黃河流域資源型城市土地綠色利用效率時空演變及影響因素

丁 一，郭青霞，秦明星

·土地保障與生態(tài)安全·

黃河流域資源型城市土地綠色利用效率時空演變及影響因素

丁 一，郭青霞※，秦明星

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，太谷 030801）

如何以最小的城市土地資源投入獲得最大的社會經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益是區(qū)域可持續(xù)利用和高質(zhì)量發(fā)展關(guān)注的重點(diǎn)之一。以黃河流域資源型城市為研究對象，構(gòu)建土地綠色利用效率測算指標(biāo)體系，利用SSBM（Super Slack Based Measure，SSBM）模型測度2009－2018年黃河流域資源型城市土地綠色利用效率，選取空間自相關(guān)模型分析土地綠色利用效率的時空演變特征，借助時空地理加權(quán)回歸（Geographically and Temporally Weighted Regression，GTWR）模型揭示影響土地綠色利用效率因素。研究結(jié)果表明：1）從時序變化來看，2009－2018年，黃河流域資源型城市土地綠色利用效率整體變化趨勢不明顯。2）從空間差異來看，黃河流域資源型城市整體空間關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，集聚態(tài)勢不顯著，局部表現(xiàn)出“小集聚大分散”的空間分布特征。3）土地綠色利用效率影響因素具有空間異質(zhì)性特征，經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)始終是影響區(qū)域土地綠色利用效率的核心因素，科技作用逐漸凸顯，同時不同類型資源型城市主導(dǎo)因素存在明顯差異。研究結(jié)果對于促進(jìn)土地綠色利用效率驅(qū)動機(jī)制的深入研究具有指導(dǎo)意義，也可為黃河流域資源型城市土地高效可持續(xù)利用提供科學(xué)參考。

土地利用；效率；時空分異；影響因素；SSBM模型；GTWR模型；黃河流域；資源型城市

0 引 言

“黃河流域是中國重要的生態(tài)屏障和重要的經(jīng)濟(jì)地帶，是打贏脫貧攻堅戰(zhàn)的重要區(qū)域，在中國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和生態(tài)安全方面具有十分重要的地位”[1]。黃河流域不僅是中華文明的發(fā)祥地[2]，也是中國煤炭、石油、天然氣等資源的重要產(chǎn)區(qū)。據(jù)統(tǒng)計，黃河流域有半數(shù)以上的資源型城市，資源型城市作為以本地區(qū)礦產(chǎn)、森林等自然資源開采、加工為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的城市，其發(fā)展直接影響了黃河流域的生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展[3]。與非資源型城市發(fā)展路徑不同，資源型城市土地利用過程中更容易出現(xiàn)產(chǎn)出效率低，土地資源開發(fā)利用高資源消耗、高污染排放、高碳排放等問題。而土地綠色利用將綠色發(fā)展理念貫穿于土地利用過程中，追求土地利用經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)的三效益統(tǒng)一[4]，可以認(rèn)為是一種土地利用新理念和土地可持續(xù)利用在時間上的延伸和空間上的拓展[5]。因此研究土地綠色利用效率問題已成為當(dāng)前資源型城市土地利用研究的關(guān)鍵問題之一，對推動黃河流域資源型城市生態(tài)保障和高質(zhì)量發(fā)展意義重大。

國內(nèi)外學(xué)者對土地利用效率展開了大量研究，形成了豐富的理論和實(shí)踐成果。目前學(xué)術(shù)界對土地利用效率概念與內(nèi)涵尚未形成統(tǒng)一闡述，部分學(xué)者僅考慮土地產(chǎn)出的經(jīng)濟(jì)效益，認(rèn)為土地利用效率是區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)活動相關(guān)的單位土地面積產(chǎn)出的增加[6]，也有學(xué)者認(rèn)為土地利用效率是當(dāng)經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境因素處于最佳水平時土地面積實(shí)際投入量之比[7]，還有一些學(xué)者認(rèn)為土地利用效率是城市發(fā)展進(jìn)程中對土地利用綜合程度的考量[8]。此外，部分學(xué)者對地均生態(tài)服務(wù)價值的探討[9]進(jìn)一步延伸了土地利用效率的內(nèi)涵。從土地利用效率評價指標(biāo)體系來看，由最初單純考慮土地利用強(qiáng)度狀況[10]，到向反映土地利用經(jīng)濟(jì)效益的單指標(biāo)過渡[11]，而目前大部分學(xué)者指標(biāo)選取多體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境3方面[12]。從效率測算方法來看，表現(xiàn)出日益多元化的特點(diǎn)。根據(jù)方法特點(diǎn)可概括為指標(biāo)評價法、參數(shù)法和非參數(shù)法3種[13]。在最初的土地利用效率研究中主要以指標(biāo)評價法為主，具體包括主成分分析法、模糊綜合評判法和加權(quán)法等[14]，參數(shù)法主要基于生產(chǎn)函數(shù)的隨機(jī)邊界法，將土地要素納入到生產(chǎn)函數(shù)中，測算土地單要素效率，但該方法的局限性在于只能處理多投入單產(chǎn)出。非參數(shù)方法主要包括數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（Data Envelopment Analysis，DEA）和超效率DEA模型，大部分學(xué)者認(rèn)為DEA模型是計算用地效率最有效的方法[15]。從研究對象來看，包括全國[16]、地區(qū)[17]、省域[18]以及城市群[19]等，主要以熱點(diǎn)地區(qū)和典型地區(qū)為主。這些研究成果顯示出學(xué)術(shù)界對土地利用效率問題的高度關(guān)注，也為本研究提供了豐富的理論指導(dǎo)。

