基于EM-AHP-TOPSIS 的喀斯特城市土地承載力評(píng)價(jià)
——以貴陽市為例

袁證光，汪 磊

（貴州大學(xué)公共管理學(xué)院，貴州 貴陽 550000）

喀斯特地貌區(qū)地表崎嶇、土壤貧瘠，不利于農(nóng)業(yè)及交通的發(fā)展，在我國主要分布在廣西、貴州和云南東部，土地資源利用難度大是制約這些地區(qū)發(fā)展的障礙之一。近年來，隨著城市化進(jìn)程的加快，貴陽城市生產(chǎn)與生活對(duì)空間的需求逐漸擴(kuò)大，“三生空間”利用不協(xié)調(diào)問題造成了人地矛盾突出。站在“十四五”開局的新起點(diǎn)，貴州乘勢而上，提出加快推進(jìn)以高質(zhì)量發(fā)展為統(tǒng)攬、以城市群為主體、大中小城市和小城鎮(zhèn)協(xié)調(diào)發(fā)展、以人為核心的新型城鎮(zhèn)化。在新的戰(zhàn)略安排和目標(biāo)要求下，貴陽市面臨新增100 萬常住人口及各類改造建設(shè)任務(wù)。2022 年12 月《國務(wù)院關(guān)于支持貴州在新時(shí)代西部大開發(fā)上闖新路的意見》（以下簡稱《意見》）允許貴州結(jié)合農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整將符合條件的園地、灌木林恢復(fù)為耕地，新增耕地可用于占補(bǔ)平衡；探索基于國土空間規(guī)劃“一張圖”建立農(nóng)村存量建設(shè)用地，通過增減掛鉤實(shí)現(xiàn)跨村組區(qū)位調(diào)整機(jī)制。

本文以《意見》為指導(dǎo)，對(duì)貴陽市土地綜合承載力進(jìn)行研究，有助于當(dāng)?shù)卣坝嘘P(guān)部門了解該區(qū)域土地資源的變化及發(fā)展特點(diǎn)，科學(xué)合理地評(píng)估土地資源狀況，為土地合理開發(fā)利用提供參考；同時(shí)，對(duì)其他喀斯特山地城市的土地承載力研究也具有借鑒意義。

國內(nèi)外學(xué)者在土地承載力研究中積累了大量的方法、模型及路徑，例如，層次分析法、時(shí)空綜合評(píng)價(jià)法、障礙及耦合協(xié)調(diào)度模型、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)及灰度模型預(yù)測法等。在土地承載力評(píng)價(jià)領(lǐng)域，部分專家學(xué)者進(jìn)行了創(chuàng)新，首先采用熵值法、層次分析法、均方差決策法等確定指標(biāo)權(quán)重；而后通過TOPSIS法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、指數(shù)加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法、聚類分析等對(duì)土地資源承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，力求評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)客觀，以起到指導(dǎo)實(shí)踐的作用[1-9]。本文通過對(duì)國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦權(quán)大致可分為主觀、客觀及主客觀綜合賦權(quán)法三類。主觀賦權(quán)結(jié)果取決于專家的經(jīng)驗(yàn)判斷，主觀性較強(qiáng)；而客觀賦權(quán)結(jié)果則取決于數(shù)據(jù)質(zhì)量，通過客觀計(jì)算獲取，有時(shí)會(huì)忽略某些特殊指標(biāo)的重要性。由于單一的賦權(quán)方法各有利弊，部分研究者尋求賦權(quán)方式上的創(chuàng)新，采用組合賦權(quán)的方式使不同賦權(quán)方法得以揚(yáng)長避短。龔艷冰等針對(duì)水資源配置方案評(píng)價(jià)過程中指標(biāo)權(quán)重的模糊不確定性問題，引入模糊數(shù)的可能性均值和方差的概念，通過可能性均值和方差將多個(gè)主客觀權(quán)重進(jìn)行信息融合，生成對(duì)稱三角模糊數(shù)組合權(quán)重[10]；李韶慧等在運(yùn)用層次分析法和熵權(quán)法組合確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上，結(jié)合貝葉斯模型對(duì)平寨水庫進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)[11]；王曉艷等采用層次分析法和熵權(quán)法進(jìn)行組合賦權(quán)，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)粵港澳大灣區(qū)9 個(gè)城市的水環(huán)境承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)[12]。既有的組合賦權(quán)常采用加權(quán)算術(shù)平均對(duì)主觀賦權(quán)和客觀賦權(quán)進(jìn)行組合，而組合系數(shù)的確定往往具有主觀性，易影響綜合評(píng)價(jià)精度。

