武漢城市圈土地利用效率評價及時空差異分析

張俊峰，張安錄，董 捷

（華中農業大學 公共管理學院，湖北 武漢 430070）

武漢城市圈土地利用效率評價及時空差異分析

張俊峰，張安錄，董 捷

（華中農業大學 公共管理學院，湖北 武漢 430070）

文章以“兩型社會”建設為目標，構建武漢城市圈土地利用效率評價體系，運用DEA法評價城市圈2002-2012年土地利用效率，并對其土地利用效率時空差異和影響因素進行分析。結果表明：2002-2012年武漢城市圈土地利用效率總體呈上升趨勢；城市圈及其內部各城市土地利用效率變化趨勢、周期、幅度及同期土地利用水平等都呈現出不同特征，但總體有一個先下降后上升的特點；城市圈土地利用效率影響因素是動態變化的：投入方面，能源投入一直是主要因素，勞動投入過多限制了城市圈早期土地利用效率，而土地投入冗余已經成為重要影響因素；產出方面，經濟因素作用依然重要，但生態因素對土地利用效率的影響開始凸顯；城市圈土地利用過程中應降低能源消耗，減少土地供應面積，著重提高土地利用的經濟效益和生態效益。

土地利用；效率評價；數據包絡分析；時空差異；武漢城市圈

一、引 言

我國正面臨著資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態系統退化的嚴峻形勢［1］，堅持節約資源和保護環境成為我國新的基本國策。土地作為基礎資源，土地利用與社會建設、經濟發展、環境保護等人類活動密切相關，提高土地利用效率是土地資源可持續利用、社會經濟快速健康發展的有效途徑。武漢城市圈作為全國資源節約型和環境友好型社會（簡稱“兩型社會”）建設綜合配套改革試驗區，研究其土地利用效率時空差異和影響因素變化特征，對武漢城市圈建設全國資源節約型和環境保護型社會具有重要意義。

近年來，對土地利用效率的研究多集中在效率測度方法、評價體系、研究尺度（時間和空間）以及影響因素等內容的研究。如吳得文等（2011）基于數據包絡法對全國655個城市2008年土地投入產出效率和規模效率進行了分析［2］。邵挺等（2011）運用邊際生產率測算了1998-2008年全國211個地級市的土地利用效率，并分析了效率差異［3］。張俊峰和董捷（2012）基于“兩型社會”目標構建了武漢城市圈土地集約評價體系，評價了城市圈土地集約利用水平［4］。李國平等（2009）基于“壓力—狀態—響應（PSR） ”框架構建了陜西省城市土地集約利用評價體系，較好地揭示了陜西省土地利用中人地相互作用的鏈式關系［5］。張兵和金鳳君（2007）利用DEA方法和城市土地結構指數對20世紀90年代以來的長江三角洲城市土地利用進行效率評價［6］。楊勇（2011）在對國內外關于城鎮化與土地利用關系相關文獻述評的基礎上，分析了重慶40個區縣在開放條件下城鎮化對土地利用效率的影響及機制［7］。夏慶利和羅芳（2012）以湖北省農村的隨機抽樣數據為基礎測度了土地利用效率的指標，分析了土地細碎化和農戶兼業等因素的影響［8］。現有研究文獻為研究土地利用效率相關問題提供了良好的基礎，但是多數研究更側重土地利用經濟效率而輕視了生態效率，同時對土地利用效率影響因素變化特征還較少關注。本文在“兩型社會”建設背景下，將低碳經濟和土地集約利用融入到“資源節約和環境保護”目標中，進而建立城市圈土地利用效率評價指標體系，對武漢城市圈2002-2012年土地利用效率進行評價，并分析城市圈土地利用效率影響因素變化特征，力求為武漢城市圈和其他城市群土地合理利用及“兩型社會”建設提供參考和建議。

