國內(nèi)土地利用優(yōu)化研究熱點與趨勢分析

文/章夢霞 胡敏宣

一、引言

土地利用優(yōu)化作為土地學(xué)科的核心問題，是促進土地資源合理利用和區(qū)域土地資源可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)手段，它指的是為了達到經(jīng)濟、社會以及生態(tài)效益的統(tǒng)一與最優(yōu)化，根據(jù)區(qū)域內(nèi)土地資源利用的特點，在數(shù)量上科學(xué)安排土地資源的利用，同時合理調(diào)整其空間布局。[1]土地利用優(yōu)化研究最先是以經(jīng)濟效益最大化為導(dǎo)向的土地利用數(shù)量結(jié)構(gòu)優(yōu)化，隨著研究的深入，以經(jīng)濟、社會與生態(tài)等多目標(biāo)綜合效益為目標(biāo)的空間布局優(yōu)化成為研究的重要內(nèi)容。[2-3]當(dāng)前計算機技術(shù)和3S技術(shù)不斷成熟，學(xué)者們不再局限于單一數(shù)學(xué)模型，而是嘗試將不同模型集成綜合起來，還有學(xué)者耦合計算機算法以及GIS空間分析技術(shù)等來完善模型。[4-5]

當(dāng)前，國內(nèi)土地利用優(yōu)化研究在優(yōu)化內(nèi)容、優(yōu)化目標(biāo)、優(yōu)化模型、優(yōu)化方案的推演與實現(xiàn)等方面已獲得比較豐碩的研究成果，[6]但綜述類文獻較少，且多采用傳統(tǒng)的文獻分析法，缺乏可視化的文獻歸納分析手段對研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行總結(jié)。為此，本文借助CiteSpace信息可視化分析軟件，以多元、分時、動態(tài)的視角，從文獻計量角度對近二十年國內(nèi)土地利用優(yōu)化研究的發(fā)文量、核心作者、研究主題和前沿?zé)狳c進行分析，探究該研究領(lǐng)域的發(fā)展趨勢與熱點，以期拓展后續(xù)研究思路。

二、數(shù)據(jù)與方法

（一）數(shù)據(jù)來源

本文文獻數(shù)據(jù)采集自中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，為了保證檢索的精確有效及數(shù)據(jù)的高質(zhì)量，將主題詞設(shè)定為土地利用優(yōu)化、土地布局優(yōu)化、土地結(jié)構(gòu)優(yōu)化、國土空間優(yōu)化，時間范圍結(jié)束年選擇2021年，來源類別設(shè)定為北大核心、CSCD以及CSSCI。檢索后得到731篇文獻，最早記錄出現(xiàn)在1992年。為了保障數(shù)據(jù)的科學(xué)有效性，對與主題不相關(guān)的文獻、重復(fù)數(shù)據(jù)以及征稿通知、會議、訪談等無效文獻進行剔除，最后得到682條有效文獻信息作為本次研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（二）研究方法

隨著當(dāng)前社會信息化技術(shù)的成熟，學(xué)者們通過繪制科學(xué)知識圖譜的可視化手段來挖掘文獻信息，以此探究某個研究領(lǐng)域的演進歷程和發(fā)展前沿。當(dāng)前市面上已有大量的文獻信息可視化分析軟件，而CiteSpace因其圖譜解讀容易、可視化效果好等功能優(yōu)勢而得到學(xué)者們的推廣使用。[7-9]本文以篩選后國內(nèi)土地利用優(yōu)化研究的有效文獻作為研究對象，借助CiteSpace知識圖譜繪制工具，通過研究文獻數(shù)量變化情況、高頻作者分布情況以及文獻關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析、突現(xiàn)分析等，探究我國土地利用優(yōu)化研究的主力軍、發(fā)展演進脈絡(luò)、研究熱點與未來發(fā)展趨勢，以期為后續(xù)深入研究提供參考。

三、土地利用優(yōu)化基本特征分析

（一）文獻數(shù)量變化

文獻發(fā)表數(shù)量的時間分布變化是表征該領(lǐng)域研究進展與活躍程度的重要指標(biāo)，反映了不同研究時期內(nèi)土地利用優(yōu)化研究的發(fā)展?fàn)顩r。[10]通過繪制作為本文研究對象的682條文獻信息的數(shù)量時間分布圖（圖1），經(jīng)過初步的年度分布統(tǒng)計分析，可對土地利用優(yōu)化研究領(lǐng)域有一個初步的認(rèn)識。