本文基于對(duì)上述研究方法的梳理，采用EMAHP-TOPSIS 法對(duì)貴陽市土地綜合承載力評(píng)價(jià)進(jìn)行測算，即首先根據(jù)相關(guān)政策、原則及研究區(qū)現(xiàn)狀構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；然后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的指標(biāo)數(shù)據(jù)采用熵值法（EM）—層次分析法（AHP）串聯(lián)式主客觀綜合賦權(quán)法進(jìn)行賦權(quán)；最后引入優(yōu)劣解距離法（TOPSIS）對(duì)各子系統(tǒng)及綜合評(píng)價(jià)值進(jìn)行測算。此方法充分發(fā)揮了TOPSIS 法計(jì)算簡便、結(jié)果合理及信息失真小等優(yōu)點(diǎn)，本文數(shù)據(jù)主要來源于統(tǒng)計(jì)年鑒及公報(bào)，指標(biāo)賦權(quán)則將EM 與AHP 進(jìn)行串聯(lián)運(yùn)用，抑制傳統(tǒng)加權(quán)算術(shù)平均組合賦權(quán)系數(shù)確定主觀性強(qiáng)的缺陷。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

貴陽市地處云貴高原黔中山原丘陵中部，長江與珠江分水嶺地帶，水系發(fā)達(dá)，喀斯特地貌分布廣，缺少平原區(qū)，土地質(zhì)量欠佳。截至2021 年，全市下轄6 個(gè)區(qū)、3 個(gè)縣，代管1 個(gè)縣級(jí)市，常住人口為610.23 萬人。2021 年，貴陽市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值4711.04 億元，人均GDP 為72246 元，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展態(tài)勢良好。全市土地總面積8.04×105hm2，其中，耕地2.71×105hm2，占土地總面積的33.8%；林地2.73×105hm2，占34.01%，森林覆蓋率39.19%；建設(shè)用地6.30×104hm2，占7.83%；未利用地1.13×105hm2，占14.06%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)主要來自2012—2021 年的《貴陽市統(tǒng)計(jì)年鑒》《貴陽市生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》及《貴陽市水土保持公報(bào)》等渠道，部分?jǐn)?shù)據(jù)通過公式計(jì)算得出。

2 研究方法

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

土地承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及生態(tài)子系統(tǒng)相輔相成又相互制約。本文根據(jù)土地綜合承載力相關(guān)研究[13-16]，采用頻度分析法篩選采用率較高的指標(biāo)，參考《全國國土規(guī)劃綱要》《綠色發(fā)展指標(biāo)體系》《貴陽市國土空間總體規(guī)劃》等相關(guān)政策文件，遵循指標(biāo)選取的系統(tǒng)性、代表性、綜合性和可獲取性原則，結(jié)合研究區(qū)的經(jīng)濟(jì)、人文及自然資源等實(shí)際情況，選取經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及生態(tài)三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)建貴陽市土地綜合承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1）。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化

由于已構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中包含經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及生態(tài)子系統(tǒng)，各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)復(fù)雜多樣且單位不統(tǒng)一。為使評(píng)價(jià)過程科學(xué)化與規(guī)范化，應(yīng)對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理以消除其量綱限制。本文將評(píng)價(jià)指標(biāo)根據(jù)不同性質(zhì)劃分為收益型（+）與成本型（-），并采用極差變換法對(duì)原始指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[17]。

對(duì)于正向指標(biāo)，按式（1）進(jìn)行計(jì)算：

對(duì)于負(fù)向指標(biāo)，按式（2）進(jìn)行計(jì)算：

其中：Yij表示第i個(gè)指標(biāo)第j年的標(biāo)準(zhǔn)化值，Xij表示第i個(gè)指標(biāo)第j年的原始值，表示第i個(gè)指標(biāo)在研究年份內(nèi)最大的原始值，為第i個(gè)指標(biāo)在研究年份內(nèi)最小的原始值。

2.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

本文參考已有研究[18]，首先運(yùn)用層次分析法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的三個(gè)準(zhǔn)則層進(jìn)行賦權(quán)，隨后利用熵值法分別確定指標(biāo)層對(duì)準(zhǔn)則層的權(quán)重，最后將二者之乘積作為最終綜合權(quán)重值（公式6）。

