周博，杜曉霞 ，馬林兵，何桂林

(1.中山大學地理科學與規(guī)劃學院，廣東 廣州 510275；2.中山大學廣東省城市化與地理環(huán)境空間模擬重點實驗室，廣東 廣州 510275)

土地作為一個自然經(jīng)濟綜合體，既為一種資源又為一種資產(chǎn)，在社會經(jīng)濟生活中起著越來越重要的作用。中國的城市化水平顯著提高，目前正處在城市化加速發(fā)展時期，城市化水平每年在以約1.27%的速度增長，但與此同時我國城市土地利用存在著諸多問題，土地利用結(jié)構(gòu)不合理、城市生態(tài)環(huán)境惡化，資源環(huán)境供給與城市經(jīng)濟社會發(fā)展的矛盾日趨嚴重[1]。我國人均耕地占有面積逐年遞減，根據(jù)2013年全國土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)，全國耕地總量135萬km2，人均占有量不足0.1 hm2。沿海發(fā)達城市人口聚集，土地稀缺問題更為突出，部分地區(qū)由于經(jīng)濟發(fā)展導致土地污染問題嚴重，土地利用系統(tǒng)健康堪憂。因此，開展土地利用系統(tǒng)健康研究，優(yōu)化土地利用系統(tǒng)健康的改善路徑，提高土地利用系統(tǒng)健康水平，對于加強生態(tài)文明建設，保障中國生態(tài)安全，促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的理論價值和現(xiàn)實意義。20世紀40年代，Leopold[2]首先界定了“土地健康(Land health)”的內(nèi)涵，并通過研究土地健康監(jiān)測其生態(tài)學參數(shù)，以保證人類在利用土地的時候不會使它喪失功能。80年代，加拿大政府開展全國土壤質(zhì)量調(diào)查，進行“土壤健康”項目研究[3]。國內(nèi)學者也曾對土地健康進行探索，蔡為民等[4-7]在分析土地利用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出并探討了土地利用系統(tǒng)健康的概念、本質(zhì)與目的，并初步建立了土地利用系統(tǒng)健康評價框架體系；張銳等[8]在界定土地利用系統(tǒng)健康內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于“壓力-狀態(tài)-響應”模型(Pressure-State-Response Model)的評價指標體系，采用熵值法和灰色預測模型，對中國土地利用系統(tǒng)健康狀態(tài)進行了評價與預測；鄭華偉等[9]從土地利用系統(tǒng)健康評價指標體系的基本框架出發(fā)，構(gòu)建了4個層次的土地利用系統(tǒng)健康評價指標體系，并引用物元分析法及改進的熵值法對四川省土地利用系統(tǒng)健康水平進行了評價。目前，我國大部分城市還存在著土地粗放、低效利用導致的土地利用系統(tǒng)健康情況欠佳的問題，且土地利用系統(tǒng)健康評價研究尚處于起步階段，定性分析相對較多、定量研究較少。鑒于此，本文在界定土地利用系統(tǒng)健康內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，以廣州市作為研究區(qū)，構(gòu)建基于PSR模型的土地利用系統(tǒng)健康定量評價指標體系，引用系統(tǒng)科學理論對土地利用系統(tǒng)健康評價進行實證研究，揭示當前廣州市土地利用系統(tǒng)健康現(xiàn)狀、潛在的問題及發(fā)展?jié)摿ΓV州市土地利用系統(tǒng)健康現(xiàn)狀的改進及未來的發(fā)展提出對策和建議。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

本文研究區(qū)為廣州市轄11區(qū)(荔灣、越秀、天河、白云、黃埔、番禺、花都、南沙、蘿崗、從化和增城區(qū))，總面積約7 434 km2。21世紀開始，廣州市經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展，2001-2012年地區(qū)生產(chǎn)總值年均增長率達15.3%，人口年均增長率達1.3%，經(jīng)濟發(fā)展和人口增長均處于廣東省領(lǐng)先水平。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文所涉及的社會經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境狀況、土地利用現(xiàn)狀等相關(guān)數(shù)據(jù)主要來源于廣東統(tǒng)計年鑒(2002-2013年)[10]、廣東農(nóng)村統(tǒng)計年鑒(2002-2013年)[11]、廣州統(tǒng)計年鑒(2002-2013年)[12]和相應的統(tǒng)計公報、廣州市土地利用變更數(shù)據(jù)、廣州市環(huán)保局統(tǒng)計數(shù)據(jù)、《廣州城市總體發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃(2001-2010年)》以及廣州市各區(qū)統(tǒng)計公報。

