韓錦輝, 趙文晉, 楊天通, 王斯勃

(吉林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 長(zhǎng)春 130012)

土地資源的可持續(xù)利用是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的根本保證，也是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略最基本的內(nèi)容之一[1]。然而，近年來工業(yè)化和城鎮(zhèn)化速度加快，使得大量土地資源遭到污染和破壞，水土流失加劇，嚴(yán)重制約土地資源的可持續(xù)利用和人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[2]。東北農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)是典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)[3-4]，在長(zhǎng)期的墾種農(nóng)作、超載放牧之下，土地荒漠化、鹽堿化、水土流失等生態(tài)環(huán)境問題嚴(yán)重[5]。因此，對(duì)東北農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)土地進(jìn)行可持續(xù)利用研究具有重要意義。

20世紀(jì)90年代，隨著土地可持續(xù)發(fā)展概念的提出，諸多學(xué)者對(duì)土地可持續(xù)利用方面進(jìn)行了研究但目前仍處于探索階段。在評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建上，多從“生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)”3個(gè)方面、“生產(chǎn)性、安全性、保護(hù)性、經(jīng)濟(jì)性、社會(huì)性”5個(gè)方面或選用PSR，DPSIR模型構(gòu)建指標(biāo)體系[6-8]。而在評(píng)價(jià)方法上，多采用綜合指數(shù)法、三角模型、灰色關(guān)聯(lián)法、生態(tài)足跡法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和模糊綜合評(píng)價(jià)法等[9-12]。在評(píng)價(jià)尺度上，多集中于短期靜態(tài)到長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)的時(shí)間尺度，以及從地方到區(qū)域的空間尺度[10-13]。

由于土地可持續(xù)利用是一個(gè)多目標(biāo)的復(fù)合系統(tǒng)，具有系統(tǒng)的復(fù)雜性，且不同經(jīng)濟(jì)階段土地可持續(xù)利用的最佳特質(zhì)具有動(dòng)態(tài)性，也就是說最佳的土地可持續(xù)利用形態(tài)是在當(dāng)時(shí)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和資源配置下，最接近土地可持續(xù)利用的最優(yōu)狀態(tài)，同時(shí)遠(yuǎn)離最差狀態(tài)[14]。而基于多目標(biāo)決策分析的TOPSIS法能較好的適用于土地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)中。因此，本文采用改進(jìn)后的TOPSIS法，以東北農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)城市白城市為例，對(duì)其2005—2014年土地可持續(xù)水平進(jìn)行研究，并對(duì)不同時(shí)期土地可持續(xù)利用障礙因子進(jìn)行診斷，以期為農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展和區(qū)域土地管理提供參考。

1　研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1　區(qū)域概況

白城市位于吉林省西北部，科爾沁草原東部，嫩江平原西部，地處東經(jīng)121°38″—124°22′，北緯44°13′57″—46°18′，是東北典型的農(nóng)牧交錯(cuò)地區(qū)。氣候?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，全年“光照充足，降水變率大，旱多澇少”。年降雨量約469 mm，年平均氣溫6.4℃左右，平均日照時(shí)間2 840 h，降水期主要集中在6—7月。

白城市轄洮北區(qū)、洮南市、大安市、鎮(zhèn)賚縣、通榆縣5個(gè)縣(市、區(qū))，2014年，市域面積25 745 km2，占吉林省面積的7.29%，居全省第三位，其中耕地面積118.05萬hm2，林地面積32.44萬hm2，草地面積31.82萬hm2?？?cè)丝跒?97.7萬人，其中農(nóng)業(yè)人口118.8萬人，占總?cè)丝诘?0.09%。作為我國(guó)重要的大型商品糧基地，2014年白城市糧食總產(chǎn)量410.35萬t，其中玉米產(chǎn)量255.40萬t，同比增長(zhǎng)1.5%，水稻產(chǎn)量87.20萬t，同比增長(zhǎng)1.6%。此外，畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)保持平穩(wěn)增長(zhǎng)，其中肉類總產(chǎn)量10.80萬t，禽蛋產(chǎn)量5.00萬t，牛奶產(chǎn)量15.50萬t，同比增長(zhǎng)分別為3.80%，12.00%，2.00%。

1.2　數(shù)據(jù)來源

指標(biāo)原始數(shù)據(jù)來源于《吉林省統(tǒng)計(jì)年鑒(2006—2015年)》、《白城年鑒(2006—2015年)》、《吉林年鑒(2006—2015年)》和《2005—2014年白城市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》。

