基于Pareto最優(yōu)的江蘇省土地利用最佳集約度研究*

魯嘉頤，方 斌， 3， 4※，李 欣

(1.南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，江蘇南京 210023； 2.南京師范大學(xué)新型城鎮(zhèn)化與土地問題研究中心，江蘇南京 210023； 3.江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210023； 4.江蘇省物質(zhì)循環(huán)與污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210023)

0 引言

改革開放以來我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化水平已從1978年的18%上升至2015年的56.1%[1]，產(chǎn)生耕地銳減、社會(huì)矛盾加劇等“城市病”與“鄉(xiāng)村病”共存現(xiàn)象。土地利用是人地交互系統(tǒng)的承載核心，全域范圍的土地集約利用將是解決這一問題的重要途徑[2-3]。近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的土地投入和使用強(qiáng)度在現(xiàn)有技術(shù)下已經(jīng)超出了其承載能力，土地過度集約利用的現(xiàn)象開始顯現(xiàn)[4]，尤其是城市建設(shè)用地如醫(yī)院、住宅小區(qū)等出現(xiàn)建筑密度、容積率過高的問題[5-6]，容易導(dǎo)致用地結(jié)構(gòu)失衡，土地使用效率下降，對(duì)社會(huì)和生態(tài)環(huán)境造成負(fù)面影響。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)土地集約利用評(píng)價(jià)的研究已由基于宏觀的全國(guó)或城市群及省(州)域尺度[7-8]轉(zhuǎn)向中觀的具體城市或功能區(qū)尺度[9-10]，以及微觀的宗地尺度[11-12]。學(xué)者們根據(jù)土地利用結(jié)構(gòu)、土地利用程度、土地利用效益和土地利用可持續(xù)性等不同方面選取指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系[13]，主要運(yùn)用主成分分析和聚類分析法[14]、層次分析法[15]、多因素綜合評(píng)價(jià)法[16]等統(tǒng)計(jì)和計(jì)量分析方法并不斷更新，如ANN模型和BP模型等基于過程的動(dòng)態(tài)模型[17]、PSR模型[18]以及RS和GIS方法[19]等等。評(píng)價(jià)結(jié)果能夠全面系統(tǒng)地反映土地集約化利用的各個(gè)方面，但主要是對(duì)土地集約利用情況的綜合描述，在確定集約的最佳效果上存在一定的欠缺，迫切需要尋求土地利用“最佳集約度”的標(biāo)準(zhǔn)。目前學(xué)界對(duì)“最佳集約度”的研究較少，僅有的多為定性思考[20-22]，鮮有展開定量化的研究?；诘聡?guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)家布林克曼定義的集約度概念[23]，土地最佳集約度指在一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展條件下，單位面積土地利用所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益均衡最大化下的土地資本和勞動(dòng)力的投入量。

江蘇省土地和人口壓力較大[24]，容易為了發(fā)展經(jīng)濟(jì)、提高城市化水平而一味追求土地利用高集約度，導(dǎo)致綜合效益遭到破壞。目前對(duì)于江蘇省土地集約利用的研究多集中在市域角度分析[24-26]，更為微觀的縣域角度研究較少?？h域作為中國(guó)最基本的行政單元和社會(huì)經(jīng)濟(jì)功能比較完整的地域單元，具有相對(duì)獨(dú)立的完整體系，是研究區(qū)域發(fā)展的基本單元[27]。基于此，文章以江蘇省55個(gè)縣域單元(包括地級(jí)市市區(qū)、縣級(jí)市和縣)為研究對(duì)象，借助Pareto最優(yōu)理論，構(gòu)建多目標(biāo)規(guī)劃模型定量求解土地利用的最佳集約度，對(duì)比各研究單元土地利用集約度與最佳集約度的差距，判斷各區(qū)域目前土地集約利用所處的水平，為制定研究區(qū)土地利用的差別化管控政策提供參考依據(jù)。

