基于全排列多邊形圖示指標(biāo)法的西寧市土地集約利用評價

周 偉 2，曹銀貴 2，喬陸印

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京100083；2.國土資源部土地整治重點實驗室，北京100083）

1 引言

自20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)土地管理人員和學(xué)者分別從區(qū)域[1-3]、城鎮(zhèn)[4-6]、開發(fā)區(qū)[7-9]和宗地[10]等不同尺度上開展了土地節(jié)約和集約利用研究，探索適合中國國情的節(jié)地型經(jīng)濟社會發(fā)展之路。利用統(tǒng)計分析和計量經(jīng)濟手段來分析城市土地集約利用狀況、探究城市土地集約利用過程的動因是常用的一種方法。目前，很多研究采用了如多因素綜合指數(shù)[11-13]、層次分析法[14-15]、極限條件法[16]、主成分分析法[8，17-19]、模糊評價法[20-21]、信息熵值法[22-23]、理想值修正模型[10，24]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[25-26]等定量方法，對中國城市土地集約利用狀況進(jìn)行實證研究，為中國城市土地的集約利用和可持續(xù)發(fā)展提供了很好的思路。

土地集約利用目標(biāo)具有多元性，影響因素眾多，因此多因素綜合評價法是城市土地集約利用研究中采用最多的方法，但多因素綜合評價法在一定程度上存在人的主觀判斷、選擇、偏好對結(jié)果的影響，從而降低了方法運用的嚴(yán)謹(jǐn)性[27]；同時，多因素綜合評價法不能反映土地集約利用潛力挖潛的目標(biāo)和方向，忽視了各指標(biāo)的均衡性，也不能動態(tài)反映土地集約利用潛力的挖潛方向。因此，探索具有現(xiàn)狀分析、問題診斷、潛力評估和政策指導(dǎo)多種功能的土地集約利用評價技術(shù)，可為全面準(zhǔn)確把握土地集約利用特征與問題，加強土地集約利用政策創(chuàng)新提供技術(shù)與方法支撐[28]。本文在綜合國內(nèi)城市土地集約利用評價的指標(biāo)體系基礎(chǔ)上，采用了既能反映綜合指數(shù)，又能反映單項指標(biāo)的全排列多邊形圖示指標(biāo)法的定量評價方法，基于時間序列的截面數(shù)據(jù)，對研究區(qū)（西寧市4區(qū)3縣）城鄉(xiāng)建設(shè)用地集約利用進(jìn)行評價，結(jié)合評價指標(biāo)分析了土地集約利用存在的問題，同時基于全排列多邊形圖示指標(biāo)法評價的綜合指數(shù)，分析了西部開發(fā)10年來西寧市土地集約利用的變化規(guī)律。

2 研究區(qū)域和研究方法

2.1 研究區(qū)域概況

西寧市是青海省省會，全省政治、經(jīng)濟、科技、文化和商貿(mào)中心，位于青海省東部黃河重要支流湟水河中游谷地，是黃土高原與青藏高原、農(nóng)業(yè)區(qū)與牧業(yè)區(qū)、漢文化與藏文化的3大結(jié)合部。轄城東、城中、城北、城西4區(qū)及大通回族土族自治縣、湟中、湟源3縣，土地總面積7690.11 km2，其中市區(qū)面積497.11 km2。西寧市是青藏高原人口惟一超過百萬的城市，2010年常住人口220.87萬人，以全省1%的土地面積承載著全省39.25%的人口和46.52%的GDP。

自西部大開發(fā)戰(zhàn)略實施以來，西寧市經(jīng)濟增長快速，城市化水平穩(wěn)步提高。GDP從2000年的101.74×108元增長到2008年的422.19×108元，固定資產(chǎn)投資由2000年53.82×108元的增長到2008年的221.31×108元，城市化率由2001年的56.84%增長到2008年的61.02%，建成區(qū)面積由2000年的59.15km2擴展到2008年的75.00 km2，年平均增幅達(dá)3.35%。

