广西城市土地利用效益时空演变及驱动因子诊断

姚富明，韦燕飞，童新华

(1.南宁师范大学 自然资源与测绘学院，广西 南宁 530100；2. 南宁师范大学 地理科学与规划学院，广西 南宁 530100)

1 引言

随着我国城镇化进程与经济社会的不断发展，土地利用需求日益扩增，然而城市“摊大饼”式发展、土地的不合理利用导致诸多的土地退化、土地污染等问题引致土地资源浪费[1]，致使土地利用效益下降。土地利用效益是指人类在土地上投入的劳动资本的产出量及其所造成的社会、环境影响的综合[2]，其作为集聚社会、经济、生态效益的综合体，三者是相互制约，相互促进的关系[3]。土地是人类赖以生存的物质基础，是不可再生的自然资源，是可持续利用的生产资料，其高效利用与否对区域高质量发展具有重大影响[4]。如何科学合理利用现有的土地资源，从土地利用的经济、社会、生态效益等方面提升土地利用效益，并揭示效益时空格局演化及机理，诊断效益障碍因子，发挥土地利用效益最大化，是当前亟需解决的热点问题[5]。

当前，我国学者针对土地利用效益展开了大量的研究，形成了丰硕的成果，其领域主要涉及土地利用效益评价[6]、制约因素分析[7]、耦合协调机制[8]等方面。研究方法包含传统的专家分析法[9]、层次分析法[10]、熵权法[11]、灰色关联TOPSIS法[12]，变异系数法[13]等，同时还引入GIS 、遥感技术及空间计量等方法进行综合分析，并且更加重视结果可视化的表达[14～16]；研究视角由原来单一的土地利用效益评价逐步扩展为土地利用的经济、社会、生态效益评价；研究尺度范围包含了乡镇、县域、市域、省域、流域、城市群乃至全国[17]；构建的指标体系有“农用地综合效益、建设用地综合效益”[18]两地类指标体系，土地利用的“规模效益、结构效益和集约效益”[19]“生产效益、生活效益、城市生态效益”[20]以及“土地利用的经济、社会、生态”[21]三维评价指标体系等。综上所述，现有研究大多基于主观意识较强且对评价结果存在较大偏差的专家分析法、层次分析法；土地利用效益的研究大多主要侧重于综合效益的评价，对影响综合效益的因素用构建评价的指标来解释作为驱动因子，致使指标体系之外的驱动因子研究不多；当前采用土地利用效益理论与方法对广西沿海沿边、少数民族及经济发展落后的特殊区域研究甚少，而广西作为中国面向东盟开放合作的前沿窗口、构建连接“一带一路”有机衔接门户及西部陆海新通道具有重大的战略意义。

基于此，本研究以广西壮族自治区为研究区域，构建包含经济、社会、生态三维的土地利用效益指标体系。采用基于客观的熵权TOPSIS模型对2003～2019年广西土地利用效益进行评价，通过省域与市域、时间与空间结合的方式研究其演变特征，把握有关规律，并分析变化的相关原因。最后运用Tobit模型诊断土地利用综合效益的驱动因子，为今后的国土空间规划、土地合理利用与优化配置提供借鉴及参考。

2 研究区概况和数据来源

2.1 研究区概况

广西壮族自治区(以下简称“广西”)界于北纬20°54′～26°24′，东经20°54′～26°24′之间，位于中国华南地区，下辖南宁、柳州、桂林等14个地级市。广西南临北部湾，与海南隔海相望，东与广东接壤，东北临湖南，西北靠贵州，西接云南，西南与越南毗邻。广西既是沿海沿边，山多平地少，又是少数民族地区，整体地势由西北向东南倾斜。

2.2 数据来源

本研究所用的研究数据来源于《广西统计年鉴》(2004-2020年)、《中国城市统计年鉴》(2004-2020年)、《中国城市建设统计年鉴》(2004-2020年)以及广西各地市统计年鉴、环保局网站、广西统计局网站，主要涉及经济、社会、生态效益3个方面指标数据，对于异常值或缺失值，采用平均率进行插值。

3 研究方法

3.1 评价指标体系构建

本研究根据广西土地利用的实际情况，同时遵循指标选取的科学性、系统性、可比性、可获取性的原则，构建包含土地利用的经济、社会、生态三维效益的评价指标体系(表1)。土地利用经济效益是指在土地利用过程中能产生供人类利用的产品和服务的价值；土地利用社会效益是指土地利用过程中提升社会发展进步及社会需求的满足程度；土地利用生态效益是指在土地利用过程中对整个土地生态系统的生态平衡所产生的影响[22]。

