鄧坤粼,曹文亞,潘洪義

(四川師范大學 a.西南土地評價與監(jiān)測教育部重點實驗室;b.地理與資源科學學院,四川 成都 610066)

1 引言

近年來,我國工業(yè)化進程加速,國民經(jīng)濟進入了穩(wěn)步增長階段[1]。隨著城鎮(zhèn)化的快速推進,城鎮(zhèn)用地的快速擴張已成為我國現(xiàn)階段土地利用的重要特征[2]。城市經(jīng)濟是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要載體,對城市的各方面有著重要的影響[3]。然而,近年來我國城鎮(zhèn)化發(fā)展表現(xiàn)出“土地城鎮(zhèn)化”大大超過了“人口城鎮(zhèn)化”[4]。城市建設(shè)用地的快速擴張占用了大量的非建設(shè)用地,而人口城鎮(zhèn)化的增速小于土地城鎮(zhèn)化的增速。促進城市建設(shè)用地集約節(jié)約利用,優(yōu)化城市建設(shè)用地利用結(jié)構(gòu),提高城市建設(shè)用地利用效率,是推動國家城鎮(zhèn)化進程中亟需解決的重要問題,也是我國實現(xiàn)城市建設(shè)用地合理與可持續(xù)利用的重要途徑[5]。

目前國內(nèi)對用地效率研究的主要有:喬偉峰等利用江蘇省南京市兩期三維城市數(shù)字重建成果和地類變化轉(zhuǎn)移矩陣,多角度、全方位視角研究了城市用地類型和用地強度的演變規(guī)律[6];李昶基于主成分分析、相關(guān)性分析和逐步回歸分析等方法,分析了我國特大城市的建設(shè)用地變化特征,提出了合理發(fā)展的政策性建議[7];匡兵等基于洛倫茨曲線和偏移份額分析法,分析了湖北省武漢城市群城市用地結(jié)構(gòu)的時序演變特征和空間配置差異,結(jié)合推拉理論和多元線性回歸模型探討了城市群用地結(jié)構(gòu)變化的內(nèi)在機理[8]。

本文對四川省城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)變化和城市建設(shè)用地利用效率進行了測度,研究城市建設(shè)用地的時間變化與空間分異特征,同時基于STIRPAT模型探討城市建設(shè)用地占比結(jié)構(gòu)對用地效率的影響特征。結(jié)合四川各城市用地的實際情況,以期為四川省城市建設(shè)用地的合理利用與規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持和理論支撐。

2 研究區(qū)域與研究方法

2.1 研究區(qū)域

四川省位于97°21′—108°31′E、26°03′—34°19′N之間,地形復雜多樣,東部為盆地與丘陵,海拔在3000m以下,西部為高原和山地,海拔多在4000m以上,地勢西高東低的特點尤為明顯。轄區(qū)面積48.6萬km2,占全國土地總面積的5.1%,居全國第五位,僅次于新疆維吾爾自治區(qū)、西藏自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū)和青海省。

2.2 研究方法

信息熵模型:假設(shè)一個城市的各類城市建設(shè)用地總面積為S,各類城市建設(shè)用地的面積為Si(i=1,2,3,…,k),則各類城市建設(shè)用地面積占總面積的比重為Pi=Si/S。根據(jù)信息熵原理,可定義城市建設(shè)用地利用結(jié)構(gòu)信息熵[9]:

(1)

(2)

E=1-J

(3)

式中,H為信息熵(采用自然對數(shù)單位Nat),信息熵的大小表征城市內(nèi)部建設(shè)用地利用類型的多少、規(guī)模和有序程度;E為優(yōu)勢度,表示城市建設(shè)用地利用的集中程度,反映城市內(nèi)一種或幾種有優(yōu)勢的用地類型對城市的主導與支配程度;J為城市建設(shè)用地利用結(jié)構(gòu)的均衡度,是實際信息熵值與最大信息熵值的比值。

偏移—份額模型(份額量)為:

(4)

R=(Ut-U0)/U0

(5)

結(jié)構(gòu)性偏移量:

(6)

(7)

競爭性偏移量:

(8)

(9)

偏移份額比=(IMij+RSij)/NSij

(10)

包含非期望產(chǎn)出的超效率SBM模型:本文主要采用包含非期望產(chǎn)出的超效率SBM模型[10],對四川省2002—2016年城市建設(shè)用地效率進行測度,計算公式為:

(11)