1 研究對(duì)象與方法

1.1 研究區(qū)概況

江蘇省位于我國(guó)大陸中部沿海中心、長(zhǎng)江下游，東臨黃海，東南與浙江和上海毗鄰，地處美麗富饒的長(zhǎng)江三角洲，是東部沿海大通道和長(zhǎng)江黃金水道交匯點(diǎn)，也是“一帶一路”和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的交匯點(diǎn)，區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯，交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)[28]。全省土地面積10.72萬km2，占全國(guó)的1.1%，人均國(guó)土面積在全國(guó)各省區(qū)中最少。2015年年末常住人口為7 976.3萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值7.0萬億元，經(jīng)濟(jì)發(fā)展達(dá)到中等發(fā)達(dá)國(guó)家水平[29]，是典型的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，且呈現(xiàn)從南到北的梯度差異。全省以占全國(guó)1.12%的土地面積承載了全國(guó)5.85%的人口和10.40%的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值，是全國(guó)城市土地集約利用與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相互作用最強(qiáng)烈和典型的區(qū)域[30]。以此為研究區(qū)進(jìn)行實(shí)證研究，是引領(lǐng)全國(guó)其他地區(qū)發(fā)展的必要嘗試，可為其他地區(qū)的土地集約利用提供借鑒意義。

1.2 研究方法

(1)曲線估計(jì)模型的構(gòu)建。以最佳集約度的投入指標(biāo)為自變量，以最佳集約度的產(chǎn)出指標(biāo)為因變量，運(yùn)用SPSS 22.0繪制顯示兩者關(guān)系的散點(diǎn)圖，并運(yùn)用回歸分析功能中的11種曲線估計(jì)模型對(duì)上述變量進(jìn)行曲線估計(jì)(表1)。根據(jù)模型結(jié)果中的擬合優(yōu)度(R2)、顯著性(Sig.)等對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)劣判斷和篩選，選擇最佳的擬合模型，從而得出投入指標(biāo)與產(chǎn)出指標(biāo)的最佳擬合函數(shù)。

表1 曲線估計(jì)模型及回歸方程

模型名稱回歸方程線性模型y=b0+b1x二次多項(xiàng)式模型y=b0+b1x+b2x2復(fù)合模型y=b0+b1x,ln(y)=lnb0+lnb1[]x增長(zhǎng)模型y=eb0+b1x,ln(y)=b0+b1x對(duì)數(shù)模型y=b0+b1lnx三次多項(xiàng)式模型y=b0+b1x+b2x2+b3x3S型模型y=e(b0+b1/x),ln(y)=b0+b1/x指數(shù)分布模型y=b0e(b1x),ln(y)=lnb0+b1x逆模型y=b0+b1/x冪函數(shù)模型y=b0xb1,ln(y)=lnb0+b1(lnx)Logistic函數(shù)模型y=1/(1u+b0b1x),ln(1y-1u)=lnb0+(lnb1)x

(2)“理想點(diǎn)”法。通過曲線估計(jì)擬合方程可構(gòu)建最佳集約度測(cè)算的目標(biāo)函數(shù)，將最佳集約度測(cè)算轉(zhuǎn)化為多目標(biāo)規(guī)劃問題，即求解使多目標(biāo)函數(shù)中的每一個(gè)都達(dá)到最大值的最優(yōu)解，該文即是求解使經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益都達(dá)到最大值的最佳集約度。然而現(xiàn)實(shí)情況很難找到滿足這樣條件的解，通常是尋找Pareto最優(yōu)解作為所求目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。Pareto最優(yōu)是由意大利經(jīng)濟(jì)學(xué)家維弗雷多·帕累托(Vilfredo Pareto)提出的“沒有任何一個(gè)人可以在不使他人境況變壞的同時(shí)使自己的情況變得更好”的狀態(tài)[31]，即資源最優(yōu)化、效率最佳的狀態(tài)。該文所要求得的土地利用最佳集約度即是土地集約利用產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益中任何一者在不使其他兩者受到損害的狀態(tài)下達(dá)到自身最大時(shí)的土地投入量。

