基于熵权法的土地多功能利用评价

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　　摘要：土地多功能利用是当前我国土地利用效率提升及生态经济协调发展的客观要求，进行土地多功能利用评价是其基础工作。进而提出一个新的指标评价体系，并基于“生产—生活—生态”功能视角，结合熵权法、三角模型和耦合协调度模型进行土地多功能利用评估，以山东省淄博市为研究对象，选取指标建立土地利用多功能分类体系。结果表明，淄博市的3个功能指数在2000—2015年总体呈上升趋势，但生态功能曲线的上升趋势慢于生产功能和生活功能的曲线趋势，说明淄博市在土地利用中对于生态环境关注较少;2000—2015年淄博市土地利用功能从无序变化转化为有序变化，土地利用水平逐渐增高，土地利用冲突性变小;通过在时间角度耦合协调度的分析对比发现淄博市土地利用功能发展还处于磨合阶段，在未来的发展过程中还须要协调改进。
　　 关键词：熵权法;三生空间;三角模型;耦合协调度;土地多功能利用
　　 中图分类号： F321.1  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）03-0031-05
　　 随着社会经济的快速发展，城市建设用地扩张，土地利用不合理导致的生态环境问题日益突出，在当前大环境下，党的十九大报告提出必须树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念，建设生态文明才是中华民族永续发展的千年大计。要坚持节约资源和保护环境的基本国策，坚定走生产发展、生活富裕、 生态良好的文明发展道路。这也为研究土地利用功能化提供了新的视角，本研究基于生活、生产、生态3个方面综合分析土地利用功能，为解决区域发展与土地利用问题提供了新的思路。土地利用是土地功能多样化的过程[1]，目前土地多功能利用评价研究成为学术界关注的热点问题，如何权衡土地的各种功能，使有限土地资源得到合理、高效利用，成为区域可持续发展的关键[2]。多功能性的概念源自农业部门[3]，随着可持续发展观念的形成与发展，多功能性的内涵逐渐由农业部门扩展到社会、经济及生态环境等领域，成为评估社会经济发展的重要手段[4]。土地利用多功能性是指特定区域不同土地利用类型相互作用下呈现出的环境、经济和社会等综合性功能状态，是评价土地利用变化对其功能影响的重要概念和方法体系[5-6]。国内外学术界对多功能性研究体系逐渐完善但有所差异[7-10]，国际上土地多功能利用的研究较早，2003年就引入了“多功能土地利用”词汇[11]。国外学术界由最初的农业多功能性概念逐渐向农业多功能性理论体系[4，12]、多功能景观发展[13]，并逐步转变为土地利用多样性及社会、经济和生态环境的可持续研究[14-15]，进而探究区域土地生态系统的综合发展;而国内则针对农业及耕地多功能性的概念及理论框架[16]、土地多功能性评价[17]、土地多功能性理论体系[18]等对土地多功能利用开展研究，逐渐转向土地利用与生态环境功能的协调发展及综合利用与保护，已有研究主要从全国[19-20]、省域[21]等尺度开展静态分析以表征土地利用功能的多样性。本研究通过构建土地多功能评价的指标体系，引入三角模型测度土地多功能性[22-24]。该模型简单直观，仅须确定与决策相关指标的上限、下限和临界值，能有效克服传统主观判断权重的不足，且能够很好地图解综合状况及趋势[25]。由于具有直观性和简明性，易于被不同层次的学者和政策制定者理解和应用[26]。本研究在时间尺度上分析山东省淄博市2010—2016年在生产、生态、生活等3个空间[26-29]的土地利用功能的变化、功能不足及制约因素，旨在探索具有评价、问题诊断和政策指导一体的土地多功能评价技术与方法，进而为研究国土资源可持续发展提供理论借鉴。
　　1 研究区概况与研究方法
　　1.1 研究区概况与数据来源
　　淄博市位于35°55′20″～37°17′14″N、117°32′15″～118°31′00″E，是沟通中原地区和山东半岛的咽喉要道，为山东省重要的交通枢纽城市。淄博市下辖5区3县，市域面积为5 965 km2，占山东省总面积的3.8%。淄博市拥有优越的地理位置、便捷通达的交通廊道、敏捷通畅的信息网络、雄厚的工业基础、门类齐全的工业结构和雄厚的技术力量、充满生机的贸易市场和四通八达的现代物流及丰富的旅游资源等，具有得天独厚的开放条件，承接辐射、参与竞争将面临重大发展机遇。淄博市作为典型的工业城市，土地资源短缺、水资源严重缺乏、保护和改善生态环境任务艰巨、建设用地利用较粗放等也会制约淄博市的发展。
　　本研究数据大多直接来源于2000—2015年的统计指标或根据统计指标换算得到，其中土地面积、粮食产量、GDP 等数据主要来自《淄博市统计年鉴》，而耕地、林地、园地、建设用地等与土地利用相关的数据来自淄博市2000—2015年的土地变更统计资料。生态和环境数据主要来自淄博市2000—2015年的环境状况公报。
