地理國情普查數(shù)據(jù)輔助的土地利用價值綜合評價

侯恩兵,董 斌,張治凡,陳春暉

(1. 安徽省基礎(chǔ)測繪信息中心，安徽 合肥 230031; 2. 安徽省智慧城市與地理國情監(jiān)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230031; 3. 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，安徽 合肥 230036)

我國人均土地資源較稀缺，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化的進(jìn)程不斷加快，導(dǎo)致人類社會與土地之間的矛盾日益激增。因此本文研究的關(guān)鍵是如何節(jié)約、集約并高效地利用土地資源，充分發(fā)揮現(xiàn)有的土地資源最大的利用價值[1]。

國內(nèi)對土地利用價值研究主要集中在通過在土地利用過程中總結(jié)經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)三方面效益關(guān)系并對綜合效益進(jìn)行評價。有一部分學(xué)者選取經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)3個方面作為影響因子，通過建立相應(yīng)的城市土地利用綜合效益的評價指標(biāo)體系，以量化方式對區(qū)域土地利用效益變化趨勢進(jìn)行評價分析；在研究方法上，多數(shù)學(xué)者采用功效系數(shù)法、TOPSIS法、熵權(quán)法等方法進(jìn)行定量與定性分析評價土地利用價值；在研究區(qū)域選擇上，多集中于重慶、哈爾濱、寧波等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市，縣市級經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)城市鮮有研究。

因此，充分利用現(xiàn)有的地理國情數(shù)據(jù)，客觀準(zhǔn)確地評價研究區(qū)土地利用狀況，分析其土地利用各方面價值，從而改進(jìn)現(xiàn)有土地利用結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)土地資源節(jié)約、集約利用的目標(biāo)是一項(xiàng)重要的研究課題。地理國情普查數(shù)據(jù)具有覆蓋面廣泛的優(yōu)點(diǎn)，其涵蓋了自然環(huán)境、資源與能源、社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境等眾多要素[2]，為土地利用研究提供一個可靠的數(shù)據(jù)來源。

1 土地利用價值綜合指標(biāo)體系的構(gòu)建

土地利用價值是一個綜合的概念，通常涉及生態(tài)、社會、經(jīng)濟(jì)、景觀等多方面內(nèi)容，不能用簡單的單個指標(biāo)進(jìn)行評價，需要通過構(gòu)建一套完善的綜合指標(biāo)體系，并建立一個科學(xué)全面的統(tǒng)計分析方法來分析土地利用價值[3]。

構(gòu)建土地利用綜合評價指標(biāo)體系是評價土地利用價值的基礎(chǔ)，選取的每一個評價指標(biāo)都應(yīng)與土地利用價值相關(guān)。因此,綜合考慮研究區(qū)域的發(fā)展特點(diǎn)、各種指標(biāo)體系的優(yōu)缺點(diǎn)及數(shù)據(jù)的可獲得性，評價指標(biāo)體系從生態(tài)、景觀、社會、經(jīng)濟(jì)4個方面建立，構(gòu)建方法采用層次分析方法(analytic hierarchy process，AHP)。該方法是美國運(yùn)籌學(xué)家薩蒂于20世紀(jì)70年代提出的一種定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法[4-5]，可以把定量與定性分析有機(jī)結(jié)合起來，更好地體現(xiàn)生態(tài)風(fēng)險評價的綜合性、整體性和層次性[6]。

以安徽省鳳臺縣為例，本文構(gòu)建的指標(biāo)體系分為3個層次，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層[7]。目標(biāo)層是整個指標(biāo)體系的最終目標(biāo)，即土地利用價值。準(zhǔn)則層由指標(biāo)層構(gòu)成，按照指標(biāo)層的相關(guān)分類,分別為生態(tài)價值、景觀價值、社會價值、經(jīng)濟(jì)價值。指標(biāo)層是在準(zhǔn)則層的子系統(tǒng)中與這4個判斷指標(biāo)密切相關(guān)的參數(shù)，其中生態(tài)價值包括一些能反映綠化程度、水環(huán)境情況等指標(biāo)，如道路綠地覆蓋率、植被覆蓋度、污水處理率等；景觀價值包含拼塊數(shù)、景觀優(yōu)勢度等直接反映景觀指數(shù)的指標(biāo)；社會價值主要包含能反映土地利用對社會公益，公共文化起作用的指標(biāo)，如學(xué)校數(shù)，醫(yī)院數(shù)等；經(jīng)濟(jì)價值是反映一定社會經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象數(shù)量的名稱和數(shù)值，是經(jīng)濟(jì)研究、分析、計劃和統(tǒng)計及各種經(jīng)濟(jì)工作所通用的工具，包括反映經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象，如GDP；通過專家打分法結(jié)合研究區(qū)現(xiàn)狀最終篩選出16種指標(biāo)因子[8]，見表1。