2　研究方法

2.1　指標(biāo)體系的建立

為全面描述東北農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)土地可持續(xù)利用水平，根據(jù)科學(xué)性、完整性和易操作性原則，結(jié)合白城市土地資源利用實(shí)際情況和相關(guān)指標(biāo)體系的研究[10,13,15]，從經(jīng)濟(jì)可行性、資源環(huán)境可持續(xù)性和社會(huì)可接受性3個(gè)方面對(duì)白城市土地可持續(xù)利用水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3個(gè)層次，共21個(gè)指標(biāo)(表1)。經(jīng)濟(jì)可行性從土地經(jīng)濟(jì)效益、土地投入產(chǎn)出水平和土地經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的有效合理性方面，選取經(jīng)濟(jì)密度、人均GDP、單位面積工業(yè)產(chǎn)值、單位面積固定資產(chǎn)投資、單位面積財(cái)政收入、單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、單位面積畜牧業(yè)產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比例指標(biāo)來衡量；資源環(huán)境可持續(xù)性主要圍繞降低土地污染和優(yōu)化資源環(huán)境狀態(tài)方面，選取林地面積占比、耕地面積占比、森林覆蓋率、草原覆蓋率、建成區(qū)綠化覆蓋率、單位面積糧食產(chǎn)量、工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率、工業(yè)固廢綜合利用率指標(biāo)來衡量；社會(huì)可接受性反映土地用地水平、人口數(shù)量和人民生活水平狀況等，選取人口密度、人口自然增長(zhǎng)率、人均住房建筑面積、城市化水平、城鄉(xiāng)收入比來衡量。

2.2　改進(jìn)TOPSIS法

TOPSIS法是系統(tǒng)工程中用于多目標(biāo)決策的一種方法，目前廣泛用于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)輿情、土地管理等多個(gè)研究領(lǐng)域[16-17]。但傳統(tǒng)的TOPSIS法存在一定的缺陷：一是指標(biāo)權(quán)重的確定過于主管或者客觀；二是需要較全面的樣本數(shù)據(jù)，且歐式距離的計(jì)算存在一定的剛性[18]。針對(duì)這些不足筆者采用AHP和熵權(quán)法相結(jié)合的組合權(quán)重法與灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)傳統(tǒng)的TOPSIS法進(jìn)行改進(jìn)，組合權(quán)重法可以避免單純的主觀賦權(quán)或客觀賦權(quán)帶來的偏差，灰色關(guān)聯(lián)分析法可以解決數(shù)據(jù)較少和歐式距離的剛性問題。通過對(duì)傳統(tǒng)TOPSIS法的改進(jìn)，可以使評(píng)價(jià)結(jié)果更準(zhǔn)確更可靠。

2.2.1組合權(quán)重的計(jì)算

(1) AHP主觀權(quán)重計(jì)算。利用AHP法按照9分位比例兩兩做比構(gòu)造判斷矩陣，同時(shí)對(duì)其一致性進(jìn)行檢驗(yàn)，計(jì)算出各指標(biāo)的主觀權(quán)重值W1 j=(W11,W12，…，W1n)。其方法和計(jì)算過程可參照相關(guān)文獻(xiàn)[19]。

(2) 熵權(quán)法客觀權(quán)重的計(jì)算。由于各指標(biāo)的數(shù)據(jù)間存在量綱不統(tǒng)一的問題，會(huì)使得各指標(biāo)缺乏可比性，因此，需要根據(jù)公式(1)將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣X=(Xij)m×n。

(1)

表1　白城市土地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

然后根據(jù)公式(2)計(jì)算出各指標(biāo)的熵值：

(2)

最后計(jì)算出各指標(biāo)的客觀權(quán)重值W2j，公式為：

(3)

(3) 組合權(quán)重的計(jì)算。根據(jù)最小信息熵原理把主觀權(quán)重W1 j和客觀權(quán)重W2 j進(jìn)行優(yōu)化處理，用拉格朗日乘子法解得組合權(quán)重Wj，主要公式如下：

(4)

2.2.2確定最優(yōu)、最劣解

(1) 計(jì)算加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣B：

B=(bij)m×n=(WjXij)m×n

(5)

式中：Wj表示第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重；Xij表示指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

(2) 分別以加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣B中的最大值和最小值代表最優(yōu)解和最劣解

(6)

