薛建春

（內(nèi)蒙古科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

城市土地資源與水資源是城市建設(shè)、人類活動的必需資源，同時(shí)，土地資源還是人類生產(chǎn)、生活，甚至生態(tài)建設(shè)的載體，兩種資源的利用效率一直是眾多學(xué)者們關(guān)注的焦點(diǎn)，相關(guān)研究成果也比較豐碩，測度指標(biāo)從單因素指標(biāo)發(fā)展為包含多因素的綜合評價(jià)法[1-2]、隨機(jī)前沿分析法[3]等，隨著生態(tài)文明建設(shè)與可持續(xù)、系統(tǒng)論思想的推進(jìn)，采用多投入多產(chǎn)出的非參數(shù)估計(jì)方法——數(shù)據(jù)包絡(luò)法（data envelopment method，DEA）成為資源利用效率測度的主流，DEA 方法具有無需假設(shè)權(quán)重、無需統(tǒng)一指標(biāo)單位、可以實(shí)現(xiàn)多投入多產(chǎn)出等優(yōu)點(diǎn)；而且數(shù)據(jù)包絡(luò)模型的產(chǎn)出指標(biāo)也可以不局限于期望的正向產(chǎn)出，資源利用過程中影響生態(tài)效益的碳排放、廢棄物等非期望產(chǎn)出也可以納入評價(jià)體系中。DEA 方法包含多種測度模型，王文剛等[4]應(yīng)用超效率DEA 模型測算了京津冀地區(qū)地級以上城市的土地利用效率并進(jìn)行了動態(tài)分析；李菁等[5]、李長健等[6]將非期望產(chǎn)出引入非徑向（SBM）模型中，分析了中國31 個(gè)省份和長江中游城市群的城市土地利用效率時(shí)空格局及動態(tài)演進(jìn)；劉華軍等[7]利用非期望產(chǎn)出MinDS 模型測度并分析了黃河流域用水效率及其空間格局；張黎鳴等[8]將Shannon 熵與DEA 結(jié)合測算了資源型城市的水資源利用效率，并分析了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對水資源利用效率的影響。關(guān)于水、土資源利用的研究地域涵蓋全國層面、區(qū)域?qū)用鎇9]、城市群[10]、省域、市域甚至縣域?，F(xiàn)有研究普遍認(rèn)為，無論土地資源還是水資源利用效率普遍存在時(shí)間序列上的增長態(tài)勢，但是總體水平相對偏低，而且個(gè)別研究區(qū)域內(nèi)存在收斂性與空間正相關(guān)特性[11-12]。此外，資源利用效率的影響因素研究也是關(guān)注的重點(diǎn)，無論土地資源利用效率還是水資源利用效率，學(xué)者們主要從社會發(fā)展、經(jīng)濟(jì)增長、人口增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、土地結(jié)構(gòu)、城鎮(zhèn)化、科技進(jìn)步等方面進(jìn)行影響因素分析，且因研究地域不同產(chǎn)生不同影響效果[13-14]。

水、土資源利用效率相關(guān)的文獻(xiàn)，主要集中在一種資源效率的測度與分析，事實(shí)上，城市土地資源與水資源利用密不可分，而且兩者之間的利用可能成為一種相互制約或者相互促進(jìn)的關(guān)系。岳思羽等[15]分析了渭河流域氣候和土地利用變化對水資源短缺的影響效應(yīng)；張玉珊等[16]分析了赤水河流域生態(tài)水文過程對土地利用/覆被變化的影響效應(yīng)；華堅(jiān)等[17]測度并研究了黃河流域9 省水土資源對糧食生產(chǎn)的阻尼效應(yīng)；朱麗娟等[18]分析了我國31 個(gè)省份土地資源與水資源利用效率的耦合協(xié)調(diào)性與時(shí)空分異特征。這些研究都充分體現(xiàn)了土地資源與水資源利用的相關(guān)性，為本文研究提供了理論依據(jù)。但是，目前關(guān)于水土資源利用效率相關(guān)研究還存在不足：一是當(dāng)前研究主要關(guān)注水土資源數(shù)量、質(zhì)量之間的影響關(guān)系，或者是利用過程中的實(shí)際影響效應(yīng)，缺乏兩種資源利用效率之間的相關(guān)性研究；二是當(dāng)前關(guān)于土地資源利用效率與水資源利用效率耦合協(xié)調(diào)關(guān)系的時(shí)空演變與空間效應(yīng)很少被提及，空間關(guān)系中的溢出效應(yīng)也經(jīng)常被忽略，與現(xiàn)實(shí)情況不相符?；诖?，本文以黃河流域9省69 個(gè)城市為研究對象，采用Windows-DEA 模型測度城市土地資源利用效率與水資源利用效率，挖掘規(guī)模效率與純技術(shù)效率對不同資源利用綜合效率的影響，進(jìn)一步借助耦合協(xié)調(diào)模型與空間計(jì)量工具分析兩種資源利用效率耦合協(xié)調(diào)度的空間相關(guān)性與空間影響效應(yīng)?？赡艿倪呺H貢獻(xiàn)為：明晰水土資源相對貧瘠的黃河流域城市土地資源利用效率與水資源利用效率時(shí)空演變特征，分析水土資源協(xié)同利用的空間相關(guān)性與空間溢出效應(yīng)，為黃河流域水土資源差異化開發(fā)利用戰(zhàn)略提供決策依據(jù)。

