武威市土地利用效益评价及障碍分析

刘 洋，王百玲

（甘肃农业大学，甘肃 兰州 730070）

土地不仅是人类赖以生存的基本载体，而且在人类社会发展过程中发挥着不可或缺的重要作用[1-2]。改革开放以来，人们对土地资源的开发和利用强度逐渐增强，直接促进了中国经济的持续增长[3-4]，但也因土地过度利用与开发，使得生态环境持续恶化，甚至造成了不可逆的破坏[5]。近年来，随着拉尼娜现象、厄尔尼诺现象等极端气候频发，造成了大量人员的伤亡和经济财产的损失[6]。至此，人们逐渐意识到生态环境问题不但威胁到人类的生存和社会健康发展，也严重制约着社会经济的高质量可持续发展[7-8]。其中土地效益评价能够为土地资源的科学配置提供依据[4，9]。因此，如何兼顾社会效益、生态效益和经济效益协调发展成为了土地资源利用过程中亟需解决的问题。

目前，越来越多的学者认识到土地利用效益是区域发展规划的重要参考依据，有助于解决土地资源低效利用问题[7-14]，这导致国内外关于土地效益评价研究较多，且在研究对象、方法和内容上均有所突破[7-14]。其中研究对象从聚焦城市热点土地利用效益研究逐步转变为关注于区域内整体效益关系[7-8]，研究内容从单方面效益逐步转变为综合效益[9-10]，研究方法从单纯的模型理论分析逐步转变为结合遥感等现代化技术精准分析[11-14]。然而这些研究主要集中先天生态环境较好的中部地区或沿海地区，且研究成果十分丰富，相应的土地利用措施也十分成熟[7-9，12]。然而对于先天生态环境较为脆弱的西北地区关注较少。我国西北自然条件自然地理条件与社会经济水平的双重影响下，使得西北地区农村人口比重高，乡村聚落用地面积大，是贫困人口主要集聚区[13，15]，这造就了西北地区土地利用经济效益必然偏低的局面，虽然随着“全面建设小康社会”“西部大开发”和“一带一路”等发展战略的相继提出，以及国家对西北地区招商引资的优惠政策的持续实施，吸引了大量沿海发达地区不断向内陆地区投资建厂，使得西北地区的经济得到一定的上升，但这也随即造成了西北地区生态环境的恶化[15-16]。因此全面评价西北地区的土地利用效益，这不仅有利于西北地区在经济、社会、生态方面寻求一个平衡点，也符合可持续发展的基本要求。

武威市处于西北三大高原的交错带[16]，分别是存在草地退化问题的青藏高原、水土流失严重的黄土高原以及矿产资源开发较多的内蒙古高原，能够较好的代表西北先天脆弱生态承载力[17-19]。鉴于此，本文以甘肃省武威市域为例，采用熵权TOPSIS 模型和障碍度模型对武威市2010-2018 年土地利用效益进行综合评价，并对土地利用社会效益、经济效益以及生态效益进行单项分析，同时结合障碍度探究武威市土地利用的制约因素，把握武威市土地利用演变规律，以期为政府决策提供参考，提高该地的土地利用水平，优化土地利用布局，同时也为我国其他先天脆弱生态环境的地区提供借鉴。

1 研究区概况

武威市地处甘肃省中部，河西走廊东端，南北长326 公里，东西宽204 公里，总面积33 238 平方公里，土地总面积3.2 万平方公里，是我国西北地区重要的粮食产业基地。武威市属温带大陆性干旱气候，年平均气温7.7℃，月均最低温在1 月为-7.8℃，月均最高温在7 月为22.4℃，年均降雨量为212.0 mm，雨热同季，主要集中在6~9 月。同时武威市处于三大高原交错带，导致该地区地形复杂，植被类型多样。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究的数据主要来源于《甘肃城市年鉴》（2010-2018 年）、《甘肃发展年鉴》（2010-2018 年）、《武威年鉴》（2010-2018）以及武威市国民经济和社会发展统计公报，主要涉及到经济指标、社会指标、生态指标，应用TOPSIS 模型和Logistic 模型回归分析进行数据的分析评价。

2.2 研究方法

2.2.1 建立指标体系。本研究根据武威市土地利用实际情况和指标选取的原则，构建了社会、经济、生态效益的武威市土地利用效益评价指标体系（表1）。

表1 武威市土地利用效益评价指标体系

2.2.2 改进的熵权TOPSIS 模型。TOPSIS（Tecnique for order preference by similarity to ideal solution）法能对多指标进行综合分析[8，10]，它能够应用于有限方案多目标决策。它是一种常见的分析方法，主要通过计算评价对象与最优解或最劣解的距离来进行排序，越靠近最优解，越好，反之结果相反。传统的TOPSIS 法确定权重主要采用专家打分法，此方法主观性较强，可能导致结果与实际结果出现偏差。因此本文首先以熵权法进行权重的确定，然后建立TOPSIS 模型。具体步骤如下：

