基于熵權法的湖北省土地利用時空特征及綜合評價

阮麗華 朱燦陽

摘要：土地的有序利用是城市可持續發展的基礎，土地資源的合理利用關系到社會經濟和自然環境的發展。以湖北省為例，從經濟發展水平、區域發展優勢、自然基底、生態服務、特殊生境5個維度選取17個指標構建土地利用綜合評價體系，應用熵權法確定權重，以ArcGIS為技術支撐平臺，對2011—2016年湖北省各市土地利用水平進行分析。結果表明，空間上土地利用綜合水平在西部和南部上升明顯，東部黃岡市呈下降趨勢，而中部地區并無明顯變化;土地利用綜合水平呈緩慢上升趨勢，土地社會經濟利用水平呈較快發展趨勢，土地自然利用水平變化不明顯;2011—2016年湖北省土地利用總體上處于中低水平，且土地利用的社會經濟和自然兩方面發展不協調。此外，為促進湖北省各市土地資源的合理利用和城市的可持續發展，根據研究結果提出了相應的政策建議。

關鍵詞：土地利用;時空特征;熵權法;湖北省

中圖分類號：F301? ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）16-0145-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.16.034? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract： The orderly use of land is the basis for sustainable urban development. The rational use of land resources is related to the development of social economy and natural environment. Taking Hubei province as an example， 17 indicators were selected from five dimensions： economic development level， regional development advantage， natural basement， ecological service and special habitat to construct a comprehensive land use evaluation system. The entropy weight method was used to determine the weight， and ArcGIS was used as the technical support platform to analyze the land use level of each city in Hubei province from 2011 to 2016. The results show that the comprehensive level of land use in space has increased significantly in the west and south， and Huanggang city in the eastern part has a downward trend， while there is no obvious change in the central region; the comprehensive level of land use is slowly increasing， and the level of land socio-economic utilization is developing rapidly. The land use level has not changed significantly; from 2011 to 2016， land use in Hubei province is generally at a low level， and the socio-economic and natural development of land use is not coordinated. In addition， in order to promote the rational use of land resources and the sustainable development of cities in Hubei Province， corresponding policy recommendations are proposed based on the research results.

Key words： land use; space-time characteristics; entropy weight method; Hubei province

自1970年之后，隨著土地利用調查的全面展開和世界范圍內3S技術水平的不斷發展，土地利用評價走向高峰期[1]。關于土地利用評價的研究有很多，總結起來主要分為兩個方面。一是土地利用評價方法的研究。土地利用評價方法多采用多元綜合評價法、數據包絡分析法和投入與產出分析法（DEA），其中，在多元綜合評價分析法中應用較廣的是主成分分析法和加權平均法。指標權重的確定主要采用層次分析法和熵權法。研究的結果為土地利用水平存在明顯的時空差異，分析其原因則多種多樣[2]。如劉傳明等[2]應用加權平均法、主成分分析法和投入與產出分析法對湖南省土地利用綜合效率、農用地和建設用地利用效率進行了評價，認為湖南省土地利用效率存在明顯的空間差異，產生空間差異的因素有經濟發展水平、自然條件、區位差異和政策作用等。二是土地利用評價指標體系的研究。土地利用評價指標體系的研究一般都構建了包括社會、經濟、生態、環境、土地利用結構在內的綜合評價指標體系，對中國的省市或者城市圈的土地集約利用、可持續利用、利用效益等進行評價，其結果也因指標選取不同而存在差異。如史進等[3]應用熵權法和系統聚類法構建了包括人口、經濟、交通、產業等在內的綜合性評價指標體系，從規模效益、結構效益、集約效益3個方面對中國城市群土地利用效益進行綜合評價研究，認為高效城市群規模效益和集約效益突出;中等城市群以規模效益為主，結構效益次之，集約效益偏低;部分低效城市群僅結構效益尚可。

本研究選用較為主流的熵權法和自然斷點法作為研究方法，因為熵權法更具準確性和科學性，自然斷點法更具客觀性。同時參考前人的評價指標體系，選取更加適用的指標構建指標體系，對湖北省土地利用進行了綜合評價，并進行土地利用的水平等級劃分，根據研究結果，提出了相對應的政策建議。

