低碳視角下的城市圈土地可持續利用評價

員開奇, 董 捷

(華中農業大學 公共管理學院， 湖北 武漢 430070)

土地是人類一切活動的載體，在社會經濟發展中起到了基礎性的作用。土地利用是人類以自身發展為目的對土地進行的長期經營活動，土地利用類型受到自然條件、技術、政策、社會、環境等多方面因素的影響。隨著社會經濟的不斷進步，土地利用無論是結構還是內容都有了很大的發展，土地為經濟增長提供了有力的保障。在經濟發展的同時，也暴露了對土地的粗放利用和過度開發的現象。土地可持續利用是可持續發展的重要組成部分，是關系到經濟長期穩定增長的主要約束之一。土地可持續利用研究對于完善土地基礎性作用，保證經濟社會持續健康平穩發展具有重要意義。

土地可持續利用評價是土地適宜性評價的發展，是對土地適宜性在時間上是否有效的評價。土地可持續利用的思想最早在首次國際可持續土地利用系統研討會提出，該會議分析了各地區土地可持續利用的現狀和問題[1]。聯合國糧農組織于1993年正式頒布了《可持續土地利用評價剛要》(《FELSM》)等文件，文件中說明了土地可持續利用評價中的原則、規程和評價標準等問題，并初步建立了土地可持續利用評價指標框架，此框架成為后來各國進行相關問題研究的重要參考。此后，國內外很多學者都進行了土地可持續利用評價方面的研究。Gameda[2]在《FELSM》的指導下研究了加拿大農場管理中的可持續利用問題，在生產性、保護性、安全性、可持續性和可接受性5個方面進行了指標的選取和結果評價。Berroteran等[3]對委內瑞拉的土地利用進行了實例研究，以國家的視角分析了可持續土地利用的指標體系確定的問題。孫雁等[4]針對土地細碎化研究了江西省分宜縣土地資源可持續利用評價的問題，構建了鄉鎮級土地可持續利用評價指標體系。李長健等[5]從土地發展權的角度開展了土地可持續利用問題的研究。袁磊等[6]建立了基于循環經濟理念的土地可持續利用評價指標，并以黑龍江為實例進行實證分析，實現了評價目標的進一步具體化。趙艷等[7]利用三角模型對江蘇省無錫市進行了土地可持續利用評價，實現了評價方法的創新。

《FELSM》是土地可持續利用評價的綱領性文件，但缺乏具體的指標描述，很難在不同用地類型、不同發展水平和評價目標下通用，土地可持續利用評價應該在其基礎上因地制宜，確定各研究的評價目標、指標體系和評價方法。土地作為可持續發展的要素，與低碳經濟有著內在的聯系[8]，將低碳與土地可持續利用評價相結合可以客觀地反映研究對象在新的發展導向下的土地可持續利用水平，但已有研究中鮮有涉及。研究評價方法的選擇對結果的呈現和應用影響很大，諸如層次分析法、熵值法、PSR等傳統指標綜合方法只能單一反映評價對象的優劣水平，很少能客觀指出各對象的不足和優勢，研究結果的參考價值受到限制。研究選取CSDEA作為評價方法，在得到評價結果的基礎上，進一步分析了各評價對象的改進方向。

1 研究區概況

1.1 武漢城市圈經濟社會發展現狀

武漢城市圈，又稱“1+8”城市圈，包括武漢、鄂州、黃岡、孝感、咸寧、黃石、天門、仙桃、潛江共9個城市，其中武漢為城市圈中心城市。武漢城市圈是全國資源節約型和環境友好型社會建設綜合改革配套實驗區，實驗區建設涉及工業、交通、教育、金融、旅游等諸多領域。武漢城市圈土地面積占全省33%，人口總數為全省51.6%。自然環境優越，城市化水平高，經濟發展條件好。2008年武漢城市圈實現地區生產總值6 972.11億元，同比增長14.8%，占全省總量61.5%，其在全省經濟增長中處于重要的位置。

1.2 土地資源特征

武漢城市圈總面積為57 972 km2，是中部最大、發展條件最好的城市圈之一[9]。在土地利用結構中，面積最大的是耕地，其次是林地，水域和建設用地次之，未利用地為最少。武漢城市圈耕地面積達29 321 km2，占總面積的50.58%，主要集中在中東部地區和黃岡市，耕地面積最大的地區是黃岡市和孝感市，占總量的46.06%；林地面積達17 535 km2，占總面積的30.25%，主要分布在南部和東北部，尤其是黃岡市，該市林地面積占總面積高達43.43%，此外，咸寧也是林地分布較集中的地區；草地面積達1 413 km2，占總面積的2.44%，分布較為集中，黃岡市和咸寧市的草地面積超過總量的80%；水域面積達5 731 km2，占總面積的9.89%，武漢市在水域分布中占有絕對優勢，占總量的30%；城鄉、工礦、居民點用地面積達3 722 km2，占總面積的6.42%，各地區差異不明顯，除武漢市外分布較為均勻；未利用地是251 km2，占總面積的0.43%。