目前雖有學(xué)者闡述了土地綠色利用效率內(nèi)涵[4-5]，并針對特定地區(qū)評價土地綠色利用效率問題[20]，但將綠色發(fā)展理念融入土地利用效率中的研究仍然不足。同時資源型城市作為中國非常典型的一類城市，其土地利用過程中更容易出現(xiàn)生態(tài)環(huán)境問題，但是鮮有研究其土地綠色利用效率問題，多以生態(tài)效率和生態(tài)風(fēng)險評估研究為主[21-22]，這必然會影響研究的理論深度和研究成果指導(dǎo)實(shí)踐的廣泛程度。另外，當(dāng)前影響因素研究多局限于時間尺度層面，很少分析不同因素在空間上的影響力，而土地綠色利用效率變化是一個時空非平穩(wěn)過程，空間位置和時間變化均會引起因素間關(guān)系和效率變化。

鑒于此，本研究以黃河流域資源型城市為研究區(qū)，首先利用SSBM（Super Slack Based Measure）模型測算2009—2018年黃河流域資源型城市土地綠色利用效率，并分析其時空變化規(guī)律；其次采用GTWR（Geographically and Temporally Weighted Regression）模型[23]，揭示土地綠色利用效率時空演變影響因素。該研究不僅有助于深入理解土地綠色利用效率驅(qū)動機(jī)制，同時可為黃河流域資源型城市可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)、研究方法與指標(biāo)選取

1.1 研究區(qū)界定與數(shù)據(jù)來源

黃河流域位于32°～42°N，96°～119°E，流經(jīng)青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、山西、陜西、河南、山東9省區(qū)，干流全長5 464 km，流域幅員遼闊，地形地貌差別巨大，以內(nèi)蒙古河口鎮(zhèn)與河南桃花峪為節(jié)點(diǎn)，把黃河分成上、中、下游。參考已有研究[24]，按照“以自然流域?yàn)榛A(chǔ)支撐、考慮地域研究單元的完整性以及地區(qū)經(jīng)濟(jì)與黃河的直接關(guān)聯(lián)性”的原則，并依據(jù)《全國資源型城市可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2013—2020 年）》，提取黃河流域資源型城市38個，基于數(shù)據(jù)可獲取性的考慮，確定研究單元36個（不包括資源型城市中的海西和阿壩），見圖1。

注：本圖基于自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)系統(tǒng)下載的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作（審圖號：GS(2019)1822號），底圖無修改，下同。

本文測算城市土地綠色利用效率的數(shù)據(jù)主要來源于2010—2019年《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》和《中國城市統(tǒng)計年鑒》，部分?jǐn)?shù)據(jù)以各省當(dāng)年度統(tǒng)計年鑒做補(bǔ)充。影響因素分析數(shù)據(jù)主要來源于2010—2019年《中國城市統(tǒng)計年鑒》《中國國土資源統(tǒng)計年鑒》以及各省統(tǒng)計年鑒。所有涉及價格的數(shù)據(jù)，均以2009年為基期的不變價。

1.2 研究方法

1.2.1 SSBM模型

DEA模型是1978年由Charnes和Cooper等學(xué)者首先提出的，主要用來評價在多投入多產(chǎn)出情況下，決策單元（Decision Making Unit，DMU）間的相對有效性[25-26]。但是傳統(tǒng)DEA模型無法實(shí)現(xiàn)對非期望產(chǎn)出的效率測度，2001年Tone提出基于非期望產(chǎn)出的SBM（Slack Based Measure，SBM）模型[27]，該模型考慮了期望產(chǎn)出不足或非期望產(chǎn)出冗余問題，它在解決傳統(tǒng)DEA模型的缺陷和反映效率評價的本質(zhì)方面優(yōu)于其他模型。該模型允許投入和產(chǎn)出變量以不同比例調(diào)整，并可以通過改進(jìn)的平均比例衡量效率。利用其能很好的體現(xiàn)土地利用在資源節(jié)約、污染減排和經(jīng)濟(jì)增長等多重目標(biāo)的綜合實(shí)現(xiàn)程度，更符合土地綠色生產(chǎn)的內(nèi)在要求。但在SBM模型的測度結(jié)果中，通常會出現(xiàn)多個DMU值等于1的情況，難以區(qū)分有效DMU間的差異。因此，K.Tone在SBM 模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了SSBM模型[28]，與SBM模型相比，SSBM模型能更好地解決效率評價中的松弛問題，可以準(zhǔn)確估計DMU的超效率值。基于此，本文利用SSBM模型測算土地綠色利用效率。具體模型如下：

1.2.2 空間自相關(guān)

空間自相關(guān)用來衡量同一空間屬性值間潛在的相互依賴性，包含全局空間自相關(guān)與局部空間自相關(guān)。全局空間自相關(guān)用于判斷屬性值在空間是否具有集聚性，但其不能準(zhǔn)確衡量具體集聚區(qū)域，因此需要利用局部空間自相關(guān)確定集聚地區(qū)。在本文中，采用Global Moran's I和Local Moran's I來衡量全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)。

