基于熵權(quán)物元模型的陽泉市土地綜合承載力評(píng)價(jià)

王子龍，蓋艾鴻

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，蘭州730070）

引言

現(xiàn)階段，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于土地綜合承載力的評(píng)價(jià)研究[1～3]主要聚焦在土地要素變化[4]、土地資源稟賦評(píng)價(jià)[5]、土地利用潛力分析[6]、土地生態(tài)系統(tǒng)健康診斷[7]等方面，這些研究為人類生活土地利用行為提供科學(xué)指導(dǎo)，關(guān)于土地綜合承載力的評(píng)價(jià)方法研究，主要運(yùn)用的方法和技術(shù)模型主要有線性規(guī)劃模型[8]、灰色系統(tǒng)模型[9]、一元回歸分析模型[10]和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法[11]等，這些方法從不同視角豐富土地承載力研究的內(nèi)涵，評(píng)價(jià)研究指標(biāo)體系的構(gòu)建和評(píng)價(jià)方法應(yīng)用研究完善了土地承載力的評(píng)價(jià)的基本框架。但以上研究僅為單一方法的區(qū)域應(yīng)用，在不同評(píng)價(jià)方法上的模型結(jié)果鮮有對(duì)比，尚有不足[12]。鑒于此，本文擬用熵權(quán)物元模型對(duì)陽泉市2006—2015年土地綜合承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，研究結(jié)果以期為陽泉市土地資源可持續(xù)利用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)[13～14]。

一、數(shù)據(jù)與方法

（一）數(shù)據(jù)來源

研究的主要數(shù)據(jù)來源于《山西省國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)（2006—2015）》《陽泉市統(tǒng)計(jì)年鑒（2006—2015）》，部分自然條件指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于實(shí)地調(diào)查。

（二）研究方法——熵權(quán)物元模型

1.熵權(quán)法。熵權(quán)法中，給定一個(gè)原始系數(shù)矩陣X。一般的，X中有正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)。首先，對(duì)X進(jìn)行同趨勢變換，對(duì)逆向指標(biāo)量值取倒數(shù)，得出正向系數(shù)矩陣Y。其次，對(duì)矩陣Y進(jìn)行列向歸一化處理，得出矩陣Z。再確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵值，最后將熵值轉(zhuǎn)化成權(quán)重值。

2.物元模型。物元模型是蔡文教授在20世紀(jì)80年代提出的，用于研究解決因子不相容問題，適用于多因子綜合評(píng)價(jià)[15]。一般步驟是：設(shè)定物元—確定物元的經(jīng)典域和節(jié)域—確定待判物元—確定關(guān)聯(lián)函數(shù)—計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度—判定評(píng)價(jià)級(jí)別。

二、模型構(gòu)建與實(shí)證

（一）研究區(qū)概況

陽泉市（112°5′E～114°4′E，37°40′N～38°31′N），以山地為主，山地占全市總面積的76.15%。其余的為平原和丘陵，占全市總面積的10.11%和13.74%，山脈和丘陵的面積總和占該市總面積的約90%。

（二）指標(biāo)體系構(gòu)建

本文利用指標(biāo)頻次頻率方法統(tǒng)計(jì)相關(guān)文獻(xiàn)中土地綜合承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)被選頻次，選取高頻率評(píng)價(jià)指標(biāo)，并結(jié)合陽泉市實(shí)際情況，擬確定了影響土地綜合承載力的15項(xiàng)指標(biāo)，分為土地自然承載力、土地經(jīng)濟(jì)承載力、土地社會(huì)承載力三個(gè)部分。其中，土地自然承載力按照人均耕地面積、森林覆蓋率、人均水資源占有量、有效灌溉面積、人均糧食產(chǎn)量等五個(gè)方面因素考量；土地經(jīng)濟(jì)承載力按照居民消費(fèi)水平、人均GDP、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出總量、教育支出、總財(cái)政支出等五個(gè)方面做參考；土地社會(huì)承載力由居民就業(yè)率、人口自然增長率、城鎮(zhèn)化率、總體糧食產(chǎn)量、土地利用率等五個(gè)方面反映。