利用LINGO軟件求解多目標(biāo)規(guī)劃的Pareto最優(yōu)解時(shí)主要有兩種方法[32-34]，一種是化多為少法，將多目標(biāo)問題分解轉(zhuǎn)化為若干單目標(biāo)問題求解； 一種是分層序列法，即每一次都在前一目標(biāo)的最優(yōu)解集內(nèi)求解下一個(gè)目標(biāo)的最優(yōu)解。該文采用前者中的“理想點(diǎn)”法求解多目標(biāo)規(guī)劃的Pareto最優(yōu)解。

“理想點(diǎn)”法原理如下[35]。對(duì)于多目標(biāo)線性規(guī)劃函數(shù)：

(1)

1.3 指標(biāo)選取與數(shù)據(jù)來源

1.3.1 指標(biāo)選取

根據(jù)土地利用最佳集約度的定義可知，最佳集約度的度量涉及單位土地的投入和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)產(chǎn)出效益兩方面，因此最佳集約度指標(biāo)也應(yīng)涉及投入與產(chǎn)出兩方面。

由于多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相關(guān)性會(huì)導(dǎo)致信息的冗余，影響結(jié)果的合理性[36]，多數(shù)學(xué)者采取主成分分析、逐步回歸等方法篩選并保留關(guān)鍵性指標(biāo)[37-38]。運(yùn)用單一指標(biāo)可反映土地的投入和經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)產(chǎn)出效益，同時(shí)能有效避免指標(biāo)間的相關(guān)性，簡(jiǎn)化計(jì)算程序，可用于評(píng)價(jià)最佳集約度。

在投入指標(biāo)方面，土地利用投入涉及物質(zhì)資本投入和勞動(dòng)力投入[5]，單位土地面積固定資產(chǎn)投資額可以反應(yīng)單位面積土地上的投入量[39]。

圖1 江蘇省市縣行政區(qū)劃

產(chǎn)出效益指標(biāo)包括經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益3方面。經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出效益方面，由于人均地區(qū)生產(chǎn)總值作為衡量經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的重要指標(biāo)，與土地集約利用程度存在明顯的相關(guān)性[40]，該文選取其作為最佳集約度的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出效益指標(biāo)。社會(huì)產(chǎn)出效益方面，居民可支配收入被認(rèn)為是消費(fèi)開支的最重要的決定性因素，因而常被用來衡量一個(gè)地區(qū)社會(huì)生活水平的變化情況，也是影響土地集約利用水平的主要因素[41]，另外土地過度集約利用會(huì)導(dǎo)致居民生活空間過于擁擠[5]?；谏?，該文選取居民的人均可支配收入和人均住房建筑面積作為社會(huì)產(chǎn)出效益的衡量指標(biāo)。

江蘇省位于我國(guó)環(huán)境承載力較高且穩(wěn)定的東部地區(qū)，當(dāng)前的環(huán)境容量仍可以支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模[42-43]，獲得最大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的同時(shí)保證地區(qū)的生態(tài)環(huán)境破壞最小更為迫切。最佳集約利用需重視生態(tài)健康水平，而林木可過濾空氣和水中污染物，同時(shí)為其他物種提供棲息地和資源，對(duì)生態(tài)環(huán)境有巨大貢獻(xiàn)，且考慮到地區(qū)特性及數(shù)據(jù)的可獲性，該文選取林木覆蓋率作為最佳集約度生態(tài)產(chǎn)出效益的衡量指標(biāo)。

基于以上分析，通過求解人均地區(qū)生產(chǎn)總值、居民人均可支配收入、人均住房建筑面積和林木覆蓋率達(dá)到均衡最大下的單位土地面積固定資產(chǎn)投資額即能有效反映土地利用的最佳集約度。

1.3.2 數(shù)據(jù)來源

考慮到研究區(qū)數(shù)據(jù)獲取的完整性和時(shí)效性，該文研究2015年末社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件下的土地最佳集約度。由于同一階段不同發(fā)展水平的地區(qū)土地集約利用水平也存在差異，該文按地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀將江蘇省劃分為蘇南、蘇中、蘇北(圖1)。選取《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》(2016年)和《江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒》(2016年)中有關(guān)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行土地利用最佳集約度的測(cè)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地集約利用水平與經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益的相關(guān)關(guān)系分析