2 土地利用現(xiàn)狀及土地利用價值指標(biāo)的計算方法

本文在土地利用價值的指標(biāo)計算中融合數(shù)據(jù)來源于地理國情普查數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)來源真實(shí)可靠，可以準(zhǔn)確反映出研究區(qū)現(xiàn)狀，如圖1所示。

2.1 土地利用現(xiàn)狀

地理國情中LCA圖層(地表覆蓋，以下簡稱LCA)的采集一級分類中，主要將土地分為10個大類：0100,耕地；0200，園地；0300，林地；0400，草地；0500，房屋建筑區(qū)；0600，道路；0700，構(gòu)筑物；0800，人工堆掘地；0900，荒漠與裸露地表；1000，水域。綜合研究區(qū)的概況，本文將地表覆蓋中的分類按照耕地、園地、草地、建筑用地(0500、0700、0800)、道路用地(0600)、未利用地(0900)及水域(1000)這8種土地利用類型來劃分[9]。運(yùn)用ArcGIS軟件屬性表中統(tǒng)計功能，獲得各土地利用類型的相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。

表1 鳳臺縣土地利用價值綜合評價指標(biāo)

圖1 鳳臺縣地表覆蓋土地利用分類

2.2 鳳臺縣土地利用經(jīng)濟(jì)價值指標(biāo)

土地利用經(jīng)濟(jì)價值指標(biāo)是指某種土地利用方式所帶來的直接和間接的可量化的經(jīng)濟(jì)價值的指標(biāo)[10]。

表2 鳳臺縣2015年土地利用現(xiàn)狀

(1) 人均農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)值：該指標(biāo)是可直接反映土地產(chǎn)出方面的經(jīng)濟(jì)價值，該項(xiàng)值越高則表示土地利用經(jīng)濟(jì)價值越高，可通過統(tǒng)計年鑒直接獲取。

(2) 人均二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值：該指標(biāo)是指研究區(qū)某一年的二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值與該年的人口總數(shù)的比值。

(3) 單位面積交通、郵政產(chǎn)值(萬元)：該指標(biāo)可從一定程度上總反映出交通、倉儲等用地帶來的直接經(jīng)濟(jì)收益。

(4) 人均GDP(萬元/人)：該指標(biāo)是指研究區(qū)當(dāng)年的GDP總值與人口總數(shù)的比值。可以直觀反映出土地利用的經(jīng)濟(jì)價值總收益。

2.3 鳳臺縣土地利用景觀價值指標(biāo)

土地利用景觀價值指標(biāo)主要是指利用景觀分析軟件FRAGSTATS計算出選取的景觀指標(biāo)，通過景觀指數(shù)來直接反映土地利用的空間分布情況。本文依據(jù)研究區(qū)概況，鳳臺縣的農(nóng)村面積占比相對較高，主要依靠農(nóng)業(yè)收入維持生活，因此本文主要研究耕地景觀類型的各景觀指數(shù)[11]。

(1) 最大斑塊占比(LPI)，是某一景觀類型中最大斑塊占整個景觀面積的比例。

LPI=m/M

(1)

式中，m為國情數(shù)據(jù)LCA圖層中某種景觀類型的要素總面積；M為研究區(qū)總面積。

(2) 景觀斑塊密度(PD)，是指單位面積的某種類型景觀的斑塊數(shù)量，反映該類型景觀的分化程度，斑塊密度越大則表示該類型景觀破碎化程度較高。計算公式為

PD=N/A=n/M

(2)

式中，N為某種類型景觀的總斑塊數(shù)；A為研究區(qū)景觀總面積；n為國情數(shù)據(jù)地表覆蓋LCA圖層中某種景觀類型的要素數(shù)量；M為研究區(qū)總面積。

(3) 斑塊邊界密度(ED)，是指單位面積的某種類型景觀的斑塊邊緣長度，反映了該景觀類型被邊界分割的程度，其值的大小直接影響邊緣效應(yīng)和物種組成。其公式為

