基于GIS與全排列多邊形的長沙市土地節(jié)約集約利用評價

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摘要：借助全排列多邊形圖示指標(biāo)法的思想方法，選取長沙市作為研究對象，構(gòu)建了區(qū)域土地節(jié)約集約利用評價的指標(biāo)體系，進(jìn)行了包含9項指標(biāo)的定量化評價。結(jié)果表明，長沙市總體的土地節(jié)約集約利用綜合程度整體保持增大趨勢，且增速越來越快，各縣（區(qū)、市）的土地節(jié)約集約利用水平在2010年之后表現(xiàn)為芙蓉區(qū)>天心區(qū)>雨花區(qū)>開福區(qū)>岳麓區(qū)>長沙縣>望城區(qū)>瀏陽市>寧鄉(xiāng)縣，5個市轄區(qū)的節(jié)約集約利用水平高于長沙市總體水平，而其余的4個縣（區(qū)、市）的節(jié)約集約利用水平低于長沙市總體水平，長沙市各區(qū)縣的土地節(jié)約集約利用程度及增幅與距芙蓉區(qū)的距離反相關(guān)。

關(guān)鍵詞：節(jié)約集約利用；長沙；全排列多邊形圖示；指標(biāo)法

中圖分類號：S159 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）08-1943-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.08.011

Abstract： Entire-array-polygon graphical representation and indictor method， a new method used in eco-city evaluation， was used to evaluate the degree of economical intensive land use（EILU）. Changsha in Hunan Province was taken as a case study area， an evaluation system including 9 indices was built to quantitatively assess the degree of EILU. The results showed that the overall EILU in Changsha extent kept increasing trend， and with a rapid increase. In 2010， the EILU degree from high to low for counties and districts in Changsha was Furong， Tianxin， Yuhua， Kaifu， Yuelu， Changsha county， Wangcheng， Liuyang and Ningxiang. The five municipal districts were higher than the overall level of Changsha city， while the four counties （districts and municipalities） were lower， and the extent and growth of EILU for all were inversely related with the distance from the Furong District.

Key words： economical intensive land use； Changsha； entire-array-polygon graphical representation； indicator method

土地節(jié)約集約利用是以合理布局、優(yōu)化用地結(jié)構(gòu)和可持續(xù)發(fā)展的思想為指導(dǎo)，通過增加存量土地投入、改善經(jīng)營管理等途徑，不斷提高土地的使用效率和經(jīng)濟(jì)效益，實現(xiàn)更高的經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)效益[1]。隨著中國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，城市化水平日益提高，建設(shè)用地盲目擴(kuò)張，耕地資源銳減，中國正面臨著用地日益緊缺、生態(tài)環(huán)境問題凸出的難題，節(jié)約集約利用土地是解決這一難題的重要舉措[2]。開展土地節(jié)約集約利用評價，有助于認(rèn)識區(qū)域土地利用狀況，更好地指導(dǎo)土地節(jié)約集約利用。

研究者針對區(qū)域土地利用狀況、不同土地利用方式開展了大量的研究與實踐工作[3]，主要集中于土地可持續(xù)利用[4]、土地用途管制[5]、優(yōu)化城市用地與規(guī)劃[6]和耕地保護(hù)[7]等方面。中國該方面的工作起步較晚，結(jié)合中國實際情況積累了豐富經(jīng)驗。楊俊宴等[8]結(jié)合實地調(diào)研的50個國內(nèi)外特大城市中心區(qū)矢量數(shù)據(jù)，建立城市中心土地集約利用評價模型，為新城中心區(qū)建設(shè)和舊城中心區(qū)更新的規(guī)劃決策提供依據(jù)。葉健文等[9]結(jié)合景觀生態(tài)學(xué)的相關(guān)理論，從空間結(jié)構(gòu)的層面上分析城市邊緣村鎮(zhèn)建設(shè)用地集約節(jié)約利用水平。張世文等[10]在構(gòu)建耕地集約節(jié)約利用評價體系和探討評價的有效方法的基礎(chǔ)上，利用層次分析法對福建省耕地集約利用進(jìn)行評價。張俊峰等[11]結(jié)合“投入—產(chǎn)出”和“經(jīng)濟(jì)—社會—生態(tài)”評價體系，從“兩型”社會角度對武漢城市圈進(jìn)行土地集約利用評價。袁滿等[12]提出將多智能體系統(tǒng)的建?？蚣芘c遺傳進(jìn)化算子相結(jié)合，構(gòu)建土地利用優(yōu)化配置模型。

