基于DEA的廣東省城市土地利用效率及其時空分異特征

華吉慶, 葉長盛

(東華理工大學 地球科學學院, 南昌 330013)

城市土地作為城市經濟、社會和環境的空間載體，其利用效率狀況直接影響到城市社會經濟的發展和人居環境建設[1]。隨著城鎮化、工業化的加速，我國城市用地迅速增加，2015年城市建設用地面積達到51 584.10 km2，比2006年增加了62.39%，但城市土地利用效率總體不高[2]，城鎮規劃范圍內的土地閑置問題嚴重[3]，城市土地供需矛盾日益凸顯。高效的城市土地利用效率是緩解經濟發展所產生的巨大的土地需求壓力的重要路徑，也是城市實現“創新、協調、綠色、開放、共享”發展戰略的重要途徑。

20世紀80年代以來，城市土地利用效率逐步成為政府、社會和學者關注的熱點話題[4]，取得諸多有價值的研究成果，有效地促進了城市土地資源的優化配置。研究內容主要包括城市土地利用效率的基本理論[5]、模型的構建與應用[6-7]、時空分異特征[8]、影響因素[9]以及城市土地利用效率的優化路徑[2]等。評價指標體系由以往只關注經濟效益的單一指標向社會、經濟和生態環境效益的綜合指標體系轉變。研究尺度從單一城市[7]到省份[10]、城市群[11-12]以及全國范圍[13]，時間尺度更多的是采用10年及以上的時序數據或截面數據。研究方法由定性描述轉變為數學模型、數學方法相結合，包括協調度模型[14]、綜合評判方法[15]、模糊數學方法[16]以及數據包絡分析方法，數據包絡分析方法因其較強的客觀性而被廣泛運用于我國城市土地利用效率的研究，楊海泉等[11]運用數據包絡分析法對2001—2012年中國三大城市群土地利用效率進行評價研究，指出中國三大城市群土地利用效率呈現出下降趨勢；楊清可等[12]利用SBM-Undesirable模型對長三角地區16個城市的土地利用效率進行評價，認為長三角地區土地利用效率水平偏低，環境污染等非期望產出對城市土地利用效率有一定的負面影響；吳得文等[13]運用DEA模型對全國655個城市土地投入產出效率進行分析，指出我國城市土地利用效率普遍較低，且呈現東高西低的分布格局。

現有的研究更多采用經典的DEA模型，不能對DEA有效的城市進行對比分析，缺乏對同一決策單元不同時期的動態變化研究。廣東省城市土地利用效率的研究集中在珠三角地區，省域角度的研究尚不多見。鑒于此，本文基于超效率DEA模型和Malmquist指數，對2006—2015年廣東省城市土地利用效率進行測度，分析其動態變化態勢，探討其空間分異特征，以期為廣東省城市土地的高效、持續利用提供參考。

1 研究區概況

廣東省位于我國大陸南部,全省土地總面積17.97萬km2，占全國陸地面積的1.85%，地形以丘陵山地為主。廣東省劃分為珠三角、粵東、粵西和粵北4個區域，下轄21個地級市，其中珠三角包括廣州、深圳、佛山、東莞、中山、珠海、江門、肇慶和惠州；粵東包括汕頭、潮州、揭陽、汕尾；粵西包括湛江、茂名和陽江；粵北包括韶關、清遠、云浮、梅州和河源。2015年，廣東省的GDP總量為72 812.55億元，是我國經濟第一大省，常住人口10 644萬人，其中城鎮人口7 454.35萬人，城鎮化率達68.71%，高于全國的56.1%，珠三角、粵東、粵西和粵北的城鎮化率分別為84%，59%，42%和47%。2015年廣東省城市建設用地面積為4 958.73 km2，比2006年增長了69.12%。

2 研究方法與數據來源

2.1 研究方法

數據包絡分析法(Data Envelopment Analysis，簡稱DEA)是一種評價決策單元(DMU)之間多要素投入與產出的相對效率的分析方法，它無須假設指標的權重和具體的函數關系。經典的DEA模型主要包括CCR和BCC模型，CCR模型主要應用于決策單元的相對有效性評價[17]，它假設規模報酬不變，測度結果為綜合技術效率，當結果等于1時，說明DMU為DEA有效，而小于1則為非DEA有效。BCC模型則假設規模報酬可變，測度結果為純技術效率。綜合技術效率可以分解為純技術效率和規模效率的乘積。

