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，為提升新型城鎮化發展質量和促進經濟增長提供理論依據和參考。 [方法] 選取新型城鎮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。 [結果] 我國城市土地利用存在空間分異性，土地的空間關聯性對其影響顯著，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。 [結論] 我國土地利用效率較低的原因主要包括： (1) 經濟發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境的保護； (3) 現階段人力資本因素對提升土地利用效率的程度大于技術因素。

土地利用; 效率分析; 改進的兩階段DEA; 新型城鎮化

2013年召開的中國中央城鎮化會議從4個視角(人口、經濟、空間和社會)提出了未來新型城鎮化的5大任務。其中關于新型城鎮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。隨著城鎮化和工業化進程的加快，城市經濟已經成為國民經濟的重要載體。而城市土地又是城市經濟活動的物質載體[1]，城市土地的快速擴張成為現階段中國土地變化的重要特征[2]。因此，本研究對新型城鎮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，為提升新型城鎮化發展質量，促進經濟增長，以及解決農村耕地的“拋荒”問題提供理論依據。

目前，國內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。方創琳等[3]通過投入產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濟發展水平不平衡；李永樂等[5]利用GIS空間分析、泰爾指數分解和面板數據模型方法系統研究了1999—2011年中國31個省份城市土地利用效率的時空特征、地區差距及其影響因素。結果表明，中國3大區域城市土地利用效率的差距逐漸減小，呈現出持續收斂的態勢。組內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個城市群農地城市流轉效率指出中國城市群農地城市流轉綜合效率平均水平較高，但城市群間差異較大，環境因素對效率影響顯著。 (2) 有關土地利用效率研究方法。現有文獻中關于土地利用效率的研究方法主要有以下5種方法：面板數據模型、生命周期評價、灰色預測模型、成本收益分析和數據包絡分析。面板數據模型主要是針對三維數據的實證研究，而本研究只是涉及二維(時間，變量)的數據，因此，此方法不適合本研究。生命周期評價對數據的連續性和數據量的多少要有一定的限制，一般的為40個截面數據，而本研究的主體僅有15 a的數據，難以滿足其需求。灰色預測模型是揭示其數據內在的運行規律，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學者采用成本收益方法，然而成本收益方法僅僅關注了其對經濟方面的效應，沒有對其社會方面和生態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，而且其數據為15 a的二維數據，本文選取數據包絡分析進行效率分析。

在既有研究基礎之上，結合新型城鎮化過程中城市土地利用現狀，本文從土地利用效率視角出發，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具有以下優勢： (1) 改進的兩階段DEA方法比傳統的黑盒子的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化過程中城市土地的利用效率較低的過程中，放棄常規的因素分析方法，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

數據包絡分析方法(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出分析法。DEA具有非參數估計、可計算出投入產出的權重、剔除主觀因素影響、數據不需要統一的無量綱化處理等優勢，被應用到很多領域，例如：金融機構效率[7]，企業經營發展效率分析[8]，公共政策、事業管理[9]等。傳統DEA模型將內部過程看作“黑箱”，對其內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提出了網絡DEA的概念，將復雜的業務流程進行分解，考察每一階段對生產系統整體效率的影響，并在隨后提出了基于網絡生產系統的DEA模型的基本架構，兩階段生產系統的DEA模型是網絡DEA的特例。兩階段的DEA模型的第一階段產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，而這個產出和投入都是指中間要素。因此第一階段產出最大化的DMU為最優的DMU，但是在第二階段的評價時，第一階段的最優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，傳統的兩階段DEA無法調整投入要素和產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，依據一定的權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絡分類法對其進行擴展；Chen等[12]在兩階段DEA的基礎上設計采用乘法設定，但是還無法調整投入產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出要素的中間要素要以不變的權重全部作為第二階段投入要素的限定，允許在可變權重下將中間要素進行第二次賦權以作為第二階段的投入要素。為了實現“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的邏輯結構。

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系，另一方面是這種關系的假設檢驗問題。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 變量選取與數據來源

2.1.1 變量選取 (1) 輸入變量。本研究體為新型

城鎮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，將中國新型城鎮化過程中的城市土地利用分成2個階段，第一個階段為規劃階段，第二個階段為生產階段。第一階段的產出即為土地的空間關聯程度。根據柯布道格拉斯生產函數可知，生產過程中除了基本的土地之外還需要技術、人力和資本3方面的投入。因此，選取人力、技術和資本3方面作為除了空間關聯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測度及影響因素時選取區域綠化覆蓋率和城鎮恩格爾系數作為輸出變量。本文在上述研究的基礎上，選取社會經濟、社會生活和自然環境3個方面的變量，輸出變量結果詳見表2。