二、研究方法

（一）數據包絡分析法（DEA）

數據包絡分析法（Data Envelopment Analysis）即DEA，由A.Charnes、W.W.Cooper等人于1978年提出，用于評價決策單元相對有效性，這是最早的C2R模型［9］。隨后，用于研究生產部門之間的技術有效性的BC2模型、C2GS2模型和具有無窮多個決策單元情況的C2W模型以及錐比率的C2WH模型等都是數據包絡模型的完善與發展［9-10］，并在實際中取得了成功的運用。DEA以相對效率概念為基礎，以凸分析和線性規劃為工具，應用數學規劃模型計算比較決策單元之間的相對效率，對評價對象做出評價［4］。它適用于多輸出多輸入的多目標決策問題，不需主觀賦權重，具有綜合性好、客觀性強、單位不變性等優點，在有效綜合評價問題上具有絕對優勢［11］。從管理學角度來講，土地利用效率是一定時間內，土地利用的各種投入與產出的比率關系。從經濟學角度來講，土地利用效率是指土地投入與產出的比值。可見，城市圈土地利用效率是一個相對有效性的問題，適宜采用C2R模型。

（二）數據來源與處理

研究數據主要來源于2002-2012年《湖北統計年鑒》、《中國城市建設統計年鑒》和《武漢城市圈經濟社會發展報告（2008-2012）》，部分數據來源于歷年《中國環境統計年鑒》和武漢城市圈各城市統計年鑒。潛江、仙桃、天門三市的環境投入和三廢綜合利用價值等數值部分年份缺失，采取缺失年份前后兩年平均值代替。

武漢城市圈由武漢、黃石、鄂州、黃岡、孝感、咸寧、仙桃、潛江、天門9個城市組成，每個城市的自然條件、社會狀況、經濟水平等存在不同程度的差異。為確保評價結果的科學性，有必要對城市差異化進行修正。首先是修正評價指標：在選取指標時盡量選取相對指標，而避免選取絕對指標；其次是修正指標數據：采用min-max標準化方法對指標數據進行標準化處理，即：

其中，di為指標標準化值，xi為指標原始值，xmax、xmin分別為指標極大值和極小值。最后，采用lingo9.0對數據進行處理。

三、評價體系構建

（一）“兩型社會”與土地利用的內涵與關系

“兩型社會”是通過資源的高效和循環利用、合理配置和有效保護，使經濟社會發展與資源環境承載能力相適應，塑造可持續發展和人與自然和諧的社會［12］。它的目標是資源節約和環境保護。土地利用是土地自然生態子系統和土地社會經濟子系統以人口子系統為紐帶和接口耦合而成的土地生態經濟系統［13］。探究土地利用與“資源節約和環境保護”的內在聯系，有助于科學正確地選取評價指標，構建土地利用效率評價體系。

（1）土地利用與資源節約的關系。土地是人們生產生活的重要場所和主要載體，土地本身更是一種稀缺資源。土地節約是資源節約的重要內容，土地的集約節約利用就是對土地資源的高效利用，是實現資源節約的有效手段。資源節約是人類社會發展的客觀要求，也是我國國情所決定的，具有時代背景。因此，資源節約利用是當前土地利用的目標之一。

（2）土地利用與環境保護的關系。土地是重要的生態要素，影響著生態環境的變化。土地利用方式、結構及用途的改變，會對區域的土壤、大氣以及生物的多樣性造成一定的影響。如粗放的土地利用方式、不合理的土地利用結構、盲目改變土地利用用途等都會對生態環境造成破壞。反過來，穩定的生態系統能夠為土地利用提供一個健全合理的空間環境，實現土地的最適用途。一旦生態環境惡化，則區域土地利用成本、方式、用途、效益將隨之改變。因此，土地利用過程中必須注重環境保護，保持與生態環境的高度協調。

（二）評價指標體系設計

（1）指標體系建立。“兩型社會”建設背景下，土地利用效率評價要以“資源節約和環境保護”為目標，從土地利用內涵出發，充分考慮影響土地利用效率的相關因素。采取“投入-產出”指標體系與“經濟-社會-生態”指標體系相結合的復合評價體系，不僅考慮到了“兩型社會”和土地利用的關系，使評價體系最大限度反映土地利用效率，而且避免了指標漏選、重選，同時能與C2R模型很好的契合。投入指標基于C-D函數選用常用變量指標，有資金、勞動、技術、能源、土地等投入；產出指標基于“兩型社會”目標，涵蓋經濟、社會、生態等相關指標。因此，依據“投入-產出”理論，按照代表性、獨立性、系統性、可操作性的原則，選取17項指標，建立武漢城市圈土地利用效率評價指標體系（見表1）。