ED=E/A=c/M

(3)

式中，E為某種類型景觀的所有斑塊邊界的總長度；A為研究區(qū)景觀總面積；c為國情數(shù)據(jù)地表覆蓋LCA圖層中某種景觀類型的要素總周長；M為研究區(qū)總面積。

(4) 景觀形狀指數(shù)(LSI)，是指通過計算某種類型景觀中斑塊形狀與面積相等的正方形之間的偏離程度來描述該景觀的形狀復(fù)雜程度的景觀格局指數(shù)，對衡量研究區(qū)景觀中物種的流動和人類活動的位移等情況有著非常重要的意義。計算公式為

(4)

式中，E為某種類型景觀的所有斑塊邊界的總長度；A為研究區(qū)景觀總面積；c為國情數(shù)據(jù)地表覆蓋LCA圖層中某種景觀類型的要素總周長；M為研究區(qū)總面積。

2.4 鳳臺縣土地利用生態(tài)價值指標(biāo)

土地利用生態(tài)價值指標(biāo)是指可以反映土地利用方式下的關(guān)于綜合生態(tài)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)方面的一些主要可量化的數(shù)值指標(biāo)[12]。

(1) 林地覆蓋率是指從研究區(qū)國情數(shù)據(jù)中的地表覆蓋LCA圖層中查找CC碼為0300的要素總面積除以研究區(qū)總面積的比例大小。

(2) 人均公共綠化面積是指研究區(qū)公共綠化面積與人口總數(shù)的比值大小。在國情數(shù)據(jù)中地表覆蓋LCA層中，主要包括的分別是專項(xiàng)采集人工綠化0360、0420，該指標(biāo)是由前兩者的總面積除以人口總數(shù)得到。

(3) 單位面積污染處理廠數(shù)是指標(biāo)中所指的污染處理廠包括與土地利用生態(tài)價值正相關(guān)的污水處理廠、垃圾回收站等。該指標(biāo)可從國情數(shù)據(jù)BUCP(城鎮(zhèn)綜合功能單元)圖層中查找處理廠個數(shù)并除以總面積得到，可直觀反映提倡生態(tài)保護(hù)所起到的對合理土地利用方式的推動作用。

(4) 水域面積占比是指從研究區(qū)國情數(shù)據(jù)中的地表覆蓋LCA圖層中查找CC碼為1001要素的總面積除以研究區(qū)總面積的比例大小。

2.5 鳳臺縣土地利用社會價值指標(biāo)

土地利用社會價值指標(biāo)主要是指土地利用方式下因人類社會活動在土地上所能產(chǎn)生的價值指標(biāo)[13]。

(1) 人均道路面積：是指道路總面積除以人口總數(shù)，道路面積篩選研究區(qū)國情數(shù)據(jù)地表覆蓋LCA圖層中0600要素總面積。

(2) 人均住宅面積：住宅面積是指研究區(qū)國情數(shù)據(jù)地表覆蓋LCA圖層中0500要素的面積總和，再將住宅總面積除以人口總數(shù)，即可得到此項(xiàng)指標(biāo)值。

(3) 建設(shè)用地面積占比：建設(shè)用地面積可從研究區(qū)地理國情地表覆蓋LCA圖層中提取0500、0600、0700、0800要素總面積，該指標(biāo)是指建設(shè)用地總面積與研究區(qū)總面積的比值大小。

(4) 單位面積公共設(shè)施數(shù)量：該指標(biāo)通過從國情數(shù)據(jù)BUCP(城鎮(zhèn)綜合功能單元)圖層中篩選學(xué)校、政府部門、醫(yī)院等公共機(jī)構(gòu)數(shù)量，再除以土地總面積獲得。此指標(biāo)反映的是研究區(qū)土地投入于公共服務(wù)方面的力度，也可說是反映土地在所帶來的社會公共利益大小。

3 鳳臺縣土地利用價值綜合評價模型

在確定指標(biāo)層的所有各項(xiàng)指標(biāo)組成之后，再對各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合量化。量化過程主要是對指標(biāo)層的各指標(biāo)值進(jìn)行無量綱化處理，這樣可簡化計算，并采用層次分析法與德爾菲法相結(jié)合的方法對指標(biāo)層、準(zhǔn)則層的各項(xiàng)指標(biāo)賦相應(yīng)的權(quán)重大小，最后通過綜合評價加權(quán)函數(shù)公式模型，計算得出最終的各準(zhǔn)則層的土地利用各價值的復(fù)合數(shù)值。