λj>0，j=1,…,n,j≠0

STIRPAT模型:STIRPAT模型是由IPAT環(huán)境壓力模型演變而來,用來表征人文因素對環(huán)境壓力的影響,為非線性多變量隨機模型,標準形式[11]為:

I=aPbAcTde

(12)

式中,I為環(huán)境壓力;P,A,T分別為人口數(shù)量、富裕度和技術(shù)因素;b,c,d分別為人口數(shù)量、富裕度和技術(shù)因素的彈性指數(shù);a為模型系數(shù);e為模型誤差項。

借鑒STIRPAT模型的標準形式,構(gòu)建定量分析城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)對用地效率影響的擴展模型:

(13)

式中,TE為城市建設(shè)用地利用綜合技術(shù)效率;P為市轄區(qū)非農(nóng)業(yè)人口;A為人均GDP;Dij為各類城市建設(shè)用地百分比;i為年份;j為城市建設(shè)用地類型。

為便于實際分析,常將非線性問題轉(zhuǎn)化為線性問題,對模型兩邊同時取自然對數(shù)得到:

lnTE=lna+blnPi+clnAi+?ijlnDij+lne

(14)

當其他因素不變時,各類城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)占比每變化1%,綜合技術(shù)效率將隨之變化?ij%。

2.3 數(shù)據(jù)來源及指標選取

本文研究對象包括四川省的18個地級城市。由于甘孜州、涼山州和阿壩州的數(shù)據(jù)缺失,因此將這3個地區(qū)定為非研究區(qū)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)利用數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)(表1)。城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)利用數(shù)據(jù)來源于2002—2016年的《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》,包括城市建設(shè)用地總面積以及居住用地、工業(yè)用地、倉儲用地、綠地等各類城市建設(shè)用地面積;社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于2003—2017年的《中國城市統(tǒng)計年鑒》和《四川統(tǒng)計年鑒》,部分經(jīng)濟數(shù)據(jù)根據(jù)各城市統(tǒng)計年鑒和國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報整理補充完善;四川省空間數(shù)據(jù)由1∶400萬國家基礎(chǔ)信息系統(tǒng)網(wǎng)站中的四川省縣級行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)處理得到。此外,本文的城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)均為各城市的市轄區(qū)數(shù)據(jù)。

表1 城市建設(shè)用地效率評價指標體系

注:數(shù)據(jù)來源于2002—2016年《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》、《中國城市統(tǒng)計年鑒》、《四川省統(tǒng)計年鑒》和各城市的統(tǒng)計年鑒。

3 結(jié)果分析

3.1 城市建設(shè)用地利用結(jié)構(gòu)時空變化分析

從時間維度分析:隨著時間的推進,四川省內(nèi)部各城市建設(shè)用地利用結(jié)構(gòu)信息熵、均衡度和優(yōu)勢度演變有所不同。從測算結(jié)果可知:成都市、自貢市、瀘州市等10個城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)信息熵和均衡度表現(xiàn)為波動上升且相對穩(wěn)定的趨勢,各市建設(shè)用地利用結(jié)構(gòu)有序性降低,各類型城市建設(shè)用地面積的差距在縮小,結(jié)構(gòu)日益完善,變化趨勢見圖1a。德陽市、綿陽市、內(nèi)江市、樂山市、南充市、廣安市、達州市和巴中市8個城市的建設(shè)用地結(jié)構(gòu)信息熵值總體為波動下降的趨勢,各城市建設(shè)用地利用結(jié)構(gòu)有序性增強,單一或幾種用地類型優(yōu)勢明顯(圖1b)。

圖1 2002—2016年四川省各市建設(shè)用地信息熵波動圖

空間維度分析:由表2可知,四川省各市的增長性結(jié)構(gòu)從衰退性結(jié)構(gòu)中吸納了133.52km2的城市建設(shè)用地。其中,工業(yè)用地的貢獻量最大,占轉(zhuǎn)移量的65.88%;其次依次為倉儲用地、居住用地、市政公用設(shè)施用地和道路交通設(shè)施用地,貢獻量分別為12.57%、10.47%、7.67%和3.41%。從地類上看,這部分偏移量分配給增長性建設(shè)用地的公共設(shè)施用地和綠地,各自占比分別為39.03%和60.97%。從空間分布上看,這部分偏移量大部分分配在成都市、綿陽市和南充市,雅安市和資陽市的分配額較小。

