(吉林大學 地球科學學院,吉林 長春 130061)

典型黑土區(qū)建設占用耕地的時空配置效率研究

孟祥鳳,王冬艷,李 紅,高 博,田文波

(吉林大學 地球科學學院,吉林 長春 130061)

通過ArcGIS和Spss技術平臺構建相應模型,以吉林省長春市為研究區(qū),分析了典型黑土區(qū)建設占用耕地的時空配置效率。結果表明:①2001—2014年長春市建設占用耕地部門間的配置存在過度化,過度占用耕地19268.34hm2,且存在一定程度的時空配置效率損失(其中,長春市本級轄區(qū)、雙陽區(qū)與榆樹市的時空配置效率較高,在20%以上；德惠市、九臺市、農安縣的時空配置效率較低,低于10%)，因此應結合長春市生態(tài)服務功能與時空配置效率將建設用地指標進行科學調整。②長春市大量優(yōu)質的黑土資源被占用,且土壤質量退化嚴重,黑土資源質量與數(shù)量的雙重流失必然會對東北乃至我國糧食安全構成重要威脅。③計劃性的建設用地指標配置、地方政府的行政博弈、邊際效益的差異是建設占用耕地時空配置效率損失的主要原因。針對研究結果，提出相應對策,為提高我國典型黑土區(qū)建設占用耕地時空配置效率提供科學依據(jù)。

建設占用耕地;黑土地資源;時空配置效率

聯(lián)合國調查指出,2009—2050年全世界將約有18.6億人口生活在城市,城市化率會從50%上升到69%,盡管城市用地面積僅占地球表面的2%,但超過1/2的人口居住在城市[1]。1970—2016年，全世界1000萬人口的特大城市從2個增加到36個,包括我國的北京、上海、廣州、深圳、天津、成都[2]。城市化發(fā)展導致建設用地擴張，不斷占用耕地,是經濟發(fā)展、城市化進程中全球面臨的問題,成為眾多學者研究的熱點。

國內外對建設占用耕地的研究早期主要集中在對耕地驅動力的分析[3-11],建設占用耕地與城市化、經濟發(fā)展的關系研究[12-21],建設占用耕地的適宜性評價[22]、代際配置研究[23-24]與效率分析[25,26]。由于我國現(xiàn)行土地利用規(guī)劃中建設用地指標配置更多的是行政博弈而不是科學配置的結果,未考慮區(qū)域經濟發(fā)展水平和自然資源稟賦的不平衡性[27]；加之我國經濟建設與優(yōu)質農地在空間分布上的高度重合,導致耕地資源的過度損失,糧食安全受到威脅[27]。因此，進一步提高建設用地的配置效率,緩解經濟發(fā)展與資源保護的雙重壓力已經成為我國經濟新常態(tài)下亟待解決的關鍵性問題之一。

近年來,我國眾多學者基于全國、省際、省域等不同研究尺度,運用C-D生產函數(shù)[28,29]、數(shù)據(jù)包絡分析[30]、反演模型[31]等研究方法構建了建設用地配置效率指標體系[32],測算了建設用地擴張的時序效率變化[33],進行了建設用地擴張的空間效率分析[34]。但已有研究較多的是對建設用地擴張評價體系和時序效率的研究,鮮有關于建設占用耕地的時空配置效率的研究,且研究層面較多地集中在全國和省際層面,研究區(qū)域多分布在我國中東部經濟發(fā)達的地區(qū)。由于我國幅員遼闊、省際差別顯著,使建設用地的配置效率本身就存在空間差異,要實現(xiàn)全國的空間配置均衡難度較大、可行性較低；同時，黑土地資源是我國糧食產量和質量的重要基礎,在保障我國糧食安全、建設生態(tài)文明和發(fā)展綠色經濟中具有舉足輕重的戰(zhàn)略地位[35],因此基于黑土區(qū)域的市域尺度建設占用耕地時空配置效率研究更具有理論價值和現(xiàn)實意義。

