城市土地綠色利用效率測度及其空間分異特征
——基于284個地級以上城市的實證研究

梁流濤，雍雅君 ，袁晨光

（1.河南大學黃河中下游數字地理技術教育部重點實驗室，河南 開封 475004；2.河南大學環境與規劃學院，河南 開封 475004 ）

1 引言

現階段中國正在大力推進轉變經濟發展模式的新戰略，國家提出了“創新、協調、綠色、開放、共享”5大發展理念。其中“綠色”主要強調“綠色發展”的重要性。綠色發展的目標是在打造“兩型”社會（“資源節約”與“環境友好”）的基礎上，實現經濟、社會和生態環境的協調發展[1]。土地作為人類進行生產生活和社會經濟活動的重要物質載體，在土地利用過程中要將人與自然和諧共處、永續發展的綠色發展理念貫穿其中，實現土地利用的經濟效益、社會效益和生態效益的統一，可以將此過程界定為土地綠色利用。

2018年中國城市化水平達到了59.98%，城市發展取得了長足進步，但此過程中也產生了較為嚴重的問題：一是城市空間的過度擴張導致大量的農用地轉化為非農建設用地，同時城市內部的土地利用效率低下[2]，不僅對耕地保護和國家糧食安全造成了威脅，對城市經濟增長的約束也逐步顯現[3]；二是產生了越來越重的環境污染問題，已經危及經濟社會的可持續發展[4]。在這樣的背景下，實現城市發展、土地利用與環境保護三者和諧發展的關鍵是遵循綠色發展的理念，推行城市土地綠色利用。城市土地綠色利用既是土地利用過程（將綠色發展理念引入到土地利用過程之中），也是土地利用目標（最大幅度增加土地經濟產出和社會福祉，同時最大可能的降低環境污染）。合理測度城市土地綠色利用效率對于城市土地綠色利用的實現和相關政策的制定具有重要的理論和現實意義。

國外學者對城市土地利用效率的研究歷史較長，研究重點已經由早期的理論探究轉向實證研究。如DAVID等對土地利用效率評價方法進行了創新[5]；HALLEUX等在實證的基礎上探討了歐洲三國（荷蘭、波蘭和比利時）城市土地利用效率的影響因素[6]；VERGURG等從生態環境和社會環境的變化研究城市土地利用效率的影響[7]；X LI等從社會、經濟角度對城市土地利用效率進行評價[8]；ELENA等通過計量經濟模型探尋環境、政策與城市土地利用效率之間的關系[9]。國內學者也就城市土地利用效率問題展開了大量的實證研究，測度方法主要包括兩類：一是利用數據包絡分析（DEA）方法，在產出指標中只考慮了城市土地利用“正常”產出（比如實物產出或經濟產出），對城市土地利用經濟效率進行測度和分析[10-13]。二是利用方向距離函數方法，在產出指標中既考慮了城市土地利用“正常”產出，也包含了“非合意”產出（比如環境污染），測度城市土地利用環境效率[14-16]。可見，國內外學者在城市土地效率測度方法創新、城市土地利用效率的影響因素、土地資源優化配置等方面取得了豐富的研究成果。但伴隨著經濟社會發展理念的轉變，城市土地利用效率的內涵也逐步擴展。在綠色發展理念下，土地利用效率應遵循經濟效益、社會效益和生態效應協調統一的基本原則，將“社會維度”的內容納入其測度框架內，目前鮮有文獻在此方面展開研究。基于此，本文擬在考慮經濟產出指標、“非合意”產出指標（環境污染）的基礎上，將社會維度產出指標納入土地利用效率測度框架，利用2016年全國地級以上城市數據測度城市土地綠色利用效率。

2 城市土地綠色利用效率的概念與內涵

綠色發展是中國發展的必然選擇和突破發展瓶頸的重要路徑, 也日益成為引領新時代中國經濟社會發展全局的一面旗幟。按照十九大報告的闡釋，綠色發展的本質是在產出不降低的前提下減少資源投入和污染排放，同時增加公共物品的有效供給，加強環境治理和保護，極力滿足居民對環境品質和生活質量的需求，增加城市居民的福祉水平，實現經濟、社會、生態環境全面協調可持續發展[17]。綠色發展的理念得到了廣泛應用，有學者依據綠色發展理念提出了水資源綠色效率[18]，并測度長江經濟帶水資源綠色效率[19]。本文擬借鑒這個思路，將綠色發展理念應用到土地利用效率測度領域。

