基于物元模型的資源型城市土地利用效益動態評價研究

劉 暢, 師學義, 梁旭琴, 石立豪, 柴 迪

(1.中國地質大學(北京) 土地科學技術學院, 北京 100083; 2.潞城市國土資源局, 山西 潞城 047500)

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基于物元模型的資源型城市土地利用效益動態評價研究

劉 暢1, 師學義1, 梁旭琴2, 石立豪1, 柴 迪1

(1.中國地質大學(北京) 土地科學技術學院, 北京 100083; 2.潞城市國土資源局, 山西 潞城 047500)

為了探尋資源型城市土地利用綜合效益的動態變化情況，以山西省晉城市為研究區，從土地利用經濟效益、社會效益、生態環境效益三個維度上構建了土地利用綜合效益評價指標體系，并通過層次分析法與物元模型相結合，對區域自2006年以來的土地利用綜合效益進行了動態評價。結果表明：2006—2013年，晉城市土地利用綜合效益得到了穩步的提升，同時土地經濟、社會、生態環境效益也都分別得到了不同程度的提升。但同時也存在著土壤污染問題沒有有效解決以及區域土地發揮的社會公平保障效應較低的問題，研究結果可為資源型城市合理利用和保護土地以及促進土地更好地為社會經濟生態環境可持續發展服務提供科學的參考與依據。

土地利用效益; 動態評價; 層次分析法; 物元模型; 晉城

隨著我國城市化與工業化的大力推進，我國對土地資源的開發與利用創造了巨大的社會經濟效益，但也出現了生態環境惡化、土地供需矛盾突出等問題[1-2]。土地利用效益作為衡量區域土地利用合理性與可持續性的重要指標，指的是單位面積土地投入與消耗在區域發展的社會、經濟、生態環境等方面所實現的物質產出或有效成果[3]。正確評價區域土地利用效益，揭示土地利用中存在的問題和矛盾，對于促進區域土地利用結構與布局的優化和實現區域社會、經濟、生態的可持續發展具有重要意義。

目前，對于區域土地利用效益的研究主要集中在土地利用效益的評價時空對比研究[4-6]，土地利用經濟、社會、生態效益的耦合協調關系研究[7-8]。所采用的方法有熵權法[9]，層次分析法[10]，因子分析法[11]，對應分析法[12]，Topsis模型[13]，ESDA分析法[14]、耦合度模型[15]，并通過GIS技術來實現區域效益差異的可視化[16]。已有的研究取得了很多成果，但同時也存在著一些問題。土地利用綜合效益作為一個復雜的系統，具有模糊性與非線性的特點，以往的評價方法并沒有有效解決這一問題。另外，隨著我國生態文明建設的提出，資源型城市目前正處于關鍵的轉型階段，對于揭示該類城市土地利用效益動態變化規律的研究較少。

本文選擇山西省晉城市為研究區，晉城市作為典型的資源型城市，面臨著發展與保護環境的雙重任務，處于轉型關鍵期。本文以層次分析法與物元模型相結合構建土地利用綜合效益評價體系，對自第三輪晉城市土地利用總體規劃(2006—2020)實施以來區域土地利用效益變化規律進行揭示與分析，同時揭示出土地利用中存在的問題，為資源型城市土地資源利用以及促進區域社會、經濟、生態環境協調發展提供一定的借鑒。

1　研究區概況與數據來源

1.1研究區概況

晉城市位于山西省東南部，處于黃土高原區地帶，市域內地形起伏較大，大部分地區海拔在700 m以上。根據2013年土地利用變更調查數據統計，晉城市土地總面積942 042.85 hm2，其中農用地、建設用地和其他用地面積分別占總面積的70.66%，6.22%，23.12%。晉城市作為典型的資源型城市，煤炭作為其支柱產業，近年來經濟發展迅速，產業結構不斷得到優化，同時城市基礎服務設施，人民生活水平也不斷得到改善和提高。此外，晉城市享有全國花園城市及國際花園城市的稱號，環境質量良好。自第三輪土地利用規劃實施以來，隨著區域土地利用不斷的變化，勢必會對城市土地的經濟效益、社會效益以及生態環境效益造成影響，進而影響城市土地的綜合利用效益。