1 城市水土資源利用協(xié)調(diào)機(jī)理

作為城市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的兩大基礎(chǔ)資源，土地資源按照利用現(xiàn)狀進(jìn)行分類，可以分為耕地、林地、草地、園地、建設(shè)用地、未利用土地等，不同形態(tài)的土地參與生產(chǎn)、生活與生態(tài)系統(tǒng)的利用程度不同；而水資源根據(jù)需求類型劃分，也可以分別應(yīng)用于生產(chǎn)系統(tǒng)、生活系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)中，同時(shí)，受不同社會因素與經(jīng)濟(jì)因素影響，“三生”空間內(nèi)土地資源與水資源利用的耦合協(xié)調(diào)機(jī)理也不同（圖1）。

土地資源可以作為載體，為水資源提供存儲、加工和運(yùn)輸活動[19]，同時(shí)，水文循環(huán)過程與形式的變化也會與土地利用/覆被變化[20-21]形成相互影響作用，一個(gè)地區(qū)的水資源數(shù)量與質(zhì)量直接制約著土地系統(tǒng)的開發(fā)與利用，影響城市土地利用的空間規(guī)劃與利用效率。一方面，水的自然屬性使得它不僅是生活系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)的生命源泉，同時(shí)也為生產(chǎn)系統(tǒng)提供了生產(chǎn)資源，但是受到社會環(huán)境與經(jīng)濟(jì)環(huán)境影響，生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生了可以污染水質(zhì)與土質(zhì)的有害物質(zhì)，以及生活系統(tǒng)中的廢棄物等，都會依賴生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行消納，形成水土資源在三生系統(tǒng)中的物質(zhì)流與能量流轉(zhuǎn)換。另一方面，土地的自然屬性與社會屬性使得在“三生”空間中土地資源被區(qū)別利用，不同類型的土地利用在生態(tài)系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)與生活系統(tǒng)中與水資源利用發(fā)生協(xié)同作用，因此，水土資源利用效率的耦合協(xié)調(diào)是“三生”空間各子系統(tǒng)協(xié)同運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是城市社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)、生態(tài)文明建設(shè)在資源配置、資源平衡、資源優(yōu)化過程中的合理統(tǒng)籌。

2 模型構(gòu)建與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究區(qū)概況

黃河流域自西向東流經(jīng)青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南、山東9 個(gè)省份69 個(gè)城市，受干旱、半干旱溫帶季風(fēng)氣候影響，黃河流域一年四季雨水較少，且主要集中在夏、秋季，整個(gè)流域地形自西向東依次為青藏高原、內(nèi)蒙古高原、黃土高原、華北平原，地勢落差4 000 多米，流域內(nèi)有限的水資源與干旱的土地特征導(dǎo)致沿途城市生態(tài)治理、經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在較大差異。2020 年69 個(gè)城市的GDP 總量為133 754.40 億元，常住人口21 684 萬人，貧瘠的土地資源與有限的水資源成為城市產(chǎn)業(yè)發(fā)展、城鎮(zhèn)建設(shè)、生態(tài)屏障建設(shè)的瓶頸。

2.2 土地和水資源利用效率測度

由于土地和水是城市的基礎(chǔ)性資源，無論生產(chǎn)、生活還是生態(tài)建設(shè)，水、土資源不僅要滿足節(jié)約集約利用特征，更要符合可持續(xù)發(fā)展要求，因此，本文選取投入導(dǎo)向的超效率Windows-DEA 模型測度黃河流域土地/水資源利用效率。超效率模型可以更容易區(qū)分資源利用有效城市的效率值大小，窗口寬度設(shè)置為12，等同于研究時(shí)期內(nèi)所有城市（DMU）匯總成一個(gè)總參考集，然后所有城市均以此為參考集進(jìn)行測算，相當(dāng)于形成一個(gè)黃河流域城市群作為全局參比對象測算各城市的相對效率值。

城市“三生”空間中，為了將資源利用與生態(tài)文明理念置入，體現(xiàn)黃河流域資源節(jié)約、綠色低碳的發(fā)展模式，并考慮數(shù)據(jù)的完整性與可獲取性，構(gòu)建土地資源利用效率和水資源利用效率的投入產(chǎn)出指標(biāo)體系如表1 所示。指標(biāo)選取依據(jù)古典經(jīng)濟(jì)理論，分別從資源投入、人力投入、資金投入或者技術(shù)投入角度設(shè)定，其中，建設(shè)用地面積是城市內(nèi)城鎮(zhèn)村及工礦用地+交通運(yùn)輸用地總面積，城市供水量主要是生產(chǎn)運(yùn)營用水+公共服務(wù)用水+居民家庭用水總量，固定資產(chǎn)投資強(qiáng)度用全市固定資產(chǎn)投資總額與城市行政區(qū)劃面積表示；產(chǎn)出指標(biāo)分為期望產(chǎn)出與非期望產(chǎn)出，期望產(chǎn)出以生產(chǎn)總值表示，土地碳排放量與污水排放量分別是土地資源利用效率和水資源利用效率的非期望產(chǎn)出。這里主要計(jì)算建設(shè)用地、耕地、林地、園地、草地、水域和其他未利用土地的碳排放量，建設(shè)用地碳排放量采用焦炭、煤炭、石油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣和天然氣9 種主要能源消耗量進(jìn)行測算，其他各類土地碳排放采用碳排放系數(shù)與地類面積的乘積測算。所有資本類指標(biāo)都平減至以2009 年為基期的數(shù)值。

