长沙市土地低碳利用系统时间变化特征分析

■ 黄 婕/毛德华/熊雅萍/周国华/吴虹雨/伍 婷

（1.华润置地（湖南）有限公司，长沙 410008；2.湖南师范大学资源与环境科学学院，长沙 410081）

长沙市土地低碳利用系统时间变化特征分析

■ 黄 婕1/毛德华2/熊雅萍2/周国华2/吴虹雨2/伍 婷2

（1.华润置地（湖南）有限公司，长沙 410008；2.湖南师范大学资源与环境科学学院，长沙 410081）

文章构建了城市土地低碳利用系统综合评价指标体系，运用层次分析法、加权和与加权积混合算法、要素真实贡献率模型与障碍度模型，分析了长沙市土地低碳利用系统的时间变化特征及其影响因素。结果表明：从2001年到2013年，长沙市土地低碳利用总体水平有较大幅度的提高，近6年稳定在较高水平，且呈现波动中逐步朝低碳化方向发展的趋势；对土地低碳利用水平的贡献最大的是居住用地和城市绿地；而主要的阻碍因素是交通用地和工业用地。

城市土地；低碳利用系统；时间变化；影响因素；贡献率；障碍度；长沙

为了应对全球变暖的影响，低碳经济成为世界各国经济发展转型方向与共同抉择。低碳经济是以低能耗、低污染、低排放为特征的经济模式，是人类社会继农业文明、工业文明之后的又一次重大进步[1]。城市区域内各种生产与生活活动以土地为物质载体，物质与能量交换强烈而复杂，同时土地又是人类社会发展的最重要平台。由于全球碳排放80%以上来自城市，城市节能减排对减缓全球气候变暖与保护全球环境作用巨大，城市土地低碳利用研究是二者的综合交叉并将成为土地科学、城市科学及环境科学领域研究的新热点。本文构建城市土地低碳利用系统综合评价指标体系，运用层次分析法、加权和与加权积混合算法定量评价长沙市2000-2013年土地低碳利用水平，据此分析其时间变化规律，在此基础上，构建要素真实贡献率模型、障碍度模型，从正反方向定量分析各要素对长沙市土地低碳利用水平的影响，以期为长沙市土地低碳利用发展提供科学依据。

1 评价指标体系与数据来源

城市土地低碳利用实际上就是综合考虑土地的生态价值、经济价值以及社会价值的既“低碳”又“经济”的城市土地利用方式，是城市土地利用的低碳化状态。城市土地低碳利用系统是一个具有特定结构和功能的、开放的、动态而复杂的巨系统，包括碳源与碳汇两个子系统，每一个子系统都是由多要素、多结构和多变量组成。具体来说，由于本项研究的范围是城市市域土地，故碳汇子系统只考虑城市绿地这一要素；碳源子系统则主要包括居住用地碳排放、商服公共用地碳排放、交通用地碳排放和工业用地碳排放4个要素。各要素又分别包括若干因子，从而构成综合评价指标体系[2]（表1）。

各评价指标的数据来源主要包括：《中国区域经济统计年鉴》、《中国城市统计年鉴》、《中国城市（镇）生活与价格年鉴》、《湖南第二次经济普查数据集》、《湖南经济社会发展1949-2009》、《湖南统计年鉴》与《长沙市统计年鉴》等。

2 定量分析方法

2.1 数据标准化处理方法

数据的标准化处理采用极差标准化方法，即以每一项指标中的最大（小）值为标准值进行标准化。对于正向指标与负向指标分别采用以下公式进行计算。

式（1）、（2）中：Pij分别为第i年第j项评价指标的原始数据；Nij分别为第i年第j项评价指标的标准化分值；Pij，max、Pij，min、Nij，max、Nij，min分别为Pij、Nij中的最小值和最大值，其值介于0-1之间。

2.2 指标权重的确定方法

这里采用层次分析法确定权重。首先建立层次结构模型，其次构造判断矩阵，再次进行层次单排序与层次总排序，最后进行致性检验。因篇幅所限，具体方法见参考文献[3][3]，在此不再赘述。这样就可以得到各因子层、要素层分别对上一层次的权重。

