城市土地利用效率與高質量發展時空演變及交互響應
——以江蘇省為例

何 莎 莎，方 斌*，李 欣，謝 雪

(1.南京師范大學地理科學學院/江蘇省地理信息資源開發與利用協同創新中心，江蘇 南京 210023；2.揚州大學農學院，江蘇 揚州 225009)

0 引言

十九大首次提出“高質量發展”概念，自此高質量發展成為中國邁入新發展階段、深入貫徹新發展理念、加快構建新發展格局的基本要求，社會經濟發展方式轉為效率與質量提升[1]。作為一種關鍵生產要素和政策工具，土地是社會經濟發展的空間載體，對社會經濟可持續增長起基礎支撐作用[2]。人們根據自身需求對土地進行開發、改造和使用屬于長期過程，因此土地利用影響經濟社會高質量發展也存在遲滯效應[3]，解析土地利用與經濟社會高質量發展的關聯機制是實現區域資源要素優化配置的前提條件。

學界對高質量發展開展了諸多有益探討，主要集中在高質量發展的內涵解析[4]、指標體系構建與水平測度[5,6]、發展路徑[7]等，經濟學側重于產業結構調整與綠色經濟效益轉軌[8]，社會學偏重于將高質量歸結為人民生活質量的提高[9]，管理學偏重探討高質量發展現存政策問題管理方法及建構管理模式[10]。盡管學者們對高質量發展尚未形成較統一的范疇和評判體系，但其內涵一致，即高質量發展是國家面臨資源環境約束趨緊、經濟發展進入瓶頸期大背景下提出的一種新型發展方式，其依托于區域本底資源條件，旨在推動質量變革、效率變革和動力變革，使社會整體系統永續運行。此外，以往研究多為其他變量與高質量發展的相關性探討，無法明確其因果關系和作用方式，高質量發展作為復雜的非線性系統，其影響要素的內生性問題僅依靠相關性分析難以規避。高質量發展是區域空間生產要素有序流動、組合的結果狀態，而土地利用是各種要素排列組合的媒介和載體，通過土地利用轉型可推動區域高質量發展[11]，其利用效率是引導區域高質量發展的有效手段，同時高質量發展是土地利用結構演化的重要推力。目前，土地利用效率相關研究主要聚焦于指標體系構建[12]、測度方法[13]、時空動態演進及其影響因素識別[14]、土地資源優化配置[15]等方面。以往城市土地利用效率更關注經濟效益提升，隨著學界對高質量發展深入研究，城市土地利用效率的內涵和焦點發生變化，有必要進一步梳理城市土地利用效率與高質量發展的耦合關聯機制。基于此，本文以江蘇省為研究區，基于2005-2019年13個地市的面板數據，采用隨機前沿生產函數及綜合評價模型對城市土地利用效率和高質量發展水平進行測度，借助向量面板自回歸模型探討城市土地利用效率與高質量發展水平的動態關聯，以期厘清二者的耦合機制，為構建其融合路徑和促進兩大系統有序推進提供借鑒。

1 數據與研究方法

1.1 研究區概況

江蘇省位于長三角核心地帶，是中國東部沿海區域重要的經濟增長極，區位條件優越。全省轄13個地級市，區域經濟南高北低，不均衡發展態勢顯著。蘇南社會經濟發達，但產業融合、生態環境面臨挑戰；蘇中社會經濟發展介于蘇南、蘇北之間，產業結構雷同，產生同質競爭、同構發展現象，空間資源利用效率不高；蘇北社會經濟發展相對滯后，耕地非農化、生態風險等問題引發關注。江蘇省作為資源約束型省份，以占全國1.12%的土地資源承載了10.10%的國內生產總值和5.80%的人口，人地矛盾突出、土地利用強度大，蘇南地區人均耕地面積0.035 hm2，突破聯合國糧農組織警戒線0.053 hm2，人口密度高達1 352人/km2，土地利用強度屬中國前列。伴隨著經濟高速發展，江蘇省土地利用結構發生較大轉化，人地系統正面臨資源約束趨緊、生態系統局部退化、三大區域聯動機制尚不完善等諸多問題，故選取江蘇省為案例地，揭示城市土地利用效率與高質量發展交互作用及動態關聯效應，對指導區域高質量發展具有一定代表性。

