基于VW模型的土地可持續利用評價及時空特征分析
——以安徽省市域為例

盧 濤，周學武，王占岐，魏 超

基于VW模型的土地可持續利用評價及時空特征分析
——以安徽省市域為例

盧 濤，周學武，王占岐，魏 超

（中國地質大學（武漢）公共管理學院，湖北 武漢430074）

研究目的：揭示安徽省各地市土地可持續利用程度及時空格局特征，實現土地資源可持續利用。研究方法：文獻資料法、變權模型（VW模型）、層次分析法（AHP）。研究結果：（1）2005—2013年安徽省各地市土地可持續利用指數總體偏低，介于輕度不可持續（III1）到臨界可持續（II1）狀態之間；（2）從土地可持續利用指數的變化情況來看，增速最慢的為馬鞍山市，增速低于2%，增速較緩慢的地區為合肥、阜陽、六安、蕪湖、銅陵、黃山，年均增長率介于2%—3%之間，其余地市土地可持續利用指數年均增長率較快，均超過了3%；（3）土地可持續利用程度在空間上呈現一定的地域特征，總體上看，土地可持續利用指數由高到低依次為江南地區、江淮地區、淮河以北地區。研究結論：安徽省土地可持續利用程度總體較差，但各地市土地可持續利用程度不斷提升，土地可持續利用格局呈良性發展態勢。

土地利用；可持續性評價；變權模型；時空格局

從1992年《21世紀議程》中首次明確提出土地可持續利用評價以來，土地可持續利用研究逐步受到學者們的重視，也成為中國土地科學領域研究的熱點問題之一［1-3］。土地可持續利用程度直接關系到區域可持續發展和生態文明建設，只有了解區域土地可持續利用程度，才能更好地制定主體功能區規劃以及可持續發展戰略。從已有的研究成果來看，存在的突出問題主要是：第一，廣泛采用傳統的加權平均法難以突出限制性因素的作用，評價結果往往偏大［4-5］；第二，學者們大多是基于某一時間點對某一區域土地可持續利用程度進行分析，而土地可持續利用時空格局特征方面研究的卻較少［6-10］。此外，揭示區域土地利用可持續性的時空動態變化以及空間分異特征也是土地可持續利用系統的重要組成部分［10-11］。因此，本文以市域為基本評價單元，統籌安徽省社會、經濟、生態發展全局，結合各地市實際情況，將VW模型（變權模型）引入到土地可持續利用評價研究中，并對變權評價結果與常權評價結果進行比較，分析研究2005—2013年安徽省各地市土地可持續利用程度及時空格局特征，以期為安徽省制定土地可持續發展戰略、建設生態強省提供科學依據和理論參考。

1　研究方法

1.1數據標準化處理

采用功效系數法對指標進行標準化處理［12］。對于正向指標，采用式（1）進行標準化；對于負向指標，采用式（2）進行標準化；對于適度性指標，采用式（3）進行標準化。

式（1）—式（3）中，yi*為標準化值，yi為指標狀態值；Mi為指標狀態值判別為可持續與不可持續的臨界線，即閾值（否定水平）。

1.2土地可持續利用評價VW模型

變權思想最先由汪培莊教授提出，它通過“懲罰”（“激勵”）那些特別差（好）的指標，來解決加權平均法中指標間存在的補償機制問題［12-17］，其核心思想是指標權重隨指標狀態值的變化而改變。其中，激勵型狀態變權使相應的指標權重隨指標狀態值的增大而增大；而懲罰型狀態變權使相應指標權重隨指標狀態值的減小而增大。本文采用“懲罰型”變權方法對指標基礎權重進行修正，使評價結果更加接近實際。

根據變權理論，構建土地可持續利用評價VW模型的步驟［12，18］如下：

（1）采用層次分析法（AHP）確定各指標的基礎權重向量Wi= （W1，W2，…，Wp）。

（2）基于變權理論構建土地可持續利用評價VW模型。

（3）結合定義2，并借鑒前人研究成果［12-14］，構造懲罰型狀態變權向量。

式（6）中，n為指標狀態值判別為可持續與不可持續的臨界線，即閾值（否定水平），根據前人研究結果［17-18］，設定n = 0.85。yi*為指標標準化值，當0≤yi*≤n時，權重增大，而其指標標準化值較小，進而達到“懲罰”該指標的目的；當n＜yi*≤1時，對第i個指標不進行懲罰。m為懲罰因子，m取值不同，評價結果也不同：當m為0時，即為無懲罰效果的常權評價；然而m取值越大，低于閾值的指標受到的“懲罰”越重，甚至導致評價結果與實際情況相反，出現“懲罰過度”［5］，在實際評價過程中要注意避免。本文根據專家經驗法，確定m為0.8155，此時指標均衡性較好。