2 研究方法

在土地利用評價方法的基礎(chǔ)上，土地利用系統(tǒng)健康評價方法的框架和指標體系日漸完善，目前常用的方法是PSR模型。本文以廣州市為研究區(qū)，構(gòu)建基于PSR模型的城市土地利用系統(tǒng)健康指標體系，采用層次分析法確定指標的權(quán)重，同時從系統(tǒng)科學角度出發(fā)，引入綜合評價函數(shù)進行分析，探究廣州市土地利用系統(tǒng)健康的具體水平。

2.1 基于PSR模型的指標體系構(gòu)建

PSR模型以“因果聯(lián)系”為紐帶將壓力、狀態(tài)、響應3個不同的系統(tǒng)進行組合，從而對其巨系統(tǒng)進行綜合評價[13]。PSR概念模型的主要優(yōu)勢是評價環(huán)境系統(tǒng)的持續(xù)性、分析系統(tǒng)內(nèi)在的因果關(guān)系，監(jiān)測各個指標之間連續(xù)反饋機制，尋找人類活動與環(huán)境影響之間的因果鏈，體現(xiàn)了人類活動(壓力)、社會政策調(diào)整(響應)和土地利用系統(tǒng)變化(狀態(tài))之間的相互制約、相互影響的全過程[14]。因此PSR模型能夠反映每個環(huán)節(jié)對土地利用系統(tǒng)健康狀況影響的因素和程度，根據(jù)診斷結(jié)果可進一步進行決策和管理。

從土地利用系統(tǒng)健康評價指標體系的基本框架出發(fā)，遵循指標選取的科學性、系統(tǒng)性、可比性、規(guī)范性、綜合性和可獲取性等原則，借鑒相關(guān)學者已有的研究成果，構(gòu)建了包含4個層次的土地利用系統(tǒng)健康評價指標體系(表1)。

表1 城市土地利用系統(tǒng)健康評價指標體系Table 1 The evaluation index system of urban land-use system health

2.2 指標權(quán)重的確定

土地利用系統(tǒng)健康評價是綜合多個指標進行定量評價的過程，指標權(quán)重的確定關(guān)系到評價結(jié)果的可靠性和準確度，為了避免個人主觀因素的影響過大，本文結(jié)合層次分析法(Analytical Hierarchy Process，AHP)和文獻資料法來確定各指標的權(quán)重值。AHP方法確立指標權(quán)重的基本步驟如下：

1)建立層次結(jié)構(gòu)模型。應用AHP法時，首先將所要進行的決策問題置于一個大系統(tǒng)中，這個系統(tǒng)中存在互相影響的多種因素，然后根據(jù)因素的屬性和關(guān)系分為若干層次，從而將這些問題層次化，形成一個多層次的分析結(jié)構(gòu)模型[15]。最后結(jié)合數(shù)學方法與定性分析方法，層層排序，最終計算得出各指標所占的權(quán)重。

2)構(gòu)造判斷(成對比較)矩陣。在建立了層次結(jié)構(gòu)模型后，此處引入1-9標度法兩兩比較各個層次或某一層次下各因素的相對重要性。以A表示目標，Xi、Xj(i，j= 1，2，…，n)表示因素，Xij表示Xi對Xj的相對重要性數(shù)值，并由Xij組成A-X判斷矩陣P。

(1)

3)計算重要性排序。根據(jù)判斷矩陣，求出其最大特征根λmax所對應的特征向量W：

P·W=λmax·W

(2)

