低碳视角下的城市圈土地可持续利用评价

员开奇, 董 捷

(华中农业大学 公共管理学院， 湖北 武汉 430070)

土地是人类一切活动的载体，在社会经济发展中起到了基础性的作用。土地利用是人类以自身发展为目的对土地进行的长期经营活动，土地利用类型受到自然条件、技术、政策、社会、环境等多方面因素的影响。随着社会经济的不断进步，土地利用无论是结构还是内容都有了很大的发展，土地为经济增长提供了有力的保障。在经济发展的同时，也暴露了对土地的粗放利用和过度开发的现象。土地可持续利用是可持续发展的重要组成部分，是关系到经济长期稳定增长的主要约束之一。土地可持续利用研究对于完善土地基础性作用，保证经济社会持续健康平稳发展具有重要意义。

土地可持续利用评价是土地适宜性评价的发展，是对土地适宜性在时间上是否有效的评价。土地可持续利用的思想最早在首次国际可持续土地利用系统研讨会提出，该会议分析了各地区土地可持续利用的现状和问题[1]。联合国粮农组织于1993年正式颁布了《可持续土地利用评价刚要》(《FELSM》)等文件，文件中说明了土地可持续利用评价中的原则、规程和评价标准等问题，并初步建立了土地可持续利用评价指标框架，此框架成为后来各国进行相关问题研究的重要参考。此后，国内外很多学者都进行了土地可持续利用评价方面的研究。Gameda[2]在《FELSM》的指导下研究了加拿大农场管理中的可持续利用问题，在生产性、保护性、安全性、可持续性和可接受性5个方面进行了指标的选取和结果评价。Berroteran等[3]对委内瑞拉的土地利用进行了实例研究，以国家的视角分析了可持续土地利用的指标体系确定的问题。孙雁等[4]针对土地细碎化研究了江西省分宜县土地资源可持续利用评价的问题，构建了乡镇级土地可持续利用评价指标体系。李长健等[5]从土地发展权的角度开展了土地可持续利用问题的研究。袁磊等[6]建立了基于循环经济理念的土地可持续利用评价指标，并以黑龙江为实例进行实证分析，实现了评价目标的进一步具体化。赵艳等[7]利用三角模型对江苏省无锡市进行了土地可持续利用评价，实现了评价方法的创新。

《FELSM》是土地可持续利用评价的纲领性文件，但缺乏具体的指标描述，很难在不同用地类型、不同发展水平和评价目标下通用，土地可持续利用评价应该在其基础上因地制宜，确定各研究的评价目标、指标体系和评价方法。土地作为可持续发展的要素，与低碳经济有着内在的联系[8]，将低碳与土地可持续利用评价相结合可以客观地反映研究对象在新的发展导向下的土地可持续利用水平，但已有研究中鲜有涉及。研究评价方法的选择对结果的呈现和应用影响很大，诸如层次分析法、熵值法、PSR等传统指标综合方法只能单一反映评价对象的优劣水平，很少能客观指出各对象的不足和优势，研究结果的参考价值受到限制。研究选取CSDEA作为评价方法，在得到评价结果的基础上，进一步分析了各评价对象的改进方向。

1 研究区概况

1.1 武汉城市圈经济社会发展现状

武汉城市圈，又称“1+8”城市圈，包括武汉、鄂州、黄冈、孝感、咸宁、黄石、天门、仙桃、潜江共9个城市，其中武汉为城市圈中心城市。武汉城市圈是全国资源节约型和环境友好型社会建设综合改革配套实验区，实验区建设涉及工业、交通、教育、金融、旅游等诸多领域。武汉城市圈土地面积占全省33%，人口总数为全省51.6%。自然环境优越，城市化水平高，经济发展条件好。2008年武汉城市圈实现地区生产总值6 972.11亿元，同比增长14.8%，占全省总量61.5%，其在全省经济增长中处于重要的位置。

