基于模糊物元模型的蘭州市高新區(qū)土地集約利用評價

桑 梅，江 晶，吳振華，馬鵬偉，徐文鳳，朱飛飛

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州市自然資源局高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)分局，甘肅 蘭州 730070；3.蘭州市自然資源局安寧分局，甘肅 蘭州 730070）

在區(qū)域城市化和工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程中，開發(fā)區(qū)現(xiàn)已成為城市與工業(yè)化發(fā)展的空間載體，可以說開發(fā)區(qū)的存在和當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展具有密切聯(lián)系。對各地區(qū)而言，開發(fā)區(qū)可極大地促進(jìn)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展[1]，其在土地利用程度和強(qiáng)度上均高于其他區(qū)域，顯示出極強(qiáng)的集聚效應(yīng)[2]。但近年來，在政府發(fā)展經(jīng)濟(jì)和加大招商引資力度過程中，出現(xiàn)了開發(fā)區(qū)盲目批地現(xiàn)象，一味追求園區(qū)面積擴(kuò)張，導(dǎo)致開發(fā)區(qū)內(nèi)部土地利用結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失衡，土地利用面臨嚴(yán)峻的空間和環(huán)境壓力，土地供需矛盾日益突出[3-4]。而開展土地集約利用評價可對開發(fā)區(qū)土地利用狀況進(jìn)行全面調(diào)查，為開發(fā)區(qū)更加合理利用、管理土地和保證土地可持續(xù)利用提供一定方向[5]，為開發(fā)區(qū)擴(kuò)區(qū)升級以及制定提高開發(fā)區(qū)土地集約利用水平的政策提供科學(xué)依據(jù)[6]。

土地集約利用最早由大衛(wèi)·李嘉圖（David Ricardo）等古典政治經(jīng)濟(jì)學(xué)家在地租理論中提出；隨后約翰·馮·杜能（Johan Heinrich von Thunnen）在1826年提出了“農(nóng)業(yè)區(qū)位論”的思想，奧古斯特·廖什（August Losch）在1940年提出了“市場區(qū)位論”，克里斯塔勒（Walter Christaller)在1933年提出了“中心區(qū)位論”等，這在一定程度上顯現(xiàn)出了土地集約利用的思想[7]。國內(nèi)諸多專家學(xué)者在西方早期對于農(nóng)業(yè)利用研究的基礎(chǔ)上，認(rèn)為土地集約利用是在一定的土地面積上提高土地投入，以獲得產(chǎn)出最大化的一種土地開發(fā)利用方式[8]。進(jìn)入21 世紀(jì)以來，我國對于開發(fā)區(qū)土地集約利用評價方法也逐漸多樣化，包括數(shù)據(jù)包絡(luò)模型[9]、BP 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[10]、主成分分析法[11]、DEA 模型[12]、云模型[13]、分層線性模型[14]等。而常見的評價方法多通過綜合分值分等定級確定評價對象的等級水平，因此容易忽視評價指標(biāo)間的信息，以及評價等級的穩(wěn)定性；而模糊物元模型更強(qiáng)調(diào)域的概念，更能說明研究對象是否處于向其他等級轉(zhuǎn)化的狀態(tài)[15]。

本文在深入研究土地集約利用內(nèi)涵及評價工作基本理論觀點的基礎(chǔ)上結(jié)合其他相關(guān)研究成果，對比現(xiàn)有開發(fā)區(qū)土地集約利用評價方法和模型，最終選取模糊物元模型對蘭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)開展實證研究，并輔以多因素綜合評價法進(jìn)行對比驗證，旨在更加合理準(zhǔn)確地評價其土地集約節(jié)約利用水平。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

蘭州高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)（簡稱“蘭州高新區(qū)”）地處甘肅省省會城市蘭州的中心地帶，具有獨特的地理位置和發(fā)展優(yōu)勢，屬于黃河沖擊而成的河谷川地，與黃土高原、青藏高原、內(nèi)蒙古高原交錯匯接，黃河自西向東穿過開發(fā)區(qū)北部。蘭州高新區(qū)是1991年12月國務(wù)院首批設(shè)立的27 家國家級高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)之一。1995年1月，國家科委對其區(qū)域范圍和控制面積進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整，并在2005年與建設(shè)部共同審核之后給予公告，蘭州高新區(qū)新建區(qū)分為西區(qū)和東區(qū)，控規(guī)面積為14.96 km2，其中政策區(qū)面積為4.7 km2[16]。目前，蘭州高新區(qū)主要包括政策區(qū)、西區(qū)（馬灘區(qū)）、東區(qū)（雁灘區(qū)）和發(fā)展方向區(qū)（榆中園區(qū)）四個區(qū)塊。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文選取蘭州高新區(qū)作為實證研究對象，利用模糊物元模型與多因素綜合評價法評價結(jié)果進(jìn)行比較，更加準(zhǔn)確地評價蘭州高新區(qū)土地集約利用水平。蘭州高新區(qū)屬于產(chǎn)城融合型開發(fā)區(qū)，本文主要從主區(qū)和發(fā)展方向區(qū)兩方面進(jìn)行評價，所需指標(biāo)數(shù)據(jù)時間節(jié)點為2021年12月31日，主要數(shù)據(jù)由蘭州市自然資源局高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)分局和高新區(qū)管委會提供。