全局空間自相關(guān)公式如下：

局部空間自相關(guān)公式如下：

1.2.3 GTWR模型

GTWR模型作為空間地理加權(quán)回歸模型（Geographically Weighted Regression，GWR）的擴(kuò)展，是時空非平穩(wěn)性回歸模型，核心是將空間異質(zhì)性和時間非平穩(wěn)性耦合納入到GWR模型中，能夠更加有效地估計因子參數(shù)。利用該模型可將土地綠色利用效率變化看作完整的時空演變過程，從而更加科學(xué)地探究黃河流域資源型城市土地綠色利用效率驅(qū)動機(jī)制[23]。本文利用GTWR 模型分析2009－2018年影響黃河流域資源型城市土地綠色利用效率時空演變因素。具體公式如下：

式中y為觀測值，即土地綠色利用效率值；(u,v,t)是第個樣本點(diǎn)的時空坐標(biāo)；0(u,v,t)為點(diǎn)的回歸常數(shù)，即常數(shù)項(xiàng)；β(u,v,t)為點(diǎn)的第個回歸參數(shù)，即在時空坐標(biāo)(u,v,t)處的權(quán)重；x為獨(dú)立變量x在點(diǎn)的值，即GTWR模型中各影響因子值；ε為獨(dú)立隨機(jī)誤差項(xiàng)。

1.3 指標(biāo)選取

1.3.1 土地綠色利用效率測算指標(biāo)選取

根據(jù)王德起等[5]學(xué)者提出的土地綠色利用內(nèi)涵，可知土地綠色利用就是在當(dāng)前的自然、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和社會條件下，在有限的土地上，以資源環(huán)境消耗最小化為原則，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境綜合效益最大化的、最優(yōu)的土地利用組合。依據(jù)該內(nèi)涵并結(jié)合柯布-道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)，遵循代表性和可獲取性等指標(biāo)選取原則，本文嘗試以資源環(huán)境消耗作為投入指標(biāo)，以經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益作為產(chǎn)出指標(biāo)，構(gòu)建土地綠色利用效率測算指標(biāo)體系（表1）。

表1 土地綠色利用效率評價指標(biāo)體系

投入指標(biāo)主要考慮土地、資本、勞動力和能源4要素的資源環(huán)境投入消耗情況。產(chǎn)出指標(biāo)包括期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出兩個方面。期望產(chǎn)出主要從經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境三個方面考慮，其中第二三產(chǎn)業(yè)作為城市的主要經(jīng)濟(jì)活動，城市二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值可以較好地反映出城市土地利用的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。市轄區(qū)人口是反映區(qū)域城市化率的重要指標(biāo)，對城市土地綠色利用效率有著顯著的影響。市轄區(qū)人口越大，通常意味著城市化水平越高，區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施相對完善，地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，居民自身素質(zhì)和環(huán)境保護(hù)意識較強(qiáng)。相應(yīng)地，土地利用程度可能相對較高。建成區(qū)綠化情況是反映城市生態(tài)環(huán)境狀況的一個重要指標(biāo)，綠化水平可以較好地體現(xiàn)城市土地綠色利用程度的環(huán)境產(chǎn)出。非期望產(chǎn)出主要是環(huán)境污染。由于資源型城市普遍存在工業(yè)占比高的特點(diǎn)，而在工業(yè)生產(chǎn)過程中極易產(chǎn)生環(huán)境污染，因此主要從工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生的廢氣廢物方面選取環(huán)境污染指標(biāo)。

這里需要注意的是，能源消耗和環(huán)境污染為復(fù)合指標(biāo)，均利用改進(jìn)的熵值法計算能源消耗指數(shù)值和環(huán)境污染指數(shù)值。

1.3.2 影響因素選取

城市土地利用效率受多種因素影響，根據(jù)現(xiàn)有研究文獻(xiàn)[16-17]，首先預(yù)判影響城市土地利用效率的因素，進(jìn)而選擇影響城市土地綠色利用效率的主要因素。政策機(jī)制可以有效地引導(dǎo)區(qū)域資源的合理配置和高效利用，對促進(jìn)城市土地綠色高效利用產(chǎn)生積極影響；城鎮(zhèn)化水平影響著城鎮(zhèn)空間擴(kuò)展速度和利用格局，從而改變城市土地利用結(jié)構(gòu)；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與轉(zhuǎn)型，直接影響著資源型城市土地利用方式的發(fā)展方向；城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度，決定著城市土地單位面積上的投入產(chǎn)出，進(jìn)而影響城市土地綠色利用效率水平；科學(xué)技術(shù)水平對城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與升級產(chǎn)生影響，城市產(chǎn)業(yè)升級則進(jìn)一步作用于城市土地綠色利用效率；環(huán)境效益作為土地綠色利用效率的重要組成部分，環(huán)境質(zhì)量的高低直接影響城市土地綠色利用程度?；谏鲜龇治觯_定影響黃河流域資源型城市土地綠色利用效率的主要因素（表2）。

