基于CW-GRAP模型的随州市土地整治综合效益评价

张雪松, 张茂茂, 王全喜, 李德寿, 何 炬, 侯 瑞

(1.华中师范大学 地理过程分析与模拟湖北省重点实验室， 武汉 430079；2.华中师范大学 城市与环境科学学院,武汉 430079; 3.甘肃农业大学 管理学院, 兰州 730070; 4.长安大学 地球科学与资源学院, 西安 710054)

土地整治规划是在土地利用总体规划指导下，对未来土地整治活动的安排和协调[1]。“乡村振兴战略”在党的十九大报告被明确提出，通过土地整治盘活的有效土地资源是实施“乡村振兴战略”的重要保障[2]，再配置中形成的土地资源更是促进城乡融合的关键要素[3]。因此，土地整治不仅仅是增加有效耕地面积、改善耕地质量、提高农民生产生活条件，促进城乡统筹发展、建设美丽宜居乡村的重要手段[4-5]，也是促进城乡融合、实施乡村振兴战略以及加快推进精准扶贫、精准脱贫的重要平台[6]。土地整治综合效益评价是土地整治规划理论和实践研究的一项重要内容，对调整优化建设用地结构布局，推进区域协调发展，划定并严守生态保护红线，构建强大生态安全屏障，促进人与自然的和谐共生，具有重要的现实意义[7-8]。近年来，众多专家学者对土地整治综合效益评价进行了深入的研究[9-10]，一般认为构建合理科学的土地整治综合效益评价体系应该从经济、社会和生态3个方面来选取评价指标，但效益评价的方法各有不同。如樊敏等[11]利用云模型评价法，分析了湖北省谷城县庙滩镇土地整治生态评价因子的特征值。胡学东等[12]将贝叶斯概率模型引入到土地整治效益评价中，对我国鄂西北地区农用地整治的适宜性进行了综合评价。邓胜华[13]通过构建土地整效益评价指标体系，并利用AHP-FCE综合评价模型，以石碑坪镇土地整治项目为例，对其社会和生态效益展开了研究。罗文斌等[14]结合物元分析法引入物元评价模型，对永康市石柱镇土地整治效益进行了分析和评价。这些研究方法一定程度上都能较客观的反映一个地区的土地整治综合效益，但评价过程相对繁琐、复杂。其中，传统的主观AHP法和单纯的客观熵值法都很难准确判断指标的理想权重，评价结果具有较强的主观性。相关研究表明组合赋权法(Combined Weights，CW)[15]，能有效地避免单一赋权方法带来的偏向性，从而有效提高评价结果的准确性和科学性。灰色关联分析法(Grey Relation Analytic Process，GRAP )[16-17]利用已知信息来推测和确定系统的未知信息，在处理模糊的贫信息方面具有很强的灵活性，不仅是优势分析的基础，更是进行科学决策的重要依据。鉴于此，本研究将两种方法相结合，采用CW-GRAP模型对随州市土地整治综合效益进行分析和评价。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

随州市是湖北省最年轻的地级市，于2000年6月25日被国务院批准设立为地级市，位于湖北省北部地区，处在长江流域和淮河流域的交汇地带，全境跨东经112°43′—114°07′，北纬31°19′—32°26′，北接桐柏山、东靠大别山、西南邻大洪山，区域内地形复杂多样，地势起伏较大。北部和西南部以低山丘陵为主，地势较高，中部和东南部以冲积平原为主，兼有山地地形。全市国土面积961 386.17 hm2，其中，耕地面积253 418.24 hm2，内部构成以水田为主，耕地面积占土地总面积的26.36%。“十二五”期间，随州全市土地整治总规模73 100 hm2，补充耕地面积3 700 hm2，重点建设项目82个。其中，农用地整治规模70 000 hm2(包含高标准基本农田整治规模64 453 hm2)，可补充耕地面积1 940 hm2；农村建设用地整治规模2 100 hm2；土地复垦规模300 hm2；宜耕后备土地资源开发规模700 hm2，可补充耕地500 hm2。

