基于改進(jìn)白化權(quán)函數(shù)的資源型城市土地利用系統(tǒng)健康灰色聚類評價(jià)

劉兆軍, 高翔群

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 文法學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150030; 2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150030)

基于改進(jìn)白化權(quán)函數(shù)的資源型城市土地利用系統(tǒng)健康灰色聚類評價(jià)

劉兆軍1, 高翔群2

(1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 文法學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150030; 2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150030)

[目的] 對資源型城市土地利用系統(tǒng)進(jìn)行健康評價(jià)，為資源型城市協(xié)調(diào)土地利用，推進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展提供借鑒。 [方法] 運(yùn)用的中心點(diǎn)混合白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類模型，從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、效益三方面構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系，分析黑龍江省大慶市2005—2014年土地利用系統(tǒng)健康水平及趨勢。 [結(jié)果] (1) 大慶市土地利用系統(tǒng)健康水平逐步由“不健康”向“較健康”演變。(2) 建設(shè)用地比例、人均水資源量、地均石油工業(yè)產(chǎn)值、土地市場化程度等成為制約大慶市土地利用系統(tǒng)健康水平提升的關(guān)鍵因素。 [結(jié)論] 混合中心點(diǎn)白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類模型為土地利用系統(tǒng)健康評價(jià)提供新的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，克服單指標(biāo)評價(jià)與綜合結(jié)果的不相容性，適用于土地利用系統(tǒng)健康評價(jià)。大慶市應(yīng)進(jìn)一步挖掘建設(shè)用地利用潛力，優(yōu)化土地利用布局，積極涵養(yǎng)水源，深化土地市場改革，不斷提升土地利用系統(tǒng)健康水平。

灰色聚類; 土地利用系統(tǒng); 健康評價(jià); 大慶市

文獻(xiàn)參數(shù)： 劉兆軍, 高翔群.基于改進(jìn)白化權(quán)函數(shù)的資源型城市土地利用系統(tǒng)健康灰色聚類評價(jià)[J].水土保持通報(bào)，2017,37(2)：183-187.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.02.028； Liu Zhaojun, Gao Xiangqun. Health Assessment of Land Use System on Resource-typed City Based on Grey Clustering Model[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(2)：183-187.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.02.028

土地為人類供應(yīng)物質(zhì)基礎(chǔ)，也是一切社會經(jīng)濟(jì)活動的載體[1]。土地利用系統(tǒng)集中體現(xiàn)了人與自然、環(huán)境的交互作用[2]。隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，土地利用程度亦不斷擴(kuò)張。重經(jīng)濟(jì)輕保護(hù)的土地利用方式更易引發(fā)土地鹽堿化、草原退化、酸雨等一系列生態(tài)問題，危害土地利用系統(tǒng)健康[3-5]。評價(jià)土地利用系統(tǒng)健康水平是制定健康維護(hù)措施的基礎(chǔ)，對改善研究區(qū)土地利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益之間的關(guān)系具有重要意義。土地利用系統(tǒng)健康的評價(jià)源于Aldo Leopold[6]對“土地健康”概念的提出。眾多學(xué)者從不同角度予以研究。從評價(jià)指標(biāo)體系的角度，主要集中于“環(huán)境+社會+經(jīng)濟(jì)”評價(jià)體系[7-8]、系統(tǒng)的“結(jié)構(gòu)+功能+效益”評價(jià)體系[2,9-10]、“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”(PSR)評價(jià)體系[11-15]等。從研究尺度的角度，涵蓋全國[12]、省[13]、地區(qū)[9]、市[16]、縣[15]、城市土地[14]、農(nóng)村土地[17]等。從研究方法的角度，多采用綜合評價(jià)法[11]、集對分析法[12]、物元模型[13]、三角模型[10,16]、改進(jìn)Topsis模型[15]等,以上成果為進(jìn)一步推進(jìn)土地利用系統(tǒng)健康評價(jià)的研究提供多方面指導(dǎo)。但上述研究也存在不足：(1) 以往研究方法運(yùn)用的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)或是將0～1硬性均等分，主觀性較強(qiáng)，或是將指標(biāo)的取值范圍劃分為具有明確邊界的幾個(gè)連續(xù)區(qū)間，而對區(qū)間的邊界的界定相對困難。(2) 評價(jià)的研究對象多側(cè)重于生態(tài)敏感地區(qū)，對大慶這類資源型城市關(guān)注較少。鑒于此，本研究運(yùn)用中心點(diǎn)混合白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類法，從土地利用的結(jié)構(gòu)、功能、效益3方面選取26個(gè)指標(biāo)對大慶市2005—2014年的土地利用系統(tǒng)健康水平進(jìn)行研究。該研究方法以落在不同灰類的可比數(shù)據(jù)的平均值為評判標(biāo)準(zhǔn)，省去對各個(gè)等級邊界取值的反復(fù)推敲，從而保證對評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的把握更為準(zhǔn)確。大慶市目前處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的“攻堅(jiān)期”，面臨土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整和改善生態(tài)環(huán)境的雙重壓力，正是土地利用系統(tǒng)變化劇烈的時(shí)期，對該區(qū)域進(jìn)行研究可為資源型城市協(xié)調(diào)土地利用，推進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展提供一定借鑒。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