1.3 物元分析模型

20 世紀(jì)80年代，中國學(xué)者蔡文教授提出了物元分析模型[17]，此模型應(yīng)用范圍較廣，主要目的是用來研究多個不相容因子事物的規(guī)律與方法。土地集約利用是土地粗放利用的相對概念，是一種高效集約可持續(xù)的土地開發(fā)和利用方式；但土地使用形式自身存在模糊特點，加之在其集約化利用評價中，評價內(nèi)容與其使用程度相關(guān)，還涉及土地開發(fā)程度以及投產(chǎn)、監(jiān)管等。由于上述評價指標(biāo)之間互不相容，因此，以物元分析模型對土地的集約化使用水平進(jìn)行評估高度可行。

1.3.1 構(gòu)建模糊物元模型

對土地集約利用程度進(jìn)行物元分析，首先需要構(gòu)建物元模型W=（O，D，Val）；該模型中，O代表不同的土地集約利用對象；D代表不同的土地集約利用對象所具備的特征向量；Val代表不同對象所具備的特征向量所對應(yīng)的值。假設(shè)特征向量值Val所對應(yīng)的是一個區(qū)間，而不是一個具體的值，則具有模糊性。如果土地集約利用對象具備n個不同維度的特征向量D1，D2，D3，…，Dn，以及不同特征向量對應(yīng)的模糊向量值區(qū)間，那么W就是土地集約利用對象的n維模糊物元。由m個土地集約利用對象（O=1，2，…，m）包含的n維物元，組合得到土地集約利用對象的復(fù)合模糊物元Wmn表達(dá)式如下所示：

1.3.2 確定土地集約利用水平的經(jīng)典域及節(jié)域矩陣

土地集約利用水平的經(jīng)典域模糊物元表達(dá)式如下所示：

式中，Woij代表經(jīng)典域模糊物元；Loj表示土地集約利用水平的第j個評價等級；Di表示特征向量i=1，2，…，n；Valoij指第i個特征向量對應(yīng)等級j的區(qū)間范圍（uoij，voij），也就是經(jīng)典域的范圍。

土地集約利用水平的經(jīng)典域復(fù)合模糊物元矩陣的表達(dá)式如下所示：

土地集約利用水平的節(jié)域模糊物元矩陣表示為：

式中，Wp代表土地集約利用水平的節(jié)域模糊物元；Valpi代表土地集約利用水平的節(jié)域模糊物元關(guān)于第i個特征向量Di的范圍區(qū)間（upi，vpi）。

1.3.3 確定土地集約利用水平的關(guān)聯(lián)函數(shù)及關(guān)聯(lián)度

土地集約利用等級的關(guān)聯(lián)度表達(dá)式如下：

式中，F(xiàn)（ci）j為第i項指標(biāo)相對于第j土地集約利用等級的關(guān)聯(lián)度。

式中，ζij（ai，Voij）為點ai與對應(yīng)特征向量有限區(qū)間Voij=[uoij，voij]的距離；ζpi（ai，Vpi）為點ai與對應(yīng)特征向量節(jié)域有限區(qū)間Vpi=[upi，vpi]的距離；|Voij|=|voij-uoij|；ai為待評價土地集約利用模糊物元的量值，Vpi是節(jié)域模糊物元的量值范圍，Voij為經(jīng)典域模糊物元的量值范圍。

1.3.4 計算綜合關(guān)聯(lián)度，確定評價等級

綜合關(guān)聯(lián)度確定土地集約利用水平評價對象To（o=1，2，3，…，m）的集約等級：

式中，F(xiàn)j（To）代表綜合關(guān)聯(lián)度；Wi為各評價指標(biāo)的權(quán)重；f（Di）j代表關(guān)聯(lián)度。由max[f（Di）j]表示土地集約利用等級；由綜合關(guān)聯(lián)度Fj（To）表示評價對象屬于土地集約利用標(biāo)準(zhǔn)等級。如果土地集約利用等級值為正，其取值越大表示該評價對象越穩(wěn)定；取值變小表示該評價對象容易向次等級進(jìn)行轉(zhuǎn)化；當(dāng)兩者之間的數(shù)值更加接近時，這兩者之間實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的可能性就越大。如果等級值為負(fù)，則表示此評價對象不在設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍等級內(nèi)，只是向最大值所對應(yīng)的等級轉(zhuǎn)化。