　　1.2 指标体系选取
　　本研究基于生产、生活和生态功能及其土地利用系统的相互关系，提出一种新的土地利用系统评估概念指标体系。具体而言，在个体土地利用功能指数的权重计算中使用熵权法，利用三角模型来描述3种土地利用功能之间相互关系的时间演变，并使用耦合协调度模型进一步用于提供3种土地利用功能之间耦合协调关系的定量分析。根据数据的可获得性及相关性，选择25个基本水平指標来评估淄博市的土地利用多功能[20，24，29]（表1）。
　　1.3 权法计算指标权重和土地利用功能指数
　　2 结果与分析
　　2.1 土地利用功能的变化
　　对淄博市土地利用多功能化的评价指标进行原始数据处理，并用熵权法确定权重，计算出2000—2015年各项指数值，根据计算结果作图1，结合图1分析以反映2000—2015年各项指数的变化情况。由图1可知淄博市的生产、生活、生态等3个功能指数在2000—2015年的动态变化趋势：（1）生活功能指数（LFI）总体呈上升趋势。从2000年的0.11上升到2015年的0.69，说明淄博市在2000—2015年城市生活居住功能日趋完善，社会保障功能、文化教育及娱乐功能都得到了良好的发展。（2）生态功能指数（EFI）所处范围变化不大，但是总体指标数偏低。在2004、2009、2012年有下降趋势，说明淄博市在对土地利用的过程中造成了生态环境的较大变化，且缺乏生态保护意识，在资源安全和生态平衡方面还须要多加关注。2012—2015年该指数值开始呈明显上升趋势， 说明淄博市开始重视土地利用生态功能的发展。（3）生产功能指数（PFI）一直呈明显上升趋势。2000—2003年增长趋 　　势较快，2004—2011年趋于平稳增长状态，2012—2015年指数增长速度加快，说明淄博市这些年土地生产功能得到良好的利用。通过整体发展趋势说明淄博市农业生产、工业生产以及交通运输业发展良好，生产功能良好态势的发展同时也带动了淄博市经济的稳步增长。淄博市的3个功能指数在2000—2015年总体呈上升趋势。生态功能曲线的上升趋势慢于生产和生活功能的曲线趋势，说明淄博市在土地利用中对于生态平衡的关注较少。2000—2003年生产功能﹥生活功能﹥生态功能;2003年以后生产功能和生活功能都得到快速增长，生态功能指数虽有增长，但总体变化趋势小。
　　2.2 土地利用多功能化的现状与趋势
　　由图2可知，淄博市的土地多功能利用水平经历了低级、较中级、中级、较高级水平4个阶段。从第一阶段可以看出，2000—2004年淄博市整体的土地利用多功能化水平较低，该阶段生活功能指数值为0.13，非生态功能指数和非生产功能指数在0～0.8之间;第二阶段显示，土地利用多功能化呈总体上升趋势，但在2005—2010年依然处于较中级水平;在第三阶段，2011—2013年淄博市土地多功能利用状态持续增加至中级水平;在第四阶段，2014—2015年逐步达到较高级阶段，未来增长趋势明显。说明淄博市的土地利用功能从单一功能转变为多功能，同时说明政府在保持经济增长的同时也协调了自然环境并提高了居民的生活质量。由图2还可知，当从低级别转换到中间级别时，土地利用多功能化的演变轨迹显著变化，2000—2015年淄博市土地多功能利用水平的演变从无序模式转变为有序模式，并逐渐规律起来。
　　2.3 土地利用功能间的耦合协调关系
　　由图3可知，在时间纬度上土地利用的冲突与协调过程，耦合协调度（D）的动态趋势在2000—2002年处于前期不稳定变化，中期变化趋于稳定增长趋势，2012年以后增长速度加快。耦合度（C）在2000—2002年呈大幅增长趋势，2003—2009年趋于平稳，2010—2014年出现波动，整体呈下降趋势，在2014年以后又趋于平稳。
　　 土地利用功能之间的耦合协调关系结合表3分析可以分为以下3个阶段：第一阶段（2000—2008年），土地利用功能的耦合协调度从较高冲突区转移到中间冲突区。在此期间，土地利用功能处于较低的耦合发展状态。第二阶段（2009—2012年），土地利用功能的耦合协调程度继续从中间冲突区转移到下冲突区，但速度相对较慢。在此期间，土地利用功能进入对抗性发展的状态。第三阶段（2013—2015年），土地利用功能的耦合协调度从下冲突区向中间平衡区转移，并逐渐趋向平稳发展阶段，土地利用功能处于磨合发展状态，目前还没有达到很高的耦合阶段。
　　3 结论
　　本研究以淄博市为研究区，采用熵权法、三角模型和耦合协调度模型对土地利用多功能进行评价，分析土地之间的关系。通过选取指标进行评价，揭示淄博市的土地利用多功能在近十几年快速城市化进程中的变化过程。从方法论的角度来看，所提出的利用熵权法、三角模型和耦合协调度模型的概念体系，已被证明是评估土地利用多功能化水平的有效工具。特定指标系统的使用可以帮助人们更深入地了解土地利用子功能及其在土地利用系统中的关系。
