極化理論視角下城市建設用地利用效率的時空異質性

周敏+匡兵+饒映雪

摘要 中國不同尺度城市建設用地利用效率的時空差異已經得到了理論界的廣泛關注，但是目前對這種差異程度進行測度的成果并不多見。本文以經濟學中的“極化理論”為研究切入點，綜合運用數據包絡分析、核密度估計和EstebanRay極化指數，對2001—2014年中國大陸31個省（直轄市、自治區）城市建設用地利用效率的時空異質性進行了定量刻畫。結果表明：①中國城市建設用地利用效率總體上表現出波動下降趨勢，平均效率指數由2001年的0.750 1降低至2014年的0.694 8，且在東、中、西部三大區域層面和省際層面都存在明顯的差異。2006年之前，西部地區的平均城市建設用地利用效率最低，2006年以后，三大區域平均城市建設用地利用效率表現出“東部地區>西部地區>中部地區”的地理格局。②中國城市建設用地利用效率的地區差距在研究期內呈加劇態勢。2001—2014年，中國城市建設用地利用效率核密度曲線的期初值、期末值都表現出“先向左移動，再向右移動”的運動軌跡，位置并不穩定，且與2001年相比，2014年中國城市建設用地利用效率核密度曲線的變化區間明顯增加，地區差距擴大。③中國城市建設用地利用效率的極化過程已經顯現，核密度曲線整體上呈“單峰—多峰—雙峰”分布格局，且從城市建設用地利用效率的EstebanRay指數來看，全國和三大區域在研究期內都呈波動上升態勢。其中中部地區的波動性最大，由2001年的0.121 9增加至2014年的0.529 6，年均增長率高達11.96%；東部地區和西部地區的變化則相對平穩，分別由2001年的0.183 0和0.162 1增加至2014年的0.276 2和0.216 5，年均增長率分別為3.22%和2.25%。

關鍵詞 極化理論；城市建設用地利用效率；數據包絡分析；核密度估計

中圖分類號 F293.2

文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104（2018）03-0046-07 DOI：10.12062/cpre.20170419

區域經濟發展與城市建設用地利用效率存在顯著的正相關關系[1]，經濟發展水平越高，城市建設用地利用過程中創造有利物質條件和先進土地利用方式的能力就越強[2]。自20世紀90年代開始，中國不同區域經濟發展的空間差異與極化現象逐漸得到社會各界的關注[3-4]。作為區域社會經濟發展的基礎載體和強力助推器，城市建設用地系統內部的物質循環路徑及與外部系統的能量交換機制等是否會受到經濟極化特征的約束，并最終影響到城市建設用地利用效率的總體分布格局？本文將根據城市建設用地與經濟發展之間的互動關系，從極化視角系統考察城市建設用地利用效率的時空變化格局。

1 文獻綜述

目前國內外有關城市建設用地利用效率的研究主要集中在以下三個方面：一是理論層面對城市建設用地利用效率內涵及利用過程的探討，學者們普遍認為城市建設用地利用效率是一定空間范圍內社會經濟發展系統與城市建設用地利用系統交互作用的結果[5-7]，Fujita[8]認為合理配置資源、優化利用方式是城市建設用地利用的關鍵；二是實證層面對不同尺度城市建設用地利用效率時空變化特征的分析，包括城市建設用地利用效率的度量方法[9-10]、時空格局[1，11]、影響機制[1-2]等；三是政策層面對如何有效提高城市建設用地利用效率的思考。在美國，超過100個城市和縣采用城市開發邊界或類似的舉措來嚴控城市建成區面積擴張[12]；中國很多大中城市也都開始了城市開發邊界劃定工作[13]。同時，強化政府對城市建設用地的管控與配置[7]，構建科學、完整的指標體系對城市建設用地粗放、低效利用情況進行監控[14]等也被認為是在源頭和方式上提高城市建設用地利用效率的主要路徑。

城市建設用地利用效率測度研究中，有學者主張利用單一指標進行衡量，如Burton[9]提出的城市緊湊發展度、李永樂等[10]提出的單位建成區面積上的第二、三產業增加值等。為避免單一指標的局限性，很多學者將城市建設用地的利用過程看成是一個具有多投入、多產出特性的復雜生產系統，通過構建城市建設用地利用“投入+產出”體系，借助數據包絡分析（Data Envelopment Analysis，DEA）進行綜合評判，這也是目前進行城市建設用地利用效率測度較具代表性的研究范式。Chen et al[11]就以中國土地利用總體規劃實施為切入點，利用DEA模型對2005—2012年中國336個地級以上城市建設用地利用效率進行了分析。隨著研究的深入，學者們在DEA模型的基礎上不斷加入其他定量分析方法，如極差倍數[5]、離散系數[5]、空間自相關[7]、泰爾指數[10]、基尼系數分解[1]等，多層次、多角度地揭示不同尺度城市建設用地利用效率的總體特征及演變格局。本文嘗試將經濟學中的“極化理論”引入到城市建設用地利用效率的分析中，構建城市建設用地利用效率的極化指數，并結合DEA模型和核密度估計方法，對中國大陸31個省區2001—2014年城市建設用地利用效率差異的時空特征進行分析，為系統認識城市建設用地利用效率的變化特征提供新的研究視角與方法，為實現城市建設用地高效管控與利用提供參考與借鑒。