圖1 土地利用優(yōu)化文獻數(shù)量時間分布圖

1.1992-1999年，我國土地利用優(yōu)化相關(guān)研究還處于起步探索階段，年度文獻發(fā)表數(shù)量雖然較少但較為平穩(wěn)。

2.2000-2013年，隨著土地利用總體規(guī)劃編制工作的推進，土地利用優(yōu)化發(fā)文數(shù)量開始小幅度增長，說明土地利用優(yōu)化問題逐漸受到學(xué)者們的重視。2004年，中央明確提出把土地政策作為宏觀調(diào)控的重要手段之一，并且頒布了《國務(wù)院關(guān)于深化改革嚴(yán)格土地管理的決定》，此后，中央下發(fā)了一系列土地可持續(xù)利用的相關(guān)政策性文件，如《國務(wù)院關(guān)于促進節(jié)約集約用地的通知》等，明確提出要嚴(yán)格控制城市用地規(guī)模并盤活存量產(chǎn)業(yè)用地，并將節(jié)約集約用地的要求落實在政府決策中。在土地相關(guān)政策法規(guī)的指導(dǎo)下，土地利用優(yōu)化相關(guān)研究有了全新的發(fā)展動力和方向，該領(lǐng)域發(fā)文量在此階段快速攀升。

3.2014-2021年，土地利用優(yōu)化發(fā)文量穩(wěn)定在每年40篇左右，表明土地利用優(yōu)化研究步入穩(wěn)定發(fā)展階段，研究逐漸成熟。隨著第三次全國國土調(diào)查、全國國土年度變更調(diào)查以及國土資源信息化平臺建設(shè)等工作的深入推進，累積了全國范圍內(nèi)的海量國土資源、經(jīng)濟社會發(fā)展及相關(guān)行業(yè)的數(shù)據(jù)信息，這為土地利用優(yōu)化研究提供了豐富的數(shù)據(jù)支撐。

（二）合作特征

當(dāng)前土地利用優(yōu)化研究涉及多學(xué)科領(lǐng)域，亟需不同領(lǐng)域?qū)W者交流協(xié)作。土地利用優(yōu)化研究合著作者知識圖譜可以反映該領(lǐng)域主要貢獻者和他們之間的合作程度，研讀他們的文獻，有利于提高對該領(lǐng)域的整體認(rèn)知水平，便于開展前期工作。

研究結(jié)果顯示（圖2），合著作者知識圖譜共包含92個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，合作網(wǎng)絡(luò)密度為0.0237，表明該領(lǐng)域研究作者之間科研合作聯(lián)通性并不強，呈現(xiàn)“整體分散、局部聚集”的特征。發(fā)文量最多且最為活躍的作者是劉彥隨，并已形成一個規(guī)模較大的研究團隊。他深入地研究了土地利用優(yōu)化配置的層次模式和程序流程，提出將區(qū)域土地利用優(yōu)化配置空間尺度劃分為宏觀、中觀以及微觀三個層次，并且實現(xiàn)了空間分區(qū)優(yōu)化模型、結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型和微觀設(shè)計模型的組合，該組合模型可以有效彌補此前單一模型在土地利用優(yōu)化配置與決策中的誤差性。[11-13]其他對該領(lǐng)域貢獻比較大的學(xué)者還有劉耀林、歐名豪等。

圖2 合著作者知識譜圖

四、土地利用優(yōu)化研究熱點分析

（一）關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞是學(xué)術(shù)論文主要研究內(nèi)容和主題的提煉，其內(nèi)在關(guān)聯(lián)性可以表征學(xué)科領(lǐng)域中知識的內(nèi)在聯(lián)系。[14]中介中心性是表征文獻重要性程度的指標(biāo)，其紫色圈大小代表了重要程度以及活躍程度。本文通過CiteSpace信息可視化軟件，生成關(guān)鍵詞高頻次及中介中心性表格（表1）、關(guān)鍵詞時區(qū)視角知識圖譜（圖3），據(jù)此將土地利用優(yōu)化研究的關(guān)鍵詞演化分為低速起步階段（1992-1999年）、快速發(fā)展階段（2000-2013年）、深入研究階段（2014-至今）等三個階段。