1.4 指標(biāo)權(quán)重確定

是否實現(xiàn)土地的集約高效利用，應(yīng)通過土地集約利用度分值來體現(xiàn)。得分越高，則表明土地集約利用程度越高；得分越低，則表明土地集約利用程度越低[18]。權(quán)重直接影響每一個因素對于土地集約利用度分值，因此確定指標(biāo)權(quán)重是進(jìn)行綜合評價的重要前置環(huán)節(jié)，也是合理評價土地集約利用的基礎(chǔ)。灰色關(guān)聯(lián)度分析法以發(fā)展趨勢分析樣本，而且對于樣本數(shù)量要求不大，在實際分析中無須借助典型樣本推向一般得出相應(yīng)規(guī)律，以少量計算為前提展開客觀加權(quán)和賦值。使用此方法展開分析的核心要素是對關(guān)聯(lián)度展開計算，按照兩系統(tǒng)內(nèi)關(guān)聯(lián)因素和時間差異，分析不同對象變化過程中存在的關(guān)聯(lián)程度以及度量其大小，確定步驟如下。

1.4.1 構(gòu)建“參考序列”

根據(jù)實際數(shù)據(jù)進(jìn)行矩陣的構(gòu)建，在矩陣中Xnm是指對第n個評價對象實現(xiàn)通過m個指標(biāo)對該對象進(jìn)行評價，根據(jù)實地數(shù)據(jù)構(gòu)建的初始矩陣如下:

1.4.2 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

正向指標(biāo)：

負(fù)向指標(biāo)：

式中：X'ij代表所對應(yīng)的實際標(biāo)準(zhǔn)值，Xij表示所對應(yīng)的原始值；Xjmax代表所對應(yīng)的原始最大值，Xjmin代表所對應(yīng)的原始最小值。

1.4.3 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計算

關(guān)聯(lián)系數(shù)通常用來表示系統(tǒng)發(fā)展的整個過程中各因素影響程度，使用（S，Г）記作關(guān)聯(lián)空間，rij作為子因素xij（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）和母因素（參考序列）x'oj（j=1，2，…，m）的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)則有：

式中：ζ 代表分辨系數(shù)，取值范圍0＜ζ＜1，常取ζ=0.5；mixnmixm|x'oj-x'ij|代表雙層式絕對差值的最小值；maxnmaxm|x'oj-x'ij|表示雙層絕對值的最大值。本文中，x'ij代表標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，i=1，2，…，n；j=1，2，…，m。當(dāng)產(chǎn)生負(fù)向效應(yīng)時，x'oj取最小值為母因素指標(biāo)；當(dāng)產(chǎn)生正向效應(yīng)時，則x'oj取最大值。

1.4.4 灰色關(guān)聯(lián)度計算

計算過程中，將r1j，r2j，…，rnj的指標(biāo)關(guān)聯(lián)度考慮其中，采用下式來反映第j個指標(biāo)在整個指標(biāo)中所占的比重：

1.4.5 權(quán)重確定

1.5 多因素綜合評價法

綜合評價值按照下述公式計算：

公式中：Si代表第i個序列評價對象的綜合指數(shù)，x'ij代表相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，Wj代表相對應(yīng)的指標(biāo)權(quán)重，i代表評價對象具體個數(shù)，j代表指標(biāo)具體個數(shù)。

2 結(jié)果分析

2.1 土地集約利用評價指標(biāo)體系構(gòu)建以及經(jīng)典域和節(jié)域的確定

2.1.1 土地集約利用評價指標(biāo)體系構(gòu)建

為了更準(zhǔn)確地掌握蘭州高新區(qū)土地利用現(xiàn)狀，并與《開發(fā)區(qū)土地集約利用評價規(guī)程》（2014年度試行）（簡稱《規(guī)程》）中的多因素綜合評價法相互驗證，本文從《規(guī)程》中選取產(chǎn)城融合型開發(fā)區(qū)的評價指標(biāo)體系，土地利用程度包括土地供應(yīng)率、土地建成率；土地利用強(qiáng)度包括綜合容積率、建筑密度；綜合用地效益包括綜合地均稅收、人口密度；土地利用監(jiān)管效益包括土地閑置率等。共選取7 個指標(biāo)，構(gòu)建蘭州高新區(qū)土地集約利用評價指標(biāo)體系，并根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度分析法得出權(quán)重值（表1）。