表1 城市土地低碳利用系统评价指标体系

2.3 综合评价指数的计算方法

当前，城市土地低碳利用系统综合评价常采用多目标综合评估法，但该方法存在一定的局限，即在计算综合评价指数（总分值）时采用线性加权加法，这等于默认了各指标属性值之间可补偿性的存在，且在很大程度上是一种线性的可补偿性。由于城市土地低碳利用系统中要素层指标之间不能相互补偿，而每一要素层指标下的因子层指标之间可以补偿，所以采取改进的多目标综合评估法——“加权和与加权积混合算法”来进行综合评价，具体计算公式如下：

式（3）中，E为城市土地低碳利用碳源子系统综合评价指数，m、n分别为要素层指标代码与指标数目，k为要素层指标Ym及所辖的因子层指标代码，wm为要素层指标Ym的权重，wk为因子层指标Xk的层内权重值，lk为因子层指标Yk的标准化属性值。

2.4 要素真实贡献率模型

采用要素真实贡献率模型[4]定量分析碳源子系统中居住用地低碳利用、商服公共用地低碳利用、工业用地低碳利用以及交通用地低碳利用这四个要素层指标对城市土地低碳利用系统的综合评价指数贡献率。其计算公式定义为：

式（4）中，RCfm为第f年第m个要素层指标的要素真实贡献率，Ef为第f年的城市土地低碳利用综合评价指数，Efm为城市土地低碳利用第m个子系统要素在第f年的评价指数，其他符号的含义同上。

2.5 要素障碍度模型

为了能有针对性地对土地利用方式、结构，行为、政策进行调整，需厘清影响城市土地低碳利用的障碍因子与障碍程度，为此采用要素障碍模型，引入单因素对总目标权重Wj和单因素指标与城市土地低碳利用目标之间的差距Ij（单项指标因素标准化分值与100%之差）两个指标，对障碍度（Oj、Om）（分别表示因子层指标和要素层指标对城市土地低碳利用的影响障碍程度）进行诊断分析[5]。

具体计算公式为：

式（5）、（6）中，wm为各要素层对目标层的权重值，wk为各因子层对于要素层的权重值，dj为因子层指标的标准化值。第j个指标对城市土地低碳利用的障碍度为：

首先分析各因子层指标对目标层阻碍程度基础，进而分析各要素层指标对城市土地低碳利用的障碍度，公式为：式（8）中，Om为各要素层的障碍度，Oij是各因子层指标的障碍度。

3 长沙市土地低碳利用系统时间变化特征及影响因素分析

长沙是湖南省省会，经济、社会、政治、技术、人才中心，地处湘江下游，介于东经111°53′-114°15′，北纬27°51′-28°40′之间，地域呈东西向长条形状，东西长约230km，南北宽约88km，地势西南高东北低，山地、丘陵、岗地、平原俱全且所占比例相当。长沙市总面积为 11819.46km2，其中市区面积954.6km2，截至2013年底，建成区面积371km2。长沙是融山、水、洲、城为一体的区域性中心城市，荣获全国第一批“优秀旅游城市”“国家森林城市”“国家园林城市”和“全国文明城市”等称号。

长沙市位于“一部一带”（东部沿海地区和中西部地区过渡带、长江经济带和沿海开放经济带结合部）的核心区域，是国家城镇化“两横三纵”格局中长江横轴与京广纵轴的结合点，承东启西、联南接北的战略地位十分突出，是长株潭城市群资源节约型与环境友好型社会建设综合配套改革试验区的重要组成部分。

3.1 综合评价结果及分析

长沙市土地低碳利用系统综合评价各层次指标权重见表1，综合评价指数见表2、图1[5]。

表2 长沙市土地低碳利用系统要素层与目标层年度综合评价指数计算结果

图1 长沙市土地低碳利用系统要素层（上图）与目标层（下图）年度综合评价指数变化

根据表2、图1，对长沙市土地低碳利用水平年度变化特征分析如下。

(1)长沙市土地低碳利用水平的年度变化大致可分为4个阶段。第一阶段为2001-2003年，利用水平迅速提高，表现在综合指数从2.53上升到8.57，且增幅超过2001-2013年10多年间最高指数11.43的一半，这与长沙市行政区划的调整有关。第二阶段为2003-2007年，利用水平呈稳定上升态势但幅度不大。第三阶段为2007-2012年，呈小幅下降趋势，主要原因是在2007-2010年期间，交通用地低碳利用指数骤降与绿地指数下降的综合作用。第四阶段为2013年以后，又呈增长趋势。总体上看，2013年长沙市土地低碳利用指数为10.65，比2001年增加了近3倍，这反映出土地低碳利用的实践在长沙市的经济社会发展和城市土地利用上得以开展并迅速壮大，在波动中仍保持高水平。

