費羅成，吳次芳，羅文斌，張 舟

(1.安徽師范大學國土資源與旅游學院，安徽蕪湖241002;2.浙江大學土地科學與不動產研究所，杭州310029;3.湖南師范大學旅游學院，長沙410081)

無論是農業(yè)社會、工業(yè)社會，還是后工業(yè)社會，人類都沒有離開土地，并以土地利用為主線世代繁衍［1］。但土地利用系統(tǒng)是一個復雜的綜合系統(tǒng)，土地利用變化既受到自然、社會、經濟等諸多因素的影響，又反作用于自然、社會、經濟等系統(tǒng)［2］。資源型城市的土地利用系統(tǒng)與自然社會經濟系統(tǒng)之間雙向作用表現(xiàn)更為明顯。從土地利用角度看，資源型城市是土地低效粗放利用的典型城市。隨著礦產資源的逐步枯竭，資源型城市土地利用負外部性越發(fā)反作用于社會經濟系統(tǒng)，經濟社會發(fā)展呈現(xiàn)出不可持續(xù)性，城市發(fā)展面臨著巨大的轉型壓力。資源型城市的轉型關鍵是城市定位的與時俱進［3］，在不同的發(fā)展階段實行不同的轉型模式。土地資源作為資源型城市轉型的基礎投入要素，是城市轉型的關鍵指標，在不同轉型階段均發(fā)揮著重要作用。但目前對資源型城市土地利用與各轉型模式之間的內在聯(lián)系關注還不夠，相關研究缺乏。土地利用綜合效益作為衡量城市土地利用的重要指標［4］，反映了土地資源優(yōu)化配置情況［5］，對實現(xiàn)土地資源合理利用與調控、促進社會經濟的持續(xù)、協(xié)調發(fā)展具有重要作用［6］。通過評價資源型城市轉型期間土地利用綜合效益，分析其變化規(guī)律與轉型階段的內在聯(lián)系，可以從土地利用角度為城市轉型提供借鑒。

目前土地利用綜合效益研究多以定量研究為主，主要研究方法有協(xié)調度模型［5，7］、模糊數(shù)學法［8］、耦合模型法［9-10］、對應分析法［11］、多目標綜合評價法［12］、小波神經網絡［13］等。但現(xiàn)有研究方法主要通過模型集合分析原有分散信息，無法識別單指標、總體指標與評價等級之間的隸屬程度，也會遺漏單指標之間的一些評價信息。這導致現(xiàn)有土地利用綜合效益研究側重于結果評價，忽視了單指標變化情況，缺少長時間序列下土地利用綜合效益制約因素分析。物元可拓模型通過單指標關聯(lián)函數(shù)可以有效評價單指標和總體指標的等級、變化規(guī)律，進而反映資源型城市土地利用綜合效益制約因素，可以為改善土地利用綜合效益指明途徑，有利于資源型城市轉型和可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)域

棗莊市位于山東省南部，泰沂山區(qū)的西南邊緣，東接臨沂市費縣、蒼山縣、平邑縣，南臨江蘇省銅山縣、邳州市，西瀕濟寧微山縣，北靠濟寧鄒城市。早在元朝時期棗莊市就發(fā)現(xiàn)大儲量煤田，至清朝形成規(guī)模，至今已有700多年采煤歷史，是典型的資源型城市。然而，至2006年底，棗莊境內的陶棗、韓臺煤田保有煤炭儲量僅0.44億t，可采儲量0.3億 t，分別僅占原有煤炭儲量、可采儲量的9.98%，9.52%，已經呈現(xiàn)出明顯的資源枯竭特征。作為國務院認定的44個資源枯竭型城市(地區(qū))之一，棗莊市亟需轉型發(fā)展。但是，由于棗莊市礦產資源開采歷史長，已形成明顯的資源型城市土地利用特征。大量土地塌陷和煤矸石堆積等土地利用問題開始反作用于社會經濟系統(tǒng)，影響了進一步轉型升級。

根據(jù)數(shù)據(jù)易獲得性、連續(xù)性和典型性，本研究選取2000—2012年作為研究年度，所用社會經濟數(shù)據(jù)、環(huán)境保護數(shù)據(jù)來源于《棗莊市統(tǒng)計年鑒》(2001—2013年)、《山東省統(tǒng)計年鑒》(2001—2013年)，土地數(shù)據(jù)來源于棗莊市國土資源局。

2 研究模型

物元可拓模型是中國學者蔡文于20世紀80年代提出的用于研究解決矛盾問題的理論方法，以解決不相容問題為核心，適用于多因子評價問題。該模型已經廣泛應用于生態(tài)環(huán)境評價［14-15］、水資源評價［16］、生態(tài)安全［17-18］等相關研究中。土地利用綜合效益是一個不相容問題，也是一個綜合多因子的問題，其分等評價可以應用物元可拓模型。借鑒相關學者研究成果［15，18-20］，土地利用綜合效益物元評價模型步驟如下。

