基于全排列多边形图示指标法的西宁市土地集约利用评价

周 伟 2，曹银贵 2，乔陆印

（1.中国地质大学（北京）土地科学技术学院，北京100083；2.国土资源部土地整治重点实验室，北京100083）

1 引言

自20世纪90年代以来，国内土地管理人员和学者分别从区域[1-3]、城镇[4-6]、开发区[7-9]和宗地[10]等不同尺度上开展了土地节约和集约利用研究，探索适合中国国情的节地型经济社会发展之路。利用统计分析和计量经济手段来分析城市土地集约利用状况、探究城市土地集约利用过程的动因是常用的一种方法。目前，很多研究采用了如多因素综合指数[11-13]、层次分析法[14-15]、极限条件法[16]、主成分分析法[8，17-19]、模糊评价法[20-21]、信息熵值法[22-23]、理想值修正模型[10，24]、人工神经网络[25-26]等定量方法，对中国城市土地集约利用状况进行实证研究，为中国城市土地的集约利用和可持续发展提供了很好的思路。

土地集约利用目标具有多元性，影响因素众多，因此多因素综合评价法是城市土地集约利用研究中采用最多的方法，但多因素综合评价法在一定程度上存在人的主观判断、选择、偏好对结果的影响，从而降低了方法运用的严谨性[27]；同时，多因素综合评价法不能反映土地集约利用潜力挖潜的目标和方向，忽视了各指标的均衡性，也不能动态反映土地集约利用潜力的挖潜方向。因此，探索具有现状分析、问题诊断、潜力评估和政策指导多种功能的土地集约利用评价技术，可为全面准确把握土地集约利用特征与问题，加强土地集约利用政策创新提供技术与方法支撑[28]。本文在综合国内城市土地集约利用评价的指标体系基础上，采用了既能反映综合指数，又能反映单项指标的全排列多边形图示指标法的定量评价方法，基于时间序列的截面数据，对研究区（西宁市4区3县）城乡建设用地集约利用进行评价，结合评价指标分析了土地集约利用存在的问题，同时基于全排列多边形图示指标法评价的综合指数，分析了西部开发10年来西宁市土地集约利用的变化规律。

2 研究区域和研究方法

2.1 研究区域概况

西宁市是青海省省会，全省政治、经济、科技、文化和商贸中心，位于青海省东部黄河重要支流湟水河中游谷地，是黄土高原与青藏高原、农业区与牧业区、汉文化与藏文化的3大结合部。辖城东、城中、城北、城西4区及大通回族土族自治县、湟中、湟源3县，土地总面积7690.11 km2，其中市区面积497.11 km2。西宁市是青藏高原人口惟一超过百万的城市，2010年常住人口220.87万人，以全省1%的土地面积承载着全省39.25%的人口和46.52%的GDP。

自西部大开发战略实施以来，西宁市经济增长快速，城市化水平稳步提高。GDP从2000年的101.74×108元增长到2008年的422.19×108元，固定资产投资由2000年53.82×108元的增长到2008年的221.31×108元，城市化率由2001年的56.84%增长到2008年的61.02%，建成区面积由2000年的59.15km2扩展到2008年的75.00 km2，年平均增幅达3.35%。

2.2 全排列多边形图示指标法

全排列多边形图示指标法在环境质量评价中已得到了广泛应用[29-30]。全排列多边形图示指标法定义为[30]：设共有N个指标，以这些指标的上限值为半径构成一个中心N边形，各指标值的连线构成一个不规则的中心N边形，其顶点是N个指标首尾相接的全排列，N个指标总共可以构成（n-1）！/2个不同的不规则的中心N边形。综合指数定义为所有这些不规则多边形面积的均值与中心多边形面积的比值。

指标值的标准化采用双曲线标准化函数：

式2中，U为指标x的上限值；L为指标x的下限值；T为临界值。

标准化函数F（x）把位于［L，U］的指标值映射到［-1，+1］。且映射后的值改变了指标的增长速度，当指标值位于临界值以下时，标准化后的指标增长速度逐渐降低，当指标位于临界值以上时，标准化后的指标增长速度逐渐增加，即指标由没有标准化以前的沿x轴的线性增长变为标准化后的快—慢—快的非线性增长，临界值为指标增长速度的转折点。

根据上述条件，可得：

指标下限可根据规划相应指标的最小值确定，指标上限可根据最高目标确定，临界值可根据评价地区相应指标平均值确定。对第i个指标，单项指标值Si为：

利用n个指标可以做出一个中心正n边形，n边形的n个顶点为Si=1时的值，中心点为Si=-1时的值，中心点到顶点的线段为各指标标准化值所在区间［-1，+1］，而Si=0时构成的多边形为指标的临界区。临界区的内部区域表示各指标的标准化值在临界值以下，其值为负；外部区域表示各指标的标准化值在临界值以上，其值为正。