2.1.1 超效率DEA模型 經典的DEA模型無法在多個決策單元同時有效時對這些單元做進一步的比較[18]，為了彌補這一缺陷，Andersen等提出了超效率DEA模型，它允許測度結果大于1。假使有n個決策單元，m種輸入變量xiji=1,2,…,m，p種產出變量yrjr=1,2,…,p，其表達式為：

2.1.2 Malmquist指數 當DEA模型加入時間因素后，在進行動態分析時會出現因不同時期的生產前沿面差異而難以測度的情況[19]，為解決這一問題，瑞典經濟學家Malmquist提出了Malmquist指數，它通過對同一DMU在不同時期輸入、輸出結果集進行分析，得出DMU的生產率變化情況[20]。在CRS條件下，其表達式為：

式中：TC為技術變動指數；EC為技術效率變化指數；FC為Malmquist生產率變化指數，當FC>1，效率提高，FC=1為效率不變，而FC<1則說明效率下降。

2.2 指標選取與數據來源

2.2.1 指標選取 城市土地利用效率表現為特定時空情境下的土地及其所承載的資金、勞動力等投入要素與所產生的經濟、社會和環境效益的相互關系，即城市土地利用效率是對城市形成和發展進程中的對土地利用綜合程度的考量[21]?？紤]到評價指標的代表性、可獲取性和DEA模型的特點，選用土地、資本和勞動力作為投入指標，分別選取市轄區建成區面積、市轄區固定資產投資和市轄區第二、三產業從業人員。產出指標選取市轄區第二、三產業增加值、城鎮居民人均可支配收入、萬人擁有衛生技術人員、建成區綠化覆蓋面積、廢水—GDP負荷和廢氣—GDP負荷。

第二、三產業是城市的主要經濟活動，市轄區第二、三產業增加值可以很大程度地反映出城市土地利用的經濟效益。城鎮居民人均可支配收入反映了城市居民的生活水平，萬人擁有衛生技術人員一定程度上反映了社會的醫療服務水平，將兩者作為社會效益的代表性指標。由于DEA模型要求產出指標與投入指標為正相關關系，而廢水排放總量、工業廢氣排放總量作為常用的環境評價指標為非合意性產出，將非合意性產出作為合意性產出的伴隨量，結合合意性產出的GDP，將廢水—GDP負荷(GDP/廢水排放總量)和廢氣—GDP負荷(GDP/工業廢氣排放總量)納入城市環境效益的評價中，此外，城市的生態環境還與建成區綠化覆蓋面積密切相關。

2.2.2 數據來源 本文采用的數據為2006—2015年廣東省21個地級市的相關數據，市轄區建成區面積的數據來源于《中國城市建設統計年鑒》(2006—2015年)，市轄區第二、三產業從業人員數、市轄區第二、三產業增加值、建成區綠化覆蓋面積的數據來源于《中國城市統計年鑒》(2007—2016年)，市轄區固定資產投資額、GDP、衛生技術人員數、廢水排放總量、工業廢氣排放總量和常住人口的數據來源于《廣東統計年鑒》(2007—2016年)，個別缺失數據來源于各市國民經濟和社會發展統計公報或利用相鄰年份值插值法推算補齊。

3 結果與分析

3.1 廣東省城市土地利用效率的總體情況

采用DEA的CCR和BCC模型，以投入為導向，利用DEA Solver Pro 5.0計算出2006—2015年廣東省城市土地利用的綜合技術效率(TE)、純技術效率(PTE)和規模效率(SE)。由表1可知，2006—2015年廣東省城市土地利用綜合技術效率的平均值為0.943，最低值為2014年的0.900，最高值為2015年的0.982。純技術效率的平均值為0.984，最低值為2010年的0.970，而最高值為2015年的0.992。規模效率的平均值為0.959，最低值為2014年的0.916，最高值同樣是在2015年，為0.990。2006—2015年廣東省城市土地利用綜合技術效率及分解的平均值均大于0.9，說明廣東省注重城市土地的內部挖掘和集約化利用，能夠較好地配置城市土地利用要素和高效地實現城市土地利用的產出?？傮w上，廣東省城市土地利用效率處于較高水平。