1.2 指標體系構建

1.2.1 城市土地利用效率評價指標體系 經典生產函數效率評價投入包括資源壓力和環境成本，產出為產品價值或服務價值[16]。以往效率評價指標關注經濟產出卻忽略環境成本，顧及投入要素的負外部性才能全面、系統地評價城市土地利用效率。因此，本文借鑒土地投入—產出框架[17]，投入指標考慮經濟學中的基本生產要素(即土地、資本和勞動力)，選取城鎮建設用地面積衡量土地要素投入、社會固定資產投資總額衡量資本要素投入，二、三產業從業人數反映城市土地利用的勞動力投入；此外，綠色發展作為新舊動能轉換的內核要求，土地利用也應逐步“綠色化”，城市可持續發展過程中不僅要考慮經濟等期望產出最大化，土地開發利用帶給生態環境的非期望產出仍不可忽視[18]，基于此，需將非期望產出納入綜合測度指標，參考文獻[19]并結合模型適用性，集成工業廢水、SO2和煙粉(塵)排放量等非期望產出變量為工業污染綜合指數，以此作為環境成本衡量投入過程的負外部性。城市經濟主要以非農業的二、三產業為主，選取二、三產業增加值等期望產出度量經濟效益。影響因素考慮土地利用效率受社會經濟驅動力和地方政策諸多因素影響[17]，采用地方財政壓力表征地方政策、土地資源稟賦表征地區土地資源承載力、自主創新水平和對外開放程度表征催生高效土地利用模式的驅動力，以此4類因素作為外生變量(表1)。

表1 城市土地利用效率綜合評價指標Table 1 Comprehensive evaluation indexes of urban land use efficiency

1.2.2 高質量發展水平評價指標體系 高質量發展系統復雜、多維，參考文獻[7]對高質量的認知標準，選取“創新、協調、綠色、開放、共享”五大維度量化高質量發展。創新作為發展的首要技術動力，是催化經濟發展、破除傳統低效率固化的內卷動力，由于創新發展是從科技投入到成果產出的過程，借鑒文獻[20]的創新理念，主要選取科技投入及產出、教育水平和生產率等指標；協調發展主要解決發展不平衡問題，重點關注產業結構協調和需求結構協調，產業結構協調參考文獻[21]選取產業結構合理化和高級化等指標，需求結構是城鄉空間在消費、收入、投資等方面的協同，參考文獻[22]選取城鄉收入差距、城鎮化率、消費貢獻率、城鎮居民登記失業率表征；綠色發展重視維育生態水平，主要關注資源消耗、生態改善和污染治理等方面，借鑒文獻[23]選擇9項指標綜合表達；開放擴大了城市資本要素投入，可衡量區域經濟對外開放程度，借鑒文獻[24]從外貿依存度和外商投資企業產值等方面衡量；共享強調以人為本、公平共享，據此將收入分配公正、基本公共服務水平和生活質量等方面納入要素層，參考文獻[22]的共享理念選取8項指標綜合表達。相比以往的高質量發展水平評價指標體系，本研究的指標選取過程淡化總量指標，適度向相對指標傾斜，注重綜合績效評價，為規避多重共線性問題，借助膨脹因子分析法和皮爾遜相關系數檢驗法對指標進行共線性檢驗，最終遴選33個指標(表2)。

表2 高質量發展水平評價指標體系Table 2 Evaluation index system of high-quality development level

1.3 數據來源與處理

研究時段選取江蘇省土地利用變化最快速時段(2005-2019年)，可突出反映土地利用變化的系列效應。評價指標數據來源于《江蘇省統計年鑒》《中國城市統計年鑒》《中國統計年鑒》以及江蘇省各地級市統計年鑒、國民經濟和社會發展統計公報等(2006-2020年)；江蘇省13個地市行政區劃圖來源于“國家地球系統科學數據分享平臺——長江三角洲科學數據中心”，為保證跨度長達15年的時序連貫性，對不同年份的經濟數據以2005年為基期進行不變價處理；部分數據統計口徑不統一時，以高一級別統計機構發布的數據為準。

