广西县域景观格局对土地利用效率的影响

摘要 在ESDA-GWR的研究框架下分析了2020年广西全部区县的土地利用效率和景观格局的总体特征与区域差异，并定量研究了耕地、农村居民点用地、城镇建设用地的斑块形状特征和空间分布特征对土地利用效率的影响机理。结果表明：广西土地利用效率总体一般，各地区差异显著，地级市内中心地区的效率相对于周边地区普遍更高，北部湾经济区效率较高而西江经济带效率较低；广西各地类景观指数的空间正相关性强烈，西南部和北部的土地利用方式较为集约，而中部和东南部则较为粗放；规整连片的耕地、节约集约的农村居民点用地和“一核多元”的城镇建设用地能够显著地提升土地利用效率，其中达到较大规模且具有明显中心城区的城镇建设用地布局方式对土地利用效率的正面影响尤为明显。

关键词 景观格局；土地利用效率；ESDA-GWR；广西

中图分类号 X321 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）08-0076-07

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.08.018

Impact of Landscape Pattern on Land Use Efficiency in Guangxi on County Scale

WANG Hao-qing1，WANG Dan2

（1.Wuhan Zhongxingu Land Planning and Design Co.， Ltd.， Wuhan， Hubei 430071；2.Hubei Institute of Geosciences （Hubei Selenium Industrial Research Institute）， Wuhan， Hubei 430034）

Abstract This paper analyzes the overall characteristics and regional differences of land use efficiency and landscape pattern in all districts and counties of Guangxi in 2020 under the research framework of ESDA-GWR， and quantitatively studies the impact mechanism of patch shape characteristics and spatial distribution characteristics of cultivated land， rural residential land， and urban construction land on land use efficiency.The results show that land use efficiency of Guangxi is generally on a moderate level yet with significant regional differences， the efficiency of center areas within Prefecture level are generally higher relative to the surrounding areas. The Beibu Gulf Economic Zone shows a strong strength on socio-economic development with a high land use efficiency， while the Xijiang Economic Belt develops fast but with a low land use efficiency. Landscape metrics of different areas in Guangxi share a significant positive spatial correlation. The north and southwest part of Guangxi use their land resources in a more intensive way， while central and southeast part is in an extensive developing mode. Regular and contiguous arable land， economical and intensive rural residential land， and “One-Core-Multipart” urban construction land can significantly improve land use efficiency. Among them， the layout of urban construction land that reaches a larger scale and has a clear central urban area has a particularly significant positive impact on land use efficiency.

Key words Landscape pattern;Land use efficiency;ESDA-GWR;Guangxi

土地作为人类活动和社会经济发展的重要载体，其利用效率状况不仅影响到区域的发展质量，同时也直接决定城镇化对耕地的消耗水平。因此，探讨区域土地利用效率，分析其时空分异特征及变化机理，一方面可以为调整地方发展战略提供理论依据，另一方面也可以为土地资源的优化配置提供参考。

土地利用效率反映土地利用水平及与其他资源配置的合理程度，表征经济建设过程中，土地资源的价值实现程度［1］。目前多数土地利用效率的研究基于社会、经济、生态指标对土地利用效率进行综合测度，DEA模型成为被广泛使用的评价方法［2-9］。研究对象以某一类城市或者某一区域城市截面数据、时序数据为主［2-6］，对农村土地利用效率的研究较少［7-8］，实质上是对城市社会、经济、生态发展的综合衡量［2-9］，而且缺少对空间要素的探讨。张雅杰等［9］提出的DEA-ESDA-GWR研究框架对土地利用效率的空间分异规律进行了探索，但对土地利用行为方式的影响区域效率的内在机理仍然缺乏深入的研究，也没有就如何提高土地利用效率提出针对性的优化路径。

土地利用覆被所展现出的形态结构是土地利用行为的直接表征，而景观格局指数能够从中提炼出空间布局和结构的关键信息［10］，而土地要素的投入不仅在数量和质量上决定产出的效率高低，空间布局和结构也能够对其产生重要影响，然而相关研究却较为少见，且仅仅是对单个评价单元［11-12］或者未考虑土地作为非稳定空间连续体的空间相关性［11-13］。因此，该研究以土地利用效率作为因变量，各地类景观指数为自变量构建基于空间相关性的GWR模型，通过多变量回归分析揭示各地类斑块的形状特征和空间分布特征对土地利用效率的影响机理，为更合理地利用土地资源以及更科学地编制土地利用规划提供参考和依据。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