2.2 全排列多邊形圖示指標(biāo)法

全排列多邊形圖示指標(biāo)法在環(huán)境質(zhì)量評價中已得到了廣泛應(yīng)用[29-30]。全排列多邊形圖示指標(biāo)法定義為[30]：設(shè)共有N個指標(biāo)，以這些指標(biāo)的上限值為半徑構(gòu)成一個中心N邊形，各指標(biāo)值的連線構(gòu)成一個不規(guī)則的中心N邊形，其頂點是N個指標(biāo)首尾相接的全排列，N個指標(biāo)總共可以構(gòu)成（n-1）！/2個不同的不規(guī)則的中心N邊形。綜合指數(shù)定義為所有這些不規(guī)則多邊形面積的均值與中心多邊形面積的比值。

指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)化采用雙曲線標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)：

式2中，U為指標(biāo)x的上限值；L為指標(biāo)x的下限值；T為臨界值。

標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)F（x）把位于［L，U］的指標(biāo)值映射到［-1，+1］。且映射后的值改變了指標(biāo)的增長速度，當(dāng)指標(biāo)值位于臨界值以下時，標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)增長速度逐漸降低，當(dāng)指標(biāo)位于臨界值以上時，標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)增長速度逐漸增加，即指標(biāo)由沒有標(biāo)準(zhǔn)化以前的沿x軸的線性增長變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)化后的快—慢—快的非線性增長，臨界值為指標(biāo)增長速度的轉(zhuǎn)折點。

根據(jù)上述條件，可得：

指標(biāo)下限可根據(jù)規(guī)劃相應(yīng)指標(biāo)的最小值確定，指標(biāo)上限可根據(jù)最高目標(biāo)確定，臨界值可根據(jù)評價地區(qū)相應(yīng)指標(biāo)平均值確定。對第i個指標(biāo)，單項指標(biāo)值Si為：

利用n個指標(biāo)可以做出一個中心正n邊形，n邊形的n個頂點為Si=1時的值，中心點為Si=-1時的值，中心點到頂點的線段為各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值所在區(qū)間［-1，+1］，而Si=0時構(gòu)成的多邊形為指標(biāo)的臨界區(qū)。臨界區(qū)的內(nèi)部區(qū)域表示各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值在臨界值以下，其值為負(fù)；外部區(qū)域表示各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值在臨界值以上，其值為正。

全排列多邊形綜合指數(shù)S計算公式為：

式5中，S為評價對象的綜合指數(shù)；Si為第i項指標(biāo)；Sj為第j項指標(biāo)（i≠j）；n為指標(biāo)個數(shù)。

土地集約利用是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，具有多目標(biāo)導(dǎo)向性，必須兼顧經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益3者的統(tǒng)一，以資源、環(huán)境承載力為基礎(chǔ)，著眼于以人為本和全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，即城市土地集約利用發(fā)展的最高階段——生態(tài)型密集[31-33]。任何追求單一發(fā)展目標(biāo)的行為都可能影響系統(tǒng)整體發(fā)展的持續(xù)性和穩(wěn)定性。

2.3 指標(biāo)體系構(gòu)建及指標(biāo)計算

指標(biāo)體系的構(gòu)建是進(jìn)行城市土地集約利用評價的關(guān)鍵[33]，現(xiàn)有研究大多通過對區(qū)域和城市土地集約利用內(nèi)涵的理解來選擇評價指標(biāo)[4，34-35]。由于全國社會經(jīng)濟發(fā)展水平、區(qū)域主體功能定位以及土地資源賦存千差萬別，很難建立一套全國普遍適用的評價指標(biāo)體系。本文是以研究區(qū)內(nèi)的城鄉(xiāng)建設(shè)用地作為評價對象，因此在評價指標(biāo)選擇上依據(jù)《建設(shè)用地節(jié)約集約利用評價規(guī)程》[36]區(qū)域用地狀況評價指標(biāo)體系中的靜態(tài)指標(biāo)，結(jié)合國家環(huán)保總局頒發(fā)的《生態(tài)市建設(shè)指標(biāo)》中城市可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)[37]，同時，考慮城市化以及城鄉(xiāng)統(tǒng)籌，增加了土地利用城市化指數(shù)[38]和城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減指數(shù)[39]，構(gòu)建了區(qū)域城鄉(xiāng)建設(shè)用地集約利用評價指標(biāo)體系。選取的指標(biāo)共為7個，數(shù)據(jù)均來源于《青海統(tǒng)計年鑒（2010年）》、《西寧市統(tǒng)計年鑒（2010年）》和《西寧市環(huán)境質(zhì)量公告》（表1）。