所求特征向量W經(jīng)歸一化，即為各評價因素的重要性排序，即權(quán)重分配。

4)一致性檢驗。為檢驗以上得到的權(quán)重分配是否合理，需要對判斷矩陣進行一致性檢驗：

① 計算一致性CI(Consistency Index)，計算公式為：

CI=(λmax-n)/(n-1)

(3)

式中n為矩陣階數(shù)，且n>1。

② RI為判斷矩陣的平均隨機一致性指標，1～9階的判斷矩陣的RI值依次為：0，0，0.52，0.89，1.12，1.24，1.36，1.41，1.45。

③計算一致性比例CR(Consistency Ratio)：

CR=CI·R

(4)

若有CR > 0.1，則表明上述判斷矩陣的一致性可以接受。同理可求得全部要素層各元素的權(quán)重，并分別對其判斷矩陣進行一致性檢驗。

按照上述方法計算得到廣州市土地利用系統(tǒng)健康評價體系各指標的權(quán)重(表2)。

表2 各評價指標權(quán)重Table 2 The weight of each evaluation index

為消除不同評價指標的單位與量綱差異，使得數(shù)據(jù)之間具有可比性，采用極差標準化法對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，得到各評價指標的標準化值。

2.3 土地利用系統(tǒng)健康評價綜合評價模型構(gòu)建

土地利用系統(tǒng)健康綜合評價指標體系中的每個因素層及其對應的指標都是從不同側(cè)面來反映土地利用系統(tǒng)健康的狀況，因此采用綜合評價模型對將系統(tǒng)中的各個指標的標準化值與其相應的權(quán)重相乘后加和成綜合指數(shù)，可全面客觀地反映系統(tǒng)的整體狀況。土地利用系統(tǒng)健康綜合指數(shù)計算公式為：

(5)

式中，S表示土地利用系統(tǒng)健康綜合指數(shù)，Wi表示第i個指標的權(quán)重，Xi表示第i個指標標準化后的值。

本文在借鑒國內(nèi)外生態(tài)系統(tǒng)健康等級劃分的基礎(chǔ)上，將土地利用系統(tǒng)健康級別分為：病態(tài)、不健康、臨界狀態(tài)、亞健康以及健康5個等級，其分級標準及相應含義見表3。

3 結(jié)果與討論

根據(jù)上述研究方法，對所獲取的數(shù)據(jù)進行處理以及利用相應模型運算后，得出2001-2012年廣州市土地利用系統(tǒng)健康的評價結(jié)果(表4)。

表3 土地利用系統(tǒng)健康分級標準及其含義Table 3 The health classification standard and its meaning of land-use system

表4 2001-2012年廣州市土地利用系統(tǒng)診斷結(jié)果Table 4 The diagnostic results of land-use system in Guangzhou during 2001-2012

通過EXCEL的制圖功能，將各個年份的壓力P、狀態(tài)S、響應R以及健康綜合指數(shù)以折線圖的形式表示，可以直觀地了解和分析各子系統(tǒng)對健康綜合指數(shù)的影響情況(圖1)。

圖1 土地利用系統(tǒng)健康結(jié)構(gòu)折線圖Fig.1 Line charts of land-use system structure

3.1 廣州市土地利用系統(tǒng)健康水平時間差異

根據(jù)土地利用系統(tǒng)健康診斷結(jié)果，2001-2012年廣州市土地利用系統(tǒng)健康綜合指數(shù)有一定幅度的波動，但整體水平仍然偏低，其中2001-2009年健康綜合指數(shù)均低于0.6，健康級別屬于不健康或臨界狀態(tài)，城市土地利用系統(tǒng)整體狀況不容樂觀。2008-2012年廣州市土地利用系統(tǒng)健康水平總體上呈現(xiàn)緩慢上升趨勢，健康綜合指數(shù)從2008年的0.38上升到2012年的0.70，健康級別由不健康狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閬喗】禒顟B(tài)，表現(xiàn)出較為明顯的時間差異特征。其中，2004-2009年可看作是健康級別的過渡時段，期間健康指數(shù)波動范圍極小，維持在臨界狀態(tài)上下；2001-2003年土地利用系統(tǒng)健康指數(shù)較低，為不健康狀態(tài)，土地利用結(jié)構(gòu)不合理，社會經(jīng)濟發(fā)展與資源利用、環(huán)境保護沖突較為嚴重；2009-2012年健康綜合指數(shù)保持較為穩(wěn)定的上升狀態(tài)，處于亞健康狀態(tài)，土地利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)整為更合理狀態(tài)。

