楊 帆， 陳梓萌， 鞏世彬

(遼寧工程技術(shù)大學(xué) 測繪與地理科學(xué)學(xué)院, 遼寧 阜新 123000)

土地資源作為人類生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)和最核心的勞動對象[1]，在人類歷史發(fā)展進程中扮演著不可替代的角色，而且也是人口社會經(jīng)濟發(fā)展最重要的后盾保障。如今，在加快社會經(jīng)濟發(fā)展的同時，城鎮(zhèn)化進程也在不斷加快，土地資源承載力代表了土地資源開發(fā)利用的狀態(tài)，同時反映了區(qū)域性土地生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和承載力閾值[2]。準確、客觀地評價土地資源承載力對合理規(guī)劃城市土地利用具有重要意義。

針對于土地資源承載力的研究方法主要有系統(tǒng)動力學(xué)方法[3]、粒子群投影尋蹤法、綜合指數(shù)法、生態(tài)足跡法等方法。魏瑋等[4]在2015年運用ArcGIS對海西城市群的土地綜合承載力空間差異特征進行了評價研究；如Wang等[5]采用TOPSIS方法對2015—2019年通遼市資源環(huán)境承載力進行評價；還有部分學(xué)者基于VIKOR法和障礙度模型對影響濰坊市水資源承載力的主要因素進行識別[6]。

從研究內(nèi)容上看，目前對于東北地區(qū)城市的的土地承載力狀況研究較少，而遼寧省作為東北地區(qū)發(fā)展的重要區(qū)域，同時也是東北地區(qū)的重要支撐節(jié)點。本研究基于已有研究成果，從社會、經(jīng)濟和資源3個角度上構(gòu)建土地承載力評價指標體系，在已有研究基礎(chǔ)上，本文提出用AHP法與熵權(quán)-TOPSIS法結(jié)合的方法對土地承載力進行評價，利用AHP法與熵權(quán)法結(jié)合確定權(quán)重，這種將主觀因素與客觀因素結(jié)合的方法是評價結(jié)果更具有準確性。然后通過TOPSIS模型對遼寧省各城市土地資源承載力的差異進行分析，最后對影響因素進行障礙度診斷，得到各城市制約土地承載力發(fā)展的主要障礙因子，以期為遼寧省地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

遼寧省位于中國東北地區(qū)的南部，地理位置處于東經(jīng)118°53′—125°46′，北緯38°43′—43°26′[7]，屬于東三省的中心區(qū)域。研究區(qū)分別包括沈陽、大連、鞍山等14個地級市，由北向南地勢逐漸降低，中間地勢相比東西兩側(cè)較低。全省土地總面積為1.49×105km2，本研究針對于2018年遼寧省情況，其林地面積6.39×104km2，耕地面積約6.09×104km2，建設(shè)用地面積約為1.34×104km2；全省常住人口約為4.19×107人，地區(qū)生產(chǎn)總值較前一年增長5.7%，人均地區(qū)生產(chǎn)總值約為58 008元，較前一年增長5.9%。遼寧省城鎮(zhèn)化率較上一年增長了0.61%，正處在城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的時期，同時在有限的土地資源的約束下，人地矛盾日益突出。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

文章中所涉及的數(shù)據(jù)與資料大部分來自于《遼寧省統(tǒng)計年鑒》，遼寧省各城市《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》以及地理空間數(shù)據(jù)云等相關(guān)政府門戶網(wǎng)站發(fā)布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并在空間上利用了遼寧省行政圖作為底圖對研究成果進行空間可視化分析。

1.3 遙感影像監(jiān)督分類

研究利用ENVI軟件完成遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括輻射定標、幾何校正、大氣校正、鑲嵌、裁剪等預(yù)處理[8]。并按照國家土地利用分類的標準，利用監(jiān)督分類的方法結(jié)合遼寧省地區(qū)的具體情況和特征，將遼寧省各城市的地物分為6大類型：水域、林地、建設(shè)用地、草地、耕地和未利用地。并將影像在ArcGIS 10.2軟件對各個城市的影像進行鑲嵌制圖得到遼寧省土地利用現(xiàn)狀圖。根據(jù)所得的土地利用類型圖對各類型用地面積進行計算，結(jié)果得到全省林地面積占總面積的43%，耕地面積占總面積41%，建設(shè)用地面積占總面積的9%，水域和草地面積占總面積均為3%，未利用地面積占總面積1%。

