基于数据包络分析的四川省土地利用效率研究介绍.doc

基于数据包络分析的四川省土地利用效率研究摘要：运用数据包络分析法（DEA），对四川省21各市和自治州的土地利用效率进行研究，一、引言 土地是支撑区域发展最为基础的资源，一般包括三个方面的功能：一是土地作为“建设用地”成为承载区域工业化、城市化的空间；二是土地作为“耕地”为人类生存提供必需的粮食资源；三是土地作为“生态用地”承担着区域的生态安全。因此，作为人与自然直接联系的纽带，在自然因素与人文因素的强烈影响下，土地是最能表达区域人地关系状况的地理要素。因而其不仅成为自然地理学、人文地理学关注的热点，同时也使土地利用成为国际全球变化研究核心计划“土地利用土地覆盖变化研究(LUCC)”的研究焦点1.2。 四川省作为一个人多地少、土地资源相对紧缺的西部大省,在西部地区社会经济发展中有着极其重要的地位。因此弄清四川省在经济发展进程中城市土地利用的效率变化情况,对于四川省以极度有限的土地资源支撑城市化健康持续的发展有重要的现实意义。 而土地利用效率是土地利用研究的重要内容之一，特别是随着我国经济的持续快速发展，土地供求矛盾问题愈加突出。土地利用效率问题研究渐受到重视。近年来，国内对于土地利用效率的研究取得了积极的进展。刘海江3从产权角度探讨了城市土地利用效率低下的原因，提出土地产权创新的若干意见；陈荣4以土地的宏观配置效率和微观边际效率为出发点对城市土地利用效率低下问题进行了探讨；方先知5构建了土地利用效率测度的多元指标评价体系，主要以主成分分析法、加权法进行数据处理；宋戈、刘传明、李栓、李娟、梁流涛、郑新奇、张兵、傅利平等应用数据包络分析法(DEA)对城市(镇)、耕地、开发区等形式的土地利用效率进行了研究4-13。此外，一些学者也从其它方面对土地利用效率进行了研究。总体而言，目前国内关于土地利用效率的研究已经取得了长足的进步，特别是在绝对效率研究方面，多指标评价模式已逐渐趋于成熟，但在相对效率的研究方面还相对薄弱。在相对效率研究方面，国内学者大多运用DEA方法对城镇土地、农地或特定类型土地进行研究，而对我国区域土地整体效率的相对研究尚未发现。有鉴于此，本文尝试运用DEA方法对四川省21个市、自治区的土地利用效率进行研究，探索四川省内土地利用效率的时空变化。二、土地利用效率的研究方法与数据指标(一)DEA模型方法 数据包络分析(DataEnvelopmentAnalysis，简称DEA)是由运筹学家Charnes和Cooper等提出的以相对效率概念为基础，运用线性规划的数学过程评价决策单元(DecisionMakingUnit，简称DMU)的相对效率的一种效率评价方法。DEA以决策单元(DMU)的投入、产出指标构建出一条非参数的包络前沿面，通过比较决策单元偏离DEA前沿面的程度来判断各个DMU投入、产出的有效性，有效点位于生产前沿上，无效点处于前沿的下方，同时用投影方法指出非DEA有效和弱DEA有效的原因及其改进的方向和程度14。DEA对土地利用效率的评价，主要目的在于寻找不同样本土地利用效率集的最小凸锥，边界是土地利用实际效率前沿面，把每个区域土地样本的效率可能性同这个最佳前沿面进行比较，得到不同的区域土地利用效率的测度。假设将对n个地区的土地利用效率进行评价，每个地区(DMU)都有m种投入变量和s种产出变量，Xij表示第j个地区的第i种投入的总量。Yrj表示第j个地区的第r种产出的总量。这样，第j个地区的投入可表示为Xj=(x1j,x2j,xmj)T。，产出可表示为Yi=(Y1j，Y2j，Ynj)T。令V为投入向量X的权系数向量，U为产出向量Y的权系数向量，以第j个地区的效率评价为目标函数，以全部单元的效率指数为约束。根据文献15得到最优化C2R模型：引入非阿基米德无穷小量，则具有非阿基米德无穷小的C2R模型的对偶规划为：其中， 利用C2R模型来判断区域土地利用效率的法则为：在C2R模型中，当0=1且S+=S-=0时，则该DMU为DEA有效，即在原投入X0的基础上获得的产出Y0已达到最优；当=1且S+0或S-0时，则称该DMU为DEA弱有效，对于投入X0可减少S-保持原产出Y0不变或者投入X0不变的情况下可将产出提高S+；当2(M+S)，其中N为决策单元个数，M为输入指标数，S为输出指标数16。本文满足此要求。3关联性原则：输入与输出指标存在逻辑相关，输入指标之间及输出指标之间尽量不相关，同类指标之间高度相关对评价结果有一定影响。本文从目的性原则出发，在保留对评价目的有较大影响的指标同时，尽量剔除高相关度指标。以上述指标选择原则为基础，从探索省区土地利用效率的研究目的出发，综合考虑已有相关研究的指标选取5-9,11-13,17，本文确立了土地利用的三大投入要素(资本要素、自然资源要素和人力要素)和两大产出要素(经济产出要素、社会产出要素)共9项指标来对四川省21个市、自治州(决策单元DMU)2010年的截面数据，对土地利用效率进行评价。其中自然资源要素用农用地面积和建设用地面积来表示，用以反映土地利用数量及结构差异对土地利用效率的影响；资本投入以固定资产投资总额和财政支出表示。用以反映资本投入土地利用效率的影响。