當(dāng)前多數(shù)研究集中在討論土地集約利用的現(xiàn)象問題，對其影響因素和改善策略討論不足，對空間節(jié)約集約利用空間分異研究鮮見。本研究借助生態(tài)城市評價方法——全排列多邊形圖示指標(biāo)法[13，14]，定量評價分析長沙市的土地集約節(jié)約利用，基于時間序列的空間分異特征研究，結(jié)合評價指標(biāo)分析主要影響因素與具體的發(fā)展策略。

1 研究區(qū)域和研究方法

1.1 研究區(qū)域概況

長沙市位于中國東南部，湖南省東部偏北，湘江下游和長瀏盆地西緣，地域范圍為東經(jīng)111°53′-114°15′，北緯27°51′-28°41′，東西長約230 km，南北寬約88 km，總面積約11 816 km2，如圖1所示。長沙市地形復(fù)雜，湘江兩岸形成地勢低平的沖積平原，其東西兩側(cè)及東南面為地勢較高的低山、丘陵。市區(qū)地勢為南高北低，屬湘江水系，過境長度74 km，較大的湘江支流有瀏陽河、撈刀河、靳江、溈水。

長沙市作為湖南省省會，是全省政治、經(jīng)濟(jì)、文化、科教、信息、交通和商貿(mào)中心，轄區(qū)包括芙蓉區(qū)、開福區(qū)、岳麓區(qū)、雨花區(qū)、天心區(qū)、望城區(qū)、長沙縣、寧鄉(xiāng)縣、瀏陽市9個縣（市、區(qū)）。2007年，長株潭城市群獲批全國資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會（簡稱“兩型社會”）建設(shè)綜合配套改革試驗區(qū)，要求加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與人口資源環(huán)境相協(xié)調(diào)，發(fā)揮示范和帶頭作用，由此加快了長沙市的城市化進(jìn)程，土地利用變化情況顯著。2014年，長沙市土地總面積僅占湖南省的5.57%，而年末常住總?cè)丝谡既〉?0.85%，GDP總量占全省的28.9%，人均GDP為全省的2.7倍，經(jīng)濟(jì)總量在長株潭三市中的占比達(dá)67.7%。

1.2 全排列多邊形圖示指標(biāo)法

全排列多邊形圖示指標(biāo)法由于其評價方法簡單直觀，代數(shù)計算結(jié)果考慮了各級指標(biāo)臨界值對綜合指標(biāo)的放大和緊縮效應(yīng)，反映了整體大于或者小于部分之和的系統(tǒng)整合原理，因而在環(huán)境、資源等方面已得到廣泛的應(yīng)用[13-17]，取得了較好的研究效果。該方法的基本思想是設(shè)共有n個指標(biāo)（標(biāo)準(zhǔn)化后的值），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)則中心n邊形，這個不規(guī)則中心n邊形的頂點是n個指標(biāo)的一個首尾相接的全排列，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)值標(biāo)準(zhǔn)化方法采用下列標(biāo)準(zhǔn)化函數(shù)：

將標(biāo)準(zhǔn)化之后的各項指標(biāo)值展繪到對應(yīng)的指標(biāo)軸[-1，1]之間，再依次連接各點形成一個不規(guī)則的多邊形。利用n個指標(biāo)可以做出一個中心正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。各單項指標(biāo)的大小及其與最大值、最小值的差距隨時間變化而動態(tài)變化[10]。