表1 2006-2015年廣東省城市土地利用效率及分解

CCR模型測度所得的城市土地利用效率值為各決策單元單一年份的相對效率，為了得出廣東省城市土地利用效率在時間序列上的動態變化情況，基于Malmquist指數，利用DEAP 2.1計算出2006—2015年廣東省城市土地利用效率的變化指數(表2)。

表2 2006-2015年廣東省城市土地利用效率變化指數

由表2可知，2006—2015年廣東省城市土地利用效率的Malmquist生產率變化指數平均值為0.982，表明10年間的廣東省城市土地利用效率呈下降態勢。技術效率變化指數、技術變動指數、純技術效率變化指數和規模效率變化指數的平均值分別為1.003，0.979，1.000，1.003，說明廣東省城市土地利用的技術效率和規模效率得到提高，技術效率的提高主要是由規模效率推動的，而城市土地利用的資源配置效率基本保持不變，Malmquist生產率的下降主要是受技術進步不足影響的。2006—2015年廣東省各時間段的城市土地利用效率Malmquist生產率變化指數基本上圍繞1小幅波動，5個時間段變化指數值大于1，4個時間段小于1，其中2006—2008年、2009—2010年、2011—2012年以及2013—2014年廣東省實現了城市土地利用效率的提升，而其他時間段城市土地利用效率均為下降狀態，2012—2013年的降幅最大，達到18.3%。

3.2 廣東省城市土地利用效率的時空分異特征

為了實現對DEA有效的城市進行對比排序，采用超效率DEA模型，對2006—2015年廣東21個地級市的城市土地利用效率進行測度和排序(表3)。

表3 基于超效率DEA模型的2006-2015年廣東省各市城市土地利用效率

根據廣東省各市2006—2015年城市土地利用效率的平均值和達到DEA有效的次數，將廣東省21個地級市劃分為3類城市，利用SPSS進行聚類分析，根據聚類分析結果利用MAPGIS繪制出廣東省城市土地利用效率的分類圖，可以更加清晰地看出廣東省城市土地利用效率的空間分異情況(圖1)。

第1類城市包括佛山、東莞、深圳、汕尾、梅州、云浮、陽江、茂名和揭陽，該類城市的土地利用效率處于廣東省的最優水平，能夠有效地將投入要素轉換為產出，實現了城市土地資源的高效利用。2006—2015年，云浮、佛山、汕尾、深圳和梅州的城市土地利用效率值均大于1，即各市10年的城市土地利用效率均達到DEA有效，而東莞、揭陽、陽江和茂名的效率值均排在廣東省前列。

第2類城市包括肇慶、廣州、珠海、湛江、河源和潮州6個城市，城市土地利用效率相對較高但未達到最優水平。應加強對城市土地的規劃利用，合理控制城市用地規模，減少要素投入冗余和環境的負外部效應，提高城市土地利用的有效產出。

第3類城市包括江門、中山、清遠、惠州、韶關和汕頭，城市土地利用效率相對較為低效，其中惠州、中山和汕頭10年間的效率均為非DEA有效。從10年間投入產出的無效指標來看，清遠固定資產投資額冗余較大是造成效率較低的主要原因，韶關是廢水—GDP負荷不足，江門和惠州是第二、三產業從業人員投入冗余和廢氣—GDP負荷不足，而中山主要是由于建成區綠化面積不足，汕頭主要是城鎮居民人均可支配收入和萬人擁有衛生技術人員數不足。該類城市需要根據自身情況提高城市土地利用效率，加強城市社會建設和生態環境保護，擴大城市土地利用的有效產出。

從整體來看，廣東省城市土地利用效率較高，第1類和第2類城市占多數。粵東西北和珠三角地區基本上都有3類城市的分布，各類城市的區域分布較均衡。從市域的維度來看，2006—2015年廣東省城市土地利用效率最高的是東莞，效率的平均值為2.812，最低的則是惠州，僅為0.727，表明廣東省城市間的土地利用效率差異較大。廣東省城市土地利用效率并沒有呈現出與經濟發展水平的顯著正相關性，主要是城市土地利用效率評價中加入了社會效益和環境效益的度量，是對城市土地利用程度的綜合評價。