2.3.1 層次分析法（AHP）

該方法本質(zhì)是基于專家打分的主觀賦權(quán)法。主要通過專家的經(jīng)驗(yàn)判斷，兩兩比較判斷矩陣中各指標(biāo)對(duì)目標(biāo)的重要性并打分，據(jù)此構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，最終計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重值（表2）。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系判斷矩陣

表2 中，B1為準(zhǔn)則層中的經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)，B2為社會(huì)子系統(tǒng)，B3為生態(tài)子系統(tǒng)。借助SPSSPRO 軟件計(jì)算，判斷矩陣階數(shù)為3，最大特征根為3.054，CI 值為0.027，根據(jù)RI 表查到對(duì)應(yīng)的RI 值為0.525，因此CR=CI/RI=0.051＜0.1，通過一致性檢驗(yàn)[19]。

2.3.2 熵值法（EM）

該方法是一種客觀賦權(quán)法。熵值法根據(jù)信息熵的定義，用熵值對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的離散程度做判斷，信息熵值越小，指標(biāo)離散程度越大，該指標(biāo)對(duì)綜合權(quán)重的影響（權(quán)重）就越大。為使計(jì)算有意義，此處對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行平移處理，統(tǒng)一在所有標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)后加上0.00001[20]。具體步驟及公式如下：

計(jì)算熵值Ei：

式中：Ei為第i項(xiàng)指標(biāo)的熵值，0 ≦Ei≦1；Pij為第i個(gè)指標(biāo)第j年的標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值占第i項(xiàng)指標(biāo)之和的比重；，n為年份數(shù)。

確定權(quán)重wi：

式中：wi為第i項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，0 ≦1 ≦1，，m 為指標(biāo)數(shù)；（1-Ei）稱為差異性系數(shù)，記為gi，該值越大，表明指標(biāo)越重要。

綜合權(quán)重的計(jì)算公式如下：

式中，W 為綜合權(quán)重值，WAHP為利用AHP 得出的準(zhǔn)則層相對(duì)目標(biāo)層權(quán)重，WEM為利用EM 得出的指標(biāo)層相對(duì)于準(zhǔn)則層權(quán)重。

一般而言， 組合賦權(quán)計(jì)算公式如下：W=0.5×WAHP+0.5×WEM，即分別采用AHP 和EM方法計(jì)算指標(biāo)層相對(duì)于目標(biāo)層的權(quán)重，然后各取50%權(quán)重，進(jìn)行折中計(jì)算，得出組合權(quán)重值，這是一個(gè)并聯(lián)過程。本文指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算則先采用定性計(jì)算AHP 得出準(zhǔn)則層相對(duì)目標(biāo)層權(quán)重，然后在此基礎(chǔ)上采用定量計(jì)算EM 得出指標(biāo)層相對(duì)于準(zhǔn)則層權(quán)重，最后將二者相乘得出組合權(quán)重值，這是一個(gè)串聯(lián)過程。此方法未割裂定性認(rèn)識(shí)與定量認(rèn)識(shí)之間的聯(lián)系，而是在定性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加以定量認(rèn)識(shí)，從認(rèn)識(shí)論的角度來說更具邏輯性，也更為可靠。在評(píng)價(jià)指標(biāo)較多時(shí)，運(yùn)用該方法可以充分發(fā)揮AHP 在定性及EM 在定量方面的優(yōu)勢，提高最終權(quán)值的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。

2.4 計(jì)算綜合得分

TOPSIS 法是根據(jù)有限個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象與理想化目標(biāo)的接近程度，對(duì)現(xiàn)有對(duì)象進(jìn)行相對(duì)優(yōu)劣評(píng)價(jià)并進(jìn)行排序的方法，可全面客觀地描繪出研究區(qū)土地資源綜合承載力的變化趨勢。步驟及公式如下[21]：

根據(jù)規(guī)范化處理后的指標(biāo)數(shù)據(jù)以及綜合權(quán)重，計(jì)算出各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)得分

綜合權(quán)重值如表3 所示。

表3 貴陽市土地資源承載力指標(biāo)綜合權(quán)重值

確定正理想解C+和負(fù)理想解C-，即評(píng)價(jià)指標(biāo)中第i個(gè)指標(biāo)在第j年的最大值和最小值：

計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)到正理想解和負(fù)理想解的距離（采用歐式距離計(jì)算公式）：