2 研究方法

2.1 評價指標體系的構(gòu)建

結(jié)合研究區(qū)的自然資源條件和生態(tài)環(huán)境特征，以及國務(wù)院印發(fā)的《全國國土規(guī)劃綱要(2016—2030年)》和國家發(fā)改委印發(fā)的《綠色發(fā)展指標體系》《生態(tài)文明建設(shè)考核目標體系》等政策文件，依據(jù)研究區(qū)城市的實際情況，再結(jié)合數(shù)據(jù)的可獲取性，以科學(xué)性、全面性、系統(tǒng)性、區(qū)域性為原則，按照指標選取的代表性、獨立性、系統(tǒng)性和可量化性原則構(gòu)建遼寧省城市土地資源承載力的指標體系[9]。從社會角度、經(jīng)濟角度、資源角度中分別選取16個指標。

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

2.2.1 層次分析法 層次分析法是基于專家對每個影響因素的客觀評判，對其重要性進行分析，構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，計算各個指標的權(quán)重值。本文利用AHP法對評價指標體系的3個準則層進行賦權(quán)，在此基礎(chǔ)上再利用熵權(quán)法分別確定指標層對準則層的權(quán)重，最后計算其綜合權(quán)重。AHP法對準則層計算的權(quán)值判斷矩陣見表1。

表1 評價指標體系判斷矩陣

式中：B1為準則層中的社會子系統(tǒng)；B2為經(jīng)濟子系統(tǒng)；B3為資源子系統(tǒng)。借助MATLAB軟件計算，判斷矩陣的階數(shù)是3，取RI=0.58，最大特征值λmax=3.053 622一致性指標CR=0.051 6<0.1，符合一致性檢驗條件[10]。

2.2.2 熵權(quán)-TOPSIS評價模型 熵值法是一種對數(shù)據(jù)信息客觀賦權(quán)的方法[11]，設(shè)有m個評價方案，n項評價指標，建立原始指標數(shù)據(jù)矩陣A=(xij)m*n；首先對評價指標進行歸一化，主要采用極值標準化方法[12]：

式中：rij表示第i個指標第j個城市的標準化值。

指標權(quán)重的確定:根據(jù)熵的定義和研究區(qū)的土地承載力評價指標原始數(shù)據(jù)信息，來計算遼寧省各地區(qū)評價指標的權(quán)重，其計算公式為

式中：Pij表示待求的第j個影響因子向量中第i個

TOPSIS法是一種對有限個方案進行多目標決策分析的評價方法。該評價方法能全面客觀地描述研究區(qū)域土地資源承載力的改變趨勢[14]。

計算方法為：

式中：Y+表示正理想值；Y-表示負理想值，即評價指標中第i個指標在j年內(nèi)的最大值和最小值[15]。

采用歐氏距離公式計算距離，計算公式為：

式中：Tj即土地資源承載力與理想值的貼近度,其取值范圍在[0,1]之間。Tj值越接近于1,表明該年土地承載力越接近承載力的最優(yōu)水平。計算結(jié)果見表2。

表2 遼寧省各城市土地承載力評價指標體系

2.2.3 土地承載力障礙度診斷模型 為了進一步識別阻礙土地承載力發(fā)展的障礙因子，本研究結(jié)合障礙度診斷模型對其進行分析，引入因子貢獻度Fij，指標偏離度Mij和障礙度Pij3個變量，其中Fij表示各指標對于土地承載力的權(quán)重，Mij為各指標與理想值之間的差距，障礙度為各指標對于土地承載力的阻礙程度。[15-17]計算公式如下：

式中：Mij=(1-rij)，F(xiàn)ij=Wij。

3 結(jié)果與分析

3.1 遼寧省各子系統(tǒng)土地承載力評價

本研究根據(jù)計算得到的評價指標權(quán)重結(jié)果建立加權(quán)規(guī)范化矩陣，得出土地承載力正、負理想解，根據(jù)建立的加權(quán)規(guī)范化矩陣，利用Matlab編程求得2018年遼寧省各地級市的土地資源承載力與理想值的貼近度，并用以表示土地資源承載力大小。圖1表示社會、經(jīng)濟、資源3個子系統(tǒng)的承載力空間分布情況。社會子系統(tǒng)承載力較理想的城市主要分布在阜新、鐵嶺、朝陽、錦州及盤錦市幾個城市，分別為0.680，0.465 9，0.450 2，0.470 8，0.494 4。從社會—子系統(tǒng)內(nèi)部評價指標來看，這幾個城市的人口密度相對于其他城市都是較低的，人口密度越大將會加深研究區(qū)人地矛盾，因此在發(fā)展快的城市，例如沈陽市、大連市的社會承載力就會較低。經(jīng)濟子系統(tǒng)承載力的分布情況與土地承載力空間分布相似性較大，對于沈陽、大連、盤錦市等幾個經(jīng)濟承載力較高的城市，其土地承載力也比較高，說明了經(jīng)濟—子系統(tǒng)承載力對于土地承載力來說影響較大。大連市作為海濱城市，旅游業(yè)比較發(fā)達，故而經(jīng)濟承載力最高，其次為遼寧省省會沈陽市，經(jīng)濟承載力分別為0.857 644，0.785 233，但是經(jīng)濟發(fā)展過快也帶來了許多其他問題，經(jīng)濟發(fā)展迅速會使土地資源消耗增多，從而給生態(tài)環(huán)境帶來了一定的負面影響。從資源子系統(tǒng)承載力上看，丹東市的資源承載力最高，然后是本溪市、大連市，從資源承載力內(nèi)部來看，人均水資源量所占的權(quán)重最高，因此資源承載力很大程度上取決于人均水資源量，而大連市、丹東市、以及本溪市都是屬于水資源量較多的城市，沈陽市的資源承載力最低，由于經(jīng)濟的迅速發(fā)展造成了資源的不合理利用，并在一定程度上抑制了資源承載力的發(fā)展。