結合綠色發展理念，本文將“城市土地綠色利用效率”的概念界定為：在一定生產技術條件下土地利用系統的投入要素（土地及其他要素）和土地利用產出（包括經濟、社會和生態環境三個維度）的比值。可見，城市土地綠色利用效率強調“經濟—社會—生態環境”三大子系統的耦合，其內涵應包括三層次：（1）經濟內涵，即在既定的生產技術條件和要素投入水平下，在城市土地利用中盡可能多的獲得經濟收益；（2）社會內涵，以最大程度滿足城市居民對提高生活質量（包括物質和精神產品消費以及公共產品供給等方面）的需求為目標，同時全面提高城市居民的福祉水平；（3）生態環境內涵，即要求城市土地利用要注重生態環境保護和建設，并最大程度減少土地利用中的“非合意”產出（環境污染和生態破壞），不斷滿足城市居民對環境質量和生態產品的需求。

城市土地綠色利用效率與另外兩個概念（城市土地利用經濟效率和城市土地利用環境效率）是有區別的，主要體現在城市土地利用目標方面。在既定的生產技術條件和投入要素水平下，城市土地利用經濟效率主要偏重經濟方面的產出，并將收益最大化作為土地利用目標；城市土地利用環境效率既考慮“合意”產出（比如經濟收益），又考慮“非合意”產出（比如環境污染和生態破壞），其目標是實現經濟收益的最大化和環境污染的最小化。城市土地綠色利用效率則是以經濟收益和社會維度產出為“合意”產出，以環境污染為“非合意”產出，其目標是實現經濟收益和社會維度產出（如社會服務）的最大化以及環境污染的最小化。同時三者之間也存在一定的關聯性。城市土地利用環境效率是在繼承城市土地利用經濟效率精髓的基礎上加入了“環境因素”的約束，這是在生態環境方面進步與發展的結果；城市土地利用綠色效率是在繼承城市土地利用環境效率精髓的基礎上加入了“社會產出因素”，這是在社會發展方面進步的結果。三者的關系主要體現在研究內容上的不斷擴充和豐富，從經濟領域逐步擴充到生態環境領域再到社會發展領域。總之，三者之間是繼承與發展的關系，是城市居民對生活質量和環境質量的需求不斷得到滿足的體現。

3 研究方法與數據處理

3.1 研究方法

3.1.1 城市土地綠色利用效率測度方法：SBM模型

為了解決DEA模型無法進行包含“非合意”產出的經濟效率測度問題，有學者提出了方向性距離函數[20]，并得到了廣泛應用[21-22]。但該方法也存在一定的缺陷，生產系統中如果存在投入產出松弛變量，就會出現效率值偏高的情況。為彌補這方面的不足，TONE提出了SBM模型[23]，該模型可以將松弛變量放入目標函數，能夠避免除松弛變量和角度選擇造成的誤差。因此，本文擬采用SBM方法測度城市土地綠色利用效率。

將每個地級以上城市的土地利用系統視為一個生產決策單元（DMU），假設包含N個DMU（n= 1，2，…，N），每個DMU包括m種投入（x∈RM）、s1種期望產出（yg∈RS1）和s2種非期望產出（yb∈RS2），則城市土地綠色利用效率（ρ）可表達為：

式（1）中：s-代表投入的冗余，sb表示“非合意”產出的冗余，而sg表示“合意”產出的不足；r表示第r個生產決策單元（DMU），r0表示待求的生產決策單元（DMU），λ是權重向量。

3.1.2 泰爾指數

泰爾指數可以用于測度特定地理現象的差異[24]。假設所有城市的土地綠色利用效率值組成集合，將之分成組，每組相應的城市土地綠色利用效率向量為tk，均值為μk，城市個數為nk，占總樣本的比重為vk=nk/n，令tk表示μk代替tk中每一分量得到的城市土地綠色利用效率向量，則泰爾指數計算公式為：

式（2）中：n表示樣本總數（本文取值284）；ti表示地市i的城市土地綠色利用效率；μ為全部樣本的平均值；TW、TB分別表示城市土地綠色利用效率的區內差異和區間差異部分，兩個指標與TI的比值則分別表示區內、區間差異對總體差異的貢獻度。

3.1.3 探索性空間數據分析

綜合運用Global Moran's I和Local Moran's I兩種探測性空間數據分析（ESDA）方法測算中國地級以上城市土地綠色利用效率的全局和局域空間相關指數。

