安徽省各地級市土地利用生態效率分析

姚　成

(安徽財經大學統計與應用數學學院，安徽 蚌埠 233030)

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安徽省各地級市土地利用生態效率分析

姚成

(安徽財經大學統計與應用數學學院，安徽 蚌埠 233030)

摘要：各地區土地利用狀況的差異會對其各自的生態和環境產生不同的影響。根據安徽省各地級市土地利用現狀，通過構建土地利用生態效率投入產出指標，選用數據包絡分析(DEA)CCR-I模型，測算了安徽省16個地級市2010—2012年的土地利用生態效率值。結果顯示，從2010年到2012年，各地級市的土地利用生態效率值基本呈下降的趨勢；土地利用生態效率DEA有效的地級市只有黃山市，其他各地級市都是DEA非有效的。基于此，在土地面積和GDP固定不變條件下，優化各地級市土地利用生態效率的投入和產出，以使各地級市達到DEA有效狀態顯得尤為重要。

關鍵詞：土地利用；生態效率； CCR-I模型

生態效率是經濟社會發展的價值量和資源環境消耗的實物量比值，即生態效率=經濟社會發展(價值量)/資源環境消耗(實物量)，表示經濟增長與環境壓力的分離關系[1]。土地利用是全球變化的重要組成部分，土地利用活動所帶來的生態和環境效應，不僅影響著當地，更進一步地影響全球，成為地理及相鄰學科關注的熱點[2]。近百年來，人口快速增長使得應用于非住宅的土地資源不斷減少，土地資源利用問題已經引起世界范圍內的注意。隨著人類科學技術進步和改造自然的能力不斷增強，如若處理不慎，環境污染和生態平衡破壞的問題就會接踵而至，而這所有的一切都往往首先表現在土地利用上。因此，土地利用生態效率具有重要的研究價值。本研究運用數據包絡分析(DEA)的CCR-I模型分析得到安徽省16個地級市的土地利用生態效率的變化趨勢，然后優化了各個DEA非有效城市的土地利用生態效率，使其達到DEA有效狀態。

一研究方法、指標的確定和數據來源

(一)研究方法

數據包絡分析簡稱DEA,是使用數學規劃模型評價決策單元間的相對有效性, 由Charnes等人(1978)[3]首次提出，并構建了首個DEA模型，即CCR-I模型。本研究選用此模型，分析安徽省16個地級市土地利用生態效率。

設有n個決策單元,每個DMUq的第i項投入為Xiq，第j項產出為Yjq，因此，每個DMUq土地利用生態效率值計算如下：

Uj≥0?j,j=1,2,...,s

Vi≥0?i,i=1,2,...,m

其中，Xik、Yjk則分別為DMUk第i項投入和第j項產出；Vi為第i項投入權重；Uj第j項產出權重； hq即為DMUq的土地利用生態效率。

引入阿基米德無窮小量ε，根據線性規劃對偶理論，將上式轉化成線性方程，得到如下對偶式方程[4]：

λk≥0,k=1,2,...,n

(二)指標確定

本研究選擇的投入指標為具體投入與土地面積的比值，并根據游和遠等人(2011)[5]的研究將GDP與非期望產出的比值作為CCR-I模型的產出指標。且投入個數和產出個數之和小于安徽省16個地級市的一半，符合CCR-I模型的要求。投入產出指標及說明如下：

1.投入指標

(1)地均勞動人口(人/公頃)，即勞動人口/土地面積，以15—59歲人口數估計勞動人口；

(2)地均一次能源(噸標準煤/公頃)，即一次能源消費總量/土地面積；

(3)地均用水量(噸/公頃)，即用水消費總量/土地面積；

(4)地均固定資本(萬元/公頃)，即固定資本/土地面積。

2.產出指標

(1)工業廢水-GDP負荷(萬元/噸)，即GDP/工業廢水排放量；

(2)工業二氧化硫-GDP負荷(萬元/噸)，即GDP/工業二氧化硫排放量；

(3)工業煙(粉)塵-GDP負荷(萬元/噸)，即GDP/工業煙(粉)塵排放量。

(三)數據來源

由于2011年8月22日撤地級巢湖市，設立縣級巢湖市，因此，本文并未對巢湖市進行分析。而安徽省16個地級市的指標數據，均來源于2011—2013年《中國城市統計年鑒》及《安徽省統計年鑒》。

二安徽省各地級市土地利用生態效率結果分析

(一)安徽省各地級市土地利用生態效率計算

表1　2010—2012年安徽省各地級市土地利用生態效率

本研究采用DEA SOLVER PRO軟件，運用CCR-I模型計算得2010、2011、2012年安徽省16個地級市的土地利用生態效率值，并求出生態效率均值(見表1)。

以各地級市為研究對象發現，從2010年至2011年及2011至2012年，各地級市的土地利用生態效率值基本呈遞減的趨勢。僅2010年至2011年，滁州市土地利用生態效率值從0.63增加到0.80，2011年至2012年，亳州市土地利用生態效率從0.56增加到0.60；黃山市土地利用生態效率一直都為1。而2010至2012年間，安徽省各地級市GDP在不斷地增長。因此，2010年至2012年間安徽省各地級市在發展經濟的同時，對資源和環境缺乏重視。