從表3可見,空間布局上自貢市、南充市和達州市的偏移份額比均為正值,表明城市建設(shè)用地偏移量主要是補給效應(yīng),城市建設(shè)用地需求高;成都市、攀枝花市、瀘州市、綿陽市、內(nèi)江市、宜賓市、雅安市、巴中市和資陽市的偏移份額比中正值多于負值,說明城市建設(shè)用地偏移量以補給效應(yīng)為主,城市建設(shè)用地增長明顯;德陽市、廣元市、遂寧市、樂山市、眉山市和廣安市的偏移份額比中多為負值,說明城市建設(shè)用地偏移量以擠出效應(yīng)為主,主要體現(xiàn)在居住用地和公共設(shè)施用地兩種城市建設(shè)用地類型。

表3 四川省各城市建設(shè)用地偏移份額比

3.2 城市建設(shè)用地利用效率時空分析

時序分析:本文借助MaxDEA軟件計算2002—2016年四川省18個研究城市的建設(shè)用地利用效率,測算結(jié)果包括綜合技術(shù)效率、純技術(shù)效率和規(guī)模效率。結(jié)果表明,四川省各城市建設(shè)用地效率在投入水平、城市管理等方面均表現(xiàn)為異質(zhì)性。①綜合技術(shù)效率方面,各城市表現(xiàn)為波動上升趨勢,且在全省平均綜合技術(shù)效率方面呈上下波動;2002—2006年綜合技術(shù)效率表現(xiàn)為全省>各市;2006—2013年綜合技術(shù)效率表現(xiàn)為各市>全省;2013—2016年效率值又回到全省>各市,說明行政區(qū)劃級別的不同,城市在用地發(fā)展、城市集聚效益與管理水平上呈現(xiàn)較大的差異。②純技術(shù)效率方面,各城市同樣表現(xiàn)為波動上升趨勢,2002—2006年的純技術(shù)效率表現(xiàn)為全省>各市;2006—2013年純技術(shù)效率表現(xiàn)為全省>各市;2013—2016年效率值又回復到全省>各市。變動幅度方面,城市變化幅度(0.246)高于四川省的平均水平(0.193),但總體變化幅度有限。③規(guī)模效率方面,同樣表現(xiàn)為波動上升趨勢,除個別年份外,規(guī)模效率基本上表現(xiàn)為各市>全省。

圖2 2016年四川省各城市建設(shè)用地利用效率

空間分析:綜合技術(shù)效率受純技術(shù)效率和規(guī)模效率的共同影響,表現(xiàn)為綜合技術(shù)效率=純技術(shù)效率×規(guī)模效率,兩種效率共同作用于綜合技術(shù)效率。2016年四川省城市建設(shè)用地利用綜合技術(shù)效率為0.828,尚未達到效率有效狀態(tài),要素投入—產(chǎn)出水平還有較大的提升空間,合理配置資源,實現(xiàn)效率的最優(yōu)產(chǎn)出。就各市綜合效率而言,2016年各城市間的城市建設(shè)用地效率存在較大的差異,巴中市的綜合技術(shù)效率最高為1.207,最低的宜賓市為0.329,最大效率值是最小效率值的3.67倍。因此,將18個城市大致分為(圖2):①TE>1,包括成都市、自貢市、攀枝花市、德陽市、綿陽市、廣元市、遂寧市、南充市、達州市、雅安市和巴中市。其中,巴中市綜合技術(shù)效率值最高,2016年地區(qū)生產(chǎn)總值比上年增長了7.8%,三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)占比為16.5∶46.6∶36.9,依靠第二、三產(chǎn)業(yè)帶動經(jīng)濟發(fā)展,同時位于秦巴山區(qū),在國家精準扶貧政策支持下,達到城市建設(shè)用地利用的高效狀態(tài),實現(xiàn)投入—產(chǎn)出的優(yōu)化配置,投入—產(chǎn)出的松弛量基本上達到最優(yōu)。②1≥TE≥0.4,包括樂山市、廣安市和資陽市3個城市,其綜合技術(shù)效率值未達到效率有效狀態(tài),效率值在0.5上下浮動,說明城市建設(shè)用地的投入要素與最優(yōu)的產(chǎn)出效率之間還存在一定差距,需要提高資源配置水平。在包含非期望產(chǎn)出的測算下,資陽市2016年的非期望產(chǎn)出比2015年有所增加,經(jīng)濟發(fā)展所帶來的環(huán)境負效應(yīng)較明顯。③0.4>TE,主要包括瀘州市、內(nèi)江市、眉山市和宜賓市,其綜合技術(shù)效率值低于0.4,處于低效狀態(tài),這4個城市的三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)均為“二三一”型,說明經(jīng)濟發(fā)展主要依靠第二產(chǎn)業(yè)的拉動作用,產(chǎn)生的環(huán)境負效應(yīng)較大。瀘州市為4個城市中綜合技術(shù)效率較高的城市,地處川南經(jīng)濟片區(qū),城鎮(zhèn)化率為47.5%,市內(nèi)布局有重化工業(yè)、釀酒等企業(yè),污染物排放量較多,技術(shù)水平有待提高,綜合效率低下。