2.1.1 土地集約利用水平與經(jīng)濟(jì)效益的相關(guān)關(guān)系分析

以2015年江蘇省蘇南、蘇中、蘇北市縣分別作為估計(jì)樣本，以單位土地面積固定資產(chǎn)投資額表示的土地集約利用水平為自變量，以人均地區(qū)生產(chǎn)總值表示的土地集約利用經(jīng)濟(jì)效益為因變量，構(gòu)建回歸模型，選擇擬合度最佳的模型。該模型整體通過了5%的顯著性檢驗(yàn)，擬合優(yōu)度R2分別為0.966、0.957和0.982，可得土地集約利用水平與經(jīng)濟(jì)效益的擬合方程分別為：

蘇南：y=-0.001x2+16.417x+46 476.278

(2)

蘇中：y=-0.000 0158 1x2+9.105x+40 647.534

(3)

蘇北：y=0.002x2-0.302x+38 494.340

(4)

結(jié)果如下：

①蘇南、蘇中、蘇北地區(qū)的土地集約利用水平與經(jīng)濟(jì)效益均呈拋物線關(guān)系。②蘇南、蘇中地區(qū)用開口向下的拋物線擬合，隨著土地集約利用水平提高，經(jīng)濟(jì)效益不斷增加，均未達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最高點(diǎn)。蘇南地區(qū)經(jīng)濟(jì)效益增幅隨投入量的增加而趨緩； 蘇中地區(qū)經(jīng)濟(jì)效益與土地集約利用水平近似成正比，增幅較為穩(wěn)定。③蘇北地區(qū)用開口向上的拋物線擬合，經(jīng)濟(jì)效益隨土地集約利用水平提高而提高，增幅隨集約利用水平提高而增大，集聚經(jīng)濟(jì)效益正發(fā)揮作用(圖2)。

圖2 2015年江蘇省市縣土地集約利用水平與經(jīng)濟(jì)效益曲線估計(jì)模型

2.1.2 土地集約利用水平與社會(huì)效益的相關(guān)關(guān)系分析

以2015年江蘇省蘇南、蘇中、蘇北市縣分別作為估計(jì)樣本，以單位土地面積固定資產(chǎn)投資額表示的土地集約利用水平為自變量，分別以居民人均可支配收入、人均住房建筑面積表示的土地集約利用社會(huì)效益為因變量，構(gòu)建回歸模型，選擇擬合度最佳的模型。模型整體通過了5%的顯著性檢驗(yàn)。

(1)以居民人均可支配收入為因變量的模型擬合優(yōu)度R2分別為0.976、0.916和0.985，可得土地集約利用水平與以居民人均可支配收入表征的社會(huì)效益的擬合方程分別為：

蘇南：y=-0.000 18x2+3.967x+19 454.366

(5)

蘇中：y=-0.000 211x2+2.938x+17 048.871

(6)

蘇北：y=0.096x+18 074.059

(7)

結(jié)果如下：

①蘇南和蘇中地區(qū)用開口向下的拋物線擬合，以居民人均可支配收入表征的社會(huì)效益隨土地集約利用水平提高而增加。蘇中地區(qū)出現(xiàn)少數(shù)位于最高點(diǎn)右側(cè)的數(shù)據(jù)，說明該區(qū)域已出現(xiàn)土地集約利用水平過高導(dǎo)致社會(huì)效益下降的現(xiàn)象。②蘇北地區(qū)呈線性增長(zhǎng)關(guān)系，表明此階段內(nèi)土地集約利用水平的提高可以顯著促進(jìn)人民收入水平表征的社會(huì)效益的提高(圖3)。

圖3 2015年江蘇省市縣土地集約利用水平與社會(huì)效益曲線估計(jì)模型

(2)以人均住房建筑面積為因變量的模型擬合優(yōu)度R2分別為0.975、0.983和0.951，可得土地集約利用水平與以人均住房建筑面積表征的社會(huì)效益的擬合方程分別為：

蘇南：y=-0.000 000 283 7x2+0.003x+39.427

(8)

蘇中：y=-0.000 000 447 9x2+0.006x+33.750

(9)

