基于PSR模型和熵權(quán)法的南寧市城市土地集約利用評價

韋蘇蓉, 韋燕飛, 童新華

(1.南寧師范大學(xué) 自然資源與測繪學(xué)院, 南寧 530100; 2.南寧師范大學(xué) 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院, 南寧 530100)

土地是我們?nèi)祟惿畹幕据d體,為人類提供物質(zhì)基礎(chǔ),也是我們發(fā)展的基本前提[1]。隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,城市化進(jìn)程不斷加快,城市土地的供給與需求問題成為社會發(fā)展的一個重要問題之一,如何優(yōu)化土地資源,提高土地利用率,已經(jīng)成為新城發(fā)展中的一個重要問題[2]。城市擴(kuò)張,越來越多的農(nóng)村人口在城市定居,使得城市建設(shè)不斷向外擴(kuò)張,導(dǎo)致耕地面積逐漸減少,在城市擴(kuò)張的過程中不僅要保證基本農(nóng)田不減少,還要提高城市建設(shè)用地的集約利用效率,這是土地問題的關(guān)鍵[3]。集約利用管理是城市土地管理的核心之一,土集約利用的核心內(nèi)容是土地集約利用評價,加強(qiáng)對城市土地的集約利用評價,對促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展有重要意義[4-5]。

國外研究土地集約利用的模型和方法有許多,在土地利用領(lǐng)域的研究處于前沿[6]。但是在研究城市集約利用評價時的許多方法與模型并不適用于中國的城市研究。國內(nèi)許多學(xué)者在土地集約利用進(jìn)行研究,并建立了一系列的評價模型,如范麗娟和田廣星[7]基于模糊綜合評價法,從土地投入水平、土地利用程度和土地利用效率3個方面對銀川市土地集約利用進(jìn)行研究,得出銀川市土地利用集約程度為較集約水平;魏源和劉淑英[8]運(yùn)用多因素綜合評價、特爾菲法和模糊綜合評價方法,對蘭州高新區(qū)土地集約利用程度進(jìn)行研究,得出高新區(qū)土地集約利用水平為集約利用,并提出土地集約利用水平應(yīng)從改善用地結(jié)構(gòu)和提高土地利用強(qiáng)度兩方面入手;王榮華等[9]基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,對臨沂市土地利用集約狀況進(jìn)行預(yù)測,得出臨沂市土地利用集約度逐漸向好發(fā)展的結(jié)論;曹靖文等[10]、吳儒練和李洪義[11]、李立等[12]運(yùn)用PSR模型,對城市土地集約利用進(jìn)行研究;王向東等[13]基于技術(shù)效率測度,對京津冀城市土地集約利用潛力進(jìn)行研究,為城市土地集約利用實踐與管理提供科學(xué)指導(dǎo);程歆等[14]運(yùn)用夜間燈光遙感數(shù)據(jù)對城市土地集約利用進(jìn)行評價,對江蘇省不同發(fā)展水平的城市分別進(jìn)行基于滯后項系數(shù)的燈光與存量用地和新增用地之間的制約關(guān)系分析,研究結(jié)果表明該模型能較好地反應(yīng)曾是利用水平,為中國城市化過程中的土地集約利用評價方法提供參考。不同的學(xué)者在進(jìn)行土地集約利用評價時所運(yùn)用的模型和采取的評價指標(biāo)不同,但是目前我國也沒有統(tǒng)一的評價指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)。基于不同學(xué)者的研究和數(shù)據(jù)的可獲取行,本文選取南寧市作為研究對象,選用PSR模型構(gòu)建土地集約利用評價指標(biāo)體系,分析南寧市土地利用集約水平,以期為提高南寧市土地集約利用水平提供一定的參考依據(jù)。

1 研究對象及研究區(qū)概況

南寧市位于廣西壯族自治區(qū)的南部,位于東經(jīng)107°45′～108°51′,北緯22°13′～23°32′,全市總面積為22 099 km2,2022年南寧市常住人口為874.16萬人,城鎮(zhèn)人口為616.4萬人,地區(qū)生產(chǎn)總值為5 218.34億元。南寧市是廣西的首府,是廣西的政治、經(jīng)濟(jì)、文化和教育中心,是中國重要的交通樞紐地區(qū),是北部灣城市群的核心城市,是珠江-西江經(jīng)濟(jì)帶的核心城市,也是中國-東盟博覽會永久舉辦地,南寧市地理位置如圖1所示。

圖1 南寧市位置示意圖

2 數(shù)據(jù)來源

本文的數(shù)據(jù)主要涉及南寧市的人口、社會經(jīng)濟(jì)等數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)主要來自2012—2021年《廣西統(tǒng)計年鑒》《南寧市統(tǒng)計年鑒》以及相應(yīng)的統(tǒng)計公報。