人力要素投入用第一产业就业人数和二三产业就业人数来表示。用以反映劳动力数量及结构对土地利用效率的影响。土地利用的产出指标选择地区生产总值、财政预算收入。用以反映土地的经济产出，用人口密度抽象地反映土地的社会产出。表1 土地利用效率评价的指标体系指标类型投入指标产出指标I1I2I3I4I5I6O1O2O3指标耕地面积建设用地面积第一产业就业人数二三产业就业人数固定资产投资总额财政支出地区生产总值财政预算收入人口密度单位千公顷万平方米万人万人亿元万元亿元万元人/km2 成都市356.5412668.8152.7613.714255.3777737675551.3352694081171.0 自贡市134.64859.2974.22110.03320.09811614647.73218360670.0 攀枝花市40.04240.3621.8543.54330.7750647523.99387841173.0 泸州市209.461887.51116.55126.96460.41265380714.79475888352.0 德阳市184.991539.8588.55114.94601.262244206921.27457976603.0 绵阳市280.581663.43114.6164.88820.973453220960.22452057231.0 广元市166.08439.2484.4879.59480.152213188321.87167267155.0 遂宁市154.541017.5667.4692.97495.4888467495.23177685651.0 内江市164.41876.2982.29120.38350.93924757690.28203856741.0 乐山市150.21781.469296.47510.051185123743.92457695249.0 南充市300.731971.89103146.14656.661856129827.82322564523.0 眉山市171.19715.49100.6791.78420.26965266552.25246863422.0 宜宾市243.42856.13154.95155.82534.211433154870.85556465344.0 广安市173.44939.08123.4589.19383.42975438537.22212785534.0 达州市301.261284.7164.53138.68601.321502741819.2305924342.0 雅安市54.64111.514451.28370.67774922286.54156522100.0 巴中市152.79675.57113.0371.44252.71030304280.9178160274.0 资阳市270.08620.6106.5598.95401.131011007657.9244679458.0 阿坝藏族羌族自治州59.5937.7632.5121.9362.412038280132.7616668211.0 甘孜藏族自治州90.8127.3448.5514.51211.111319779122.831630477.0 凉山彝族自治州351.26226.97197.2884.22660.511906966784.1962692376.0 数据来源：2011年四川省统计年鉴三、实证分析运用DEAP21软件计算出2010年四川省21个土地利用的DEA效率，将各省区的计算结果进行汇总得到我国土地利用效率的相关情况。 表2 2010年四川省各市州土地利用效率比较市州综合效率纯技术相率规模效率规模报酬状态 成都市1.0001.0001.000 自贡市1.0001.0001.000 攀枝花市1.0001.0001.000 泸州市0.9520.9650.987drs 德阳市0.9711.0000.971drs 绵阳市0.6770.8180.828drs 广元市0.4510.4980.906drs 遂宁市1.0001.0001.000 内江市1.0001.0001.000 乐山市0.8620.9560.902drs 南充市0.7110.7860.904drs 眉山市0.8090.8340.970drs 宜宾市0.9731.0000.973drs 广安市0.9600.9630.997irs 达州市0.7610.8620.884drs 雅安市1.0001.0001.000 巴中市0.6321.0000.632irs 资阳市0.9300.9870.942drs阿坝藏族羌族自治州1.0001.0001.000甘孜藏族自治州1.0001.0001.000凉山彝族自治州1.0001.0001.000平均值0.8900.9370.947注:“一”表示规模报酬不变,“drs”表示规模报酬递减,“irs”表示规模报酬递增（1） 综合效率分析 2010年四川省各市州的平均综合效率为0.89，超过平均值的有14个市州，达到了66.7%的比率。成都、自贡、攀枝花、遂宁、内江、雅安、阿坝藏族羌族自治州、甘孜藏族自治州、凉山彝族自治州九个单位为DEA有效，占比达42.9%。