（1）Global Moran's I指數。用來反映空間鄰近單元屬性值的總體相似程度，基本計算公式為：

式（3）中：xi、xj分別表示區域i和j的屬性值；x是各地區屬性值的平均值；wij為空間位置權重矩陣；σ2表示屬性值的方差；n為空間單元總數。給定顯著性水平時，若Moran's I顯著為正，表示城市土地綠色利用效率較高（低）的區域在空間上呈集聚態勢；若Moran's I顯著為負，表示相鄰區域城市土地綠色利用效率存在較大差異，空間格局比較分散。

（2） Local Moran's I指數。又稱LISA （ Local indicators of spatial association），用來度量特定空間單元與其鄰近區域城市土地綠色利用效率在空間上的差異程度及其顯著性，基本形式為：

式（4）中：Zi和Zj分別表示空間單元屬性值的標準化形式。通過局部Moran's I指數測算，可以得到Moran散點圖和LSIA地區聚集圖，其中，Moran散點圖包括4種不同的空間差異類型（第I象限：High-High，簡稱HH；第II象限：Low-High，簡稱LH；第III象限：Low-Low，簡稱LL；第V象限：High-Low，簡稱HL）。

3.2 指標選擇與數據處理

根據系統性、可比性、經濟性的原則，結合本文對城市土地綠色利用效率內涵的界定，確定城市土地綠色利用效率測度的投入指標和產出指標（表1）。

表1 城市土地綠色利用效率測度的投入—產出指標Tab.1 Input-output indicators for measuring urban land green use ef ficiency

（1）投入指標。主要考慮資本、土地、勞動力三個方面[25]，分別用城市固定資產投資額、建成區面積、市轄區的當年就業人員總數作為表征指標。

（2）“合意”產出指標。對于經濟產出，選取城市市轄區的地區生產總值（萬元）作為經濟產出指標。對于社會維度“合意”產出，社會發展指數（SDI）可以反映出地區經濟社會發展和民生改善情況，這與本文界定的社會維度產出的內涵一致，因此利用社會發展指數來表征社會維度產出是合適的[26]。在遵循社會發展規律和以人為本的基礎上，參考相關研究成果[27-28]，同時考慮到數據可獲性，構建社會發展指數的評價指標體系（表2），并對各個指標進行歸一化處理。最后根據標準化數據和相應的權重計算社會發展綜合指數，權重利用德爾菲方法予以確定。

（3）“非合意”產出。結合城市土地利用產生環境污染的特征，主要選擇工業廢水排放量、二氧化硫排放量和工業煙塵排放量作為“非合意”產出指標。

由于個別城市數據缺失，最終以284個地級以上城市為研究對象，選取地級以上城市占全國總數的97.6%，具有良好的代表性。本文計算所需數據主要來源于2017年《中國城市統計年鑒》、《中國城市建設統計年鑒》和《中國環境統計年鑒》。

4 結果分析

4.1 城市土地綠色利用效率整體概況

運用SBM模型分析法計算出2016年284個地級以上城市的土地綠色利用效率，其平均值為0.598。根據城市土地綠色利用效率值的分布特征，將之分為5個等級：（1）低效率（0～0.3）的城市數量有4個，占總數據的1.41%；（2）較低效率（0.3～0.5）的城市數量有84個，所占比例為29.58%；（3）中等效率（0.5～0.7）的城市數量有122個，所占比例為42.96%；（4）較高效率（0.7～0.9）的城市數量有54個，所占比例為19.01%；（5）高效率（0.9～1.0）的城市數量有20個，所占比例為7.04%。總體來說，中國大部分城市的土地綠色利用效率主要集中在中等效率區間，所占的比例接近45%；城市土地綠色利用效率較低效率的城市數量也較多，所占的比重接近30%；較高效率和高效率的城市數量較少，所占比重僅為四分之一。由此可知，中國城市土地綠色利用效率處于高效率等級的城市數量較少，超過75%的城市處在中等和低效率的水平，提升空間很大。

表2 社會維度的指標體系Tab.2 Index system of social dimension

表3 各省城市土地綠色利用效率差異Tab.3 Inter provincial differences of urban land green use ef ficiency

4.2 城市土地綠色利用效率的差異分析

4.2.1 省內與省際城市土地綠色利用效率差異分析

通過匯總的方式計算出2016年各省（市）城市土地綠色利用效率平均值，按照上文的分類標準可以將各個省份的城市土地綠色利用效率劃分為4個等級：（1）較低效率省份（0.3～0.5）：海南、河南、湖北、吉林、西藏、甘肅；（2）中等效率省份（0.5～0.7）：河北、山東、浙江、福建、遼寧、廣西、山西、安徽、江西、湖南、黑龍江、四川、貴州、云南、陜西、寧夏、青海、新疆；（3）較高效率省份（0.7～0.9）：北京、天津、江蘇、廣東、內蒙古；④高效率省份（0.9～1.0）：上海和重慶。由此可見，中國省際城市土地綠色利用效率存在著較大的差異，大部分省份集中在中等效率等級，這也進一步反映了中國城市土地綠色利用效率偏低。