3.3 建設(shè)用地結(jié)構(gòu)對用地效率的影響分析

基于模型的構(gòu)建原理,各類型城市建設(shè)用地占比結(jié)構(gòu)為自變量,城市建設(shè)用地利用綜合效率為因變量。首先對四川省城市整體樣本進行回歸估計,模型指標數(shù)據(jù)的得分系數(shù)見表4。

表4 城市建設(shè)用地效率指標數(shù)據(jù)主成分得分系數(shù)

由主成分得分系數(shù)可得綜合變量:

F1=0.863lnP+0.921lnA-0.386lnD1+0.786lnD2-0.887lnD3-0.721lnD4-0.698lnD5+0.507lnD6+0.923lnD7

(15)

F2=0.444lnP+0.306lnA+0.729lnD1-0.479lnD2-0.241lnD3-0.45lnD4+0.606lnD5-0.708lnD6+0.262lnD7

(16)

再將用地綜合效率與綜合變量通過最小二乘法進行回歸,回歸方程調(diào)整R2=0.745,顯著性值為0.000均小于0.05,說明模型擬合較好(表5)。

表5 綜合變量模型系數(shù)

用地效率與綜合變量的關(guān)系式為:

lnTE=0.129F1+0.113F2-3.35

(17)

由式(15)—(17)可得用地效率與用地結(jié)構(gòu)的擴展STIRPAT模型:

lnTE=0.1615lnP+0.1534lnA+0.0326lnD1+0.0468lnD2-0.1417lnD3-0.1439lnD4-0.0204lnD5-0.0146lnD6+0.1487lnD7-3.35

(18)

式中,D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7分別為居住用地、公共設(shè)施用地、工業(yè)用地、倉儲用地、道路交通設(shè)施用地、市政公用設(shè)施用地和綠地的用地占比。

由上式可知,D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7每變化1%,用地效率將會分別發(fā)生0.0326%、0.0468%、-0.1417%、-0.1439%、-0.0204%、-0.0146%和0.1487%的變化。城市建設(shè)用地效率與居住用地、公共設(shè)施用地和綠地呈現(xiàn)正相關(guān)性,影響程度為綠地>公共設(shè)施用地>居住用地;工業(yè)用地、倉儲用地、道路交通設(shè)施用地和市政公用設(shè)施用地呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系,影響程度表現(xiàn)為倉儲用地>工業(yè)用地>道路交通設(shè)施用地>市政公用設(shè)施用地。

由于各市所處的地理位置、經(jīng)濟發(fā)展水平和城市管理等方面存在差異性,因此用地結(jié)構(gòu)對用地效率的影響特征也有差異?；赟TIRPAT模型回歸分析方法,得到城市建設(shè)用地占比結(jié)構(gòu)對用地綜合效率的模型估計結(jié)果,四川省18個城市的綜合變量與綜合效率回歸所得的調(diào)整R2均大于0.7,顯著性值均小于5%,說明各城市的模型擬合均較好,模型估計結(jié)果見表6。

