姚　成

(安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

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安徽省各地級(jí)市土地利用生態(tài)效率分析

姚成

(安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院，安徽 蚌埠 233030)

摘要：各地區(qū)土地利用狀況的差異會(huì)對(duì)其各自的生態(tài)和環(huán)境產(chǎn)生不同的影響。根據(jù)安徽省各地級(jí)市土地利用現(xiàn)狀，通過構(gòu)建土地利用生態(tài)效率投入產(chǎn)出指標(biāo)，選用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)CCR-I模型，測(cè)算了安徽省16個(gè)地級(jí)市2010—2012年的土地利用生態(tài)效率值。結(jié)果顯示，從2010年到2012年，各地級(jí)市的土地利用生態(tài)效率值基本呈下降的趨勢(shì)；土地利用生態(tài)效率DEA有效的地級(jí)市只有黃山市，其他各地級(jí)市都是DEA非有效的?；诖耍谕恋孛娣e和GDP固定不變條件下，優(yōu)化各地級(jí)市土地利用生態(tài)效率的投入和產(chǎn)出，以使各地級(jí)市達(dá)到DEA有效狀態(tài)顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：土地利用；生態(tài)效率； CCR-I模型

生態(tài)效率是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的價(jià)值量和資源環(huán)境消耗的實(shí)物量比值，即生態(tài)效率=經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展(價(jià)值量)/資源環(huán)境消耗(實(shí)物量)，表示經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境壓力的分離關(guān)系[1]。土地利用是全球變化的重要組成部分，土地利用活動(dòng)所帶來的生態(tài)和環(huán)境效應(yīng)，不僅影響著當(dāng)?shù)?，更進(jìn)一步地影響全球，成為地理及相鄰學(xué)科關(guān)注的熱點(diǎn)[2]。近百年來，人口快速增長(zhǎng)使得應(yīng)用于非住宅的土地資源不斷減少，土地資源利用問題已經(jīng)引起世界范圍內(nèi)的注意。隨著人類科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和改造自然的能力不斷增強(qiáng)，如若處理不慎，環(huán)境污染和生態(tài)平衡破壞的問題就會(huì)接踵而至，而這所有的一切都往往首先表現(xiàn)在土地利用上。因此，土地利用生態(tài)效率具有重要的研究?jī)r(jià)值。本研究運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)的CCR-I模型分析得到安徽省16個(gè)地級(jí)市的土地利用生態(tài)效率的變化趨勢(shì)，然后優(yōu)化了各個(gè)DEA非有效城市的土地利用生態(tài)效率，使其達(dá)到DEA有效狀態(tài)。

一研究方法、指標(biāo)的確定和數(shù)據(jù)來源

(一)研究方法

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析簡(jiǎn)稱DEA,是使用數(shù)學(xué)規(guī)劃模型評(píng)價(jià)決策單元間的相對(duì)有效性, 由Charnes等人(1978)[3]首次提出，并構(gòu)建了首個(gè)DEA模型，即CCR-I模型。本研究選用此模型，分析安徽省16個(gè)地級(jí)市土地利用生態(tài)效率。

設(shè)有n個(gè)決策單元,每個(gè)DMUq的第i項(xiàng)投入為Xiq，第j項(xiàng)產(chǎn)出為Yjq，因此，每個(gè)DMUq土地利用生態(tài)效率值計(jì)算如下：

Uj≥0?j,j=1,2,...,s

Vi≥0?i,i=1,2,...,m

其中，Xik、Yjk則分別為DMUk第i項(xiàng)投入和第j項(xiàng)產(chǎn)出；Vi為第i項(xiàng)投入權(quán)重；Uj第j項(xiàng)產(chǎn)出權(quán)重； hq即為DMUq的土地利用生態(tài)效率。

引入阿基米德無窮小量ε，根據(jù)線性規(guī)劃對(duì)偶理論，將上式轉(zhuǎn)化成線性方程，得到如下對(duì)偶式方程[4]：

λk≥0,k=1,2,...,n

(二)指標(biāo)確定

本研究選擇的投入指標(biāo)為具體投入與土地面積的比值，并根據(jù)游和遠(yuǎn)等人(2011)[5]的研究將GDP與非期望產(chǎn)出的比值作為CCR-I模型的產(chǎn)出指標(biāo)。且投入個(gè)數(shù)和產(chǎn)出個(gè)數(shù)之和小于安徽省16個(gè)地級(jí)市的一半，符合CCR-I模型的要求。投入產(chǎn)出指標(biāo)及說明如下：

1.投入指標(biāo)

