基于縣域單元的土地利用績效空間差異分析

楊 璐，王 飛，徐占軍

(山西農(nóng)業(yè)大學 資源環(huán)境學院，山西 晉中 030801)

“績效”是指行為所能夠達到的某種狀態(tài)，并且這種狀態(tài)與預期或事先保持的狀態(tài)具有一定的聯(lián)系。美國經(jīng)濟學者North率先提出“績效”的概念[1]，他認為績效就是制度的表現(xiàn)。績效可以簡單地理解為成績和效率。土地在利用過程中以不同的結(jié)構(gòu)和方式所導致的土地利用效率和土地利用績效方面的差異，即土地利用績效。土地利用績效比效率的概念更寬泛，卻又包括了土地利用效率。

在North提出“績效”概念以后，學者們對于績效的研究[2]逐漸興起，最早的績效研究是從績效標準入手，然而當下學者對土地利用績效的研究多結(jié)合于土地的可持續(xù)利用。我國土地資源稀缺，土地利用粗放，土地利用壓力大，所以土地利用績效已成為當前研究的重點。國內(nèi)學者根據(jù)不同尺度以長江三角洲地區(qū)[3]、陜南地區(qū)[4]、江蘇省典型開發(fā)區(qū)[5]、廣東省[6]作為研究主體在土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上對土地利用績效進行了研究；還有部分學者研究了城市的土地利用績效空間差異[7-9]。縱觀文獻資料，在研究土地利用空間差異性方面，學術(shù)界多以省域和市域的尺度進行分析，而以具有較強地域性、土地資源配置多樣、城鄉(xiāng)結(jié)合作用明顯、各類要素相對完整的縣域單元城市[10]作為研究對象的相對較少。因此，本文以山西省為例，構(gòu)建了山西省土地利用績效評價指標體系、PSR模型基礎(chǔ)上的85個縣域城市土地利用績效評價指標體系和山西省土地利用綜合績效模型，并借助ArcGIS 10.2軟件對土地利用績效特征和空間差異性的土地利用績效體系進行內(nèi)部協(xié)調(diào)度分析，具有一定的范圍性、代表性和借鑒性，可以為土地利用績效的相關(guān)研究提供參考價值。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

山西省位于太行山西部，土地總面積為15.67萬km2，省內(nèi)有山地、丘陵、盆地這些常見地貌，還有臺地等豐富多樣的地質(zhì)地貌類型。東北部是以太行山為主體的塊狀集聚山地，西南部是以呂梁山為主體的黃土高原，而中部則分布著一系列呈斷續(xù)狀的斷陷盆地。轄區(qū)總?cè)丝跒?610.8萬人，共有11個地級市，119個縣級單位，23個市轄區(qū)，11個縣級市以及85個獨立縣域(圖1)。

圖1 山西省行政區(qū)域劃分

1.2 數(shù)據(jù)來源

由于考慮到數(shù)據(jù)的可得性和完整性，本文選擇近期內(nèi)2015年山西省的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。其中，85個縣域單元的相關(guān)數(shù)據(jù)來源于各個縣域年度數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果；各個縣域經(jīng)濟發(fā)展水平的相關(guān)數(shù)據(jù)來源于《中國區(qū)域經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》(2016)、《山西省統(tǒng)計年鑒》(2016)、《中國城市統(tǒng)計年鑒》(2016)以及山西省11個地級市統(tǒng)計年鑒中的縣域數(shù)據(jù)、山西省各個縣域單元的政府部門的統(tǒng)計公報。

2 土地利用綜合績效評價

土地利用績效評價除了要了解土地的投入產(chǎn)出狀況以外，還要考慮土地利用所帶來的資源效益、生態(tài)效益、經(jīng)濟效益以及居民生活水平等方面的基本變化[11]。在此基礎(chǔ)上，本文借助效益、效率和公平績效3個評價維度來構(gòu)建山西省85個縣域單元土地利用績效評價指標體系。其中,效益維度不僅反映了城市土地利用所取得的成效,還反映了城市發(fā)展的規(guī)模；效率維度主要反映土地的開發(fā)利用程度和貢獻程度；公平維度反映土地利用效益在社會中的分配程度,具體表現(xiàn)在地均就業(yè)量、人均生態(tài)林地、每千人擁有病床數(shù)等情況[12](表1)；采用專家打分法是以多次征求專家意見以便確定權(quán)重的一種常見方法，然后再運用變異系數(shù)賦權(quán)法為85個縣域的12項指標賦權(quán)(表2)。

參考土地利用績效評價指標體系可以給出山西省85個縣域單元城市土地利用的綜合績效值模型：

(1)