(2)从各要素层指数的年际变化可以看出，呈明显上升态势的是居住用地和城市绿地低碳利用，指数增幅分别为0.69-14.12和0.25-11.14，增值均大于10，这说明前者正迅速迈向低碳化道路，后者的碳汇能力大幅度提高。而商服公共用地低碳利用呈现出振荡发展且维持在低水平上，指数在2.19到5.06之间，说明其对城市经济效益的贡献与碳排放量对城市环境效益的破坏平衡上还存在亏缺。工业用地低碳利用水平呈现出先小幅度下降后大幅度上升的态势，指数从15.55降至13.69再升至26.90，说明其经历了高碳利用逐渐向低碳利用的转型。交通用地低碳利用水平呈现出先升后降再升的波动发展趋势，指数变化是14.80-21.15-7.26-18.36，这是随着城市的扩展先前交通状况越来越恶化及近年投巨资改善交通条件的结果。在4个要素中，期间工业用地低碳利用与交通用地低碳利用综合指数一直较高，说明其相对于其他3个要素，对实现城市土地低碳利用系统目标的作用更为重要。

3.2 系统要素真实贡献率计算与分析

根据表2的结果，可计算得出各要素层指标在2001-2013年对目标层的要素贡献变化情况，计算结果见表3。据此可以分析长沙市土地低碳利用系统各要素贡献率年际变化特征[5]。

(1)13年间，居住用地与城市绿地低碳利用对长沙市土地低碳利用的贡献率分别从2.19和0.66上升至9.20和7.60，期间呈现出波动式总体上升趋势。商服公共用地低碳利用总体为下降趋势，贡献率从16.58到7.43。交通用地低碳利用的贡献率则剧烈下降，降幅达20.41，说明其总体上的发展将更不利于城市土地低碳利用。工业用地低碳利用的贡献程度呈现先降后升的发展趋势。同时各要素的贡献率变化呈现出与其综合指数基本一致的趋势。

表3 长沙市土地低碳利用系统要素层真实贡献率

(2)从首末年的对比来看，首年，对长沙市土地低碳利用贡献率由高到低分别是交通用地、商服公共用地、工业用地、居住用地和城市绿地。这是由于当时的城市发展水平较低，交通用地、商服公共用地和工业用地的面积较小，单位面积的碳排放量较低；同时，居住用地和城市绿地也未合理的规划和布局。到了末年，各类用地的贡献率呈现出均衡和集中的趋势，除交通用地低碳利用贡献率较低（2.30）外，其余各项用地低碳利用贡献率处在7.43-9.20之间。这说明长沙市土地低碳利用系统逐步趋向合理性，各要素间趋同性的变化特点体现出较好的协同发展作用。

3.3 系统障碍度计算与分析

以综合指数（表2）为计算基础，运用障碍度模型可以分别计算得出2001-2013年各要素层对目标层的障碍度以及变化情况[5]，具体结果如表4。

表4 长沙市土地低碳利用系统要素层障碍度

(1)首年以工业用地和城市绿地为主要障碍要素，障碍度分别为37.45%、22.78%，这是因为当时长沙市传统工业的发展大大阻碍了城市土地低碳利用，城市绿化率低也会影响其碳汇作用的发挥。到了末年，交通用地取代城市绿地成为最主要障碍度因素，障碍度达57.66%，超出工业用地17.38%，这个问题必须引起特别关注。