2 研究設計與數據來源

2.1 研究思路與方法

極化理論（Polarization Theory）起源于法國經濟學家佩魯（Perroux）于20世紀50年代提出的以“發展極”為標志，以“不平等動力學”或“支配學”為基礎的不平衡增長理論[15]，主要用于分析經濟發展過程中的不均衡問題，目前已經廣泛應用在金融發展[16]、旅游發展[17]、碳排放[18]、教育資源分布[19]等主題的研究中。將極化理論與中國城市建設用地利用效率相結合，實際上是通過對不同區域城市建設用地利用效率“極化指數”的探討，從極化視角審視中國不同區域城市建設用地與各類要素融合的不均衡格局，探尋協調發展路徑。具體到本文中，首先利用DEA模型掌握中國城市建設用地利用效率的總體狀況，其次，利用核密度估計方法考察城市建設用地利用效率差異的時變特征，最后構建城市建設用地利用效率的極化測度模型，揭示城市建設用地利用效率的空間極化格局。endprint

2.1.1 DEA模型

DEA模型的基本思想是把每一個被評價單位（地區、部門或年份）作為一個決策單元（Decision Making Units，DMU），運用線性規劃方法建立起有效的凸性生產前沿，再將各個DMU投影到該生產前沿面上，通過比較DMU偏離前沿面的程度來評價它們的相對有效性，關鍵步驟是投入產出指標確定[20-22]。具體到本文中，參照現有研究成果[1，7]，選取建成區面積、全社會固定資產投資總額和第二、三產業從業人員數作為投入指標，選取第二、三產業增加值、城鎮職工平均工資和人均公園綠地面積作為產出指標，分別表示城市建設用地利用的經濟、社會和環境效益，并分別借助Max DEA6.0和ArcGIS 10.2軟件進行城市建設用地利用效率值計算與可視化表達。

2.1.2 核密度估計

核密度估計（Kernel Density Estimation）是常用的描述經濟分布運動的非參數估計方法[23-24]，它不需要事先對數據分布形式附加假定，而是從數據本身出發，研究數據的整體分布特征。假設隨機變量X1，X2，…，XN同分布，其密度函數為f（x），其經驗分布函數為：

式（1）中，N為觀測值數目；I（z）為指標函數；Z為條件關系式。當Z為真時，I（z）等于1，反之則為0。取核函數為均勻核：

其中，h為帶寬；X為均值；η為核函數。常用的核函數有Gaussian核、Biweight核、Rectangular核、Triangular核和Epanechnikov核等。具體到本文中，借助Eviews8.0軟件，以城市建設用地利用效率值為樣本點，選取高斯核函數[24]進行估計，繪制出核密度曲線二維圖，通過對變量分布位置、形態和延展性等信息的觀察，以揭示城市建設用地利用效率差異的時序特征。

2.1.3 空間極化測度

基于類概念的EstebanRay指數[25]、基于洛倫茨曲線的Wolfson指數[26]和基于排序公理的TsuiWang指數[27]等是目前理論界進行空間極化測度時較具代表性的定量分析方法，盡管計算過程各異，但均強調樣本呈空間聚類式分布，即同一類別的樣本點之間特征相似，不同樣本點之間特征差距較大。根據本文的研究需要，選取EstebanRay指數（簡稱ER指數）對中國城市建設用地效率的空間極化程度進行測度。ER指數是通過變量之間的不斷循環比較，確定比較基準，進而測度變量之間的差異程度。其計算公式為：

式中，fER為EstebanRay指數，其值越大，說明城市建設用地效率的空間極化程度越高，反之，則越低。K>0，是一個起標準化作用的常數，μ為研究區域城市建設用地利用效率的加權平均值，在具體的研究過程中，可根據不同的數據要求對R進行取值，使ER指數介于0和1之間（結合本文研究區域數據的具體情況，k取30）；n為分組個數；p為權重，pi和pj分別表示第i組和第j組樣本數占總樣本的份額；Xi和Xj分別表示第i組和第j組樣本的平均城市建設用地效率；為極化敏感系數且∈（0，1.6），通常取1.5[17]。