2 低碳視角下的城市圈土地可持續利用評價

研究從低碳視角建立了土地可持續利用評價指標體系，結合指標凝聚法(CSDEA)[10]和熵值法對武漢城市圈各城市的土地可持續利用水平進行評價。不僅在指標體系中融合了低碳的思想，而且通過CSDEA還可以獲得各評價對象的改進方向，對政策措施的制定有重要的參考價值。

2.1 指標體系的構建

世界糧農組織曾在《FELSM》中給出了土地可持續利用評價的指標選取框架，在此框架的指導下，學者根據各區域的具體情況和評價目標建立了指標評價體系。尹君[11]在其土地可持續利用研究中從時間、空間、發展程度等多角度對土地資源可持續利用進行了分析并構建了評價指標體系。陳百明[12]對區域土地可持續利用進行了深入分析，建立了包括生產性、保護性、穩定性、可接受性、經濟活力5個準則層在內的指標體系框架，并對各指標的計算方法、閾值等進行了說明。本文參考已有的研究成果，將低碳與土地可持續利用評價相結合，基于CSDEA評價方法的指標分類要求，建立了指標體系。

2.1.1 土地可持續利用評價指標體系 土地利用是由自然、社會、經濟3部分共同作用形成的典型復合系統，土地的可持續利用就是土地的自然屬性通過合理的資源分配實現經濟可發展、社會可接受并產生持續性生產力的過程，即通過合理分配土地資源達到生態可持續、經濟增長可持續、社會發展可持續。土地可持續利用評價可以從生態、社會、經濟方面進行，碳源和碳匯是生態效益最具代表性的特征之一，因此，在正負兩類指標體系中，分別由碳源和碳匯相關指標代表生態子系統的作用。

衡量低碳水平最有效的指標就是碳排放量和碳吸收量，研究將這兩個指標融入到體系框架中。除此之外，再根據《FELSM》及后續的研究成果和城市圈發展的特征最終確定指標體系。由于評價方法的需要，指標體系中將各指標預先分為正向指標和負向指標。具體指標體系如表1所示。

2.1.2 部分指標計算的說明

(1)農民收入指數。這一指標代表各地區農民收入水平與其他地區的差異水平，農民收入水平的高低一定程度上代表了地區農業生產能力，是土地可持續利用在農業可持續方面的具體體現。具體的計算方法是：

農民收入指數=某地區農民人均收入/

城市圈農民人均收入

(2)人均耕地經營面積。保護耕地是保證糧食安全的根本途徑，人均耕地水平代表了地區農業生產的潛力，是土地可持續利用評價中的重要部分。人均耕地經營面積的計算方法如下：

人均耕地經營面積=某地區耕地總面積/

農村人口數

(3)地均碳吸收量和排放量。土地利用類型主要分為3大類，即農用地、建設用地和未利用地，對于用地各類型的碳排放和碳吸收核算系數，很多學者都開展了相關研究。本文根據城市圈各城市土地利用結構，參考賴力[13]的研究成果以及傅伯杰等[14]學者有關碳排放計算的理論研究，計算各城市土地碳吸收和碳排放總量，進一步得到地均的排放和吸收水平。

表1 低碳視角下的城市圈土地可持續利用評價指標體系

2.2 基于CSDEA的評價方法

數據包絡分析(data envelopment analysis，DEA)是美國著名運籌學家Charnes等提出的一種評價方法，經過幾十年的發展已經在系統工程、管理科學、決策分析、評價技術等領域有了廣泛的應用。一般來說，用于土地可持續利用評價的指標體系比較龐大，指標個數與決策單元數量差距較大，這很有可能導致絕大多數決策單元均為DEA有效，同時將重要性不同的指標或較多的底層指標同時列入DEA模型，經常會導致忽略重要指標、強調次要指標的后果，而使得DEA失去很好的評價效果。因此，研究選取了一種評價復雜系統的DEA方法——指標凝聚法(CSDEA)，該方法的基本思路是先將指標體系按照正向指標或者負向指標進行分類，然后在兩類指標體系下根據指標的自然歸屬進行再分類，獲得準則層的指標子類，最終確定完整的指標體系。在進行評價之前，需要對指標層的各指標進行一次權重的計算，選用熵值法計算各指標的權重值。再利用CSDEA進行評價，只對準則層的指標子類進行操作。這樣就可以既實現各指標水平的綜合又不會過分強調次要指標對整體的作用，使得評價結果更加客觀。