表1 广西城市土地利用效益评价指标体系

(1)对于土地利用经济效益方面：选取地均生产总值、地均财政收入、地均社会消费品零售额表征广西单位土地面积经济产出水平，选取城镇居民人均可支配收入体现在土地利用过程中居民所获得的的经济收入状况；广西二三产业发展总体不强，选取地均第二产业占区域生产总值的比重、地均第三产业占区域生产总值的比重测度产业结构对土地利用效益的影响。

(2)对于土地利用社会效益方面：与其行政区陆地面积相比人口总数偏低，选取人口密度、地均从业人数衡量广西单位土地所能承载人员的数量；在当今鼓励紧凑型城市与节约型土地利用的背景下，不管是公共用地还是居住用地都会存在用地限度范围，加上广西山多平地少，山地用于作为建设用地开发难度较大的实际情况，选取人均建设用地面积、人均建成区公共设施用地面积、人均道路面积、人均居住面积反映人们在用地限度内对各用地需求的满足程度。

(3)对于土地利用生态效益方面：相较第一第三产业，第二产业对生态环境破坏程度较大，选取地均工业废水排放量、地均工业二氧化硫排放量、地均工业烟尘排放量测算土地利用过程中的工业“三废”对广西土地生态破坏程度；考虑到广西绿化环境总体较好，选取了人均绿地面积、建成区绿化覆盖率指标，以及第二产业的工业固体废弃物综合利用率反映土地利用过程中对其土地生态环境的改善程度。

3.2 熵权TOPSIS模型

TOPSIS法是常用于有限方案且多准则决策分析的一种逼近理想解排序法，并且通过与最优解和最劣解的距离来体现效益水平的高低[23]。传统的TOPSIS模型由于依靠专家的主观意见来确定指标的权重，故确定出的指标权重对于评价结果存在较大偏差。因此，本研究采用客观赋权的熵权法来确定指标权重，并基于熵权TOPSIS模型来评价土地利用效益。

3.2.1 数据预处理

由于数据量纲的不同，避免因数据的量纲对确定指标权重的影响，减少误差。本研究应用极差标准化的方法对原始数据进行预处理，根据指标的正负属性对应采用不同的极差标准化法，公式如下：

(1)

(2)

3.2.2 确定指标权重

为避免因基于主观性的专家分析法、层次分析法(又称“AHP”法)给指标权重确定带来的影响，本研究采用客观赋权的熵权法来确定指标权重。公式如下：

(3)

(4)

(5)

(6)

3.2.3 确定正负理想解

本研究采用欧氏距离确定各年各指标的正、负理想解，如下所示：

(7)

(8)

式(7)、(8)中,Y+为各年各指标的最大值，Y-为各年各指标的最小值。

3.2.4 计算到正负理想解的距离

(9)

(10)

3.2.5 计算评价对象与理想解的相对接近度

计算评价对象与理想解的相对接近度Ci，公式如下所示：

(11)

Ci∈[-1，1]。

式(11)中,Ci为评价对象与最优水平的相对接近度，Ci越大，表明区域土地利用效益值与最优水平距离越小，效益值越高，反之，则越低。

3.3 空间相关性分析

空间自相关是指某种属性值(或者现象)在一个分布区内的空间分布与临近区域是否存在相关性及相关度[24]。全局空间自相关的Moran's I指数用来研究某种属性值在区域空间分布的集聚或者离散情况，公式如下：

(12)

I∈[-1，1]

3.4 Tobit回归模型

Tobit回归模型是因变量受到限制且遵循极大似然法估算的一种回归模型。根据前面的TOPSIS模型，考虑到测算出的广西各市土地利用效益值限制于[0，1]之间，最大值为1，属于截尾数据，而最小二乘法的估算可能因无法体现出完整的数据而出现误差[25]。故本研究将基于Tobit回归模型进行驱动因子分析，回归模型如下：

(13)

式(13)中,Y为土地利用效益；Y*为截断因变量；β为回归参数，为为各驱动因子对土地利用综合效益的影响程度，数值越大影响越强；X为土地利用综合效益驱动因子；μ为误差项。

