基于熵值法的泉州市土地資源可持續(xù)利用研究

劉英英,劉春雨,張 宇

華僑大學(xué) 1.政治與公共管理學(xué)院;2.政治發(fā)展與公共治理研究中心，福建泉州,362021

1 相關(guān)研究與問題提出

土地是人類賴以生存與發(fā)展的基礎(chǔ)，與社會、經(jīng)濟、環(huán)境和人口的協(xié)調(diào)發(fā)展息息相關(guān)。目前，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的加速發(fā)展，土地資源的不合理利用，使得生態(tài)破壞、資源浪費、環(huán)境惡化等相關(guān)問題日趨加重，如何實現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用問題已成為當(dāng)前研究的焦點。因此，實現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用顯得尤為重要。20世紀90年代，可持續(xù)發(fā)展思想應(yīng)用于土地利用領(lǐng)域[1]。土地資源可持續(xù)利用,即在滿足當(dāng)代人類增長對土地需求的條件下，保持和提升人類的生活環(huán)境質(zhì)量，土地利用結(jié)構(gòu)合理、生態(tài)上適宜、經(jīng)濟上可行、社會上可接受的土地利用結(jié)構(gòu)和方式[1-2]。目前，在不同區(qū)域已深入開展了土地資源可持續(xù)問題的研究[3]，以期探索合理而有效的土地可持續(xù)發(fā)展方式。已有研究主要集中在土地可持續(xù)利用的內(nèi)涵解釋、理論研究、指標體系的構(gòu)建、評價模型等方面[4]。國內(nèi)學(xué)者從不同角度對土地可持續(xù)利用內(nèi)涵進行研究，有強調(diào)土地功能完善、經(jīng)濟效益、社會效益的提高為目標[5]；有聚焦在社會效益、經(jīng)濟效益與生態(tài)效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一[6]；有注重土地供給和需求與經(jīng)濟增長的土地可持續(xù)利用[7]；也有側(cè)重于人地協(xié)調(diào)、世代倫理思想[8]。在指標體系的構(gòu)建上，學(xué)者借鑒了比較成熟的FLESM框架[9]或PSR模型[10-11]，也有以自然、社會、經(jīng)濟等多維度的綜合評價體系的定量研究[1,12-13]，主要包括生產(chǎn)—安全—保護—經(jīng)濟—社會、資源—環(huán)境—經(jīng)濟—社會和經(jīng)濟—社會—生態(tài)評價指標體系。隨之，土地資源可持續(xù)利用評價方法也取得了較大進展，主要有生態(tài)足跡法、灰色關(guān)聯(lián)法[14-15]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、資源價值和循環(huán)經(jīng)濟理論[16]等。已有研究如采用熵值法來確定評價指標的權(quán)重[17]，進而評價了區(qū)域的土地可持續(xù)利用發(fā)展水平；運用系統(tǒng)動力學(xué)模型構(gòu)建立了人口—經(jīng)濟—食物子系統(tǒng)，對墾利縣土地利用可持續(xù)發(fā)展進行了評價[18]；基于物元理論模型構(gòu)建了土地資源可持續(xù)發(fā)展指標體系[16]；采用生態(tài)足跡模型[12,19]和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[20]的方法綜合評價區(qū)域的土地資源可持續(xù)利用。這些指標體系和評價方法為土地可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)支持。

在分析泉州市2006—2015年土地利用狀況的基礎(chǔ)上，從自然條件適宜性、資源環(huán)境可支撐性、經(jīng)濟可行性和社會可接受性的視角，構(gòu)建土地可持續(xù)利用評價指標體系，采用熵值法計算指標權(quán)重，進而評價和協(xié)調(diào)土地資源利用與社會、經(jīng)濟、生態(tài)發(fā)展的之間的關(guān)系，對區(qū)域土地資源可持續(xù)發(fā)展有一定的指導(dǎo)意義。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