定義：

對決策單元j有貢獻比Pj/Qj，則對決策單元j0有以下模型(CSDEA)：

(j=1,2,…,n)

s.t.3:v=(v1,…,vm)T≥0

(u=(u1,…,um)T≥0)

若規劃(CSDEA)存在最優解滿足u0,v0>0,Vp=1，則稱決策單元j0為CSDEA有效。經過變量替換，可以得到如下優化模型(DCSDEA)：

min〔θ-ε(eTs-+eTs+)〕=VD

設ε是非阿基米德無窮小量，若θ0=1,s-0=0,s+0=0，則線性規劃問題(DCSDEA)的最優解為λ0,θ0,s-0,s+0。

進一步計算決策單元的改進方向，定義決策單元j0的投影為：

令：

DEA的實現方法有很多，如利用LINGO優化軟件，DEA—solver，matlab軟件等。研究根據CSDEA針對數據處理的復雜性特點選用matlab優化工具箱來實現這一模型

2.2.2 評價步驟

(1)數據整理，利用最大最小標準化方法對數據進行標準化；(2)利用熵值法計算各指標權重；(3)根據上一步得到的權重計算各指標子類的內部權重；(4)利用CSDEA模型進行綜合評價；(5)計算各無效單元的改進方向。

2.3 結果分析

研究選取了城市圈2011年的相關數據，數據來源主要有中國城市統計年鑒[15]、湖北省統計年鑒[16]、湖北省國民經濟與社會發展統計公報[17]等數據庫。

2.3.1 有效性分析 利用評價步驟中對武漢城市圈各城市的土地可持續利用評價指標進行綜合評價，得到各城市有綜合評價結果如表2所示。綜合評價值為1時，決策單元處于CSDEA有效，即評價對象的投入資源高效地用于產出，屬于土地利用相對可持續的狀態；綜合評價值小于1時，決策單元處于CSDEA無效，即評價對象投入資源沒有得到最大限度的利用，產出不足或投入過剩。

表2 武漢城市圈土地可持續利用評價結果

評價結果顯示，武漢城市圈土地可持續利用評價中處于CSDEA有效的城市有黃石市，黃岡市，咸寧市，潛江市。這4個有效的城市可以分為兩類，一類是第一產業占優的城市，包括咸寧市和黃岡市，另一類為第二產業占優的城市，包括黃石市和潛江市。黃岡市是武漢城市圈中耕地面積和林地面積均最大的城市，分別達383 848和713 255.2 hm2，占城市圈總量的20.23%和43.97%，第一產業的絕對優勢和區域內的較低資源環境消耗使得黃岡市土地可持續利用評價有效。咸寧市在第一產業用地類型上雖然較黃岡市略低，但在城市圈其他城市中仍占據較大優勢，且咸寧市導致土地不可持續利用的高污染、高能耗為主的產業較少，從投入產出的效率角度分析，咸寧市處于CSDEA有效較為合理。黃石市是傳統的工業城市，是中部地區最大的原材料基地，在冶金、水泥等諸多領域具有先進的技術優勢，產業發展的絕對優勢使得黃石市的環境資源投入得到有效利用，促使其在評價中有效。潛江市既是農業大市，其棉花種植、水產品養殖等方面均有較大規模，也是中部重要的石油基地，工業較發達，第一二產業交叉發展，其在土地可持續利用方面優勢較明顯，屬于CSDEA有效。

整體來看，評價土地可持續利用水平的核心在于環境資源等的投入是否獲得了足夠的經濟生態效益產出，如果產出與投入合理，則達到CSDEA有效。武漢城市圈各城市土地可持續利用評價的有效性排名為：黃石，黃岡，咸寧，潛江>仙桃>天門>孝感>武漢>鄂州。

2.3.2 改進方案 基于CSDEA方法的土地可持續利用評價在獲得有效性評價的基礎上可以進一步分析各評價對象的不足與改進方向。根據式(4)和(5)所述計算改進方向，運用matlab軟件得到5個CSDEA無效評價對象的改進方案(如表3所示)。