1.2 土地资源特征

武汉城市圈总面积为57 972 km2，是中部最大、发展条件最好的城市圈之一[9]。在土地利用结构中，面积最大的是耕地，其次是林地，水域和建设用地次之，未利用地为最少。武汉城市圈耕地面积达29 321 km2，占总面积的50.58%，主要集中在中东部地区和黄冈市，耕地面积最大的地区是黄冈市和孝感市，占总量的46.06%；林地面积达17 535 km2，占总面积的30.25%，主要分布在南部和东北部，尤其是黄冈市，该市林地面积占总面积高达43.43%，此外，咸宁也是林地分布较集中的地区；草地面积达1 413 km2，占总面积的2.44%，分布较为集中，黄冈市和咸宁市的草地面积超过总量的80%；水域面积达5 731 km2，占总面积的9.89%，武汉市在水域分布中占有绝对优势，占总量的30%；城乡、工矿、居民点用地面积达3 722 km2，占总面积的6.42%，各地区差异不明显，除武汉市外分布较为均匀；未利用地是251 km2，占总面积的0.43%。

2 低碳视角下的城市圈土地可持续利用评价

研究从低碳视角建立了土地可持续利用评价指标体系，结合指标凝聚法(CSDEA)[10]和熵值法对武汉城市圈各城市的土地可持续利用水平进行评价。不仅在指标体系中融合了低碳的思想，而且通过CSDEA还可以获得各评价对象的改进方向，对政策措施的制定有重要的参考价值。

2.1 指标体系的构建

世界粮农组织曾在《FELSM》中给出了土地可持续利用评价的指标选取框架，在此框架的指导下，学者根据各区域的具体情况和评价目标建立了指标评价体系。尹君[11]在其土地可持续利用研究中从时间、空间、发展程度等多角度对土地资源可持续利用进行了分析并构建了评价指标体系。陈百明[12]对区域土地可持续利用进行了深入分析，建立了包括生产性、保护性、稳定性、可接受性、经济活力5个准则层在内的指标体系框架，并对各指标的计算方法、阈值等进行了说明。本文参考已有的研究成果，将低碳与土地可持续利用评价相结合，基于CSDEA评价方法的指标分类要求，建立了指标体系。

2.1.1 土地可持续利用评价指标体系 土地利用是由自然、社会、经济3部分共同作用形成的典型复合系统，土地的可持续利用就是土地的自然属性通过合理的资源分配实现经济可发展、社会可接受并产生持续性生产力的过程，即通过合理分配土地资源达到生态可持续、经济增长可持续、社会发展可持续。土地可持续利用评价可以从生态、社会、经济方面进行，碳源和碳汇是生态效益最具代表性的特征之一，因此，在正负两类指标体系中，分别由碳源和碳汇相关指标代表生态子系统的作用。

衡量低碳水平最有效的指标就是碳排放量和碳吸收量，研究将这两个指标融入到体系框架中。除此之外，再根据《FELSM》及后续的研究成果和城市圈发展的特征最终确定指标体系。由于评价方法的需要，指标体系中将各指标预先分为正向指标和负向指标。具体指标体系如表1所示。

2.1.2 部分指标计算的说明

(1)农民收入指数。这一指标代表各地区农民收入水平与其他地区的差异水平，农民收入水平的高低一定程度上代表了地区农业生产能力，是土地可持续利用在农业可持续方面的具体体现。具体的计算方法是：

农民收入指数=某地区农民人均收入/

城市圈农民人均收入

(2)人均耕地经营面积。保护耕地是保证粮食安全的根本途径，人均耕地水平代表了地区农业生产的潜力，是土地可持续利用评价中的重要部分。人均耕地经营面积的计算方法如下：

人均耕地经营面积=某地区耕地总面积/

农村人口数

(3)地均碳吸收量和排放量。土地利用类型主要分为3大类，即农用地、建设用地和未利用地，对于用地各类型的碳排放和碳吸收核算系数，很多学者都开展了相关研究。本文根据城市圈各城市土地利用结构，参考赖力[13]的研究成果以及傅伯杰等[14]学者有关碳排放计算的理论研究，计算各城市土地碳吸收和碳排放总量，进一步得到地均的排放和吸收水平。