2.2 數據來源

研究基礎數據主要來源于《中國統計年鑒》（2001—2015）和《中國城市建設統計年鑒》（2001—2014），部分數據以各省區當年度統計年鑒作補充。本研究不涉及港澳臺等省區。

3 結果分析

3.1 城市建設用地效率差異的可視化描述

表1反映的是2001、2005、2009和2014年中國城市建設用地利用效率的空間分布格局（根據Jenks最佳自然斷裂法將城市建設用地利用效率值由高到低分成4類），圖1和圖2分別反映的是中國和三大區域城市建設用地利用效率平均值在研究期內的變化情況。

從全國范圍來看，城市建設用地利用效率整體上表現出波動下降態勢，2001年，中國大陸31個省區城市建設用地利用效率均值為0.750 1，2014年，平均效率指數降至0.694 8。同時，由圖2可知，中國城市建設用地利用效率平均值的演變軌跡表現出明顯的階段性特征：2001—2009年，平均效率指數呈逐年降低趨勢，并在2009年達到最低值0.518 3，2009年后開始逐年提升，最終變化到研究期末的0.694 8。

從區域層面來看，中國東部地區、中部地區和西部地區城市建設用地利用效率的區域差異顯著，其中，東部地區表現出波動上升趨勢，城市建設用地利用效率平均值由2001年的0.748 1增加至2014年的0.754 0，年均增長率為0.60%，中部地區和西部地區城市建設用地利用效率的平均值都表現出下降趨勢，但是由于發展基數和各類生產要素組合程度的差異，兩個地區城市建設用地利用效率的變化幅度存在明顯不同：中部地區平均城市建設用地利用效率由0.781 5降低到0.602 9，降幅高達22.85%，西部地區則由0.731 0降至0.701 8，降幅僅為3.40%。由圖3可知，三大區域城市建設用地利用效率平均值的變化路徑表現出相對一致性，且階段性特征明顯：2006年之前，西部地區城市建設用地利用效率的平均值最低，東部地區和中部地區互有強弱，但是2006年以后，三大區域城市建設用地利用效率總體上表現出“東部地區>西部地區>中部地區”的地理格局。

從單個省份來看，2001—2014年間，城市建設用地利用效率較高的省份有上海、北京、天津、廣東、吉林、內蒙古、西藏、青海和寧夏，平均效率指數都超過0.700 0，其中，上海、吉林和西藏在研究期內的大多數年份都位于生產前沿面，保持DEA有效，安徽的城市建設用地利用效率最低，平均效率指數僅為0.366 6；從各省份城市建設用地利用效率的變化趨勢來看，北京、天津、上海、吉林、寧夏等10個省區表現增長態勢，剩余省區則呈下降趨勢；同時，通過對31個省區城市建設用地利用效率的橫向比較，研究期內用地效率的最大值為1.000 0，最小值為0.298 2，各年平均效率值僅為0.595 2，且各年度城市建設用地利用效率標準差介于0.117 6和0.185 8之間，相差并不大，對于用地效率較低的省區而言，還有較大的提升空間。endprint

3.2 城市建設用地效率差異的時變特征

圖3反映的是主要年份（2001年、2005年、2009年和2014年）中國城市建設用地效率的核密度曲線二維圖。

從位置上看，4個年份核密度曲線的期初值、期末值都表現出“先向左移動，再向右移動”的變化態勢，密度函數的位置并不穩定。與2001年相比，2014年核密度曲線的中心位置移動并不明顯，但變化區間明顯增加，地區差距擴大。

從形狀上看，2001年，核密度曲線大體呈單峰分布，呈現出相對較高水平的集聚，但自2005年起，城市建設用地效率表現出明顯的偏態分布，圖形也并非嚴格的單峰形狀，呈現出多峰格局，且第一波峰對應的核密度遠高于其他波峰對應的核密度，表明城市建設用地利用效率相對較低的省區所占的比重大于相對較高水平省區所占的比重。隨著時間的推移，城市建設用地利用效率逐漸由輕微的多極分化向兩極分化趨勢轉變，2014年，核密度曲線呈雙峰分布，低值聚集地區減少，高值聚集地區增加，表現出一定程度的“俱樂部收斂”特征，但地區差距依然較為顯著。

從峰度上看，研究期內，城市建設用地利用效率分布表現出由“尖峰”形向“寬峰”形變化的態勢。2001年，核密度曲線表現出明顯的尖峰特征，且2005年與2001年相比，波峰更為陡峭，2005年以后，波峰逐年平緩，波峰高度明顯下降，且各波峰對應的城市建設用地利用效率的區域增大。