全排列多边形综合指数S计算公式为：

式5中，S为评价对象的综合指数；Si为第i项指标；Sj为第j项指标（i≠j）；n为指标个数。

土地集约利用是一个复杂的系统，具有多目标导向性，必须兼顾经济效益、社会效益、环境效益3者的统一，以资源、环境承载力为基础，着眼于以人为本和全面协调可持续发展，即城市土地集约利用发展的最高阶段——生态型密集[31-33]。任何追求单一发展目标的行为都可能影响系统整体发展的持续性和稳定性。

2.3 指标体系构建及指标计算

指标体系的构建是进行城市土地集约利用评价的关键[33]，现有研究大多通过对区域和城市土地集约利用内涵的理解来选择评价指标[4，34-35]。由于全国社会经济发展水平、区域主体功能定位以及土地资源赋存千差万别，很难建立一套全国普遍适用的评价指标体系。本文是以研究区内的城乡建设用地作为评价对象，因此在评价指标选择上依据《建设用地节约集约利用评价规程》[36]区域用地状况评价指标体系中的静态指标，结合国家环保总局颁发的《生态市建设指标》中城市可持续发展指标[37]，同时，考虑城市化以及城乡统筹，增加了土地利用城市化指数[38]和城乡建设用地增减指数[39]，构建了区域城乡建设用地集约利用评价指标体系。选取的指标共为7个，数据均来源于《青海统计年鉴（2010年）》、《西宁市统计年鉴（2010年）》和《西宁市环境质量公告》（表1）。

首先依据表1中的数据求取各指标的上限值（U）、下限值（L）、临界值（T）；其次，利用式1、4分别进行各年度各指标值的标准化，绘制全排列多边形（图1）；第三，采用式5计算综合指数（表2），并绘制变化趋势图（图2）。指标下限根据研究区相应指标的最小值确定，指标上限根据最大值确定，临界值根据研究区内平均值确定。

表1 西宁市区城乡建设用地集约利用评价指标及实际值Tab.1 Evaluation indices and data of rural-urban construction land intensive use in Xining

3 结果与分析

3.1 单项指标值变化特征及原因

以7项指标经过标准化后的值为顶点绘制不同时间序列的多边形（图1）：

（1）投入指标。固定资产投资的增长和人口的聚集是城乡建设用地扩张的主要驱动因素。从表1可以看出，研究期内西宁市建设用地固定资产投资强度增长趋势明显，从2000年的13.46×104元/hm2增长到2008年的57.45×104元/hm2，投资强度的快速增长与国家大力支持西部及藏区的优惠政策分不开。研究期内，西宁市总人口增长速率小于城乡建设用地增长速率，表现为城乡建设用地人口密度持续减小，呈现与投资强度相反的变化趋势，说明固定资产投资对城乡建设用地的驱动作用大于人口增长带来的驱动作用。

图1 2000—2008年西宁市城乡建设用地集约利用评价各指标图示Fig.1 Evaluation results of rural-urban construction land intensive use in Xining during 2000 to 2008

（2）产出指标。经济产出指标反映建设用地的产出绩效，单位产出值越大说明土地利用越集约。9年间，单位建设用地二、三产业产值年均递增19.12%。通过与投资强度对比分析发现，虽然建设用地地均固定资产投资额与单位建设用地二、三产业产值持续增长，但2005—2008年间的增长速率大于前一阶段，说明后几年的经济发展在一定程度上克服了以土地粗放利用为代价的发展倾向，增长方式有所改进，集约利用水平高于前一阶段。

（3）统筹指标。西部大开发战略实施以来，西宁市社会经济快速发展，城市化过程推进的速度有所加快，近郊区的居民在就业方式、生活方式、价值观念等方面受城市中心区的影响较大，与传统的农村生活方式相比发生了根本性变化，处于半城市化状态，城市与乡村的界限趋于模糊。本文将城乡建设用地视为整体，选择土地利用城市化指数与城乡增减挂钩指数反映其利用的结构特征，一定程度上克服了单独讨论城镇或农村居民点用地现状带来的对城乡建设用地的割裂，利于城乡用地的统筹安排与结构优化。