表1 低碳视角下的城市圈土地可持续利用评价指标体系

2.2 基于CSDEA的评价方法

数据包络分析(data envelopment analysis，DEA)是美国著名运筹学家Charnes等提出的一种评价方法，经过几十年的发展已经在系统工程、管理科学、决策分析、评价技术等领域有了广泛的应用。一般来说，用于土地可持续利用评价的指标体系比较庞大，指标个数与决策单元数量差距较大，这很有可能导致绝大多数决策单元均为DEA有效，同时将重要性不同的指标或较多的底层指标同时列入DEA模型，经常会导致忽略重要指标、强调次要指标的后果，而使得DEA失去很好的评价效果。因此，研究选取了一种评价复杂系统的DEA方法——指标凝聚法(CSDEA)，该方法的基本思路是先将指标体系按照正向指标或者负向指标进行分类，然后在两类指标体系下根据指标的自然归属进行再分类，获得准则层的指标子类，最终确定完整的指标体系。在进行评价之前，需要对指标层的各指标进行一次权重的计算，选用熵值法计算各指标的权重值。再利用CSDEA进行评价，只对准则层的指标子类进行操作。这样就可以既实现各指标水平的综合又不会过分强调次要指标对整体的作用，使得评价结果更加客观。

定义：

对决策单元j有贡献比Pj/Qj，则对决策单元j0有以下模型(CSDEA)：

(j=1,2,…,n)

s.t.3:v=(v1,…,vm)T≥0

(u=(u1,…,um)T≥0)

若规划(CSDEA)存在最优解满足u0,v0>0,Vp=1，则称决策单元j0为CSDEA有效。经过变量替换，可以得到如下优化模型(DCSDEA)：

min〔θ-ε(eTs-+eTs+)〕=VD

设ε是非阿基米德无穷小量，若θ0=1,s-0=0,s+0=0，则线性规划问题(DCSDEA)的最优解为λ0,θ0,s-0,s+0。

进一步计算决策单元的改进方向，定义决策单元j0的投影为：

令：

DEA的实现方法有很多，如利用LINGO优化软件，DEA—solver，matlab软件等。研究根据CSDEA针对数据处理的复杂性特点选用matlab优化工具箱来实现这一模型

2.2.2 评价步骤

(1)数据整理，利用最大最小标准化方法对数据进行标准化；(2)利用熵值法计算各指标权重；(3)根据上一步得到的权重计算各指标子类的内部权重；(4)利用CSDEA模型进行综合评价；(5)计算各无效单元的改进方向。

2.3 结果分析

研究选取了城市圈2011年的相关数据，数据来源主要有中国城市统计年鉴[15]、湖北省统计年鉴[16]、湖北省国民经济与社会发展统计公报[17]等数据库。

2.3.1 有效性分析 利用评价步骤中对武汉城市圈各城市的土地可持续利用评价指标进行综合评价，得到各城市有综合评价结果如表2所示。综合评价值为1时，决策单元处于CSDEA有效，即评价对象的投入资源高效地用于产出，属于土地利用相对可持续的状态；综合评价值小于1时，决策单元处于CSDEA无效，即评价对象投入资源没有得到最大限度的利用，产出不足或投入过剩。

表2 武汉城市圈土地可持续利用评价结果

评价结果显示，武汉城市圈土地可持续利用评价中处于CSDEA有效的城市有黄石市，黄冈市，咸宁市，潜江市。这4个有效的城市可以分为两类，一类是第一产业占优的城市，包括咸宁市和黄冈市，另一类为第二产业占优的城市，包括黄石市和潜江市。黄冈市是武汉城市圈中耕地面积和林地面积均最大的城市，分别达383 848和713 255.2 hm2，占城市圈总量的20.23%和43.97%，第一产业的绝对优势和区域内的较低资源环境消耗使得黄冈市土地可持续利用评价有效。咸宁市在第一产业用地类型上虽然较黄冈市略低，但在城市圈其他城市中仍占据较大优势，且咸宁市导致土地不可持续利用的高污染、高能耗为主的产业较少，从投入产出的效率角度分析，咸宁市处于CSDEA有效较为合理。黄石市是传统的工业城市，是中部地区最大的原材料基地，在冶金、水泥等诸多领域具有先进的技术优势，产业发展的绝对优势使得黄石市的环境资源投入得到有效利用，促使其在评价中有效。潜江市既是农业大市，其棉花种植、水产品养殖等方面均有较大规模，也是中部重要的石油基地，工业较发达，第一二产业交叉发展，其在土地可持续利用方面优势较明显，属于CSDEA有效。