蘇北：y=-0.000 001 523x2+0.009x+34.172

(10)

結(jié)果如下：

①蘇南、蘇中、蘇北地區(qū)土地集約利用水平與社會(huì)效益(人均住房建筑面積)均呈開口向下的拋物線關(guān)系。表現(xiàn)為，在一定區(qū)間內(nèi)，以人均住房建筑面積表征的社會(huì)效益隨土地集約利用水平提高而提高，達(dá)到一定臨界值后該社會(huì)效益將隨土地集約利用水平的提高而下降，表明土地過度集約利用將壓縮人均住房建筑面積，造成居民生活空間的擁擠。②蘇中和蘇北地區(qū)人均住房建筑面積隨土地集約利用水平提高而下降的地區(qū)(最高值右側(cè)的數(shù)據(jù))較蘇南少，過度集約利用損害社會(huì)效益的現(xiàn)象與蘇南相比較為緩和(圖3)。

2.1.3 土地集約利用水平與生態(tài)效益的相關(guān)關(guān)系分析

以2015年江蘇省蘇南、蘇中、蘇北市縣分別作為估計(jì)樣本，以單位土地面積固定資產(chǎn)投資額表示的土地集約利用水平為自變量，以林木覆蓋率表示的土地集約利用生態(tài)效益為因變量，構(gòu)建回歸模型，選擇擬合度最佳的模型。該模型整體均通過了5%的顯著性檢驗(yàn)，擬合優(yōu)度R2分別為0.953、0.954和0.965，可得土地集約利用水平與生態(tài)效益的擬合方程分別為：

蘇南：y=-0.000 000 22x2+0.004x+11.427

(11)

蘇中：y=0.000 000 052 88x2+0.000 381x+21.068

(12)

蘇北：y=0.000 001 743x2-0.006x+33.002

(13)

結(jié)果如下：

①蘇南、蘇中、蘇北地區(qū)土地集約利用水平與生態(tài)效益均呈拋物線關(guān)系。②蘇南地區(qū)用開口向下的拋物線擬合，表明土地集約利用水平提高有利于改善生態(tài)環(huán)境，但集約利用水平過高就會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定污染和損壞，降低生態(tài)效益。③蘇中、蘇北地區(qū)用開口向上的拋物線擬合，在這一階段，蘇中地區(qū)的林木覆蓋率表征的生態(tài)效益將隨土地集約利用水平的提高而增大； 蘇北地區(qū)在經(jīng)過一定階段的土地粗放利用造成生態(tài)效益低下后，林木覆蓋率也將隨著土地集約利用水平提高而增大，且由于土地集約利用水平整體較低，此時(shí)土地集約利用對(duì)于生態(tài)環(huán)境改善的效果更為顯著，林木覆蓋率增幅明顯大于蘇中地區(qū)(圖4)。

圖4 2015年江蘇省市縣土地集約利用水平與生態(tài)效益曲線估計(jì)模型

表2 LINGO理想點(diǎn)求解結(jié)果

地區(qū)經(jīng)濟(jì)效益理想點(diǎn)(萬元/人)社會(huì)效益理想點(diǎn)人均可支配收入(萬元/人)社會(huì)效益理想點(diǎn)人均住房建筑面積(m2/人)生態(tài)效益理想點(diǎn)(%)蘇南11.385 64.044 247.3629.61蘇中8.527 62.641 752.4721.75蘇北6.369 51.842 247.4734.16

2.2 土地利用最佳集約度測(cè)算及集約區(qū)劃定

2.2.1 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益理想點(diǎn)求解

依據(jù)Pareto最優(yōu)理論選取經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)各自存在的理想點(diǎn)，蘇南、蘇中、蘇北各有差異，且在不同的方面呈現(xiàn)不同的優(yōu)勢(shì)性。蘇南地區(qū)經(jīng)濟(jì)效益理想點(diǎn)達(dá)11.385 6(萬元/人)，接近蘇北的兩倍。蘇南人均可支配收入表征的社會(huì)效益理想點(diǎn)達(dá)4.044 2(萬元/人)，是蘇北的兩倍多，也遠(yuǎn)高于蘇中； 但是在人均住房建筑面積表征的社會(huì)效益方面，蘇中卻以52.47(m2/人)的顯著優(yōu)勢(shì)高于蘇南和蘇北。在生態(tài)效益方面，蘇北因其林木覆蓋率高的生態(tài)優(yōu)勢(shì)以34.16%的理想點(diǎn)結(jié)果顯著優(yōu)于蘇南和蘇中(表2)。