表1 模型中間變量

表2 模型輸出變量

2.1.2 數據來源 本研究數據來源于兩方面：統計年鑒的數據和作者計算數據。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《中國城市統計年鑒》。中間變量M2和輸出變量O1來自于2001—2015年的《中國統計年鑒》。中間變量M1，M3和輸出變量O2，O4，O7來自于作者根據相關統計年鑒的數據計算而得。

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。傳統的將中國分成東、中、西3個經濟區域，只是考慮到了區域經濟因素的影響，而沒有考慮到不同區域的各省市自治區相似的內部經濟結構因素的影響。因此，運用聚類分析將全國31個省市自治區進行分類。其聚類分析的結果詳見表3。

表3 全國省份聚類分析

注：將重慶市并歸到四川省內計算，西藏自治區在此不做研究。

2.3 實證估計及結果分析

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，其分析結果詳見表4，并結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。

根據表4可以得出以下結論： (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。總體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“U”形曲線狀態。造成上述現象的原因主要有2個：自然環境的惡化、區域經濟發展的影響。 (1) 由于本文選取的輸出變量為經濟、社會和環境3個方面，在后期由于對環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系、經濟發展結構的相似性，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聯和經濟發展程度造成的誤差。

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

根據圖1分析結果可知，同一組內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。可以說明中國新興城鎮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濟危機的影響，中國土地的總體經濟產量不高所導致，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濟發展程度相關。

3 新型城鎮化過程中城市土地利用效率的空間分異原因分析

根據additive two stage DEA的實證結果可知，中國新型城鎮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。本研究的數據來源于2個部分，解釋變量和控制變量的數據來源于第4部分的數據，I為第4部分的實證結果。實證結果詳見表5。通過上述的Tobit分析可得： (1) 經濟方面。從全國數據來看，經濟方面的經濟生產總量(7.68)和經濟結構(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濟總量和經濟結構對其影響的程度各不相同，經濟總量(Cluster1為7.67；Cluster2為2.36； Cluster3為9.65； Cluster4為8.87)，經濟結構(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，其經濟發展相對發達，經濟結構相對合理，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生負面影響。城市的生活和文化環境對人才的引進有重要的影響，這也可以間接的影響經濟發展，從而對土地利用產生影響。 (3) 自然環境方面。自然環境因素在土地利用的重要程度相對較低。通過Cluster2可以看出，當經濟的發達程度相對較高時，人們才會越來越多的關注環境因素。新型城鎮化規劃指出在新型城鎮化建設過程中，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，人們要轉變發展觀念才能更好的提升土地的利用效率。 (4) 控制變量方面。控制變量對土地的利用效率的影響較大，影響的大小程度為土地空間關聯程度、人力、技術和資本存量(10.21，8.85，8.03，6.33)。可見中國對土地的利用總體上還是粗放的增長方式(人力資本的作用程度大于技術的作用程度)。各個組之間還有差別，Cluster2的技術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為調整后的模型擬合度。

4 討論與結論

首先，中國城市土地利用存在空間分異，土地的空間關聯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) 由于經濟的發展本身為城市土地利用的重要一方面，并且城市經濟程度也會影響到人們的社會生活水平。因此，經濟發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境的保護，通過Cluster 2和其他Cluster的比較可以看到，在經濟不發達的地區提升土地利用的主要手段是促進經濟的發展，而在經濟發展程度較高的地區，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境的保護和利用。 (3) 現階段人力資本因素對提升土地利用效率的程度大于技術因素。由于現階段影響土地利用的主要因素為經濟發展，而現階段中國還處于粗放的經濟發展方式，因此從整體來看，人力因素比技術因素更重要。因此，轉變經濟增長方式也是提升土地利用效率的方法之一。

根據以上研究結果，可得出我國提高土地利用效率的一些政策建議：

(1) 實現土地利用效率優化在對策選擇上主要是投入要素的控制和合理配置，促進產業結構優化升級，提高固定資產使用效率，適當控制城市用地規模，優化勞動力配置。同時還需要根據不同區域城市、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，在市場經濟發展和深化的過程中，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，區域的文化價值因素能夠促進土地利用效率的提升。分析結果顯示，在新型城鎮化建設過程中，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，人們要轉變發展觀念才能更好的提升土地的利用效率。

(3) 區位條件對城市土地利用效率的影響系數很小。經濟發達的東部地區并沒有實現土地利用的高效率。根據實證結果可知，各個地區研究結果表明都要根據自己的實際情況提升土地的利用效率。例如，Cluster 2組的省份要發展技術因素；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經濟與資源管理研究。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： 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.