整体来看，评价土地可持续利用水平的核心在于环境资源等的投入是否获得了足够的经济生态效益产出，如果产出与投入合理，则达到CSDEA有效。武汉城市圈各城市土地可持续利用评价的有效性排名为：黄石，黄冈，咸宁，潜江>仙桃>天门>孝感>武汉>鄂州。

2.3.2 改进方案 基于CSDEA方法的土地可持续利用评价在获得有效性评价的基础上可以进一步分析各评价对象的不足与改进方向。根据式(4)和(5)所述计算改进方向，运用matlab软件得到5个CSDEA无效评价对象的改进方案(如表3所示)。

表3 土地可持续利用改进方案

表3中的数据数值代表各评价对象为达到CSDEA有效应进行的改进。改进方向为正，说明此决策单元在该项指标上有不足，如果是负向指标则此值无需改进，如果是正向指标则提高这一水平下的该指标值后，此决策单元有效性提高；改进方向为负值，说明决策单元在该项指标上存在富余，如果是正向指标可不进行改进，如果是负向指标，则降低这一水平下的该指标值，决策单元有效性将提高。

武汉市的综合评价值为0.957 4，在城市圈综合评价中处于第8位，正向指标中需要提高较大的主要有全社会经济增长、人均GDP和地均碳吸收量等，需要控制的投入指标主要有单位GDP占用建设用地面积、建设用地年增量等。武汉市虽在交通、政策、教育等方面均拥有较大优势，且近些年发展速度较快，但对环境资源的过分透支使得其产出不足以平衡其环境资源的投入。天门市，仙桃市，孝感市3市的综合评价值较接近，分别是0.979 1，0.984 9，0.972 5。天门市的不足主要体现在人均GDP和人均农业产值较低，降低垃圾清运量也有利于提高其有效性。仙桃市的不足主要体现在人均GDP较低和人均水资源，在耕地投资方面应不断提高其资金的使用效率，在保证耕地保护效果的前提下适当降低投资比例有利于提高仙桃市的有效性。孝感市的建设用地利用效率有待提高，人均水资源也严重不足，单位面积垃圾清运量和恩格尔系数数值偏高，对上述4个指标进行适当改进有利于提高孝感市的有效性。鄂州市是综合评价值最低的城市，评价值仅为0.808 2。由表3可见，鄂州市在地均农业产值、人均GDP、单位面积污染治理费用、人均基础设施投资、人均农业产值、人均水资源、林草覆盖率、地均碳排放量等9个指标上均存在较大不足，需要降低的指标包括农村恩格尔系数、垃圾清运量和地均碳排放等，综合来看鄂州市在土地可持续利用方面仍需较大改善。

判断评价对象是否有效是各指标综合的结果，单独调整某一指标并不能使评价对象的有效性显著提高。在以评价结果指导政策措施制定的过程中，应保持政策的整体性和协调性，通过系统的宏观调控来逐步改善评价对象的可持续利用水平。

3 结 论

(1)土地可持续利用评价是衡量各地区土地可持续利用能力的重要手段，由于各地区的自然条件、发展阶段、政治环境、社会因素等不同，导致土地可持续利用评价的内容区别很大。各地在进行土地可持续利用评价时应因地制宜，根据实际需要确定评价的目标、指标体系和评价方法。

(2)CSDEA是一种利用优化手段来解决复杂系统评价问题的方法，其指导思想是：以最小的代价来维持复杂系统的有效运行；与此同时，又要与所依托的环境保持高度的协调发展。在系统发展的过程中，既应注重目前的发展效率又应放眼于未来的发展能力，促使系统的负面条件逐渐减少，正面条件不断增多，增强系统的自我完善能力。