表1 武漢城市圈土地利用效率評價指標體系

（2）指標體系說明。復合指標體系將指標分為三級，一級指標基于“投入—產出”框架，二級指標結合C-D函數和“社會—經濟—生態”指標體系進行選取，三級指標受二級指標約束，選擇與城市土地利用密切相關的指標。本文指標體系融入了土地低碳利用和集約利用思想，地均環境投入、三廢處理率、土地利用碳排放強度、單位GDP能耗和電耗、地均三廢綜合利用價值等指標體現了“資源節約和環境保護”的目標。其中地均技術投入指單位面積技術改造投資，地均環境投入指單位面積城市環境基礎設施建設本年投資，地均三廢綜合利用價值指單位面積“三廢”綜合利用產品價值，土地供應比率為區域土地供應面積與供應總面積之比（數據來自武漢城市圈及各城市單元土地市場動態監測分析報告），三廢處理率為工業廢水、廢氣、固體廢棄物處理率算術平均值，土地利用碳排放強度指標及計算引用張俊峰（2013）等［11］研究成果。指標中土地面積均為建成區面積。

四、結果及分析

（一）武漢城市圈土地利用評價結果

武漢城市圈于2002年正式形成，因此選擇2002年作為基期年，利用數據包絡分析法并結合土地利用效率評價指標體系，對2002-2012年武漢城市圈土地利用效率進行評價，可得到2002-2012年武漢城市圈土地利用效率表（見表2）。

表2 2002-2012年武漢城市圈土地利用效率表

從表2可知，2002年武漢城市圈9個城市中，僅有天門市土地利用是DEA有效的（ω、μ大于0），土地利用效率最高，其他城市均DEA無效。DEA無效的城市中，土地利用效率從高到底依次為武漢市0.959 4、仙桃市0.831 6、咸寧市0.826 2、潛江市0.811 9，其他城市效率值均低于0.7。2003-2005年，城市圈各城市土地利用均DEA無效，效率值最高的為武漢市，最低是黃石市。武漢市2006-2012年土地利用DEA有效性均為1，處于城市圈首位，體現了武漢市作為省會城市，在社會發展、經濟建設等方面的絕對優勢。2007年，武漢城市圈被國務院批準為“兩型社會”建設綜合配套改革試驗區，DEA有效性明顯提高。2007-2012年DEA有效性年均增長2.17%，是2002-2007年增長速度的近3.5倍，這表明“資源節約型和環境保護型”社會建設促進了土地利用效率的提高。2008年，城市圈首次有兩個城市土地利用DEA有效，黃岡、天門、咸寧四個城市土地利用效率都在0.8以上，表現出較高的水平。2010年是城市圈土地利用效率均值增長最快的一年，增長了4.5%，同時有武漢、咸寧、天門三個城市實現了土地利用DEA有效，黃岡、仙桃、潛江土地利用效率也都在0.96以上。2012年武漢城市圈土地利用效率達到歷史最高水平，平均水平為0.912 4，武漢、黃岡、咸寧、仙桃、潛江、天門6個城市實現了DEA有效，黃石、鄂州、孝感土地利用效率也是近年最高水平。

（二）武漢城市圈土地利用效率時空差異分析

（1）時間差異分析。2002-2012年，武漢城市圈土地利用效率均值最高為2012年0.912 4，最低為2003年0.732 6，土地利用效率總體呈上升趨勢，年均增長1.52%。武漢市2002-2006年土地利用效率逐年提高，2006年效率值為1，此后一直保持DEA有效，變化平穩。黃石市土地利用效率呈現出先下降后上升的變化特點，變化周期長幅度小，比較緩慢，年均增長1.26%。鄂州市土地利用效率增幅較大，提高了30.73%，在2008年波動較大，主要是2008年鄂州市加大了土地投入，地均就業人員產出增加。孝感市前期土地利用效率變化頻繁，缺乏穩定性，2006年后一直呈上升階段，土地利用效率總體提高了29.39%，年均增長2.47%。黃岡市土地利用效率總體呈現上升趨勢，變動幅度最大，提高了31.57%，年均增速最快為2.53%。咸寧市土地利用效率2002-2004年呈下降趨勢，2004-2012年逐漸上升，2010-2012年達到DEA有效，總體呈現上升趨勢，年均增長1.75%。仙桃市土地利用效率變化最為復雜，呈現先降后升再降再升的鋸齒形變化特征，2008年達到DEA有效（2008年仙桃市生態產出較多），隨后下降，但土地利用整體水平提高了20.25%。潛江市土地利用效率先下降后上升，變化周期長幅度大，2002-2006年呈下降趨勢，之后逐步上升，2011-2012年DEA有效。天門市土地利用效率呈現出V字形變化，2002年和2009-2012年DEA有效，2004年處于谷底，但總體呈現上升趨勢。