1? 研究區域概況

湖北省位于中國中部偏南、長江中游地區，介于北緯29°05′—33°20′，東經108°21′—116°07′，是中部地區的經濟大省和農業大省。2016年末全省GDP總量為32 297.91億元，城鎮化水平從2011年的51.8%上升到2016年的58.1%。隨著城鎮化水平不斷上升，城市建設需求的土地越來越多，為了滿足城市建設用地的需求，許多土地的用途發生了變化。湖北省地形具有多樣性，鄂西北地區為山區、中部為平原、東部是丘陵，既有生態區域，又有農業和經濟發展區域。在城鎮化發展的過程中，土地資源的有效合理利用是地區健康發展的關鍵。協調經濟、人口、生態與土地資源之間的關系，也是地區發展的必然要求，是促進土地資源合理利用的重中之重。

2? 研究方法

2.1? 指標體系的建構

土地是具有自然和社會經濟雙重屬性的復雜系統，不同的空間尺度和評價地域，評價指標的選擇也存在較大差異[4]。在參考相關資料[4-6]的基礎上，按照可操作性、代表性、全面性、層次性等原則，選取能夠表征土地資源自然和社會經濟屬性特征的變量，建立綜合評價指標體系。指標體系從5個維度選取了17個評價指標，其中，經濟發展水平和區域發展優勢維度屬于社會經濟屬性，自然基底、生態服務和特殊生境維度屬于自然屬性，構建了包括目標層、系統層、指標層的湖北省土地利用綜合評價體系，見表1。

2.2? 熵權法

采用信息熵法確定指標權重，信息熵法是根據指標本身包含的信息量（熵）確定指標權重的方法，可以有效減少權重確定過程中的主觀干擾[7]，信息熵能表征各指標的差異程度，某項指標的熵值越小，有序度越高[8]，對評價目標的重要性越大，反之越小。根據各項指標的熵值大小計算變異程度，確定權重，主要步驟如下。

2.3? 數據來源及標準化處理

本研究數據由2011、2016年《湖北省統計年鑒》《中國城市統計年鑒》整理而得。由于不同評價指標具有不同的計量單位，為了消除這種量綱的影響，需要對數據進行標準化處理[9，10]。采用極值法對數據進行標準化處理，采取以下公式把數據映射到[0，1]之間，具體標準化公式如下。

式中，xij是標準化后的值;Fij是第i個市（州）第j項指標的值;Fjmax、Fjmin分別為第j項指標所在矩陣列的最大值和最小值。

2.4? 土地利用綜合評價

基于標準化的指標數據和相應的權重值，采用綜合評價模型對研究區域的各個系統層進行評價，其計算公式為：

式中，Si為綜合評價分值;wi為指標權重;xij是標準化后的單個指標值。

3? 結果與分析

3.1? 綜合評價得分結果

2011、2016年湖北省土地利用評價得分結果見表2。根據計算出的評價結果，以ArcGIS 10.4.1軟件為技術支撐平臺，采用自然斷點分級法對湖北省17個省轄市的土地利用狀況進行分等定級，從高值到低值分為5個區間，將點數據轉換為面數據，圖1至圖7為具體面數據，其中，時間斷面分別是2011、2016年。

圖1為2011和2016年湖北省各市土地利用綜合評分結果柱狀圖。從圖1可以看出，除黃岡市外，湖北省其他市2016年土地利用評分均高于該市2011年土地利用評分，整體呈上升趨勢。從整體評分結果來看，除武漢市以外，其他市土地利用綜合評分均較低。

3.2? 經濟發展水平分析

圖2為湖北省各市經濟發展水平評分結果。從圖2可以看出，2011年武漢和宜昌經濟發展達到較高和中等水平，其他地區經濟發展均在較低和低水平，其中鄂西北和鄂東南地區處在較低水平階段，鄂西南、中部和鄂東地區處在低水平發展階段。2016年恩施經濟發展處在中等水平，神農架、隨州、黃岡處在較高水平，其他各市經濟發展水平均已達到高水平階段。2011—2016年湖北省經濟發展水平整體有較大幅度提高，但各市的提升的幅度存在差異，恩施、神農架、隨州、黃岡由低、較低水平提高到了中等、較高水平;荊州、仙桃、天門、孝感、十堰、襄陽、荊門、咸寧、黃石等地由低、較低水平都達到高水平，提升幅度相對較大，武漢則由較高水平提高到了高水平。2011—2016年湖北省各市經濟發展水平均有提高的原因在于人均GDP、城鎮居民可支配收入和城鎮化率都有較大幅度提高，而人口密度變化并不明顯。