（1）构建标准化决策矩阵：

（2）构建加权规范化评价矩阵：

（3）确定正、负理想解：

（4）计算距离：

（5）计算贴近度：

式中，贴近度Tj的值介于0~1，当Tj越大，则表明在第j 年土地利用效益越接近最优水平（表2）。

表2 土地利用效益评判标准

2.2.3 障碍因子分析。本文采用障碍度Oi、因子贡献度Fi和指标偏度Ii计算所选取指标因子障碍度，具体公式如下：

式中，Oi（障碍度）即为武威市土地利用效益评价时所选取指标的障碍度；Fi（因子贡献度）是指所选取指标因子对综合效益贡献值的多少，同时以该指标在综合效益中的权重wi代入计算；I（指i 标偏度）代表该指标值与最优值的距离，以“1—指标的标准化数据”进行计算。

3 结果与分析

3.1 武威市土地利用效益分析

3.1.1 武威市土地利用综合效益分析。本研究运用TOPSIS 模型计算，以贴近度表示武威市土地利用效益，得到武威市土地利用综合效益、正理想解距离D+以及负理想解距离D-（表3）。武威市2010-2018 年正理想解距离D+逐渐降低，而负理解D-逐渐增加，同时土地利用综合效益随着时间的增加整体上呈现为增加趋势，由低级逐渐增加至良好的转态，土地利用的综合效益由2010 年的0.257 增加到2018 年的0.769，增幅为199.22%。

表3 武威市土地利用综合效益时序追踪

3.1.2 武威市土地利用经济、社会和生态效益分析。（1）经济效益分析。武威市2010-2018 年土地利用经济效益的正理想解距离D+随时间的增加呈现先增加而后降低的变化趋势（表4），而负理解D-随时间的增加而逐渐增加，同时土地利用经济效益时序追踪显示，随时间的增加土地利用经济效益逐渐增加，当增加至2016 年时达到最大值，然后逐渐下降。（2）社会效益分析。武威市2010-2018 年土地利用社会效益的正理想解距离D+随时间的增加呈现逐渐降低的变化趋势（表5），而负理解D-随时间的增加呈先降低而后逐渐增加的变化趋势。同时土地利用社会效益时序追踪显示，在2010-2013 年，社会效益上下波动，在2014-2018 年，社会效益随时间的增加而逐渐增加，由中级增加至良好状态，且土地利用社会效益从2010 年的0.346 最终上升至2018 年的0.700，增幅达102.31%。（3）生态效益分析。武威市2010-2018 年土地利用生态效益的正理想解距离D+随时间的增加呈现逐渐降低的变化趋势（表6），而负理解D-随时间的增加呈增加的变化趋势。同时土地利用生态效益时序追踪显示，在2010-2014 年，社会效益上下波动，但是整体上由低级增加至中级；在2015-2018 年，社会效益随时间的增加而逐渐增加，首先由中级增加至良好，再由良好增加至优质。土地利用社会效益从2010 年的0.209 最终上升至2018 年的0.966，增幅达362.21%。

表4 武威市土地利用经济效益时序追踪

表5 武威市土地利用社会效益时序追踪

表6 武威市土地利用生态效益时序追踪

3.2 武威市土地利用效益演变全过程分析及预测

3.2.1 土地利用效益演变速度、加速度分析。武威市土地利用效益波动变化越大，表明土地利用效果越不稳定，土地利用合理性差，反之年际土地利用效益波动变化越小，说明土地利用效果越稳定，土地资源之间的调配越合理，有利于武威市地区发展。然而上述分析只能从表观现象进行分析，而武威市土地利用效益深层次变化的原因，还需进一步分析。因此本研究选择土地利用综合效益随年限的变化速率和加速度进行分析，进一步探究武威市土地利用效益变化的内部机理，展望武威市土地利用效益未来的变化趋势，从而能够更好地统筹土地利用方式，提高区域土地利用的效率和水平。

由图1 可知，武威市土地利用综合效益呈现先略微降低，然后迅速增加的态势，增长速度始终表现为上下波动的趋势，2010-2012 年土地利用综合效益速度下降，主要是因为武威市处于荒漠地带，容易遭受气候条件因素的影响，且此时的生态环境建设处于起步阶段。2013-2018 年武威市综合效益速度迅速提升，主要是因为十八大“五位一体”和十九大“建设美丽中国”以及“绿水青山就是金山银山”政策的相继提出且迅速有效实施，坚持节约资源和保护环境，逆转了生态环境持续恶化的趋势，实现了武威市土地利用综合效益速度的提升。此外2010-2013 年武威市土地利用效益速度低于其加速度，但是在2014-2018 年则恰好相反。