由圖1可以看出，2002-2011年城市圈與其內部各城市土地利用效率的變化周期、變化幅度、變化速度等表現出不同的特征，在時間上存在差異。2002-2012年城市圈及其各城市單元土地利用效率都存在一個先下降后上升的特點。這主要是因為：早期部分城市能源、土地等投入相對較少，生態產出較多，為土地利用DEA有效性做出了積極貢獻，城市土地利用效率較高；隨著經濟社會的發展，人們更關注土地利用經濟效益，資本、能源、土地、技術等資料投入增加，以追求經濟效益和社會效益，一定程度上忽視了生態效益，部分城市土地利用水平降低；但是近年來土地利用負的外部性凸顯，資源、環境面臨嚴峻考驗，各城市開始注重土地利用綜合效益，減少資源投入和增加生態產出，土地利用效率開始穩步提高。這種變化特點表明了土地利用效率評價不能只關注經濟效率，還應綜合考慮社會效益和生態效益。

圖1 2002-2012年武漢城市圈土地利用效率變化圖

（2）空間差異分析。2002-2012年武漢城市圈土地利用效率空間特征主要體現在城市圈內部差異和空間格局變化上。在武漢城市圈9個城市中，土地利用總體水平最高的是武漢市，最低的是黃石市，其他城市土地利用水平也存在明顯的差別。以2012年為例，土地利用效率最高的是武漢、天門、咸寧等城市，土地利用均達到DEA有效；其次是鄂州和孝感，DEA有效性分別為0.7781和0.7604；最低的黃石僅為0.6615，僅為武漢等城市的60%。可見，武漢城市圈內部各城市的土地利用水平高低不一，土地利用水平存在差異。

在空間格局變化上，武漢城市圈土地利用效率也存在明顯差異。利用SPSS17.0對武漢城市圈2002-2011年土地利用效率進行系統聚類分析，可將城市圈土地利用水平分為三類：高效利用、中效利用、低效利用（見表3）。2002-2012年武漢市和天門市土地一直是高效利用，處于領跑地位。仙桃市經歷了一段時間的中效利用后于2006年進入高效利用層次，之后保持了較高的土地利用水平。咸寧市在經歷了2002-2006年的中效利用后，也一直保持高效利用。黃岡市土地利用效率總體上呈遞進變化，從低效利用到中效利用，最后進入高效利用水平。潛江市土地利用上升速度相對緩慢，經歷了長期的中效利用后，與2010年進入高效利用層次。黃石、鄂州、孝感在很長一段時間均處于低效利用層次，到2008年鄂州進入中效利用水平，2009年孝感進入中效利用層次，而黃石一直處于低效利用級別。整體來看，2002-2012年武漢城市圈高效利用的城市越來越多，低效利用的城市逐漸減少，土地利用效率整體提升。

表3 2002-2012年武漢城市圈土地利用效率分類表

（三）武漢城市圈土地利用效率影響因素分析

土地利用效率影響因素是動態變化的，不同時期會有不同的資源、環境、經濟等因素影響著土地利用效率。武漢城市圈2002-2012年土地利用效率受到眾多因素的作用，不同時期土地利用效率影響因素及其作用不同。