本研究以可持續(xù)發(fā)展與土地資源優(yōu)化配置理論為依托,以我國典型黑土區(qū)吉林省長春市作為研究區(qū)域,應用ArcGIS和Spss軟件構建相應模型，探究了2001—2014年典型黑土區(qū)長春市建設占用耕地的時空配置效率問題,以期為提高我國典型黑土區(qū)建設占用耕地時空配置效率提供科學參考。

1 建設占用耕地的時空配置理論分析

建設用地的配置包含了部門間配置、空間配置和時間配置等,本文在探討典型黑土區(qū)長春市建設占用耕地部門間配置的基礎上,重點研究了建設占用耕地的時空配置效率問題[36]。這里部門間的配置主要是指耕地代表的農業(yè)部門和建設用地代表的非農業(yè)部門之間的用地配置,而時空配置效率是某個時間段不同地域空間對資源利用的邊際貢獻率。因此,根據(jù)土地資源優(yōu)化配置理論,只要滿足土地資源在不同部門的邊際效益相等,就可實現(xiàn)部門間的優(yōu)化配置;滿足不同地域的邊際貢獻率相等,就可保證建設用地的時空配置實現(xiàn)帕累托最優(yōu)。

為了實現(xiàn)建設占用耕地部門之間的帕累托最優(yōu),即耕地的邊際效益與建設用地的邊際效益相等,結合圖1對耕地價格與建設占用耕地面積的關系進行了分析。圖1中，P3是包含非市場價值的建設占用耕地的邊際成本(MSC),P2是基于市場價格的邊際成本(MPC),P1是當下建設占用耕地的市場均衡價格；Q1、Q2、Q3分別是P1、P2、P3對應的建設用地占用耕地的數(shù)量[37];OQ3是耕地社會成本下的建設占用耕地合理程度,是達到土地資源優(yōu)化配置、經濟社會健康發(fā)展的最理想狀態(tài)，Q1Q2為建設占用耕地的過度性損失Ⅰ，Q2Q3為過度性損失Ⅱ，Q1Q3為代價性損失。這里的過度性損失是指由于政府的干預,市場失靈而導致土地資源無節(jié)制地由生產效益較低的部門流向生產效益較高的部門的過度化部分。

圖1 耕地價格與建設占用耕地面積

2 研究區(qū)域

長春市位于我國東北松遼平原腹地,幅員面積20593.52km2，是吉林省的省會,轄朝陽、南關、二道、寬城、綠園、雙陽、九臺七區(qū)和榆樹、德惠兩個縣級市與農安縣。根據(jù)長春市各區(qū)縣市經濟發(fā)展狀況,本文將朝陽、南關、二道、寬城、綠園劃并為市本級轄區(qū),以利于下一步的研究(圖2)。2014年,長春市建設用地面積約270599hm2,同比增長了2291hm2;耕地面積約1446502.64hm2,同比減少1257.19hm2,而黑土資源面積約占耕地面積的49%,屬于全國典型的黑土區(qū)。2014年長春市的糧食產量為968.01萬t,占吉林省糧食總產量(3532.8萬t)的27.40%。

圖2 研究區(qū)域位置

3 研究方法與數(shù)據(jù)來源

根據(jù)上述理論分析,本文采用投入—產出模型C-D生產函數(shù)對長春市耕地與建設用地部門間最優(yōu)配置進行了測算,為了得到社會成本下的建設占用耕地的合理化程度,本文將生態(tài)價值(非市場價值)納入到耕地的邊際效益中。對生態(tài)價值的測算,眾多學者多采用Costanza[38]耕地生態(tài)服務價值的計算方法,本文擬采用謝高地[39]當量因子價值法測算了2001—2014年長春市耕地的生態(tài)價值。在對長春市建設占用耕地部門間的配置進行測算后,利用測得的邊際收益(建設用地邊際收益)與邊際成本(耕地的邊際收益)的差值求出邊際凈收益,根據(jù)不同空間的邊際凈收益與總體邊際凈收益的比值求得邊際貢獻率,即建設占用耕地的時空配置效率。