从各县(市、区)土地整治项目分布来看，“十二五”期间随县土地整治总规模31 599.60 hm2，补充耕地面积2 190.93 hm2，重点建设项目35个；其中，农用地整治规模30 304 hm2，补充耕地面积1 846.87 hm2，重点项目区主要集中在北部的万和镇，西部的唐县镇和万福店街道办事处，西南部洪山镇以及东部的厉山镇、尚市镇等5个乡镇；农村建设用地整治规模958 hm2，补充耕地面积128.66 hm2，重点项目区主要集中在西部的唐县镇、万福店街道办事处和西南部的洪山镇；土地复垦整治规模90.60 hm2，补充耕地面积38.97 hm2，重点项目区主要集中在东北部的淮河镇，东部的尚市镇，西南部的环潭镇、唐县镇以及西部的洪山镇；宜耕后备土地资源开发整治规模247 hm2，补充耕地面积176.43 hm2，重点项目区主要集中在东部的厉山镇和北部的万和镇。广水市土地整治总规模22 883.40 hm2，补充耕地面积932.65 hm2，重点建设项目29个；其中，农用地整治规模21 696 hm2，补充耕地面积525.66 hm2，重点项目区主要集中在东部的蔡河镇和武胜关镇，东南部的李店乡、杨寨镇等5个乡镇，中部的关庙镇和十里街道办事处；农村建设用地整治规模704 hm2，补充耕地面积87.19 hm2，重点项目区主要集中北部的吴店镇，西部的余店镇、马坪镇以及东部武胜关镇的局部地区；土地复垦整治规模91.40 hm2，补充耕地面积39.80 hm2，重点项目区主要集中在北部的蔡河镇，中部的广水街道办事处和南部的太平乡；宜耕后备土地资源开发整治规模392 hm2，补充耕地面积280 hm2，重点项目区主要集中在南部的陈巷镇和东部的武胜关镇。曾都区土地整治总规模18 617 hm2，补充耕地面积576.37 hm2，重点建设项目18个；其中，农用地整治规模18 000 hm2，补充耕地面积401.22 hm2，重点项目区主要集中在东部的淅河镇，南部的府河镇；农村建设用地整治规模438 hm2，补充耕地面积84.61 hm2，重点项目区主要集中在西南部的何店镇，南部的府河镇局部地区，西部的南郊街道办事处、北郊街道办事处；土地复垦整治规模118 hm2，补充耕地面积46.97 hm2重点项目区主要集中在在西南部的何店镇、洛阳镇；宜耕后备土地资源开发整治规模61 hm2，补充耕地面积43.57 hm2，重点项目区主要集中在东部的淅河镇。

1.2 数据来源

研究数据主要来源于《随州市“十二五”土地整治成果汇编》以及各县市土地整治办公室提供的土地整治项目数据库、文本、台账和相关图件。评价指标基础数据均来自2010—2016年的《随州市统计年鉴》，土地整治效益数据来源于土地整治竣工验收报告和工程完工后的农业、环境、旅游等相关年报资料。

1.3 研究方法

1.3.1 随州市土地整治综合效益评价指标体系的建立 土地整治综合效益评价指标体系的构建应该遵循系统性、科学性、相对稳定性和可操作性原则[18]，它是客观对土地整治进行效益评价的关键要素，并能为今后土地整治规划的发展方向提供重要参考依据[19]。王万茂等[20]认为土地整治的效益评价应该以单向效益(社会效益、生态效益、经济效益)和综合效益两大方面为主要研究对象。严金明，范金梅，张正峰，熊广成，陈超等[21-25]也认为土地整治效益的评价研究应该围绕其经济效益、社会效益和生态效益3个方面展开。一般认为，土地整治的经济效益是指在进行土地整治活动时，在市场交换中取得的所有收益，主要表现在有效耕地增加、质量提高、土地生产率提高、投资收益增加、生产成本降低等方面。社会效益是指土地整治活动完成后，在宏观的社会系统中所产生的社会效应，主要体现在新增耕地的产值、可供养人口数量、单位面积耕地产能的提高，对居民生产生活条件的改善等方面，是衡量区域内社会可持续发展的主要指标。生态效益是指土地整治活动进行过程中和完成后对区域的自然生态系统的结构的改变和生态环境的影响，具体表现在植被覆盖率和森林覆概率的增加、土壤肥力的提升、生物多样性水平的稳定和提高等方面。参考已有研究成果，结合随州市社会经济发展实际，本研究从经济效益、社会效益和生态效益3个方面着手，构建包含14个评价指标在内的土地整治综合效益评价指标体系，见表1。