從表4可知，2002-2005年影響武漢城市圈土地利用DEA有效性的因素主要是勞動和能源投入過多，經濟、社會產出較少，主要表現在地均二、三產業從業人員、單位GDP電耗等指標投入過多，地均GDP、地均社會商品銷售額、地均財政收入、地均就業人員等指標產出不足。2006-2007年是武漢城市圈土地利用效率變化的過渡時期，投入方面，除地均二、三產業從業人員、GDP能耗外，地均環境投入、GDP電耗等指標投入增加；產出方面，社會、經濟有所增加，但生態產出開始減少。2008-2012年，單位GDP能耗和電耗等能源投入對城市圈土地利用效率影響作用逐漸加大，土地供應率等土地投入過多開始制約武漢城市圈土地利用效率。另外，資產投入過多也開始成為一些城市土地利用DEA有效性的制約因素。從產出角度來看，2008-2012年，武漢城市圈經濟產出雖然也略顯不足，但生態產出過低開始成為限制土地利用DEA有效性的重要因素。生態產出不足主要表現在地均三廢綜合利用價值、空氣質量優良天數等指標的產出不足。2002-2012年城市圈土地利用效率影響因素經歷了這樣一個變化過程：投入方面，能源投入一直是影響城市圈土地利用效率提高的主要因素，勞動投入過多限制了早期城市圈土地利用效率的提高，而土地投入冗余已經成為限制土地利用效率的重要因素；產出方面，經濟因素作用依然重要，但生態因素對土地利用效率的作用開始凸顯。

表4 城市圈投入產出無效因素表

針對武漢城市圈土地利用效率影響因素變化特征，結合本文研究方法，可從土地利用投入和產出兩條途徑提高城市圈土地利用效率。投入上，城市圈應該降低土地資源利用過程中能源的消耗，減少土地的供應面積。一方面，通過推廣應用清潔能源和研發新能源的科技手段提高能源使用效率，優化能源使用結構；另一方面，嚴格控制建設用地規模，適當減少土地供應面積，節約集約利用土地資源。產出上，城市圈應增加經濟產出和生態產出，提高土地利用的經濟效益和生態效益。具體措施為：①減少“高能耗、高排放、高污染”企業用地規模，嚴格“三高”企業用地進入門檻，提高土地利用生態效益；②大力發展高新技術產業，促進勞動力就業；③加大低效土地監督整治力度，依法對低效利用、違法利用的土地進行改造，避免土地批而未用，用而不高。

五、結論和討論

基于“兩型社會”建設目標，構建了武漢城市圈土地利用效率評價體系，評價了武漢城市圈2002-2012年土地利用效率，并對城市圈土地利用效率的時空差異和影響因素進行了分析，得到如下結論：

（1）2002-2012年武漢城市圈土地利用效率均值最高為2012年的0.9124，最低為2003年的0.7326，土地利用效率總體呈上升趨勢。近十年來，武漢城市圈高效利用的城市數量越來越多，低效利用的城市數量逐漸減少，土地利用效率整體提升。

（2）2002-2012年武漢城市圈內部各城市的同期土地利用效率存在明顯差異，城市圈與其內部各城市的土地利用效率的變化趨勢、變化周期、變化幅度等也表現出不同的特征，但總體上來看，又存在一個先下降后上升的特點。

（3）武漢城市圈土地利用效率影響因素是動態變化的。投入方面，能源投入一直是影響土地利用效率的主要因素，勞動投入過多限制了早期城市圈土地利用效率的提高，而土地投入冗余已經成為限制土地利用效率的重要因素；產出方面，經濟因素作用依然重要，但生態因素對土地利用效率的影響開始凸顯。

（4）城市圈土地資源利用過程中應降低能源的消耗，減少土地的供應面積，著重提高土地利用的經濟效益和生態效益。

本文以“兩型社會”建設為目標，構建評價指標體系，資源節約指標和環境保護指標的重要性相對增加，體現在評價結果上則是社會經濟基礎相對薄弱但環境友好型、資源節約型城市的土地利用效率較高，與以往只關注經濟效率的土地利用評價結果有所差別。在研究方法上，樣本容量有限而投入產出指標過多易導致過多的有效性評價單元，是本文需要進一步改進的地方。在影響因素分析上，由于只選取了2002-2012年數據，時間尺度稍短，土地利用效率影響因素的具體變化趨勢、變化特征分析還不夠深入。社會、經濟、生態等因素在以往和現在以及將來對土地利用效率的作用及其程度，將在今后深入研究。

［1］胡錦濤.大力推進生態文明建設［EB/OL］.（2012-11-08）〔2013-10-12〕.http：//www.gov.cn/ldhd/2012-11/08/content_ 2260053.htm.