表1 開發(fā)區(qū)土地集約利用評價指標(biāo)體系

2.1.2 土地集約利用經(jīng)典域和節(jié)域的確定

構(gòu)建開發(fā)區(qū)土地集約利用經(jīng)典域Woij和節(jié)域矩陣Wp，可以更加客觀地評價土地集約利用等級。根據(jù)全國各高新區(qū)土地集約利用平均水平、行業(yè)用地標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)區(qū)土地利用相關(guān)政策，秉承節(jié)約用地的原則，參照由國土資源部頒發(fā)的《規(guī)程》[19]標(biāo)準(zhǔn)值等來確定蘭州高新區(qū)土地集約利用的經(jīng)典域，將其劃分為4 個等級：I 級（高度集約）、II 級（中度集約）、III 級（輕度集約）、IV 級（不集約）[20]。

蘭州高新區(qū)主區(qū)和發(fā)展方向區(qū)土地集約利用評價經(jīng)典域及節(jié)域矩陣如下：

2.2 模糊物元評價分析

為進(jìn)一步了解影響開發(fā)區(qū)土地集約利用的主要障礙因子，表2 和表3 分別顯示了蘭州高新區(qū)主區(qū)和發(fā)展方向區(qū)各個評價對象的指標(biāo)關(guān)聯(lián)程度。關(guān)聯(lián)度等級較小，則表明各因子間集中度較高，對土地集約利用的影響較??；反之，等級較大則表明各因子間集中度較低，對土地集約利用的影響較大。

表2 蘭州高新區(qū)主區(qū)土地集約利用評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

表3 蘭州高新區(qū)發(fā)展方向區(qū)土地集約利用評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

蘭州高新區(qū)主區(qū)的土地集約利用各評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度大都處在I 級，說明主區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地集約水平較高，對土地集約利用的影響較小，但人口密度指標(biāo)處在II 級，為中度集約，說明主區(qū)的主要障礙因子為人口因素（表2）。

蘭州高新區(qū)發(fā)展方向區(qū)的障礙因子幾乎包括全部的評價指標(biāo)，其中綜合地均稅收和人口密度的關(guān)聯(lián)度為IV 級（不集約），它們對土地集約利用的影響較大，是最主要的障礙因子（表3）。發(fā)展方向區(qū)位于蘭州主城區(qū)的遠(yuǎn)郊區(qū)，與蘭州主城區(qū)距離較遠(yuǎn)，區(qū)位優(yōu)勢有限，基礎(chǔ)設(shè)施尚不完善，人口密度較低，高新企業(yè)數(shù)量較少，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱。因此，未來一段時間政府應(yīng)該加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度，加大對入駐發(fā)展方向區(qū)的企業(yè)提供更多的優(yōu)惠政策，吸收更多的高新企業(yè)入駐，從而提高集約用地水平。

蘭州高新區(qū)主區(qū)和發(fā)展方向區(qū)土地集約利用綜合關(guān)聯(lián)度和等級呈現(xiàn)出明顯的差異（表4）。蘭州高新區(qū)主區(qū)的集約等級為I 級（高度集約），表明土地集約利用程度較高；而蘭州高新區(qū)發(fā)展方向區(qū)的土地集約等級向II 級（中度集約）轉(zhuǎn)化，說明土地集約利用程度較低，但出現(xiàn)土地集約利用程度向高一級轉(zhuǎn)化的趨勢，后期應(yīng)加大政府政策傾斜，完善基礎(chǔ)設(shè)施配套服務(wù)，從而提升發(fā)展方向區(qū)的土地集約利用程度，并進(jìn)一步向高度集約等級轉(zhuǎn)化。

表4 蘭州高新區(qū)主區(qū)和發(fā)展方向區(qū)土地集約利用物元分析結(jié)果對比

2.3 多因素綜合評價分析

計算不同評價對象在不同指標(biāo)上的標(biāo)準(zhǔn)化值，結(jié)合主區(qū)和發(fā)展方向區(qū)的權(quán)重因子，可以得到主區(qū)和發(fā)展方向區(qū)的綜合評價結(jié)果（表5，表6）。