2　基于VW模型的安徽省土地可持續利用評價

2.1研究區概況

安徽省位于中國東南部，地貌以平原、丘陵和低山為主，平原、丘陵、山地各占三分之一。長江和淮河自西向東橫貫全境。安徽地處暖溫帶與亞熱帶過渡地區，氣候溫暖濕潤。全省耕地422×104hm2，林地329×104hm2，水面105×104hm2。2013年全省生產總值19038.87億元，其中第一產業2348.09億元，第二產業10403.96億元，第三產業6286.82億元，人均國民生產總值31683.90元，總人口6929萬人。

2.2數據來源

本文基礎數據來源于2006—2014年《安徽統計年鑒》、各地市統計年鑒、安徽省統計公報、各地市統計公報、《中國城市統計年鑒》、《中國環境統計年鑒》。

2.3評價指標體系構建

土地可持續利用評價指標體系既要反映人類社會經濟活動對土地系統產生的影響，也要體現研究區域的差異，重點要關注能夠反映區域土地可持續利用問題的指標，使指標體系能夠準確反映土地利用系統的變化狀況。因此，指標體系構建要綜合考慮以下幾個因素：1）選取的指標要體現普適性與地區差異性；2）指標的科學性與可操作性；3）數據的可獲取性及可量化性；4）要體現土地可持續利用思想的內涵［8］。據此，統籌全省、結合各地市的實際情況，以土地可持續利用為目標，借鑒前人構建的土地可持續利用評價指標體系［19-20］，本文構建了三個層次、25個具體指標組成的安徽省市域土地可持續利用評價指標體系（表1）。

2.4土地利用可持續性評判標準確定

本文以土地可持續利用指數（SLUI）作為土地可持續利用綜合分值來評判土地可持續利用等級。根據式（1）—式（6）可知，SLUI的取值區間為0＜SLUI＜1，SLUI越接近1，表明研究區土地利用為可持續狀態；當SLUI越接近0時，表明研究區土地利用為不可持續狀態。由于SLUI是綜合性指標，其值的細微變化對評價結果都會產生較大的影響。因此，結合本研究的實際情況，將區域土地可持續利用等級劃分為9等，由此得出區域土地可持續利用評判標準（表2）。

表1　安徽省各地市土地可持續利用評價指標體系Tab.1 The evaluation index framework of sustainable land use of each city in Anhui Province

表2　區域土地利用可持續性評判標準Tab.2 The sustainability criteria of regional land use

圖1　合肥市2013年土地可持續利用指標權重對比Fig.1 Index comparison of sustainable land use of Hefei City in 2013

2.5結果與分析

運用層次分析法（AHP）計算各指標基礎權重，根據式（1）—式（6），結合基礎數據及基礎權重，即可得出2005—2013年安徽省各地市土地可持續利用指數變權評價結果與常權評價結果（表3）。2.5.1 土地可持續利用評價指標權重變化 鑒于文章篇幅限制，本文僅以2013年合肥市為例，對VW模型的適用性進行分析（圖1）。從2013年各項指標變權與基礎權的比較可以看出，指標A3、B2、B5、B6、C3、C4、E1變權權重高于基礎權，其余指標變權權重低于基礎權。從指標標準化值的變化可以看出，權重增加的這些指標狀態值均低于其閾值，尤其是A3、B2、B5、C3、C4、E1，其指標狀態值遠低于閾值，如果不采取相應措施，會進一步造成資源短缺、覆被減少以及土地污染加劇。同時也可以看出，B6指標狀態值也低于閾值，但其權重變化幅度相對較小，這是因為其基礎權較高，狀態值距離閾值相對較近，而且各指標權重的調整要兼顧整體指標權重的變化差異。因此，VW模型是在尊重基礎權的基礎上，根據指標狀態值距離閾值的遠近來做出合理性評價，這有助于提高對土地可持續利用起限制作用因素的重視程度。

2.5.2土地可持續利用評價結果與變化 由表3可知，2005—2013年安徽省各地市變權評價結果低于常權評價結果。這是因為“懲罰型”變權模型對低于閾值的指標進行“懲罰”，使其權重增大；另外，指標狀態值距離閾值越遠，“懲罰”越重，因而變權評價結果必然偏低，也進一步驗證了VW模型可以達到“懲罰”那些低于閾值指標的目的，評價結果更符合實際情況。