4 土地利用效益时空演变及分析

4.1 土地利用效益时空分异特征分析

基于熵权TOPSIS模型，测算出2003～2019年广西14个地级市的土地利用效益值，并依据ArcGIS10.2的自然断点法分为效益低级区、中级区、良级区、优级区4类，得到各效益时空分布表。

4.1.1 广西各地级市土地利用效益时空分异

4.1.1.1 广西各地级市土地利用社会效益分布

根据表2，2003、2007、2011、2015、2019年其社会效益值分别介于0.095～0.346、0.193～0.479、0.218～0.622、0.236～0.578、0.327～0.590之间，效益差值分别为：0.251、0.286、0.404、0.342、0.236，反映出广西各市社会效益差异先扩大后缩小，并且各市差异显著的特征。南宁市一直保持效益优级区，南宁市作为广西的首府，享有资金、人才、技术等资源集中优势，优越的地理位置和发达的经济条件，有利于不断加强各项基础设施建设；崇左市一直处于效益低级区，作为广西成立最晚的地级市，本身基础比较薄弱，各类资源较为缺乏。柳州市社会效益值较为平稳，作为广西的工业重镇，经济较为发达，而经济反作用于基础设施建设，各项基础设施建设相对完善；防城港市与北海市的社会效益值在优良区波动，两市都具有较大的天然地理优势，都是北部湾城市群重要组成部分，防城港市沿海沿边，坚持以“以海强市、以边旺市、以山旺市”的发展理念，不断完善各项基础设施建设，而北海市沿海靠近广东发达地区，受辐射带动的影响，利用地域优势优化各项基础设施；位于粤桂湘交界处的贺州市，社会效益总体在向着一个好的方向发展，在广西的14个地级市中，距离广东珠三角发达地区最近，虽然起步晚，在国家政策的扶持下，大力发展各项基础设施。

表2 2003～2019年广西各地级市土地利用社会效益分布

4.1.1.2 广西各地级市土地利用经济效益分布

根据表3可知，2003、2007、2011、2015、2019年其经济效益值分别介于0.095～0.349、0.202～0.398、0.353～0.555、0.412～0.729、0.487～0.938之间，经济效益差值分别为：0.254、0.196、0.202、0.317、0.451，呈现区域差异先缩小后扩大，并且区域差异较为悬殊的特征。南宁市土地利用经济效益一直保持效益优级区，不仅是广西的首府，而且还是中国～东盟永久举办城市，北部湾城市群核心城市，经济发展区内首屈一指；钦州市土地利用经济效益逐渐升高，作为北部湾城市群重要组成部分，加强各种生产要素流动汇聚与扩散，同时区域优势大，能够近距离享受便捷的出海通道、丰富的港口资源；柳州市与桂林市经济效益较好，作为广西老牌工业强市的柳州市，特别是汽车生产链强，成为全国首个拥有四大汽车集团的城市，经济发展水平较好，而桂林市一直是以旅游作为主导产业，旅游收入超过其GDP总量一半以上，旅游产业较为发达，成为拉动全市经济稳步增长的主要引擎，每年旅行和观光吸引大量国内外游客为当地创造了较高的经济效益，同时也诞生了不少新的工作岗位；崇左市土地利用经济效益由效益低级区转变为效益中级区，崇左市是中国通往东盟最便捷的陆路大通道，是中越两廊一圈和南宁—新加坡经济走廊的重要节点城市，是北部湾城市群组成部分，区域优势较明显。百色市与河池市土地利用经济效益逐渐下降，作为革命老区的百色市，偏居西部一隅，远离北部湾，优势产业较为缺乏，而河池与这里复杂的地形，交通薄弱相关。

表3 2003～2019年广西各地级市土地利用经济效益分布

4.1.1.3 广西各地级市土地利用生态效益分布

根据表4可知，2003、2007、2011、2015、2019年其经济效益值分别介于0.285～0.708、0.335～0.702、0.426～0.690、0.554～0.738、0.599～0.714之间，生态效益差值分别为：0.423、0.367、0.264、0.184、0.115，呈现区域差异逐步缩小，并且区域差异较小的特征。南宁市生态效益总体表现较好，南宁市作为享有中国“绿城”的美誉，践行习近平生态文明思想，不断提升城市生态宜居水平，切实让良好生态环境成为人民生活质量增长点；百色市与河池市土地利用生态效益不稳定，与百色市的石漠化比较严重，重发展轻保护相关，而河池市石漠化比较严重，生态环境脆弱与脱贫攻坚任务重叠，之所以后面生态环境效益升高，是因为践行“两山”理念，考量绿色发展。