1.4 研究方法

1.4.1 隨機前沿生產函數模型 隨機前沿模型(SFA)是評價技術效率常用方法之一[26,27]，土地利用在實際生產過程中可能被隨機擾動與技術無效率兩大因素約束，參照Battese等[28]對模型的設定，基于柯布—道格拉斯函數建立土地利用效率函數模型(式(1))，利用極大似然法對式(1)和式(2)估計，可得地級市i第t年的土地利用效率landeit(式(3))。

(1)

(2)

landeit=exp(-Uit)

(3)

1.4.2 耦合協調度模型 耦合協調度可反映多個系統之間的相互作用關系，本研究借鑒魏建飛等[29，30]的耦合協調度模型分析城市土地利用效率系統與高質量發展系統的協調狀況，耦合協調度值越大，代表各系統之間越趨于良性發展。將江蘇省城市土地利用效率與高質量發展耦合協調度劃分為10個協調等級類型和3大協調發展類型，具體分類標準參見文獻[30]。

1.4.3 面板向量自回歸模型 面板向量自回歸(Panel data Vector Auto Regression,PVAR)模型內嵌時序與面板數據雙重優勢，能很好地避免普通回歸模型可能導致的內生性和異方差等問題。通過正交脈沖響應函數分離其他變量與內生變量間的沖擊效應和方差貢獻率，有利于揭示面板數據中內生變量的動態關系，具體數據處理步驟及數理方法詳見文獻[31]。

2 結果分析

2.1 時間演變格局

運用Frontier軟件測算2005-2019年城市土地利用效率(表3)，結果表明：γ值為0.9818，且顯著性較高，說明城市土地利用的技術無效率對誤差貢獻率高達98.18%，模型可靠。從方差參數看，除工業污染綜合指數估計系數不顯著，其他投入指標均顯著，且由產出彈性可知，城市土地利用效率與固定資本、勞動力、創新水平和土地投入等密切相關。

表3 城市土地利用效率隨機前沿方程估計結果Table 3 Estimates of urban land use efficiency by stochastic frontier production function

城市土地利用效率和高質量發展分布狀態具有隨機性和復雜性，是復雜的非線性系統，由量變向質變演進。為規避數據波動誤差，參考文獻[22]，采用3年平均法對研究時段進行切割。核密度估計曲線能明顯捕捉隨機變量的分布特征[32]，借助該方法對數據總體分布特征進行分析，2005-2019年江蘇省城市土地利用效率核密度函數表現出顯著的雙峰分布形式，呈高值和低值集聚態勢(圖1a)。1)波峰形態總體上由陡峭的“M”形轉為扁平狀，且曲線和主峰位置逐漸右推，表明江蘇省城市土地利用效率不斷提升；2)從曲線形狀看，波峰峰高總體降低且由陡峭向扁平演進，表明城市土地利用效率表現出明顯的擴散效應；3)波峰高度在2014年之前呈現明顯的多峰變化，表明城市土地利用效率具有低值顯著收斂和高值輕微收斂之勢，2014年急劇下降，之后漸趨平穩，并未表現出明顯的集聚特征；4)從曲線位置看，核密度函數曲線整體向右推進，說明江蘇省各城市土地利用效率值不斷增大，政府對城市土地利用成效的管控力度愈益深化。

基于綜合評價模型[30]計算江蘇省各地市高質量發展綜合指數值，其核密度函數表現出顯著的高低雙峰分布形式，表明各城市高質量發展水平呈低值和高值集聚之勢(圖1b)。1)波峰形態總體上由陡峭向扁平演進，呈先升再降又升的“N”形，曲線和主峰位置不斷右移，說明江蘇省地級市高質量發展水平不斷提升；2)從曲線形狀可知，波峰峰高總體呈降低趨勢，波峰形態由陡峭向扁平轉化，說明各地市高質量發展水平也表現出明顯的擴散效應，且整個研究期的波峰高度呈多峰變化，說明高質量發展水平出現顯著的低值收斂和輕微的高值收斂特性；3)從曲線位置看，核密度函數曲線整體右移，說明江蘇省各地市高質量發展水平不斷提升，而曲線左側向右縮進且右尾延長度不斷增加，說明各地市高質量發展指數低值區逐漸向中高值區轉化。

圖1 江蘇省城市土地利用效率和高質量發展指數動態演進Fig.1 Dynamic evolution of urban land use efficiency and high-quality development level in Jiangsu Province