式中，A表示山西省85個縣域土地利用綜合績效值；KI表示85個縣域效益、效率、公平績效的權(quán)重值；BI表示山西省85個縣域效益、效率、公平績效的績效值。

3 PSR模型基礎(chǔ)上的土地利用績效協(xié)調(diào)度評價

PSR模型以壓力、狀態(tài)和響應3個要素為出發(fā)點，測量土地系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)性，綜合可持續(xù)利用循環(huán)因子，可以很好地反映出整個系統(tǒng)的績效高低[13-15]。根據(jù)壓力狀態(tài)響應三者之間的因果關(guān)系，有目的地選取人口密度、城鎮(zhèn)及工礦用地比例、GDP增長速度、地均社會消費品零售總額、交通運輸用地面積比例、地均中小學數(shù)、地均二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值、地均GDP、地均就業(yè)量、地均實際利用外資、地均社會完成固定資產(chǎn)投資和地均房地產(chǎn)投資完成額12項指標，建立與土地利用績效系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)度相關(guān)的評價指標體系(表3)。利用SPSS軟件，使用主成分分析法，通過標準化和歸一化處理為各指標賦權(quán)，測算各子系統(tǒng)值(表4)。

表1 山西省土地利用績效評價指標體系

表2 基于土地利用績效評價體系的變異系數(shù)法賦權(quán)

表3 山西省縣域單元土地利用績效的協(xié)調(diào)度評價指標體系

根據(jù)在離散系數(shù)和距離函數(shù)基礎(chǔ)上建立的協(xié)調(diào)度函數(shù)，分別得到85個縣域單元土地利用績效協(xié)調(diào)度和土地利用績效內(nèi)部協(xié)調(diào)度模型，根據(jù)協(xié)調(diào)度指數(shù)標準計算各個縣域的協(xié)調(diào)度指數(shù)，以此作為劃分協(xié)調(diào)度等級的依據(jù)。

(2)

式中，C為協(xié)調(diào)度指數(shù)；Z1代表壓力的綜合分值、Z2代表狀態(tài)的綜合分值、Z3代表響應的綜合分值[16]。然后通過ArcGIS 10.2空間操作系統(tǒng)里的自動優(yōu)化功能將85個縣域單元劃分為6個協(xié)調(diào)度等級(表5)。

表4 基于土地利用績效協(xié)調(diào)度評價指標體系的歸一化賦權(quán)

表5 山西省協(xié)調(diào)度等級劃分地區(qū)分布

4 山西省城市土地利用績效的空間差異特征

4.1 土地利用效益、效率、公平績效空間格局分布

借助ArcGIS 10.2軟件，運用自然斷裂法進行空間劃分。研究發(fā)現(xiàn)，山西省土地利用效益和效率績效分別表現(xiàn)出截然不同的空間格局分布特征(圖2a～圖2b)。效益績效的高值和較高值呈面狀分布在清徐縣等晉中地區(qū)和長治縣等晉南地區(qū)，而晉北地區(qū)則出現(xiàn)了點狀離群較高值分布點。效率績效的高值和較高值則呈面狀均勻分布在山西省85個縣域單元。晉中地區(qū)的清徐縣和晉南地區(qū)的長治縣由于本地優(yōu)越的地理位置，使得這些城市規(guī)模效應日漸明顯，土地利用投入產(chǎn)出比率高；晉北地區(qū)由于海拔較高，交通運輸體系不完善，城市的規(guī)模小，產(chǎn)業(yè)發(fā)展體系不健全，土地利用的成效不明顯。公平績效呈現(xiàn)面狀分布的空間特征(圖2c)，晉北的左云縣地區(qū)出現(xiàn)點狀離群高值點，由于城市處于山地之上、城市規(guī)模較小、建設(shè)需求低，所以用地的公平性較高。較高和中等值區(qū)分布在海拔低的丘陵、平原地區(qū)，城市發(fā)展快速，經(jīng)濟水平相對較高，有一定的資金投入以維持社會公平和生態(tài)建設(shè)，因此用地的公平性高，如陽曲縣、沁水縣等地區(qū)。低值區(qū)主要分布在工業(yè)發(fā)展較快和功能轉(zhuǎn)型的地區(qū)。

通過對山西省85個縣域進行土地利用效益績效、效率績效和公平績效的逐一分析，可以發(fā)現(xiàn)山西省土地利用效益績效、效率績效分布特征顯著，公平績效分布分散。這說明山西省土地利用成效明顯，城市發(fā)展規(guī)模突出。但是山西省對社會各項服務和人民公平的物質(zhì)生活關(guān)注度較低，公平績效不明顯而且各地發(fā)展水平不一。所以山西省就要適當?shù)奶岢鱿鄳恼叽胧﹣砭S持效益績效和效率績效的平穩(wěn)水平，同時也要加大對土地利用公平績效的注重程度。