圖1 遼寧省各城市各子系統(tǒng)土地承載力

3.2 遼寧省土地承載力評價

如圖2—3所示，利用遼寧省各城市的土地承載力的空間分布特征與系統(tǒng)聚類法，對土地資源承載力進行分層。首先從土地資源承載力總體評價結(jié)果來看，遼寧省土地承載力評價值中盤錦市、大連市、沈陽市、丹東市的土地承載力值相對較高。丹東市和大連市最高分別為0.501 6，0.467 2，盤錦市和沈陽市土地承載力值分別為0.439 2，0.430 8，沈陽市作為遼寧省省會城市，具有較高的人均GDP以及較高的地均生產(chǎn)總值使得經(jīng)濟子系統(tǒng)承載力較高，但是在社會子系統(tǒng)下，其人口密度高于其他城市，其較高人口數(shù)量使得人均耕地面積、人均建設(shè)用地面積較少，人口數(shù)量大，經(jīng)濟發(fā)展較快也在一定程度上抑制了資源的發(fā)展，因此沈陽市在達到土地承載力理想值還有一定差距。丹東市和大連市同作為海濱城市，其資源較其他城市占有一定優(yōu)勢，丹東市的資源承載力最高為0.778 35，大連市資源承載力較丹東市還有一定差距，但近幾年來因其經(jīng)濟的迅速發(fā)展，使其土地承載力也比較高。與此同時，鞍山、撫順、錦州、營口、遼陽、鐵嶺、朝陽以及葫蘆島市均低于總體均值，其中土地承載力最低的是葫蘆島市，僅為0.183。從圖2中可以明顯看出葫蘆島市的社會、經(jīng)濟、資源3個子系統(tǒng)的承載力都是較為落后的狀態(tài)。鞍山市土地承載力僅為0.278，鞍山市被稱為中國的鋼都，它曾經(jīng)的鋼材資源十分發(fā)達，但是在如今中國鋼材資源過剩的情況下，中國很多以鋼材為主的城市都處于退步的趨勢，所以它的資源和經(jīng)濟子系統(tǒng)承載力都是處在一個較低的情況，以至于其土地承載力也最低。除此之外，其他幾個低于均值的城市經(jīng)濟技術(shù)水平同樣表現(xiàn)出較低的特點，可見，經(jīng)濟發(fā)展的進程是土地資源承載力的最主要的影響因素之一。同時，以上幾個城市土地資源對生態(tài)環(huán)境的保護能力也較弱。因此，應(yīng)首先加快經(jīng)濟發(fā)展和資源環(huán)境的保護，對工農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)進行有效調(diào)整，加大生產(chǎn)的科技投入力度，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，加快對優(yōu)質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，不斷加強工農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和市場化水平。在不斷發(fā)展經(jīng)濟的同時也應(yīng)保持林地、草地以及水域等基礎(chǔ)性生態(tài)用地的穩(wěn)定性，加強對人工林地、草地的培育，防止生態(tài)環(huán)境的破壞，積極推進綠色生態(tài)產(chǎn)業(yè)，降低工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對土地環(huán)境的污染。