2.2 空間分異格局

為揭示江蘇省13個地市的城市土地利用效率和高質量發展水平的空間格局特征，采用自然斷點法(Jenks)將二者劃分為高、較高、中等、較低和低5個等級(圖2)。2005-2019年江蘇省城市土地利用效率整體呈現蘇南>蘇中>蘇北，空間形態呈組團狀，表現出一定的延續性和空間慣性。整體空間格局較穩定，多地市土地利用效率等級未發生明顯變動，無錫和蘇州15年始終為高效率等級，連云港、宿遷和淮安除2014-2016年外均為低效率等級；此外，發生等級變化的地市也僅涉及相鄰2種效率等級，如泰州在2011年前均為較低效率等級，在2011年轉為中等效率等級，徐州也在中等效率和較低效率等級之間轉化。高效率和較高效率區主要集中在蘇錫常地區、南京都市圈核心帶，這些地區是江蘇省最大的“優勢板塊”，注重資源統籌配置，且土地集約利用程度和引進產業的門檻較高，所以其土地產出價值相對較高；較低效率區和低效率區主要集中在蘇中及蘇北地區，該地區多以土地要素投入推動經濟增長，且產業層次不高，故城市土地利用效率較低；中等效率區主要分布在徐州和揚州，徐州有“五省通衢”之稱，受交通軸線廊道功能影響顯著，相較于蘇北其他城市有較大優勢，但其城市土地利用效率仍有較大提升空間。

圖2 江蘇省城市土地利用效率和高質量發展水平的空間格局Fig.2 Spatial pattern of urban land use efficiency and high-quality development level in Jiangsu Province

2005-2019年高質量發展水平空間分異明顯，整體呈蘇南>蘇中>蘇北的空間格局，且相對穩定，多地高質量發展水平等級未發生明顯變動。南京和蘇州始終為高水平等級，連云港和宿遷2011年后均為低水平等級，揚州市始終為中等水平等級，發生等級變化的地市也僅在相鄰等級轉換。高水平和較高水平區主要集中在蘇錫常地區，這些城市是江蘇省最快的增長極，且距離上海較近，極易受其經濟發展涓滴效應影響，而且在一定自然資源和社會要素約束下，蘇南地市由于產業的集聚效應與科技優勢，既提高了資源利用效率，又降低了高能耗帶來的生態環境成本，所以高質量發展水平較高；較低水平區和低水平區主要集中在泰州、鹽城等“長三角”邊緣區城市，受經濟中心的吸引和輻射作用較弱，且這些地區一直以第一產業為主導，工業基礎較弱，資源開發缺乏規模效應，極易受周邊地區虹吸效應影響，且生產技術和管理機制相對落后，致使高質量發展水平低下；中等水平區主要分布在徐州和揚州，揚州作為歷史文化名城，是長江北岸門戶與蘇南蘇北通道，而徐州作為淮海經濟區的中心城市，是華東地區重要的科教、金融、醫療中心，所以其高質量發展水平相對較好。

2.3 城市土地利用效率與高質量發展水平耦合協調度

由圖3可知，江蘇省城市土地利用效率、高質量發展指數和耦合協調度總體均呈上升態勢，表明近年來江蘇省城市土地利用效率與高質量發展成效較顯著。兩大系統的Person相關系數高達0.877(在0.01水平上顯著)，線性擬合方程為：y= 0.9382x-0.0719，擬合精度R2=0.7687，表明江蘇省城市土地利用效率與高質量發展指數顯著相關。從時序變化上看，江蘇省城市土地利用效率與高質量發展指數耦合協調度呈逐年增長之勢(圖3)，從2005年的0.34升至2019年的0.61，2005-2012年經濟高速增長，兩大系統的耦合協調度小于0.5，粗放型經濟增長雖能驅動土地利用效率提高，但生態環境成本較大，導致高質量發展水平與城市土地利用效率的耦合協調水平較低。2013年耦合協調度大于0.5，這得益于“穩增長、促改革、調結構、惠民生”等政策的出臺，促使高質量發展和城市土地利用效率的耦合協調狀態有效提高。

圖3 城市土地利用效率與高質量發展指數耦合協調度Fig.3 Coupling coordination degree of urban land use efficiency and high-quality development level