3 研究方法

3.1 指標(biāo)體系的確定

PSR模型是由經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)共同提出的,用于評價人類與自然資源之間的關(guān)系[7]。模型中P指的是土地資源受到的外界給予的壓力,S是土地資源的變化情況,R是人類為改善不良環(huán)境而采取的措施。南寧市土地集約利用的過程是一個復(fù)雜且動態(tài)的過程,受到社會環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境、政治環(huán)境、自然環(huán)境等多方面的影響,保證評價結(jié)果的系統(tǒng)性、全面性、科學(xué)性和客觀性。借鑒有關(guān)學(xué)者的研究成果,選取的壓力指標(biāo)為人口密度、建設(shè)用地增長率、人口與用地增長彈性系數(shù)、建設(shè)用地與GDP增長彈性系數(shù)、建成區(qū)綠地覆蓋率;狀態(tài)指標(biāo)為人均耕地面積、人均建設(shè)用地、人均道路面積、人均地方財政收入、地均GDP、地均第二、三產(chǎn)業(yè)的GDP、地均社會消費(fèi)品零售額、人均公園綠地面積;響應(yīng)指標(biāo)為地均固定資產(chǎn)投入、市垃圾無害化處理率、污水處理率,共16項指標(biāo)(表1)。

表1 地集約利用評價指標(biāo)體系

3.3 標(biāo)準(zhǔn)化

根據(jù)指標(biāo)對土地集約利用的影響,可將指標(biāo)分為正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo),為了消除由于指標(biāo)單位不同的影響,使各數(shù)據(jù)具有可比性,去除指標(biāo)之間的量綱差異,采用標(biāo)準(zhǔn)化公式如下。

正向指標(biāo):

(1)

負(fù)向指標(biāo):

(2)

式中:X′ij為數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值;Xij為第i個年份第j項評價指標(biāo)的原始數(shù)值;minXj和maxXj分別為所有年份中第j項評價指標(biāo)的最小值和最大值[7]。

3.4 熵值法確定指標(biāo)權(quán)重

利用熵值法對16個指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計算,計算公式如下。

計算標(biāo)準(zhǔn)化后第i年第j項指標(biāo)的占比Yij為

(3)

計算指標(biāo)信息熵為

(4)

計算信息熵冗余度為

dj=1-ej

(5)

計算指標(biāo)權(quán)重為

(6)

式中:k=1/lnm,m為評價年數(shù),n為指標(biāo)數(shù)。

計算得到的評價指標(biāo)體系各指標(biāo)層及準(zhǔn)則層權(quán)重值如表2所示。

表2 南寧市土地集約利用指標(biāo)層與準(zhǔn)則層權(quán)重

3.5 綜合評價模型

土地集約利用評價是壓力系統(tǒng)、狀態(tài)系統(tǒng)、響應(yīng)系統(tǒng)三個子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合計算得來的,計算公式如下。

(6)

式中:F為城市土地集約利用的綜合情況;WP為壓力指標(biāo)的權(quán)重;WS為狀態(tài)指標(biāo)的權(quán)重;WR為響應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重;Pi、ωi分別為壓力指標(biāo)中各單項指標(biāo)的權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)化值;Pj、ωj分別為狀態(tài)指標(biāo)各單項指標(biāo)的權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)化值;Pk、ωk分別為響應(yīng)指標(biāo)各單項指標(biāo)的權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)化值。

4 評價結(jié)果分析

采用熵權(quán)法對南寧市土地集約利用進(jìn)行評價,得出2012—2021年南寧市城市土地集約利用評價結(jié)果(表3)及其變化趨勢(圖2)。

表3 南寧市土地集約利用評價結(jié)果

圖2 南寧市土地集約利用綜合評價及各子系統(tǒng)評價結(jié)果變化

4.1 土地壓力狀況分析

如圖3所示,2012—2015年南寧市土地壓力下降,其原因在于期間城鎮(zhèn)人口建設(shè)用地與GDP增長彈性系數(shù)和建設(shè)用地增長率快速下降,導(dǎo)致土地壓力指標(biāo)下降。2016—2017土地壓力上升,主要是除了人口密度,其他各指標(biāo)均上升,導(dǎo)致土地整體壓力指標(biāo)升高。2017—2020年,南寧市土地壓力相對較平穩(wěn),原因主要是由于建設(shè)用地增長率、人口與用地增長彈性系數(shù)相對較平穩(wěn),所以土地壓力相平穩(wěn)。2020—2021年土地壓力上升,主要是建設(shè)用地與GDP增長彈性系數(shù)增長幅度較大,所以土地利用狀態(tài)上升。從總體上看南寧市2012—2021年土地壓力處于先下降后上升的趨勢,可以看得出來南寧市對人口的吸引逐漸增大,城鎮(zhèn)人口總數(shù)由2012年的401.62萬人增加到2021年的616.40萬人,GDP總量也在不斷上升,2012年南寧市GDP總量為 2 503.18億元,2021年南寧市GDP總量為5 120.94億元,可見10年間,南寧市GDP總量翻了一番。

圖3 2012—2021年南寧市壓力指標(biāo)值與壓力系統(tǒng)總體變化

4.2 土地狀態(tài)分析

由圖2可知,南寧市土地狀態(tài)總體狀況處于升趨勢,2012—2020年土地狀態(tài)穩(wěn)步上升,土地狀態(tài)指標(biāo)值由2012年的0.24升高到2020年的2.73,2020—2021年土地狀態(tài)小幅度下降。