根據計算結果，2010—2012年安徽省16個地級市的土地利用生態效率均值排序如圖1。

圖1　安徽省16個地級市土地利用生態效率均值

(二)安徽省各地級市土地利用生態效率優化

由于篇幅有限，本文僅給出了2012年安徽省各地級市土地利用生態效率優化方案(表2)。下面通過調整土地利用投入和產出，使得各地級市達到DEA有效狀態。其中，投入過剩量和產出不足量計算公式如下：

投入過剩量：

產出不足量：

表2　2012年安徽省各地級市土地利用生態效率優化

由表2獲得了安徽省各市投入產出指標的調整量。考慮到各地級市土地利用生態效率的投入產出指標均為兩個變量相除而得到，并不有利于我們對各個投入、產出變量的直接調控。由于16個地級市土地面積固定，為實現DEA有效，計算得到土地面積固定不變條件下的勞動人口、一次能源、用水量和固定資本投入過剩量。而工業廢水-GDP負荷、工業二氧化硫-GDP負荷、工業煙(粉)塵-GDP負荷的增加，可以通過增加GDP產出實現，也可以通過減少非期望產出來實現。在當前的社會經濟背景下，在GDP一定的情況下，實現污染物的排放量的減少顯得尤為重要。在實現DEA有效的條件下，計算得到固定GDP下的工業廢水、工業二氧化硫和工業煙(粉)塵的減少量。計算公式如下，計算結果如表3。

土地面積固定不變條件下投入減少量：

ΔIPik=Mk·Eiki=1,...,4;k=1,...16

其中，ΔIPik為固定土地面積下DMUk第i個投入減少量；Mk為DMUk的土地面積。

GDP固定不變的條件下非期望產出減少量：

其中，ΔOPjk為固定GDP下DMUk第j個非期望產出減少量；OPjk為DMUk第j個非期望產出指標值；GDPk為DMUk的GDP，Yjk為DMUk第j個產出指標值。

表3　土地面積和GDP固定條件下2012年各市土地利用生態效率優化情況

三結論

第一，基于DEA的CCR-I模型，測算安徽省的16個地級市土地利用生態效率值。結果表明，從2010到2012年，各地級市的土地利用生態效率基本呈現遞減的趨勢，而 GDP呈遞增趨勢。由此可見，安徽省各地級市在發展經濟的同時，忽略了資源的節約和環境的保護。在安徽省16個地級市中，只有黃山市的土地利用生態效率為DEA有效的，其他各地級市的土地利用生態效率都為DEA非有效。可見，合理安排土地利用投入，優化土地利用產出，對于使土地利用生態效率達到DEA有效顯得尤為重要。

第二，根據土地利用投入和產出的改變量，優化了2012年安徽省各地級市的土地利用生態效率，給出了土地面積和GDP固定條件下可調控變量的優化方案，最終獲得了勞動人口、一次能源、用水量、固定資本和工業廢水、工業二氧化硫、工業煙(粉)塵的減少量，為各地級市土地利用生態效率的改善及在經濟發展、資源節約、環境保護中的權衡決策提供了可靠依據。

第三，在指標選擇方面，以地均勞動人口、地均一次能源、地均用水量、地均固定資本為土地利用生態效率投入指標，以工業廢水-GDP負荷、工業二氧化硫-GDP負荷、工業煙(粉)塵-GDP負荷為產出指標。而事實上，土地利用生態效率是多方面因素共同作用的結果，進一步對其影響因素進行分析，將有助于提出更加完備的土地利用生態效率改善政策建議。

參考文獻：

[1]田炯，王翠然，陸根法.層次分析法在生態效率評價中的應用研究[J].環境保護科學， 2009，(1).

[2]吳文斌，楊鵬，柴崎亮介，等.基于Agent的土地利用/覆蓋變化模型的研究進展[J].地理科學，2007，(4).

[3]Charnes A，Cooper W W，Rhodes E.Measuring the efficiency of decision making units[J].European journal of operational research，1978,(6).

[4]魏權齡.數據包絡分析[M].北京：科學出版社，2004.

[5]游和遠，吳次芳，林寧，等.基于數據包絡分析的土地利用生態效率評價[J].農業工程學報，2011，(3).

(責任編校：陳婷)

Analysis of Eco-efficiency of Land Use of

Each Prefecture-level City in Anhui Province

YAO Cheng

(School of Statistics and Applied Mathematics,

Anhui University of Finance and Economics, Bengbu Anhui 233030, China)

Abstract：The differences of land use situation in various regions have different influence on their ecology and environment. According to the present situation of each prefecture-level city’s land utilization in Anhui province, this paper constructs the input and output indexes of eco-efficiency of land utilization, and selects CCR-I model based on data envelopment analysis (DEA) to calculate the ecological efficiency value of land use of 16 prefecture-level cities in Anhui province from 2010 to 2012.The results show that ecological efficiency values of land use of each prefecture-level city basically present a decreasing trend from 2010 to 2012 and only Huangshan city is DEA-efficient. Based on these, this artical optimizes the input and output of eco-efficiency of land use in each prefecture-level city under the condition of fixed land area and GDP, in order to make each prefecture-level city achieve DEA-efficiency.

Key Words：land use; eco-efficiency; CCR-I model

作者簡介：姚成(1990— )，男，安徽亳州人，安徽財經大學統計與應用數學學院碩士生。研究方向：數據包絡分析。

收稿日期：2015-05-19

中圖分類號:F301.12

文獻標識碼：A

文章編號：1008-4681(2015)04-0014-04