广西壮族自治区地处中国南方沿海，位于104°28′～112°04′E，20°54′～26°23′N，下辖14个地级市，包括111个区、县和县级市，是中国唯一一个沿海自治区。该研究结合广西县级行政区划和《广西统计年鉴2020》可获得的数据，将其分为95个单元进行研究。

1.2 数据来源

地理信息数据来源于广西2020年度土地利用变更调查数据。社会经济数据来源于《广西统计年鉴2020》［14］。各地耕地总面积、农村居民点用地总面积、城镇建设用地总面积从2020年度土地利用变更调查数据中统计提取。

2 研究思路与指标选取

2.1 研究思路

该研究在计算区县级行政单元土地利用效率和一系列景观格局指数的基础上，通过构建GWR模型对各个地类景观格局影响土地利用效率的机理进行定量研究。

首先，对研究区内各个区县级行政单元利用改进的超效率DEA模型进行土地利用投入—产出的效率评价。借鉴张荣天等［15］提出的方法针对传统DEA模型容易造成决策单元DMU有效的数量较多的弊端进行改进：设N 个DMU发展效率，xj为第j个DMU投入量，yj为第j个DMU产出量，则xj=（x1j，x2j，…，xmj）T>0，yj=（y1j，y2j，…，ysj）T>0，引入虚拟的最优决策单元DMUj+1={min（x1j，x2j，…，xmj），max（y1j，y2j，…，ysj）}，即投入最小而产出最大的决策单元，其效率值等于1，是唯一有效的DMU单元。但该模型仍存在无法对多个处于前沿面决策单元展开进一步比较与评价的缺陷，因此结合超效率DEA模型，在评价某个决策单元时，将其排除在决策单元的集合之外通过将处于前沿面的决策单元的转换，从而对有效决策单元展开进一步的判别和测度［16］。

然后，计算与人类社会经济活动直接相关的地类的景观格局指数。通过计算耕地、农村居民点用地、城镇建设用地斑块面积大小、形状规则程度、聚集程度，并分析它们的地理空间分布特征来为构建GWR模型提供因变量的数据支撑。

最后，以土地利用效率作为因变量、各地类景观指数为自变量构建基于空间相关性的GWR模型，通过多变量回归分析揭示各地类斑块的形状特征和空间分布特征对土地利用效率的影响机理。

2.2 指标选取

土地利用效率评价方面，综合前人相关研究［17］，构建广西土地利用效率DEA测度指标体系：①耕地总面积I1、农村居民点用地总面积I2、城镇建设用地总面积I3、固定资产投资额I4，分别反映城市建设用地土地和资本要素投入；②第一产业生产总值O1、第二产业生产总值O2、第三产业生产总值O3、公共财政收入O4，分别反映城市建设用地产出。

景观格局方面，选取普遍认可和较为常用景观指数［18-21］：边缘密度（ED）、平均斑块面积（MPS）、最大斑块指数（LPI）、聚集度（AI）分别在类型尺度上从不同地类的斑块面积、斑块形状复杂程度以及斑块聚集分散程度来定量描述耕地、农村居民点用地、城镇建设用地利用的数量结构和空间形态。

3 土地利用效率测度和景观指数计算

3.1 土地利用效率测度

根据修正的超效率DEA模型计算的广西土地利用效率DEA分值（表1、图1）可以看出，土地利用效率值处于生产前沿面上（DEA有效）的区县共有28个（排名1～28），约占整个广西的30%。95个单元的平均DEA分值为0.969 0，处在生产前沿面下。DEA有效的区县主要分布在北部湾经济区和广西北部地区，而西江经济带上的区县则普遍表现为DEA无效，或为急速发展中粗放的土地利用行为所致。南宁市辖区、港口区、柳州市辖区、桂林市辖区、梧州市辖区以及北海市辖区的要素投入和产出都较高，是驱动广西社会经济发展的核心动力。北部各县的人口较少，要素投入也较低，因此有相当一部分区县表现为DEA有效。值得注意的是，柳州市辖区和桂林市辖区周边各县大多为DEA无效，而进一步向外延伸又有较多的县表现为有效，说明广西东北部整体效率较高，而这2个地区吸收邻近县生产要素的能力很强。反观北部湾经济区中的良庆区、邕宁区、防城区和合浦县，在连片的DEA有效区中显示为无效，表明较发达地区的中心城区周边在经济高速发展的背景下存在一定程度的粗放用地的问题。