首先依據(jù)表1中的數(shù)據(jù)求取各指標(biāo)的上限值（U）、下限值（L）、臨界值（T）；其次，利用式1、4分別進(jìn)行各年度各指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)化，繪制全排列多邊形（圖1）；第三，采用式5計算綜合指數(shù)（表2），并繪制變化趨勢圖（圖2）。指標(biāo)下限根據(jù)研究區(qū)相應(yīng)指標(biāo)的最小值確定，指標(biāo)上限根據(jù)最大值確定，臨界值根據(jù)研究區(qū)內(nèi)平均值確定。

表1 西寧市區(qū)城鄉(xiāng)建設(shè)用地集約利用評價指標(biāo)及實際值Tab.1 Evaluation indices and data of rural-urban construction land intensive use in Xining

3 結(jié)果與分析

3.1 單項指標(biāo)值變化特征及原因

以7項指標(biāo)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后的值為頂點繪制不同時間序列的多邊形（圖1）：

（1）投入指標(biāo)。固定資產(chǎn)投資的增長和人口的聚集是城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張的主要驅(qū)動因素。從表1可以看出，研究期內(nèi)西寧市建設(shè)用地固定資產(chǎn)投資強度增長趨勢明顯，從2000年的13.46×104元/hm2增長到2008年的57.45×104元/hm2，投資強度的快速增長與國家大力支持西部及藏區(qū)的優(yōu)惠政策分不開。研究期內(nèi)，西寧市總?cè)丝谠鲩L速率小于城鄉(xiāng)建設(shè)用地增長速率，表現(xiàn)為城鄉(xiāng)建設(shè)用地人口密度持續(xù)減小，呈現(xiàn)與投資強度相反的變化趨勢，說明固定資產(chǎn)投資對城鄉(xiāng)建設(shè)用地的驅(qū)動作用大于人口增長帶來的驅(qū)動作用。

圖1 2000—2008年西寧市城鄉(xiāng)建設(shè)用地集約利用評價各指標(biāo)圖示Fig.1 Evaluation results of rural-urban construction land intensive use in Xining during 2000 to 2008

（2）產(chǎn)出指標(biāo)。經(jīng)濟產(chǎn)出指標(biāo)反映建設(shè)用地的產(chǎn)出績效，單位產(chǎn)出值越大說明土地利用越集約。9年間，單位建設(shè)用地二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值年均遞增19.12%。通過與投資強度對比分析發(fā)現(xiàn)，雖然建設(shè)用地地均固定資產(chǎn)投資額與單位建設(shè)用地二、三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值持續(xù)增長，但2005—2008年間的增長速率大于前一階段，說明后幾年的經(jīng)濟發(fā)展在一定程度上克服了以土地粗放利用為代價的發(fā)展傾向，增長方式有所改進(jìn)，集約利用水平高于前一階段。