（三）陽泉市土地綜合承載力的評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

1.土地綜合承載力等級(jí)劃分。本文把土地綜合承載力劃分為5個(gè)等級(jí)[16～17]，重度脆弱I、較重脆弱II、中度脆弱III、較輕脆弱IV、輕度脆弱V。

2.土地綜合承載力等級(jí)劃分及指標(biāo)閾值。由于國內(nèi)有關(guān)土地綜合承載力的熵權(quán)物元模型很少，所以本文根據(jù)國內(nèi)外各個(gè)領(lǐng)域相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)文獻(xiàn)，以及國家各個(gè)地方、行業(yè)的有關(guān)判定標(biāo)準(zhǔn)，確定土地綜合承載力的各個(gè)土地綜合承載力的閾值標(biāo)準(zhǔn)[18]，該標(biāo)準(zhǔn)參照《陽泉市生態(tài)城市建設(shè)規(guī)劃綱要》。

（四）陽泉市土地綜合承載力評(píng)價(jià)的物元模型構(gòu)建

根據(jù)物元分析模型的可拓性，本文對(duì)土地綜合承載力評(píng)價(jià)的物元模型建立5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，分別是：輕度脆弱（No1）、較輕脆弱（No2）、中度脆弱（No3）、較重脆弱（No4）、重度脆弱（No5）。結(jié)合物元模型，構(gòu)建陽泉市土地綜合承載力評(píng)價(jià)的經(jīng)典域Rj和節(jié)域Rp，Rj={RNo1，RNo2，RNo3，RNo4}，Rp=

經(jīng)典域和節(jié)域的確定，首先，需參考國家環(huán)保部頒發(fā)的《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)（修訂稿）》及全國平均水平；其次，依據(jù)陽泉市城市建設(shè)規(guī)劃、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃綱要等，最后結(jié)合專家意見所得[19～20]。因此，陽泉市土地綜合承載力評(píng)價(jià)的經(jīng)典域物元矩陣RNo1、RNo2、RNo3、RNo4，節(jié)域物元矩陣Rp。

三、結(jié)果與分析

將待判物元輸入陽泉市土地綜合承載力評(píng)價(jià)物元模型，即可得到單指標(biāo)土地綜合承載力評(píng)價(jià)結(jié)果。其中2006（No1-0.21）、2007（No1-0.09）、2008（No2-0.01）、2009（No2-0.07）、2010（No3-0.01）、2011（No3-0.08）、2012（No3-0.13）、2013（No4-0.20）、2014（No3-0.27）、2015（No4-0.25）。

（一）陽泉市土地綜合承載力評(píng)價(jià)

1.綜合關(guān)聯(lián)度計(jì)算及評(píng)價(jià)級(jí)別判定。由以上結(jié)果可得，陽泉市土地綜合承載力水平影響因子可分為促進(jìn)性和阻礙性因子兩種，其中，促進(jìn)性因子有人均糧食產(chǎn)量、居民就業(yè)率、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出總量、教育支出、城市化率、糧食總產(chǎn)量、有效灌溉面積、總財(cái)政支出和居民消費(fèi)水平9個(gè)，主要為社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件因子。阻礙性因子有人均耕地面積、森林覆蓋率、人均水資源占有量、人口自然增長率、人均GDP與土地利用率6個(gè)，多為自然條件因子。

研究運(yùn)用主成分分析法量化各指標(biāo)對(duì)土地綜合承載力水平的貢獻(xiàn)率和影響程度，采用SPSS19.0對(duì)待判物元數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所選指標(biāo)相關(guān)性系數(shù)絕對(duì)值大于0.40的占71.15%，說明可以進(jìn)行主成分分析。利用主成分降維提取了4個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)94.72%，初始貢獻(xiàn)率分別為51.31%、17.12%、13.31%、11.69%，表明這4變量基本包含其他變量信息。采用最大方差法對(duì)因子成份矩陣進(jìn)行正交旋轉(zhuǎn)，輸出主成分荷載矩陣。