图1 武威市土地利用综合效益增长速度演变图

3.2.2 土地利用效益预测分析。为了更加深入分析武威市土地利用效益的演变过程，本研究采用Growth/Sigmoidal 模型分别对2010-2018 年的数据进行分析，同时在拟合过程中分别选择了最优解的函数进行曲线拟合。最后根据拟合的趋势预测2019-2020 年的土地利用效益值，为今后提升武威市土地利用效益提供借鉴。

武威市2010-2018 年土地利用综合效益选择Growth/Sigmoidal 模型下的Logistic 函数进行拟合时拟合度最高（图2A），且R2=0.982，表明该模型土地利用综合效益拟合曲线符合预测2019-2022 年土地利用综合效益的条件，2019-2022 年土地利用综合效益的预测值分别为0.782、0.803、0.815，其中2019 年土地利用综合为良好，2021 和2022 年为优质。武威市2010-2018 年土地利用经济效益采用Growth/Sigmoidal模型下Slogisticl 函数进行拟合时拟合度最高（图2B），R2= 0.974，表明该模型的拟合曲线能够预测2019-2022 年土地利用经济效益，且2019-2022 年土地利用经济效益分别为0.718、0.727、0.739，且效益水平均为良好。武威市2010-2018 年土地利用社会效益采用Growth/Sigmoidal 模型下BiDoseResp 函数进行拟合时拟合度最高（图2C），R2= 0.899，表明该模型的拟合曲线能够预测2019-2022 年土地利用社会效益，且2019-2022 年土地利用社会效益分别为0.715、0.721、0.724，且效益水平均为良好。武威市2010-2018 年土地利用生态效益采用Growth/Sigmoidal 模型下Boltzmann 函数进行拟合时拟合度最高（图2D），R2= 0.969，表明该模型的拟合曲线能够预测2019-2022 年土地利用社会效益，且2019-2022 年土地利用社会效益分别为0.970、0.972、0.973，且效益水平均为优质。

图2 武威市土地利用综合效益初始值与模型拟合预测图

3.3 土地利用效益障碍因子诊断

通过对武威市2019-2022 年土地利用效益预测可知，武威市年际利用效益波动变化不大，表明土地利用效果稳定，土地利用资源配置合理，有利于武威市的发展，但是土地利用效益上升空间不大，而障碍度模型能够分析影响土地利用效益的阻碍因素。障碍度模型分析结果表明，经济、社会、生态系统对土地利用效益的影响不一（表7），经济障碍度和社会障碍度随时间的增加先略微下降而后逐渐增加，而生态障碍度随时间增加表现为先增加后降低。且阻碍武威市土地利用效益的原因由刚开始的经济、社会和生态障碍度持平状态逐渐转为由生态障碍度为主，经济和社会障碍度为次的状态，最后又转为经济和社会障碍度同时主导的转态。

表7 武威市土地利用各系统障碍度

4 结论与建议

4.1 结论

（1）武威市2010-2018 年土地综合效益和经济效益处于不断上升的状态，在“十二五”规划和“十三五”规划的政策指导下，着力转变经济发展方式、全面建设小康社会，从而推动武威市经济的跨越式发展。

（2）武威市2010-2018 年社会效益和生态效益虽然整体上处于上升状态，但是有轻微的上下波动，主要是因为在土地利用有限的资源环境下，伴随着工业化和城镇化的不断发展会牺牲部分生态效益和社会效益为代价，但同时国家持续实施环境保护政策，又会使得社会效益和生态效益逐渐增加。

（3） 武威市2010-2018 年土地利用效益选择Growth/Sigmoidal 模型进行拟合，土地利用综合效益、土地利用经济效益、土地利用社会效益和生态效益拟合R2分别为0.982、0.974、0.899 和0.969，拟合度符合预测2019-2022 年的土地利用效益，且未来土地利用综合效益、经济效益、社会效益和生态效益将持续上升。

（4）2010-2018 年阻碍武威市土地利用效益的因素由经济障碍度、社会障碍度和生态障碍度持平状态逐渐转为由生态障碍度为主导，经济障碍度和社会障碍度为次，最后又转为经济和社会障碍度同时主导的状态。

4.2 建议

（1）加强生态环境脆弱区和生态功能区保护，同时调整产业结构，充分利用武威市在“一带一路”沿线上的优势，在不损害生态环境的基础上，积极发挥生态旅游，实现区域内社会、经济、生态协调发展。

（2）继续加大对武威市改善民生的财政支出，引进新型科技人才和技术，同时合理开发区域内的不可再生资源，积极开发太阳能、风能等再生资源，促进当地经济的发展，秉持“边发展、边保护、边治理”理念。

（3）充分利用武威市本土资源优势，通过政府扶植企业，引进新型技术和外资，扩宽区域发展渠道，探索政企合作持共建基础设施模式，提升区域竞争力。

（4）坚持走绿色发展之路，引入新型创新型人才，同时政府需给予研发资金支持，以推动石油化工等本地化工产业的技术革新，使得这些化工产品无论是在生产中和使用中均能做到节能、减污、减排。