喀斯特山區土地利用綜合效益動態演化及預測
——以貴州省為例

魏 媛,楊園園

(貴州財經大學 管理科學與工程學院，貴州 貴陽 550025)

1 引言

貴州省為西南典型的喀斯特生態脆弱區，同時也是我國最大的喀斯特分布區，喀斯特面積約13×104km2，占全省土地面積的73.3%。省內資源豐富、生態環境優美，西部大開發、大數據產業發展等政策促進貴州土地資源不斷被開發利用。目前關于土地利用綜合效益時空格局特征的研究相繼出現，其中，在研究方法上，有的學者運用了彈性系數法、層次分析法、熵值法、功效系數法等對土地利用效益進行了研究[1～4]，也有學者利用GIS技術、ERDAS空間分析技術等方法[5～7]進行分析；研究尺度方面，目前有省市縣鄉及全國尺度的[8～10]，也有從其他尺度如流域、森林公園、國際機場[11～13]進行分析的；評價指標體系方面具有代表性的有“經濟-社會-生態效益”指標體系、“經濟-社會-生態和環境”四維體系及“生產-生活-生態效益”指標體系等[14～17]。在土地利用效益及其耦合協調關系方面，2022年，劉天航等運用熵值法對合肥市土地利用綜合效益進行評價研究，研究結果表明合肥市土地利用經濟效益與社會效益持續上升，而生態效益在2010～2019年間持續波動，增長不明顯。張韋萍等對蘭西城市群土地利用效益時空演變及耦合協調關系進行研究，結果表明研究區土地利用效益的耦合協調關系主要是受土地利用3種效益的復合影響。鄭瑞婧等對山東省土地利用效益進行評價，研究結果表明研究區土地利用協調度呈現較高的協調關系。鄭嵐等對甘肅省土地利用效益評價及耦合協調度進行了分析，研究揭示甘肅省各市州土地利用綜合效益均處于失調狀態,主要以中度失調為主,耦合協調性有待提升。文獻的分析表明，目前綜合運用多學科交叉組合的研究方法對喀斯特山區進行土地利用綜合效益的時空格局演化進行測度的相關研究尚未見報道。因此，本文以喀斯特山區省份貴州為研究對象，根據研究區實際情況和數據可獲得性，構建社會、經濟、生態效益三維多功能土地利用綜合效益指標體系，采用組合賦權法對2005～2017年9個州市土地利用效益進行分析與評價，通過市域和省域宏微觀相結合研究貴州省土地利用綜合效益值變化趨勢、時空演變及冷熱點變化，把握貴州省土地利用效益空間格局態勢變化特征，同時對未來2018～2030年土地利用綜合效益進行預測分析，研究的開展以期為今后培育低碳高效生態化的土地利用模式及土地利用規劃提供現實依據與理論參考。

2 研究方法與數據來源

2.1 研究方法

2.1.1 綜合評價法

采用綜合評價模型，對土地利用效益進行評價，本研究按照指標的重要程度將多個單一評價指標組成綜合效益指標，采用加權求和綜合評價模型[17]進行評價是根據評價結果對評價對象進行排序和優選的重要手段和決策基礎。其公式如下:

(1)

式(1)中，S為土地利用效益，Wj表示單個評價指標權重;xij表示各指標單因子評價分值。

2.1.2 灰色預測模型

(2)

將每一個序列進行累加生成，形成n個數列[22]，即:

(3)

取x1的加權均值，則z1(k)=αx1(k)+(1-α)x1(k-1) (K=2，3，…，m)

GM(1，1)的微分方程模型為：

(4)

(5)

其中：

用最小二乘法求得參數的估計值為：

(6)

則GM(1，1)模型時間響應序列為：

(7)

其還原值：

(8)

為確保所建灰色模型有較高的預測精度和可信程度，需要進行殘差檢驗、關聯度檢驗及后驗差檢驗[5]。關聯度大于0.5即是滿意的。當方差C<0.35，小誤差概率P>0.95 時，預測模型精度為一級(優)，當0.35