表2 土地綠色利用效率影響因素

具體選取因素如下：1）政策因素：一般而言存量用地供應(yīng)量越高，越能促進(jìn)土地集約高效利用，有利于土地利用模式逐步轉(zhuǎn)型升級，從而提高土地綠色利用效率。2）城市化因素：人口向城市集中促進(jìn)城市土地的大規(guī)模開發(fā)利用，影響土地利用效率。3）產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素：第三產(chǎn)業(yè)土地產(chǎn)出高于第二產(chǎn)業(yè)，第三產(chǎn)業(yè)占比增大有助于提升土地綠色利用效率。4）經(jīng)濟(jì)因素：以人均GDP表示城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。5）科技因素：科學(xué)技術(shù)支出占比是體現(xiàn)科技投入水平的直接指標(biāo)。6）環(huán)境因素：工業(yè)固體廢物綜合利用是當(dāng)前減少土地占用、保護(hù)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)工業(yè)轉(zhuǎn)型升級和土地綠色利用效率提升的重要舉措。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地綠色利用效率時空演變特征分析

本文利用MAXdea7.0軟件中的SSBM 模型測算2009－2018年黃河流域資源型城市土地綠色利用效率，且根據(jù)10 年的城市土地綠色利用效率均值采用自然斷點(diǎn)法將其從高到低分為 4 類，并據(jù)此類推到各年份（圖2），進(jìn)而分析黃河流域資源型城市土地綠色利用效率的時空格局特征。

2.1.1 土地綠色利用效率時序變化特征分析

從圖2中可以看出，2009年土地綠色利用效率值超過1.06（一類）的市域共10個，空間上表現(xiàn)出零散分布特征；到2014年效率為一類的市域共9個，相對基期年小幅減少；2018年效率高值區(qū)共11個城市，相較基期年效率高值城市變化不顯著，表明10年間黃河流域資源型城市土地綠色利用效率增速緩慢，上升動力不足。

黃河流域資源型城市土地綠色利用效率10年間雖有起伏，但并沒有很大程度提升，整體均值也基本保持在同一水平線。究其原因主要有三方面：第一，土地綠色利用效率與土地資源的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出有較大關(guān)聯(lián)，而除河南和山東外，其余?。▍^(qū)）的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平均較低，各省（區(qū)）歷年經(jīng)濟(jì)發(fā)展波動幅度較小，直接影響土地綠色利用效率變化不大；第二，雖近些年環(huán)境保護(hù)得到重視，但各省仍存在較大差異，造成土地綠色利用效率地區(qū)差異明顯；第三，盡管受到國家節(jié)約集約利用、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型等相關(guān)政策的有效約束，但資源型城市依賴資源發(fā)展現(xiàn)狀并未徹底轉(zhuǎn)變，土地利用依然較為粗放，導(dǎo)致城市土地綠色利用效率未有明顯提升。

2.1.2 土地綠色利用效率空間關(guān)聯(lián)特征分析

為深入探究黃河流域資源型城市土地綠色利用效率空間分布特征，利用GeoDa軟件分析區(qū)域土地綠色利用效率的空間關(guān)聯(lián)特征，探索土地綠色利用效率的空間差異性。首先運(yùn)用全局自相關(guān)模型，測算2009－2018年黃河流域資源型城市土地綠色利用效率的Global Moran's I指數(shù)（圖3）。從圖3可以看出，2009－2018年黃河流域土地綠色利用效率Moran's I指數(shù)在–0.179～0.195間，Moran’s I 指數(shù)整體上呈現(xiàn)出下降趨勢，且2010和2015年Moran's I指數(shù)趨向于0，表明10年間黃河流域資源型城市土地綠色利用效率全局空間關(guān)聯(lián)性不穩(wěn)定，城市之間空間關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，黃河流域資源型城市集聚態(tài)勢未凸顯。根據(jù)Global Moran's I指數(shù)象限分布規(guī)則，4個象限按其性質(zhì)分為H-H集聚（第Ⅰ象限）、L-H異常（第Ⅱ象限）、L-L集聚（第Ⅲ象限）和H-L異常（第Ⅳ象限）。圖3中很多點(diǎn)落在Ⅲ、Ⅳ象限，表明城市土地綠色利用效率值呈現(xiàn)L-L（低-低）集聚和H-L（高-低）異常特征，即黃河流域土地綠色利用效率低值城市與周邊低值城市產(chǎn)生集聚效應(yīng)，且存在周邊城市土地綠色利用效率低，中心城市土地綠色利用效率高的情況。落入Ⅰ、Ⅱ象限的點(diǎn)數(shù)相對較少，說明土地綠色利用效率高值城市集聚效應(yīng)不顯著，且較少出現(xiàn)周邊城市效率值高于中心城市效率值的情況。

全局空間自相關(guān)作為整體度量指標(biāo)，僅能體現(xiàn)城市土地綠色利用效率與周邊城市關(guān)聯(lián)的平均程度。在城市土地綠色利用效率總體空間關(guān)聯(lián)特征分析基礎(chǔ)上，為探究土地綠色利用效率局部空間關(guān)聯(lián)特征變化情況，本文利用局部空間自相關(guān)方法，引入LISA指數(shù)繪制在0.05顯著性水平下局部空間自相關(guān)形態(tài)（圖4）。