該綜合方法改傳統(tǒng)加法為多維乘法，當(dāng)分項指標(biāo)值落在臨界值以下時，邊長小于1，對綜合指標(biāo)產(chǎn)生緊縮效應(yīng)[F″（x）]<0；當(dāng)分項指標(biāo)值落在臨界值以上時，邊長大于1，對綜合指標(biāo)產(chǎn)生放大效應(yīng)[（F″（x）]>0，反映了整體大于或小于部分之和的系統(tǒng)整合原理。

1.3 指標(biāo)體系的構(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，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)。由于全國社會經(jīng)濟(jì)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。考慮長沙市的實際情況，在評價指標(biāo)選擇上參考《建設(shè)用地節(jié)約集約利用評價規(guī)程》中的區(qū)域用地狀況評價指標(biāo)體系，結(jié)合林堅等[18]、周偉等[14]的評價指標(biāo)體系，構(gòu)建了長沙市土地節(jié)約集約利用評價指標(biāo)體系。本研究選取的一級指標(biāo)4項、二級指標(biāo)9項，見表1。

首先依據(jù)評價指標(biāo)體系（表1）得到各個指標(biāo)值數(shù)據(jù)，求取各指標(biāo)的上限值（U）、下限值（L）、臨界值（T），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；其次，分別進(jìn)行各年度各項指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)化，繪制全排列多邊形圖示；最后計算評價的綜合指數(shù)，并繪制變化趨勢圖。

2 評價結(jié)果與分析

本研究選取2008—2013年為研究時段，數(shù)據(jù)來源于《長沙統(tǒng)計年鑒》、長沙市土地利用年度變更成果數(shù)據(jù)等。2008年望城縣進(jìn)行了行政區(qū)劃調(diào)整，含浦、坪塘、蓮花和雨敞坪4個建制鎮(zhèn)劃入岳麓區(qū)，雷鋒鎮(zhèn)由長沙市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)托管，對應(yīng)統(tǒng)計年鑒中的人口、地區(qū)生產(chǎn)總值隨之變化，2011年5月撤縣設(shè)長沙市望城區(qū)。根據(jù)“1.2”和“1.3”中所述方法，得出各年份長沙市土地節(jié)約集約利用綜合指數(shù)以及評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值的多邊形，見表2和圖2，長沙市分縣（區(qū)、市）的各年度土地節(jié)約集約利用評價綜合指數(shù)值以及曲線圖見表3和圖3。

2.1 長沙市總體變化特征及原因

由表2可知，從2008—2013年，整個長沙市的土地節(jié)約集約利用綜合指數(shù)增加了0.026 228，除2009—2010年有所降低之外，其余年份均保持增大趨勢，且增速越來越快。由于全國第二次土地調(diào)查工作的開展，2008年之后有了確切的土地利用變更數(shù)據(jù)，因此2009年建設(shè)用地增加幅度較大，導(dǎo)致國內(nèi)生產(chǎn)總值與建設(shè)用地增長彈性系數(shù)變化幅度太大，綜合指數(shù)偏大。這表明長沙市作為“兩型社會”試點之后的土地節(jié)約集約利用程度越來越高。

由圖2可知，本評價指標(biāo)體系的9項指標(biāo)對于長沙市土地節(jié)約集約利用影響的總體程度，人口與建設(shè)用地增長彈性系數(shù)、非農(nóng)業(yè)人口比例貢獻(xiàn)比例最大，當(dāng)前受制于長沙市土地節(jié)約集約利用程度的因素有地均固定資產(chǎn)投資、城鄉(xiāng)建設(shè)用地人口密度、地均國內(nèi)生產(chǎn)總值、地均二三產(chǎn)業(yè)增加值。因此需要繼續(xù)增加固定資產(chǎn)投資力度，合理布局人口密度，發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì)。