2.2 數據來源

本文以貴州省及下轄的各州市作為研究區域，研究時段選取2005～2017年連續的時間段，研究的指標數據主要來自2006～2018年的《貴州省統計年鑒》及各州市2006～2018年統計年鑒以及各州市國民經濟和社會發展統計公報。

3 評價指標體系構建

3.1 評價指標的選取

本文根據貴州省社會經濟發展和生態環境的特點，兼顧指標選取的科學性、系統性、綜合性和可獲取性[17]，構建包括經濟、社會、生態效益的貴州省土地利用效益評價指標體系，共12個指標(表1)。

表1 貴州省及各州市土地利用綜合效益評價指標體系

3.2 指標標準化

土地利用效益評價屬于多因素綜合評價，各評價指標來源具有多樣化，不同的評價為了使各評價指標具有可比性，采用極差標準化法對數據進行標準化處理[10]。

(9)

(10)

式(9)、(10)中X'是指指標標準化后的值，Xmin代表指標中最小值，Xmax代表指標中最大值。

確定權重時，本文分別用熵權法與變異系數法計算各指標權重[17]，并運用加法集成法確定最終的組合權重值，其計算方法如下：

(11)

式(11)中Wj為組合權重值，pj為熵權法得出的指標權重；qj為變異系數法得到的指標權重值，最終利用組合賦權法計算貴州省及各州市得出的土地利用綜合效益指標權重值見如表2。

表2 貴州省及各州市土地利用綜合效益評價指標組合權重

4 實證結果分析

4.1 貴州省土地利用綜合效益動態演化

2005～2017年貴州省土地利用綜合效益的時間維度演化趨勢測度分析結果如圖1。

從圖1可以看出，2005～2017年貴州土地利用的經濟效益、生態效益、社會效益及綜合效益總體上表現出上升的演化趨勢，13年間分別上升了3006.11%、360.31%、243.61%、547.19%。其中經濟效益年均增長率為231.24%，最大值為最小值的31.06倍；2017年社會效益值為2005年的4.60倍，年均增長27.72%；生態效益最高值為最低值的3.44倍，13年期間年平均增長18.74%；綜合效益年均增長率為42.09%，2017年綜合效益值是2005年的6.47倍。研究揭示貴州省土地利用綜合效益整體水平隨著時間遞增呈持續上升的態勢，2005～2013年呈現出穩定增長的趨勢，2014～2017年期間增長速度為最快，在2017年效益值達到最大，經歷了“平穩-加速-平穩”的過程，實現了“低值-中值-高值良好”的飛躍性上升。貴州土地利用各效益增長速度大小順序為：經濟效益>綜合效益>社會效益>生態效益。

圖1 2005～2017年貴州省經濟、社會、生態及綜合效益動態演變趨勢

4.2 各州市土地利用綜合效益動態演化

2005～2017年各州市土地利用綜合效益的時間維度演化趨勢測度分析結果如圖2。

圖2 2005～2017年貴州省9個州市綜合效益動態演變趨勢

圖2研究結果表明：2005～2017年研究區9個州市土地利用綜合效益整體表現上升的趨勢，貴陽市土地利用綜合效益最大值為最小值的16.69倍，年平均增長120.70%。遵義市的最大值是最小值的4.37倍，年均增加了25.94%。六盤水市最高值是最低值的6.70倍，年均增長43.85%。安順市最高值為最低值的5.08倍，效益年均增長31.37%。銅仁市效益最大值是最小值的10.03倍，年均增長69.48%。畢節市最大值是最小值的4.56倍，年均增長率27.39%。黔東南州最高值是最低值的6.38倍，年均增長率41.37%。黔南州最高值是最低值的5.03倍，年均增長31.00%。黔西南州最高值為最低值的5.40倍，年均增長33.86%。綜合效益增長率大小排序為貴陽市>銅仁市>六盤水市>黔東南州>黔西南州>安順市>黔南州>畢節市>遵義市。分析表明綜合效益提升最快是貴陽市、最慢的是遵義市，其它州市居中，揭示貴陽市土地資源在開發利用的過程中注重低碳高效生態化的土地利用模式的培育，經濟效益、生態效益和社會效益的協調發展取得了一定的成效。研究表明，喀斯特山區地質地貌特殊復雜，生態環境脆弱，研究區在土地開發利用的過程中，應根據土地資源的特點，在提高土地利用經濟、社會效益的同時需要進一步不斷加快生態效益水平的提高，集土地利用的生態效益、經濟效益、社會效益于一體，使其協同可持續發展，最終實現貴州省整體土地利用綜合效益的最大化。