從圖4中可以看出，10年間L-L集聚范圍縮小，2009年L-L集聚區(qū)主要集中在中游的山西和陜西二省，2018年則以山西為主，區(qū)位條件相對較差，經(jīng)濟(jì)發(fā)展過度依賴煤炭產(chǎn)業(yè)，缺少科技支撐和創(chuàng)新，導(dǎo)致山西近些年經(jīng)濟(jì)發(fā)展后勁不足，城市自身和周邊城市的土地綠色利用效率值均較低，呈現(xiàn)效率低值的空間正相關(guān)。10年間H-L集聚范圍由黃河流域上游的內(nèi)蒙古鄂爾多斯市向中游的陜西寶雞市和河南洛陽市轉(zhuǎn)移，寶雞市和洛陽市均具有較好的區(qū)位條件，也均是近些年二省重點(diǎn)發(fā)展城市，隨著陜西省和河南省經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，良好的資源和區(qū)位條件，較大的政策扶持力度，使二市土地綠色利用效率提升明顯，與周邊城市土地綠色利用效率差異度增大。需要重點(diǎn)指出的是，2009—2018年間，黃河流域資源型城市未出現(xiàn)H-H和L-H集聚區(qū)，表明黃河流域各資源型城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平普遍不高，單位建設(shè)用地經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出低，且土地生態(tài)效益一般，省際和省內(nèi)城市間土地綠色利用效率值較低，未形成大范圍的高值集聚態(tài)勢，高值城市對周圍城市的影響不顯著。綜合而言，黃河流域資源型城市土地綠色利用效率呈現(xiàn)“小集聚大分散”的空間分布特征。黃河流域資源型城市眾多，9省區(qū)內(nèi)及省際間的協(xié)調(diào)發(fā)展仍有待加強(qiáng)。因此未來應(yīng)積極創(chuàng)新黃河流域資源型城市建設(shè)用地利用模式，探索資源型城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型路徑，增強(qiáng)城市之間的協(xié)同帶動作用，促進(jìn)黃河流域資源型城市土地綠色利用效率提升及區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。

2.2 土地綠色利用效率影響因素變化分析

獲取資源型城市各影響因素屬性值，利用極差標(biāo)準(zhǔn)化法消除各屬性值量綱，基于ArcGIS10.0建立屬性字段將其賦值給對應(yīng)的時空對象點(diǎn)，完成數(shù)據(jù)預(yù)處理。經(jīng)上述方法處理數(shù)據(jù)后，以影響因素屬性值為自變量，以土地綠色利用效率為因變量，利用 Huang的時空地理加權(quán)回歸插件[23]，確定影響因素在模型中的影響系數(shù)（圖5），系數(shù)值越大代表對因變量的影響程度越大，反之越小。

2.2.1 影響因素系數(shù)時空分異格局分析

由圖5可知，10年間政策因素高值區(qū)由黃河流域西北向東部轉(zhuǎn)移，2009年高值區(qū)主要分布在上游的甘肅省、內(nèi)蒙古的烏海和鄂爾多斯市，2018年則向黃河下游的東部移動，形成以山東省為中心的高值區(qū)域，且呈現(xiàn)出收縮態(tài)勢。表明黃河流域資源型城市土地利用依然以外延擴(kuò)張為主，內(nèi)涵挖潛不足，存量土地利用程度較低，帶動城市土地利用效率作用有限。10年間城市化因素高值區(qū)由黃河流域南部向北部移動，呈現(xiàn)出先收縮后擴(kuò)散的趨勢，最后形成繞陜西省集聚分布的空間格局。2009年城市化因素高值區(qū)主要分布于陜西、山西和河南一帶，2014年則向山西南部和河南收縮集中，2018年向黃河流域北部轉(zhuǎn)移，形成以陜西為中心，內(nèi)蒙古鄂爾多斯、烏海和山西呂梁為外圍的高值地帶。目前陜西、內(nèi)蒙古等地區(qū)正處于城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)時期，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，區(qū)域國土空間開發(fā)和協(xié)調(diào)發(fā)展均受到影響。

10年間產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素空間格局無明顯變化，影響強(qiáng)度高值區(qū)域主要集中在甘肅省，由西向東影響強(qiáng)度呈現(xiàn)遞減趨勢。這主要是由于近些年甘肅省注重經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化，不斷加強(qiáng)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，從而促使土地利用方式轉(zhuǎn)變和效率提升。10年間經(jīng)濟(jì)因素高值區(qū)呈現(xiàn)出以甘肅省為核心，向外圍逐級遞減趨勢，2014年經(jīng)濟(jì)因素高值區(qū)表現(xiàn)出稍向黃河流域北部地區(qū)轉(zhuǎn)移趨勢。由于黃河流域資源型城市間關(guān)聯(lián)強(qiáng)度較弱，經(jīng)濟(jì)規(guī)模外溢效應(yīng)不足，經(jīng)濟(jì)對周邊城市帶動作用有限，且影響范圍主要集中于省內(nèi)城市，因此隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，高值區(qū)域未發(fā)生較大改變。但從整體看土地綠色利用效率受其影響程度依然較為明顯。科技因素從10年間整體看高值區(qū)無明顯變化，主要分布于黃河流域東部，但2014年高值區(qū)出現(xiàn)大幅度轉(zhuǎn)移，以甘肅一帶為主，2018年高值區(qū)重回山東省。近些年山東省經(jīng)濟(jì)保持著較為高速的發(fā)展，科技創(chuàng)新投入力度也不斷加大，從而對土地利用效率作用增強(qiáng)，使其成為小范圍高值區(qū)。10年間環(huán)境因素高值區(qū)空間分布變化較大，且呈現(xiàn)出收縮趨勢，但其對土地綠色利用影響程度普遍偏低。2009年高值區(qū)主要圍繞于黃河流域南部的陜西和河南，2018年高值區(qū)出現(xiàn)大范圍收縮，集中到甘肅的隴南一帶。表明黃河流域資源型城市環(huán)境質(zhì)量變化起伏較大，黃河沿岸資源型城市礦山開采導(dǎo)致環(huán)境破壞問題依然比較嚴(yán)重，致使土地資源環(huán)境承載能力偏低。