2.1 確定經典域和節(jié)域物元矩陣

根據(jù)物元理論，將城市土地利用綜合效益N、城市土地利用綜合效益特征c和特征量值v共同組成土地利用綜合效益物元。土地利用綜合效益N可以劃分為j個評價等級N0j，各等級中評價指標Ci對應的特征量值范圍＜a0j1，b0j1＞即為經典域。

土地利用綜合效益的標準等級N0和其他等級Nm(m=1，2，3，4)共同構成的土地利用綜合效益物元Rp稱為節(jié)域物元。

2.2 計算土地利用綜合效益的關聯(lián)函數(shù)及關聯(lián)度

關聯(lián)函數(shù)表示土地利用綜合效益物元的取值為實軸上的一點時待評物元符合等級要求的程度。令有界區(qū)間X0=［a，b］的模定義為:

某一點X到區(qū)間X0=［a，b］的距離為:

則土地利用效益指標關聯(lián)函數(shù)K(x)的定義為:

式中:ρ(X，X0)表示點X與有界區(qū)間X0=［a，b］的距離;ρ(X，Xp)表示點X與有界區(qū)間Xp=［ap，bp］的距離;X，X0，Xp分別表示待評土地利用綜合效益物元的量值、經典域物元的量值范圍和節(jié)域物元的量值范圍。

2.3 計算綜合關聯(lián)度并確定評價等級

待評對象Nx關于土地利用綜合效益標準等級j的綜合關聯(lián)度Kj(Nx)為:

式中:Kj(Nx)為待評對象Nx關于等級j的綜合關聯(lián)度;Kj(xi)為待評對象Nx關于等級j的單指標關聯(lián)度;ai為各評價指標的權重

比較各等級單指標關聯(lián)度和綜合關聯(lián)度大小以確定劃分結果，等級j的關聯(lián)度越大，表明待評對象與等級集合的符合程度越佳。

若

則待評對象第i指標屬于土地利用綜合效益標準等級j。

若

則待評對象Nx屬于土地利用綜合效益標準等級j。

關聯(lián)度數(shù)值K(x)在實數(shù)軸上大小表征了待評對象隸屬于土地利用綜合效益某一標準級別的程度。當K(x)≥1.0時，表示待評對象超過標準等級上限，數(shù)值越大，開發(fā)潛力越大;當0≤K(x)＜1.0時，表示待評價對象符合標準等級要求程度，數(shù)值越大，越接近標準上限;當-1.0＜K(x)＜0時，表示待評價對象不符合標準等級要求，但具備轉化為標準等級的條件，正處于等級轉化過程中，且值越大，表示越易轉化;當K(x)≤-1.0時，表示待評對象不符合標準等級要求，且又不具備轉化為標準等級的條件。

3 研究過程

3.1 土地利用綜合效益評價指標體系及權重

城市土地利用綜合效益是城市土地在數(shù)量、質量上的空間和時間上的安排、使用和優(yōu)化給整個城市帶來的生態(tài)、經濟和社會效益的總和［5］。同時，土地利用社會、經濟效益和生態(tài)效益相互影響、相互制約、相互促進［21-22］。根據(jù)以上邏輯分析，充分考慮資源枯竭型城市土地生態(tài)環(huán)境破壞嚴重的特殊土地利用特征，遵循代表性、整體性、系統(tǒng)性、可操作性原則，從影響城市土地利用的主要因素入手，從經濟因子、社會因子、生態(tài)因子3方面構建了土地利用綜合效益評價指標體系(表1)。經濟因子中的C1和C2反映土地利用產出情況，C3和C4反映土地利用投入情況，C5則反映城市的整體經濟狀態(tài)。其中，為了反映資源枯竭型城市生態(tài)環(huán)境治理投入情況，特別引入C4(單位土地面積環(huán)保投資額)加以分析。社會因子中C6和C7反映城鎮(zhèn)居民和農民的基本收入情況，C8和C9反映人口分布變化情況，C10反映社會人均綠化建設情況。生態(tài)因子中C11反映建成區(qū)生態(tài)環(huán)境建設情況，C12和C13反映城市生態(tài)環(huán)境治理情況，C14，C15和C16反映土地利用的生態(tài)環(huán)境污染情況。