3.1 指標(biāo)值量化

在土地利用價值綜合評價指標(biāo)層的16個指標(biāo)中，存在兩種情況：一是指標(biāo)值越大土地利用價值就越高的指標(biāo)；二是指標(biāo)值越大土地利用價值就越低的指標(biāo)。為了使各項(xiàng)指標(biāo)之間存在更好的可比性，以達(dá)到土地利用價值綜合評價的目的，本文將安徽省區(qū)域的平均水平數(shù)據(jù)作為目標(biāo)值，通過相關(guān)計算，最終為16個指標(biāo)中的每一指標(biāo)都確定了一個標(biāo)準(zhǔn)值。通過將各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際值與該指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值的比值來進(jìn)行量化計算，最終獲得此指標(biāo)量化值(見表3)。

ci=(xi/yi)×100(值越大土地利用價值越高)

ci=(yi/xi)×100(值越大土地利用價值越低)

式中，ci為指標(biāo)層中第i個指標(biāo)的量化指標(biāo)值；xi為指標(biāo)層中第i個指標(biāo)的實(shí)際值；yi為指標(biāo)層中第i個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值。

由上述公式可知，最終得到的指標(biāo)量化值大于100，則說明研究區(qū)的該項(xiàng)指標(biāo)值高于安徽省平均水平；指標(biāo)量化值低于100，則表示該項(xiàng)指標(biāo)值低于安徽省平均水平。

3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

土地利用價值綜合評價模型構(gòu)建中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是確定各指標(biāo)權(quán)重，本文運(yùn)用了層次分析法和德爾菲法相結(jié)合的方法。層次分析法主要是由一些網(wǎng)絡(luò)專家進(jìn)行各指標(biāo)打分，再根據(jù)各指標(biāo)的重要性程度來獲得權(quán)重值，再結(jié)合相關(guān)專業(yè)的專家評估結(jié)果進(jìn)行分析整理，即可確定各指標(biāo)最終的權(quán)重值[14]見表3。

表3 鳳臺縣2015年土地利用價值評價指標(biāo)值及權(quán)重

3.3 土地利用價值綜合評價模型的建立

在量化指標(biāo)層的各指標(biāo)值，并加以確定各指標(biāo)權(quán)重后，最后得出目標(biāo)層的綜合評價加權(quán)函數(shù)模型公式[15-16]。土地利用價值綜合水平的計算公式為

(5)

式中，P為土地利用價值綜合評價指數(shù)；ci為指標(biāo)層中第i個指標(biāo)的量化指標(biāo)值；ai為指標(biāo)層中第i個指標(biāo)的總權(quán)重。

通過上述公式計算可以獲得鳳臺縣的土地利用價值綜合評價指數(shù)，見表4。

表4 鳳臺縣2015年土地利用價值綜合評價指數(shù)

4 鳳臺縣土地利用價值綜合評價

4.1 鳳臺縣土地利用價值分析

鳳臺縣位于安徽省淮南市轄縣，縣域呈東南、西北斜形，南北長50 km，東西寬約42 km，面積約1100 km2，其中，耕地面積約46 km2，總?cè)丝诩s為73萬。根據(jù)表3數(shù)據(jù)分析，指標(biāo)層的各指標(biāo)量化值是由標(biāo)層的實(shí)際值與其標(biāo)準(zhǔn)值的比值再乘以100獲得，因此各量化值越接近100，則表示該項(xiàng)指標(biāo)價值水平與安徽省的平均水平越接近，也即若某種指標(biāo)量化值小于100就標(biāo)志研究區(qū)土地利用某一方面的價值水平可觀；若某種指標(biāo)量化值大于100就標(biāo)志研究區(qū)土地利用某一方面的價值水平有待提升。由表中土地利用經(jīng)濟(jì)價值指標(biāo)層的各量化值可知，鳳臺縣的土地利用經(jīng)濟(jì)價值水平基本上比安徽省的平均水平高，其中二三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值水平略低于安徽省的平均水平，由于近年來,鳳臺縣側(cè)重于治理環(huán)境污染，大大減少了工廠數(shù)量，因此工業(yè)產(chǎn)值不高。根據(jù)國情數(shù)據(jù)可知鳳臺縣景觀斑塊較小且分散，并由表中指標(biāo)層的各景觀指標(biāo)量化值得出，其土地利用景觀價值水平較安徽省平均水平普遍偏低。鳳臺縣土地利用生態(tài)價值指標(biāo)層中的水域面積占比超過安徽省平均水平較多，但是林業(yè)覆蓋率略低于安徽省平均水平，其中的人均公共綠化面積和單位面積污染處理廠數(shù)均近似于安徽省平均水平。鳳臺縣土地利用社會價值指標(biāo)層中的建設(shè)用地面積占比相對較高于安徽省平均水平，其他各指標(biāo)均低于安徽省平均水平。綜合分析研究區(qū)土地利用各價值特點(diǎn)，以安徽省平均水平為基準(zhǔn)，表明鳳臺縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對較高，但是整體綜合水平有待提高。