式中：B+表示最優(yōu)解；B-表示最劣解。

2.2.3計(jì)算歐式距離及灰色關(guān)聯(lián)度

(1) 計(jì)算不同年份評(píng)價(jià)值與最優(yōu)解的距離D+、最劣解的距離D-。

(7)

(2) 灰色關(guān)聯(lián)度是基于灰色系統(tǒng)理論提出的概念，指各指標(biāo)之間或指標(biāo)與系統(tǒng)之間的數(shù)值關(guān)系，即其變化趨勢(shì)的同步程度[20]。評(píng)價(jià)對(duì)象i與最優(yōu)、最劣解的灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算公式如下：

(8)

(9)

(10)

2.2.4計(jì)算相對(duì)貼近度

(11)

式中：β1，β2表示評(píng)價(jià)者的偏好程度[21]，且β1+β2=1。

(2) 計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象i與最優(yōu)解的相對(duì)貼近度Ci:

(12)

Ci介于0到1之間，其值越大，表示土地的可持續(xù)利用水平越高。參考相關(guān)文獻(xiàn)[14]，結(jié)合實(shí)際情況將土地可持續(xù)利用水平劃分為5個(gè)等級(jí)：[0，0.20)為低水平；[0.20，0.40)較低水平；[0.40，0.60)中等水平；[0.60，0.80)較高水平；[0.80，1.00]高水平。

2.3　因子障礙度模型

除了對(duì)白城市土地可持續(xù)利用水平評(píng)價(jià)外，另一項(xiàng)重要內(nèi)容是障礙因子診斷，以便發(fā)現(xiàn)影響土地可持續(xù)利用的根源，從根本上消除影響土地可持續(xù)利用的因素。障礙因子的診斷引進(jìn)因子貢獻(xiàn)度(Wj)、指標(biāo)偏離度(Jij)和障礙度(Mij，Nij)3個(gè)指標(biāo)[22-23]，Mij表示第i年各指標(biāo)對(duì)該年土地可持續(xù)利用的障礙度，Nij表示準(zhǔn)則層指標(biāo)障礙度。障礙度模型為：

Jij=1-Xij

(13)

(14)

Nij=∑Mij

(15)

3　結(jié)果與分析

根據(jù)前文提供的指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算方法，計(jì)算出指標(biāo)的主觀權(quán)重值、客觀權(quán)重值和組合權(quán)重值(表1)，然后根據(jù)公式(5)-(12)計(jì)算出2005—2014年白城市土地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)結(jié)果及分類指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果(圖1)。

圖1　2005-2014年白城市土地可持續(xù)性評(píng)價(jià)

3.1　綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

從白城市2005—2014年的土地可持續(xù)利用綜合貼近度變化趨勢(shì)可以看出，白城市土地可持續(xù)利用綜合貼近度總體呈上升態(tài)勢(shì)，土地可持續(xù)利用水平逐漸提高。貼近度由0.335 5增加到0.632 0，土地可持續(xù)利用水平經(jīng)歷了較低、中等、較高3個(gè)發(fā)展階段。根據(jù)圖1A曲線變化情況，將10 a的土地可持續(xù)利用狀況分為3個(gè)階段。

第一階段為2005—2007年，白城市土地可持續(xù)利用水平基本持平并出現(xiàn)小幅下降，貼近度由0.335 5下降到0.310 4。作為東北典型的東北農(nóng)牧交錯(cuò)地區(qū)，白城市在該時(shí)間段內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不足，2007年工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率僅有24.16%，而且，存在土地粗放利用、土地利用結(jié)構(gòu)不合理等問題，單位面積糧食產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)產(chǎn)值低波動(dòng)變化大，另外人口增速明顯，人口自然增長(zhǎng)率由2.70‰上升至4.20‰。這些因素的共同作用使得這一階段白城市土地可持續(xù)利用水平出現(xiàn)波動(dòng)和小幅下降。

第二階段為2007—2012年，白城市土地可持續(xù)利用水平呈加速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，貼近度由0.310 4增長(zhǎng)到0.641 9，年均增長(zhǎng)率為15.64%。隨著白城市“沙地造桑田、山地種山杏、鹽堿栽白刺”三大生態(tài)產(chǎn)業(yè)工程、退耕還林工程的實(shí)施以及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，白城市國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力增強(qiáng)，土地產(chǎn)出水平提高，單位面積GDP由0.89萬元/hm2增加至2.39萬元/hm2，森林覆蓋率也增加至11.9%，土地荒漠化和水土流失狀況得到改善，可持續(xù)利用水平持續(xù)提高。