根據變權評價結果，2005—2013年間，各地市土地可持續利用指數不穩定，介于輕度不可持續（III1）到臨界可持續（II1）之間，總體偏低。具體來說，2005年，僅合肥、馬鞍山、蕪湖、銅陵、宣城、黃山、淮北、淮南、蚌埠SLUI處于II2，其余8市處于III1，其中，馬鞍山市最高，為0.5412，比SLUI值最低的亳州市高出0.1414；到2013年，各地市SLUI都有了不同程度的上升趨勢，僅有六安、阜陽、亳州、宿州4市SLUI處于II2，其余地市都上升到了II1，其中，SLUI最高的蚌埠市比最低的阜陽市高出0.1548，各市SLUI差異仍然較大。進一步分析可以發現：2005—2013年，全省各地市經濟可行性子系統提升最為顯著，資源保護性子系統除了B2和B5指標外也有一定提升，土地生產性子系統除A3外，其支持力度也有所增加，這三方面共同作用致使各地市土地可持續利用水平總體提升。然而，制約各地市SLUI提升主要是生產穩定性子系統和社會和諧性子系統：化肥農藥大量使用造成土地污染、人多地少導致資源稟賦相對不足、社會經濟發展水平不高等成為制約土地可持續利用水平提高的瓶頸。綜上所述，近9年來，安徽省在加快全省經濟發展、保護生態環境的同時，通過土地綜合整治、提高土地利用投入產出等措施，各地市土地可持續利用指數有了一定的提升，但總體上仍處于臨界可持續（II）階段，土地可持續利用水平有待進一步提高。政府接下來既要發展經濟、改善民生，也要保耕地增糧產、促節約提效率，農藥化肥要減少，綠化水平要提高，切實改善土地生態環境，促進人地關系協調發展。

從SLUI的變化速度來看，安慶市SLUI年均增長率最高，為3.88%，而馬鞍山市最低，為1.98%。按照增速大小可分為三類地區：增速最慢的馬鞍山市為一類，年均增長率低于2%；第二類為SLUI年均增長率介于2%—3%之間，包括合肥、阜陽、六安、蕪湖、銅陵、黃山；其余地市SLUI年均增長率較快，均超過了3%，可歸并為一類。

2.5.3土地可持續利用空間分析 根據表3數據及表2劃分的等級標準，繪制安徽省2005年、2008年、2010年、2013年土地可持續利用指數空間格局圖（圖2，封二）。

從圖2（封二）中可以看出：2005—2013年，安徽省各地市SLUI總體上由輕度不可持續（III1）到臨界可持續（II1）上升的趨勢，且在空間上呈現一定的格局特征：2005年，有8個地市SLUI處于III1，主要分布在皖西、皖北以及東部的滁州市和巢湖市，江南地區以及經濟發展較快的合肥、淮南、淮北、蚌埠4市SLUI處于II2；2010年，僅有阜陽市還處于III1，而處于II1的地市由2008年的4個增加至2010年的8個，主要分布在長江流域以及合肥、淮南、淮北、宣城，其余地市均處于II2；2013年，只有阜陽、亳州、宿州、六安4市處于II2，主要分布在皖西以及皖北地區，其余12市都處于II1。從演變特征來看，安徽省土地利用可持續性在空間上呈現一定的地域特征。總體來看，SLUI由高到低依次為江南地區、江淮地區、淮河以北地區，這表明，各地市土地可持續利用水平存在一定的空間關聯性，這與自然條件（地形地貌、氣候、土壤、水文等）、經濟條件（交通、區位、產業等）以及社會文化條件（人口等）有很大的關系：江南地區降雨量豐富，地形以山區為主，植被覆蓋率高，因此SLUI較高；江淮地區以丘陵為主，土地利用類型多樣，加上省會合肥的輻射帶動作用，政策、資金、技術的不斷投入，土地可持續利用程度也在增強；而淮河以北為平原區，土地利用以農用地為主，人多地少、經濟發展緩慢、植被覆蓋率低等因素導致土地可持續利用指數總體偏低。2.5.4 土地可持續利用良性發展 近9年來，安徽省各地市SLUI總體上都呈現由輕度不可持續（III1）向臨界可持續（II1）上升的趨勢。到2013年，僅有阜陽、亳州、宿州、六安4市還處于II2，其余12市都處于II1。這表明，安徽省在加快經濟發展的同時，通過優化土地利用結構、提高土地集約節約利用水平、保護土地生態環境等一系列措施使得安徽省各地市土地可持續利用水平不斷提升。