4.2 土地利用綜合績效格局

從山西省土地利用綜合績效各個縣域城市點密度分布圖得出，山西省土地利用綜合格局表現(xiàn)出較強的集聚空間分布特征：西南部和中部斑點分布稠密；東北部分布稀疏，而東北部的朔州市出現(xiàn)了一些縣域的綜合績效點密度相對周圍的同級縣域要更加稠密的異常情況(圖3)。

通過以上分析，可以推測出山西省85個縣域單元土地利用綜合空間格局存在一定的空間相關(guān)性[16]。為了驗證空間相關(guān)性格局存在的可能性和可信性，可以通過山西省全局的空間格局自相關(guān)特征和山西省局部區(qū)域的自相關(guān)特性進行考察[7]。根據(jù)Moran指數(shù)的相關(guān)公式和定義的解釋，通過ArcGIS計算出山西省土地利用綜合績效點密度的Moran指數(shù)I的檢驗值為-0.1176，這就充分說明山西省土地利用綜合績效點密度存在顯著的空間自相關(guān)關(guān)系[16]。在上述基礎(chǔ)上，使用Anselin Local Moran's I統(tǒng)計量的空間數(shù)據(jù)分析方法來識別山西省土地利用的熱點、冷點及空間異質(zhì)值，最后再通過帶渲染的聚類/異質(zhì)值方法分析綜合績效點密度成圖，所得的空間分析結(jié)果見圖4。

圖2 山西省土地利用績效的空間分布圖

圖3 綜合績效點密度分布圖

如圖4所示，熱點區(qū)域分布在晉中市的太谷縣、祁縣，這2個地區(qū)的績效水平較高，縣域各項指標合理，城市在土地利用方面具有較好地規(guī)劃和配置，城市各項產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)較為合理，經(jīng)濟、社會、文化、醫(yī)療、交通等要素規(guī)范運行，城市系統(tǒng)內(nèi)部具有較高的穩(wěn)定性。異質(zhì)熱點區(qū)域呈現(xiàn)間隔性的點狀分布，主要在晉北的平魯區(qū)、晉中的汾陽縣和晉南的一些縣區(qū)。這些地區(qū)都是近年來山西省經(jīng)濟發(fā)展較快的縣域，效益和效率績效相對于周圍縣域更加顯著。異質(zhì)冷點區(qū)域以大面積面狀分布在山西省外圍縣域和山西省東北部的偏遠山區(qū)，這些縣域的城市經(jīng)濟、社會發(fā)展受區(qū)域中心城市的影響較大，主要任務是當中心城市選擇轉(zhuǎn)型時，接受從中心城市轉(zhuǎn)移來的各類產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)。冷點區(qū)域主要分布在晉南的臨猗縣、襄垣縣等地區(qū)和晉中的陽泉市等地區(qū)，這些縣域長期以來經(jīng)濟社會發(fā)展水平都相對較低，城市化、工業(yè)化進程緩慢，土地利用績效低，土地利用水平和合理性也較低，但是由于這些縣域都有本縣域固有的特色和旅游資源，使得區(qū)域內(nèi)部具有較高的穩(wěn)定性。

圖4 山西省土地利用綜合績效空間聚類

經(jīng)分析得出，山西省總體的熱點和冷點區(qū)域可視面積分布較大，熱點和冷點區(qū)域內(nèi)城市經(jīng)濟發(fā)展、社會進步有著截然不同的體現(xiàn)，但是熱點和冷點區(qū)域的縣域內(nèi)部都具有較好的穩(wěn)定性。在異質(zhì)區(qū)的城市，經(jīng)濟社會發(fā)展相對周邊縣域具有較大的差異性，在土地利用方面，對于土地利用的類型和要求變化較大，縣域內(nèi)部的穩(wěn)定性明顯偏低。

5 PSR模型基礎(chǔ)上的土地利用績效系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)度的空間差異性

5.1 土地利用績效系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)度空間差異特征

借助ArcGIS 10.2空間操作系統(tǒng)，將山西省土地利用系統(tǒng)內(nèi)部的協(xié)調(diào)程度進行空間模式上的劃分，發(fā)現(xiàn)山西省土地利用績效系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)度總體表現(xiàn)出由西南部向東北部遞減的分布特征，同時在東北山區(qū)的天鎮(zhèn)縣出現(xiàn)了呈點狀離群分布特征的高值點，如圖5所示。