可以说四川省在2010年土地利用效率方面整体处于一个较高的水平。但是绵阳、广元、巴中三个单位依然处于低于0.7的较低水平。特别是广元市，土地利用相对效率仅为0.451，还有很大的提高空间。（2） 纯技术效率分析当考虑到规模收益时的技术效率，也就是纯技术效率比综合效率较高，2010年四川省的纯技术效率平均值达到了0.937。除了之前九个DEA有效的单位，德阳市、宜宾市和巴中市的纯技术效率也达到了1.000，为弱DEA有效。低于0.7水平的只有广元市，占比仅为4.76%。纯技术效率反应的是对现有资源的有效利用能力，说明四川省城市土地利用水平己经基本上发挥了2010年的最佳技术水平。（3） 规模效率分析 规模效率达到1的单位同为综合效率为1的单位，数量则小于纯技术效率达到1的单位数量。说明了综合效率值的高低受规模效率值的影响，与纯技术效率值关系不大。2010年，德阳、宜宾、巴中三个市土地利用的纯技术效率达到最优，但因规模效率未达到最优而使得综合效率未达到最优。（四）规模报酬状态分析 广安市和巴中市为规模报酬递增状态，意味着其尚未达到最佳的规模收益，此时应该加大投入因素的比值，争取达到规模最优。而对于泸州、德阳、绵阳、广元、乐山、南充、眉山、宜宾、达州、资阳十个市，已经处于规模递减状态，这时候应该减少资源投入、减小规模、调整产业结构以节约资源。（5） 非DEA有效单位土地投入产出分析以广元市为例针对综合效率未达到1的单位，对其土地的投入产出指标做定量分析，可以在各投入产出的值上做出调整，使其达到DEA有效。对于样本单元的纯技术效率为1，而规模效率小于1时，这说明样本单元本身的技术效率而言没有投入需要减少、没有产出需要增加；样本单元的综合效率没有达到有效，是因为其规模和投入、产出不相匹配，需要增加规模或减少规模。由于篇幅有限，不对所有的九个纯技术效率未达到1的单位一一分析，本文只研究了综合效率最低的广元市。 表3 广元市土地投入产出分析变量原始值投入冗余值产出不足值DEA有效目标值O1321.870325.0740.000646.944O2167267.000168931.80069110.591405309.391O3155.000156.5430.000311.543I1166.0800.000-9.903156.177I2439.2400.0000.000439.240I384.4800.0000.00084.480I479.5900.000-2.70976.881I5480.1500.000-52.057428.093I62213188.00004401110046.560根据计算结果可知，当广元市生产总值增加325.074亿元；财政收入增加168931.800+69110.591=238042.391万元；人口密度增加156.543人/km2。同时耕地面积减少9903公顷；二三产业就业人数减少27090人；固定资产投资总额减少52.057亿元；财政支出减少1103141.440万元。此时能达到最优的DEA有效值。但是由于产出结果并不能受主观控制，在实际中只能改变投入因素的值，上述数据只能作为参考。4、 结论通过建立DEA-BCC模型，运用DEAP2.1软件对2010年四川省各市州的土地利用投入产出分析，得到的主要结论：（一）2010年四川省各市州的土地利用效率平均值为0.890，处于良好的利用状态。但是一些DEA无效的单位，如绵阳、广元、巴中等城市，在投入方面存在冗余，产出方面存在不足，土地利用效率还有很大的提高空间。纯技术效率对综合效率的影响不大,综合效率主要受规模效率的影响。（二）四川省各城市土地利用经济效率差异较大，最低值仅为0.451。同时通过对四川省城市不同城市土地利用效率的研究发现，城市土地利用效率的高低除了与生产要素本身的投入水平有关外，还与各种要素的合理组合应用有关，与城市规模和等级并无直接关系。（三）2010年,四川省有9个城市综合效率为1，实现了“规模有效”和“技术有效”。由于数据包络分析方法评价的是各评价单元之间的相对有效性，成都、自贡、攀枝花、遂宁、内江、雅安、阿坝藏族羌族自治州、甘孜藏族自治州、凉山彝族自治州这九个城市的综合效率值为1,只能说明这九个城市的土地利用系统的投入产出相对优于其他城市，并不能说明这九个城市的土地利用经济效率就很高。其他城市没有达到DEA有效，究其原因，是在产出不足的同时还保持着投入冗余。各城市规模报酬状态也不尽相同,大部分城市存在由于投入过多导致产出规模报酬递减的问题。只有广安市和巴中市是因为投入不足导致规模报酬递增状态。所以一定要优化城市土地利用结构，依据城市土地类型的适宜性及其结构的差异，通过对城市中各种利用类型土地数量和空间布局的合理安排和优化，以达到城市土地资源在产业间、区域间的合理结构与布局，以提高城市土地利用效率，从而实现城市土地利用系统趋优的目标，实现城市土地的可持续利用。参考文献：1杨桂山土地利用覆被变化与区域经济发展长江三角洲近50年耕地数量变化研究的启示J地理学报，2004，59(s1)：41-462葛全胜，赵名茶，郑景云20世纪中国土地利用变化研究J地理学报，2000，55(6)：698-7063刘海江创新城市