3.3? 區域發展優勢分析

圖3為湖北省各市區域發展優勢評分結果。從圖3可以看出，2011年湖北省各市區域發展優勢存在明顯差異，十堰、襄陽、宜昌、武漢4個城市區域發展優勢評分為較高、高，恩施、荊州和黃岡的區域優勢評分為中等，其余地區評分為低、較低。從地域分布上來看，湖北省中部和東南部的區域發展優勢弱于其他地區。2016年湖北省區域發展優勢得分除了神農架、天門、潛江、仙桃和鄂州等小范圍地區還處在低、較低等級外，全省絕大部分地區的區域發展優勢水平都達到了中等以上。2011—2016年湖北省各市區域發展優勢得分變化并不十分明顯，中部、東部地區各市均只提高了1個優勢等級，而西部地區基本無變化。雖然全省各市的全社會固定資產投資和公路通車里程不斷提高，增強了區域發展優勢，但是高校數量和二三產業比重在5年內難以發生較大程度的提高。湖北省中部和東部地區因交通發展較西部地區更加迅速，因此優勢等級有所提升。

3.4? 自然基底分析

圖4為湖北省各市自然基底評分結果。從圖4可以看出，2011年湖北省各市自然基底評價中，中部、東部各市自然基底評價得分等級均高于西部，西部十堰、襄陽、神農架、宜昌、恩施等地區的評分為低、較低，而其他中東部地區評分都在中等以上，較多地區都達到了較高和高級。其主要原因在于，湖北省中東部地區主要為平原，地形起伏度小，降水相對豐富，因此自然基底整體狀況優于西部。2016年湖北省各市自然基底評價與2011年基本相同，均無明顯變化。2011—2016年湖北省自然基底無明顯變化，一方面原因在于自然條件在短時間內不會有明顯變化，另一方面表明湖北省各市較為重視環境保護和生態維持。

3.5? 生態服務分析

圖5為湖北省各市生態服務評分結果。從圖5可以看出，2011年湖北省各市生態服務評價中，西部和東部地區評分明顯高于中部地區，各市之間也存在著較大差異。神農架、恩施、黃岡、咸寧4個城市的生態服務評分等級為高，存在著明顯的生態優勢，隨州、仙桃、荊門3個城市的生態服務評分等級為較低，生態服務較差，其他地區中等、較高等級均勻。2016年湖北省各市生態服務評價中，神農架、恩施、咸寧3個城市的評分等級為高，荊門、孝感、仙桃為較低、低，其他地區城市為中等和較高。各市之間存在較大差異，原因在于山區或丘陵地區的森林覆蓋率高，生態環境更好。2011—2016年湖北省各市的生態服務評價得分變化也存在著差異，全省大部分地區生態服務評價等級沒有產生變化，但隨州、鄂州的評價等級有所提升，仙桃、黃岡的評分等級有所下降。其主要原因在于，城市的發展過程中有的地區更加注重森林綠化率和建成區綠化率比重的提高，而仙桃、黃岡等地區在發展中出現了填湖、破壞森林、占用耕地等情況，因此生態服務評價等級出現了反差。

3.6? 特殊生境分析

圖6為湖北省各市特殊生境評分結果。從圖6可以看出，2011年湖北省各市特殊生境評價中武漢、宜昌為高等級，恩施、十堰為較高、中等等級，其他地區為低、較低等級。2016年湖北省各市特殊生境評價中僅武漢為高等級，恩施、十堰、宜昌為較高、中等等級，其他地區為低、較低等級。2011—2016年湖北省各市特殊生境評價中，主要變化在于宜昌市的評價等級降低十分明顯，黃岡市提升了1個評價等級。縱觀整個湖北省，大部分地區的特殊生境評價等級都處于低水平，主要是由于各地區4A、5A級景區數量和人均公園綠地面積少造成的。