大慶地處黑龍江省西南部，松嫩平原西部。現(xiàn)轄5區(qū)4縣，是以石油、石化為支柱產(chǎn)業(yè)的工業(yè)型城市。2014年大慶市國民生產(chǎn)總值4 070.5億元，是2005年的2.86倍。在國務(wù)院2013年印發(fā)的《全國資源型城市可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃(2013—2020年)》中，大慶市被界定為成熟型資源型城市。然而，大慶油田自開發(fā)至今已50 a余，油田減產(chǎn)、油價(jià)下跌使當(dāng)今的大慶面臨經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，2005—2014年，油與非油經(jīng)濟(jì)比由69%降至44%。國家2004年確定哈大齊工業(yè)走廊建設(shè)決策，大慶區(qū)規(guī)劃區(qū)占據(jù)哈大齊工業(yè)走廊總面積的40%，需要投入大量建設(shè)用地。特殊的資源背景和頻繁的經(jīng)濟(jì)活動為土地利用系統(tǒng)帶來深刻復(fù)雜的變化。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要源于《黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒(2006—2015年)》《大慶市統(tǒng)計(jì)年鑒(2006—2015年)》《中國國土資源年鑒(2006—2015年)》《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒(2006—2015年)》以及大慶各政府部門的統(tǒng)計(jì)資料，部分指標(biāo)數(shù)據(jù)是經(jīng)過原始數(shù)據(jù)計(jì)算所得。

2 研究方法

2.1 基于中心點(diǎn)混合白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類法

中心點(diǎn)混合白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類模型將指標(biāo)當(dāng)作一種模糊因子,以最屬于某一灰類的值——中心點(diǎn)為該灰類的標(biāo)準(zhǔn)，通過計(jì)算評價(jià)對象關(guān)于中心點(diǎn)的隸屬程度來判定該對象的優(yōu)劣[19]。該模型是劉思峰經(jīng)端點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類模型→中心點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類模型→中心點(diǎn)混合白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類模型逐步改進(jìn)而來。中心點(diǎn)三角白化權(quán)函數(shù)灰色聚類模型克服了灰類交叉、同指標(biāo)各灰類聚類系數(shù)和不等于1等問題，中心點(diǎn)混合白化權(quán)函數(shù)灰色聚類模型為處于兩端灰類的指標(biāo)值定義上、下限測度白化權(quán)函數(shù)，免去將各指標(biāo)取值區(qū)間左右延拓的困擾[19-20]，目前該模型趨于完善。

2.2 評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

結(jié)合大慶市實(shí)際情況，依照數(shù)據(jù)可獲取性和可比性等原則，參考蔡為民等[9-11]學(xué)者的研究成果，從土地利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和效益3方面選取26個(gè)指標(biāo)構(gòu)建土地利用系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

2.3 指標(biāo)取值范圍、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、中心點(diǎn)的確定

將各指標(biāo)取值范圍[aj,bj]劃分為5個(gè)灰類：Ⅰ健康、Ⅱ較健康、Ⅲ臨界狀態(tài)、Ⅳ不健康、Ⅴ病態(tài)，確定各指標(biāo)“病態(tài)”、“健康”灰類的轉(zhuǎn)折點(diǎn)λ1，λ5和“不健康”、“臨界狀態(tài)”、“較健康”灰類中心點(diǎn)λ2，λ3，λ4，取值范圍、轉(zhuǎn)折點(diǎn)、中心點(diǎn)的確定參考行業(yè)或國際標(biāo)準(zhǔn)、政府相關(guān)文件[21]、全國、省域、資源型城市平均水平及大慶市本底值等，具體數(shù)值詳見表2。