(2)居住用地与城市绿地对城市土地低碳利用障碍度呈较大幅度的下降趋势，分别下降了13.81%、14.96%，表明其发展顺应了低碳利用的发展要求；交通用地则相反，从首年的16.58%剧增到末年的57.66%，特别是近几年来的阻碍作用越来越大；商服公共用地的障碍度出现一定的波动，这充分说明了第三产业用地的合理规划和管理十分重要，必须进行正确引导；工业用地十多年来障碍度均处于高水平，呈现先升后降的发展态势，到末年障碍度仍达40.28%，其障碍程度依然强烈。

4 结论

定量分析表明，总体上，长沙市土地低碳利用水平呈上升趋势，近6年稳定在较高水平。要素上，居住用地和城市绿地低碳利用水平呈明显上升趋势，商服公共用地呈现出在低水平上的振荡发展，工业用地经历了高碳利用逐渐向低碳利用的转型，交通用地水平呈加速下降态势，其低碳利用状况越来越恶化。同时，期间工业用地与交通用地低碳利用指数均较高，说明其相对于其他三个要素，对城市土地低碳利用系统目标的实现发挥着更为重要的作用。

2001-2013年，居住用地与城市绿地低碳利用对长沙市土地低碳利用的贡献率总体呈上升趋势；商服公共用用呈震荡变化的下降态势；交通用地对城市土地低碳利用的贡献率下降剧烈，说明其总体上的发展将更不利于城市土地低碳利用；工业用地的贡献程度呈现先降后升的发展趋势。13年间，长沙市土地低碳利用系统综合发展逐步趋向合理，各要素间贡献率趋同性的变化体现出较好的协同发展作用。

长沙市土地低碳利用系统主要障碍要素，2001年为工业用地和城市绿地，2013年为交通用地和工业用地。居住用地与城市绿地对城市土地低碳利用障碍度逐年下降，且下降幅度大，交通用地则相反；商服公共用地的障碍度呈波动起伏态势，趋势不明显；工业用地障碍度一直处于较高水平，经历了先上升后下降的过程，但依然强烈。

[1]冯之浚,牛文元.低碳经济与科学发展[J].中国软科学,2009(8)：13-19.

[2]汪友结.城市土地低碳利用的外部现状描述、内部静态测度及动态协调控制[D].杭州：浙江大学,2011.

[3]徐晓敏.层次分析法的运用[J].统计与决策,2008(1)：156-158.

[4]钟太洋,黄贤金,李璐璐,等.区域循环经济发展评价：方法、指标体系与实证研究——以江苏省为例[J].资源科学,2006(2)：154-162.

[5]李新举,方玉东,田素锋,等.黄河三角洲垦利县可持续土地利用障碍因素分析[J].农业工程学报,2007(7)：71-75.

[6]黄婕.低碳经济视域下城市土地利用测度研究[D].长沙：湖南师范大学,2012.

Analysis on the Characteristics about the Temporal Changes of Low Carbon Land Use System in Changsha

HUANG Jie1, MAO Dehua2, XIONG Yaping2, ZHOU Guohua2, WU Hongyu2, WU Ting2(1.China Resources (Holdings) Company Limited, Changsha Hunan 410008;2. College of Resources and Environmental Science, Hunan Normal University, Changsha 410081, China)

This paper establishes integrated evaluation index system concerning low carbon utilization system of urban land. By using analytic hierarchy process,a hybrid algorithm of weighted sum and weighted product, element real contribution rate model and obstacle degree model, it analyzes the characteristics about the temporal changes and influencesof low carbon land use system in Changsha. The results show that from 2001 to 2013, overall level oflow carbon land use in Changsha was improved greatly. It has maintained a high level nearly six years and gradually has developed towards the direction of low carbon. This paper goes on to look at that residential land and urban green spacegives the greatest contribution to low carbon land use level; while traffic land and industrial site are the key obstacles to this regard..

urban land; low carbon utilization system; time changes; influencing factors; contribution rate; obstacle degree; Changsha

F301.2；F062.1

C

1672-6995（2015）04-0058-05

2014-09-20；

2014-10-18

湖南省国土资源科技项目（湘财建指〔2012〕284号）；湖南省重点学科建设项目（2011-001）；长沙市科技计划项目（K1308021-41）

黄婕（1987-）女，湖南省长沙市人，华润置地（湖南）有限公司主任，管理学硕士，主要从事房地产开发经营与管理方面工作。