(3)低碳经济是目前应对气候变化最有效和最具现实性的发展方式。对于世界而言，低碳经济是一次全球性的产业变革。对于各个国家来说，当资源环境成为经济发展的瓶颈时，低碳引领下的发展方式必将带来经济增长模式的创新，这是转变发展方式的基本途径。研究将低碳作为土地可持续利用评价的主要因素之一，以《FELSM》提出的指标框架为指导，综合已有研究成果，建立了低碳视角下的城市圈土地可持续利用评价指标体系，该体系可以很好地反映各区域的土地可持续利用水平。

(4)CSDEA能够客观地实现土地可持续利用评价并获得改进方向。CSDEA是一种能够处理多指标、多层次评价体系并给出改进方案的一种有效评价决策方法，本文对CSDEA的原理及实现进行了简要的介绍并成功应用于武汉城市圈土地可持续利用评价，取得了很好的评价效果，得出了城市圈各城市今后土地可持续利用发展的改进方案。

(5)武汉城市圈各城市在土地可持续利用方面存在显著差异。分析可知，武汉市作为城市圈中心城市，在诸如单位GDP占用建设用地面积、建设用地年增量、地均碳排放量等方面均存在不足。武汉市在土地可持续利用方面的问题主要在于资源粗放式利用和环境破坏方面，今后武汉市在保证经济快速发展的同时应特别注重对环境的保护和土地、能源、水等资源的节约和集约利用，不断提高发展的质量。

[参考文献]

[1]Smyth A J, Dumanski J. FESLM: An International Framework for Evaluating Sustainable Land Management[M]. Rome, Italy: FAO, 1993.

[2]Gameda S, Dumanski J, Acton D. Farm level indicators of sustainable land management information for sustainable land management[Z]. ISSS/ I TC, Enschede, Netherlands, 1997.

[3]Berroteran J, Zinck A. Criteria and Indicators of agricultural sustainability at national level geo-information for sustainable land management[Z]. ISSS/ I TC, Enschede, Netherlands, 1997.

[4]孙雁,刘友兆.基于细碎化的土地资源可持续利用评价：以江西分宜县为[J].自然资源学报,2010,25(5):802-810.

[5]李长健,钟涨宝,伍文辉.基于发展权理论的土地资源可持续利用问题研究[J].生态经济:2006,10(4):139-143.

[6]袁磊,雷国平,张小虎.基于循环经济理念的黑龙江土地可持续利用评价[J].水土保持研究,2010,17(1):127-133.

[7]赵艳,濮励杰,张建,等.基于三角模型的城市土地可持续利用评价[J].经济地理,2011,31(5):810-815.

[8]薛进军.低碳经济学[M].北京:社会科学文献出版社,2011:6-11.

[9]刘建红,李仁东,王宏志,等.基于遥感和GIS武汉城市圈土地资源利用研究[J].世界地理研究,2009,18(1):83-90.

[10]马占新.数据包络分析[M].北京:科学出版社,2009:196-207.

[11]尹君.土地资源可持续利用评价指标体系研究[J].中国土地科学,2001,15(2):6-9.

[12]陈百明.区域土地可持续利用评价指标体系框架的构建与评价[J].地理科学进展,2002,21(3):204-215.

[13]赖力.中国土地利用的碳排放效应研究[D].南京:南京大学,2011.

[14]傅伯杰,陈利顶,马诚.土地可持续利用评价的指标体系与方法[J].自然资源学报,1997,12(2):113-118.

[15]中华人民共和国国家统计局.中国城市统计年鉴2011[DB/OL].http:∥www.stats.gov.cn.,2011.

[16]湖北省统计局.湖北省统计年鉴2011[DB/OL].http:∥www.stats-hb.gov.cn,2011.

[17]湖北省统计局.湖北省国民经济与社会发展统计公报2011[DB/OL].http:∥www.hubei.gov.cn,2011.