式中：Tj取值范圍在[0，1]之間，其值越接近1，表明土地承載力越接近最優(yōu)水平。

3 結(jié)果分析

本文根據(jù)研究區(qū)發(fā)展特點(diǎn)，參考相關(guān)研究及政策文件，遵循指標(biāo)選取原則，構(gòu)建了包含經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及生態(tài)子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后通過AHP—EM 串聯(lián)式主客觀綜合賦權(quán)法對(duì)各指標(biāo)賦權(quán)；由此引入TOPSIS 模型計(jì)算綜合評(píng)價(jià)值。此外，為進(jìn)一步分析各子系統(tǒng)承載力的變化趨勢，本文以相同方式求出經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及生態(tài)承載力值。計(jì)算結(jié)果變化趨勢見圖1。

圖1 2011—2020 年貴陽市土地承載力變化

3.1 各子系統(tǒng)承載力變化分析

根據(jù)本文所求取的數(shù)據(jù)結(jié)合圖1 可知，2011—2020 年，各子系統(tǒng)承載力總體呈現(xiàn)上升趨勢。其中經(jīng)濟(jì)承載力呈直線上升趨勢，評(píng)價(jià)值實(shí)現(xiàn)了從“0”到“1”的飛躍，如此顯著的變化主要?dú)w功于各經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的大幅提高，充分展示了貴陽市在2012年《關(guān)于進(jìn)一步促進(jìn)貴州經(jīng)濟(jì)社會(huì)又好又快發(fā)展的若干意見》及相關(guān)政策的支持下，經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。生態(tài)承載力方面：2016 年以前，增速較緩且有下降趨勢；2016 年以后則快速上升，與經(jīng)濟(jì)承載力呈良性協(xié)調(diào)式增長態(tài)勢。評(píng)價(jià)值由2011 年的0.1751 增長至2020 年的0.9217，增幅426.38%，生態(tài)建設(shè)進(jìn)程不斷推進(jìn)，主要原因是貴陽市大力發(fā)展旅游和大數(shù)據(jù)等低碳產(chǎn)業(yè)，二氧化硫排放量不斷減少，綠地面積不斷增多。社會(huì)承載力增長幅度最小，其間從0.2691到0.5348 增長了98.74%，在2016 年后增速明顯低于經(jīng)濟(jì)和生態(tài)承載力，表現(xiàn)出不協(xié)調(diào)的發(fā)展態(tài)勢，主要是由于貴陽市在貴州省城市化進(jìn)程中吸納了大量人口，建設(shè)用地難以滿足所需。

3.2 貴陽市土地承載力綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)研究區(qū)現(xiàn)狀并參考現(xiàn)有研究的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[22]，考慮所得綜合評(píng)價(jià)值在（0.3，0.7）之間，本文不考慮極低與極高承載力水平，將貴陽市土地綜合承載力綜合評(píng)價(jià)值分為三級(jí)，區(qū)間設(shè)定為（0，1），分值越高，表明土地承載力水平越高，反之則越低。具體如下：將綜合評(píng)價(jià)值區(qū)間在（0.2，0.4）的劃定為具有較低承載力水平，在（0.4，0.6）的劃定為具有中等承載力水平，在（0.6，0.8）則劃定為具有較高承載力水平。

從圖1 可看出，貴陽市土地綜合承載力除2014年有小幅下降外，其他年份不斷提高，由較低承載力上升至較高承載力水平。以綜合承載力增速和各子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)發(fā)展程度為依據(jù)，將貴陽市2011—2020 年土地承載力變化劃分為三個(gè)階段：第一階段為2011—2014年，該階段土地綜合承載力增速較慢，整體由較低承載力向中等承載力水平過渡，各子系統(tǒng)間無法均衡協(xié)調(diào)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展水平和生態(tài)狀況無法為貴陽市土地資源承載力提供良性的發(fā)展空間。第二階段為2014—2018 年，這一階段土地綜合承載力增速較快，由0.4379 的中等水平躍升至0.6553 的較高承載力水平，各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)水平穩(wěn)步提高，貴陽市土地資源承載力水平邁入相對(duì)均衡發(fā)展階段，土地資源利用呈現(xiàn)合理配置和利用趨勢。第三階段為2018—2020 年，綜合承載力增速在該階段又略顯放緩，三年來繼續(xù)保持較高承載力水平，其中經(jīng)濟(jì)與生態(tài)承載力穩(wěn)中向好協(xié)同提高，評(píng)價(jià)值均值分別達(dá)到0.8893 與0.8484，而社會(huì)子系統(tǒng)評(píng)價(jià)值自2016 年后開始回落，2018—2020年評(píng)價(jià)值均值約為0.5552，與同期經(jīng)濟(jì)及生態(tài)承載力均值差異較大，發(fā)展不協(xié)調(diào)現(xiàn)象再次顯現(xiàn)。由這三個(gè)階段的變化可知，土地綜合承載力增速與各子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)發(fā)展程度成正比。整體而言，2011—2020 年作為貴陽市發(fā)展的“黃金十年”，其土地資源承載力水平得到了穩(wěn)步提升。