2.2 土地利用綜合指標(biāo)的時間變化特征

從2008—2013年間，結(jié)合表3與圖3可發(fā)現(xiàn)，長沙市各縣（區(qū)、市）的土地節(jié)約集約利用水平不斷提高，且增長趨勢明顯分為兩部分：5個市轄區(qū)的節(jié)約集約利用水平高于長沙市總體水平，且6年內(nèi)有較大幅度的增長，整體的利用水平按照芙蓉區(qū)、天心區(qū)、雨花區(qū)、開福區(qū)和岳麓區(qū)的順序依次遞減；而其余的4個縣（區(qū)、市）的節(jié)約集約利用水平低于長沙市總體水平，在研究期內(nèi)除2009年波折外，一直保持增長的趨勢，整體的利用水平按照長沙縣、望城區(qū)、瀏陽市和寧鄉(xiāng)縣的順序依次遞減。受制于2008年之后全國土地利用調(diào)查與年度變更，2010年全國人口普查之后，本研究的各縣（區(qū)、市）行政單元的綜合指數(shù)持續(xù)增長，且排名次序保持穩(wěn)定，并與各縣（區(qū)、市）的土地利用總面積是一致的。

由此表明，長沙市各區(qū)縣均表現(xiàn)出了土地節(jié)約集約利用程度提高的趨勢，且在2010年之后表現(xiàn)為芙蓉區(qū)>天心區(qū)>雨花區(qū)>開福區(qū)>岳麓區(qū)>長沙縣>望城區(qū)>瀏陽市>寧鄉(xiāng)縣，多邊形圖示直觀地揭示了了各縣（區(qū)、市）土地節(jié)約集約利用的優(yōu)勢與不足。

芙蓉區(qū)、天心區(qū)、雨花區(qū)、岳麓區(qū)的各項評價指標(biāo)領(lǐng)先優(yōu)勢明顯，但受到了人口與建設(shè)用地增長、國內(nèi)生產(chǎn)總值與建設(shè)用地增長不協(xié)調(diào)的影響。今后的經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展更多地應(yīng)注重此方面，促進(jìn)人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值和建設(shè)用地增長相協(xié)調(diào)，這也是落實“兩型社會”發(fā)展理念的必然選擇。與此同時，岳麓區(qū)、望城區(qū)的各項指標(biāo)不均衡，應(yīng)當(dāng)增加土地投入水平，增強(qiáng)土地產(chǎn)出效益。而長沙縣、瀏陽市和寧鄉(xiāng)縣相比之下更加缺乏土地投入，土地利用強(qiáng)度也不夠大，土地產(chǎn)出效益亦不顯著，這3個市縣應(yīng)當(dāng)抓住國家宏觀城鎮(zhèn)化背景下的機(jī)遇。

2.3 土地利用綜合指數(shù)空間分異特征

根據(jù)全排列多邊形圖示指標(biāo)法評價結(jié)果，借助地理信息系統(tǒng)（GIS）的思想方法，結(jié)合長沙市行政區(qū)劃單元的矢量圖形，將評價的土地節(jié)約集約利用綜合指數(shù)空間可視化表達(dá)，形成6個年份綜合指數(shù)的空間分布圖示（圖4）。

由此表明，長沙市各區(qū)縣的土地節(jié)約集約利用程度逐年增長，且表現(xiàn)出距離芙蓉區(qū)越近的行政單元，其綜合指數(shù)的增長率越大，這與地理位置的區(qū)位優(yōu)勢緊密相關(guān)。除了2011年行政區(qū)調(diào)整為市轄區(qū)的望城區(qū)外，其他5個市轄區(qū)所承擔(dān)的行政職能與體現(xiàn)出的節(jié)約集約利用程度高于長沙市的整體水平。由于地形起伏與山勢阻隔的影響，長沙縣的區(qū)位優(yōu)勢優(yōu)于望城區(qū)、瀏陽市和寧鄉(xiāng)縣，因此其綜合指數(shù)更高。