圖2 遼寧省土地承載力空間分布特征

圖3 遼寧省城市土地承載力系統(tǒng)聚類分級

3.3 遼寧省各城市土地承載力障礙度診斷

根據(jù)障礙度模型得到各項指標障礙度的診斷結(jié)果，得到遼寧省城市土地承載力各子系統(tǒng)的障礙度[18]，其計算結(jié)果見表3。

由表3可見，遼寧省各城市的土地承載力障礙因素存在明顯差異，從社會—子系統(tǒng)的角度看，大連市的社會子系統(tǒng)障礙度最大，其次是沈陽市，分別為51.09%和42.97%，從橫向上看，這兩個城市的社會子系統(tǒng)障礙度明顯高于其他兩個子系統(tǒng)障礙度，說明其社會子系統(tǒng)是阻礙其土地承載力發(fā)展的主要子系統(tǒng)。從經(jīng)濟子系統(tǒng)的角度看，丹東市的經(jīng)濟子系統(tǒng)障礙度最大，同時阜新市、朝陽市、鐵嶺市、錦州市的經(jīng)濟子系統(tǒng)障礙度也較高。從資源子系統(tǒng)的角度看，障礙度最大的城市依次是大連、沈陽和盤錦市，但整體上資源子系統(tǒng)障礙度跟社會子系統(tǒng)和經(jīng)濟子系統(tǒng)的障礙度相比較小，因此在經(jīng)濟新常態(tài)背景下，大連、沈陽以及盤錦市這幾個經(jīng)濟發(fā)展較好的城市要想提高土地承載力，應(yīng)把重點關(guān)注在資源和社會子系統(tǒng)上，從而探究更加節(jié)約有效的土地利用方式，并加大對生態(tài)環(huán)境的保護，以此提高土地承載力。對于遼寧省城市的土地承載力而言，經(jīng)濟發(fā)展較快的城市應(yīng)更加重視社會子系統(tǒng)和資源子系統(tǒng)，更加科學(xué)合理的對土地進行規(guī)劃，而對于阜新市、鐵嶺市、葫蘆島市等幾個經(jīng)濟子系統(tǒng)障礙度大的城市，其經(jīng)濟發(fā)展是土地承載力發(fā)展進步的首要影響因素。

表3 遼寧省城市土地承載力各子系統(tǒng)指標障礙度 %

4 結(jié) 論

本文利用Landsat 8遙感影像數(shù)據(jù)、城市統(tǒng)計年鑒以及《遼寧省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》等數(shù)據(jù)構(gòu)建了遼寧省土地承載力評價指標體系，并利用AHP-熵權(quán)TOPSIS模型對遼寧省各城市土地資源承載力進行評價研究。

在全面考慮遼寧省土地資源承載力綜合評價結(jié)果的前提下，采用系統(tǒng)聚類法將遼寧省土地資源承載力劃分為4個部分。其中，大連市、沈陽市、盤錦市以及丹東市土地資源承載力處于相對較高承載力等級，表現(xiàn)出土地資源利用與社會經(jīng)濟和資源環(huán)境發(fā)展的協(xié)調(diào)性，但是其經(jīng)濟的快速發(fā)展對資源環(huán)境產(chǎn)生了制約；阜新市、錦州市、鐵嶺市以及朝陽市處于相對中等承載力，遼陽市、撫順市、本溪市、丹東市和葫蘆島市處在相對較低承載力，其余市土地資源承載力為相對低承載力的等級。通過以上結(jié)果表明，要想提高土地承載力，就要加大力度協(xié)調(diào)發(fā)展社會、經(jīng)濟和資源承載力。結(jié)合遼寧省各城市土地承載力現(xiàn)狀，分別對影響其土地承載力水平的障礙因子進行監(jiān)督管理，并通過檢查、管理實現(xiàn)持續(xù)改進，科學(xué)合理的對土地進行規(guī)劃，推進社會經(jīng)濟發(fā)展和環(huán)境保護之間的協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)土地資源的有效利用與社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。資源環(huán)境是遼寧省各城市可持續(xù)發(fā)展的基本保障，所有的社會經(jīng)濟建設(shè)活動都須在保證生態(tài)環(huán)境安全的前提下進行。經(jīng)過人力、物力以及財力的投入，加強環(huán)境污染的綜合治理，防止資源環(huán)境的修復(fù)被破壞，堅持對資源的節(jié)約利用，減輕生態(tài)環(huán)境壓力，從而提高資源承載力。并推進結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，促進資源與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展，隨著人口數(shù)量的增加，造成人地矛盾加深，通過對人口素質(zhì)的提高，并對其就業(yè)問題加強保障。本文對遼寧省各城市土地承載力的空間差異進行了分析，研究結(jié)果基本符合實際情況，對遼寧省各城市提高其土地承載力具有一定的現(xiàn)實意義。評價的目的主要在于識別差距的所在和改善的方向。通過障礙度診斷模型，有效地識別了阻礙土地承載力發(fā)展的障礙因子，為相關(guān)政策的制定提供一定的理論支持。本次試驗仍有不足之處需要進一步優(yōu)化。本研究對土地資源承載力評價指標的選取具有一定的主觀性，影響因素的數(shù)量眾多，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)具有一定局限性，僅選取了部分可獲性較高的評價指標構(gòu)建指標體系，參考已有研究成果。本研究缺少對未來土地資源承載力的預(yù)測，對研究區(qū)域的發(fā)展趨勢及相關(guān)影響因素仍需進一步的探討。