研究以系數(shù)絕對(duì)值大于0.80作為因子荷載界線，據(jù)此可得，促進(jìn)性因子有C5（0.986），C11（0.983），C8（0.972），C9（0.970），C13（0.970），C14（0.894），C4（0.855），C10（0.817）；阻礙性因子有C2（0.973），C7（0.968）。這表明，這10個(gè)因子對(duì)陽泉市土地承載力的影響最大，其中，阻礙性因子森林覆蓋率和人均GDP成為制約陽泉市土地綜合承載力水平提升的關(guān)鍵限制因子。

2.土地綜合承載力分析。2006—2015年陽泉市土地綜合承載狀況逐步得到優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)由“重度脆弱”到“較輕脆弱”的轉(zhuǎn)變。其關(guān)聯(lián)度都在[-1，0]之間，表明2006—2015年陽泉市土地綜合承載力水平不符合相應(yīng)評(píng)價(jià)級(jí)別對(duì)象的要求，但具備轉(zhuǎn)化為該級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象的條件。2006—2010年綜合值由-0.21升至-0.01，土地綜合承載水平由“重度脆弱”轉(zhuǎn)化至“中度脆弱”，表明這五年間土地綜合承載水平級(jí)別向該級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象要求條件轉(zhuǎn)化的可能性逐漸增強(qiáng)，說明土地綜合承載力有好轉(zhuǎn)趨勢；2011—2013年綜合值由-0.08降至-0.20，土地綜合承載水平由“中度脆弱”轉(zhuǎn)化至“較輕脆弱”，評(píng)價(jià)級(jí)別向其標(biāo)準(zhǔn)對(duì)象要求轉(zhuǎn)化的可能性則降低，說明陽泉市土地綜合承載力風(fēng)險(xiǎn)依然存在且愈加嚴(yán)重。2008年和2009年，土地綜合承載評(píng)價(jià)級(jí)別上升為“較重脆弱”狀態(tài)，成為2006—2015年陽泉土地綜合承載力跳出“重度脆弱”這一等級(jí)的臨界點(diǎn)。對(duì)比2006年，2014年陽泉土地綜合承載水平相對(duì)于No1、No2、No3、No4等級(jí)的隸屬度逐漸減小，且變化幅度較大，相對(duì)于No5等級(jí)的隸屬度增高，說明十年間陽泉市土地綜合承載狀態(tài)向No2和No3等級(jí)轉(zhuǎn)化可能性增強(qiáng)，向No5等級(jí)轉(zhuǎn)化可能性減弱。從級(jí)別尺度的變化幅度來看，No5至No1逐漸減??；從時(shí)間尺度的變化幅度來看，2006—2015年整體上也呈降低趨勢，表明No5向No1轉(zhuǎn)化的可能性逐漸增強(qiáng)，且2006—2015年陽泉市土地綜合承載力呈現(xiàn)優(yōu)化趨勢。

四、結(jié)論與討論

第一，時(shí)間遷移規(guī)律。2006—2015年陽泉市土地綜合承載狀況由“重度脆弱”轉(zhuǎn)化為“較輕脆弱”，表明陽泉市土地綜合承載水平得到一定程度上的完善。但從評(píng)價(jià)綜合值看來，陽泉市土地綜合承載力還存在惡化風(fēng)險(xiǎn)，2009—2014年風(fēng)險(xiǎn)逐年增加，2015年風(fēng)險(xiǎn)有所下降。因此，陽泉市土地綜合承載狀況還需要進(jìn)一步優(yōu)化完善。

第二，影響因素研究。自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)條件共同作用于陽泉市土地綜合承載力，有研究表明[21]，土地綜合承載力惡化的主要原因是土地的粗放利用、耕地和林地面積減少及人類活動(dòng)，與本文研究結(jié)果吻合度較高。由此可見，陽泉市土地綜合承載力治理規(guī)劃的調(diào)控方向是重點(diǎn)優(yōu)化人均耕地面積、森林覆蓋率、人均水資源量和人均GDP等影響因素。

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