基于熵權(quán)法的土地多功能利用評(píng)價(jià)

張蕾 齊偉 杜騰飛

摘要：土地多功能利用是當(dāng)前我國土地利用效率提升及生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的客觀要求，進(jìn)行土地多功能利用評(píng)價(jià)是其基礎(chǔ)工作。進(jìn)而提出一個(gè)新的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，并基于“生產(chǎn)—生活—生態(tài)”功能視角，結(jié)合熵權(quán)法、三角模型和耦合協(xié)調(diào)度模型進(jìn)行土地多功能利用評(píng)估，以山東省淄博市為研究對(duì)象，選取指標(biāo)建立土地利用多功能分類體系。結(jié)果表明，淄博市的3個(gè)功能指數(shù)在2000—2015年總體呈上升趨勢(shì)，但生態(tài)功能曲線的上升趨勢(shì)慢于生產(chǎn)功能和生活功能的曲線趨勢(shì)，說明淄博市在土地利用中對(duì)于生態(tài)環(huán)境關(guān)注較少;2000—2015年淄博市土地利用功能從無序變化轉(zhuǎn)化為有序變化，土地利用水平逐漸增高，土地利用沖突性變小;通過在時(shí)間角度耦合協(xié)調(diào)度的分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)淄博市土地利用功能發(fā)展還處于磨合階段，在未來的發(fā)展過程中還須要協(xié)調(diào)改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：熵權(quán)法;三生空間;三角模型;耦合協(xié)調(diào)度;土地多功能利用

中圖分類號(hào)： F321.1 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）03-0031-05

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張，土地利用不合理導(dǎo)致的生態(tài)環(huán)境問題日益突出，在當(dāng)前大環(huán)境下，黨的十九大報(bào)告提出必須樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，建設(shè)生態(tài)文明才是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計(jì)。要堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策，堅(jiān)定走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、 生態(tài)良好的文明發(fā)展道路。這也為研究土地利用功能化提供了新的視角，本研究基于生活、生產(chǎn)、生態(tài)3個(gè)方面綜合分析土地利用功能，為解決區(qū)域發(fā)展與土地利用問題提供了新的思路。土地利用是土地功能多樣化的過程[1]，目前土地多功能利用評(píng)價(jià)研究成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)問題，如何權(quán)衡土地的各種功能，使有限土地資源得到合理、高效利用，成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[2]。多功能性的概念源自農(nóng)業(yè)部門[3]，隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的形成與發(fā)展，多功能性的內(nèi)涵逐漸由農(nóng)業(yè)部門擴(kuò)展到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域，成為評(píng)估社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要手段[4]。土地利用多功能性是指特定區(qū)域不同土地利用類型相互作用下呈現(xiàn)出的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等綜合性功能狀態(tài)，是評(píng)價(jià)土地利用變化對(duì)其功能影響的重要概念和方法體系[5-6]。國內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)多功能性研究體系逐漸完善但有所差異[7-10]，國際上土地多功能利用的研究較早，2003年就引入了“多功能土地利用”詞匯[11]。國外學(xué)術(shù)界由最初的農(nóng)業(yè)多功能性概念逐漸向農(nóng)業(yè)多功能性理論體系[4，12]、多功能景觀發(fā)展[13]，并逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橥恋乩枚鄻有约吧鐣?huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)研究[14-15]，進(jìn)而探究區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)的綜合發(fā)展;而國內(nèi)則針對(duì)農(nóng)業(yè)及耕地多功能性的概念及理論框架[16]、土地多功能性評(píng)價(jià)[17]、土地多功能性理論體系[18]等對(duì)土地多功能利用開展研究，逐漸轉(zhuǎn)向土地利用與生態(tài)環(huán)境功能的協(xié)調(diào)發(fā)展及綜合利用與保護(hù)，已有研究主要從全國[19-20]、省域[21]等尺度開展靜態(tài)分析以表征土地利用功能的多樣性。本研究通過構(gòu)建土地多功能評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，引入三角模型測(cè)度土地多功能性[22-24]。該模型簡(jiǎn)單直觀，僅須確定與決策相關(guān)指標(biāo)的上限、下限和臨界值，能有效克服傳統(tǒng)主觀判斷權(quán)重的不足，且能夠很好地圖解綜合狀況及趨勢(shì)[25]。由于具有直觀性和簡(jiǎn)明性，易于被不同層次的學(xué)者和政策制定者理解和應(yīng)用[26]。本研究在時(shí)間尺度上分析山東省淄博市2010—2016年在生產(chǎn)、生態(tài)、生活等3個(gè)空間[26-29]的土地利用功能的變化、功能不足及制約因素，旨在探索具有評(píng)價(jià)、問題診斷和政策指導(dǎo)一體的土地多功能評(píng)價(jià)技術(shù)與方法，進(jìn)而為研究國土資源可持續(xù)發(fā)展提供理論借鑒。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