2.2.2 核心影響因素時序變化分析

1）全域核心影響因素及其時序變化

從全域水平，計算每階段各因素系數(shù)均值（表3），識別各階段核心影響因素。由表3可知，10年間影響黃河流域土地綠色利用效率的核心因素始終以經(jīng)濟(jì)因素為主，其影響強(qiáng)度在10 年間呈現(xiàn)波動上升的趨勢，2014年出現(xiàn)較大范圍下降，之后逐漸加強(qiáng)。其他因素雖均對土地綠色利用效率產(chǎn)生影響，但影響強(qiáng)度卻處于不斷變化中，其中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與土地綠色利用效率呈現(xiàn)正相關(guān)，其作用強(qiáng)度總體呈上升趨勢，且在2014年居于首位；10年間科技因素對土地綠色利用效率的作用強(qiáng)度均呈正相關(guān)，并表現(xiàn)出大幅度上升趨勢，并在2018年成為影響土地綠色利用效率的最強(qiáng)因素；政策因素對土地綠色利用效率的作用強(qiáng)度呈先增加后降低趨勢，其在2014年成為影響土地綠色效率的關(guān)鍵因素，但總體來看研究期間作用強(qiáng)度變化不大；城市化因素雖與土地綠色利用效率之間表現(xiàn)出較為復(fù)雜的關(guān)聯(lián)性，但其對土地綠色利用效率影響并不明顯，且總體呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系；環(huán)境因素對土地綠色利用效率產(chǎn)生負(fù)向影響，10年間影響強(qiáng)度差異變化不明顯。

表3 2009－2018年黃河流域資源型城市影響因素平均系數(shù)

黃河流域資源型城市土地綠色利用效率始終與區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有較大關(guān)系，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提升，城市土地從粗放利用向集約利用轉(zhuǎn)變，推動城市土地綠色利用效率提升。目前黃河流域大部分資源型城市均在通過產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型尋求新的發(fā)展機(jī)會，而伴隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，城市環(huán)境得到改善，土地節(jié)約集約利用程度不斷提升。2018年科技水平成為影響土地綠色利用效率的最關(guān)鍵因素，表明科技進(jìn)步對土地綠色利用效率的作用逐漸凸顯，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步不僅可有效推動區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時對促進(jìn)土地利用方式轉(zhuǎn)變，提升土地綠色利用效率具有積極作用。

2）分類型資源型城市核心影響因素識別

分類型識別影響土地綠色利用效率的主要因素是實(shí)現(xiàn)黃河流域土地資源差異化管理的基礎(chǔ)。結(jié)合資源保障和城市發(fā)展問題的積累程度，可將資源型城市分為成長型、成熟型、衰退型和再生型4類：資源保障程度高、發(fā)展問題少的城市可稱為成長型城市；資源保障程度略有下降，發(fā)展問題有一定積累的城市稱為成熟型城市；資源已接近枯竭，發(fā)展問題積累較多的城市為衰退型城市；資源開采幾近枯竭，城市資源保障程度很低，但城市轉(zhuǎn)型發(fā)展較好的是再生型城市[29]。為便于對比不同類型資源型城市影響因素差異，本文計算2018年分類型資源型城市影響因素系數(shù)均值（表4），識別核心影響因素。

表4 2018年各類型資源型城市核心影響因素識別

注：括號內(nèi)數(shù)字為因素影響系數(shù)。

Note: Number in brackets is the influencing coefficient of factors.

從表4中可以看出，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素是目前影響成長型城市土地綠色利用效率的核心因素，其中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素影響系數(shù)0.65，影響程度最大，表明隨著新型工業(yè)化和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的推進(jìn)，成長型城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也處于不斷升級改造中，并對該類型土地綠色利用產(chǎn)生了顯著的正向影響；經(jīng)濟(jì)因素影響系數(shù)0.62，成長型資源型城市資源開發(fā)正處于穩(wěn)定上升階段，資源保障潛力較大，伴隨著資源的開發(fā)利用，資源性經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為迅速，從而帶動城市經(jīng)濟(jì)規(guī)?？焖僭鲩L，這對土地綠色利用效率提升產(chǎn)生重要影響；環(huán)境因素影響系數(shù)為0.30，表明環(huán)境質(zhì)量對促進(jìn)土地綠色利用起到良好的推動作用。因此，成長型資源型城市土地利用要處理好與產(chǎn)業(yè)、資源、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境之間的關(guān)系，積極通過產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)均衡發(fā)展和環(huán)境質(zhì)量改善，提升成長型資源型城市的土地綠色利用效率。