如圖4所示,南寧市土地狀態(tài)變化趨勢與地均社會消費(fèi)品零售額總體趨勢基本一致。南寧市土地狀態(tài)在2012—2020年提升,其中2012—2016年上升幅度比2016—2020年的上升幅度小,主要是由于2012—2020年南寧市除了人均道路和建筑容積率,其他各項指標(biāo)均是上升的,帶動了南寧市土地整體狀態(tài)的升高。2020—2021年南寧市土地狀態(tài)下降,這是由于2020—2021年南寧市人均建設(shè)用地急劇下降導(dǎo)致的。從總體上看,近10年南寧市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶動了土地狀態(tài)評價結(jié)果總體上升。

圖4 2012—2021年南寧市狀態(tài)指標(biāo)值與狀態(tài)系統(tǒng)總體變化

4.3 土地響應(yīng)分析

由圖2可知,南寧市土地響應(yīng)狀況在2012—2021年總體呈先下降后上升趨勢,2012—2014年土地響應(yīng)狀態(tài)下降,2014—2021年土地響應(yīng)狀態(tài)上升,土地響應(yīng)狀況由2016年的0.16升高到2020年的0.31。

如圖5所示,2012—2014年土地響應(yīng)狀態(tài)下降,主要原因是2012—2014年各項指標(biāo)在不同的時間都有下降和上升的趨勢,導(dǎo)致土地壓力指標(biāo)下降。2014—2021年土地響應(yīng)狀態(tài)總體呈上升趨勢,主要是由于地均固定資產(chǎn)投入和污水處理率上升,導(dǎo)致土地壓力指標(biāo)總體屬于上升趨勢。由圖5可知,地均固定資產(chǎn)投入會直接影響土地的響應(yīng)狀況。2012—2021年南寧市響應(yīng)狀況總體已有很大提高,但人均公園綠地面積總體上處于下降趨勢,今后可進(jìn)一步提高公園綠地的面積。

圖5 2012—2021年南寧市響應(yīng)指標(biāo)值與響應(yīng)系統(tǒng)總體變化

4.4 PSR系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度分析

壓力-狀態(tài)-響應(yīng)系統(tǒng)是由三個子系統(tǒng)之間相互協(xié)作、共同影響、相互作用影響的,每一個子系統(tǒng)發(fā)生變化都會影響土地集約利用的評價結(jié)果,不能單獨(dú)某個子系統(tǒng)來評價土地的集約利用狀況,由此引入?yún)f(xié)調(diào)度來進(jìn)一步分析南寧市土地集約利用情況,計算公式為

(8)

式中:U為系統(tǒng)協(xié)調(diào)度指數(shù);P、S、R分別為壓力、狀態(tài)、響應(yīng)綜合評價指數(shù)。如圖6所示,南寧市土地PSR系統(tǒng)協(xié)調(diào)度處于一個較平穩(wěn)的狀態(tài),但是2013—2020年的協(xié)調(diào)值處于緩慢下降的趨勢,直到2020—2021才有上升的趨勢,由此可見南寧市土地集約度的三個子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度有下降的趨勢。

5 結(jié)論

通過構(gòu)建PSR模型,建立土地集約利用評價指標(biāo)體系,運(yùn)用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重,綜合評價南寧市土地集約利用狀況,得出以下結(jié)論。

1)從綜合評價結(jié)果來看,南寧市2012—2021年土地集約利用水平不斷提高,土地壓力系統(tǒng)呈先下降后上升的趨勢,土地狀態(tài)系統(tǒng)整體呈上升趨勢,土地響應(yīng)狀態(tài)處于比較平穩(wěn)的狀態(tài),沒有太大的浮動,說明南寧市近10年土地集約利用狀況在逐步提高。從土地集約利用協(xié)調(diào)度變化情況來看,南寧市土地集約利用協(xié)調(diào)度處于一個較平穩(wěn)的狀態(tài)。

2)從各項指標(biāo)來看,南寧市人口密度不斷上升,土地壓力呈上升趨勢,但建設(shè)用地增長率逐漸下降,說明南寧市建設(shè)用地擴(kuò)張的趨勢有明顯的好轉(zhuǎn)。近10年來南寧市的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)逐年上漲,吸引力越來越多的人口向城市靠攏,為城市發(fā)展起到了重要作用,同時不斷增強(qiáng)對城市環(huán)境的處理,使城市的環(huán)境越來越好。

通過對南寧市土地的集約利用分析,提出以下建議:一是保持現(xiàn)有的土地規(guī)模,提高現(xiàn)有土地的集約利用率,對城市利用率低的土地進(jìn)行改造,提高利用率,嚴(yán)格審批土地的擴(kuò)張,盤活“存量”、帶動“增量”,提高土地集約利用度。二是提高土地的集約利用度,雖然土地的響應(yīng)狀態(tài)處于一個比較平穩(wěn)的狀態(tài),但是響應(yīng)值較低,所以采取更多措施和手段,以提高土地集約利用度。