基于PSR模型的城市土地集約利用評價研究
——以蘇州市為例

孫小祥，秦藝娟

1. 鹽城師范學院 城市與規劃學院/蘇北農業農村現代化研究院， 江蘇 鹽城 224007；2. 南昌大學 公共管理學院， 南昌 330031； 3. 中國科學院 流域地理學重點實驗室， 南京 210008

在城鎮化建設快速發展的今天， 如何優化土地資源利用結構、 提高土地資源利用效益、 提升城鎮化發展內涵與質量， 已成為新時期城市發展不可忽略的問題[1]． 在大規模的快速城鎮化建設中， 各類問題突顯： ① 大量人口向城市聚集， 城市建成區不斷擴大、 耕地逐漸減少， 建設用地與農用地矛盾日益突出； ② 城市開發中規劃欠合理， 部分城市邊界無序擴張蔓延， 土地低效利用現象普遍存在[2-5]． 對城市土地集約利用水平進行科學、 準確評價， 有助于優化配置土地資源、 落實新型城鎮化建設[6]． 土地集約利用評價是土地集約利用研究的核心內容， 同時也是提高城市土地集約利用水平的前提條件， 加強對城市土地集約利用和障礙因素的研究， 對促進城市可持續發展具有重要的現實意義．

土地集約利用評價是土地科學研究的熱點之一， 國內外相關學者對此開展了大量研究[7-18]， 針對城市土地集約利用評價建立了一系列綜合模型， 如CLUE模型、 CA模型、 CELLULAR模型和GEOMOD模型等， 并有學者采用不同模型與方法(PSR模型、 STIRPAT模型、 GPCA方法、 改進熵值模型、 多邊形圖示法、 RS與GIS相結合等)對不同尺度(城市群、 城市、 開發區等宏觀尺度以及街區、 宗地等微觀尺度)土地集約利用進行評價， 研究成果眾多． 然而， 由于不同學者對土地集約利用的內涵和本質存在認知上的差異， 在評價指標選用以及標準值和權重的確定上尚未形成統一的理論基礎和方法體系[19]． 因此， 本研究擬選取應用廣泛的壓力-狀態-響應(PSR)模型， 從壓力、 狀態、 響應3方面構建城市土地集約利用評價指標體系， 并采用熵權法計算權重， 對蘇州市城市土地集約利用進行綜合評價， 同時引入障礙度模型進行障礙因子診斷， 使評價結果更具有針對性和實踐性， 以期為進一步提升蘇州市土地集約利用水平提供參考依據．

1 研究對象與數據

1.1 研究區概況

蘇州市位于北緯30°47′-32°02′、 東經119°55′-121°20′， 地處江蘇省東南部、 長三角中部， 東臨上海， 南接嘉興， 西抱太湖， 北依長江， 下轄市轄區有姑蘇區、 虎丘區、 吳中區、 相城區、 高新區、 工業園區和吳江區， 以及常熟市、 張家港市、 昆山市、 太倉市4個縣級市． 截至2017年末， 蘇州市常住人口1 068.36萬人， 其中城鎮人口809.82萬人， 占常住人口比重75.8%， 土地總面積8 657.32 km2， 地區生產總值達17 319.51億元， 完成固定資產投資5 629.59億元． 蘇州市是我國最具經濟活力的城市之一， 是江蘇省經濟、 對外貿易、 工商業和物流中心， 是江蘇省人口最多、 經濟總量最大、 現代化程度最高的城市， 同時也是重要的交通中心[20]．

1.2 數據來源

本研究所涉及的有關蘇州市的社會經濟發展、 土地利用現狀和城市建設現狀等相關數據主要來源于2009-2018年《蘇州市統計年鑒》以及相應的統計公報．

2 研究方法

2.1 指標體系的確定

PSR(Pressure-State-Response)模型最初由加拿大統計學家David J.Rapport和Tony Friend提出， 20世紀80年代由經濟合作和發展組織(OECD)與聯合國環境規劃署(UNEP)以“可持續發展”為核心提出將PSR模型作為研究環境問題的概念模型[21]． 結合蘇州市土地集約利用現狀， 本研究根據PSR模型的原理和城市土地集約利用的內涵， 將評價體系分為目標層(G)、 系統層(S)、 指標層(I)3個層次． 目標層(G)表示城市土地集約利用水平； 系統層(G)包含壓力指標、 狀態指標和響應指標3個層次； 指標層(I)包含人口密度、 建成區綠地覆蓋率等13項指標(表1)． 其中， 壓力指標描述人類對土地集約利用施加的直接壓力或干擾， 如人口密度、 建成區綠地覆蓋率等指標， 用來衡量對土地集約利用造成的壓力； 狀態指標描述由于人類活動而導致的土地集約利用變化， 如地均工業總產值、 地均財政收入等， 用來衡量當前土地集約利用的狀態和變化趨勢； 響應指標表征社會對提高土地集約利用而進行的努力， 如地均固定資產投資、 地均房地產開發投資額等， 用來衡量土地集約利用改進措施的實施狀況．