表4 2003～2019年广西各地级市土地利用生态效益分布

4.1.2 广西各地级市土地利用综合效益时空分异

2003、2007、2011、2015、2019年其综合效益值分别介于0.198～0.383、0.286～0.502、0.352～0.611、0.431～0.679、0.504～0.748之间，综合效益差值分别为：0.185、0.216、0.259、0.248、0.244，呈现区域差异先扩大后缩小，并且区域差异明显的特征。由表5可知，2003～2007年广西土地利用综合效益呈现“北部及中部低，周围较中间高”的时空格局。表现为来宾市在此时间阶段处于效益低级区，而2007年河池市处于效益低级区，其他地级市均在效益中级区以上。除河池市由效益良级区转变为效益低级区，桂林市由效益优级区下降为效益良级区，贺州市由效益良级区转变为效益中级区之外，南宁市与北海市稳步于效益优级水平，柳州市、梧州市、玉林市及防城港市均处于效益良级区，百色市、崇左市、贵港市及钦州市均为效益中级，南宁市与北海市自然条件较为优越、经济发展基础较好，人口稠密、基础设施较为完善，成为广西综合实力较好的地区之一；2011～2019年，广西土地利用综合效益值总体呈现“东部比西部高、中部比两边高、两极分化显著”的时空格局特征，表现为河池市、百色市及崇左市处于效益低级区，除贵港市在2011年和2015年处于效益低级外，其他各市均达到效益中级以上水平。

表5 2003～2019年广西各地级市土地利用综合效益分布

4.1.3 广西各系统土地利用效益演变分析

由图1可知，在2003～2019年广西土地利用的经济、社会、生态效益均呈现出曲折的形式上升，其中，社会效益、生态效益以较大幅度曲折上升，说明两者容易遭受外界因素的干扰而失去平稳，表现为比较活跃；而经济效益，综合效益则以相对缓和的幅度曲折上升，说明两者不容易遭受外界因素的干扰而失去平稳，表现为不是很活泼。在2003～2005年，广西土地利用的经济效益从0.067上升到0.160、社会效益从0.017上升到0.424，而生态效益从0.226下降到0.114，总的综合效益是从0.103提升到0.223,这是因为与当时的“重发展、轻保护”理念相关，生态环境让步于发展的结果；到了2005年，土地利用的生态效益逐渐有了回升，而与此同时，社会效益呈现出下降的趋势，社会效益让步于生态环境改善，说明此时意识到保护生态环境的重要性。到了2012年，随着党的“十八大”“五位一体”总体布局号召，生态文明建设由国家层面到地方政府达成共识，大力开展生态环境保护，生态效益急剧增长。

图1 广西2003～2019年土地利用效益动态变化

区域的发展离不开经济效益的增长，经济效益的增长有助于拉动区域的基础设施建设，优化用地结构布局，提升社会效益。在今后的发展中也要注重对生态环境的保护，应该大力发展绿色循环经济，协调土地利用社会、经济、生态效益的发展，从而促进土地利用综合效益的提升。

4.1.4 土地利用效益全局空间相关性分析

本研究运用全局空间自相关分析方法(公式12)，分析广西土地利用效益的空间演变和空间关联特征，Moran’I值表示区域整体相关度。结果详见表6。

表6 2003～2019年广西土地利用效益演变和空间关联特征

结果表明，2003、2007、2011、2015、2019年广西14个地市均未通过显著性检验，虽然Moran’I值小于0，呈负相关趋势，但却接近于0，负相关不明显，总得来说，在2003～2019年研究期间，广西14个地级市的土地利用综合效益值趋向于随机分布，没有出现明显的离散与集聚效应，说明广西各地级市综合效益受相邻地级市的影响较小，各地级市的土地利用综合效益高低并没有因为地域的空间差异而出现强烈的极化现象。究其原因，可能为：广西各市的经济发展水平偏低、发展背景、条件限制使得土地利用形式存在着较大的差异，没有出现城市发展的集聚及辐射带动作用，从而使得土地利用综合效益值高低更趋向于随机分布。