表1 土地整治综合效益评价指标体系

注：*整治后生物丰度指数C14中各类土地利用类型面积的权重标准参考国家环保总局颁布的《生态环境状况评价技术规范(试行)》(HJ/T192—2006)。

1.3.2 主观AHP法 20世纪70年代，美国运筹学家A.L.Saaty 提出层次分析法(AHP)[26]，根据系统决策目标将评价指标层次化，实际评价中以专家对指标的相对重要性进行两两比较的结果作为权重确定的根据，具体步骤如下：

(1) 把建立的判断矩阵进行标准化处理，并将其算术平均值作为近似的权重向量，即：

(1)

式中：ωj为所求指标权重；aij为指标i与指标j相比较的重要程度。

(2) 计算出两判断矩阵的最大特征值λmax，即：

(2)

(3)通过CR检验判断矩阵的满意一致性，直到CR<0.1，即：

(3)

1.3.3 客观熵权法 1850年，德国物理学家鲁道夫·克劳修斯提出熵的概念[27]。熵值能有效判断事件的随机性和均匀程度，如果指标的离散程度越大，熵值越小，则该指标对综合评价的影响(权重)越大，反之，则越小。计算公式如下：

(1) 计算第j项指标i样本占该指标的比重pij，其中xij为指标值。

(4)

(2)确定各指标熵值ej。

(5)

(3) 确定各指标权重hj。

(6)

1.3.4 组合赋权法(CW) 本研究通过引入拉格朗日和欧氏距离函数[28-29]，建立差异程度关系方程，并保证主、客观权重与其相对应的偏好程度间的差异程度的一致性，计算组合权重，具体公式如下：

(7)

(8)

Zj=αωj+βhj

(9)

式中：ωj表示主观AHP法确定的权重；hj表示客观熵权确定的权重；Zj表示最终的组合权重；α，β分别表示主客观偏好程度系数。

1.3.5 灰色关联评价

(1) 确定土地整治综合效益评价的参考数据列和比较数列。依据灰色关联分析理论[30]，将随州市的随县、广水市和曾都区作为灰色关联模型的比较数列，并分别以Xi(i=1，2，3)来表示。选取评价指标的最佳值作为灰色关联评价模型的参考数列，并以X0来表示。因此，可构建土地整治综合效益评价矩阵，见表2。

表2 土地整治综合效益评价矩阵

(2) 无量纲化处理指标数据

(10)

(3) 计算关联度

(11)

(12)

(4) 计算土地整治综合效益的加权关联度

计算经济、社会和生态三方面单项效益的加权关联度Ri，即：

(13)

计算综合效益的关联度Ro，本研究采用各准则层的经济、社会和生态单项效益的加权关联度组成的关联度矩阵(Ti)与其对应权重(Wo)进行复合运算，即：

Ro=Wo×Ti

(14)

2 结果与分析

2.1 权重的确定

运用式中：(1—6) 可计算出主观AHP权重(ωj)和客观熵权权重(hj)，见表3；再结合文中1.3.4介绍的组合赋权法(CW)公式(7)和(8)，分别计算出准则层和指标层的主客观偏好程度系数α1=0.621 8，β1=0.0.378 2和α2=0.404 1，β2=0.595 9；最后运用公式(9)可以计算各层次指标的组合权重Zj，见表3。