第三階段為2012—2014年，白城市土地可持續(xù)利用水平增速減緩，和2012年基本保持持平。主要原因在于該段時(shí)間內(nèi)，雖然單位面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和畜牧業(yè)產(chǎn)值持續(xù)增大，分別由0.52萬元/hm2，0.19萬元/hm2增加至0.55萬元/hm2，0.24萬元/hm2，但是草原覆蓋率出現(xiàn)下降，由38.97%降至30.72%，人口自然增長(zhǎng)率由-5.26‰上升至3.27‰，這些變化從總體上抵消了土地利用強(qiáng)度提升引起的土地可持續(xù)利用水平的提升。

3.2　分類指標(biāo)對(duì)比分析

(1) 經(jīng)濟(jì)可行性：由圖1B可知，2005—2014年經(jīng)濟(jì)可行性貼近度呈穩(wěn)步上升態(tài)勢(shì)，由0.177 5上升到0.792 8，年均增長(zhǎng)率為18.09%。這是因?yàn)殡S著國(guó)家對(duì)土地管理的加強(qiáng)和土地投入的增加，白城市單位面積財(cái)政收入、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、畜牧業(yè)產(chǎn)值都呈現(xiàn)持續(xù)增加態(tài)勢(shì)，2014年分別增加了4.00倍、2.06倍、0.85倍，土地經(jīng)濟(jì)效益持續(xù)提高，所以經(jīng)濟(jì)可行性貼近度呈穩(wěn)步上升態(tài)勢(shì)。

(2) 資源環(huán)境可持續(xù)性：由圖1C可知，資源環(huán)境可持續(xù)性貼近度先上升后下降總體呈上升態(tài)勢(shì)，貼近度由2005年的0.224 8上升到2014年的0.737 6，資源環(huán)境可持續(xù)性提高。2011—2014年資源環(huán)境可持續(xù)性貼近度出現(xiàn)下降，主要是由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展和城市的擴(kuò)張占用了大量土地資源，草原退化嚴(yán)重，草原覆蓋率由2011年的44.31%下降到30.72%，另外建成區(qū)綠化覆蓋率也由31.50%下降到27.30%。

(3) 社會(huì)可接受性：由圖1D可知，2005—2014年白城市社會(huì)可接受性波動(dòng)性較大，增減交替，總體呈上升態(tài)勢(shì)，貼近度由0.441 1上升到0.614 4，2012出現(xiàn)到最大值0.797 2，原因是有效的人口管理政策使得2007年以來白城市人口自然增長(zhǎng)率呈現(xiàn)不斷下降態(tài)勢(shì)，特別是2012年，白城市人口出現(xiàn)負(fù)増長(zhǎng)，自然增長(zhǎng)率下降至-5.26%，人口總數(shù)的降低減輕了土地系統(tǒng)的承載壓力。

3.3　障礙因子診斷分析

3.3.1指標(biāo)層障礙因子診斷分析根據(jù)因子障礙度模型，按照公式(13)—(15)，對(duì)2005—2014年白城市土地可持續(xù)利用各指標(biāo)的障礙度進(jìn)行計(jì)算，由于指標(biāo)較多，因此選取前5個(gè)作為主要障礙因子(表2)。2005年阻礙白城市土地可持續(xù)利用水平提高的因素主要集中在資源環(huán)境可持續(xù)性方面，主要包括耕地面積占比、森林覆蓋率和林地面積占比等，其中2005年耕地面積占比僅為22.51%，小于同時(shí)期吉林省西部地區(qū)平均值35.59%；森林覆蓋率為10.90%，未達(dá)到同時(shí)期吉林省平均水平；而2014年阻礙白城市土地可持續(xù)利用水平提高的因素主要集中在資源環(huán)境可持續(xù)性和社會(huì)可接受性方面，包括人口自然增長(zhǎng)率、建成區(qū)綠化覆蓋率、草原覆蓋率、城市化水平等。從各指標(biāo)障礙度的數(shù)值變化來看，人口自然增長(zhǎng)率、建成區(qū)綠化覆蓋率、草原覆蓋率、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比例的障礙度呈逐漸增大態(tài)勢(shì)，到2014年成為阻礙白城市土地可持續(xù)的前4位障礙因子。2005年人口自然增長(zhǎng)率的障礙度僅為9.11%，但在2014年，這一指標(biāo)的障礙度增至29.50%，并成為阻礙2014年白城市土地可持續(xù)利用水平的首要障礙因子。