4.3 土地利用綜合效益預測

選取2005～2017年貴州省及其9個州市土地利用綜合效益作為原始數據，分別建立灰色預測模型，在此基礎上對2018～2030年土地利用綜合效益進行預測。以2005～2017年貴州省土地利用綜合效益為基礎，運用灰色預測模型對未來13年貴州省土地利用綜合效益進行預測并分析其發展趨勢與原因。

4.3.1 構建灰色預測模型及精度檢驗

首先確定參考數據列，建立貴州省及9個州市土地利用綜合效益的原始數據序列如下：

表3 貴州省及各州市土地利用綜合效益灰色預測模型參數

由表3可知，貴州省及各州市a值都小于1，說明預測模型總體上呈現增加態勢。具體的情況還要對預測出數據進行模擬精度的檢驗。本文根據貴州及各州市土地利用綜合效益的實際情況和動態預測模型的實際需要，選取殘差檢驗中的平均相對殘差、平均絕對殘差，關聯度檢驗中的關聯度，后驗差的均方差比值和小誤差概率等5項模擬精度檢驗指標進行土地利用綜合效益預測精度檢驗。貴州及各州市土地利用綜合效益動態預測模型的模擬精度檢驗如表4。

表4 貴州省及各州市土地利用綜合效益預測精度檢驗

由表4可知，均方差比均小于0.35，小誤差概率大于99%，關聯度均大于50%，表明分析數據是關聯的，貴州省及9個地州市土地利用綜合效益預測模擬的精度為優，精度均較高。結合表3可知，貴州土地利用綜合效益各個指標建立的預測模型a>-0.3，由此可以得出該模型預測效果較好，可以直接進行中長期預測分析。

4.3.2 土地利用綜合效益預測

貴州省及各州市2018～2030年土地利用綜合效益的預測結果見圖3。

根據圖3預測結果可以看出，2018～2030年13年間，貴州省及9個州市土地利用綜合效益均呈現穩定上升的態勢，六盤水市和黔南州的綜合效益增長緩慢。預測結果表明，按照目前發展方式，貴州2018～2030年的土地利用綜合效益指數均不斷上升，而各州市的差距也會越來越大，說明未來的土地規劃、土地開發過程中不僅要進一步注重生態環境的保護，而且應進一步重視各州市之間的協調發展，縮小城市間差距，實現各州市協同可持續發展，進一步提高貴州省低碳綠色發展水平。

圖3 2018～2030年貴州省及各州市土地利用綜合效益預測結果

5 研究結論與對策建議

5.1 研究結論

本文運用綜合評價法對2005～2017年貴州省土地利用綜合效益進行測度和評價，分析時空格局動態演變趨勢特征，在此基礎上運用灰色預測模型對2018～2030年貴州省土地利用綜合效益進行預測。研究主要結果如下。

(1)2005～2017年貴州土地利用的經濟效益、生態效益、社會效益及綜合效益總體上表現出上升的演化趨勢，13年間分別上升了3006.11%、360.31%、243.61%、547.19%，其中生態效益增速為三效益中最小，說明貴州在未來土地效益中應進一步加強生態效益的提升。貴州省綜合效益整體水平隨著時間遞增呈平穩上升的態勢，2005～2013年呈現出逐漸增長的趨勢，2014～2017年期間增長速度為最快，在2017年效益值達到最大，經歷了“平穩-加速-平穩”的過程，實現了“低值-中值-高值良好”的飛躍性上升。貴州土地利用各效益增長速度大小順序為：經濟效益>綜合效益>社會效益>生態效益。