2.3 核密度估計(jì)

核密度估計(jì)是研究非均衡分布的一種常見非參數(shù)檢驗(yàn)方法，它通過估計(jì)變量的概率密度，利用密度曲線表示隨機(jī)變量的分布形態(tài)，設(shè)隨機(jī)變量x的密度函數(shù)為f(x)，則：

式中：K(·)表示均值為0，非負(fù)且符合概率密度性質(zhì)的核函數(shù)；n表示觀測值的個(gè)數(shù)，表示觀測值的均值；h表示決定核密度曲線光滑程度以及估計(jì)精度的帶寬，通常帶寬越大，曲線越光滑，估計(jì)精度越低。

2.4 耦合協(xié)調(diào)度測算

耦合協(xié)調(diào)度模型可以分析同一系統(tǒng)內(nèi)兩種不同因素之間的關(guān)聯(lián)與影響程度，城市建設(shè)系統(tǒng)內(nèi)，土地資源利用與水資源利用可以被看作是兩個(gè)既獨(dú)立又互相關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)，借助物理學(xué)中耦合的概念，定義土地資源利用效率與水資源利用效率之間的耦合度為：

其中，0 ≤C≤1，U1、U2分別表示土地資源利用效率與水資源利用效率，為了分析兩種資源利用效率耦合度的發(fā)展情況，借鑒張明斗等[22]的研究，將耦合度劃分為四個(gè)階段，如表2 所示。

為了更進(jìn)一步判斷兩者之間的協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r，設(shè)定土地資源利用效率與水資源利用效率對城市系統(tǒng)的貢獻(xiàn)相當(dāng)，整體評價(jià)指數(shù)T=αU1+βU2，且α=β=0.5，兩者之間的耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算公式如下：

耦合協(xié)調(diào)度D的取值范圍也為[0, 1]，并根據(jù)表3的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定。

表3 城市土地資源利用效率與水資源利用效率協(xié)調(diào)發(fā)展分類體系和判別標(biāo)準(zhǔn)

2.5 基于Moran’s I指數(shù)的空間相關(guān)分析

耦合協(xié)調(diào)度僅能分析一個(gè)城市系統(tǒng)內(nèi)部水、土資源利用效率的關(guān)聯(lián)與影響程度，并不能反映相鄰城市之間的水、土資源利用效率的空間影響效應(yīng)，因此，借助Moran’s I 指數(shù)，利用空間分析工具觀察地域相鄰城市之間的土地資源與水資源利用的相關(guān)特性和集聚特性。本文借助GeoDa 軟件計(jì)算黃河流域土地資源利用效率與水資源利用效率兩者之間的莫蘭指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

莫蘭指數(shù)可以反映指標(biāo)值在研究區(qū)域內(nèi)的空間依賴性，主要有全局Moran’s I 指數(shù)與局部Moran’s I 指數(shù)，全局Moran’s I 指數(shù)可以直觀地顯示指標(biāo)值的空間正相關(guān)或者空間負(fù)相關(guān)特性，計(jì)算公式如下：

式中：xi和yj表示i城市與j城市的土地/水資源利用效率或者兩者之間的協(xié)調(diào)度值，且i≠j，和σ2分別表示要素值的均值與方差，wij表示城市的鄰接空間權(quán)重矩陣，n表示黃河流域研究區(qū)域的城市個(gè)數(shù)。I表示Moran’s I指數(shù)，Moran’s I 指數(shù)的取值范圍在[-1, 1]之間，正值表示兩個(gè)城市之間的水土利用協(xié)調(diào)性存在正相關(guān)性，負(fù)值表示負(fù)相關(guān)性，且指數(shù)的絕對值越接近1 表示在空間上兩個(gè)城市的相關(guān)性越高。

2.6 數(shù)據(jù)來源

選取黃河流域9 省69 個(gè)城市2009—2020 年的面板數(shù)據(jù)作為研究樣本，效率測度的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)主要來源于《城市統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國國土資源年鑒》《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，青海省部分城市的供水量數(shù)據(jù)來源于政府工作報(bào)告，部分缺失數(shù)據(jù)使用插值法獲得。

3 結(jié)果分析

3.1 城市土地資源和水資源利用效率測度結(jié)果分析

基于黃河流域69 個(gè)城市的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)構(gòu)建2009—2020 年最大窗口的生產(chǎn)前沿面，運(yùn)用超效率Windows-DEA 模型測度各城市的土地資源利用效率與水資源利用效率，分析城市水、土資源利用的綜合效率、純技術(shù)效率與規(guī)模效率，如圖2 所示。

圖2 黃河流域城市土地資源利用效率與水資源利用效率時(shí)序變化

從所有城市各年的效率平均值水平分析，無論土地資源還是水資源利用效率均呈現(xiàn)波動上升態(tài)勢，而且土地資源與水資源利用的規(guī)模效率均高于純技術(shù)效率，說明黃河流域各城市的土地資源和水資源利用綜合效率主要依賴規(guī)模效率，這與高新才等[11]的結(jié)論有所不同，主要是因?yàn)?，本文中土地資源與水資源利用效率測度時(shí)參考的生產(chǎn)前沿面是黃河流域內(nèi)部所有城市組成的，而高新才等計(jì)算的水資源利用效率值則以西北地區(qū)33 個(gè)地級城市為全局參比。比較而言，黃河流域的水資源利用綜合效率與規(guī)模效率（0.406 2、0.877 1）均高于土地資源利用綜合效率與規(guī)模效率（0.252 7、0.610 8），但均處于較低水平，特別是土地資源利用效率存在更大的改進(jìn)空間，兩種資源的純技術(shù)效率相差很小且水平較低，說明黃河流域城市在資源開發(fā)利用時(shí)依靠科學(xué)技術(shù)的水平較弱。