由于各指標的貢獻程度各不相同，精確評價土地利用綜合效益需要對單個指標貢獻程度加以區(qū)分，確定出各指標權系數(shù)。為了能夠更全面、更準確地反映各評價指標貢獻程度，本研究采用熵權法［23-24］和層次分析法(AHP)［25］相結合的綜合集成賦權法，力求在權重的確定上達到主觀和客觀的統(tǒng)一，從而既充分保留了各個指標值傳遞的信息，又可通過專家的知識經驗對客觀權重加以修正，使量化結果更加符合實際［26］(表1)。

3.2 棗莊市土地利用綜合效益評價經典域、節(jié)域

經典域(評價等級取值范圍)的確定是物元可拓評價的基礎。根據(jù)物元理論，土地利用綜合效益可以劃分為4個等級。結合已有研究結果、全國平均值和棗莊市實際情況等，劃定土地利用綜合效益評價各等級的經典域(表2)。將4個等級所有取值范圍合并即為節(jié)域范圍。

表1 土地利用綜合效益指標體系及其權系數(shù)Tab.1 The evaluation index system and weight of land use comprehensive benefits

表2 土地利用綜合效益指標經典域的取值范圍標準Tab.2 The range on the classic domain of the index of land use comprehensive benefits

4 結果與討論

4.1棗莊市土地利用綜合效益評價結果

將2000—2012年待評物元輸入物元評價模型中，可以計算出2000—2012年棗莊市土地利用綜合效益與各等級之間的隸屬度。根據(jù)物元理論可以得出各年份棗莊市土地利用綜合效益評價等級(表3)。

從評價結果看，棗莊市土地利用綜合效益評價等級前期穩(wěn)定，后期波動，但均處于等級轉化過程中(即未達到該等級，但具備向該等級轉化的潛力)。其中，2000—2005年一直處于向“較差”等級轉化中，土地利用綜合效益較低;2006，2007年和2009，2010年土地利用綜合效益處于向“一般”等級轉化中，土地利用綜合效益得到改善;2008，2011，2012年土地利用綜合效益達到最高等級，但仍僅僅具有向“優(yōu)秀”等級轉化的潛力，并未達到“優(yōu)秀”等級。

4.2 土地利用綜合效益變化規(guī)律和轉型模式分析

為了定量反映土地利用綜合效益變化規(guī)律，設λ為等級轉化為分值的轉化系數(shù)，G為土地利用綜合效益隸屬等級關聯(lián)度，則評價等級對應的評價分值F表示為:

式中:λ ∈［1，2，3，4］，λ=1 表示評價等級為“較差”，λ=2表示評價等級為“一般”，λ=3表示評價等級為“良好”，λ=4表示評價等級為“優(yōu)秀”。

根據(jù)式(7)，將棗莊市土地利用綜合效益評價等級轉化為評價分值(表3，圖1)。從圖1可以看出，棗莊市土地利用綜合效益在2000—2005年期間變化不大，維持在較低水平;2006年開始土地利用綜合效益呈明顯增長趨勢，至2008年達到較高水平;然而2009，2010年出現(xiàn)明顯下降，直至2011，2012年重新提升并穩(wěn)定達到最高水平。從總體上看，研究期間，棗莊市土地利用綜合效益呈現(xiàn)“先平穩(wěn)，后增長，最后動態(tài)上升”的變化規(guī)律。

表3 棗莊市2000—2012年土地利用綜合效益評價結果Tab.3 The evaluation result of land use comprehensive benefits in Zaozhuang City from 2000 to 2012

圖1 棗莊市2000—2012年土地利用綜合效益變化Fig.1 The variation of land use comprehensive benefits in Zaozhuang City from 2000 to 2012

根據(jù)資源型城市所處的資源開發(fā)階段、替代產業(yè)發(fā)展規(guī)模、地理區(qū)位以及相關的產業(yè)政策等面因素，一般資源型城市轉型模式可以分為產業(yè)接續(xù)模式、產業(yè)替代模式和復合轉型模式［27］。棗莊市轉型階段和轉型模式也基本符合上述轉型發(fā)展規(guī)律。對比分析棗莊市土地利用綜合效益變化規(guī)律和轉型階段、轉型模式選擇，可以發(fā)現(xiàn)兩者之間存在內在聯(lián)系，體現(xiàn)了政策引導對土地利用綜合效益的重要作用。