1.2數據來源

文中相關研究數據資料主要來源于統計資料與實地調查資料：其中經濟、社會效益指標資料及生態環境效益指標中的森林覆蓋與污染物排放情況來源于《晉城統計年鑒2007—2014年》、《晉城市國土資源公報》，土地復墾情況主要來自晉城市土地變更調查資料以及實地調研資料。

2　評價指標體系構建

2.1評價指標選取

土地利用效益作為土地資源利用水平的綜合度量指標，在經濟、社會和生態環境三個維度進行全面綜合考慮才能反映出土地利用效益的本質特征[17]。本文以土地利用效益理論為依據，綜合參考已有的研究成果[18-20]，遵循指標選取科學性、代表性、可量化性、可操作性、完整性等原則的基礎上，結合研究區實際情況，構建以經濟效益、社會效益、生態環境效益為一級指標的土地利用效益指標體系，具體結果及指標解釋見表1。

表1　晉城市土地利用綜合效益評價指標體系

2.2指標權重確定

目前常用的確定土地利用效益評價指標權重的方法有DELPHI法、主成分分析法、層次分析(AHP)法、客觀賦權法、熵權法等方法。本文在此采用層次分析法對各個指標的權重進行賦值。

3　評價方法與過程

物元模型適用于多因子評價，來解決復雜的模糊不相容問題[21]。土地利用效益本身具有非線性、復雜性的特點，其包含著經濟、社會與生態環境效益，并且三者存在著復雜的耦合關系，以往的研究中多采用綜合指數評價法，很難挖掘出單個指標的評價信息，不能有效全面地展示出城市土地利用效益的情況以及具體存在的問題[22]。因此，本文通過借鑒物元模型的原理及方法，對晉城市土地利用效益進行評價。主要步驟如下：

3.1構造物元

把土地利用綜合效益記作N，N的特征為c，對應的特征量值v，三者構成了土地利用綜合效益基本元。假設N有多個特征，它以m個特征c1，c2，…，cm和相應的統計量值v1，v2，…，vm，則可以將N表示為：

(1)

3.2確定經典域及節域

(2)

式中：Roj——經典域物元；Noj——評價目標的第j個等級，j=(1，2，…，n)；ck——第k個評價指標；(aojk,bojk)——效益等級j的取值范圍，k=(1，2，…，m)。

(3)

其中P表示所有的效益等級，Xpk是指P關于k特征的ck的量值范圍(apk,bpk)。目前我國利用物元模型對土地利用效益評價研究較少，沒有統一的標準，本文將晉城市的土地利用效益劃分為4個等級：Ⅰ級(優)，Ⅱ級(良)，Ⅲ級(中)，Ⅳ級(差)，對于評價指標的經典域數值范圍的確定，主要通過參考相關國家質量標準和政府公開資料[23-24]、結合研究區省域及市域實際情況、其他類似資源型城市資料和參考相關文獻成果[25-28]確定相應的數值范圍。各經典域RⅠ，RⅡ，RⅢ，RⅣ及節域RP的取值范圍如表2所示。

表2　晉城市土地利用效益評價指標經典域、節域取值范圍

3.3確定待評判物元

(4)

此式稱為Po的待評物元，vk則待表待評各指標ck的具體量值。

3.4確定關聯函數及關聯度

(5)

3.5計算綜合關聯度確定評價等級

(6)

式中：Wk——由層次分析法計算的各指標對應的權重；Kj(vk)——待評項目關于等級的單指標關聯度；Kj(Po)——關于等級j的綜合關聯度，其中j=(1，2，…，n)。若Kj(Po)=maxKj(Po)，j(1，2，…，m)，則評定Po屬于等級j。當Kj(Po)>0時，表示待評項目達到了j標準，當其數值越大時，表示效益越好。當-1