(1)地均勞動(dòng)人口(人/公頃)，即勞動(dòng)人口/土地面積，以15—59歲人口數(shù)估計(jì)勞動(dòng)人口；

(2)地均一次能源(噸標(biāo)準(zhǔn)煤/公頃)，即一次能源消費(fèi)總量/土地面積；

(3)地均用水量(噸/公頃)，即用水消費(fèi)總量/土地面積；

(4)地均固定資本(萬元/公頃)，即固定資本/土地面積。

2.產(chǎn)出指標(biāo)

(1)工業(yè)廢水-GDP負(fù)荷(萬元/噸)，即GDP/工業(yè)廢水排放量；

(2)工業(yè)二氧化硫-GDP負(fù)荷(萬元/噸)，即GDP/工業(yè)二氧化硫排放量；

(3)工業(yè)煙(粉)塵-GDP負(fù)荷(萬元/噸)，即GDP/工業(yè)煙(粉)塵排放量。

(三)數(shù)據(jù)來源

由于2011年8月22日撤地級(jí)巢湖市，設(shè)立縣級(jí)巢湖市，因此，本文并未對(duì)巢湖市進(jìn)行分析。而安徽省16個(gè)地級(jí)市的指標(biāo)數(shù)據(jù)，均來源于2011—2013年《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》及《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》。

二安徽省各地級(jí)市土地利用生態(tài)效率結(jié)果分析

(一)安徽省各地級(jí)市土地利用生態(tài)效率計(jì)算

表1　2010—2012年安徽省各地級(jí)市土地利用生態(tài)效率

本研究采用DEA SOLVER PRO軟件，運(yùn)用CCR-I模型計(jì)算得2010、2011、2012年安徽省16個(gè)地級(jí)市的土地利用生態(tài)效率值，并求出生態(tài)效率均值(見表1)。

以各地級(jí)市為研究對(duì)象發(fā)現(xiàn)，從2010年至2011年及2011至2012年，各地級(jí)市的土地利用生態(tài)效率值基本呈遞減的趨勢(shì)。僅2010年至2011年，滁州市土地利用生態(tài)效率值從0.63增加到0.80，2011年至2012年，亳州市土地利用生態(tài)效率從0.56增加到0.60；黃山市土地利用生態(tài)效率一直都為1。而2010至2012年間，安徽省各地級(jí)市GDP在不斷地增長(zhǎng)。因此，2010年至2012年間安徽省各地級(jí)市在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，對(duì)資源和環(huán)境缺乏重視。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，2010—2012年安徽省16個(gè)地級(jí)市的土地利用生態(tài)效率均值排序如圖1。

圖1　安徽省16個(gè)地級(jí)市土地利用生態(tài)效率均值

(二)安徽省各地級(jí)市土地利用生態(tài)效率優(yōu)化

由于篇幅有限，本文僅給出了2012年安徽省各地級(jí)市土地利用生態(tài)效率優(yōu)化方案(表2)。下面通過調(diào)整土地利用投入和產(chǎn)出，使得各地級(jí)市達(dá)到DEA有效狀態(tài)。其中，投入過剩量和產(chǎn)出不足量計(jì)算公式如下：

投入過剩量：

產(chǎn)出不足量：

表2　2012年安徽省各地級(jí)市土地利用生態(tài)效率優(yōu)化

由表2獲得了安徽省各市投入產(chǎn)出指標(biāo)的調(diào)整量?？紤]到各地級(jí)市土地利用生態(tài)效率的投入產(chǎn)出指標(biāo)均為兩個(gè)變量相除而得到，并不有利于我們對(duì)各個(gè)投入、產(chǎn)出變量的直接調(diào)控。由于16個(gè)地級(jí)市土地面積固定，為實(shí)現(xiàn)DEA有效，計(jì)算得到土地面積固定不變條件下的勞動(dòng)人口、一次能源、用水量和固定資本投入過剩量。而工業(yè)廢水-GDP負(fù)荷、工業(yè)二氧化硫-GDP負(fù)荷、工業(yè)煙(粉)塵-GDP負(fù)荷的增加，可以通過增加GDP產(chǎn)出實(shí)現(xiàn)，也可以通過減少非期望產(chǎn)出來實(shí)現(xiàn)。在當(dāng)前的社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景下，在GDP一定的情況下，實(shí)現(xiàn)污染物的排放量的減少顯得尤為重要。在實(shí)現(xiàn)DEA有效的條件下，計(jì)算得到固定GDP下的工業(yè)廢水、工業(yè)二氧化硫和工業(yè)煙(粉)塵的減少量。計(jì)算公式如下，計(jì)算結(jié)果如表3。