3.3 城市建設用地利用效率的空間極化分析

圖4反映的是2001—2014年中國城市建設用地利用效率EstebanRay指數的變化情況，同時為加強認識，分別對中國東部、中部和西部地區城市建設用地利用效率極化趨勢進行比較分析（見圖5）。

總體來看，2001—2014年間，中國城市建設用地利用效率極化指數介于0.33～0.39之間，極化程度并不高。由圖4可知，以2009年為分界點，城市建設用地利用效率極化程度在研究期內表現出“先波動增加，后逐年減弱”的變化趨勢，反映了中國城市建設用地利用效率在考察期內由區域集聚逐步向區域均衡演變的過程。

具體來看：①三大區域城市建設用地利用效率極化指數在研究期內都呈波動上升態勢，其中中部地區極化指數的波動最大，由2001年的0.121 9增加至2014年的0.529 6，年均增長率高達11.96%，且在2010年達到峰值0.747 4；東部地區和西部地區極化指數的變化則相對平穩，分別由2001年的0.183 0和0.162 1增加至2014年的0.276 2和0.216 5，年均增長率分別為3.22%和2.25%；②三大區域城市建設用地利用效率極化程度表現出明顯的階段性特征。2001年，東部地區城市建設用地利用效率極化指數最高，但在此后6年，東部地區極化指數都低于中部和西部地區；2007年以后，中部地區城市建設用地利用效率極化指數持續增加，遠高于西部地區和東部地區；2007—2011年表現出“中部地區>西部地區>東部地區”的空間格局，2011—2014年則表現出“中部地區>東部地區>西部地區”的分布態勢。

4 結論與啟示

中國城市建設用地利用效率總體上表現出波動下降趨勢，區域差異顯著且地區差距逐漸擴大。城市化進程的加速推進使得中國不同區域資本、勞動力等要素的總量、結構調整頻繁，并映射到區域發展的基礎載體——城市建設用地的利用上，改變城市建設用地系統內部的物質循環路徑及與外部系統的能量、信息交換機制，最終導致城市建設用地利用效率變化軌跡的波動及整體分布狀態的異質性。GIS可視化結果和城市建設用地利用效率變化曲線顯示，2001—2014年間，中國城市建設用地利用效率整體上表現出下降態勢，平均城市建設用地利用效率呈扁平“V”字形運動軌跡，且無論是省際層面，還是東、中、西部三大區域層面，城市建設用地利用效率都表現出明顯的空間非均衡特征。同時，與2001年相比，2014年，城市建設用地利用效率核密度曲線的變化區間明顯增加，地區差距擴大。

中國城市建設用地利用效率的極化過程已經顯現，總體極化程度呈“先增強、后減弱”趨勢，且東、中、西部地區極化程度各異。由于城市建設用地的獨特社會經濟屬性，城市建設用地利用效率的總體分布格局容易受到區域經濟發展狀況、土地管理政策等外部因素的干擾而表現出不穩定性，特別是在經濟極化的現實背景下，城市建設用地利用系統的演進也表現出極化特征，而且區域社會經濟發展特征會主導城市建設用地利用效率的極化過程，使不同區域的極化程度及具體路徑等都表現出差異性。核密度估計結果表明，隨著時間的推移，中國城市建設用地利用效率表現出由輕微的多極分化向兩極分化趨勢轉變。同時，EstebanRay指數測度結果顯示，中國和三大區域城市建設用地利用效率的極化指數在研究期內都呈波動上升態勢，但三大區域的極化程度存在較大差異，并表現出明顯的階段性特征。

將中國城市建設用地利用系統作為一個整體，則研究期內中國城市建設用地利用效率的區域異質性和極化格局是城市建設用地系統由較低水平向較高層次發展的必經階段，是區域資本、勞動力與城市建設用地之間低水平耦合向高效融合狀態過渡的自然過程。但是在這種差序格局的形成和演進過程中，為避免城市建設用地利用效率的過度極化，一方面要根據不同區域土地資源稟賦、資本吸附力度、經濟發展狀況等，構建出多元化的生產要素交流機制，充分發揮城市建設用地系統高水平發展區對邊緣區的能級擴散效應；另一方面要通過產業轉型升級、城市土地管理制度創新等，提升次級核心區或邊緣區的城市建設用地利用效率能級，保證不同區域要素配置格局和同一區域不同發展階段要素組合狀況的合理性，縮小因經濟、自然、社會等因素而導致的城市建設用地利用效率區域差異及馬太效應，從整體上推動整個區域向更高等級的均衡狀態發展。

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