為避免“煤盡城衰”的發(fā)展道路，21世紀后棗莊市開始重視資源型城市轉型，尤其是2005年的“七個轉變”政策進一步加快了城市轉型進程。2006年，棗莊市開始大力實施新型工業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略，重點發(fā)展煤化工、精細化工等接續(xù)替代產業(yè)，人均GDP、城鎮(zhèn)居民可支配收入、城市污水處理率等均得到了較大提升。產業(yè)接續(xù)和產業(yè)替代的轉型發(fā)展政策相應地推動了土地利用綜合效益，使之隨后呈現(xiàn)了明顯的增長趨勢，直至2008年達到土地利用綜合效益的較高水平。2009年，棗莊市城市轉型進入復合轉型的新階段。發(fā)展旅游成為棗莊市“轉方式、調結構”的新舉措，通過大力發(fā)展臺兒莊古城、大運河、山亭生態(tài)游等旅游項目，促使城市發(fā)展從“賣資源”轉為“賣文化”。隨著轉型模式的改變，棗莊市增加了基礎設施等社會固定資產投資，但相應減少了工業(yè)生產方面的環(huán)保投資、工業(yè)“三廢”減排等投入，導致隨后的2009，2010年的土地利用綜合效益下降到較低水平。隨著轉型政策的持續(xù)實施，尤其是國家和省級財政的返還支持，棗莊市在繼續(xù)增加社會固定資產投資的同時，也增強了土地生態(tài)環(huán)境建設，以改善旅游環(huán)境，導致2011，2012年全市土地利用綜合效益水平持續(xù)提升，最終穩(wěn)定達到研究期間的最高水平。

4.3 棗莊市土地利用綜合效益制約因素

根據(jù)物元理論，通過單指標關聯(lián)度變化可以識別出2000—2012年棗莊市土地利用綜合效益制約因素。為此，根據(jù)每年度各指標的關聯(lián)度指數(shù)和評價等級，運用式(7)將其轉化為評價分值，以直觀識別出2000—2012年期間棗莊市土地利用綜合效益的制約因素。綜合分析得到棗莊市土地利用綜合效益水平提升的6個主要制約因素:人口密度、城市化水平、單位土地面積財政收入、單位土地面積環(huán)保投資額、單位土地面積工業(yè)廢氣排放量、單位土地面積化學需氧量排放總量(圖2)。

人口密度、城市化水平、單位土地面積財政收入3個指標不僅評價分值不高，還提升趨勢乏力，2000—2012年整個研究期間變化不大，未能帶動土地利用綜合效益提升，顯示出人口指標和經濟收入指標是未來提升土地利用綜合效益的主要制約因素;單位土地面積環(huán)保投資額、單位土地面積工業(yè)廢氣排放量、單位土地面積化學需氧量排放總量3個指標則波動性太大，并與土地利用綜合效益水平波動呈現(xiàn)一致性，顯示出生態(tài)環(huán)境保護指標是棗莊市土地利用綜合效益的主要制約因素。

土地利用綜合效益的制約因素的識別為改善棗莊市土地利用綜合效益、加快城市轉型指明了方向。制約因素中單位土地面積環(huán)保投資額、單位土地面積工業(yè)廢氣排放量、單位土地面積化學需氧量排放總量等變化規(guī)律符合資源枯竭型城市土地生態(tài)環(huán)境破壞嚴重的背景，提示改善生態(tài)環(huán)境、加大環(huán)保投入是未來提升棗莊市土地利用綜合效益的首要因素;人口密度、城市化水平、單位土地面積財政收入等指標提升趨勢乏力，符合棗莊市資源枯竭轉型中的人口轉移和經濟發(fā)展規(guī)律，揭示未來提升棗莊市土地利用綜合效益還需轉變經濟發(fā)展方式，以“產業(yè)轉型、人口轉移”來增加土地產出，分流安置轉崗礦工。

圖2 棗莊市土地利用綜合效益制約因素變化Fig.2 The variation of restriction factors of land use comprehensive benefits in Zaozhuang City

5 結論

土地利用系統(tǒng)具有復雜性，土地利用綜合效益也是經濟因子、社會因子和生態(tài)因子等多維狀態(tài)綜合而成。因此，土地利用綜合效益的評價需要構建合理的指標體系，選用適宜的評價模型，將單指標信息加以提取綜合，并分析出其制約因素。

物元可拓評價模型不僅可以無信息損失地測度出土地利用綜合效益，還可以通過單指標關聯(lián)度的變化分析出土地利用綜合效益的制約因素，為未來提升土地利用綜合效益指明方向。

作為資源枯竭型城市，轉型模式的政策引導對棗莊市土地利用綜合效益影響較大，兩者之間存在內在聯(lián)系。借助單指標關聯(lián)度分析可以看出，棗莊市土地利用綜合效益提升的主要制約因素為人口密度、城市化水平、單位土地面積財政收入、單位土地面積環(huán)保投資額、單位土地面積工業(yè)廢氣排放量、單位土地面積化學需氧量排放總量6個指標，這與資源枯竭型城市背景也相一致。制約因素變化規(guī)律揭示了棗莊市提升土地利用綜合效益的措施包括改善生態(tài)環(huán)境、加大環(huán)保投入、轉變經濟發(fā)展方式、實現(xiàn)“產業(yè)轉型、人口轉移”等方向。

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