土地面積固定不變條件下投入減少量：

ΔIPik=Mk·Eiki=1,...,4;k=1,...16

其中，ΔIPik為固定土地面積下DMUk第i個(gè)投入減少量；Mk為DMUk的土地面積。

GDP固定不變的條件下非期望產(chǎn)出減少量：

其中，ΔOPjk為固定GDP下DMUk第j個(gè)非期望產(chǎn)出減少量；OPjk為DMUk第j個(gè)非期望產(chǎn)出指標(biāo)值；GDPk為DMUk的GDP，Yjk為DMUk第j個(gè)產(chǎn)出指標(biāo)值。

表3　土地面積和GDP固定條件下2012年各市土地利用生態(tài)效率優(yōu)化情況

三結(jié)論

第一，基于DEA的CCR-I模型，測(cè)算安徽省的16個(gè)地級(jí)市土地利用生態(tài)效率值。結(jié)果表明，從2010到2012年，各地級(jí)市的土地利用生態(tài)效率基本呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，而 GDP呈遞增趨勢(shì)。由此可見，安徽省各地級(jí)市在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，忽略了資源的節(jié)約和環(huán)境的保護(hù)。在安徽省16個(gè)地級(jí)市中，只有黃山市的土地利用生態(tài)效率為DEA有效的，其他各地級(jí)市的土地利用生態(tài)效率都為DEA非有效?？梢姡侠戆才磐恋乩猛度?，優(yōu)化土地利用產(chǎn)出，對(duì)于使土地利用生態(tài)效率達(dá)到DEA有效顯得尤為重要。

第二，根據(jù)土地利用投入和產(chǎn)出的改變量，優(yōu)化了2012年安徽省各地級(jí)市的土地利用生態(tài)效率，給出了土地面積和GDP固定條件下可調(diào)控變量的優(yōu)化方案，最終獲得了勞動(dòng)人口、一次能源、用水量、固定資本和工業(yè)廢水、工業(yè)二氧化硫、工業(yè)煙(粉)塵的減少量，為各地級(jí)市土地利用生態(tài)效率的改善及在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)中的權(quán)衡決策提供了可靠依據(jù)。

第三，在指標(biāo)選擇方面，以地均勞動(dòng)人口、地均一次能源、地均用水量、地均固定資本為土地利用生態(tài)效率投入指標(biāo)，以工業(yè)廢水-GDP負(fù)荷、工業(yè)二氧化硫-GDP負(fù)荷、工業(yè)煙(粉)塵-GDP負(fù)荷為產(chǎn)出指標(biāo)。而事實(shí)上，土地利用生態(tài)效率是多方面因素共同作用的結(jié)果，進(jìn)一步對(duì)其影響因素進(jìn)行分析，將有助于提出更加完備的土地利用生態(tài)效率改善政策建議。

參考文獻(xiàn)：

[1]田炯，王翠然，陸根法.層次分析法在生態(tài)效率評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)， 2009，(1).

[2]吳文斌，楊鵬，柴崎亮介，等.基于Agent的土地利用/覆蓋變化模型的研究進(jìn)展[J].地理科學(xué)，2007，(4).

[3]Charnes A，Cooper W W，Rhodes E.Measuring the efficiency of decision making units[J].European journal of operational research，1978,(6).

[4]魏權(quán)齡.數(shù)據(jù)包絡(luò)分析[M].北京：科學(xué)出版社，2004.

[5]游和遠(yuǎn)，吳次芳，林寧，等.基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的土地利用生態(tài)效率評(píng)價(jià)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，(3).

(責(zé)任編校：陳婷)

Analysis of Eco-efficiency of Land Use of

Each Prefecture-level City in Anhui Province

YAO Cheng

(School of Statistics and Applied Mathematics,

Anhui University of Finance and Economics, Bengbu Anhui 233030, China)

Abstract：The differences of land use situation in various regions have different influence on their ecology and environment. According to the present situation of each prefecture-level city’s land utilization in Anhui province, this paper constructs the input and output indexes of eco-efficiency of land utilization, and selects CCR-I model based on data envelopment analysis (DEA) to calculate the ecological efficiency value of land use of 16 prefecture-level cities in Anhui province from 2010 to 2012.The results show that ecological efficiency values of land use of each prefecture-level city basically present a decreasing trend from 2010 to 2012 and only Huangshan city is DEA-efficient. Based on these, this artical optimizes the input and output of eco-efficiency of land use in each prefecture-level city under the condition of fixed land area and GDP, in order to make each prefecture-level city achieve DEA-efficiency.

Key Words：land use; eco-efficiency; CCR-I model

作者簡(jiǎn)介：姚成(1990— )，男，安徽亳州人，安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院碩士生。研究方向：數(shù)據(jù)包絡(luò)分析。

收稿日期：2015-05-19

中圖分類號(hào):F301.12

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-4681(2015)04-0014-04