2.2.2 綜合理想點(diǎn)模型構(gòu)建

在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益理想點(diǎn)的基礎(chǔ)上，再運(yùn)用最短距離理想點(diǎn)法建立蘇南、蘇中、蘇北各自的理想點(diǎn)模型(表3)。

2.2.3 最優(yōu)有效解求解

根據(jù)以上模型，尋找目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)有效解，獲取2015年末在現(xiàn)有社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下蘇南、蘇中、蘇北的土地利用最佳集約度(表4)。

2.2.4 集約區(qū)劃定

由于目前國(guó)內(nèi)對(duì)土地集約利用程度缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，該文依據(jù)測(cè)算出的土地利用最佳集約度，運(yùn)用特爾斐法建立劃分標(biāo)準(zhǔn)[44]，通過兩輪專家征詢和意見反饋，將蘇南、蘇中、蘇北各市縣土地集約利用度劃分為低度集約區(qū)(與最佳集約度的差值超過自身集約度的50%)、中度集約區(qū)(與最佳集約度的差值不到自身集約度的50%)和高度集約區(qū)(土地集約利用度超過最佳集約度的地區(qū))(表5)。

表3 理想點(diǎn)模型

地區(qū)模型蘇南min=@sqr(-0.001?x2+16.417?x+46 476.278-113 855.8)+@sqr(-0.000 058 17?x2+2.270?x+22 951.858-40 441.52)+@sqr(-0.000 000 283 7?x2+0.003?x+39.427-47.357 91)+@sqr(-0.000 000 22?x2+0.004?x+11.427-29.61)蘇中min=@sqr(-0.000 015 81?x2+9.105?x+40 647.534-85 276.21)+@sqr(-0.000 211?x2+2.938?x+17 048.871-26 416.84)+@sqr(-0.000 000 447 9?x2+0.006?x+33.750-52.465 92)+@sqr(0.000 000 052 88?x2+0.000 381?x+21.068-21.75)蘇北min=@sqr(0.002?x2-0.302?x+38 494.340-74 213.34)+@sqr(0.096?x+18 074.059-18 422.16)+@sqr(-0.000 001 523?x2+0.009?x+34.172-47.46813)+@sqr(0.000 001 743?x2-0.006?x+33.002-34.16) 注:表3中模型為理想點(diǎn)求解的LINGO源程序

表4 2015年末社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下江蘇省土地利用最佳集約度

地區(qū)蘇南蘇中蘇北土地利用最佳集約度(萬元/km2)6 287.964 944.002 954.70

表5 江蘇省市縣土地利用集約度分區(qū)

地區(qū)土地利用最佳集約度(萬元/km2)集約度小于最佳集約度地區(qū)集約度大于最佳集約度地區(qū)低度集約區(qū)中度集約區(qū)高度集約區(qū)蘇南6 287.96宜興市、溧陽市、句容市太倉(cāng)市、常熟市、丹陽市昆山市、南京市區(qū)、揚(yáng)中市、常州市區(qū)、張家港市、蘇州市區(qū)、鎮(zhèn)江市區(qū)、江陰市、無錫市區(qū)蘇中4 944.00如皋市、啟東市、寶應(yīng)縣、高郵市、如東縣、興化市泰興市、泰州市區(qū)、揚(yáng)州市區(qū)、海安縣、儀征市、南通市區(qū)海門市、靖江市蘇北2 954.70阜寧縣、灌南縣、響水縣、濱?？h、漣水縣、東臺(tái)市、睢寧縣、豐縣、洪澤縣、灌云縣、盱眙縣、泗洪縣、東?？h、金湖縣、射陽縣連云港市區(qū)、沛縣、建湖縣、泗陽縣、淮安市區(qū)、宿遷市區(qū)、鹽城市區(qū)、沭陽縣邳州市、新沂市、徐州市區(qū)