3.1 當量因子價值法

根據(jù)謝高地總結的全球生態(tài)系統(tǒng)服務功能評價模型,結合“中國生態(tài)系統(tǒng)服務價值當量因子表”中生態(tài)系統(tǒng)服務功能的當量值,依次為涵養(yǎng)水源0.60、保持水土1.46、廢物處理1.64、區(qū)域氣候調節(jié)0.89、改善大氣質量0.50、維持生物多樣性0.71。農地單位當量因子價值量的測算公式為：

(1)

式中,R為單位當量因子的價值量(元/hm2)；i為農作物的種類；pi為第i種農作物的全國平均價格(元/kg)；qi為第i種農作物的單產(kg/hm2)；mi為第i種農作物的種植面積(hm2)；M為n種農作物的種植總面積(hm2)。

3.2 柯布—道格拉斯生產函數(shù)

為計算圖1中Q2與Q3的值,本文采用柯布—道格拉斯生產函數(shù)(C-D函數(shù))對其進行拓展,得到式(2)、式(3):

lnY=lnA+alnK+blnL+rlnG

(2)

lnYW=lnB+clnKw+dlnLw+elnGw

(3)

式中,Y、K、L、G分別代表第一產業(yè)的地區(qū)生產總值、社會固定資產投資、從業(yè)人員數(shù)與農作物播種面積的投入;Yw、Kw、Lw、Gw分別代表第二、三產業(yè)地區(qū)生產總值、社會固定資產投資、從業(yè)人員數(shù)、建設用地面積的投入;A、B代表技術投入;a、b、r、c、d、e分別代表第一、二、三產業(yè)相應生產要素投入的產出彈性系數(shù)。

從式(2)、式(3)可知,土地在耕地和建設用地的邊際收益可表示為:

MC=A×r×Ka×Lb×Gr-1

(4)

(5)

式中,MC為耕地的邊際收益；MR為建設用地的邊際收益值。為了測算出合理的建設占用耕地的數(shù)量,需要衡量研究階段的建設占用耕地實際數(shù)量同耕地和建設用地邊際收益之間的關系。根據(jù)實際的建設用地需求供給量[37]得出:

lnQd=A1+A2lnMC

(6)

lnQs=A3+A4lnMR

(7)

式中,Qd、Qs表示實際的建設用地的需求供給數(shù)量；MC與MR同上；A1、A2、A3、A4表示待估計參數(shù)。將得到的A1、A2、A3、A4的估計值通過使MC=MR,可得到式(8)、式(9):

lnQ=[(A1×A4-A2×A3)/(A4-A2)]

(8)

(9)

由式(8)、式(9)求得lnQ與Q的值。當MC值中包含耕地的生態(tài)價值時,Q值就是建設占用耕地的帕累托最優(yōu)值。將MC與MR的值代入式(10),可測得邊際貢獻率,即建設占用耕地的空間配置效率Y值。

(10)

式中,Y表示時空配置效率值；MRi與MCi分別表示不同地域空間建設用地與耕地的邊際效益。

3.3 數(shù)據(jù)來源

本文測算長春市耕地生態(tài)價值的數(shù)據(jù)包括長春市主要農作物的種植面積、單產及全國平均價格,來源于相關年份的《長春市統(tǒng)計年鑒》、《全國農產品成本收益匯編》;耕地與建設用地邊際收益的測算數(shù)據(jù),如第一、二、三產業(yè)的勞動力、固定資產投資、面積的投入和產出數(shù)據(jù)主要來源于相關年份《長春市統(tǒng)計年鑒》、《吉林省統(tǒng)計年鑒》與《吉林省國土資源統(tǒng)計年報》;吉林省土壤類型來源于吉林省國土資源廳。