4　結果與分析

通過將數據代入物元模型中，聯合應用Matlab與Excel軟件對各效益指標的隸屬度與綜合關聯度計算，計算結果詳見表3—5。

表3　晉城市土地利用效益各單項指標關聯度

表4　晉城市土地利用綜合效益等級

表5　晉城市土地利用經濟效益、社會效益、生態環境效益等級

從表4可以看出，自2006年以來，晉城市土地利用綜合效益沒有惡化，并且穩步地得到優化，由最初的向中轉換狀態發展到了良好效益級別。更加詳細地分析來看，2006—2007年，kⅢ(2007)>kⅢ(2006)，表明晉城市2007年土地利用綜合效益基本達到了中級效益級別，但并沒有完全達到中級別標準，增加了向中級轉換的條件，而后kⅢ(2008)=0.019，表明到了2008年，城市土地利用效益級別達到了中級標準。而后可以看出，kⅡ(2009)=-0.007，表明城市土地利用綜合效益開始從中級向良級別轉化。而后kⅡ(2013)>kⅡ(2012)>kⅡ(2011)>kⅡ(2010)，表明自2010年起，晉城市土地利用綜合效益已經達到了良好等級，并且逐漸趨向穩定。表5的結果也顯示出晉城市土地利用的經濟、社會和環境生態效益都得到了不同程度上有效的提升，經濟效益級別從2006年的差級提升到了良好，社會效益級別由中提升到了良好，生態環境效益則提升到了優秀。

對表3的結果分別從經濟效益、社會效益和生態環境效益的角度進行分析。2006年晉城市土地利用經濟效益較差，地均礦業GDP和人均GDP處于Ⅳ級標準，而后自2007—2010年，二者達到了Ⅲ級標準，到2011年以后，二項指標達到了Ⅱ級標準。這主要是隨著晉城市不斷地調整產業結構，整合礦業資源，轉變傳統以煤炭開采的粗放型土地利用方式，大力利用土地建設循環經濟工業園區，提高了土地集約利用程度，并且通過發展粉煤灰等固廢材料的再利用來增加經濟效益以及充分發揮區域豐富的旅游資源發展區域旅游業，不斷挖潛建設用地潛力，并通過土地流轉的方式實現農用地規模經營，促進區域經濟增長和土地經濟效益的提高?？梢钥偨Y出，自2006—2013年以來，晉城市土地經濟效益得到了顯著提升。

從晉城市土地社會效益的角度來看，自2006年以來，城鄉收入比指標雖得到了優化，到2013年由原來的Ⅳ級標準達到了Ⅲ級標準，但效益等級較低，顯示出區域的貧富差距問題依然明顯，但得到了一定的改善。晉城市大力發展農村土地整治，為農村的發展帶來直接與間接的經濟收入，并且在農村地區新興了許多產業工業園區，力爭保證城鄉的協調發展，提升了土地對于保障社會公平的功能效益。礦業吸納就業人數自2006年以來不斷提高，從Ⅳ級標準提升到了Ⅱ級標準，說明晉城市人民就業人數不斷提高，礦業土地發揮了很好的吸納人口就業的作用，對解決社會就業產生的社會效益不斷增大。城市化水平指標也得到了顯著的提升，由2006年的Ⅲ級標準提升到2013年的Ⅱ級標準，晉城市通過走特色城鎮化戰略，通過鼓勵土地流轉、進行土地整治等綜合項目，實施城鄉之間整體聯動和諧發展的特色城鎮化戰略，使得更多的人享受到了城市化的紅利。人均擁有道路面積指標從2006年的Ⅲ級標準提升到了2013年的Ⅱ級標準，晉城市大力發展交通事業，自2006—2013年以來，晉城市修建了陽城—翼城、陵川—高平等10項省、市級公路工程，占總地面積達1729.67 hm2，增加了人民的生活出行便捷度，方便了人民的生活?？傮w來看，自2006—2013年以來，晉城市土地的社會效益得到了全面的提升，但土地發揮的社會公平效益較低。

對于晉城市土地生態環境效益，森林覆蓋率指標一直處于Ⅱ級標準。晉城市為進行生態文明建設，打造國際花園城市，通過實施退耕還林政策大力開展植樹造林，加大如晉城市白馬寺公園、陽城蟒河獼猴自然保護區等一系列的國家級、省級自然保護區建設力度，為城市中的居民和生物提供了棲息地，增加了物種多樣性與豐度，發揮了很好的水土保持與凈化空氣的生態環境效益。對于指標單位面積固體廢棄物負荷基本上沒有明顯的變化趨勢，縱然晉城市已不斷調整產業結構，降低煤炭產業在總產值中的比重，但其作為支柱產業，仍然大量占地。統計資料顯示，2006—2013年以來，晉城市共新增煤炭工業用地358 hm2，盡管加強了治理工作，但其所導致的土壤污染問題沒有得到有效解決。指標單位面積化肥使用負荷則由最初的Ⅱ級下降至Ⅲ級標準，不合理的土地利用造成了面源污染，影響了土地的健康質量，降低了土地的環境效益。對于指標被破壞土地復墾比例，由2006年的Ⅳ級提升到了Ⅱ級，晉城市嚴格執行土地整理與復墾專項規劃，不斷加大對土地復墾投入的資金與力度，嚴格遵守“誰破壞，誰復墾”，加大對礦區企業的監管力度，保證對因采礦而破壞土地的恢復與生態建設情況。因此，可以得出自2006—2013年，晉城市總體環境生態效益得到了提升，但就土壤污染問題沒有得到有效的解決。