圖5 山西省縣域單元土地利用績效的系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)度空間差異特征

5.2 土地利用績效協(xié)調(diào)度空間差異特征形成原理分析

結(jié)合圖5可以得出：山西省土地利用績效系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)度的空間分布格局與山西省由東北向西南傾斜的地形分布特點相吻合。山西省的東北部是海拔較高的山區(qū)，這些地區(qū)主要依靠第一、二產(chǎn)業(yè)，在土地利用方面存在著比較原始、古老的方法，守舊性比較強，沒有創(chuàng)新，土地利用體系和用地結(jié)構(gòu)的合理性與大城市相比較為落后，土地利用績效和內(nèi)部協(xié)調(diào)度較低。而西南地區(qū)位于平原丘陵區(qū)，交通便利，各類經(jīng)濟要素與外界很好地交流，地區(qū)內(nèi)的縣域積極引進外資，加強城市建設(shè)，實現(xiàn)了土地利用格局的科學性與合理性。各地政府積極鼓勵和支持各縣域經(jīng)濟發(fā)展，所以西南部地區(qū)的土地利用績效和內(nèi)部協(xié)調(diào)度比東北部的更高。

天鎮(zhèn)縣位于山西省東北部，毗鄰河北省，距離北京300 km，距離大同80 km，距離張家口85 km，交通發(fā)達，有充分的條件與外界進行經(jīng)濟交流。天鎮(zhèn)縣有大面積的旅游場地和豐富的名優(yōu)物產(chǎn)，吸引著省內(nèi)外游客，促進了經(jīng)濟發(fā)展。天鎮(zhèn)縣良好的社會保障事業(yè)對于土地利用的要求較高，政府帶動本省人民進行土地確權(quán)并合理分配土地，所以天鎮(zhèn)縣的土地利用績效和內(nèi)部協(xié)調(diào)度更高，呈現(xiàn)點狀離群特征的高值點。對照圖4和圖5可以得出：山西省土地利用綜合績效自相關(guān)格局與內(nèi)部協(xié)調(diào)度格局總體上相互協(xié)調(diào)。要研究這2項指標形成的機制，就必須探究山西省城市化和工業(yè)化特點、交通運輸發(fā)展程度等與城市土地利用績效密切相關(guān)的數(shù)據(jù)。在土地利用協(xié)調(diào)度較高的區(qū)域中，既有屯留縣、稷山縣等城市發(fā)展水平高的熱點區(qū)域，也有清徐縣、懷仁縣、長治縣等城市發(fā)展水平低的冷點區(qū)域。而在熱點區(qū)域中既有城市協(xié)調(diào)度高的襄垣縣、靈石縣，也有城市協(xié)調(diào)度低的澤州縣等。所以，土地利用績效和內(nèi)部協(xié)調(diào)度并不是明確的正相關(guān)關(guān)系，有時也會出現(xiàn)呈負相關(guān)關(guān)系。因此，在不同的縣域單元，影響土地利用績效和內(nèi)部協(xié)調(diào)度的因素也會有所不同。

5.3 綜合績效空間聚類和協(xié)調(diào)度格局對比分析

從圖6可以看出：山西省土地利用綜合績效自相關(guān)格局與內(nèi)部協(xié)調(diào)度格局總體上相互協(xié)調(diào)，但是局部區(qū)域也有特殊現(xiàn)象，要研究這2項指標形成的機制，就必須探究山西省工業(yè)化和城市化特點、交通運輸發(fā)展程度等與城市土地利用績效密切相關(guān)的數(shù)據(jù)。

從圖6可以看出：山西省熱點區(qū)域的協(xié)調(diào)度基本屬于比較協(xié)調(diào)和弱協(xié)調(diào)，位于冷點區(qū)域的縣域城市的協(xié)調(diào)度屬于基本協(xié)調(diào)和弱協(xié)調(diào)。通過山西省土地利用績效冷熱點異常值分析可以發(fā)現(xiàn)：山西省熱點區(qū)域和冷點區(qū)域呈現(xiàn)點狀分布的特征，分布區(qū)域也較小，穩(wěn)定性明顯比異質(zhì)值區(qū)域差。體現(xiàn)出與土地利用績效內(nèi)部協(xié)調(diào)度空間格局的相似性，更加說明山西省縣域單元的土地利用績效存在顯著的空間差異性?？偟膩碚f，山西省西南部的土地利用空間格局分布相比東北部更加優(yōu)化，冷熱點區(qū)域的土地利用績效內(nèi)部協(xié)調(diào)度存在著相當大的差異(圖7)。