4 模型估計與結果分析

4.1 生態(tài)價值測算結果

根據(jù)當量因子價值法對長春市耕地生態(tài)價值進行測算,選取稻谷、玉米、土豆、馬鈴薯等主要農作物,將相應數(shù)據(jù)代入式(1)求得長春市2001—2014年生態(tài)價值見表1。

表1 2001—2014年長春市耕地生態(tài)價值(萬元/hm2)

運用ArcGIS軟件,基于吉林省二次普查土壤類型shp圖層得到1∶100萬的吉林省黑土資源分布圖(圖3)。從圖3可見,長春市位于吉林省的黑土區(qū),因此無論是經濟產出還是生態(tài)服務功能均高于我國大部分地區(qū)。其中,榆樹市、農安縣、德惠市的生態(tài)效益較高,源于長春市生態(tài)功能區(qū)劃的河流保護區(qū)、水土保持區(qū)、生態(tài)農業(yè)區(qū)與濕地保護區(qū)均位于榆樹市、農安縣、德惠市這三個區(qū)域,因此生態(tài)服務功能價值較高[40]。而長春市本級轄區(qū)、雙陽區(qū)與九臺市建設用地比例較高,城市生產和生活功能起主導作用,耕地的生態(tài)服務功能相對偏低。

圖3 吉林省黑土帶分布

4.2 長春市建設占用耕地模型估計

本文將長春市耕地生態(tài)價值的測算結果投入到建設占用耕地邊際效益的測算中,為了得到滿意的回歸結果,將2001—2014年長春市耕地代表的農業(yè)部門與建設用地代表的非農業(yè)部門的投入—產出數(shù)據(jù)進行回歸估計。在對式(4)、式(5)進行回歸估計時,采用的是廣義最小二乘法(GLS),在估計式中運用了一階自相關校正,并按照橫截面區(qū)域進行了加權最小二乘法估計,估計結果見表2、表3。

表2 2001—2014年長春市模型(一)估計結果

表3 2001—2014年長春市模型(二)估計結果

從估計結果來看,R2均在90% 以上,表明方程所選的自變量能夠較好地解釋耕地與建設用地的收益狀況,且各項系數(shù)都在1%的置信水平上顯著,回歸擬合效果很好。由此,可得到長春市2001—2014年間耕地的邊際收益與建設用地的邊際收益,見表4、表5。

表4 2001—2014年長春市耕地邊際收益(萬元/hm2)

表5 2001—2014年長春市建設用地邊際收益(萬元/hm2)

我們將求得的MC與MR的值與長春市2001—2014年建設用地需求供給值代入式(5)—(8),求得長春市2001—2014年建設占用耕地的代價性損失、過度性損失Ⅰ、過度性損失Ⅱ,見表6。

表6 長春市2001—2014年間建設占用耕地合理化面積(hm2、%)

通過C-D生產函數(shù)測得長春市2001—2014年建設占用耕地的代價性損失達19268.34hm2,占實際建設占用耕地面積的48.42%,過度性損失Ⅰ所占比例為32.31%，過度性損失Ⅱ所占比例為23.80%,其中最優(yōu)配置20528.2hm2則是長春市滿足經濟增長、保障糧食安全和生態(tài)安全的理想的建設占用耕地面積;次優(yōu)配置26938.63hm2是在我國當前的市場經濟條件下,排除政府對土地分配的宏觀調控所能實現(xiàn)的建設占用耕地數(shù)量的次優(yōu)選擇。長春市49%的耕地為黑土資源,等別較高的耕地均位于城區(qū)周邊,城市發(fā)展的一般規(guī)律是沿城市建成區(qū)向外延伸。因此,2001—2014年長春市建設占用耕地的數(shù)量不應超過26938.63hm2,否則將造成黑土資源浪費與建設用地閑置。