泉州市地處福建省東南沿海，北承福州，南接廈門經(jīng)濟特區(qū)，東望臺灣寶島，西臨漳州、龍巖、三明。其地理坐標為北緯24°22′—25°56′、東經(jīng)117°34′—119°05′，土地總面積為1.10×106hm2，現(xiàn)轄有4區(qū)(鯉城、豐澤、洛江、泉港)、3個縣級市(晉江、石獅、南安)、5個縣(惠安、安溪、永春、德化和待統(tǒng)一的金門)和泉州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)、泉州臺商投資區(qū)(圖1)。泉州氣候為亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年平均氣溫17～21℃，年日照時數(shù)1 891～2 206 h，多年平均降水量1 010～1 756 mm。境內(nèi)山巒起伏，丘陵、河谷、盆地錯落其間，地勢西北高東南低，俗稱“八山一水一分田”。2015年底常住人口為8.51×106人，GDP達到6 138億元，城鎮(zhèn)化水平達63.6%，建成區(qū)面積為2.07×104hm2，綠化覆蓋率為43.16%，各項公共設(shè)施、公共服務(wù)體系建設(shè)日趨完善。

社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于2007—2016年的《泉州市統(tǒng)計年鑒》和《泉州地方志年鑒》、2006—2015年《泉州市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，部分生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)來源于2007—2016年的泉州市環(huán)境質(zhì)量狀況公報等。此外，本文通過ArcGIS10.0軟件獲取泉州市行政邊界，在空間上所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用Albers Conical Equal Area投影和GCS_Krasovsky_1940地理坐標系。

3 研究方法

3.1 指標體系的構(gòu)建

在具有較強可操作性的基礎(chǔ)上，以自然條件適宜性、資源環(huán)境可支撐性、社會經(jīng)濟可接受性的可持續(xù)土地利用為目標，綜合考慮數(shù)據(jù)的可獲取性、科學(xué)性和真實性，結(jié)合泉州市土地可持續(xù)利用的實際情況，構(gòu)建了泉州市土地可持續(xù)利用的指標體系[17,21]，如表1。

表1 泉州市土地可持續(xù)利用評價指標權(quán)重

3.2 熵值法

就信息論而言，熵是表示一種不確定性的度量。依據(jù)熵的特性，判斷某一指標的離散程度[14]。信息量愈大，不確定性就愈小，熵也就愈?。环粗嗳?。在綜合評價中，熵值法能夠客觀地反映出具體指標信息熵值的效用價值，熵值法估算指標權(quán)重值比Delphi法和層次分析法具有較好的可信度。然而，熵值法中運用了對數(shù)、熵等概念，使得負值不能直接參與計算。在指標數(shù)據(jù)處理前，通常采用極差標準化法對部分極端值作相應(yīng)處理和一定規(guī)律的平移[17]，使得熵值法更具合理性。具體步驟如下：

(1)將各指標元數(shù)據(jù)進行無量綱化處理，計算第ij項指標下第j年的指標值xij的比重：

正指標：

(1)

逆指標：

(2)

其中,x為無量綱化后的指標值；xmax和xmin分別代表指標的最大值和最小值；k為坐標平移幅度。

(2)計算第i項指標下第j個方案指標值的比重：

(3)

其中，n代表年份。

(3)熵值ei，公式為：

ei=-k∑pijln(pij)，k=1/ln(n)

(4)

其中,ei為熵值；k>0，ln為自然對數(shù)，ei≥0。

(4)差異系數(shù)gi，熵值越小，指標之間的差異系數(shù)越大，指標就越重要。其公式為：

gi=1-ei

(5)

(5)權(quán)重值wi：

(6)

(6)綜合評價值vj：

(7)

其中,wi為第i個正指標的權(quán)重；Pij為第i個正指標的標準化值；wk為第k個逆指標的權(quán)重；Pkj為第k個逆指標的標準化值。

3.3 可持續(xù)利用障礙診斷

本文對泉州市土地可持續(xù)利用進行綜合評價，不僅通過構(gòu)建指標體系測算土地可持續(xù)利用狀態(tài)，而且更重要在于尋找土地可持續(xù)利用的障礙因子，提出針對土地利用存在問題的具體對策與建議，以達到調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)和優(yōu)化土地空間布局，實現(xiàn)土地高效、集約節(jié)約利用的目的。在此，本文引入“因子貢獻度”“指標偏離度”和“障礙度”判別影響泉州市土地可持續(xù)利用的影響因子[22]。其中，因子貢獻度(Rj)是單個因子對總體目標的影響程度，即單項因素相對總體目標的權(quán)重；指標偏離度(Pj)是單項指標可持續(xù)利用目標的差距，即單一指標因素評估值與100%的差值；障礙度(Aj)是單項因素對可持續(xù)利用綜合水平產(chǎn)生的影響程度，是障礙診斷的最終目標和結(jié)果，公式如下：