成熟型城市的核心影響因素是科技、城市化和經(jīng)濟(jì)。其中科技因素影響系數(shù)最高為1.30，目前成熟型城市資源開發(fā)處于穩(wěn)定階段，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平較高，隨著成熟型城市資源的不斷開發(fā)利用，需要依靠科技創(chuàng)新和技術(shù)支持，保證成熟型城市的快速健康運(yùn)行，這對區(qū)域土地綠色利用起到了推動作用；經(jīng)濟(jì)因素也對成熟型城市土地綠色利用產(chǎn)生一定正向影響，影響系數(shù)為0.20，表明快速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對促進(jìn)區(qū)域土地綠色利用效率具有一定的推動作用；而城市化因素則對土地綠色利用起到了較為明顯的負(fù)向影響，這可能是由于成熟型城市發(fā)展相對較為成熟，城市建設(shè)水平相對較高，吸引了大量外來人口，導(dǎo)致城市土地快速擴(kuò)展，土地負(fù)擔(dān)加劇，從而影響土地綠色高效利用良性發(fā)展?？梢钥闯?，一方面成熟型城市應(yīng)通過科技投入，提高城市資源利用效率，從而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)良性發(fā)展和土地綠色利用效率提升，另一方面也應(yīng)處理好快速城鎮(zhèn)化與土地利用間的矛盾，實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展。

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、政策和經(jīng)濟(jì)是影響衰退型城市土地綠色利用效率的核心因素。其中產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和政策均對土地綠色利用效率產(chǎn)生負(fù)向影響，影響系數(shù)分別為?1.50和?1.20，由于該類型城市資源已趨枯竭，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對滯后，替代產(chǎn)業(yè)發(fā)展不完善，單一化的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致土地綠色利用效率提升動力不足，同時相對滯后的經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀，也制約了城市內(nèi)部存量土地的再開發(fā)，從而影響土地綠色利用效率提升；經(jīng)濟(jì)因素則正面影響衰退型城市土地綠色利用效率。因此，如何通過經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型扭轉(zhuǎn)資源枯竭對衰退型城市社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)發(fā)展的消極影響，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，并進(jìn)一步帶動城市土地綠色利用效率提升，是衰退型城市亟待解決的關(guān)鍵問題。

再生型城市主要受科技、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和政策的影響?？萍家蛩赜绊懽顬轱@著，影響系數(shù)為0.66，目前再生型城市基本擺脫了資源依賴，是資源型城市轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的先行區(qū)，該類型城市通過科技創(chuàng)新提高區(qū)域土地綠色利用效率效果較為明顯；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)影響系數(shù)為0.51，經(jīng)過城市轉(zhuǎn)型后，再生型城市由單一產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)向多元產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，形成一系列新的產(chǎn)業(yè)和行業(yè)，從而促進(jìn)區(qū)域土地綠色利用效率的提升；再生型城市通過政策引導(dǎo)，有效改造區(qū)域老舊城區(qū)，打造富有特色的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，這也對區(qū)域土地綠色利用起到一定正向作用。再生型城市基本已完成產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，未來需要進(jìn)一步加大科技創(chuàng)新水平和政策支持力度，在實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的基礎(chǔ)上，提升區(qū)域土地綠色利用效率。

3 結(jié)論與討論

本文利用SSBM模型測算黃河流域資源型城市2009－2018年土地綠色利用效率，并基于空間自相關(guān)模型分析土地綠色利用效率時空演變格局，進(jìn)一步采用GTWR模型揭示土地綠色利用效率變化影響因素，得出以下結(jié)論：

1）從時間變化看，2009－2018年黃河流域資源型城市土地綠色利用效率提升幅度較小，土地綠色利用效率高值城市占比較低，且10年間變化不大。從空間尺度看，黃河流域資源型城市土地綠色利用效率Moran's I指數(shù)在?0.179～0.195間，全局空間相關(guān)性顯現(xiàn)出弱相關(guān)特征，表明城市之間空間關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，集聚態(tài)勢不明顯。而從LISA指數(shù)可以看出，10年間，黃河流域資源型城市土地綠色利用效率空間分布呈現(xiàn)“小集聚大分散”的特征，黃河流域9省區(qū)內(nèi)和省際間的協(xié)調(diào)發(fā)展仍有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

2）2009－2018年影響土地綠色利用效率的因素表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性，其中政策因素高值區(qū)由西北向東部轉(zhuǎn)移；城市化因素高值區(qū)由黃河流域南部向北部移動，呈現(xiàn)出先收縮后擴(kuò)散的趨勢；經(jīng)濟(jì)因素高值區(qū)始終集中于以甘肅省為核心的區(qū)域；環(huán)境因素高值區(qū)空間分布變化較大，且呈現(xiàn)出收縮態(tài)勢；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)因素和科技因素空間格局則無明顯變化。雖各因素影響區(qū)域存在明顯的空間異質(zhì)性，但2009－2018年影響黃河流域土地綠色利用效率的核心因素始終以經(jīng)濟(jì)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為主，2018年科技水平更成為影響土地綠色利用效率的關(guān)鍵因素，科技進(jìn)步對土地綠色利用效率的作用逐漸凸顯。不同類型資源型城市主要影響因素存在明顯差異，其中成長型城市受產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)作用最強(qiáng)烈；成熟型城市以科學(xué)技術(shù)影響為主；產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和政策對衰退型城市負(fù)面影響較為顯著；科技和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)則成為影響再生型城市的主要因素。