利用上文方法計算出各個省份的泰爾指數，用來揭示省內城市土地綠色利用效率差異（表3）。從泰爾指數大小來看，2016年全國各省份的城市土地綠色利用效率的內部差異較大，利用自然斷點法將之分為5個等級：（1）差異大的省份（泰爾指數大于0.05）：山西省、黑龍江省、湖北省、貴州省和甘肅省；（2）差異較大的省份（泰爾指數處在0.03～0.05之間）：四川省、陜西省、福建省、廣東省和云南省；（3）差異中等水平的省份（處在0.02～0.03）：河北省、吉林省、江蘇省、湖南省和寧夏省；（4）差異較小的省份（處于0.01～0.02之間）：江西省、內蒙古、河南省、廣西省、山東省、新疆、浙江省和安徽省；（5）差異小的省份（處在0.01以下）：遼寧省、青海省和海南省。由此可見，城市土地綠色利用效率省內差異較大的省份多分布于東北、中部和西部地區，而差異較小省份多分布在東部地區。

通過式（3）計算出中國城市土地綠色利用效率總體泰爾指數為0.077。為進一步分析引起城市土地綠色利用效率差異的原因是省內差異還是省際差異，利用式（3）對之進行分解，省內泰爾指數和省際泰爾指數分別為：0.064和0.013。省內泰爾指數均大于省際泰爾指數，這表明城市土地綠色利用效率的的差異主要是由省內差異引起的。從區內和區間泰爾指數的貢獻率來看，省內差異是造成城市土地綠色利用效率差異的主要原因，平均貢獻率達到了83.49%，省際差異對總體的平均貢獻率僅為16.51%。

4.2.2 城市土地綠色利用效率空間分異特征

從三大經濟地帶（東部、中部地帶和西部地帶）的角度分析城市土地綠色利用效率的差異。東部地區平均值為0.679，中部地區平均值為0.581，西部地區的平均值為0.564。再結合城市層面和省市層面效率值的空間分布情況，可以總結出城市土地綠色利用效率的空間分異特征：從東部沿海向西北內陸地區逐漸遞減的特點。主要原因是：中國東部沿海地區經濟發達，城市在“硬件”建設（基礎設施、公共服務設施等）和“軟件”建設（制度環境和公共服務水平等）方面具有絕對優勢[29]，對投資的吸引力較大，這能夠進一步促進城市更快發展；城市產業結構與布局較為合理，集聚效應較為明顯，能夠大幅度降低成本和節約空間；同時產業結構優化和技術進步的“減污效應”開始顯現[30]。這幾個方面都有利于城市土地綠色利用效率的提升。而中西部地區經濟發展相對較慢，區位環境和投資環境明顯不具備東部地區的優勢，城市基礎設施不足，技術進步水平還比較低,產業結構不合理，且不足以產生集聚效應來降低成本，這也不利于單位產值污染排放量的降低，最終導致城市土地綠色利用效率低下。

4.3 空間格局分析

4.3.1 全局空間自相關分析

通過Geoda軟件對全國284個地級以上城市的土地綠色利用效率數據計算Moran's I指數（圖1），其數值為 0.238 6，且在1%的顯著水平下通過檢驗。這表明城市土地綠色利用效率呈現顯著的空間正相關，相鄰城市之間相互影響，空間相似值呈現空間聚集的狀態。其空間關聯特征是：土地綠色利用效率高值城市趨于和高值城市相鄰，低值城市趨于和低值城市相鄰。

圖1 Moran散點圖Fig.1 Moran scatter

4.3.2 局部空間自相關分析

基于式（3）的計算方法，得出中國地級以上城市土地綠色利用效率的局域Moran's I值，可以分為4種類型。

（1）高值集聚區（H-H關聯型）。主要分布在東部沿海地區，在廣東、浙江、江蘇、福建等省份分布較多。該類地區城市和其周邊區域的城市的土地綠色利用效率都較高。在較高的經濟發展水平、強勁的社會綜合發展能力、完善的環境管理制度和規范的土地管理政策等多種因素的共同作用下[31]，該區域的城市土地綠色利用效率處于較高水平，且對周邊城市具有較強的正向帶動作用，空間溢出效應顯著。