4.3 長春市建設占用耕地時空配置效率測算分析

將MR與MC的值代入式(10)計算長春市建設占用耕地的時空配置效率,計量結果見表7。

表7 長春市2001—2014年建設占用耕地邊際凈收益與時空配置效率

圖4 長春市2001—2014年建設占用耕地時空配置效率

從表5可見,長春不同地區(qū)的建設占用耕地時空配置效率差別較大,應用GIS軟件得到長春市1∶50萬的時空配置效率分布圖(圖4)。2001—2014年,長春市各地區(qū)之間存在著建設占用耕地的效率損失。其中,長春市市本級轄區(qū)、雙陽區(qū)與榆樹市的時空配置效率較高,均在20%以上,德惠市、九臺市、農安縣的時空配置效率較低,均低于10%;時空配置效率最高的市本級轄區(qū)是時空配置效率最低農安縣的15.59倍,即在外界投入不變的情況下,同樣的GDP產出增值,市本級轄區(qū)只需要用農安縣4.70%的建設用地面積。從模型的回歸結果來看,長春市建設占用耕地的時空配置并沒有達到均衡,因此應進行空間調配實現(xiàn)帕累托最優(yōu)。

5 結論與討論

5.1 結論

基于以上分析,本文得出以下幾條結論:①本文基于土地資源優(yōu)化配置理論與可持續(xù)發(fā)展理論對建設占用耕地的優(yōu)化配置進行了理論剖析,擴展了原有研究中的測算模型。在對建設占用耕地部門間配置進行分析的基礎上,提出通過測算區(qū)域間邊際貢獻率來衡量建設占用耕地的時空配置效率。測度結果顯示,2001—2014年長春市建設占用耕地部門間配置存在過度化,過度占用耕地19268.34hm2,且存在一定程度的時空配置效率損失。其中,長春市市本級轄區(qū)、雙陽區(qū)與榆樹市的時空配置效率較高,在20%以上；德惠市、九臺市、農安縣的時空配置效率較低,低于10%。因此,應根據(jù)測算結果并結合長春市的生態(tài)服務功能區(qū)劃將建設用地進行科學調整,適當將農安縣、德惠市、九臺市的建設用地擴張指標調配到長春市本級轄區(qū)和雙陽區(qū)。而榆樹市不但建設占用耕地的時空配置效率較高,而且還具有較大的生態(tài)服務功能,因此對榆樹市的建設占用耕地指標的調配還應多考慮其生態(tài)安全因素,以實現(xiàn)土地資源與經濟發(fā)展、生態(tài)安全、糧食生產的高效配置。②城市發(fā)展的一般規(guī)律是沿城市建成區(qū)向外延伸,長春市建設占用耕地存在過度性和時間配置效率的不均衡性,必然會導致大量優(yōu)質的黑土資源被占用。我國的黑土資源在利用過程中長期存在著黑土肥力退化、水土流失、土壤鹽漬化、旱澇災害、土壤沙化、土壤酸化等一系列影響黑土區(qū)土壤質量和黑土資源持續(xù)利用等方面的問題[41],因此黑土資源質量與數(shù)量的雙重流失必然會對東北乃至我國糧食安全構成重要威脅。

5.2 討論

原因分析:長春市建設占用耕地的部門間配置的過度化和時空配置效率的非均衡性,原因在于建設用地與耕地的邊際收益差別較大。根據(jù)經濟學的邊際效益理論,土地資源會從邊際效益較低的部門轉化到邊際效益較高的部門,加之地方政府為了從土地流轉中獲取更多的利益,往往忽略了經濟發(fā)展的實際需求,進一步推動了建設占用耕地的無序擴張。此外,我國的土地資源配置主要是通過土地利用總體規(guī)劃來實現(xiàn)的,雖然現(xiàn)有的指標逐級分解制度有效控制了耕地資源銳減并保證了土地用途管制的實施效果,但由于沒有考慮到區(qū)域經濟發(fā)展的差異性和自然資源稟賦的非均衡性,沒有按照空間效率均衡的原則進行土地資源的空間配置,這種計劃性的指標配給制度逐步成為建設占用耕地時空配置效率不均衡的根本原因。