從空間格局演化看(圖4)，蘇州市于2009年率先邁進協調發展階段，耦合協調度為0.61，進入初級協調行列，2012年南京(耦合協調度為0.61)也進入協調發展階段，2016年無錫耦合協調度高達0.62，成為第三個邁入協調發展階段的城市，2019年鎮江(0.64)和常州(0.61)均進入協調發展階段，而連云港(0.48)、淮安(0.49)和宿遷(0.47)仍在協調過渡階段，位于瀕臨失調等級。分區域看(圖3)，蘇南、蘇中和蘇北城市土地利用效率、高質量發展指數和耦合協調度均平穩遞增。2005-2019年蘇南耦合協調度從0.419增至0.711，2005-2014年處于協調過渡階段，之后步入協調發展階段；蘇中耦合協調度從0.292增至0.557，2005-2009年處于協調衰退階段，之后處于協調過渡階段；蘇北耦合協調度從0.188增至0.492，2005-2012年處于協調衰退階段，之后處于協調過渡階段。耦合協調度整體呈蘇南>蘇中>蘇北之勢，反映了長期以來江蘇省各城市土地利用效率與高質量發展之間同步推進。

圖4 城市土地利用效率與高質量發展耦合協調類型及演變趨勢Fig.4 Types and evolution trend of coupling coordination of urban land use efficiency and high-quality development level

2.4 城市土地利用效率與高質量發展水平交互響應關系

江蘇省各城市土地利用效率與高質量發展水平存在顯著的時空協同演化特征，為此采用計量PVAR模型深入探析二者時空動態交互關系。

2.4.1 面板單位根檢驗 首先對城市土地利用效率與高質量發展指數進行對數化處理，得到lnlande(城市土地利用效率)和lnqua(高質量發展指數)，然后分別對二者進行LLC、ADF-Fisher 和Breitung單位根檢驗，結果顯示：lnlande和lnqua均在1%水平上顯著拒絕原假設，變量數據均為平穩序列。格蘭杰因果檢驗顯示城市土地利用效率與高質量發展指數存在雙向的Granger因果關系，可進一步以面板GMM判斷二者的交互影響與作用方向。

表4 各變量的平穩性檢驗Table 4 Stationarity test of variables

2.4.2 面板VAR模型的GMM估計和脈沖響應分析 參考文獻[33]，綜合判定PVAR 模型的最優滯后階數為1階，參考文獻[34]，分別基于“前向均值差分法”和“截面均值差分法”消除個體固定效應和時點固定效應。對江蘇省各地市的面板數據采用GMM估計(表5)：城市土地利用效率和高質量發展滯后1期對當期的影響顯著為正，彈性系數分別為0.7754和0.7421，說明高質量發展和城市土地利用效率均存在時間累積效應，無論是國土空間用途管制還是高質量發展戰略，均應著眼長期，提升空間治理能力，對兩大系統科學統籌規劃，提升其正向累積效應。高質量發展滯后1期對城市土地利用效率當期的影響也顯著為正，彈性系數為0.0606，表明高質量發展改善有助于提高城市土地利用效率。

表5 基于GMM的PVAR模型估計Table 5 PVAR model estimation results based on GMM

在1 000次Monte-Carlo模擬基礎上，繪制城市土地利用效率與高質量發展水平的脈沖響應曲線(圖5)。可以看出，城市土地利用效率對其自身的沖擊響應在第1期便呈現出顯著的正向效應且居于峰值，隨著時間推移影響漸趨弱化，并在第20期時收斂趨于0。對于1個標準差的高質量發展水平，城市土地利用效率于第1期時便呈現出顯著的正向脈沖反應，在第4期正向影響程度到達峰值，第5～20期正向影響程度漸趨弱化并逐步收斂為0。整體看，高質量發展對城市土地利用效率的沖擊表現為“倒U形”的正向累積效應。城市土地利用效率滯后1期對高質量發展的影響為正向促進作用，但未通過顯著性檢驗，表明城市土地利用效率的提高可能在一定程度上會增加單位產值耗能，對高質量發展系統產生脅迫效應。綜上，城市土地利用效率同時受自身系統內部結構和高質量發展系統的雙重影響，而高質量發展水平主要受自身系統內部結構影響較大，可能由于城市土地利用效率的提高在一定程度上會增加單位產值耗能而加大環境成本，對高質量發展系統產生脅迫效應。