（3）統(tǒng)籌指標(biāo)。西部大開發(fā)戰(zhàn)略實施以來，西寧市社會經(jīng)濟快速發(fā)展，城市化過程推進(jìn)的速度有所加快，近郊區(qū)的居民在就業(yè)方式、生活方式、價值觀念等方面受城市中心區(qū)的影響較大，與傳統(tǒng)的農(nóng)村生活方式相比發(fā)生了根本性變化，處于半城市化狀態(tài)，城市與鄉(xiāng)村的界限趨于模糊。本文將城鄉(xiāng)建設(shè)用地視為整體，選擇土地利用城市化指數(shù)與城鄉(xiāng)增減掛鉤指數(shù)反映其利用的結(jié)構(gòu)特征，一定程度上克服了單獨討論城鎮(zhèn)或農(nóng)村居民點用地現(xiàn)狀帶來的對城鄉(xiāng)建設(shè)用地的割裂，利于城鄉(xiāng)用地的統(tǒng)籌安排與結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

研究期內(nèi)，土地利用城市化指數(shù)呈現(xiàn)持續(xù)增長態(tài)勢（表1），說明城鎮(zhèn)用地的比例相對變大，城鄉(xiāng)建設(shè)用地體現(xiàn)結(jié)構(gòu)集約。

城鄉(xiāng)增減掛鉤指數(shù)為農(nóng)村居民點用地變化量與城鎮(zhèn)用地增加量之比。從表1可知，研究期內(nèi)，該指標(biāo)的數(shù)值無明顯規(guī)律，有正有負(fù)，但數(shù)值都接近于0，表明西寧市農(nóng)村居民點用地在數(shù)量規(guī)模上無明顯變化，只是小幅度增加或減少。一方面，說明西寧市城鄉(xiāng)建設(shè)用地的增長主要是城鎮(zhèn)工礦用地的增長，另一方面，說明研究期內(nèi)農(nóng)村居民點整治進(jìn)展緩慢，城鄉(xiāng)增減掛鉤政策實施效果不明顯。所以，在后備土地資源不足，城鎮(zhèn)用地空間擴展受阻的情況下，西寧市在“十二五”期間積極開展農(nóng)村居民點整治，落實城鄉(xiāng)增減掛鉤政策已刻不容緩。

（4）生態(tài)指標(biāo)。西寧市地處黃土高原與青藏高原結(jié)合部，生態(tài)環(huán)境脆弱，生態(tài)容量閾值成為影響其土地開發(fā)利用的重要限制因素，在一定程度上限制了土地過度利用。生態(tài)環(huán)境指標(biāo)直接關(guān)系城市的可持續(xù)發(fā)展，體現(xiàn)西寧市綠色發(fā)展的方針。西寧市建成區(qū)綠化覆蓋率從2000年的18.68%增長到2008年的35.12%，生態(tài)環(huán)境明顯改善，實現(xiàn)了統(tǒng)籌保護環(huán)境和保障發(fā)展的要求。

3.2 土地集約利用綜合指標(biāo)變化特征

集約利用綜合指數(shù)反映了城鄉(xiāng)建設(shè)用地集約利用水平。圖2表明，2000—2008年間西寧市城鄉(xiāng)建設(shè)用地集約利用綜合指數(shù)基本上呈現(xiàn)增長態(tài)勢，說明其集約利用水平逐年提高，但2006年的綜合指數(shù)較2005年略有下降，主要是由于2006年城鄉(xiāng)建設(shè)用地增加過快導(dǎo)致，這也從側(cè)面說明在城鄉(xiāng)建設(shè)用地集約利用巨系統(tǒng)中，某因子的變化可能會引起其他因子的相互作用，在時間序列上使集約利用水平表現(xiàn)為非嚴(yán)格的遞增趨勢，即可能出現(xiàn)起伏波動。9年間的變化趨勢大致可分為兩個階段，2000—2005年為“十五”階段，2006—2008年為“十一五”階段。前一階段綜合指數(shù)的增長速度慢于后一階段，即前一階段城鄉(xiāng)建設(shè)用地集約利用水平提升速度慢于后一階段的提升速度。這一現(xiàn)象契合了經(jīng)濟發(fā)展與城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張的階段性規(guī)律。西寧市“十一五”期間的社會經(jīng)濟和城市化水平較“十五”期間有了很大發(fā)展，但土地資源供給受到限制，投入方式逐漸用資本代替土地，建設(shè)用地擴張速度放緩，故其集約水平提升較快。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