政策啟示:首先,對長春市建設占用耕地部門間配置的過度化，一是應提高長春市建設用地節(jié)約集約利用程度,提高城市存量土地的開發(fā)再利用比率,盤活土地存量,轉變土地的利用結構;二是減少政府的行政干預,完善土地市場的配置機制，通過提高征地補償標準,建立城鄉(xiāng)統(tǒng)一的土地交易市場,使耕地的外部價值內部化[42]來提高耕地的邊際效益,從而減少長春市建設用地對耕地的過度占用。其次,對長春市建設占用耕地時空配置效率的非均衡性,建議構建縣市級的建設用地指標平臺,在現(xiàn)有建設用地指標管理體制下,允許區(qū)縣一級的地方政府在該平臺上對用地指標進行交易[43]。如根據(jù)長春市生態(tài)服務功能區(qū)劃與建設占用耕地時空配置效率的測算結果,適當將德惠市、農安縣與九臺市的用地指標在該平臺上利用直接交易的方式調配到市本級轄區(qū)與雙陽區(qū),對改善生態(tài)環(huán)境和維護國家糧食安全做出貢獻、犧牲發(fā)展機會的榆樹市給予合理補償，從而顯化各地區(qū)對用地的真實需求,改進現(xiàn)有計劃配置的弊端,提高建設占用耕地的時空配置效率。第三,為了保護黑土資源,扭轉長春市耕地資源損失嚴重的現(xiàn)狀,應加快推進建設占用耕地尤其是黑土耕作層土壤剝離工作的實施;進一步健全長春市耕地“先補后占、占補平衡”的長效機制,保證黑土資源的質量與數(shù)量。

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ResearchonTime-spaceAllocationEfficiencyofCultivatedLandforConstructionPurposesinTypicalBlackSoilArea

MENG Xiang-feng,WANG Dong-yan,LI Hong,GAO Bo,TIAN Wen-bo
(College of Earth Sciences,Jilin University,Changchun 130061,China)

Applying the ArcGIS and Spss technology platform,this paper built the corresponding models to analyze the time-space allocation efficiency of the cultivated land occupation by construction in Changchun City of Jilin Province,the typical black soil area.The results showed that:Firstly,from 2001 to 2014,the department configuration of cultivated land for construction purposes in Changchun City was excessive,and the expense loss was 19268.34 hm2,had a certain degree of loss which the allocation efficiency was of the time and space.The marginal contribution rate of cultivated land occupation by construction was over 20% in Changchun corresponding level,Shuangyang District and Yushu City.The marginal contribution rate of Dehui,Jiutai,Nong′an County was lower than 10%.Therefore,we should according to the ecological service function and the space-time allocation efficiency of Changchun City make scientific adjust the construction land index.Secondly,a large quantity of black soil resources were occupied by the construction land in Changchun City,and the quality of black soil was degradate seriously.The quantity and quality of black soil resources were erosion that must be severe threat to the northeast or even our country′s food security.Thirdly,the planning of construction land index allocation,the local government administrative game,the difference of marginal benefits were the main causes of the loss of the space-time allocation efficiency of the cultivated land occupation by construction.Forthly,this paper put forward the corresponding measures to provide a scientific basis for the time-space configuration efficiency of cultivated land for construction purposes in typical black soil area in China.

cultivated land occupied by construction;black soil resource;time-space allocation efficiency

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.08.010

F301.2

A

1005-8141(2017)08-0948-06

2017-06-07；

2017-07-25

國家自然科學基金青年科學基金項目(編號:41201158)。

孟祥鳳(1990-),女,吉林省四平人,博士研究生,主要從事城市化發(fā)展、建設用地擴張與耕地保護方面的研究。

李紅(1979-),女,吉林省鎮(zhèn)賚人,博士,副教授,研究方向為區(qū)域與城市發(fā)展。