表3 土地整治综合效益评价指标组合权重

2.2 指标数据的无量纲化处理

根据式中：对随州市土地整治综合效益评价矩阵进行无量纲化处理，结果见表4。

表4 土地整治综合效益评价矩阵无量纲化处理结果

2.3 灰色关联度计算

计算出随州市土地整治综合效益评价中比较数列与参考数列点的关联度的系数矩阵，结果见表5。

表5 土地整治综合效益评价指标关联系数

2.4 计算土地整治效益的关联度

(1) 经济、社会和生态效益的关联度计算。由表3可知，随州市土地整治效益评价指标体系中指标层A(经济效益)、B(社会效益)和C(生态效益)的组合权重分别为Wa=(0.060 8，0.060 9，0.058 6，0.060 6，0.048 8，0.059 3)，Wb=(0.062 3，0.093 4，0.069 7，0.095 0)，Wc=(0.085 0，0.075 6，0.084 6，0.084 1)。根据式(12)，令E1是关联系数矩阵表5中ξi(A11)，ξi(A12)，ξi(A13)，ξi(A14)，ξi(A15)，ξi(A16)六项指标的关联系数，E2是关联系数矩阵表ξi(B11)，ξi(B12)，ξi(B13)，ξi(B14)四项指标的关联系数，E3是关联系数矩阵表ξi(C11)，ξi(C12)，ξi(C13)，ξi(C14)四项指标的关联系数。根据式(13)可计算出随县土地整治单项经济、社会和生态效益的关联度R1a、R1b和R1c，即：

经济效益关联度：R1a=Wa×E1=0.3009，

社会效益关联度：R1b=Wb×E2=0.2763，

生态效益关联度：R1c=Wc×E3=0.2561。

同理，可计算出广水市和曾都区土地整治单项效益的关联度，其中R2a，R2b，R2c和R3a，R3b，R3c分别表示两地区土地整治单项经济、社会和生态效益的关联度，即：

R2a=0.289 4，R2b=0.253 1，R2c=0.2492

R3a=0.270 0，R3a=0.248 4，R3a=0.2694

(2) 综合效益的关联度计算。分别计算出随县、广水市和曾都区土地整治综合效益的关联度R1、R2和R3，即：

随县综合效益关联度：

同理可知，广水市土地整治综合效益的关联度：R2=0.266 6，曾都区土地整治综合效益的关联度：R3=0.261 8。

总体而言，随州市通过顺利开展土地整治活动，综合效益得到显著提高。经济效益方面，随州市耕地数量得到有效补充，新增耕地率基本保持在3%～5%；农业自然生产力得到很大提高，粮食单产增加率平均值为2.408%，新增耕地年产平均值为3.076万元/hm2；农业生产条件得到很大改善，产能提高率达10.682%，每万元投资新增耕地面积0.014 hm2，静态投资收益率平均值达到10.052%，土地整治经济效益明显提高。社会效益方面，土地整治完成后，耕地生产能力明显提高，农业生产环境得到改善，人均新增耕地年产值达93.43元，每万元投资新增耕地可供养人数为0.155人，每万元投资可增加就业人数为0.139人，居民满意度达到76.058%，实现了随州市土地整治社会效益的预期目标。生态效益方面，通过开展土地整治的生物工程措施，有效地保持了水土，降低了水土流失程度，优化了土壤结构，改善了生态环境，很大程度上减轻了自然灾害对农业生产的危害。评价指标中随州市土地垦殖增加率为0.964%，整治后生物丰度指数为16.442，林草覆盖增加率-0.42%，绿色植被覆盖增加率-0.982%，林草覆盖增加率和绿色植被覆盖增加率两项指标均出现负值，说明了在土地整治过程中生态环境的保护和修复力度不够，工程建设中存在一定程度的生态破坏。

由效益关联度结果可知，随县、广水市和曾都区土地整治经济效益关联度分别为0.300 9，0.289 4，0.270 0，经济效益从高到低排序为：随县>广水市>曾都区。主要是因为土地整治实施完成后，随县新增耕地率达到5.761%、新增耕地年产值达到4.86万元/hm2和静态投资收益率为12.673%，明显高于其他两个地区。社会效益关联度分别为0.276 3，0.253 1，0.248 4，社会效益从高到低排序为：广水市>曾都区>随县。究其原因，不难发现土地整治工程建设完成后，广水市人均新增耕地年产值达123.70元，每万元投资增加就业人数为0.215人，土地整治居民满意度高达82.667%，这三项指标均高于随县和曾都区，社会效益显著提高。生态效益关联度分别为0.256 1，0.249 2，0.269 4，生态效益从高到低排序为：曾都区>随县>广水市。主要是因为曾都区在整治过程中格外注重对景观生态保护和修复，同时由于该区大部分范围为主城区，“十二五”期间随州市开展了“绿满随州”活动，取得了较好的生态修护效果，土地垦殖增加率达到2.142%，高于随县和广水市；林草覆盖增加率出现负值为-0.150%，但仍高于其他两个地区。