［2］吳得文，毛漢英，張小雷，等.中國城市土地利用效率評價［J］.地理學報，2011，66（8）：1111-1121.

［3］邵挺，崔凡，范英，等.土地利用效率、省際差異與異地占補平衡［J］.經濟學（季刊），2011，10（3）：1087-1104.

［4］張俊峰，董捷.基于“兩型社會”的武漢城市圈土地集約利用評價［J］.中國人口·資源與環境，2012，22（1）：111-116.

［5］李國平，李治，張祚.基于PSR框架的城市土地集約利用評價研究——以陜西省為例［J］.華東經濟管理，2009，23（10）：32-36.

［6］張兵，金鳳君.1990年代以來長江三角洲城市土地利用效率研究［J］.重慶建筑大學學報，2007，29（5）：38-43.

［7］楊勇.開放條件下重慶地區城鎮化對土地利用效率的影響及區位差異［J］.地域研究與開發，2011，30（3）：112-116.

［8］夏慶利，羅芳.土地利用效率影響因素分析——基于湖北的調查［J］.農業經濟問題，2012（5）：15-21，110.

［9］魏權齡.數據包絡分析（DEA）［J］.科學通報，2000，45（17）：1794-1805.

［10］袁群.數據包絡分析法應用研究綜述［J］.經濟研究導刊，2009（19）：201-203.

［11］張俊峰，張安錄，董捷.土地集約利用與土地利用碳排放的關系研究——以武漢城市圈為例［J］.農業現代化研究，2013，34（6）：717-721.

［12］吳煥新，彭萬力.“兩型社會”建設的經濟發展戰略選擇與對策思考［J］.湖南社會科學，2008（5）：101-106.

［13］王萬茂，韓桐魁.土地利用規劃學［M］.北京：中國農業出版社，2002：8-10.

The Evaluation on Land Use Efficiency and an Analysis on its Temporal-Spatial Differences of Wuhan Urban Agglomeration

ZHANG Jun-feng，ZHANG An-lu，DONG Jie
（College of Public Administration，Huazhong Agricultural University，Wuhan 430070，China)

The article constructed the evaluation system of land use efficiency of Wuhan Urban Agglomeration based on the goal of the construction of“two-oriented”society.Data Envelopment Analysis was applied to evaluate land use efficiency of Wuhan Urban Agglomeration from 2002 to 2012.On the basis of the evaluation results，the article analyzed the temporal-spa?tial differences and influencing factors of land use efficiency.The results showed that：land use efficiency of Wuhan Urban Ag?glomeration was on the rise from 2002 to 2012 in general.There are many differences in land use efficiency，such as variation tendency and magnitude，wave range，land use level during the same period，etc.But the characteristic of rising after falling existed at the same time on the whole.The factors of land use efficiency on Wuhan Urban Agglomeration were dynamically changeable.On the input side，energy input has been the main factor and too much labor input limited land use efficiency in the early stages of Wuhan Urban Agglomeration.However，redundant investment in land has already become the important fac?tors affecting land use efficiency；on the output side，economic factors on the efficiency remained important，and ecological factors had apparent influences on land use efficiency.In the process of land use，Wuhan Urban Agglomeration should reduce energy consumption and land supply，focus on improving the economic benefits and ecological benefits of land use.

land use；efficiency evaluation；data envelopment analysis；temporal-spatial difference；Wuhan Urban Ag?glomeration

F061.5；F061.6

A

1007-5097（2014）05-0060-05

10.3969/j.issn.1007-5097.2014.05.013

2013-11-06

國家社會科學基金項目（09BJY039）；國家自然科學基金項目（71373095）；湖北省國土資源科技發展計劃項目（GTZYKJ2013A01）；湖北省高校優秀中青年科技創新團隊項目（T201012）；中央高校基本科研業務費專項基金資助項目（2013YB14）

張俊峰（1988-），男，河南信陽人，博士研究生，研究方向：土地資源利用與管理；張安錄（1964-），男，湖北麻城人，教授，博士生導師，研究方向：土地資源經濟；董 捷（1960-），女，湖北武穴人，教授，博士生導師，研究方向：土地資源經濟，土地資源利用，區域經濟。

張 青］

●區域發展