表1 蘇州市土地集約利用水平評價指標體系

2.2 指標權重的確定

將13個指標分為正向指標和負向指標， 正向指標的數值越大代表城市土地集約利用程度越高， 負向指標的數值越大代表城市的集約利用程度越小． 為方便比較評價指標， 消除指標間量綱差異， 采用如下標準化公式：

正向指標：

(1)

負向指標：

(2)

為盡量剔除主觀因素， 本研究采用熵權法來確定各個指標的權重， 公式如下[22]：

計算第i年份第j項各指標值的比重Yij：

(3)

計算指標信息熵ej：

(4)

計算信息熵冗余度dj

dj=1-ej

(5)

計算指標權重Wi：

(6)

式中：m為評價年數；n為指標數；k=1/lnm．

2.3 綜合評價模型

蘇州市土地集約利用評價應該是壓力、 狀態、 響應3個子系統各個指標數據進行綜合計算的結果， 計算公式如下：

(7)

式中：Sa，Sb，Sc分別表示壓力指標、 狀態指標、 響應指標所代表的權重；Ij，Ik，Im分別表示各個系統層下13個指標的權重；Xj，Xk，Xm分別表示各個指標數據標準化后的數值；W代表城市土地集約利用水平的綜合數值．

2.4 土地集約利用水平指標障礙因子

為進一步提高蘇州市土地集約利用水平， 有必要從蘇州市土地集約利用的各個指標中找出主要障礙因子． 計算指標有4個： 因子貢獻度(Cj)表示單項指標對評價結果的影響程度； 指標偏離度(Dij)表示單項指標與土地集約利用評價結果之間的差距； 單指標障礙度(hi)表示單項指標對土地集約利用程度的影響； 子系統障礙度(Hi)表示子系統對土地集約利用程度的影響[23-24]． 主要公式如下：

因子貢獻度(Cj)：

Cj=Wi×Wij

(8)

指標偏離度(Dij)：

(9)

單指標障礙度(hi)：

(10)

子系統障礙度(Hi)：

Hi=∑hi

(11)

3 蘇州市土地集約利用水平分析

3.1 蘇州市土地集約利用評價壓力層分析

由圖1可知， 蘇州市土地壓力狀態總體呈緩慢起伏上升態勢． 2008-2014年蘇州市土地壓力狀態處于穩定上升， 其中， 2011年受建設用地增長率、 建成區綠地覆蓋率下降影響， 壓力層狀態有所下降； 2014-2016年， 蘇州市土地壓力層呈降低趨勢， 主要原因是城市建設用地增長率持續降低， 2016年蘇州市建設用地增長率達到-3.3%， 為近10年最低值； 2017年蘇州市土地壓力綜合評價數值達到0.196， 為近10年的高峰值， 比2016年增長36.3%． 這是因為第二、 第三產業占地區生產總值比重、 人口密度和建設用地增長率達到了近10年最高值． 人口密度指標除2015年有所下降外， 總體處于上升狀態， 說明蘇州市的人口在不斷擴張．

圖1 2008-2017年蘇州市壓力層指標值與壓力層總體變化趨勢圖

3.2 蘇州市土地集約利用評價狀態層分析

由圖2可知， 蘇州市土地集約利用狀態層數值從2008年的0.143到2017年的0.334， 總體呈上升趨勢． 2015年蘇州市的土地狀態層評價數值比2014年有所下降， 主要原因是人均建設用地每萬人僅168 hm2， 為近10年最低值， 人均公園綠地面積也大幅下降． 從具體指標來看， 地均工業總產值、 地均財政收入以及地均社會消費零售額不斷上升， 表明蘇州市經濟發展水平始終保持上升趨勢； 人均公園綠地面積在2011-2014年間比較平穩， 之后蘇州市人口數量的增速高于公園綠地面積增速， 人均公園綠地面積指標顯著下降， 2017年僅為14.4 m2/人； 人均建設用地總體呈波動變化趨勢． 總的來說， 蘇州市的土地狀態層要保持上漲趨勢， 必須增加人均公園綠地面積， 減少人均建設用地面積．