淄博市位于35°55′20″～37°17′14″N、117°32′15″～118°31′00″E，是溝通中原地區(qū)和山東半島的咽喉要道，為山東省重要的交通樞紐城市。淄博市下轄5區(qū)3縣，市域面積為5 965 km2，占山東省總面積的3.8%。淄博市擁有優(yōu)越的地理位置、便捷通達(dá)的交通廊道、敏捷通暢的信息網(wǎng)絡(luò)、雄厚的工業(yè)基礎(chǔ)、門類齊全的工業(yè)結(jié)構(gòu)和雄厚的技術(shù)力量、充滿生機(jī)的貿(mào)易市場(chǎng)和四通八達(dá)的現(xiàn)代物流及豐富的旅游資源等，具有得天獨(dú)厚的開放條件，承接輻射、參與競(jìng)爭(zhēng)將面臨重大發(fā)展機(jī)遇。淄博市作為典型的工業(yè)城市，土地資源短缺、水資源嚴(yán)重缺乏、保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境任務(wù)艱巨、建設(shè)用地利用較粗放等也會(huì)制約淄博市的發(fā)展。

本研究數(shù)據(jù)大多直接來源于2000—2015年的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)或根據(jù)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)換算得到，其中土地面積、糧食產(chǎn)量、GDP 等數(shù)據(jù)主要來自《淄博市統(tǒng)計(jì)年鑒》，而耕地、林地、園地、建設(shè)用地等與土地利用相關(guān)的數(shù)據(jù)來自淄博市2000—2015年的土地變更統(tǒng)計(jì)資料。生態(tài)和環(huán)境數(shù)據(jù)主要來自淄博市2000—2015年的環(huán)境狀況公報(bào)。

1.2 指標(biāo)體系選取

本研究基于生產(chǎn)、生活和生態(tài)功能及其土地利用系統(tǒng)的相互關(guān)系，提出一種新的土地利用系統(tǒng)評(píng)估概念指標(biāo)體系。具體而言，在個(gè)體土地利用功能指數(shù)的權(quán)重計(jì)算中使用熵權(quán)法，利用三角模型來描述3種土地利用功能之間相互關(guān)系的時(shí)間演變，并使用耦合協(xié)調(diào)度模型進(jìn)一步用于提供3種土地利用功能之間耦合協(xié)調(diào)關(guān)系的定量分析。根據(jù)數(shù)據(jù)的可獲得性及相關(guān)性，選擇25個(gè)基本水平指標(biāo)來評(píng)估淄博市的土地利用多功能[20，24，29]（表1）。

1.3 權(quán)法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重和土地利用功能指數(shù)

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用功能的變化

對(duì)淄博市土地利用多功能化的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行原始數(shù)據(jù)處理，并用熵權(quán)法確定權(quán)重，計(jì)算出2000—2015年各項(xiàng)指數(shù)值，根據(jù)計(jì)算結(jié)果作圖1，結(jié)合圖1分析以反映2000—2015年各項(xiàng)指數(shù)的變化情況。由圖1可知淄博市的生產(chǎn)、生活、生態(tài)等3個(gè)功能指數(shù)在2000—2015年的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)：（1）生活功能指數(shù)（LFI）總體呈上升趨勢(shì)。從2000年的0.11上升到2015年的0.69，說明淄博市在2000—2015年城市生活居住功能日趨完善，社會(huì)保障功能、文化教育及娛樂功能都得到了良好的發(fā)展。（2）生態(tài)功能指數(shù)（EFI）所處范圍變化不大，但是總體指標(biāo)數(shù)偏低。在2004、2009、2012年有下降趨勢(shì)，說明淄博市在對(duì)土地利用的過程中造成了生態(tài)環(huán)境的較大變化，且缺乏生態(tài)保護(hù)意識(shí)，在資源安全和生態(tài)平衡方面還須要多加關(guān)注。2012—2015年該指數(shù)值開始呈明顯上升趨勢(shì)， 說明淄博市開始重視土地利用生態(tài)功能的發(fā)展。（3）生產(chǎn)功能指數(shù)（PFI）一直呈明顯上升趨勢(shì)。2000—2003年增長(zhǎng)趨