（1）采用全排列多邊形圖示指標(biāo)法進(jìn)行城市土地集約利用評價過程中，只要確定與決策相關(guān)的上限、下限和臨界值，不用專家主觀評判權(quán)系數(shù)的大小，減少了主觀隨意性；評價結(jié)果表達(dá)既有單項指標(biāo)值又有綜合指標(biāo)值，還有幾何直觀圖示，便于問題診斷和政策指導(dǎo)；在指標(biāo)綜合中同時考慮了臨界值對系統(tǒng)綜合指標(biāo)的放大和緊縮效應(yīng)，能夠反映城市土地集約利用的協(xié)調(diào)性和系統(tǒng)整合性，因此該方法具有一定的優(yōu)越性。同時，該方法也方便計算機編程和軟件開發(fā)。

圖2 2000—2008年西寧市城鄉(xiāng)建設(shè)用地集約利用變化趨勢Fig.2 Changing trend of rural-urban construction land intensive use in Xining during 2000 to 2008

（2）本文從影響建設(shè)用地集約利用的投入指標(biāo)、產(chǎn)出指標(biāo)、統(tǒng)籌指標(biāo)、生態(tài)指標(biāo)等因子構(gòu)建評價指標(biāo)體系。結(jié)果表明，西寧市建設(shè)用地投資強度與產(chǎn)出績效增長明顯，說明經(jīng)濟增長既是城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張的主要驅(qū)動力，也是集約利用水平提高的首要影響因子；研究期內(nèi)，西寧市城鄉(xiāng)建設(shè)用地擴張主要是城鎮(zhèn)用地增長，農(nóng)村居民點用地變化不大；綜合指數(shù)總體上呈現(xiàn)上升態(tài)勢，但根據(jù)其增長快慢大致可分為兩個階段，即“十五”階段與“十一五”階段，后一階段的集約水平提升速度快于前一階段，符合經(jīng)濟發(fā)展與建設(shè)用地擴張的階段性規(guī)律。

（3）西寧市應(yīng)積極把握西部大開發(fā)的戰(zhàn)略機遇，積極發(fā)揮經(jīng)濟因子對城鄉(xiāng)建設(shè)用地集約利用水平的提升效應(yīng)，增強新增建設(shè)用地的投資強度和產(chǎn)出績效；在土地資源供應(yīng)缺乏、城市空間擴張受阻的情況下，優(yōu)化城鄉(xiāng)建設(shè)用地結(jié)構(gòu)，積極開展村莊整治，挖掘農(nóng)村居民點潛力，為市區(qū)用地擴張?zhí)峁﹣碓?；合理確定土地資源供應(yīng)量，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式，構(gòu)建資源節(jié)約型社會，實現(xiàn)西寧市“跨越發(fā)展、綠色發(fā)展、和諧發(fā)展、統(tǒng)籌發(fā)展”的發(fā)展方針。

4.2 討論

（1）全排列多邊形圖示指數(shù)法有幾何直觀圖示，同時具備較強的動態(tài)性，只需確定合適的上、下限以及臨界值，一定程度上減少了評價過程的主觀性，提高了評價精度，適合于宏觀層面的區(qū)域土地集約利用水平評價。但該方法不能對區(qū)域進(jìn)行空間分析，缺少區(qū)域土地集約利用水平的空間格局以及土地集約利用區(qū)域趨勢的分析。需要進(jìn)一步研究結(jié)合GIS技術(shù)的全排列多邊形圖示指數(shù)法的土地集約利用評價技術(shù)方法。

（2）本文只分析了西寧市西部大開發(fā)以來2000—2008年城鄉(xiāng)建設(shè)用地集約利用水平的動態(tài)變化，以及各單項指標(biāo)之間的差異，但因未從空間上進(jìn)行西寧市4區(qū)3縣的橫向評價，不能了解集約利用水平的空間變異規(guī)律。

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