圖2 2008-2017年蘇州市土地集約利用狀態層指標值與狀態層總體變化趨勢圖

3.3 蘇州市土地集約利用評價響應層分析

由圖3可知， 蘇州市土地集約利用響應層評價數值始終保持上升趨勢， 從2008年的0增加到2017年的0.282． 其中， 2012-2013年蘇州市土地響應層評價數值變化幅度最大， 數值增加了0.073， 主要原因是污水處理率指標數值增幅較大， 其他指標也保持上升趨勢； 2014-2017年， 蘇州市土地響應層評價數值增幅較小， 變化較為平穩， 雖然地均固定資產投資不斷下降， 但地均房地產開發投資額和污水處理率一直保持上升趨勢． 總的來說， 蘇州市的土地響應評價數值一直在增加， 接下來需要進一步增加對固定資產的投資．

圖3 2008-2017年蘇州市土地集約利用響應層指標值與響應層總體變化趨勢圖

3.4 蘇州市土地集約利用綜合評價

2008-2017年蘇州市土地集約利用水平綜合評價數值總體呈上升趨勢(圖4)， 但是2015年比2014年降低了0.015， 主要原因是狀態層的數值有所下降． 具體來看， 2008-2011年， 壓力層數值高于響應層， 表明蘇州市前期土地集約利用壓力較大； 2011年以后， 響應層和狀態層的數值開始超過壓力層的數值， 表明政府開始采取措施應對土地粗放利用帶來的壓力， 蘇州市土地狀態以及做出的響應有利于土地集約利用； 2013年以后， 響應層和狀態層與壓力層的數值差距開始拉大， 這意味著蘇州市一系列的土地利用規劃實施對土地集約利用效果顯著．

圖4 2008-2017年蘇州市土地集約利用水平綜合評價以及系統層變化

4 蘇州市土地集約利用水平障礙因子診斷

4.1 蘇州市土地集約利用程度各指標障礙度分析

根據土地集約利用障礙因子的計算方法， 對蘇州市土地集約利用程度指標層的各個指標進行障礙度計算(表2)， 并選取障礙度位于前5的障礙因素進行分析．

表2 蘇州市土地集約利用程度障礙因素以及障礙度

研究發現， 2008-2012年對蘇州市土地集約利用程度影響最大的障礙因素是地均社會消費品零售額， 其次是地均第二、 第三產業GDP、 污水處理率、 地均房地產開發投資額、 地均財政收入， 這些指標主要集中在土地狀態系統和土地響應系統， 說明蘇州市的經濟快速發展對土地的集約利用程度造成了較大的影響， 并且污水處理率這一指標障礙度較高， 表明蘇州市需進一步增強環境保護力度； 2013-2017年對蘇州市土地集約利用程度影響最大的障礙因子是人均建設用地， 其次是地均社會消費品零售額、 人均公園綠地面積、 地均房地產開發投資額、 人口密度、 地均第二、 第三產業GDP、 建設用地增長率． 自2013年開始障礙度較高的指標開始出現在土地壓力系統內， 人口密度指標在2013年、 2015年和2016年障礙度較高， 說明蘇州市近年來人口的增長對土地產生了壓力， 影響了蘇州市的土地集約利用水平； 建設用地增長率在2016年和2017年障礙度排名較高， 隨著蘇州市發展的需要， 建設用地的增加對土地集約程度造成了一定的壓力． 此外， 土地狀態系統和土地響應系統的部分指標近5年對蘇州市土地集約利用水平產生了較大的影響， 但是相較于2008-2012年地均社會消費品零售額這一指標的障礙度有所降低， 說明土地利用效益提升迅速， 對土地集約利用程度具有較大貢獻． 人均建設用地在2008-2012年間障礙度較低， 但在2013-2017年間障礙度卻最高， 尤其是2017年障礙度達到了43.37%， 說明蘇州市土地利用程度對土地績效的影響在近5年較大． 除此以外， 2013-2017年地均財政收入、 地均固定資產投資、 建成區綠地覆蓋率這3個指標的障礙度排名也較高． 地均財政收入這一項指標近3年沒有出現在前5位， 相較于2008-2012年障礙度出現的頻度是減少的， 說明其對土地利用狀態有改善的作用． 建成區綠地覆蓋率在2017年障礙度較高， 但是2008-2016年這一指標的障礙度較低， 說明蘇州市應提高對土地利用的生態效益重視程度．