圖5 2015年江蘇省市縣土地利用集約度空間分布

利用ArcGIS10.3及江蘇省市縣行政區(qū)劃圖，制作2015年末社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下江蘇省市縣土地利用集約度空間分布圖(圖5)，并結(jié)合表5劃分結(jié)果分析江蘇省市縣土地利用集約度空間格局特征。

(1)低度集約區(qū)中蘇南3個(gè)，占蘇南所有市縣的20%； 蘇中6個(gè)，占蘇中所有市縣的42.8%； 蘇北最多，共15個(gè)，占蘇北所有市縣的57.7%?？傮w而言，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)越低，低度集約區(qū)越多，這與蘇北地區(qū)各市縣土地集約度的測(cè)度指標(biāo)，即單位面積固定資產(chǎn)投資額處于低位有較大關(guān)系。

(2)中度集約區(qū)中蘇中地區(qū)較多(6個(gè))，占蘇中所有市縣的42.8%，主要分布在泰州市區(qū)、揚(yáng)州市區(qū)、南通市區(qū)等地區(qū)，呈現(xiàn)以城市為中心集聚的現(xiàn)象。蘇北地區(qū)中度集約區(qū)與低度集約區(qū)相比減少至8個(gè)，占比30.8%，以連云港市、淮安市、宿遷市、鹽城市等4市市區(qū)為代表； 蘇南地區(qū)(3個(gè))占20%，多集中分布在縣級(jí)市，如太倉(cāng)市、常熟市?？傮w而言，在數(shù)量上，不同程度集約區(qū)呈現(xiàn)偏態(tài)分布特征； 在空間上，空間異質(zhì)性突出，蘇南、蘇中、蘇北等級(jí)梯度分異明顯。另外，土地集約利用水平與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平間存在一定協(xié)調(diào)度，蘇南地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高于蘇中、蘇北地區(qū)，整體的土地集約利用水平也更高。蘇中、蘇北地區(qū)的土地仍有相當(dāng)?shù)募s利用潛力[26]。

(3)高度集約區(qū)中蘇南最多(9個(gè))，占蘇南所有市縣的60%，以蘇南的南京市、常州市、蘇州市、鎮(zhèn)江市、無錫市5市的市區(qū)為代表，還包括江陰市、昆山市、張家港市等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的縣級(jí)市，這3市2015年的地區(qū)生產(chǎn)總值、二產(chǎn)和三產(chǎn)增加值、固定資產(chǎn)投資等指標(biāo)在全省縣域城市中均排名前三。這些地區(qū)由于采取企業(yè)向園區(qū)集中、產(chǎn)業(yè)向高端集聚的舉措，在創(chuàng)造了巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)也提高了土地的集約利用程度。

與蘇南相比，蘇中和蘇北的高度集約區(qū)則以縣域城市為主，因?yàn)榈丶?jí)市區(qū)雖然土地投入量即固定資產(chǎn)投資額有一定優(yōu)勢(shì)，但土地面積相對(duì)較大，單位面積土地的投入量不如某些土地面積較小的縣域城市高。蘇中的靖江市和海門市，其人均地區(qū)生產(chǎn)總值在全省縣域城市中位居前十(其余8個(gè)均為蘇南縣級(jí)市)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平在蘇中地區(qū)處領(lǐng)先地位，經(jīng)濟(jì)水平與土地集約利用水平成正相關(guān)。蘇北的邳州市和新沂市均以農(nóng)業(yè)為主要產(chǎn)業(yè)，一產(chǎn)增加值在全省名列前茅。近年來邳州市新河鎮(zhèn)依托萬頃良田連片種植項(xiàng)目發(fā)展現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)，在土地集約利用的同時(shí)極大改善了當(dāng)?shù)鼐用竦纳瞽h(huán)境，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益的綜合提高，其節(jié)約集約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地的新模式和新舉措是蘇北縣域城市土地利用向高度集約發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α?/p>