從研究時(shí)期內(nèi)各城市的綜合效率平均值水平分析，阿壩藏族羌族自治州的土地資源利用綜合效率最高（0.884 5），定西市的最低（0.072 7），2009—2020 年黃河流域47 個(gè)城市的土地資源利用效率顯示增長態(tài)勢，但平均增長幅度均較小。榆林市的水資源利用綜合效率最高（1.044 3），果洛藏族自治州的最低（0.175 1），研究時(shí)期內(nèi)50 個(gè)城市的水資源利用效率顯示增長態(tài)勢，且平均增幅大于土地資源利用綜合效率增幅。為了更好地從時(shí)間、空間序列分析，將黃河流域劃分為上游、中游、下游三個(gè)流域，其中上游包含青海、寧夏、甘肅的25 個(gè)城市，中游包含內(nèi)蒙古、陜西、山西的26 個(gè)城市，下游包含河南、山東的18 個(gè)城市?？梢园l(fā)現(xiàn)，下游城市的土地資源利用效率最高（0.320 6），其次是上游（0.251 8），最后是中游（0.206 6）；反觀水資源利用綜合效率值，中游城市的最高（0.476 2），2015 年前上游城市的水資源利用效率高于下游，2015 年后下游城市的水資源利用效率高于上游。這一方面是因?yàn)橄掠纬鞘械慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，直接推動水資源利用效率產(chǎn)出指標(biāo)增大，因此水資源利用效率增長較快；另一方面也說明水資源相對欠缺的黃河流域中游，對水資源的利用更趨于集約節(jié)約利用，因此，水資源利用效率相對較高。

3.2 城市土地資源和水資源利用效率空間特征分析

圖3 是黃河流域土地資源利用效率與水資源利用效率2009 年、2013 年、2016 年、2020 年的核密度分布圖，可以發(fā)現(xiàn)，隨時(shí)間變動，兩種資源利用效率的核密度曲線向右移動很小距離，說明土地資源利用效率與水資源利用效率在研究時(shí)期內(nèi)的水平增長不多，土地資源利用效率的核密度波峰隨時(shí)間推移出現(xiàn)明顯的右移和下降趨勢，說明土地資源利用效率出現(xiàn)逐步增長后趨于穩(wěn)定的態(tài)勢；水資源利用效率各年的波峰值相差不大，而且隨時(shí)間推進(jìn)峰值略有降低，2020 年的雙峰特征說明黃河流域內(nèi)城市水資源利用綜合效率存在較小差異；兩種資源綜合效率的圖中右拖尾隨時(shí)間拉長又縮短的態(tài)勢表明土地資源利用效率與水資源利用效率的空間差距先擴(kuò)大后縮小。

圖3 黃河流域土地資源/水資源利用效率核密度分布圖

兩種資源的純技術(shù)效率核密度分布圖與綜合效率分布圖類似，水資源利用純技術(shù)效率波峰右移量大于土地資源利用純技術(shù)效率的波峰右移量，說明水資源利用純技術(shù)效率水平在研究時(shí)期內(nèi)增長幅度大于土地資源利用純技術(shù)效率的增長幅度，扁而寬的水資源利用純技術(shù)效率核密度圖說明黃河流域各城市的水資源利用技術(shù)差異較大，而土地資源利用技術(shù)差異較小。此外，土地資源利用規(guī)模效率出現(xiàn)明顯的多峰形態(tài)，說明黃河流域各城市土地資源利用規(guī)模存在多級分化現(xiàn)象，不同地域?qū)ν恋刭Y源的開發(fā)利用規(guī)模不同，也正因如此，黃河流域各流域的土地資源利用效率存在差異；水資源利用規(guī)模效率隨時(shí)間變動波峰垂直上升，且水平寬度減小，說明流域內(nèi)各城市水資源利用規(guī)模效率差距呈現(xiàn)縮小態(tài)勢。

3.3 城市土地資源和水資源利用效率耦合協(xié)調(diào)度的時(shí)空分異特征

利用公式（2）、（3）分別計(jì)算黃河流域各年各城市的土地利用與水資源利用耦合度與協(xié)調(diào)度，從研究時(shí)期指標(biāo)平均值可以發(fā)現(xiàn)，流域內(nèi)58 個(gè)城市的土地與水資源利用效率耦合度處于高水平耦合階段，11 個(gè)城市處于磨合階段，總體而言，上游城市的水土資源利用效率耦合度提高較多，中游城市的水土資源利用效率耦合度則顯示降低趨勢。但是分析土地資源與水資源利用效率之間的協(xié)調(diào)度，31 個(gè)城市處于瀕臨失調(diào)狀態(tài)，23 個(gè)城市處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)狀態(tài)，處于初級協(xié)調(diào)和中級協(xié)調(diào)的城市分別為11 個(gè)和3 個(gè)。說明黃河流域土地資源利用效率與水資源利用效率之間仍舊處于向協(xié)調(diào)發(fā)展的過渡階段。事實(shí)上，黃河流域土地面積雖然較大，但是流域內(nèi)69 個(gè)城市的未利用土地面積總計(jì)365 494.10 平方千米，約占總行政面積的18.40%，因此，可實(shí)際利用的土地面積并不多，土地利用效率增長受限；而且，受流域內(nèi)氣候、地貌與土壤特性影響，以及流域內(nèi)較少的水域資源，黃河流域土地資源與水資源利用效率不易達(dá)到協(xié)調(diào)。