从土地整治综合效益的关联度来看，随县、广水市和曾都区的综合效益关联度依次为0.281 4，0.266 6，0.261 8，综合效益从高到低排序为：随县>广水市>曾都区。根据以上结果，不难发现随县和广水市的土地整治综合效益均高于曾都区，可能是因为随县较大范围内为低丘岗地，宜耕后备土地资源丰富，改善潜力大，土地整治效果更明显；广水市和随县的土地整治综合效益相差不大，随县的土地整治综合效益要略高于广水市，可能是因为随县的土地整治规模远大于广水市，但广水市大部分地区地形以丘陵和平原为主，地势低平开阔，而随县大部分区域地处桐柏山南麓、大别山西端、大洪山东北部，地形主要以山地为主，兼有部分冲积平原，地势起伏相对较大，土地整治工程量大且相对复杂，建设工程中投资更大，因此，随县土地整治综合效益相较于广水市优势并不明显；而曾都区主要位于随州市主城区，主要以城乡建设用地为主，整治项目规模相对较小，土地整治潜力偏小，综合效益相对滞后。

3 讨论与结论

3.1 讨 论

CW-GRAP模型一定程度上能够客观准确的评价土地整治综合效益，并能有效的实现研究区土地整治效益的高低排序，能为鄂西北地区土地整治活动的开展提供参考和借鉴，进而促进鄂西北地区城乡融合的发展与乡村振兴战略的实施。研究表明区域内土地整治工作的开展，应该遵循“因地制宜，生态先行”的原则，整治过程中要深入挖掘区域自然禀赋和独特的社会经济条件，促进土地整治经济、社会和生态效益的协调发展，实现综合效益的最大化。

当然，笔者希望通过采用CW-GRAP模型，结合典型的案例对土地整治综合效益进行客观、科学的分析和评价，但其中仍存在部分问题有待深入研究和探讨。首先，随州市的3个县(市、区)土地资源自然禀赋和社会经济条件仍存在较大差异，而CW-GRAP模型只能对一定范围内的土地整治进行相对效益的排序和评价，并不能完全的反映土地整治各个评价指标的绝对效益，因此研究结果与实际情况会有所偏差。此外，在构建土地整治综合效益评价指标体系的过程中，评价指标的选取中仍具一定的主观性，尤其是土地整治生态效益指标的选取，可能存在因缺乏生态负效益的相关数据，而导致高估土地整治综合效益的问题。因此，在后期的研究中，在建立和探索一套更适合于鄂西北地区土地整治综合效益评价的指标体系和评价方法方面，有待作进一步的研究和完善。

3.2 结 论

(1) 采用组合赋权法确定指标权重，很大程度上提高了指标权重合理性和准确性，并结合灰色关联分析法，构建的CW-GRAP模型具有较强的数学基础和较严谨的推理运算过程，土地整治效益评价结果具有一定的客观性、科学性，能够为鄂西北地区土地整治综合效益的评价提供参考与借鉴。

(2) 单项效益来看，经济效益方面随县>广水市>曾都区，社会效益方面广水市>曾都区>随县，生态效益方面曾都区>随县>广水市，而综合效益方面随县>广水市>曾都区。说明土地整治综合效益评价指标体系具一定的有系统性和复杂性，三大效益之间是一个相互联系的有机整体，单项效益的高低并不能决定其综合效益的大小，同一评价指标可能会对不同的效益方面产生较大的影响，这也体现出综合效益评价体系的复杂性。

(3) 整体来看，随州市土地整治的经济效益>社会效益>生态效益；单个县(市、区)的效益来看，除了曾都区的生态效益略高于社会效益外，其他两地生态效益均滞后与经济和社会效益。说明土地整治中仍然存在单纯重视经济和社会效益的情况，工程施工过程中可能对生态环境的保护和修复工作还很欠缺，甚至传统的土地整治工程对生态环境还产生了一定的负面影响。