（2）高值異質區域（H-L關聯型）。在空間上集中分布在晉蒙、京津冀和東北地區。該區域城市土地綠色利用效率遠高于其周邊區域的土地綠色利用效率。這些城市具有明顯的資源稟賦優勢，帶動了經濟的快速增長，社會發展水平也隨之提高，在城市土地利用中形成了經濟產出、社會維度產出與投入相匹配的局面，這導致城市土地綠色利用效率較高，但這類城市對周邊城市的帶動和輻射作用不強。

（3）低值異質區域（L-H關聯型）。在空間上主要分布在湘鄂和兩廣地區的部分城市。該區域土地綠色利用效率遠低于其周邊城市的土地綠色利用效率。該區域雖然分布在城市土地綠色利用效率較高的擴散效應區周圍，但自身接受擴散效應區的能力有限，導致土地利用的經濟—生態—社會的耦合效應并不強，城市土地綠色利用效率水平還有較大的提升空間。

（4）低值集聚區（L-L關聯型）。主要集中分布在陜甘地區、云川貴地區、中部地區的部分城市。該類區域的城市土地綠色利用效率和其周邊區域的土地綠色利用效率都較低。該類地區的城市借助西部大開發和中部崛起戰略的政策優勢，再加上相對寬松的環境管制政策，一些重化工業及高耗能、高污染制造業從東部沿海地區向這些中西部城市大量轉移，雖然經濟發展水平和社會發展能力得到了一定的提升，但環境污染和生態破壞問題日益凸顯[32]，導致城市土地綠色利用效率較低。

5 結論與討論

本文在對城市土地利用效率的內涵界定的基礎上，綜合考慮經濟產出、社會維度產出和“非合意”產出，利用284個地級以上城市截面數據和SBM模型方法對城市土地綠色利用效率進行測度，并探討其空間分異特征，主要結論如下。

（1）2016年全國城市土地綠色利用效率的平均值是0.598，超過75%的城市處于中低水平，優化提升空間很大。提升城市土地綠色利用效率的關鍵是城市的發展應由注重經濟導向轉變為以人為本的價值導向，樹立底線思維，嚴守土地、人口、環境三條底線，實現內涵發展和彈性適應，并注重人口控制、科教發展，加強高素質人力資本儲備，重視社會服務水平的提升。

（2）城市的土地綠色利用效率值表現出明顯的空間分異特征：由東部沿海地區向西北內陸地區遞減，總體來說東部高于中部，中部高于西部。因此，不同區域應因地制宜的采取差別化的管理措施，東部沿海地區應加快新興科技產業和第三產業的發展，加快技術先進、附加值高、資源利用效率高的現代工業體系建設，大力發展清潔生產；發展多樣化的創新空間和高效可達、網絡化的公共空間，營造激發創新活力的制度環境和宜居的生活環境。中部和西部地區應充分發揮后發優勢，加強城市基礎設施建設和公共服務設施建設以滿足城市居民的需求，提高城市居民的幸福感；積極地引進先進的生產技術和高端人才，促進產業優化升級，增加城市的產業集群效應；注重城市生態建設和環境污染治理，建立“產前—產中—產后”的生產全過程環境污染防控體系。

（3）城市土地綠色利用呈現空間正相關，效率高值的地市趨于和效率高值的地市相鄰，效率低值的地市趨于和效率低值的地市相鄰。其空間集聚狀態可以分為4種：高值集聚區（H-H關聯型）主要分布在東部沿海地區；高值異質區域（H-L關聯型）零星分布在晉蒙、京津冀和東北地區；低值異質區域（L-H關聯型）主要集中分布在湘鄂地區以及兩廣地區的部分城市；低值集聚區（L-L關聯型）主要集中分布在陜甘、云川貴和中部地區的部分城市。該結論為城市之間協同發展提供理論依據。

（4）本文將綠色發展的理念引入到土地利用系統，擴展和豐富了土地利用效率的內涵，對后續深入開展土地利用效率研究具有一定的借鑒意義。在進行城市土地綠色利用效率測度時，受獲取數據的限制，社會發展指數僅考慮了5個指標，雖然也能夠在一定的程度上反映出社會發展狀況，但后續的研究尚需進一步擴展和深化評價指標，可以從經濟發展與效益、社會發展、生活質量、基礎設施及環保和社會秩序等方面進行考慮。另外，本文只測度2016年的中國地級以上城市土地綠色利用效率，在此基礎上分析了其空間分異特征，后續的研究還需要選取長時間序列分析城市土地綠色利用效率的空間格局演化規律及驅動因素。