因此，各縣（區(qū)、市）應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身土地面積、自然資源與區(qū)位優(yōu)勢等，提高土地的節(jié)約集約利用水平，為落實“全國資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設(shè)綜合配套改革試驗區(qū)”的發(fā)展理念與示范打下良好的基礎(chǔ)。

3 小結(jié)與討論

3.1 小結(jié)

1）長沙市總體的土地節(jié)約集約利用綜合程度保持增大趨勢，且增速越來越快。作為“兩型社會”試點之后的土地節(jié)約集約利用程度越來越高，其中人口與建設(shè)用地增長彈性系數(shù)、非農(nóng)業(yè)人口比例促進(jìn)了長沙市土地節(jié)約集約利用，而土地投入水平、土地產(chǎn)出效益制約了土地節(jié)約集約利用程度。政府部門應(yīng)提高認(rèn)識，整體謀劃，繼續(xù)增加固定資產(chǎn)投資力度，合理布局人口密度，增加土地節(jié)約集約利用程度，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展。

2）長沙市各縣（區(qū)、市）的土地節(jié)約集約利用水平不斷提高。2010年之后的土地節(jié)約集約利用水平表現(xiàn)為芙蓉區(qū)>天心區(qū)>雨花區(qū)>開福區(qū)>岳麓區(qū)>長沙縣>望城區(qū)>瀏陽市>寧鄉(xiāng)縣，5個市轄區(qū)的節(jié)約集約利用水平高于長沙市總體水平，而其余的4個縣（區(qū)、市）的節(jié)約集約利用水平低于長沙市總體水平。各縣（區(qū)、市）行政單元的綜合指數(shù)持續(xù)增長及排名次序與其土地利用總面積是一致的。芙蓉區(qū)、天心區(qū)、雨花區(qū)、岳麓區(qū)的優(yōu)勢明顯，今后應(yīng)注重人口、國內(nèi)生產(chǎn)總值和建設(shè)用地增長相協(xié)調(diào)，岳麓區(qū)、望城區(qū)應(yīng)當(dāng)增加土地投入水平，增強(qiáng)土地產(chǎn)出效益，而長沙縣、瀏陽市和寧鄉(xiāng)縣應(yīng)加大土地投入力度、增強(qiáng)土地利用強(qiáng)度，強(qiáng)化土地產(chǎn)出效益。

3）長沙市各區(qū)縣的土地節(jié)約集約利用程度及增幅與距芙蓉區(qū)的距離相關(guān)，地理位置越近則增幅越大。此外，不同行政單元承擔(dān)了不同的行政職責(zé)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)自身自然資源與區(qū)位優(yōu)勢等制定差異化發(fā)展策略：市轄區(qū)促進(jìn)城市人口和產(chǎn)業(yè)的聚集、經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展與農(nóng)產(chǎn)品供給保障，縣級市成為市域發(fā)展的標(biāo)桿和高地，而縣域結(jié)合自身資源與區(qū)位特征而優(yōu)先完善本區(qū)域的發(fā)展。這樣才能切實提高土地的節(jié)約集約利用水平，為落實“兩型社會”的發(fā)展理念與示范奠定堅實基礎(chǔ)。

3.2 討論

1）本研究所使用的土地利用數(shù)據(jù)、人口統(tǒng)計數(shù)據(jù)分別在2008和2010年進(jìn)行了全國性大調(diào)查，數(shù)據(jù)前后統(tǒng)計口徑等存在差異性，導(dǎo)致評價結(jié)果與實際略有差異。

2）本研究未能進(jìn)一步結(jié)合長沙市地形、交通等因素給予更加操作可行的發(fā)展策略，在后續(xù)的研究中將進(jìn)一步加強(qiáng)。

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