圖5 脈沖響應分析結果Fig.5 Impulse response analysis results

2.4.3 預測方差分解 運用方差分解模型揭示各變量沖擊影響的累計貢獻度，結果(表6)顯示，城市土地利用效率和高質量發展均受自身結構沖擊影響且呈逐年下降趨勢。第1～20期，二者由自身貢獻率的100%和97.1%分別減至97.1%和86.1%。兩大系統對彼此的貢獻度均呈逐步增加態勢，但高質量發展對城市土地利用效率的促進作用更大，故因地制宜地推動高質量發展勢在必行，通過提升高質量發展水平倒逼城市土地利用效率提高。

表6 基于PVAR模型估計的方差分解結果Table 6 Variance decomposition results estimated based on PVAR model

3 結論與討論

本文以江蘇省為例，分別測度了城市土地利用效率與高質量發展水平，在揭示兩大系統協調效應的基礎上，采用計量PVAR模型進一步探析其動態交互關系。主要結論如下：1)2005-2019年江蘇省各地市高質量發展水平和城市土地利用效率總體向好，呈協同遞增式演變，且在時間尺度上具有鎖定效應；高質量發展演化趨勢與城市土地利用效率分異格局高度相似，高值區和較高值區主要集中在蘇錫常地區和南京都市圈核心帶，較低值區和低值區集中在蘇中及蘇北地區，整體呈蘇南>蘇中>蘇北空間態勢。2)江蘇省城市土地利用效率與高質量發展水平耦合協調度逐年增長，協調效應逐漸由弱轉強；從空間格局演化看，蘇州市率先于2009年進入協調發展階段，南京和無錫分別于2012年和2016年進入協調發展階段，連云港、淮安和宿遷仍在協調過渡階段，處于瀕臨失調等級；蘇南、蘇北和蘇中地區耦合協調度逐年增長，大致呈蘇南>蘇中>蘇北之勢。3)江蘇省城市土地利用效率和高質量發展存在交互響應關系，城市土地利用效率同時受自身系統內部結構和高質量發展系統的雙重影響，而高質量發展水平受自身系統內部結構影響較大。高質量發展對城市土地利用效率的沖擊為“倒U形”正向累積作用，高質量發展政策的實施對城市土地利用效率提升產生一定倒逼效應；而城市土地利用效率對高質量發展的正向促進作用未通過顯著性檢驗，可能由于城市土地利用效率的提高會增加單位產值耗能，對高質量發展系統產生脅迫效應。

本研究認為高質量發展過程是在土地利用系統的支撐與約束作用下的有序演進，對土地利用系統會產生強烈干預，是其結構演化的重要推力。江蘇省兩大系統的演化格局均呈蘇南>蘇中>蘇北趨勢，蘇南和蘇中地區通過極化效應過度集聚資源，導致蘇北中心城市對腹地的擴散效應受到抑制[35]。基于此，未來江蘇省需根據區域差異，建立內外協同發展機制。對于耦合協調度較低的蘇北地區，其作為都市圈外圈層，核心城市經濟過度分散，應集聚周圍的生產要素，發展優勢產業，同時根據生產要素條件積極引進外資，進行嚴格的環境管控以達到清潔生產，改善蘇北地區的高質量發展水平。對于耦合協調度較高的蘇南地區，應充分利用自身資源，發揮高新產業集群的溢出效應和規模效應，依托科技創新助推城市土地利用與經濟高質量發展的良性共振，增強中心城市的輻射能力，從而縮小區域發展差距，逐漸改變“南北分異”的局面。

本研究不足之處在于：1)雖然驗證了城市土地利用效率與高質量發展水平存在交互響應關系，但未深入挖掘其內在的影響機理，今后需進一步探究二者耦合協調的影響因素；2)對城市土地利用效率的測度未納入自然因素的影響，今后應立足區域差異，兼顧人文與自然雙重約束，進一步探索效率提升機制；3)高質量發展評價體系有待進一步完善，未來有望結合遙感數據反演等拓寬數據來源，健全指標體系。