5　結論與討論

本文從土地利用經濟效益、社會效益和生態環境效益角度入手，考慮到土地利用效益系統的非線性與模糊性特點，創新性地通過聯合運用層次分析法與物元模型，構建評價指標體系，確定經典域、節域、隸屬度和綜合關聯度，揭示了晉城市土地利用效益的動態變化規律，并指出了城市土地利用中存在的問題，對處于轉型期的資源性城市土地利用效益測度與動態規律演變的研究作了一次很好的探索性嘗試。

總體來看，隨著山西省圍繞中央政府提出的“三個轉變”戰略的實施，以及為落實山西省政府綜合改革發展試驗區建設的方針，晉城市通過不斷優化土地利用結構和調整產業結構，從傳統的煤炭依賴性礦業城市向綠色發展的循環經濟城市轉型，晉城市土地利用綜合效益得到了穩步的提升，并且城市土地的經濟效益、社會效益與生態環境效益都得到了提升。但同時也可以看到在土地利用中仍然存在著土壤污染問題以及區域土地發揮的社會公平保障效應較低的問題。晉城市應在進一步開展土地利用工作中，優化土地利用結構與空間布局，整合礦業用地，從源頭上控制減少污染源，并通過土地整理、復墾等工程技術措施加大對土壤污染的防治力度，同時要進一步加大對農村建設的支持與力度，不斷縮小城鄉差距，繼續堅持走可持續發展的道路，保證土地的綜合效益不斷提升。

本研究還存在改進之處。首先構建指標體系時，由于受到研究數據獲取有限性的影響，評價指標的選擇存在一定的不足，另外在確定指標權重時采用了層次分析法，存在著一些人為主觀因素，可能對評價結果的準確性造成一定的干擾。在確定指標經典域、節域過程中，由于缺少統一的岸準和規范而加入一定的人為主觀因素，可能會對結果產生一定的影響。另外，沒有對土地利用的經濟、社會和生態環境效益的耦合與協調關系進行進一步的探討，擬在接下來的研究工作中進行補充。

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Research on Dynamic Assessment of Land Use Benefits of Resource-typed City Based on Matter Element Model

LIU Chang1, SHI Xueyi1, LIANG Xuqin2, SHI Lihao1, CHAI Di1

(1.College of Land Science and Technology, China University of Geosciences,Beijing100083,China; 2.BureauofLandandResourcesofLuchengCity,Lucheng,Shanxi047500,China)

In order to explore the dynamic rules of comprehensive land use benefits of resource-typed cities, we selected Jincheng City in Shanxi Province as the research example, established an assessment index system of comprehensive land use benefits from perspectives of land use economic benefits, social benefits and ecological environmental benefits, and carried out the dynamic assessment of land use benefits from 2006 through the combination use of analytic hierarchy process and matter element models. The results demonstrated as following. From 2006 to 2013, the comprehensive land use benefits of Jincheng City elevated steadily, and land economic, social and ecological environmental benefits were augmented at different degrees simultaneously. However, problems such as soil pollution and the low benefits on decreasing the gap between the urban and rural area still existed and were not solved effectively.The research results could offer some scientific basis for land use and conservation in resource-typed cities to stimulate the comprehensive and sustainable development of economy, society and eco-environment.

land use benefits; dynamic assessment; Analytic Hierarchy Process; matter element model; Jincheng City

2015-04-22

2015-05-05

國土資源部公益性行業科研專項經費課題“北方村莊壓煤山丘區土地綜合整治技術研究”(201411007)

劉暢(1992—),男,河北省秦皇島人,碩士研究生,主要研究方向為土地資源評價與利用規劃。E-mail:1542556612@qq.com

師學義(1960—),男,山西省祁縣人,博士,教授,主要從事土地利用規劃與土地利用工程研究。E-mail:shixueyi60@163.com

F301.24

A

1005-3409(2015)04-0122-05