從時(shí)間序列分析（圖4），黃河流域上游和中游城市的土地資源與水資源利用效率耦合度水平相近，而下游的耦合度值則高于上游和中游，說明下游城市建設(shè)過程中土地資源與水資源利用之間的依賴關(guān)系與控制關(guān)系相對較強(qiáng)；同時(shí)，2009—2014 年黃河流域上、中、下游土地資源與水資源利用效率的協(xié)調(diào)度相差無幾，2014—2020 年上游城市內(nèi)的協(xié)調(diào)度低于中游和下游，但三個(gè)流域的變動趨勢相似，2014—2018 年呈現(xiàn)增長態(tài)勢，2018—2020 年出現(xiàn)下降態(tài)勢。說明近幾年黃河流域內(nèi)城市建設(shè)的水土資源利用效率存在不同步現(xiàn)象。

圖4 黃河流域上中下游水土資源利用效率耦合度、協(xié)調(diào)度時(shí)序圖

從土地資源與水資源利用效率是否同步分析，研究期內(nèi)，始終處于土地資源利用效率滯后的城市有17 個(gè)，主要分布在內(nèi)蒙古、青海、山西境內(nèi)，青海省的海東市、海北藏族自治州、海南藏族自治州、海西蒙古族藏族自治州與山西的朔州、忻州、呂梁市也一直處于土地資源利用效率滯后狀態(tài)。而黃河下游河南省的鄭州、濟(jì)源、焦作、濮陽等11 個(gè)城市在研究期內(nèi)始終處于水資源利用效率滯后階段?？傮w而言，上游和中游的土地資源利用效率滯后較多，而下游城市的水資源利用效率滯后較多，說明下游城市的土地開發(fā)強(qiáng)度高于上游、中游，這與現(xiàn)實(shí)相符合，特別是近幾年，黃河流域上游、中游積極貫徹國家生態(tài)保護(hù)優(yōu)先的發(fā)展戰(zhàn)略，各類生態(tài)工程先后落地實(shí)施，土地利用效益主要體現(xiàn)在生態(tài)效益上，特別是中游城市以水為核心的土地利用與匱乏的水資源之間的矛盾更加尖銳。太原、鄭州、安陽、新鄉(xiāng)、濟(jì)南、淄博、濟(jì)寧、德州等城市的土地資源與水資源利用效率屬于同步發(fā)展型，但其協(xié)調(diào)度依舊處于瀕臨失調(diào)或者勉強(qiáng)協(xié)調(diào)狀態(tài)，存在較大協(xié)同發(fā)展?jié)摿Α?/p>

為了更好體現(xiàn)黃河流域城市土地資源與水資源利用效率的耦合協(xié)調(diào)度空間分布，運(yùn)用ArcGIS 繪制2009 年、2020 年各城市土地資源與水資源利用效率的協(xié)調(diào)度空間分布圖（圖5）?？梢钥闯觯S時(shí)間變動兩種效率值的耦合協(xié)調(diào)度空間分異特征顯著，下游城市的耦合度相對穩(wěn)定，2009 年上游的玉樹藏族自治州和甘孜藏族自治州處于磨合階段，但2020 年發(fā)展為高水平耦合階段，但中游的烏蘭察布、咸陽、渭南、商洛則從2009 年的高水平耦合階段降至磨合階段。同時(shí)，流域內(nèi)大部分城市的水土資源利用效率協(xié)調(diào)度均顯示增長，但僅有下游城市從勉強(qiáng)協(xié)調(diào)進(jìn)入初級協(xié)調(diào)，上游、中游城市在研究時(shí)期內(nèi)始終處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)階段，增長幅度較小。

圖5 黃河流域土地資源與水資源利用綜合效率協(xié)調(diào)度空間分布

3.4 城市土地資源和水資源利用效率空間相關(guān)性分析

繼續(xù)利用ArcGIS 軟件分析黃河流域城市土地資源利用綜合效率與水資源利用綜合效率的空間自相關(guān)特性。計(jì)算2009—2020 年兩種資源利用綜合效率的全局Moran’s I 指數(shù)（表4），通過P值檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，各年土地資源利用效率值在5%顯著性水平下Moran’s I 指數(shù)為正值，且Z值高于臨界值1.96，說明土地資源利用效率在研究時(shí)期內(nèi)始終存在空間鄰接的正相關(guān)特性，但是水資源利用效率的Moran’s I 指數(shù)在大部分年度未通過顯著性檢驗(yàn)，因此不具備自相關(guān)特性。所以，黃河流域城市之間的土地資源利用效率存在由于空間距離增大而縮小的特性，但是水資源利用效率在各城市之間更具有獨(dú)立性。