表1 大慶市土地利用系統(tǒng)健康評價(jià)指標(biāo)體系

表2 各指標(biāo)取值范圍及其轉(zhuǎn)折點(diǎn)、中心點(diǎn)

3 結(jié)果與分析

將待評價(jià)對象輸入中心點(diǎn)混合白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類評價(jià)模型，以2005年降水量指標(biāo)X1為例，將X1=571.1代入公式(1)—(3)，可得X1對應(yīng)灰度1—5的隸屬度分別為0，0，0，0.34，0.66，故2005年降水量指標(biāo)X1屬Ⅰ灰類。依次求取歷年各指標(biāo)健康水平(表3)。將2005年各指標(biāo)對應(yīng)各灰類隸屬度分別與相對應(yīng)權(quán)重相乘，可得2005年土地利用系統(tǒng)對應(yīng)灰度1—5的聚類系數(shù)綜合隸屬度分別為0.183 4，0.286 2，0.184 0，0.239 3，0.107 1,其中最大分量為0.286 2。因此2005年大慶市土地利用系統(tǒng)健康處于Ⅳ灰類。按此方法求取土地利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、效益和綜合健康水平(表4)。

表3 大慶市2005-2014年土地利用系統(tǒng)健康單指標(biāo)的健康等級

(1) 綜合來看，2005—2014年大慶市土地利用系統(tǒng)健康的綜合 值灰色聚類系數(shù)最大分量分別為0.355 8，0.298 1，0.323 8，0.514 0，0.413 5，0.435 4，0.384 2，0.451 9，0.520 7，0.573 0。依據(jù)灰類的劃分，2005—2006年大慶市土地利用系統(tǒng)綜合健康水平屬“不健康”灰類，2007—2011年處于臨界狀態(tài)，2012—2014年屬“較健康”灰類。土地利用系統(tǒng)健康水平在10 a間穩(wěn)步提升，這主要源于大慶市10 a來加快實(shí)施產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，建立環(huán)境友好型城市取得積極成效。

(2) 從目標(biāo)層來看，結(jié)構(gòu)性指數(shù)經(jīng)歷2011年降至“臨界狀態(tài)”及2014年升至“較健康”狀態(tài)兩次變化，從單項(xiàng)指標(biāo)來看，主要是由于建設(shè)用地比例(X6)和降水量(X1)的健康水平變化造成的。建設(shè)用地比例(X6)在2011年降至臨界狀態(tài)，大慶市中心城區(qū)以及哈大齊工業(yè)走廊建設(shè)投入大量建設(shè)用地，而農(nóng)村居民點(diǎn)用地布局松散，造成土地浪費(fèi)。在氣候指數(shù)中，降水量(X1)呈現(xiàn)出較明顯波動，該指標(biāo)在2012年后的增長對土地利用結(jié)構(gòu)健康水平的增長起推動作用。功能性指數(shù)逐步由“不健康”狀態(tài)提升為“較健康”狀態(tài)。其中，單位耕地農(nóng)機(jī)總動力(X7)、肥料偏生產(chǎn)力(X8)、有效灌溉面積比(X9)對功能性指數(shù)等級提升貢獻(xiàn)較大。2014年大慶市農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力達(dá)3.25×106kW，大力推廣的玉米膜下滴灌技術(shù)達(dá)到節(jié)水、提高肥料利用率的目的。與此同時(shí)，大慶市2012年起開始實(shí)施“節(jié)水增糧行動”計(jì)劃，僅一年新建旱田高效率節(jié)水灌溉工程2 519處、灌溉4.17×104hm2耕地，糧食收成多寡不再只“看天”。3項(xiàng)農(nóng)業(yè)類指標(biāo)的改善表明土地的農(nóng)作物產(chǎn)出能力增強(qiáng)。效益性指數(shù)在10 a年間經(jīng)歷了Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ這3個(gè)灰類，呈波動性增長態(tài)勢，土地利用的社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效應(yīng)均顯著提升。大慶市致力于建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)，糧食產(chǎn)量、農(nóng)民收入持續(xù)穩(wěn)步增加。

城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成效顯著，綜合道路交通運(yùn)輸體系基本形成。積極節(jié)約資源能源，排放的污染物得以有效清理，生態(tài)環(huán)境不斷改善。