研究期内，土地利用城市化指数呈现持续增长态势（表1），说明城镇用地的比例相对变大，城乡建设用地体现结构集约。

城乡增减挂钩指数为农村居民点用地变化量与城镇用地增加量之比。从表1可知，研究期内，该指标的数值无明显规律，有正有负，但数值都接近于0，表明西宁市农村居民点用地在数量规模上无明显变化，只是小幅度增加或减少。一方面，说明西宁市城乡建设用地的增长主要是城镇工矿用地的增长，另一方面，说明研究期内农村居民点整治进展缓慢，城乡增减挂钩政策实施效果不明显。所以，在后备土地资源不足，城镇用地空间扩展受阻的情况下，西宁市在“十二五”期间积极开展农村居民点整治，落实城乡增减挂钩政策已刻不容缓。

（4）生态指标。西宁市地处黄土高原与青藏高原结合部，生态环境脆弱，生态容量阈值成为影响其土地开发利用的重要限制因素，在一定程度上限制了土地过度利用。生态环境指标直接关系城市的可持续发展，体现西宁市绿色发展的方针。西宁市建成区绿化覆盖率从2000年的18.68%增长到2008年的35.12%，生态环境明显改善，实现了统筹保护环境和保障发展的要求。

3.2 土地集约利用综合指标变化特征

集约利用综合指数反映了城乡建设用地集约利用水平。图2表明，2000—2008年间西宁市城乡建设用地集约利用综合指数基本上呈现增长态势，说明其集约利用水平逐年提高，但2006年的综合指数较2005年略有下降，主要是由于2006年城乡建设用地增加过快导致，这也从侧面说明在城乡建设用地集约利用巨系统中，某因子的变化可能会引起其他因子的相互作用，在时间序列上使集约利用水平表现为非严格的递增趋势，即可能出现起伏波动。9年间的变化趋势大致可分为两个阶段，2000—2005年为“十五”阶段，2006—2008年为“十一五”阶段。前一阶段综合指数的增长速度慢于后一阶段，即前一阶段城乡建设用地集约利用水平提升速度慢于后一阶段的提升速度。这一现象契合了经济发展与城乡建设用地扩张的阶段性规律。西宁市“十一五”期间的社会经济和城市化水平较“十五”期间有了很大发展，但土地资源供给受到限制，投入方式逐渐用资本代替土地，建设用地扩张速度放缓，故其集约水平提升较快。

4 结论与讨论

4.1 结论

（1）采用全排列多边形图示指标法进行城市土地集约利用评价过程中，只要确定与决策相关的上限、下限和临界值，不用专家主观评判权系数的大小，减少了主观随意性；评价结果表达既有单项指标值又有综合指标值，还有几何直观图示，便于问题诊断和政策指导；在指标综合中同时考虑了临界值对系统综合指标的放大和紧缩效应，能够反映城市土地集约利用的协调性和系统整合性，因此该方法具有一定的优越性。同时，该方法也方便计算机编程和软件开发。

图2 2000—2008年西宁市城乡建设用地集约利用变化趋势Fig.2 Changing trend of rural-urban construction land intensive use in Xining during 2000 to 2008

（2）本文从影响建设用地集约利用的投入指标、产出指标、统筹指标、生态指标等因子构建评价指标体系。结果表明，西宁市建设用地投资强度与产出绩效增长明显，说明经济增长既是城乡建设用地扩张的主要驱动力，也是集约利用水平提高的首要影响因子；研究期内，西宁市城乡建设用地扩张主要是城镇用地增长，农村居民点用地变化不大；综合指数总体上呈现上升态势，但根据其增长快慢大致可分为两个阶段，即“十五”阶段与“十一五”阶段，后一阶段的集约水平提升速度快于前一阶段，符合经济发展与建设用地扩张的阶段性规律。

（3）西宁市应积极把握西部大开发的战略机遇，积极发挥经济因子对城乡建设用地集约利用水平的提升效应，增强新增建设用地的投资强度和产出绩效；在土地资源供应缺乏、城市空间扩张受阻的情况下，优化城乡建设用地结构，积极开展村庄整治，挖掘农村居民点潜力，为市区用地扩张提供来源；合理确定土地资源供应量，转变经济增长方式，构建资源节约型社会，实现西宁市“跨越发展、绿色发展、和谐发展、统筹发展”的发展方针。

4.2 讨论

（1）全排列多边形图示指数法有几何直观图示，同时具备较强的动态性，只需确定合适的上、下限以及临界值，一定程度上减少了评价过程的主观性，提高了评价精度，适合于宏观层面的区域土地集约利用水平评价。但该方法不能对区域进行空间分析，缺少区域土地集约利用水平的空间格局以及土地集约利用区域趋势的分析。需要进一步研究结合GIS技术的全排列多边形图示指数法的土地集约利用评价技术方法。

（2）本文只分析了西宁市西部大开发以来2000—2008年城乡建设用地集约利用水平的动态变化，以及各单项指标之间的差异，但因未从空间上进行西宁市4区3县的横向评价，不能了解集约利用水平的空间变异规律。

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