3　結論與討論

本文以變權理論為基礎，以市域為單元，通過構建土地可持續利用評價VW模型，對安徽省2005—2013年各地市土地可持續利用狀況進行評價，較好地揭示了安徽省市域土地可持續利用水平及時空格局，通過分析，得出以下結論：

（1）2005—2013年安徽省各市土地可持續利用指數總體偏低，處于輕度不可持續（III1）到臨界可持續（II1）之間。2005年， 除了合肥、馬鞍山、蕪湖、銅陵、宣城、黃山、淮北、淮南、蚌埠處于臨界可持續（II2）外，其余地市均處于輕度不可持續（III1）；到2013年，各地市土地可持續利用指數都有了不同程度的提升，僅有六安、阜陽、亳州、宿州4市處于臨界可持續（II2），其余地市都上升到了臨界可持續（II1）階段。然而，各地市土地可持續利用指數差異仍然較大，土地可持續利用水平有待進一步提高。

（2）從土地可持續利用指數的變化情況來看，按照增速大小可分為三類地區：增速最慢的為馬鞍山市，增速低于2%；第二類為增速較緩慢的地區，包括合肥、阜陽、六安、蕪湖、銅陵、黃山，SLUI年均增長率介于2%—3%之間；其余地市年均增長率較快，均超過了3%。

（3）安徽省土地可持續利用水平在空間上呈現一定的地域特征。總體上看，土地可持續利用指數由高到低依次為江南地區、江淮地區、淮河以北地區，局部地市雖有所變化，但是總體格局變化不大。

（4）近9年來，土地可持續利用指數處于輕度不可持續（III1）的8個地市全部得到提升；處于臨界可持續（II2）階段的地市由2005年的8個減少到2013年的4個；2013年，有12個地市土地可持續利用指數提升到臨界可持續（II1）階段。這說明安徽省各地市土地可持續利用程度不斷提升，土地可持續利用格局呈良性發展態勢。

（5）實踐研究表明，土地可持續利用評價VW模型通過“懲罰”那些狀態值低于閾值的指標，克服了加權平均法中指標間存在的補償機制，評價結果更符合實際情況。然而，在土地可持續利用評價VW模型中，變權向量的構造、懲罰因子值的確定對研究結果有較大影響，因此，在VW模型中構建更合理的狀態變權向量與懲罰因子值還有待探討；另外，以縣域為基本單元來開展土地可持續利用評價有待進一步研究。

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（本文責編：郎海鷗）

Evaluation of Regional Sustainable Land Use and Its Spatial-temporal Pattern based on the VW Model: A Case Study of Each City in Anhui Province

LU Tao，ZHOU Xue-wu，WANG Zhan-qi，WEI Chao
（School of Public Administration， China University of Geosciences， Wuhan 430074， China）

The purpose of this study is to reveal the extent of sustainable land use and their temporal and spatial patterns in each city of Anhui Province， and to achieve the sustainable utilization of land resources. Method of documentation，Variable Weight model （VW model） and analytic hierarchy process （AHP） are applied. The results show that： 1）on the whole， the sustainable land use index of each city in Anhui province from 2005 to 2013 is low. They are between mild unsustainable （III1） and the critical sustainable （II1）. 2）The variations performance indexes display that the growth for Ma'anshan， which is below 2%， is the slowest， while those cities like Hefei， Fuyang， lu'an， Wuhu， Tongling， Huangshan have lower annual growth rate of land sustainable use indexes， which are between 2% to 3%.The rest cities in Anhui Province have faster growth rate i.e. more than 3%. 3）The sustainable land use in Anhui Province presents obvious regional characteristic. Overall， the degree of sustainable land use in the Jiangnan region， Jianghuai region and areas north of the Huaihe River show a progressively declining trend. It is concluded that the sustainable land use in AnhuiProvince was inferior as a whole； but the degree of sustainable land use in each city in Anhui Province is constantly raising， and the pattern of sustainable land use presents a healthy development trend.

land use； sustainable assessment； variable weight model； spatial-temporal pattern

F301.24

A

1001-8158（2015）12-0060-08

10.11994/zgtdkx.2015.12.008

2015-05-22

2015-10-14

盧濤（1989-），男，安徽合肥人，碩士研究生。主要研究方向為土地生態與土地利用。E-mail： lutao28@qq.com