以黃河流域資源型城市為研究區(qū)，在土地綠色利用效率影響因素研究中引入GTWR模型，將土地綠色利用效率作為一個時空變化系統(tǒng)進(jìn)行分析，有助于從時間、空間和城市空間相互作用方面分析影響土地綠色利用效率時空演變的主導(dǎo)因素，彌補(bǔ)了現(xiàn)有研究多從時間角度揭示影響因素的不足。本文有利于促進(jìn)土地綠色利用效率驅(qū)動機(jī)制的深入研究，也可為黃河流域資源型城市土地高效可持續(xù)利用提供參考。但研究仍具有進(jìn)一步延伸的可能性：1）土地綠色利用是一個涉及自然、經(jīng)濟(jì)、社會、文化和生態(tài)的復(fù)雜系統(tǒng)，如何針對資源型城市土地利用現(xiàn)狀，構(gòu)建更符合其自身特點(diǎn)的土地綠色利用效率評價指標(biāo)體系，對更加準(zhǔn)確把握資源型城市發(fā)展脈絡(luò)具有重要作用，需在后續(xù)研究中深化。2）土地利用效率變化是一個長期的過程，如何獲取更豐富、更長時間尺度的數(shù)據(jù)，長期觀測土地綠色利用效率變化特征，把握土地綠色利用效率質(zhì)變的關(guān)鍵點(diǎn)和演替周期，以期實(shí)現(xiàn)對土地綠色利用效率驅(qū)動機(jī)制的深入分析，是實(shí)現(xiàn)黃河流域資源型城市土地綠色利用效率提升的關(guān)鍵內(nèi)容。

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Temporal-spatial evolution and influencing factors of land green use efficiency of resource-based cities in the Yellow River Basin, China

Ding Yi, Guo Qingxia※, Qin Mingxing

(030801,)

The Yellow River Basin has been one of the most important energy bases in China. The land green use efficiency of resource-based cities directly dominates the sustainable and high-quality development in this region. In this study, taking the resource-based cities in the Yellow River Basin as the case study area, a novel index system of land green use efficiency was developed, where the resource and environmental consumption were as input indicators, while the economic, social, and environmental benefits as output indicators. SSBM (Super Slack Based Measure) model was also used to measure the land green use efficiency of resource-based cities in the study area from 2009 to 2018. A spatial autocorrelation and GTWR (Geographically and Temporally Weighted Regression) model were selected to analyze the spatial evolution characteristics and driving factors of land green use efficiency, respectively. The results showed that: 1) There was a trend of fluctuation on the land green use efficiency of resource-based cities in the study areas from 2009 to 2018. There was also a relatively low proportion of high-value cities in the land green use efficiency, where there was not a significant change over the past 10 years. Furthermore, there was a low growth rate of land green use efficiency with the insufficient rising power in the cities, due mainly to the regional restrictions and economic development. Specifically, the land green use efficiency increased the fastest in Henan and Shaanxi Provinces from 2009 to 2018. Ningxia, Shandong, and Inner Mongolia were in the slow growth stage, while Shanxi and Gansu showed a downward trend. 2) The Global Moran's I index of land green use efficiency was between -0.179 and 0.192 for the resource-based cities in the study area, indicating that the global spatial evolution was ranging from the relatively strong to weak correlation from 2009 to 2018. There were also the small-scale agglomeration and large-scale dispersion in the spatial distributions of land green use efficiency for the resource-based cities in the study area, according to the LISA index. As such, it is necessary to further strengthen the coordinated development among upper, middle, and lower reaches in the study areas. 3) There was spatial heterogeneity in the driving factors of land green use efficiency. The economic and industrial structure factors were consistently dominated the land green use efficiency in the study area. The most critical factor in the main driving factors was gradually shifted to the level of science and technology for different types of resource-based cities in 2018. Furthermore, the growing or declining resource-based cities depended strongly on the economy, industrial structure, and policy. The mature resource-based cities were mainly influenced by technology and urbanization. More importantly, technology and industrial structure posed a strong impact on renewable resource-based cities. Consequently, the finding can widely be used to guide the decision-making for better efficiency of land green use in various resource-based cities.

land use; efficiency; spatial-temporal differentiation; influencing factors; SSBM model; GTWR model; Yellow River Basin; resource-based cities

丁一，郭青霞，秦明星. 黃河流域資源型城市土地綠色利用效率時空演變及影響因素[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2021，37(19)：250-259.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.19.029 http://www.tcsae.org

Ding Yi, Guo Qingxia, Qin Mingxing. Temporal-spatial evolution and influencing factors of land green use efficiency of resource-based cities in the Yellow River Basin, China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(19): 250-259. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.19.029 http://www.tcsae.org

2021-06-14

2021-08-04

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41071345）和山西省哲學(xué)社會科學(xué)規(guī)劃課題（2020YJ049）聯(lián)合資助

丁一，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橥恋乜沙掷m(xù)利用與國土空間規(guī)劃。Email：dingyi_amy@163.com

郭青霞，博士，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橥恋乩煤鸵?guī)劃與土地信息技術(shù)。Email：gqx696@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.19.029

F301.24

A

1002-6819(2021)-19-0250-10