4.2 鳳臺縣土地利用價值綜合評價分析

單一指標(biāo)往往不具有說服力和代表性，因而單一的指標(biāo)值大小不能客觀地反映研究區(qū)的土地利用價值綜合水平。通過對鳳臺縣2015年土地利用價值綜合評價指數(shù)表(見表4)進(jìn)行分析，得出2015年鳳臺縣的土地利用的經(jīng)濟(jì)價值和生態(tài)價值均明顯超出安徽省平均水平，土地利用的社會價值和景觀價值在安徽省平均水平之下；而研究區(qū)土地利用的整體綜合價值稍低于安徽省平均水平。由此可以看出鳳臺縣屬于一個經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、景觀、社會等各方面綜合水平居中的地區(qū)，鳳臺縣既不是風(fēng)景旅游勝地，同時二三產(chǎn)業(yè)水平中等，生態(tài)環(huán)境一般，再加上任何地區(qū)發(fā)展都始終堅持經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益相結(jié)合的原則，因此，對于鳳臺縣來說，在保持現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境水平的前提下，如何節(jié)約集約并高效的利用土地，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌兼顧目標(biāo)，最終推動鳳臺縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會進(jìn)步是未來幾年需解決的難題。

5 結(jié) 語

地理國情普查包含地表覆蓋普查和地理國情要素普查兩大板塊。其中，地表覆蓋主要是調(diào)查勾繪出土地利用地塊的分類，直觀地反映出所有土地的使用情況。利用不同年份間作出的地表覆蓋數(shù)據(jù)，反映出階段性土地利用類型間的轉(zhuǎn)移情況，如水域轉(zhuǎn)移成砂石，建筑用地施工情況，荒裸地表植樹造林等，通過地表覆蓋進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。而地理國情要素則表現(xiàn)為要素多且復(fù)雜，它幾乎涵蓋了人類建造的功能性建筑的調(diào)查。如小區(qū)、道路、醫(yī)院、學(xué)校、機(jī)構(gòu)單位等。從某些層面來說地表覆蓋反映了國家的硬實(shí)力，從地類面積上反映出農(nóng)業(yè)、工業(yè)、林業(yè)、畜牧業(yè)各產(chǎn)業(yè)的投入情況，而地理國情要素則表現(xiàn)出國家軟實(shí)力的部分，國家綜合實(shí)力的表現(xiàn)不僅僅只有經(jīng)濟(jì)，地理國情調(diào)查的要素可以量化出文化、教育、醫(yī)療、運(yùn)輸、環(huán)境綠化等情況。通過地理國情監(jiān)測不僅可以得到每個地區(qū)的年份間變化，更能比較不同區(qū)域間的發(fā)達(dá)程度，以此為依據(jù)才能真正意義上實(shí)施先富帶動后富，針對文化、教育、醫(yī)療、運(yùn)輸、環(huán)境綠化各項(xiàng)指標(biāo)值過低的地區(qū)進(jìn)行改造，如教育機(jī)構(gòu)在城市已經(jīng)十分普及，但是在一些偏遠(yuǎn)的農(nóng)村教育資源相對匱乏。結(jié)合地理國情數(shù)據(jù)的交通數(shù)據(jù)運(yùn)用GIS軟件對學(xué)校機(jī)構(gòu)進(jìn)行緩沖分析，篩選出教育基地不足的地區(qū)，為政府決策者區(qū)域規(guī)劃和教育資源合理分配提供直接的科學(xué)數(shù)據(jù)。