圖1廣東省城市土地利用效率分類

由表4可知，2006—2015年廣東省各市的Malmquist生產率變化指數基本上都較為接近1，說明總體上廣東省各市的城市土地利用效率變化不顯著。10年間廣東省城市土地利用效率實現提升的有10個城市，分別是廣州、韶關、深圳、珠海、汕頭、清遠和云浮，主要分布珠三角和粵北地區，其中廣州的效率提升最明顯，達到3.8%，其次是珠海，近年來廣州和珠海加大對環境的治理力度，淘汰了一大批環境污染嚴重或占地面積大的落后產能，嚴格控制城市新增用地，推動了城市土地利用效率的提高。茂名的Malmquist生產率變化指數為1，城市土地利用效率基本保持不變，而佛山、湛江、江門、肇慶、惠州、梅州、汕尾、河源、陽江、

東莞、中山、潮州和揭陽的Malmquist生產率變化指數平均值均小于1，表明這些城市在2006—2015年的城市土地利用效率呈下降態勢。

表4 2006-2015年廣東省各市的城市土地利用效率變化指數

3.3 廣東省城市土地利用效率的投影分析

提升城市土地利用效率是緩解城市土地資源緊張的重要措施。采用DEA模型測算的城市土地利用效率并不是城市土地利用的實際配置效率，而是一種綜合指標體系下各決策單元的“相對效率”。對非DEA有效城市的投入、產出指標參照生產前沿面進行投影可以得出各指標的目標值，從而明晰城市的差距及改進方向，為城市土地利用要素的優化配置提供決策依據。運用CCR和BCC模型，優先從投入角度進行徑向調整，得出2015年廣東省非DEA有效城市投入、產出指標的目標值及規模報酬的變化情況(表5)。

表5 2015年廣東省非DEA有效城市的指標調整情況

注：(1) 括號內數據為投入、產出指標的調整幅度(%)，(2) drs表示規模報酬遞減，(3) irs表示規模報酬遞增。

由表5可知，投入方面，2015年廣東省7個非DEA有效城市的各投入要素均存在冗余現象，總體上市轄區固定資產投資冗余最大，各市應主要消除市轄區固定資產投資冗余，其中汕頭的所需縮減的幅度最大，達到35.43%。此外，惠州的市轄區建成區面積和第二、三產業從業人員數所需調整的幅度較大，應嚴格控制城市的新增用地，挖掘現有用地的利用潛力，淘汰轉移勞動力密集型低端制造業，推動產業結構的優化升級。產出方面，各市的市轄區第二、三產業增加值均為有效狀態，而萬人擁有衛生技術人員、廢水—GDP負荷的調整幅度較大，說明各市均需提高對醫療衛生事業投入和強化廢水的排放管理。此外，肇慶和潮州需提高廢氣—GDP負荷，應加強對環境的監管和治理。江門、汕頭和惠州則需提高城市人均收入，3市作為傳統的制造業大市，需要加強產業的轉型升級，提高城鎮居民收入水平。中山在多項產出指標中的產出不足情況較嚴重，需多方面加強城市建設。

城市土地利用的規模報酬變動除了與土地的投入數量和利用方式有關外，還涉及到更深層次的體制機制問題[11]。從規模報酬來看，2015年廣東省7個非DEA有效的城市中，江門、肇慶、惠州、汕頭、清遠和中山的規模報酬均為遞減狀態，應加強對要素投入規模的控制和管理，深化土地利用機制體制改革，充分挖掘現有要素的開發利用潛力。而潮州為規模報酬遞增狀態，說明潮州現有的要素投入規模尚未達到最佳的產出狀態，應優化城市土地利用結構，適度擴大土地利用相關要素的投入規模以獲得更大的城市土地利用產出。

4 結論與建議

4.1 結 論

(1) 2006—2015年廣東省城市土地利用綜合技術效率的平均值為0.943，城市土地利用效率總體上處于一個較高水平。Malmquist生產率變化指數的平均值為0.982，10年間效率呈現出略微下降的態勢。

(2) 廣東省城市土地利用效率空間差異較大，佛山、東莞、深圳、汕尾、梅州、云浮、陽江、茂名和揭陽的城市土地利用效率最高，肇慶、廣州、珠海、湛江、河源和潮州次之，江門、中山、清遠、惠州、韶關和汕頭效率相對較低?？傮w上，2006—2015年廣東省各市的城市土地利用效率變化不顯著。