勢(shì)較快，2004—2011年趨于平穩(wěn)增長(zhǎng)狀態(tài)，2012—2015年指數(shù)增長(zhǎng)速度加快，說明淄博市這些年土地生產(chǎn)功能得到良好的利用。通過整體發(fā)展趨勢(shì)說明淄博市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)以及交通運(yùn)輸業(yè)發(fā)展良好，生產(chǎn)功能良好態(tài)勢(shì)的發(fā)展同時(shí)也帶動(dòng)了淄博市經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步增長(zhǎng)。淄博市的3個(gè)功能指數(shù)在2000—2015年總體呈上升趨勢(shì)。生態(tài)功能曲線的上升趨勢(shì)慢于生產(chǎn)和生活功能的曲線趨勢(shì)，說明淄博市在土地利用中對(duì)于生態(tài)平衡的關(guān)注較少。2000—2003年生產(chǎn)功能﹥生活功能﹥生態(tài)功能;2003年以后生產(chǎn)功能和生活功能都得到快速增長(zhǎng)，生態(tài)功能指數(shù)雖有增長(zhǎng)，但總體變化趨勢(shì)小。

2.2 土地利用多功能化的現(xiàn)狀與趨勢(shì)

由圖2可知，淄博市的土地多功能利用水平經(jīng)歷了低級(jí)、較中級(jí)、中級(jí)、較高級(jí)水平4個(gè)階段。從第一階段可以看出，2000—2004年淄博市整體的土地利用多功能化水平較低，該階段生活功能指數(shù)值為0.13，非生態(tài)功能指數(shù)和非生產(chǎn)功能指數(shù)在0～0.8之間;第二階段顯示，土地利用多功能化呈總體上升趨勢(shì)，但在2005—2010年依然處于較中級(jí)水平;在第三階段，2011—2013年淄博市土地多功能利用狀態(tài)持續(xù)增加至中級(jí)水平;在第四階段，2014—2015年逐步達(dá)到較高級(jí)階段，未來增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。說明淄博市的土地利用功能從單一功能轉(zhuǎn)變?yōu)槎喙δ?，同時(shí)說明政府在保持經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)也協(xié)調(diào)了自然環(huán)境并提高了居民的生活質(zhì)量。由圖2還可知，當(dāng)從低級(jí)別轉(zhuǎn)換到中間級(jí)別時(shí)，土地利用多功能化的演變軌跡顯著變化，2000—2015年淄博市土地多功能利用水平的演變從無序模式轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蚰Ｊ?，并逐漸規(guī)律起來。

2.3 土地利用功能間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系

由圖3可知，在時(shí)間緯度上土地利用的沖突與協(xié)調(diào)過程，耦合協(xié)調(diào)度（D）的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)在2000—2002年處于前期不穩(wěn)定變化，中期變化趨于穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，2012年以后增長(zhǎng)速度加快。耦合度（C）在2000—2002年呈大幅增長(zhǎng)趨勢(shì)，2003—2009年趨于平穩(wěn)，2010—2014年出現(xiàn)波動(dòng)，整體呈下降趨勢(shì)，在2014年以后又趨于平穩(wěn)。

土地利用功能之間的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系結(jié)合表3分析可以分為以下3個(gè)階段：第一階段（2000—2008年），土地利用功能的耦合協(xié)調(diào)度從較高沖突區(qū)轉(zhuǎn)移到中間沖突區(qū)。在此期間，土地利用功能處于較低的耦合發(fā)展?fàn)顟B(tài)。第二階段（2009—2012年），土地利用功能的耦合協(xié)調(diào)程度繼續(xù)從中間沖突區(qū)轉(zhuǎn)移到下沖突區(qū)，但速度相對(duì)較慢。在此期間，土地利用功能進(jìn)入對(duì)抗性發(fā)展的狀態(tài)。第三階段（2013—2015年），土地利用功能的耦合協(xié)調(diào)度從下沖突區(qū)向中間平衡區(qū)轉(zhuǎn)移，并逐漸趨向平穩(wěn)發(fā)展階段，土地利用功能處于磨合發(fā)展?fàn)顟B(tài)，目前還沒有達(dá)到很高的耦合階段。