3.2 廣州市土地利用系統(tǒng)健康水平的影響因素分析

2001-2005年期間，廣州市土地利用系統(tǒng)健康綜合水平較低的主要原因是土地利用狀態(tài)子系統(tǒng)得分較低，且響應水平不高，即前期廣州市土地利用系統(tǒng)對壓力、沖突的抗干擾能力和自我恢復能力較弱。由于當時的廣州處于2001-2010年城市總體規(guī)劃初期，土地整治工作成效并未顯現(xiàn)，土地利用空間布局、土地集約節(jié)約利用程度等不盡完善，經(jīng)濟發(fā)展對環(huán)境沖擊較大，使得廣州市這一階段城市土地利用系統(tǒng)健康整體水平較低。在2005年后，廣州市政府對環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的政策調(diào)整、加強對環(huán)境保護治理力度，使得土地利用系統(tǒng)狀態(tài)子系統(tǒng)的指數(shù)緩慢上升，響應指數(shù)逐漸上升，使得即使在環(huán)境壓力較大的情況下，全市土地利用系統(tǒng)總體情況向著良好的方向發(fā)展。

土地利用系統(tǒng)壓力是影響廣州土地利用系統(tǒng)健康水平的另一個重要因素，其包括人口活動、工業(yè)三廢排放和土地利用的壓力等。2001-2012年期間，隨著城市化的不斷推進，廣州市人口空間聚集度急劇上升，人口總量迅速增長，另外國民生產(chǎn)總值以及社會固定投資增長速度較快，經(jīng)濟和人口的高速增長導致城市的快速擴張，各種能源消耗增加，對生態(tài)環(huán)境造成了巨大的壓力。研究時段內(nèi)，前期土地利用響應子系統(tǒng)指數(shù)較低，后期呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，主要是由于政府對環(huán)境保護政策的調(diào)整，隨著政府環(huán)保教育投資的加強、工業(yè)三廢以及生活廢棄物治理率的提高，使得響應子系統(tǒng)指數(shù)呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，對城市土地利用系統(tǒng)健康水平的穩(wěn)步提高具有積極促進作用。

4 結(jié) 論

本文通過梳理和歸納前人學者的評價體系模型以及相關(guān)理論和方法，運用層次分析法和多因素綜合評價法，結(jié)合PSR模型對廣州市2001-2012年20余項指標進行相關(guān)運算處理，從宏觀層次和中觀層次對廣州市近年的土地利用系統(tǒng)狀況進行了動態(tài)評價研究。結(jié)果表明，廣州市土地利用健康水平總體呈現(xiàn)逐步提高的趨勢，各階段土地利用健康水平變化趨勢與城市實際發(fā)展情況大致相符。同時，在政策響應水平、相關(guān)投資方面仍需加強，不斷提高土地利用集約程度、環(huán)境保護力度等，才能更有效地促進廣州市土地利用系統(tǒng)的健康發(fā)展。PSR模型能準確的反映土地利用系統(tǒng)、社會經(jīng)濟發(fā)展和管理決策之間的相互依存、相互制約的關(guān)系，進而有效剖析土地利用系統(tǒng)健康評價指標各要素之間的內(nèi)在聯(lián)系。但由于研究水平、時間以及可獲取資料的限制，本文還存在一些不足之處：在構(gòu)建土地利用系統(tǒng)健康評價指標體系時，個別指標的數(shù)據(jù)無法獲取，雖然本文中已用其他可獲取指標替換了不可獲取的指標，但導致評價指標體系中以正向指標為主，缺乏負向指標，指標體系覆蓋在一定程度上不夠全面。