南京市土地利用與城市化水平的協調度研究

蔡瀅瀅，牟守國，肖 波，王 艷，劉培學

(1.中國礦業(yè)大學環(huán)境與測繪學院，徐州 221008;2.江蘇省資源環(huán)境信息工程重點實驗室，徐州 221008;3.南京大學地理與海洋科學學院，南京 210093)

協調是指復合系統以及復合系統與外部之間所具有的較強的結構轉換能力和互補關系的和諧運動，是描述事物之間良性相互關系的概念［1～2］，由于系統處于動態(tài)變化之中，因而，系統內部要素之間的關系也處在不斷調整中。目前，國內外對于協調性的研究，主要是對人口、經濟、空間與環(huán)境的協調關系的研究，最開始是研究迅速發(fā)展的經濟與環(huán)境的協調關系［3～4］，認為環(huán)境保護與經濟發(fā)展相協調是人類社會持續(xù)發(fā)展的必由之路;其后是研究快速集聚的人口與環(huán)境［5］的協調關系，認為人口城市化與資源環(huán)境保護有著密切的關系，最后是研究人口、經濟和迅速擴張的城市空間等與環(huán)境的協調關系［6］。關于城市土地集約利用的研究發(fā)展迅速，以及反映城市化進程與生態(tài)格局變化、經濟協調等方面的分析日漸成熟［7～8］，但是將城市土地利用與城市化發(fā)展水平結合起來進行協調性的研究尚顯不足。在中國城市化迅速發(fā)展的背景下，城市人口、經濟、空間與城市用地的矛盾日益復雜和激化，從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，迫切需要研究城市土地利用與城市發(fā)展之間的協調關系。城市土地利用系統作為一個“經濟—社會—資源—環(huán)境”的復合系統，其發(fā)展演化過程可以以協同學理論為指導，運用協同學的研究成果探索城市土地利用系統的協調有序發(fā)展途徑，解決當前我國城市土地利用過程中出現的一系列問題，同時促進城市系統以及人類社會與自然環(huán)境的和諧發(fā)展。

1 研究區(qū)域概況及研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

南京市位于我國沿海中部的長江下游平原、江蘇省西南部，市域地理坐標為處于北緯31°54'～32°16'，東經118°32'～119°24'之間。全市地貌以低山緩崗為主，其中低山占土地總面積的3.5%;丘陵占土地總面積的4.3%;崗地占土地總面積的53%;平原、洼地及河流湖泊占土地總面積的39.2%。土壤條件良好，外層土壤為礫石質薄層黃棕壤、中層為黃棕壤和厚層黃棕壤［9］。南京屬北亞熱帶濕潤性氣候，季風性氣候顯著，四季分明，但冬夏長而春秋短。溫、光、水資源較豐富，年平均氣溫15.3 ℃，全年無霜期達200～300 d，年平均日照時數 1900～2130 h［10］，太陽總輻射量 115 kCal/cm2·Y;年降水量 979～1113mm，年降水量相對變率大，達17%，年降水日數116.8d，氣候的變率較大，冬季干旱寒冷，夏季炎熱多雨。

1.2 研究方法與技術流程

本文的數據是通過實地調研和查閱相關文獻獲得。首先選取專業(yè)性及可度量性的評價指標建立評價體系，采用特爾非法和層次分析法確定評價因子的權重值，將指標值實現無綱量化處理，引入綜合評價模型，分別測算南京市歷年的土地利用綜合水平和城市化水平，再通過GM(1，N)模型和灰色關聯度模型測算南京市歷年的土地利用和城市化水平的協調性及綜合協調度。

2 土地利用綜合水平測定

2.1 指標體系構建

正確選擇評價指標，是土地發(fā)展能力評價的關鍵。因此，研究所選取的指標，必須是能反映或標志土地利用綜合水平的那些要素的特征或數值。本研究采用理論分析、經驗選取、文獻參考和專家咨詢相結合的方法，指標體系分目標層、準則層、指標層3個層次，選用土地利用結構、土地開發(fā)程度、土地產出水平、土地生態(tài)承載力4個準則層共計18個指標因子來構建［11～13］(表1)。

表1 南京市土地利用評價指標體系Table.1 The appraise indicator system of Nanjing City land use

2.2 指標權重計算

結合德爾菲法和層次分析法構建A-B判斷矩陣，利用matlab軟件計算判斷矩陣的特征值和特征向量，進行一致性檢驗，通過檢驗的矩陣P的最大特征根所對應的特征向量即為各評價因子的權重分配。A-B判斷矩陣的排序狀況如下所示。計算得出該矩陣的最大特征根λmax=4.0710，特征向量為W=［0.45120.16890.26090.1190］T通過檢驗，因此矩陣的特征向量即為A-B判斷矩陣的權重值。

同理，通過以上的計算步驟，得出A-B和B-C的權重值，分別把A-B和B-C的權重值相乘，得出A-C的權重值(表2)。

表2 A-C判斷矩陣及其權重值Table 2 The weights of A-C judgement matrix

2.3 指標值標準化

對正向指標采用最大值法標準化處理，負向指標采用最小值標準化處理，雙向指標采用均值標準化處理。由于篇幅有限，原始數據從略，數據來源于南京市國土局、南京市統計年鑒(1996～2007)。原始數據處理后的標準化值見表3。

表3 南京市土地利用指標標準化值Table 3 The standardized value of land-use indicators in Nanjing city