(3) 大慶市2014年人均水資源量(X12)、地均石油工業(yè)產(chǎn)值(X16)健康水平仍未達(dá)到“較健康”水平。大慶市水源涵養(yǎng)能力不足，水資源供給嚴(yán)重依來從外部引入嫩江以及開發(fā)區(qū)的地下水，用水安全無法保障。地均石油工業(yè)產(chǎn)值(X16)出現(xiàn)下降趨勢，說明石油產(chǎn)業(yè)不再對城市建設(shè)產(chǎn)生強(qiáng)勢的帶動作用。土地市場化水平(X22)的變化在10 a間并未呈現(xiàn)出明顯的規(guī)律，但其健康水平大多低于“臨界狀態(tài)”。大慶市土地按需供應(yīng)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，且大多以協(xié)議方式出讓，市場狀態(tài)較為低迷。

表4 大慶市2005-2014年土地利用系統(tǒng)綜合隸屬度及健康水平

4 結(jié) 論

(1) 建設(shè)用地面積比例(X6)、人均水資源量(X12)、地均石油工業(yè)產(chǎn)值(X16)、土地市場化程度(X22)成為大慶市土地利用系統(tǒng)健康水平提升的主要制約因素。未來幾年，為提升土地利用系統(tǒng)的健康水平、積極應(yīng)對經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，大慶市加快發(fā)展接替產(chǎn)業(yè)以彌補(bǔ)大慶石油工業(yè)產(chǎn)值疲軟的情況下，應(yīng)進(jìn)一步挖掘建設(shè)用地利用潛力、積極整理農(nóng)村宅基地；降低石油產(chǎn)業(yè)對土地資源的消耗，不斷優(yōu)化用地布局；加強(qiáng)供水工程建設(shè)并大量種植林木以涵養(yǎng)水源；不斷深化改革土地市場、優(yōu)化土地配置、鼓勵(lì)多種土地出讓方式。

(2) 混合中心點(diǎn)白化權(quán)函數(shù)的灰色聚類法通過識別指標(biāo)對應(yīng)各灰類的隸屬程度而作出等級判定，該方法為土地利用系統(tǒng)健康評價(jià)提供新的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，克服單指標(biāo)評價(jià)與綜合結(jié)果的不相容性，為土地利用系統(tǒng)健康評價(jià)提供新的研究思路。

(3) 目前通過劃分區(qū)間來制定評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的方法較多，而選取代表各等級的標(biāo)準(zhǔn)值的研究相對較少，因此文中中心點(diǎn)、轉(zhuǎn)折點(diǎn)選取的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

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Health Assessment of Land Use System on Resource-typed City Based on Grey Clustering Model

LIU Zhaojun1, GAO Xiangqun2

(1.CollegeofHumanitiesandLaw，NortheastAgricultureUniversity，Harbin，Heilongjiang150030,China; 2.CollegeofResourcesandEnvironmental,NortheastAgricultureUniversity,Harbin,Heilongjiang150030,China)

[Objective] Health of land use system on resource-typed city was assessed to provide reference to coordinate land use and promote social and economic development. [Methods] The center of the mixed whitenization weight function of grey clustering model was used to build evaluation index system from the structure, function and efficiency. Upon that health condition and trend of land use system in Daqing City of Heilongjiang Province from 2005 to 2014 were analyzed. [Results] (1) Health level of land use system in Daqing City evolved gradually from “unhealthy” to “healthier”. (2) The proportion of construction land, the amount of per capita water resources, the average industrial output value of land, the degree of land marketization were the key factors restricting the health of land use system in Daqing City. [Conclusion] Grey clustering model plus center whiten function provided new evaluation criteria for land use system health assessment. This consolidated method exhibited good compatibility than the one of single index with regard to land use system health assessment. Some aspects are needed to be paid attention for Daqing City: to broaden the potential of construction land utilization, to optimize the land use layout, to actively conserve water resources, to enhance the reform of land market, and to continuously improve the health of land use system.

gray clustering; land use system; health assessment; Daqing City

2016-08-31

2016-10-24

國家社會科學(xué)基金項(xiàng)目“農(nóng)民土地財(cái)產(chǎn)權(quán)利有效實(shí)現(xiàn)的法制保障研究”(10CFX046); 黑龍江省博士后科研啟動項(xiàng)目(LBH-Q12158)

劉兆軍(1979—),男(漢族),山東省招遠(yuǎn)市人,博士,副教授，主要從事土地利用、土地制度研究。E-mail:lzj_79@163.com。

B

1000-288X(2017)02-0183-05

F301.24