3 結(jié)論

本研究以淄博市為研究區(qū)，采用熵權(quán)法、三角模型和耦合協(xié)調(diào)度模型對(duì)土地利用多功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析土地之間的關(guān)系。通過選取指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，揭示淄博市的土地利用多功能在近十幾年快速城市化進(jìn)程中的變化過程。從方法論的角度來看，所提出的利用熵權(quán)法、三角模型和耦合協(xié)調(diào)度模型的概念體系，已被證明是評(píng)估土地利用多功能化水平的有效工具。特定指標(biāo)系統(tǒng)的使用可以幫助人們更深入地了解土地利用子功能及其在土地利用系統(tǒng)中的關(guān)系。

淄博市土地利用多功能化及其時(shí)空演變是個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，2000—2015年淄博市土地利用功能從無序變化轉(zhuǎn)化為有序變化。淄博市的土地利用水平逐漸增高，土地利用沖突性變小，盡管有時(shí)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。本研究也可以為未來淄博市在生產(chǎn)、生活、生態(tài)等3個(gè)方面進(jìn)行土地利用發(fā)展時(shí)提供參考。通過在時(shí)間角度耦合協(xié)調(diào)度的分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)淄博市土地利用功能發(fā)展還處于磨合階段，耦合協(xié)調(diào)度不是很高，在未來發(fā)展的過程中還須要協(xié)調(diào)改進(jìn)。

淄博市是一個(gè)歷史較悠久的、以資源開發(fā)和制造業(yè)為主的工業(yè)城市，目前已經(jīng)形成了現(xiàn)代化工業(yè)體系，通過生態(tài)分析發(fā)現(xiàn)淄博市整體生態(tài)環(huán)境破壞較嚴(yán)重，因此更應(yīng)該注重工業(yè)環(huán)境治理和生態(tài)建設(shè)，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)、生活空間?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)和綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展給自然山水風(fēng)景增添了無限的生機(jī)和活力，形成了觀光農(nóng)業(yè)的亮麗風(fēng)景線。在未來城市發(fā)展中可適當(dāng)增加旅游風(fēng)景名勝設(shè)施用地，利用豐富的歷史文化資源和觀光農(nóng)業(yè)資源發(fā)展旅游業(yè)，通過拉動(dòng)第三產(chǎn)業(yè)提升城市活力。淄博市地處山東省中部，是連接?xùn)|部開放和西部開發(fā)的交通樞紐，可以合理布局、區(qū)縣（市）協(xié)作、整合市場(chǎng)，形成規(guī)模大、效益高、覆蓋面廣的物流中心，促進(jìn)城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]謝高地，魯春霞，甄 霖，等. 區(qū)域空間功能分區(qū)的目標(biāo)、進(jìn)展與方法[J]. 地理研究，2009，28（3）：561-570.

[2]OSullivan L，Creamer R E，F(xiàn)ealy R，et al.Functional land management for managing soil functions：a case study of the tradeoff between primary productivity and carb on storage in response to the intervention of drainage systems in Ireland[J]. Land Use Policy，2015，47：42-54.

[3]甄 霖，魏云潔，謝高地，等. 中國土地利用多功能性動(dòng)態(tài)的區(qū)域分析[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2010，30（24）：6749-6761.

[4]喻 鋒. 歐洲城市土地多功能集約利用簡(jiǎn)介及啟示[J]. 國土資源情報(bào)，2010（3）：34-36.

[5]于少康，李統(tǒng)華. 國土空間規(guī)劃體系的重構(gòu)[J]. 中國土地，2018（10）：18-20.

[6]劉繼來，劉彥隨，李裕瑞. 中國“三生空間”分類評(píng)價(jià)與時(shí)空格局分析[J]. 地理學(xué)報(bào)，2017，72（7）：1290-1304.