2.4 土地利用綜合水平測算

通過綜合指數多目標決策模型F=∑Ui×Wi測算南京市各年土地利用的綜合水平，其中，F代表某年的土地利用綜合水平指數;Ui代表某一評價指標數值;Wi代表該評價指標的權重(A-C判斷矩陣層的各指標權重值)。

由以上公式計算得出，1996至2007年的南京市土地利用的綜合水平分別為:F=(0.6819 0.6962 0.7027 0.7212 0.7411 0.7699 0.7906 0.8195 0.7938 0.8487 0.8569 0.8717)。

3 城市化水平測定

埃爾德里奇認為“人口的集中過程就是城市化的全部含義”。這是較早的關于城市化的定義，同時這也是非農人口比指標產生的依據［14］。人口城市化是反映城市現狀的主要指標之一，是指在工業(yè)發(fā)展過程中，一個國家的人口逐步由農業(yè)人口占多數轉變?yōu)榉寝r業(yè)人口占多數，該國由農業(yè)國轉變?yōu)楣I(yè)國，常用非農人口占總人口的百分比表示城市化水平［15～16］。參照南京市統計年鑒(1996～2007)上的數據計算南京市的城市化水平，如表4所示。

表4 南京市城市化綜合水平Table 4 The comprehensive urban nization level in Nanjing city

4 協調度計算

本文將GM(1，n)模型與灰色關聯方法相結合，對土地利用水平和城市化水平的協調關系做以分析。協調度的計算最主要的是模擬出各個要素的協調值序列，系統內部要素的協調值序列主要是通過建立該要素與其它要素之間的灰色模型GM(1，n)來確定的。得到的協調值序列即作為灰色關聯分析中的比較序列，與原始要素時間序列構成的參考序列作灰色關聯計算，得到的灰色關聯度可以反映出要素之間的作用關系，即協調性。這種方法可以簡單的理解為:原始參考序列與其在受到其他因素影響作用后生成的比較序列之間的相對態(tài)勢的“同步關系”，同步程度越高，間接反映出原因素與其影響因素之間“共同發(fā)展”——協調發(fā)展，反之，則為不協調。

根據灰色系統GM(1，N)預測模型，計算1996至2007年的土地利用綜合水平與城市化水平的累加值，建立土地利用的時間響應函數:

其中X(0)1是累加前的土地利用綜合水平的時間序列;是累加后的土地利用綜合水平的時間序列是累加后的城市化綜合水平的時間序列。應用最小二乘法計算相應參數a，b后得到土地利用的時間響應函數為:(k+1)

把1997至2007年的城市化水平的實際值帶入土地利用的時間響應函數計算1997至2007年出土地利用綜合水平的協調值=(0.5956 0.61280.6605 0.6895 0.7283 0.7354 0.7807 0.7653 0.8344 0.8671 0.8758)。由相對誤差計算公式△x=(X-X/)/X(其中X是土地利用水平的實際值，X/是土地利用水平的協調值)可以計算得出，Δmax=0.1445＜3=0.1819，說明模擬數列值離亂性較小。利用協調系數的測算模型［20］令σ=0.5△(max)和協調度的測算模型［20］rjk，可得到協調系數ε及協調度r(見表5)。

表5 土地利用與城市化水平的協調系數及協調度表Table 5 The coordinate coefficient and the coordination degree table

5 結論與討論

5.1 結論

土地利用綜合水平與城市化水平的協調度的取值均在0～1之間，越靠近1，說明協調情況越好。由模糊理論及本文的要求，可以簡要的將協調度按五級劃分，即可反映土地利用綜合水平與城市化水平的協調程度，本文設定協調度的等級及其劃分標準為:［0，0.2］= 失調;［0.2，0.4］ = 瀕臨失調;［0.4，0.6］= 基本協調;［0.6，0.8］= 較好協調;［0.8，1］=優(yōu)良協調。

1996年到2007年，南京市土地利用綜合水平呈總體上升的趨勢，2007年末比1996年末增加0.1898，說明由土地利用結構、土地開發(fā)程度、土地產出水平和土地生態(tài)承載力等綜合指標體系反映的南京市土地利用水平變得愈來愈高，這與南京市在城市化進程中積極協調各產業(yè)發(fā)展、國土部門科學合理的控制各產業(yè)部門用地的政策是分不開的。

1997年到2007年期間，土地利用與城市化水平的綜合協調度為0.5446，處于基本協調的級別。近十年來土地利用與城市化發(fā)展水平的協調系數總體呈現上升趨勢，除了1997-1998年的協調系數偏低外，其余各年份土地利用與城市化發(fā)展水平的協調系數都大于0.4，處于基本協調和較好協調級別，特別是2007年的協調系數呈現最高，達0.8488，是優(yōu)良協調級別。研究結果說明1996年到2007年期間南京市土地利用系統整體滿足城鄉(xiāng)發(fā)展對土地利用的要求，土地利用狀況基本能夠促進經濟增長和社會發(fā)展，保持與環(huán)境相協調。

5.2 討論

本文不足主要體現在以下幾方面:土地利用綜合水平的評價指標體系有欠完整，資料充分的情況下，應該引入反映土地利用效益增長持續(xù)性的指標以便更加準確的表示土地利用的可持續(xù)性;直接用非農人口構成來測算城市化水平，人為主觀因素較大，最好是通過主成分分析法建立一套反映城市化水平的指標體系［17～18］進行測算，以便更加精準的反映土地利用綜合水平與城市化水平的協調性關系;可以進一步分別測算土地利用結構、土地開發(fā)程度、土地產出水平和土地生態(tài)承載力與城市化水平的協調關系，進而判別出土地利用的哪個影響因素層存在問題。

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