表1 土地利用優(yōu)化研究關(guān)鍵詞高頻次及中介中心性表格

圖3 土地利用優(yōu)化研究關(guān)鍵詞時區(qū)視角知識圖譜

1992-1999年為低速起步階段，高頻關(guān)鍵詞有土地利用、優(yōu)化配置、線性規(guī)劃。對該階段研究文獻進行梳理發(fā)現(xiàn)，早期的土地利用優(yōu)化研究多停留在對土地進行定性分析以及對土地利用結(jié)構(gòu)、優(yōu)化配置與優(yōu)化方法的基礎(chǔ)理論研究。學(xué)者們多采用定性的方法進行研究，并根據(jù)區(qū)域自身土地資源特征開展有目標(biāo)性的土地調(diào)查。線性規(guī)劃是此階段高頻關(guān)鍵詞之一，廣泛用于解決區(qū)域各產(chǎn)業(yè)、部門之間合理分配有限的土地資源這類宏觀問題，但具有一定的局限性。

2000-2013年為快速發(fā)展階段，高頻關(guān)鍵詞有優(yōu)化利用、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、優(yōu)化模型、遺傳算法、GIS等。此階段該領(lǐng)域在探究土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置模式與原理的基礎(chǔ)上，加入了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生態(tài)補償、生態(tài)安全等多種優(yōu)化目標(biāo)，研究體系更為深入復(fù)雜，并且進行了大量的實證研究。優(yōu)化模型是該領(lǐng)域研究重點之一，模型的構(gòu)建結(jié)合了多種學(xué)科和方法，主要有數(shù)學(xué)建模、系統(tǒng)動態(tài)學(xué)、動態(tài)仿真模擬、城市地理學(xué)等。[15]起初優(yōu)化模型多集中在數(shù)量結(jié)構(gòu)優(yōu)化上，常見的有線性規(guī)劃模型、灰色線性規(guī)劃模型、多目標(biāo)線性規(guī)劃模型、系統(tǒng)動力學(xué)模型等。[16]隨著GIS技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，學(xué)者們將數(shù)學(xué)模型耦合GIS空間分析技術(shù)，并提出從數(shù)量結(jié)構(gòu)優(yōu)化到空間格局配置的土地利用完整優(yōu)化過程，空間布局優(yōu)化常見的模型有元胞自動機、灰色模型、多智能體模型等。[17]為了提高模型計算效率，學(xué)者們在不斷改進模型的同時，還探索多種模型相融合，以及耦合遺傳、蟻群、粒子群等智能算法的模型。根據(jù)關(guān)鍵詞中介中心性，在此階段遺傳算法最受學(xué)者青睞。而基于GIS空間分析技術(shù)的人工智能計算機仿真和模擬——預(yù)測——優(yōu)化模型將成為未來土地利用優(yōu)化模型的研究熱點。[18]

2014年至今為深入研究階段，高頻關(guān)鍵詞有三生空間、碳排放、低碳、效率分析、農(nóng)村地區(qū)等。該階段土地利用優(yōu)化研究領(lǐng)域的基礎(chǔ)理論與方法已相對成熟，眾多學(xué)者開始結(jié)合當(dāng)前時事政策和社會熱點開展研究，使得該領(lǐng)域研究更加與時俱進。為緩解自然生態(tài)的持續(xù)性萎縮，優(yōu)化三生空間布局和實現(xiàn)三生功能協(xié)調(diào)發(fā)展的研究成果逐漸涌現(xiàn)，土地利用碳排放的時空格局與低碳優(yōu)化也是當(dāng)前的研究重點。而隨著我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，土地資源供需矛盾突出，在建設(shè)社會主義新農(nóng)村等相關(guān)政策的指導(dǎo)下，眾多學(xué)者轉(zhuǎn)向研究農(nóng)村土地利用空間布局優(yōu)化問題。