表5 蘭州高新區(qū)主區(qū)土地集約利用多因素綜合評價結(jié)果

表6 蘭州高新區(qū)發(fā)展方向區(qū)土地集約利用多因素綜合評價結(jié)果

根據(jù)各開發(fā)區(qū)土地集約利用情況，土地利用集約度綜合評價分值高于0.8，為集約利用水平；分值介于0.6～0.8，為適度利用水平；低于0.6 為低度利用水平。蘭州市高新區(qū)主區(qū)土地集約利用綜合評價分值為0.89（表5），表明主區(qū)土地集約化水平較高，土地集約利用等級為集約利用。

蘭州高新區(qū)發(fā)展方向區(qū)的綜合得分為0.65（表6），其分值介于0.6～0.8，表明發(fā)展方向區(qū)土地集約利用等級為適度利用水平。蘭州高新區(qū)主區(qū)和發(fā)展方向區(qū)綜合評價結(jié)果存在很大的差距，其主要原因是開發(fā)區(qū)區(qū)域間發(fā)展的不平衡。綜上所述，由模糊物元評價分析和多因素綜合評價分析對比可知，蘭州高新區(qū)主區(qū)和發(fā)展方向區(qū)的分析評價結(jié)果基本一致。

3 結(jié)束語

3.1 結(jié)論

本文運用模糊物元分析法對蘭州高新區(qū)土地集約利用水平進(jìn)行評價，與多因素綜合評價法相互驗證分析，得出以下結(jié)論。

蘭州高新區(qū)主區(qū)和發(fā)展方向區(qū)土地利用的集約等級差異明顯，主區(qū)土地利用的集約等級明顯高于發(fā)展方向區(qū)。蘭州高新區(qū)主區(qū)的土地集約利用級別為“高度集約”，發(fā)展方向區(qū)為“中度集約”。

蘭州高新區(qū)主區(qū)與發(fā)展方向區(qū)的集約用地主要限制因子有所不同。蘭州高新區(qū)主區(qū)的主要障礙因子為人口因素，發(fā)展方向區(qū)土地集約利用中人口密度和綜合地均稅收為最主要的障礙因子。

兩種方法的評價結(jié)果基本相同，但是仍存在一定的差異，模糊物元模型能更好地反映單項指標(biāo)的集約等級，以及隸屬等級的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)化趨勢，它反映的信息相比于多因素綜合評價法更為豐富，更適用于土地集約利用評價。

3.2 討論

由以上分析可見，開發(fā)區(qū)的土地集約利用程度是存在區(qū)域差異的，開發(fā)區(qū)用地存在的問題主要是由各區(qū)域間發(fā)展不平衡導(dǎo)致的。蘭州高新區(qū)主區(qū)土地集約利用程度較高，但在后續(xù)的發(fā)展中其用地效益和用地結(jié)構(gòu)仍有待提高；而發(fā)展方向區(qū)則要根據(jù)其實地情況，綜合衡量區(qū)位優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平從而制定發(fā)展政策，最大程度地發(fā)揮土地價值。人口密度較低、經(jīng)濟(jì)發(fā)展薄弱是蘭州高新區(qū)發(fā)展的主要障礙因子，在以后的發(fā)展中要根據(jù)實際情況吸引更多人才落戶，吸收更多的高新企業(yè)入駐。此外，還要加強(qiáng)開發(fā)區(qū)用地規(guī)劃及管控，加強(qiáng)開發(fā)區(qū)土地規(guī)劃保障協(xié)調(diào)制度，進(jìn)一步提高集約用地水平，促進(jìn)高新區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。

本文在物元分析模型的基礎(chǔ)上對開發(fā)區(qū)的土地集約利用程度評價的過程中，模糊經(jīng)典域和節(jié)域是需要根據(jù)其得分值并參考相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來確定的，而相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)僅是標(biāo)準(zhǔn)等級值，并不是標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間，這就使得經(jīng)典域和節(jié)域值的確定存在一定的主觀性。因此未來在對開發(fā)區(qū)土地集約利用評價中，評價指標(biāo)的選擇、經(jīng)典域和節(jié)域的界定問題還需要進(jìn)行進(jìn)一步探討，從而來完善其評價體系。此外，本文以2021年12月31日為時間節(jié)點對蘭州市高新區(qū)主區(qū)和發(fā)展方向區(qū)土地集約利用狀況進(jìn)行評價，并未選擇不同級別和不同產(chǎn)業(yè)類型的開發(fā)區(qū)，因而不能更好地反映區(qū)域差異對土地集約利用程度的影響，因此在以后的研究中應(yīng)當(dāng)拓寬開發(fā)區(qū)的評價范圍，從而更精準(zhǔn)地了解不同開發(fā)區(qū)土地集約利用程度在區(qū)域間存在的差異，合理確定開發(fā)區(qū)未來發(fā)展的空間布局，提高其產(chǎn)業(yè)用地活力。