表4 黃河流域城市土地資源與水資源利用效率全局Moran’s I指數(shù)

再分析兩種資源利用效率協(xié)調(diào)度的空間自相關(guān)特性，可以發(fā)現(xiàn)2018 年以前，黃河流域城市土地資源與水資源利用效率協(xié)調(diào)度的全局Moran’s I 指數(shù)均為正值，并且P值通過5%顯著性水平檢驗(yàn)，說明2018 年前協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)空間集聚分布的正相關(guān)特性，2018 年后這種正相關(guān)性不再存在。

3.5 城市土地資源和水資源利用效率協(xié)調(diào)度影響分析

3.5.1 研究設(shè)計(jì)與變量說明

為了進(jìn)一步分析影響黃河流域土地資源與水資源利用效率協(xié)調(diào)度的核心要素，本文通過構(gòu)建面板回歸模型計(jì)量分析城鎮(zhèn)化率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)增長對土地資源與水資源利用效率協(xié)調(diào)度的影響，模型如下：

式中：Dit表示土地資源與水資源利用效率協(xié)調(diào)度，Iit、Uit、Git分別表示黃河流域城市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、城鎮(zhèn)化率與經(jīng)濟(jì)增長水平，i表示城市，t表示年度，εit表示隨機(jī)擾動項(xiàng)。

同時(shí)，為了驗(yàn)證土地資源與水資源利用效率協(xié)調(diào)度的空間效應(yīng)，分別選用鄰接矩陣、距離矩陣、經(jīng)濟(jì)距離矩陣作為城市空間權(quán)重進(jìn)行驗(yàn)證，回歸模型選擇靜態(tài)空間杜賓模型，公式如下：

式中：Dit表示i市t年的土地資源與水資源利用效率協(xié)調(diào)度，α是常數(shù)項(xiàng)，ρ和θ是空間相關(guān)系數(shù)，W是空間權(quán)重矩陣，Xit是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、城鎮(zhèn)化率與經(jīng)濟(jì)增長等影響變量的集合，WDit是本地城市協(xié)調(diào)度與相鄰城市協(xié)調(diào)度之間的空間自相關(guān)，WXit是本地城市協(xié)調(diào)度與相鄰城市影響變量之間的空間關(guān)系，μi、νt分別代表空間個(gè)體固定效應(yīng)和空間時(shí)點(diǎn)固定效應(yīng)，γit是模型的誤差項(xiàng)。

綜述產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相關(guān)研究，對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的變量描述通常用第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的比值表示，比值越大說明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級效果越好。此外，為了詳細(xì)了解產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對水土資源利用效率協(xié)調(diào)度的影響，模型中分別加入第二產(chǎn)業(yè)比重與第三產(chǎn)業(yè)比重；城鎮(zhèn)化率選擇非農(nóng)人口占常住人口比重描述，城鎮(zhèn)化擴(kuò)張帶動城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張、土地利用轉(zhuǎn)型，同時(shí)還給城市水資源利用帶來巨大壓力；經(jīng)濟(jì)增長水平采用人均GDP 描述，人口壓力采用常住人口指標(biāo)描述，人口越多對土地資源與水資源的需求量也越多。以上所有數(shù)據(jù)均來源于《城市統(tǒng)計(jì)年鑒》，所有資金類指標(biāo)都利用GDP 指數(shù)平減至以2009 年為基期的數(shù)值。

3.5.2 設(shè)定空間權(quán)重矩陣

為了分析并驗(yàn)證不同城市水土資源利用效率協(xié)調(diào)度的空間效應(yīng)，本文分別采用鄰接關(guān)系、空間距離和經(jīng)濟(jì)距離表征城市之間的空間權(quán)重關(guān)系。

（1）鄰接權(quán)重矩陣。以城市之間的共邊鄰接認(rèn)定空間關(guān)系，若i與j分別表示不同的城市，且i=j時(shí)，Wij=0，鄰接權(quán)重矩陣Wij可以用下述公式表示為：

（2）距離權(quán)重矩陣。用兩個(gè)城市之間的距離描述相鄰關(guān)系，利用ArcGIS 中城市的經(jīng)緯度坐標(biāo)，測算兩城市中心質(zhì)點(diǎn)之間的點(diǎn)距離dij，構(gòu)建直線距離平方的倒數(shù)作為空間距離權(quán)重矩陣，距離越遠(yuǎn)，空間權(quán)重系數(shù)越小，空間相關(guān)性越差。

（3）經(jīng)濟(jì)距離權(quán)重矩陣。既考慮兩個(gè)城市之間的距離關(guān)系，也考慮經(jīng)濟(jì)水平差異，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)距離權(quán)重矩陣 ：

3.5.3 回歸結(jié)果分析

（1）簡單線性回歸結(jié)果。首先，進(jìn)行Hausman 檢驗(yàn)，確定卡方值為27.05，P值在1%水平顯示拒絕隨機(jī)效應(yīng)，因此，采用固定效應(yīng)模型進(jìn)行回歸分析，觀察各解釋變量對協(xié)調(diào)度的影響；其次，考慮到模型的因變量是受限因變量，協(xié)調(diào)度取值范圍處于[0, 1]之間，因此，采用Tobit 模型再次進(jìn)行回歸。兩種模型下的回歸結(jié)果如表5所示，兩種模型下的回歸結(jié)果基本一致，整體而言，城鎮(zhèn)化率與常住人口對土地資源與水資源利用效率協(xié)調(diào)度沒有顯著影響，說明黃河流域各城市的人口并未對土地資源與水資源利用形成明顯壓力，而且，由于此處的城鎮(zhèn)化率指標(biāo)主要體現(xiàn)人口城鎮(zhèn)化率水平，所以，進(jìn)一步驗(yàn)證了人口壓力對黃河流域土地資源與水資源利用效率協(xié)調(diào)度沒有形成顯著影響。

