 區(qū)位條件對城市土地利用效率的影響系數(shù)很小。經(jīng)濟發(fā)達的東部地區(qū)并沒有實現(xiàn)土地利用的高效率。根據(jù)實證結(jié)果可知，各個地區(qū)研究結(jié)果表明都要根據(jù)自己的實際情況提升土地的利用效率。例如，Cluster 2組的省份要發(fā)展技術(shù)因素；Cluster3的省份要多多考慮人力資本的作用，Cluster3省份要以旅游和畜牧業(yè)為主，其人力資本更重要；Cluster 4的省份還是要考慮資本存量因素。

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Spatial Variation of Urban Land Use Efficiency in Process of New-type Urbanization

DU Danning1,2

(1.SchoolofMechanicalAerospaceandCivilEngineering,UniversityofManchester,Manchester,M139PL,UK; 2.SchoolofManagement,TianjinUniversityofTechnology,Tianjin300384，China)

[Objective] To explore the spatial variation of urban land use efficiency in the process of new-type urbanization, and to provide theoretical basis for economic growth and urbanization quality promotion. [Methods] Urban land in the process of new-type urbanization was taken as research subject, and the process was divided into two stages. Improved two-stage DEA model and Tobit model were used to analyze the spatial variation of urban land use efficiency and the related reasons. [Results] There is spatial variation for urban land use, which is the outcome of obvious land spatial correlation. Urban land use efficiency is relatively at a low level, although it is continually getting improved. [Conclusion] The reasons mainly include the followings: (1) economic development is the main cause for spatial variation of urban land use efficiency; (2) secondly, social attributes of land and protection of natural resources are neglected; (3) thirdly, at present, the contribution of human capital to the enhancement of land use efficiency is greater than the one of technical factors.

land use; efficiency analysis; improved two-stage DEA; new-type urbanization

2016-02-04

2016-04-11

杜丹寧(1993—),女(漢族),山東省聊城冠縣人,碩士研究生,主要研究方向為技術(shù)經(jīng)濟與資源管理研究。E-mail:danning_du@126.com。

10.13961/j.cnki.stbctb.2016.06.053

A

1000-288X(2016)06-0315-06

F293.2

文獻參數(shù)： 杜丹寧.中國城市土地利用效率的空間分異[J].水土保持通報，2016,36(6)：315-320.