(2)2005～2017年9個州市土地利用綜合效益整體表現上升的趨勢，綜合效益增長率大小排序為貴陽市>銅仁市>六盤水市>黔東南州>黔西南州>安順市>黔南州>畢節市>遵義市。表明綜合效益提升最快是貴陽市、最慢的是遵義市，其它州市居中，揭示貴陽市土地資源在開發利用的過程中注重低碳高效生態化的土地利用模式的培育，經濟效益、生態效益和社會效益的協調發展取得了一定的成效。研究表明，喀斯特山區地質地貌特殊復雜，生態環境脆弱，研究區在土地開發利用的過程中，應根據土地資源的特點，在提高土地利用經濟、社會效益的同時還要不斷加快生態效益水平的提高，集土地利用的生態效益、經濟效益、社會效益于一體，使其協同可持續發展，最終實現貴州省整體綜合效益的最大化。

(3)2018～2030年貴州省及9個州市土地綜合效益預測結果表明，未來13年貴州省及9個州市土地綜合效益均呈現穩定上升的態勢，同時發現區域之間效益差異也越來越大。分析結果揭示研究區在未來的土地規劃、土地開發過程中不僅要注重生態環境的保護，而且應進一步協調各州市之間的發展，縮小城市間差距，實現各州市協同可持續發展，進一步提高貴州省低碳綠色發展水平，促進生態文明建設。

5.2 對策建議

貴州省土地利用綜合效益時空演變分析結果中可以看出生態效益增長慢于經濟社會效益的快速提高，經濟的發展帶來了一定的生態環境問題，生態的破壞也會影響到社會經濟的發展，最終會導致土地利用綜合效益提升慢，且各州市之間時空格局差異會變大，鑒于此，需要進一步協調好土地利用過程中三大效益之間及區域協同發展的關系，提高喀斯特山區土地利用的綜合效益，相關對策建議如下。

5.2.1 優化投資政策，提高綠色發展水平

區域土地利用受到其獨特的城市發展與歷史地理背景的影響，不同城市區域根據自身功能定位的不同，應有不同的土地利用綜合效益提升目標。貴州結合喀斯特山區的實際，緊緊抓住大數據產業、新型工業化、建設森林城市示范區等產業轉移紅利，運用自身優勢推動產業結構優化升級，支柱產業、綠色新興產業、現代服務業同時發力，以提高喀斯特山區綠色發展水平。

5.2.2 挖掘三維空間潛力，提高土地空間利用效益

在開發拓寬發展空間的前提下，應深化土地利用的三維立體理念，將拓展重點關注到三維空間，綜合考慮到土地利用類型，政府進一步對存量土地進行全面、集中、統一規劃，合理布局土地利用結構以及地上地下空間情況，科學合理規劃和發展鄉村旅游，完善各種公共社會服務基礎設施，提升土地社會保障功能，促進鄉村旅游與農村土地利用綜合效益耦合及聯動[23]，為經濟發展提供更好的社會公共服務設施保證，盡最大可能將有限的土地空間利用效益提高到最大化。

5.2.3 加強污染物監測治理，完善生態環境建設

進一步加強貴州生態環境建設和污染防治工作，完善生態環境基礎設施建設，加大生態環境污染治理投資和排污費征收額，控制三廢產生量和排放量，提高工業固體廢物綜合利用率。堅持多彩貴州拒絕污染，聚焦發展生態利用型、循環高效型、低碳清潔型、環境治理型“四型”產業。因勢利導建造綠色家園，持續用力筑牢綠色屏障，重點劃定城市生態用地框架，打造綠化森林城市。

5.2.4 協調三大系統效益，促進區域高質量發展

貴州及各州市土地利用的經濟效益、社會效益、生態效益共同影響綜合效益的發揮，三者的協同發展、相輔相成才能在新型城市化進程中實現土地資源的可持續利用。立足于區域資源環境發揮比較優勢，確定不同區域的發展定位、開發重點、保護內容，完善區域發展政策，提高區域政策精準性，使貴州土地利用的經濟發展、社會條件、生態環境效益相輔相成，實現土地利用綜合效益的協調度最優化，促進喀斯特山區土地資源低碳高效生態可持續利用、區域協調高質量發展。