表5 黃河流域土地資源與水資源利用效率協(xié)調(diào)度影響因素分析

經(jīng)濟(jì)增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)設(shè)施投資均對土地資源與水資源利用效率的協(xié)調(diào)度產(chǎn)生正向效應(yīng)，其中，三產(chǎn)比重的影響系數(shù)最大，其次是二產(chǎn)比重與經(jīng)濟(jì)增長。由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級也產(chǎn)生促進(jìn)作用，說明從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)影響角度分析，黃河流域城市若想提高土地資源與水資源利用效率協(xié)調(diào)度，必須著重提高三產(chǎn)比重，而且當(dāng)三產(chǎn)產(chǎn)值大于二產(chǎn)產(chǎn)值時(shí)，協(xié)調(diào)度將會以更快的速度得到提升。此外，政府利用基礎(chǔ)設(shè)施投資實(shí)現(xiàn)的城市共享經(jīng)濟(jì)雖然也可以促進(jìn)協(xié)調(diào)度提升，但是促進(jìn)作用相對較小，更多的是依賴產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（2）空間杜賓模型回歸結(jié)果?？紤]數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是短面板，同時(shí)，LM、LR 檢驗(yàn)顯示拒絕原假設(shè)，說明單純使用空間滯后模型與空間誤差模型考察空間溢出效應(yīng)都可能會產(chǎn)生偏誤，因此，最終選擇時(shí)空雙向固定的空間杜賓模型進(jìn)行估計(jì)，結(jié)果見表6。

表6 黃河流域土地資源與水資源利用效率協(xié)調(diào)度空間效應(yīng)結(jié)果

結(jié)果顯示，空間自相關(guān)系數(shù)ρ在不同權(quán)重下均顯示1%水平的正相關(guān)特性，而且鄰接權(quán)重下的影響系數(shù)大于距離權(quán)重與經(jīng)濟(jì)距離權(quán)重，說明城市水土資源利用效率一方面取決于本地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)增長等影響因素，同時(shí)也受流域內(nèi)相鄰城市的各類因素影響，即城市的水土資源利用效率協(xié)調(diào)度存在空間溢出效應(yīng)。城鎮(zhèn)化率對本地與不同權(quán)重矩陣城市的水土資源利用效率協(xié)調(diào)度沒有顯著影響，常住人口僅對本地城市的水土資源利用效率協(xié)調(diào)度產(chǎn)生促進(jìn)作用，且影響系數(shù)相對較小；在不同權(quán)重矩陣下，經(jīng)濟(jì)增長對本地與其他城市均產(chǎn)生顯著作用，但影響效果相反，這是因?yàn)楫?dāng)本地經(jīng)濟(jì)增長較快時(shí)，會對周圍或者其他城市的資源、資本、技術(shù)等產(chǎn)生虹吸效應(yīng)，導(dǎo)致其他地區(qū)的資源錯(cuò)配甚至不協(xié)調(diào)；同理，二產(chǎn)比重與三產(chǎn)比重雖然促進(jìn)了本地的水土資源利用效率協(xié)調(diào)度，但是三產(chǎn)比重對其他城市的水土資源利用效率協(xié)調(diào)度產(chǎn)生了抑制作用。此外，在空間模型下，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級不再顯著促進(jìn)本地的水土資源利用效率協(xié)調(diào)度，但是卻正向影響其他城市的水土資源利用效率協(xié)調(diào)度，且鄰接權(quán)重與經(jīng)濟(jì)距離權(quán)重下的影響系數(shù)要明顯大于距離權(quán)重，可能的解釋是一個(gè)地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級會在短期內(nèi)降低本地的經(jīng)濟(jì)增長，但是在供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革與創(chuàng)新發(fā)展的背景下，周邊城市會優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的水土資源投入，保證產(chǎn)業(yè)—土地—水的協(xié)同發(fā)展與利用。

4 結(jié)論與建議

本文通過測度黃河流域土地資源利用效率與水資源利用效率，并分解分析效率值，探究黃河流域水土資源協(xié)調(diào)利用的相關(guān)性與影響效應(yīng)。研究結(jié)論如下：

（1）研究時(shí)期內(nèi)黃河流域各城市土地資源利用綜合效率與水資源利用綜合效率整體呈現(xiàn)上升態(tài)勢，但上升幅度較小，且總體處于DEA 無效率狀態(tài)，兩種資源的綜合利用效率主要依賴規(guī)模效率的增長促進(jìn)，說明流域內(nèi)土地資源與水資源利用的技術(shù)水平相對較弱。從各流域的效率值分析，土地資源利用綜合效率為下游＞上游＞中游，水資源利用綜合效率為中游＞上游/下游。

（2）分析土地資源與水資源利用綜合效率的核密度分布圖，發(fā)現(xiàn)不同城市的水資源利用綜合效率出現(xiàn)兩極分化現(xiàn)象，但土地資源利用效率則逐步趨于穩(wěn)態(tài)，水資源的純技術(shù)利用效率城市差異較大，但土地資源利用純技術(shù)效率的城市差異較小。