表3 土地可持續利用改進方案

表3中的數據數值代表各評價對象為達到CSDEA有效應進行的改進。改進方向為正，說明此決策單元在該項指標上有不足，如果是負向指標則此值無需改進，如果是正向指標則提高這一水平下的該指標值后，此決策單元有效性提高；改進方向為負值，說明決策單元在該項指標上存在富余，如果是正向指標可不進行改進，如果是負向指標，則降低這一水平下的該指標值，決策單元有效性將提高。

武漢市的綜合評價值為0.957 4，在城市圈綜合評價中處于第8位，正向指標中需要提高較大的主要有全社會經濟增長、人均GDP和地均碳吸收量等，需要控制的投入指標主要有單位GDP占用建設用地面積、建設用地年增量等。武漢市雖在交通、政策、教育等方面均擁有較大優勢，且近些年發展速度較快，但對環境資源的過分透支使得其產出不足以平衡其環境資源的投入。天門市，仙桃市，孝感市3市的綜合評價值較接近，分別是0.979 1，0.984 9，0.972 5。天門市的不足主要體現在人均GDP和人均農業產值較低，降低垃圾清運量也有利于提高其有效性。仙桃市的不足主要體現在人均GDP較低和人均水資源，在耕地投資方面應不斷提高其資金的使用效率，在保證耕地保護效果的前提下適當降低投資比例有利于提高仙桃市的有效性。孝感市的建設用地利用效率有待提高，人均水資源也嚴重不足，單位面積垃圾清運量和恩格爾系數數值偏高，對上述4個指標進行適當改進有利于提高孝感市的有效性。鄂州市是綜合評價值最低的城市，評價值僅為0.808 2。由表3可見，鄂州市在地均農業產值、人均GDP、單位面積污染治理費用、人均基礎設施投資、人均農業產值、人均水資源、林草覆蓋率、地均碳排放量等9個指標上均存在較大不足，需要降低的指標包括農村恩格爾系數、垃圾清運量和地均碳排放等，綜合來看鄂州市在土地可持續利用方面仍需較大改善。

判斷評價對象是否有效是各指標綜合的結果，單獨調整某一指標并不能使評價對象的有效性顯著提高。在以評價結果指導政策措施制定的過程中，應保持政策的整體性和協調性，通過系統的宏觀調控來逐步改善評價對象的可持續利用水平。

3 結 論

(1)土地可持續利用評價是衡量各地區土地可持續利用能力的重要手段，由于各地區的自然條件、發展階段、政治環境、社會因素等不同，導致土地可持續利用評價的內容區別很大。各地在進行土地可持續利用評價時應因地制宜，根據實際需要確定評價的目標、指標體系和評價方法。

(2)CSDEA是一種利用優化手段來解決復雜系統評價問題的方法，其指導思想是：以最小的代價來維持復雜系統的有效運行；與此同時，又要與所依托的環境保持高度的協調發展。在系統發展的過程中，既應注重目前的發展效率又應放眼于未來的發展能力，促使系統的負面條件逐漸減少，正面條件不斷增多，增強系統的自我完善能力。

(3)低碳經濟是目前應對氣候變化最有效和最具現實性的發展方式。對于世界而言，低碳經濟是一次全球性的產業變革。對于各個國家來說，當資源環境成為經濟發展的瓶頸時，低碳引領下的發展方式必將帶來經濟增長模式的創新，這是轉變發展方式的基本途徑。研究將低碳作為土地可持續利用評價的主要因素之一，以《FELSM》提出的指標框架為指導，綜合已有研究成果，建立了低碳視角下的城市圈土地可持續利用評價指標體系，該體系可以很好地反映各區域的土地可持續利用水平。

(4)CSDEA能夠客觀地實現土地可持續利用評價并獲得改進方向。CSDEA是一種能夠處理多指標、多層次評價體系并給出改進方案的一種有效評價決策方法，本文對CSDEA的原理及實現進行了簡要的介紹并成功應用于武漢城市圈土地可持續利用評價，取得了很好的評價效果，得出了城市圈各城市今后土地可持續利用發展的改進方案。

(5)武漢城市圈各城市在土地可持續利用方面存在顯著差異。分析可知，武漢市作為城市圈中心城市，在諸如單位GDP占用建設用地面積、建設用地年增量、地均碳排放量等方面均存在不足。武漢市在土地可持續利用方面的問題主要在于資源粗放式利用和環境破壞方面，今后武漢市在保證經濟快速發展的同時應特別注重對環境的保護和土地、能源、水等資源的節約和集約利用，不斷提高發展的質量。

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