　　淄博市土地利用多功能化及其时空演变是个动态的过程，2000—2015年淄博市土地利用功能从无序变化转化为有序变化。淄博市的土地利用水平逐渐增高，土地利用冲突性变小，尽管有时会出现波动。本研究也可以为未来淄博市在生产、生活、生态等3个方面进行土地利用发展时提供参考。通过在时间角度耦合协调度的分析对比，发现淄博市土地利用功能发展还处于磨合阶段，耦合协调度不是很高，在未来发展的过程中还须要协调改进。
　　淄博市是一个历史较悠久的、以资源开发和制造業为主的工业城市，目前已经形成了现代化工业体系，通过生态分析发现淄博市整体生态环境破坏较严重，因此更应该注重工业环境治理和生态建设，创造良好的生产、生活空间。现代农业和绿色产业的发展给自然山水风景增添了无限的生机和活力，形成了观光农业的亮丽风景线。在未来城市发展中可适当增加旅游风景名胜设施用地，利用丰富的历史文化资源和观光农业资源发展旅游业，通过拉动第三产业提升城市活力。淄博市地处山东省中部，是连接东部开放和西部开发的交通枢纽，可以合理布局、区县（市）协作、整合市场，形成规模大、效益高、覆盖面广的物流中心，促进城市社会经济的全面发展。
　　参考文献：
　　[1]谢高地，鲁春霞，甄 霖，等. 区域空间功能分区的目标、进展与方法[J]. 地理研究，2009，28（3）：561-570.
　　[2]OSullivan L，Creamer R E，Fealy 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，魏云洁，谢高地，等. 中国土地利用多功能性动态的区域分析[J]. 生态学报，2010，30（24）：6749-6761.
　　[4]喻 锋. 欧洲城市土地多功能集约利用简介及启示[J]. 国土资源情报，2010（3）：34-36.
　　[5]于少康，李统华. 国土空间规划体系的重构[J]. 中国土地，2018（10）：18-20.
　　[6]刘继来，刘彦随，李裕瑞. 中国“三生空间”分类评价与时空格局分析[J]. 地理学报，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]孙新章.新中国 60 年来农业多功能性演变的研究[J]. 中国人口·资源与环境，2010，20（1）：71-75.
　　[9]陈秋珍，Sumelius J.国内外农业多功能性研究文献综述[J]. 中国农村观察，2007（3）：71-79，81.
　　[10]彭 建，杜悦悦，刘焱序，等. 从自然区划、土地变化到景观服务：发展中的中国综合自然地理学[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，刘志聪，刘焱序. 农业多功能性评价研究进展[J]. 中国农业资源与区划，2014，35（6）：1-8.
　　[17]张晓平，朱道林，许祖学. 西藏土地利用多功能性评价[J]. 农业工程学报，2014，30（6）：185-194.
　　[18]刘 超，许月卿，刘焱序，等. 基于系统论的土地利用多功能分类及评价指标体系研究[J]. 北京大学学报（自然科学版），2018，54（1）：181-188.
　　[19]王国恩，汪文婷，周 恒. 城市基本生态控制区规划控制方法——以广州市为例[J]. 城市规划学刊，2014（2）：73-79.
　　[20]李雪濤，王 童. 土地集约利用与新型城镇化测度及耦合协调研究——以中国大陆31个省（市、区）为例[J]. 江苏农业科学，2018，46（18）：310-316.
　　[21]张路路，郑新奇，蔡玉梅，等. 基于全排列多边形图示指标法的湖南省土地多功能性评价[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]张小虎，张合兵，赵素霞，等. 基于三角模型河南省耕地集约利用趋势及时空分异[J]. 土壤通报，2013，44（2）：277-283.
　　[24]姚 岚，吴次芳，吕添贵，等. 基于三角模型的喀斯特地区土地利用系统健康评价[J]. 农业工程学报，2015，31（14）：246-254.
　　[25]杨 浩，张 辉，王少彬. 土地利用/覆盖和植被盖度时空格局变化对城市群热环境的影响[J]. 江苏农业科学，2018，46（16）：208-213.
　　[26]金 贵，邓祥征，张 倩，等. 武汉城市圈国土空间综合功能分区[J]. 地理研究，2017，36（3）：541-552.
　　[27]隋菲菲，齐 伟，骆洪义，等. 城市农业发展驱动力筛选和驱动机制定量分析——以潍坊市为例[J]. 农业资源与环境学报，2016，33（2）：107-113.
　　[28]黄河东，李 东. 中国城市群城镇化与生态环境耦合协调关系评价[J]. 江苏农业科学，2018，46（21）：268-272.
　　[29]黄金川，林浩曦，漆潇潇.面向国土空间优化的三生空间研究进展[J]. 地理科学进展，2017，36（3）：378-391.
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