3.7? 土地利用綜合評價分析

圖7為湖北省各市土地利用綜合評分結果。從圖7可以看出，2011年湖北省各市土地利用綜合評價中除武漢市為高等級、恩施和黃岡為中等等級外，其他地區都為低、較低等級。2016年湖北省各市土地利用綜合評價中，仍然只有武漢為高等級，恩施、宜昌則為中等等級，其他地區為低、較低等級。2011—2016年全省大部分地區土地利用綜合評價等級都有所提升，黃岡市則有所下降。評價等級有所提升的原因在于，在土地利用的過程中更加注重整體規劃，從多方面考慮，實現土地資源的最優利用，尤其重點關注自然和生態環境方面的保護。但從整體上來說，湖北省的土地利用綜合評價等級還處在一個相對較低的水平，主要有社會和自然兩方面的原因。社會原因在于除武漢外，湖北省其他各市經濟發展并不十分良好，同時各市全社會固定資產投資和教育資源差異巨大;自然原因在于湖北省地形復雜，平原、山地，丘陵都有，各市擁有的自然資源和生態環境也存在較大差異。兩方面綜合起來看，社會資源有優勢的地區其自然資源與生態環境不存在優勢，而自然資源與生態環境有優勢的地區其社會經濟又相對落后，因此造成了土地利用綜合評價等級整體不高的現狀。

4? 結論與討論

4.1? 研究結論

為了了解2011—2016年湖北省各市土地利用的時空特征，從5個方面共選取了17個能體現土地利用狀況的指標，應用熵權法確定每個指標的權重，對湖北省各市土地利用進行綜合評價。以ArcGIS 10.4軟件為技術支撐平臺，將評價結果的點數據轉換成面數據，更直觀地展示了湖北省土地利用的動態趨勢，得出以下結論。

1）總體上，2011—2016年湖北省土地利用處于中低水平，且土地利用的社會經濟和自然兩方面發展不協調。社會經濟發展較好的地區，土地的經濟和區域發展優勢利用水平較高，土地的自然利用水平較低;反之，社會經濟欠發達地區，土地的經濟和區域發展優勢利用水平較低，土地的自然利用水平較高。

2）在發展趨勢上，湖北省土地利用綜合水平呈緩慢上升趨勢，土地社會經濟利用水平呈較快發展趨勢，土地自然利用水平變化不明顯。

3）在空間上，湖北省土地利用綜合水平在西部和南部上升明顯，東部黃岡市呈下降趨勢，而中部地區并無明顯變化。

4.2? 啟示與討論

為促進湖北省土地資源高效合理利用，根據研究結果提出以下建議。

1）促進土地社會經濟利用和土地自然利用的協調發展。在經濟發展較好的地區，土地利用追求社會經濟效益的同時，也應該注重自然生態效益，保持土地利用結構的平衡性和合理性。在經濟發展較差的地區，保持好土地利用的自然生態效益的同時，還要追求土地利用的經濟效益，做到兩方面協調發展。

2）土地社會經濟利用反哺土地自然利用。2011

—2016年湖北省土地利用的社會經濟方面發展較快，而土地利用的自然生態方面無明顯變化，部分地區甚至出現利用水平下降的趨勢。在經濟發展的過程中，難免出現以犧牲自然環境為代價促進經濟發展的現象。當經濟發展良好時，應以經濟反哺自然環境，促進經濟和自然協調發展。

3）編制省域城市規劃，加強城市地方政府之間的合作，打破行政界限的束縛，從更大的空間范圍協調各市土地規劃與利用，縮小各區域土地利用綜合水平的差距，調動地方政府的積極性。

通過熵權法對湖北省土地利用進行綜合評價，避免了主觀權重的影響，具有較高的客觀性與準確性。同時應用地理信息系統（GIS）和5年的指標數據揭示了湖北省土地利用的時空差異與特征，具有直觀性和科學性。但研究的精細化問題還需進一步探討，本研究基于省域對湖北省土地利用進行綜合評價，如何從市、縣、鄉或者更小范圍內進行更精細化研究是下一步研究的方向。

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