圖5 蘇州市土地集約利用水平PSR模型各系統層障礙度

4.2 蘇州市土地集約利用子系統障礙度分析

研究表明， 蘇州市土地狀態系統的障礙度相對較高(圖5)， 總體呈上升趨勢， 土地壓力系統障礙度相對穩定， 而土地響應系統障礙度正在下降． 2008-2013年， 響應系統的障礙度高于壓力系統， 但2014-2017年壓力系統的障礙度高于響應系統． 土地壓力系統的障礙度從2008年的14.79%增加到2017年的16.48%， 年增長率為0.17%， 土地狀態系統的障礙度從2008年的53.81%增長率到2017年的78.68%， 年增長率為2.49%， 土地響應系統的障礙度從2008年的31.4%下降到2017年的4.85%， 年均減少率為2.66%， 表明蘇州市在土地響應系統方面做出了一定的努力， 并取得了一些成果． 狀態系統方面， 2011-2015年障礙度呈現出持續增長的趨勢， 雖然2016年有所下降， 但在2017年又表現出增長的趨勢， 長此以往， 土地狀態系統的問題會成為阻礙蘇州市土地集約利用水平的主要原因之一． 土地壓力狀況相較于土地狀態系統其增長速度較慢， 2016年障礙度達到最高， 但在2017年數值又有下降的趨勢， 這是因為人口密度、 第二、 第三產業占地區生產總值比重、 建設用地增長率這3項指標都出現了下降的趨勢， 雖然之后情況有所改善， 但是仍需提高警惕， 因為建成區綠地覆蓋率的障礙度出現了增長的趨勢， 并且建設用地增長率在2017年障礙因素的障礙度中數值最高． 可見， 要提升蘇州市土地集約利用水平， 需要從土地狀態系統和土地壓力系統入手， 同時注意土地的響應系統的狀態．

4.3 提升蘇州市土地集約利用水平的對策建議

① 人口集聚能通過規模經濟效應促進城市經濟增長， 從而提高單位面積土地投入產出水平， 對城市土地集約利用具有積極影響； 相關部門加快出臺人才落戶政策和人才引進政策， 放寬落戶門檻， 吸引集聚人力資源， 加快壯大產業、 技能人才隊伍． ② 精選優質項目， 提高土地供地投資強度標準， 加大改革創新力度， 推動產業結構轉型升級， 把單位面積投入強度和產出效率作為衡量城市土地集約利用的重要指標． ③ 科學制定發展規劃， 強調規劃引領， 嚴格控制蘇州市建設用地規模， 逐步實現建設用地減量化發展， 努力實現建設用地“零增長”甚至負增長； 通過清理“僵尸企業”、 閑置土地、 低效廠房等措施， 加快存量建設用地盤活， 盤活土地優先用于新產業、 新業態項目， 同時加快存量建設用地的開發改造， 從而提升蘇州市土地集約利用水平．

5 結 論

隨著社會經濟快速發展， 如何尋求城市發展和土地合理利用之間的平衡一直是政府和學者關注的熱點問題． 本研究基于PSR模型選取蘇州市2008-2017年人口密度， 建成區綠地覆蓋率， 第二、 第三產業占地區生產總值比重等13項指標， 構建城市土地集約利用評價系統．

1) 蘇州市近10年的土地集約利用水平總體呈上升趨勢． 其中， 土地壓力系統、 土地狀態系統和土地響應系統的綜合評價數值均呈上升的趨勢． 蘇州市近10年的土地集約利用水平不斷改善．

2) 通過建立障礙度模型， 分析13個障礙因素對蘇州市2008-2017年土地集約利用水平的障礙度． 從系統層3個系統的障礙度來看， 狀態層的障礙度最高， 2008-2013年響應層的障礙度高于壓力層， 2014年壓力層的障礙度高于響應層． 從各指標的障礙度來看， 2008-2012年障礙度最高的是地均社會消費品零售額， 2013-2017年障礙度最高的是人均建設用地．

3) 蘇州市的土地集約利用水平呈不斷改善的狀態， 這得益于蘇州市在城市不斷擴張的同時， 對土地集約利用予以高度重視， 但是人口的增長造成的人地關系緊張、 建設用地的不斷增加造成的生態綠地面積的減少等問題， 依舊需要相關部門出臺政策去改善．