異常值區(qū)域包括異質(zhì)熱點和異質(zhì)冷點區(qū)域，山西省共有3個縣域單元位于異質(zhì)熱點區(qū)域，其中2個屬于比較協(xié)調(diào)，1個屬于弱協(xié)調(diào)。共有30個縣域位于冷點區(qū)域，其中3個縣域單元分屬于高度協(xié)調(diào)、輕度協(xié)調(diào)和不協(xié)調(diào)，8個縣域單元屬于基本協(xié)調(diào)，17個縣域單元屬于弱協(xié)調(diào)區(qū)域。因此，可以很明顯地看出異質(zhì)熱點區(qū)域和異質(zhì)冷點區(qū)域之間的差異，這種差異與城市的地理位置和周圍縣域的土地利用績效發(fā)展水平有著密切關(guān)系。

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，冷熱點區(qū)域和異質(zhì)區(qū)域的協(xié)調(diào)度水平存在明顯的不同，而異質(zhì)冷點區(qū)域的協(xié)調(diào)度明顯低于異質(zhì)熱點區(qū)域，影響這種差異存在的因素就是城市的地理區(qū)位和交通運輸以及城市發(fā)展的重心。異質(zhì)冷點區(qū)域的縣域大部分為近年來經(jīng)濟剛起步的城市，雖然它們的綜合效益不高，但是由于出臺了一系列政策措施，在政府的幫助和扶持下，調(diào)節(jié)土地利用壓力，注重經(jīng)濟、社會和環(huán)境三效益友好發(fā)展，所以這些縣域內(nèi)部協(xié)調(diào)度相應提高。在異質(zhì)熱點區(qū)域，雖然土地利用綜合績效相對較高，但是由于近年來城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型所造成的土地利用不協(xié)調(diào)和部分城市為了追求經(jīng)濟效益而放棄社會和環(huán)境效益，導致城市土地利用績效內(nèi)部協(xié)調(diào)度低、協(xié)調(diào)度與用地績效差異顯著等問題。

圖6 山西省縣域單元土地利用績效空間聚類與系統(tǒng)內(nèi)部的協(xié)調(diào)度格局對比

圖7 異質(zhì)冷點區(qū)域及異質(zhì)熱點區(qū)域城市協(xié)調(diào)度等級對比

6 結(jié)論和討論

6.1 結(jié)論

通過對山西省85個縣域單元進行城市土地利用績效和土地利用績效系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)度的空間差異分析，可以得出如下結(jié)論。

(1)山西省縣域單元土地利用績效地域差異明顯，土地利用績效的效益和效率績效的空間分布特征顯著，公平效益空間分布較為分散。效益績效呈面狀分布，出現(xiàn)了點狀離群較高值分布點，而效率績效呈面狀分布特征，各個值域的效率績效均衡地分布在山西省的各個區(qū)域。

(2)土地利用綜合績效的空間聚類劃分為熱點區(qū)域、冷點區(qū)域、異質(zhì)冷點和異質(zhì)熱點區(qū)域4種類型，山西省的熱點和冷點區(qū)域分布面積小，穩(wěn)定性較小。異質(zhì)區(qū)域穩(wěn)定性較強，土地利用績效受交通區(qū)位和政府政策影響大。

(3)山西省土地利用績效系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)由東北向西南增加的格局，與山西省由東北向西南傾斜的地形趨勢相吻合。城市的地理區(qū)位和交通運輸以及城市發(fā)展的重心都會成為影響這一格局形成的重要因素。山西省土地利用綜合績效自相關(guān)格局與山西省土地利用績效內(nèi)部協(xié)調(diào)度格局總體相協(xié)調(diào)，但是局部區(qū)域也有特殊現(xiàn)象，影響這2個指標的因素也存在較大差異。

6.2 討論

通過建立山西省土地利用績效評價指標體系，構(gòu)建土地利用績效評價模型和基于PSR模型的城市土地利用績效系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)度評價體系，借助ArcGIS 10.2空間操作系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)處理，在評價過程中選擇不同的指標對城市土地利用進行綜合全面的評價，利用這種評價方法具有很強的可信性和可靠性，然而本文僅僅是為了得到山西省在現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的土地利用績效分析，在以后的研究評價中，就可以多收集不同時間段的數(shù)據(jù)，對土地利用績效進行基于不同年份、相同數(shù)據(jù)的比較性研究，與此同時，還可以借助現(xiàn)有數(shù)據(jù)和一些對比分析建立模型，對一個區(qū)域的未來土地利用績效和土地利用績效內(nèi)部協(xié)調(diào)度做一定的預測分析。