表6 城市STIRPAT模型估計結(jié)果

就用地結(jié)構(gòu)對用地效率的正向影響來看,成都市主要受公共設(shè)施用地和綠地的影響較大,公共設(shè)施用地增加主要表現(xiàn)為商業(yè)和服務(wù)業(yè)用地增加,經(jīng)濟產(chǎn)出直接作用于用地類型上,可明顯提高用地效率;綠地具有美化城市、改善生活環(huán)境的功能,能提升居住環(huán)境。自貢市、德陽市和遂寧市主要受道路交通設(shè)施用地和工業(yè)用地的影響較大,道路交通設(shè)施用地增加,能為勞動力出行提供方便,降低通勤時間,也為企業(yè)的原材料運輸和產(chǎn)品輸出提供完善便捷的運輸通道,降低運輸成本;工業(yè)用地同公共設(shè)施用地類似,經(jīng)濟效益增加直接影響城市用地效率提高。攀枝花市、樂山市、雅安市和資陽市受公共設(shè)施用地和市政公用設(shè)施用地的影響較大,市政公用設(shè)施用地增加,一定程度上對勞動力就業(yè)及其子女的讀書、各類產(chǎn)業(yè)的發(fā)展等提供了相應(yīng)的保證,對提高用地效率具有一定的保障作用。綠地對瀘州市具有明顯的正向影響作用,對瀘州城市綠化率的提高有積極作用。內(nèi)江市、宜賓市主要受居住用地和倉儲用地的影響較大,居住用地增加,能為勞動力提供較好的居住環(huán)境,減少住房開支,同時能帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,達到提高城市用地效率的目標;倉儲用地增加,為工業(yè)、服務(wù)業(yè)等行業(yè)發(fā)展提供了相對便捷的服務(wù),間接推動城市建設(shè)用地效率提高。市政公用設(shè)施用地、工業(yè)用地對綿陽市、眉山市用地效率的提高具有正向作用;道路交通設(shè)施用地和公共設(shè)施用地對廣元市的影響較大;南充市受居住用地、道路交通設(shè)施用地的影響較大;廣安市受工業(yè)用地和居住用地的影響較大;居住用地對達州市的影響較大;市政公用設(shè)施用地、綠地對巴中市的影響較大。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

研究結(jié)論主要為:①從城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)時間維度看,四川省各市建設(shè)用地利用結(jié)構(gòu)信息熵變化具有波動性,表現(xiàn)出“緩慢上升—緩慢下降—快速上升—緩慢下降—快速下降—快速上升”的過程,用地結(jié)構(gòu)為“相對穩(wěn)定—有序—無序—相對穩(wěn)定—有序—無序”的變化過程,用地結(jié)構(gòu)有序性降低,多樣性提升;就各城市內(nèi)部而言,各城市用地結(jié)構(gòu)信息熵表現(xiàn)為波動上升和波動下降的趨勢特征。②從城市建設(shè)用地效率看,三大效率值均呈“波動上升”趨勢,且表現(xiàn)為規(guī)模效率>純技術(shù)效率>綜合技術(shù)效率,規(guī)模效率對綜合技術(shù)效率的貢獻度較大,而純技術(shù)效率對綜合技術(shù)效率的影響度更大。各市三大用地效率值均呈波動上升,且在全省平均水平上下波動;就城市內(nèi)部而言,有50%的城市用地效率達到有效狀態(tài),少數(shù)城市處于效率低下狀態(tài),需要合理配置資源投入,提升用地效率。③通過探究各城市建設(shè)用地占比結(jié)構(gòu)對用地效率的影響特征,發(fā)現(xiàn)各城市用地占比結(jié)構(gòu)對用地效率的影響作用各有不同。生活用地是影響城市建設(shè)用地利用綜合效率提升的主要因素;生產(chǎn)用地是影響城市建設(shè)用地利用綜合效率提升的直接因素;生態(tài)用地是影響城市建設(shè)用地利用綜合效率提升不可或缺的因素。各城市內(nèi)部建設(shè)用地結(jié)構(gòu)相互影響、相互制約所形成的作用合力,共同影響用地效率的提升;公共設(shè)施用地和工業(yè)用地、倉儲用地可直接產(chǎn)生經(jīng)濟效率,效率提升明顯,而居住用地、道路交通設(shè)施用地、市政公用設(shè)施用地和綠地不能直接產(chǎn)生經(jīng)濟效益,需要通過一定的傳導作用才能產(chǎn)生經(jīng)濟效益,但卻是城市發(fā)展和用地效率提升不可缺少的用地結(jié)構(gòu)類型,需要合理配置各類城市用地,優(yōu)化城市建設(shè)用地供應(yīng)結(jié)構(gòu),達到效率提高的目的。

4.2 討論

本文基于城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)和用地效率的測度,探討了四川省城市建設(shè)用地結(jié)構(gòu)對用地效率的影響特征,但仍存在一些不足,有待后續(xù)改進。在研究用地占比結(jié)構(gòu)對用地效率的影響特征時,為了保證前后年份數(shù)據(jù)的可比性,將城市建設(shè)用地按一定原則做了歸并處理,這種處理為使連續(xù)年份具有可比性,得出的結(jié)果較為籠統(tǒng),不能細分表示用地占比結(jié)構(gòu)對效率的影響特征,今后需要進一步分階段的深入研究。