[7]Sun X Z，Lu C X.Major problems and countermeasures for the establishment of ecological compensation systems for national key ecological function areas[J]. Journal of Resources and Ecology，2015，6（6）：363-368.

[8]孫新章.新中國 60 年來農(nóng)業(yè)多功能性演變的研究[J]. 中國人口·資源與環(huán)境，2010，20（1）：71-75.

[9]陳秋珍，Sumelius J.國內(nèi)外農(nóng)業(yè)多功能性研究文獻(xiàn)綜述[J]. 中國農(nóng)村觀察，2007（3）：71-79，81.

[10]彭 建，杜悅悅，劉焱序，等. 從自然區(qū)劃、土地變化到景觀服務(wù)：發(fā)展中的中國綜合自然地理學(xué)[J]. 地理研究，2017，36（10）：1819-1833.

[11]Vereijken P H. Transition to multifunctional land use and agriculture[J]. Wageningen Journal of Life Sciences，2003，50（2）：171-179.

[12]Tipraqsa P，Craswell E T，Noble A D，et al. Resource integration for multiple benefits：multifunctionality of integrated farming systems in Northeast Thailand[J]. Agricultural Systems，2007，94（3）：694-703.

[13]Groot R D.Function-analysis and valuation as a tool to assess land use conflicts in planning for sustainable，multi-functional landscapes[J]. Landscape and Urban Planning，2006，75（3/4）：175-186.

[14]Schosser B，Helming K，Wiggering H.Assessing land use change impacts-a comparison of the SENSOR land use function approach with other frameworks[J]. Journal of Land Use Science，2010，5（2）：159-178.

[15]Verburg P H，Mertz O，Erb K H，et al.Land system change and food security：towards multi-scale land system solutions[J]. Current Opinion in Environmental Sustainability，2013，5（5）：494-502.

[16]彭 建，劉志聰，劉焱序. 農(nóng)業(yè)多功能性評(píng)價(jià)研究進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2014，35（6）：1-8.

[17]張曉平，朱道林，許祖學(xué). 西藏土地利用多功能性評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30（6）：185-194.

[18]劉 超，許月卿，劉焱序，等. 基于系統(tǒng)論的土地利用多功能分類及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，54（1）：181-188.

[19]王國恩，汪文婷，周 恒. 城市基本生態(tài)控制區(qū)規(guī)劃控制方法——以廣州市為例[J]. 城市規(guī)劃學(xué)刊，2014（2）：73-79.

[20]李雪濤，王 童. 土地集約利用與新型城鎮(zhèn)化測(cè)度及耦合協(xié)調(diào)研究——以中國大陸31個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）為例[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（18）：310-316.

[21]張路路，鄭新奇，蔡玉梅，等. 基于全排列多邊形圖示指標(biāo)法的湖南省土地多功能性評(píng)價(jià)[J]. 水土保持研究，2016，23（5）：298-303，309.

[22] Zhou D，Xu J，Lin Z.Conflict or coordination？Assessing land use multi-functionalization using production-living-ecology analysis[J]. Science of the Total Environment，2017，577：136-147.

[23]張小虎，張合兵，趙素霞，等. 基于三角模型河南省耕地集約利用趨勢(shì)及時(shí)空分異[J]. 土壤通報(bào)，2013，44（2）：277-283.

[24]姚 嵐，吳次芳，呂添貴，等. 基于三角模型的喀斯特地區(qū)土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（14）：246-254.

[25]楊 浩，張 輝，王少彬. 土地利用/覆蓋和植被蓋度時(shí)空格局變化對(duì)城市群熱環(huán)境的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（16）：208-213.

[26]金 貴，鄧祥征，張 倩，等. 武漢城市圈國土空間綜合功能分區(qū)[J]. 地理研究，2017，36（3）：541-552.

[27]隋菲菲，齊 偉，駱洪義，等. 城市農(nóng)業(yè)發(fā)展驅(qū)動(dòng)力篩選和驅(qū)動(dòng)機(jī)制定量分析——以濰坊市為例[J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào)，2016，33（2）：107-113.

[28]黃河?xùn)|，李 東. 中國城市群城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)關(guān)系評(píng)價(jià)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（21）：268-272.

[29]黃金川，林浩曦，漆瀟瀟.面向國土空間優(yōu)化的三生空間研究進(jìn)展[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展，2017，36（3）：378-391.