(8)

4 泉州市土地資源可持續(xù)利用評價

4.1 土地可持續(xù)利用指標權(quán)重及綜合指數(shù)計算

首先，對泉州市2006—2015年各指標的元數(shù)據(jù)進行標準化處理，排除不同量綱的影響，因為所選指標屬于效益型和成本性型，所以本文數(shù)據(jù)采用正負向極差標準化；其次，在數(shù)據(jù)標準化后，采用熵值法估算指標層的熵值ei；再次，估算指標層的差異系數(shù)gi和權(quán)重wi；最后，得到本文的泉州市土地可持續(xù)利用綜合評價值，分析泉州土地可持續(xù)利用的綜合水平，如圖1。

圖1 2006—2015年泉州市土地可持續(xù)利用綜合評價值

泉州市土地可持續(xù)利用評價中指標的權(quán)重分布比較均勻，最大值是0.0605，最小值是0.0182，表明各指標對土地可持續(xù)利用影響程度相當(dāng)，且由熵值可知，各項評價指標與土地可持續(xù)利用的影響具有較強的相關(guān)性(表1)。在此基礎(chǔ)上，不難看出泉州市土地可持續(xù)利用的經(jīng)濟可持續(xù)性、社會可接受性和生態(tài)可支撐性的評價值以及綜合關(guān)聯(lián)度。

總體上，泉州市土地可持續(xù)利用的綜合評價值呈增加趨勢，由2006年的0.253 0增加到2015年的0.285 8，提高了0.032 8，表明泉州市土地資源利用處于可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)。在社會指標上，土地可持續(xù)水平相對較低，但保持上升態(tài)勢，綜合評價值由2006年的0.102 0上升到2015年0.115 9；在經(jīng)濟指標和生態(tài)指標上，可持續(xù)水平相對較高，呈現(xiàn)波動上升狀態(tài)，經(jīng)濟綜合評價值增加了0.016 9，生態(tài)綜合評價值增加了0.001 9。由此表明，泉州市土地可持續(xù)利用是正態(tài)的、可持續(xù)的，土地利用方式逐步趨于合理化。

4.2 可持續(xù)利用阻礙因子診斷

在對泉州市土地可持續(xù)利用綜合評價基礎(chǔ)上，如何保障土地利用可持續(xù)發(fā)展成了亟待解決的重要問題。因此，為識別土地利用障礙因子，本文通過因子貢獻度、指標偏離度和障礙度識別泉州市2006—2015年土地可持續(xù)利用障礙度。泉州市土地可持續(xù)利用受指標影響的數(shù)量較多，按照障礙度大小，列出了對土地利用可持續(xù)障礙度最大的6個因子，如表2。

表2 泉州市土地資源可持續(xù)利用障礙因素排序

注：障礙因素(Obstacle Factors，OF)；障礙度(Obstacle Degree，OD)

為了更加直觀地探討土地可持續(xù)障礙因子，在表2的基礎(chǔ)上統(tǒng)計2006—2015年泉州市土地可持續(xù)利用障礙因子出現(xiàn)頻次(見表3)。

表3 泉州市土地資源可持續(xù)利用障礙因素出現(xiàn)頻次

由表3可以看出，泉州市土地可持續(xù)利用障礙因素主要有12項。依次為：城鎮(zhèn)恩格爾系數(shù)表明城鎮(zhèn)居民生活質(zhì)量水平不高；城鎮(zhèn)與農(nóng)村人均收入相差懸殊；人口密度較大；工業(yè)粉塵排放量、規(guī)模以上工業(yè)單位增加值能耗變化率、單位GDP能耗變化率、工業(yè)二氧化硫排放量較高，表明粗放型工業(yè)用地，單位面積產(chǎn)值低，投資不到位；已有建成區(qū)綠地面積和國家自然保護區(qū)面積較少，生態(tài)環(huán)境有待改善；社會消費品零售總額反映了居民物質(zhì)文化生活水平不高；醫(yī)療水平較低，萬人擁有醫(yī)生數(shù)較少；人口自然增長率較高。