（3）分析兩種資源利用效率的耦合協(xié)調(diào)度時(shí)空特征，研究時(shí)期內(nèi)大部分城市處于高水平耦合階段與協(xié)調(diào)過渡階段，協(xié)調(diào)度水平相對較低；從各流域分析，耦合度為下游＞上游/中游，協(xié)調(diào)度為下游＞中游＞上游；而且，上游和中游的土地資源利用效率滯后較多，而下游城市的水資源利用效率滯后較多。

（4）研究時(shí)期內(nèi)，黃河流域城市土地資源利用效率始終存在空間鄰接的正相關(guān)特性，但水資源利用效率卻不存在，而且，2018 年前土地資源利用效率與水資源利用效率之間的協(xié)調(diào)度也存在空間鄰接的正相關(guān)特性。

（5）分別從靜態(tài)不考慮空間效應(yīng)與考慮空間效應(yīng)兩個(gè)角度分析黃河流域土地資源與水資源利用效率協(xié)調(diào)度影響因素，不考慮空間溢出效應(yīng)時(shí)，主要影響因素是產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，當(dāng)三產(chǎn)比重較高且大于二產(chǎn)比重時(shí)，協(xié)調(diào)度提升最快；其次是經(jīng)濟(jì)增長水平，具有共享效應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施投資對協(xié)調(diào)度的促進(jìn)作用較小，人口壓力對協(xié)調(diào)度的影響尚未形成顯性作用?？紤]空間效應(yīng)時(shí)，經(jīng)濟(jì)增長對本地與流域內(nèi)其他城市的水土資源利用效率協(xié)調(diào)度顯示相反作用，三產(chǎn)比重對本地城市的水土資源利用效率協(xié)調(diào)度顯示促進(jìn)，但在距離權(quán)重與經(jīng)濟(jì)距離權(quán)重下對其他城市的水土資源利用效率協(xié)調(diào)度卻產(chǎn)生抑制作用。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級對本地的正向作用不再顯著，但是對周邊城市的促進(jìn)作用卻凸顯。

基于以上分析結(jié)論，針對黃河流域城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城鎮(zhèn)建設(shè)給出如下建議。

（1）黃河流域各城市要想更快提升土地資源與水資源利用效率，應(yīng)該自主創(chuàng)新或者學(xué)習(xí)土地資源、水資源利用的最新技術(shù)，依靠技術(shù)創(chuàng)新提高資源利用綜合效率，改變過去資源投入引致規(guī)模效率對資源利用綜合效率的促進(jìn)作用。特別對于水資源相對匱乏的黃河流域中游城市，土地資源利用效率明顯大于水資源利用效率，應(yīng)該制定合理、適度開發(fā)與利用不同形式的水資源規(guī)劃，實(shí)施最嚴(yán)格的水資源管理制度，學(xué)習(xí)更先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)，保證中游城市的水土協(xié)調(diào)度。

（2）由于黃河流域各城市土地資源與水資源利用耦合協(xié)調(diào)度存在空間非均衡性與空間鄰接的正相關(guān)特性，而且，無論是耦合度還是協(xié)調(diào)度，中游城市均處于相對較低水平，因此，內(nèi)蒙古、陜西、山西等地區(qū)的城市應(yīng)該積極向下游的河南與山東借鑒學(xué)習(xí)。在保障糧食生產(chǎn)安全的前提下，改良農(nóng)業(yè)灌溉方式，避免農(nóng)業(yè)用水的粗放型利用，淘汰高水耗、高污染的存量土地二產(chǎn)企業(yè)，開展存量建設(shè)用地的低效減量化，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)用水結(jié)構(gòu)與用土結(jié)構(gòu)，建立企業(yè)之間節(jié)水激勵機(jī)制，嚴(yán)格審批新增水土資源利用效率低下企業(yè)建設(shè)，積極宣傳水土資源保護(hù)思想，保證土地資源與水資源利用同步發(fā)展。

（3）要精打細(xì)算用好水、土資源，從嚴(yán)從細(xì)管好水、土資源；將城市建設(shè)規(guī)劃與土地資源利用規(guī)劃、水資源利用規(guī)劃統(tǒng)籌考慮，對于生態(tài)脆弱的村、鎮(zhèn)，可以采用遷移、合并等方式，減少建設(shè)用地投入，開發(fā)更多生態(tài)用地，對于宜耕、宜林土地，杜絕盲目追求擴(kuò)張土地生產(chǎn)；堅(jiān)決落實(shí)以水定城、以水定地、以水定人、以水定產(chǎn)，有效保障用水安全與高效利用。

（4）積極引導(dǎo)流域內(nèi)各城市發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，適度縮小二產(chǎn)發(fā)展規(guī)模，實(shí)現(xiàn)流域所有城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，依靠發(fā)展三產(chǎn)帶動本地經(jīng)濟(jì)與水土資源利用效率提升，依靠流域整體產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級帶動流域內(nèi)所有城市水土資源利用效率協(xié)調(diào)度提升。大力引進(jìn)人才，鼓勵技術(shù)創(chuàng)新型企業(yè)落戶黃河流域，實(shí)現(xiàn)土地資源與水資源協(xié)調(diào)高效利用，確保生態(tài)安全與經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。