（二）關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

突現(xiàn)詞反映的是在某一時期內(nèi)出現(xiàn)頻次變化率比較高的關(guān)鍵詞，表明學(xué)者在某一時期發(fā)現(xiàn)了新的研究視角，該指標(biāo)能夠體現(xiàn)該時期的研究熱點。本文借助CiteSpace軟件的突現(xiàn)檢測算法對樣本文獻進行分析，得到了18個突現(xiàn)詞（圖4），關(guān)鍵詞突現(xiàn)強度排序前五的為：結(jié)構(gòu)優(yōu)化、優(yōu)化利用、線性規(guī)劃、布局優(yōu)化和優(yōu)化模型?？傮w來看，土地利用優(yōu)化研究的對象從一開始以經(jīng)濟效益最大化為導(dǎo)向的數(shù)量結(jié)構(gòu)優(yōu)化，演變?yōu)橐远嗄繕?biāo)效益最大化為導(dǎo)向的空間布局優(yōu)化，研究范圍從小尺度的城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村到大尺度的省市、典型功能區(qū)均有涉及，研究內(nèi)容主要為理論方法、模型構(gòu)建、算法優(yōu)化等角度。分時段來看，可以發(fā)現(xiàn)我國土地利用優(yōu)化研究伴隨我國政策導(dǎo)向和區(qū)域土地利用現(xiàn)實問題而有側(cè)重點地演進，近幾年來，在“生態(tài)優(yōu)先、保護優(yōu)先”的城市建設(shè)理念背景下，以三生空間視角以及以低碳為優(yōu)化目標(biāo)導(dǎo)向的土地利用空間布局優(yōu)化正成為當(dāng)前研究的熱點。

圖4 土地利用優(yōu)化研究關(guān)鍵詞突現(xiàn)視圖

五、結(jié)論

本文通過CiteSpace知識圖譜繪制工具對國內(nèi)682條土地利用優(yōu)化領(lǐng)域的文獻數(shù)據(jù)進行可視化分析。首先通過描述不同時期文獻數(shù)量變化狀況、高頻作者之間的合作關(guān)系來對土地利用優(yōu)化研究形成整體的認(rèn)知，然后通過繪制關(guān)鍵詞時區(qū)視角知識圖譜，識別不同時期的研究主題，最后通過分析關(guān)鍵詞突現(xiàn)發(fā)掘該領(lǐng)域不同時期的研究熱點，具體如下：

1.從文獻發(fā)表數(shù)量看，我國土地利用優(yōu)化研究發(fā)文量總體呈現(xiàn)上升趨勢，研究成果日益成熟豐富，但作者之間合作特征較弱，缺乏學(xué)術(shù)交流。

2.從關(guān)鍵詞共現(xiàn)時區(qū)分析看，研究呈現(xiàn)低速——快速——深化等三個發(fā)展階段，土地利用優(yōu)化相關(guān)研究已經(jīng)形成了比較完整的研究網(wǎng)絡(luò)，研究內(nèi)容從最初的宏觀共性理論研究發(fā)展為當(dāng)前的區(qū)域特性實例研究，最為活躍的關(guān)鍵詞有結(jié)構(gòu)優(yōu)化、優(yōu)化模型、遺傳算法等。

3.從關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析看，土地利用優(yōu)化研究的演進與當(dāng)前時事熱點和土地相關(guān)政策制度密切相關(guān)，以三生空間視角以及以低碳為優(yōu)化目標(biāo)導(dǎo)向的土地利用空間布局優(yōu)化是當(dāng)前該領(lǐng)域的研究熱點。

本文以CNKI數(shù)據(jù)庫為主要檢索文獻來源，有一定程度的局限性，但研究成果大致能夠反映土地利用優(yōu)化領(lǐng)域的研究主題與內(nèi)容體系。整體上，該領(lǐng)域研究伴隨著社會發(fā)展中形成的土地資源利用問題而有針對性地演進，學(xué)者們結(jié)合當(dāng)前社會熱點進行了大量的研究，研究成果比較豐富，但仍存在一些不足。由于目前研究多數(shù)集中在實例驗證分析上，導(dǎo)致在優(yōu)化內(nèi)容、優(yōu)化模型和優(yōu)化評價指標(biāo)體系等方面存在一定的同質(zhì)化現(xiàn)象，在不同區(qū)域土地現(xiàn)狀的優(yōu)化評價指標(biāo)體系創(chuàng)建和優(yōu)化模型適用性研究方面有所欠缺。此外，土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果不能直接落實到實際的空間布局上，空間分析與傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的綜合運用有待深入研究。