5 土地利用效益驱动因子诊断

土地利用效益是受多种驱动因子共同影响，驱动因子又可以归为自然驱动因子和人文驱动因子两大类。每种因子对其影响各不相同，各驱动因子之间又相互牵连、相互影响，共同组成一个复杂的网络结构影响土地利用效益的提高。科学识别并分析驱动因子，可以为后续土地的合理利用提供积极的指导与借鉴。

本研究根据实际情况，诊断可能影响广西土地利用效益的驱动因子，挑选出广西人口增长率(X1)、城镇化率(X2)、二三产业占比(X3)、财政收入(X4)、全社会从业人员(X5)、城镇单位在岗职工平均工资(X6)6个指标作为解释变量，并将同期的广西土地利用综合效益值(Y)作为被解释变量构建Tobit模型进行回归分析，结果如表7所示。

表7 广西城市土地利用效益驱动因子回归分析

由回归模型结果可知，R2为0.875，说明回归模型的拟合效果较好，所挑选的驱动因子比较切合实际情况。现根据各驱动因子进行分析如下。

(1)人口驱动因子对土地利用效益提高有一定的影响。人口的增长，相应地占用更多的土地，而在广西山区多平地少的地带，这就使得在有限的平地上合理使用土地资源，有利于促进土地资源的节约集约利用，继而人口的增长在一定程度上助推了土地利用效益的变高。

(2)城镇化率是土地利用效益提高的主导驱动因子。随着城镇化进程的不断加深，大量的农村人口向城市转移，这种转移具有正的外部性和负的外部性。负的外部性如交通拥堵、秩序混乱、住房紧张等城市病问题可以通过政府的宏观手段进行调控；而正的外部性则是给城市带来人口红利，提升各种消费，拉动城市经济的增长，加强基础设施建设。而城市的土地本身就有限，这就促使单位土地面积增加使用者数量，促进土地的节约集约利用，提升土地利用效益。

(3)产业结构是影响土地利用效益提高的次要驱动因子。产业是直接跟土地利用相关的，产业不同土地利用方式不同，而不同的土地利用方式产生的土地利用效益也存在差异，二三产业更好地提升土地利用边际效益，同时产业结构的调整有利于优化区域土地资源的配置，提升土地利用效益。

(4)财政收入驱动因子对提高土地利用效益起到重要作用。政府的财政收入有相当部分是依靠出卖土地使用权获得，政府通过出卖土地使用权给土地使用者，政府获得土地使用权出让金作为财政收入的部分来源，而政府的财政收入又为后续的基础设施建设及民生的投入做了保障，助推了现存土地的合理优化利用。对广西这种不发达的地区来说，政府的财政收入在一定程度上助推了土地利用效益的提升。

(5)从业人员数量驱动因子对土地利用效益的提高有着不可忽视的作用。从业人员数量的增多，单位土地容纳的人员数量提升，提升土地承载力，单位土地投入更多的人力物力资源，致使单位土地利用率提高，同时也会产生对土地的更多需求，激发土地的潜能，提升土地利用效益。

(6)城镇单位在岗职工平均工资驱动因子对土地利用效益提高影响较大。城镇单位在岗职工平均工资的上涨，一方面，增加了人们对于购房的需求，而房子是建于土地之上，促进了对于土地的较大需求，使得投资在土地利用资金的增加，单位土地投入资本资源要素上升，同时也提高了对现存的土地的合理高效利用，提高了土地利用效益。

6 结论

(1)研究期2003～2019年，广西各地级市土地利用社会、经济、生态及综合效益空间格局存在差异，社会效益呈现出区域差异先扩大后缩小，表现为区域差异显著特征；经济效益呈现区域差异先缩小后扩大，区域差异较为悬殊的特征；生态效益呈现区域差一直缩小，区域差异较小的特征；综合效益呈现区域差异先扩大后缩小，区域差异明显的特征。

(2)2003～2019年广西土地利用的经济、社会、生态及综合效益均呈现出曲折的上升形式，其中，社会效益、生态效益波动幅度较大，经济及综合效益较为平稳。

(3)2003～2019年研究期，广西土地利用效益I值小于0，呈负相关趋势，但却接近于0，负相关不明显，总得来说，在研究期间广西14个地级市的土地利用综合效益值趋向于随机分布，说明各市综合效益受相邻地级市的影响较小，没有明显的离散与集聚效应。

(4)影响广西土地利用综合效益的驱动因子大小为：城镇化率>产业结构调整>财政收入>城镇单位在岗职工平均工资>全社会从业人员数量>人口增长率。