表2　2005-2014年白城市土地可持續(xù)利用指標(biāo)層主要障礙因子障礙度　%

3.3.2準(zhǔn)則層因子診斷分析在對(duì)2005—2014年白城市土地可持續(xù)利用指標(biāo)層因子障礙度計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計(jì)算出準(zhǔn)則層因子障礙度(圖2)。由圖2可知，準(zhǔn)則層3個(gè)指標(biāo)對(duì)白城市土地可持續(xù)利用的障礙度及其變化趨勢(shì)不盡相同。從整體來看，經(jīng)濟(jì)可行性障礙度先減小后增大再減小，總體呈下降態(tài)勢(shì)；資源環(huán)境可持續(xù)性障礙度先下降后上升總體呈上升態(tài)勢(shì)；社會(huì)可接受性障礙度總體呈上升態(tài)勢(shì)。從各指標(biāo)障礙度值來看，2008年之前經(jīng)濟(jì)可行性障礙度是阻礙白城市土地可持續(xù)利用水平的主因，2008—2014年3個(gè)指標(biāo)的變化比較曲折，總體狀況是經(jīng)濟(jì)可行性障礙度減小，資源環(huán)境可持續(xù)性和社會(huì)可接受性障礙度增大并成為阻礙白城市土地可持續(xù)利用水平的主因?？梢姡岣甙壮鞘型恋乜沙掷m(xù)利用水平必須從資源環(huán)境可持續(xù)性和社會(huì)可接受性入手，同時(shí)注重提高經(jīng)濟(jì)可行性。

圖2　2005-2014年準(zhǔn)則層指標(biāo)障礙度

4　結(jié)論與討論

(1) 通過改進(jìn)的TOPSIS法對(duì)2005—2014年白城市土地可持續(xù)利用水平進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，研究結(jié)果表明，2005—2014年白城市土地可持續(xù)利用水平總體呈上升態(tài)勢(shì)，貼近度由0.335 5上升到0.632 0，經(jīng)歷了較低—中等—較高的發(fā)展過程；從分類指標(biāo)來看，研究期間內(nèi)，白城市經(jīng)濟(jì)可行性呈穩(wěn)步上升態(tài)勢(shì)，增幅為246.65%，資源環(huán)境可持續(xù)性先上升后下降總體呈上升態(tài)勢(shì)，增幅為228.11%，社會(huì)可接受性在波動(dòng)變化中上升，增幅為39.29%。

(2) 從障礙因子診斷結(jié)果來看，不同時(shí)間段內(nèi)3個(gè)準(zhǔn)則層指標(biāo)障礙度對(duì)白城市土地可持續(xù)利用水平的影響各不相同。經(jīng)濟(jì)可行性障礙度總體呈下降態(tài)勢(shì)；資源環(huán)境可持續(xù)性障礙度和社會(huì)可接受性障礙度總體呈上升態(tài)勢(shì)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，提高白城市土地可持續(xù)利用水平，應(yīng)從資源環(huán)境可持續(xù)性和社會(huì)可接受性入手，同時(shí)注重提高經(jīng)濟(jì)可行性。從指標(biāo)層因子障礙度來看，影響白城市土地可持續(xù)利用水平的障礙因子主要有人口自然增長(zhǎng)率、建成區(qū)綠化覆蓋率、草原覆蓋率、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比例等，因此，在以后的土地利用過程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注人口自然增長(zhǎng)率過快的問題，在土地資源承載力范圍內(nèi)，控制人口密度；還應(yīng)持續(xù)增加環(huán)保投入，改善建成區(qū)環(huán)境狀況，控制水土流失程度和草原退化速度；大力發(fā)展綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)提高第三產(chǎn)業(yè)比例，減小經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)土地資源帶來的壓力。

(3) 土地可持續(xù)利用是一個(gè)多因素決策的復(fù)雜系統(tǒng)，應(yīng)用改進(jìn)TOPSIS法對(duì)土地可持續(xù)利用進(jìn)行評(píng)價(jià)，克服了傳統(tǒng)TOPSIS法在權(quán)重和歐式距離方面的缺陷，但本文只對(duì)研究區(qū)域的時(shí)序變化進(jìn)行了探討，缺乏空間差異的對(duì)比；同時(shí)，限于指標(biāo)數(shù)據(jù)的完整性和易獲取型，指標(biāo)體系的構(gòu)建受到一定限制，仍需進(jìn)一步完善。

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