(4)將各市縣的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益產(chǎn)出指標(biāo)與最佳集約度下的各項(xiàng)指標(biāo)(表2)比較，可發(fā)現(xiàn)低度集約區(qū)和中度集約區(qū)出現(xiàn)了個(gè)別地區(qū)產(chǎn)出效益超過理想值的特殊情況，如蘇南的太倉(cāng)市和常熟市人均地區(qū)生產(chǎn)總值分別達(dá)到了15.515 9(萬元/人)、13.543 1(萬元/人)，超過蘇南經(jīng)濟(jì)效益理想值11.385 6(萬元/人)； 蘇中的揚(yáng)州市區(qū)人均地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到8.964 7(萬元/人)，超過蘇中經(jīng)濟(jì)效益理想值8.527 6(萬元/人)； 常熟市、南通市區(qū)、連云港市區(qū)、淮安市區(qū)、鹽城市區(qū)等社會(huì)效益也超過各自的理想值，這些單方面效益突出的市縣應(yīng)盡快加強(qiáng)土地投入與產(chǎn)出的匹配，避免以土地粗放為代價(jià)發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)，要嚴(yán)格用地規(guī)模管控、優(yōu)化開發(fā)利用格局、發(fā)揮市場(chǎng)機(jī)制作用，以帶動(dòng)土地集約利用達(dá)到最佳水平[45]。

同樣地，高度集約區(qū)中各市縣土地利用雖然超過了最佳集約度，其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益仍未達(dá)到均衡最大的理想狀態(tài)，如無錫市區(qū)、常州市區(qū)、鎮(zhèn)江市區(qū)的人均可支配收入分別為3.946 1(萬元/人)、3.537 9(萬元/人)、3.126 3(萬元/人)，均低于蘇南社會(huì)效益(人均可支配收入)理想值4.044 2(萬元/人)，這些城市要避免以犧牲社會(huì)和生態(tài)效益為代價(jià)發(fā)展經(jīng)濟(jì)，謹(jǐn)防盲目提升集約度而導(dǎo)致綜合效益失衡。

3 結(jié)論與不足

該文利用Pareto最優(yōu)理論，構(gòu)建多目標(biāo)規(guī)劃模型定量求解江蘇省的土地利用最佳集約度，并據(jù)此劃分不同集約區(qū)，結(jié)果如下。

(1)不同程度集約區(qū)中，低度、中度集約區(qū)與該地區(qū)總市縣個(gè)數(shù)比為蘇北>蘇中>蘇南； 高度集約區(qū)中蘇南地區(qū)占比顯著多于蘇中、蘇北地區(qū)，地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平與土地集約利用水平、土地利用最佳集約度呈現(xiàn)正相關(guān)的規(guī)律性。同時(shí)也存在低度、中度集約區(qū)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)產(chǎn)出效益超過理想值，高度集約區(qū)的社會(huì)產(chǎn)出效益低于理想值的綜合效益失衡現(xiàn)象。

(2)研究運(yùn)用多目標(biāo)規(guī)劃模型的“理想點(diǎn)”法求解土地集約利用產(chǎn)出效益問題的Pareto最優(yōu)解，較好地處理了最佳集約度難以定量求解的問題。在2015年末的社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下，蘇南、蘇中、蘇北土地利用最佳集約度分別為6 287.96(萬元/km2)、4 944.00(萬元/km2)、2 954.70(萬元/km2)，體現(xiàn)了最佳集約度與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平之間呈正相關(guān)的關(guān)系。

省內(nèi)發(fā)達(dá)區(qū)域和欠發(fā)達(dá)區(qū)域均存在高、中、低集約區(qū)，可結(jié)合各區(qū)域自身特征，構(gòu)建以高點(diǎn)帶低點(diǎn)，以區(qū)域促圈層，推動(dòng)中、低度集約區(qū)土地集約利用水平的總體提升。土地利用的最佳集約度均衡點(diǎn)會(huì)隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的發(fā)展而移動(dòng)，處在不斷的變化和提高中。該文結(jié)果為基于2015年末的社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的靜態(tài)分析，后續(xù)研究可對(duì)最佳集約度進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，以更好地指導(dǎo)土地集約利用。