(3) 2015年廣東省7個非DEA有效城市的投影分析發現，投入方面，總體上各市的市轄區固定資產投資冗余較大。產出方面，7市的市轄區第二、三產業增加值為有效指標，而其他指標產出不足的情況各不相同，各市需根據自身實際擴大相應的產出。

4.2 建 議

現在越來越多的國家和城市政府開始采用各種增長控制或開發管理措施，通過城市規劃這一集體干預行為對城市土地發展和變化施加直接或間接的控制[22]。提升廣東省城市土地利用效率需要努力實現城市土地資源的合理配置，減少要素投入冗余，擴大城市土地利用的產出。推動城市產業結構的優化升級，培育多層次的就業環境，提高城市居民收入水平；嚴格控制城市新增用地，盤活城市閑置土地，創新城市土地管理方式，走土地集約節約利用的良性發展道路。

參考文獻:

[1] 劉彥隨,鄧旭升,甘紅.我國城市土地利用態勢及優化對策[J].重慶建筑大學學報,2005,27(3):1-4.

[2] 梁流濤,趙慶良,陳聰.中國城市土地利用效率空間分異特征及優化路徑分析:基于287個地級以上城市的實證研究[J].中國土地科學,2013,27(7):48-54.

[3] 葉曉敏.城市閑置土地的分布特征與形成機理研究:以杭州市主城區為例[D].杭州:浙江大學,2009.

[4] 張榮天,焦華富.長江經濟帶城市土地利用效率格局演變及驅動機制研究[J].長江流域資源與環境,2015,24(3):387-394.

[5] 陳榮.城市土地利用效率論[J].城市規劃匯刊,1995(4):28-33.

[6] 董黎明,馮長春.城市土地綜合經濟評價的理論方法初探[J].地理學報,1989,44(3):323-333.

[7] 黃和平,彭小琳.脫鉤視覺下城市土地利用效率變化與提升策略:以南昌市為例[J].資源科學,2016,38(3):493-500.

[8] 張俊峰,張安錄,董捷.武漢城市圈土地利用效率評價及時空差異分析[J].華東經濟管理,2014,28(5):60-64.

[9] 鐘靜婧,毛宏云.鄱陽湖生態經濟區土地利用效率測度及其提升路徑分析[J].江西師范大學學報:自然科學版,2015,39(6):652-657.

[10] 劉傳明,李紅,賀巧寧.湖南省土地利用效率空間差異及優化對策[J].經濟地理,2011,30(11):1890-1896.

[11] 楊海泉,胡毅,王秋香.2001—2012年中國三大城市群土地利用效率評價研究[J].地理科學,2015,35(9):1096-1100.

[12] 楊清可,段學軍,葉磊,等.基于SBM-Undesirable模型的城市土地利用效率評價:以長三角地區16城市為例[J].資源科學,2014,36(4):712-721.

[13] 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.

[14] 呂榮杰.城鎮化進程中的城市土地利用效率研究[D].西安:西安建筑科技大學,2011.

[15] 王雨晴,宋戈.城市土地利用綜合效益評價與案例研究[J].地理科學,2006,26(6):7143-7148.

[16] 李小寧.統籌城鄉發展下的高陵縣土地利用效率研究[D].西安:西安建筑科技大學,2011.

[17] 于淼.數據、模型與決策[M].北京:機械工業出版社,2002.

[18] 夏后學,陳方,支玲,等.基于超效率DEA方法的江蘇省城鎮化發展差異評價[J].中國農業資源與區劃,2014,35(2):6-10.

[19] 龔艷,郭崢嶸.江蘇旅游業發展效率及對策研究:基于超效率DEA和Malmquist指數分析[J].華東經濟管理,2014(4):7-12.

[20] 趙偉,馬瑞永,何元慶.全要素生產率變動的分解:基于Malmquist生產力指數的實證分析[J].統計研究,2005(7):37-42.

[21] 林堅,馬珣.中國城市群土地利用效率測度[J].城市問題,2014,226(5):9-14.

[22] Yeh A G O, Wu Fulong. The new land development process and urban development in Chinese cities[J]. International Journal of Urban and Regional Studies, 1996,20(2):330-353.