4 結(jié)論及建議

4.1 研究結(jié)論

貴陽市土地資源綜合承載力在2011—2020 年得到了穩(wěn)步提升，達(dá)到了較高水平，其中經(jīng)濟(jì)承載力的高速增長起到了突出貢獻(xiàn)的作用。從子系統(tǒng)內(nèi)部來看，雖然生態(tài)與經(jīng)濟(jì)承載力漸趨協(xié)同增長，但社會(huì)承載力發(fā)展欠佳，且自2018 年開始下降。貴陽市土地綜合承載力受多種因素的共同制約，其增速與各子系統(tǒng)間協(xié)調(diào)發(fā)展程度成正比。

貴陽市作為典型喀斯特城市，在土地資源的開發(fā)、規(guī)劃及利用方面與平原城市相比有著很大區(qū)別。喀斯特地貌對(duì)區(qū)域土地綜合承載力發(fā)展的劣勢主要體現(xiàn)在土地肥力低、開發(fā)成本大、集約利用難及生態(tài)脆弱等方面，而優(yōu)勢則主要體現(xiàn)在喀斯特地表特有生物資源與自然地貌景觀帶來的豐富旅游資源。維持長處，補(bǔ)足短板，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及生態(tài)等各方面協(xié)調(diào)共進(jìn)，結(jié)合喀斯特地貌區(qū)優(yōu)劣勢對(duì)土地資源進(jìn)行合理利用，堅(jiān)持綠色發(fā)展道路，是促進(jìn)貴陽市土地綜合承載力良性發(fā)展的必由之路。

4.2 對(duì)策建議

對(duì)表現(xiàn)欠佳的社會(huì)承載力方面，要立足強(qiáng)省會(huì)戰(zhàn)略，以《意見》為指導(dǎo)，加強(qiáng)對(duì)貴陽市未利用土地的開發(fā)利用。貴州省印發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)以人為核心的新型城鎮(zhèn)化的意見》中提出，到2025 年，城區(qū)新增人口突破“3 個(gè)100 萬”，即省會(huì)貴陽、市（州）中心城市、縣城分別新增城區(qū)常住人口100 萬以上，貴陽建成特大城市。這對(duì)貴陽市建設(shè)用地、教育及就業(yè)供給提出了較大的考驗(yàn)。應(yīng)在不突破生態(tài)與耕地紅線的前提下，對(duì)域內(nèi)土地進(jìn)行建設(shè)改造，通過占補(bǔ)平衡與增減掛鉤等機(jī)制，擴(kuò)充建設(shè)用地面積，加快城市化建設(shè)，提高建設(shè)用地利用占比。此外，考慮將周邊縣域納入貴陽市版圖，增加貴陽市土地面積以緩解人口高密度造成的土地資源社會(huì)承載力降低狀況。作為黔中教育高地，要加大教育投入，培養(yǎng)各類型人才，滿足未來城市發(fā)展所需。

對(duì)表現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)承載力方面，貴陽市要繼續(xù)保持綠色發(fā)展戰(zhàn)略，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展。貴陽市是西南重要的區(qū)域創(chuàng)新中心和知名生態(tài)休閑旅游度假城市，作為全世界聚集超大型數(shù)據(jù)中心最多的地區(qū)之一，是國家大數(shù)據(jù)綜合試驗(yàn)區(qū)核心區(qū)及全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)樞紐。貴陽市應(yīng)充分利用特色資源，大力發(fā)展旅游、大數(shù)據(jù)及新興產(chǎn)業(yè)，走出一條具有貴州特色的低碳、綠色、可持續(xù)發(fā)展之路。