4.3 土地可持續(xù)利用指標評價

在社會因素方面，泉州市城鎮(zhèn)化率、城鎮(zhèn)人均住房面積和人均道路面積穩(wěn)步增長，加強城市交通和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進了城市居民生活質(zhì)量水平的提升。土地是社會資產(chǎn)的主要生產(chǎn)資料，而人口持續(xù)增長必然不利于人地協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，應(yīng)適當(dāng)調(diào)控人口自然增長率和人口密度，實現(xiàn)土地資源的合理配置和集約節(jié)約利用。

在經(jīng)濟因素方面，社會消費品零售總額作為阻礙因素，反映了居民物質(zhì)文化生活水平不高，而居民收入、人口數(shù)量和消費環(huán)境等因子均可影響社會消費品零售總額。工農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比的增加，給泉州市帶來了更高經(jīng)濟效益，然而，工業(yè)發(fā)展進程中不可避免出現(xiàn)各種環(huán)境污染問題，因此，可以利用自身優(yōu)勢，大力發(fā)展旅游業(yè)、服務(wù)業(yè)等低耗能、污染小的第三產(chǎn)業(yè)，同時優(yōu)化第一產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，利用科技手段提高糧食產(chǎn)量，以降低環(huán)境污染，實現(xiàn)土地可持續(xù)利用。換言之，經(jīng)濟發(fā)展應(yīng)建立在土地承載力閾值內(nèi)發(fā)展綠色可持續(xù)利用路線。

在生態(tài)因素方面，工業(yè)“三廢”排放和綠地覆蓋率是土地可持續(xù)利用居首的障礙因素，表明泉州市的生態(tài)環(huán)境污染嚴重，因此，控制工業(yè)“三廢”排放，加強防污治污技術(shù)和設(shè)備改造，同時繼續(xù)擴大城市園林綠地面積，提高建成區(qū)綠化覆蓋率，倡導(dǎo)綠色工業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)，促使城市建設(shè)向“生態(tài)城市”發(fā)展，以期建設(shè)“美麗泉州”。

5 結(jié) 論

本文從社會可接受性、經(jīng)濟可行性、生態(tài)可支撐性三個角度選取了30個指標因子，構(gòu)建了泉州市土地資源可持續(xù)利用評價指標體系，通過熵值法對泉州市2006—2015年的土地可持續(xù)利用水平進行綜合評價。在此基礎(chǔ)上，引進“障礙度”概念進行定量障礙診斷，針對土地可持續(xù)利用的障礙因素提出具體的對策與建議。

(1)泉州市土地可持續(xù)利用的綜合評價值呈增加趨勢，由2006年的0.253 0增加到2015年的0.285 8，提高了0.032 8。社會指標上，經(jīng)濟可持續(xù)水平相對較低，但保持上升態(tài)勢；經(jīng)濟指標和生態(tài)指標上，可持續(xù)水平相對較高，呈現(xiàn)波動上升狀態(tài)。由此說明泉州市土地可持續(xù)利用是正態(tài)的、可持續(xù)的，土地利用方式逐步趨于合理化。

(2)泉州市土地可持續(xù)利用障礙因素主要有12項：城鎮(zhèn)恩格爾系數(shù)；城鎮(zhèn)與農(nóng)村人均收入相差懸殊；人口密度較大；工業(yè)用地粗放，單位面積產(chǎn)值較低，投資不到位；生態(tài)環(huán)境有待改善；居民物質(zhì)文化生活水平不高；醫(yī)療水平較低，萬人擁有醫(yī)生數(shù)較少；人口自然增長率較高。

(3)社會和經(jīng)濟是促使土地持續(xù)利用水平上升的主要因素。盡管生態(tài)因素不是推動力，但也沒成為制約因素，最終使泉州市可持續(xù)利用水平呈平穩(wěn)上升趨勢。為進一步提高泉州市土地可持續(xù)利用水平，應(yīng)加快社會經(jīng)濟發(fā)展速度，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，加強環(huán)境保護，促使城市建設(shè)向“生態(tài)城市”發(fā)展，以期建設(shè)“美麗泉州”。