基于熵值法的泉州市土地资源可持续利用研究

刘英英,刘春雨,张 宇

华侨大学 1.政治与公共管理学院;2.政治发展与公共治理研究中心，福建泉州,362021

1 相关研究与问题提出

土地是人类赖以生存与发展的基础，与社会、经济、环境和人口的协调发展息息相关。目前，工业化和城镇化的加速发展，土地资源的不合理利用，使得生态破坏、资源浪费、环境恶化等相关问题日趋加重，如何实现土地资源可持续利用问题已成为当前研究的焦点。因此，实现土地资源的可持续利用显得尤为重要。20世纪90年代，可持续发展思想应用于土地利用领域[1]。土地资源可持续利用,即在满足当代人类增长对土地需求的条件下，保持和提升人类的生活环境质量，土地利用结构合理、生态上适宜、经济上可行、社会上可接受的土地利用结构和方式[1-2]。目前，在不同区域已深入开展了土地资源可持续问题的研究[3]，以期探索合理而有效的土地可持续发展方式。已有研究主要集中在土地可持续利用的内涵解释、理论研究、指标体系的构建、评价模型等方面[4]。国内学者从不同角度对土地可持续利用内涵进行研究，有强调土地功能完善、经济效益、社会效益的提高为目标[5]；有聚焦在社会效益、经济效益与生态效益的协调统一[6]；有注重土地供给和需求与经济增长的土地可持续利用[7]；也有侧重于人地协调、世代伦理思想[8]。在指标体系的构建上，学者借鉴了比较成熟的FLESM框架[9]或PSR模型[10-11]，也有以自然、社会、经济等多维度的综合评价体系的定量研究[1,12-13]，主要包括生产—安全—保护—经济—社会、资源—环境—经济—社会和经济—社会—生态评价指标体系。随之，土地资源可持续利用评价方法也取得了较大进展，主要有生态足迹法、灰色关联法[14-15]、神经网络法、资源价值和循环经济理论[16]等。已有研究如采用熵值法来确定评价指标的权重[17]，进而评价了区域的土地可持续利用发展水平；运用系统动力学模型构建立了人口—经济—食物子系统，对垦利县土地利用可持续发展进行了评价[18]；基于物元理论模型构建了土地资源可持续发展指标体系[16]；采用生态足迹模型[12,19]和BP神经网络方法[20]的方法综合评价区域的土地资源可持续利用。这些指标体系和评价方法为土地可持续发展提供了技术支持。

在分析泉州市2006—2015年土地利用状况的基础上，从自然条件适宜性、资源环境可支撑性、经济可行性和社会可接受性的视角，构建土地可持续利用评价指标体系，采用熵值法计算指标权重，进而评价和协调土地资源利用与社会、经济、生态发展的之间的关系，对区域土地资源可持续发展有一定的指导意义。

2 研究区概况与数据来源

泉州市地处福建省东南沿海，北承福州，南接厦门经济特区，东望台湾宝岛，西临漳州、龙岩、三明。其地理坐标为北纬24°22′—25°56′、东经117°34′—119°05′，土地总面积为1.10×106hm2，现辖有4区(鲤城、丰泽、洛江、泉港)、3个县级市(晋江、石狮、南安)、5个县(惠安、安溪、永春、德化和待统一的金门)和泉州经济技术开发区、泉州台商投资区(图1)。泉州气候为亚热带海洋性季风气候，年平均气温17～21℃，年日照时数1 891～2 206 h，多年平均降水量1 010～1 756 mm。境内山峦起伏，丘陵、河谷、盆地错落其间，地势西北高东南低，俗称“八山一水一分田”。2015年底常住人口为8.51×106人，GDP达到6 138亿元，城镇化水平达63.6%，建成区面积为2.07×104hm2，绿化覆盖率为43.16%，各项公共设施、公共服务体系建设日趋完善。

社会经济数据来源于2007—2016年的《泉州市统计年鉴》和《泉州地方志年鉴》、2006—2015年《泉州市国民经济和社会发展统计公报》，部分生态环境数据来源于2007—2016年的泉州市环境质量状况公报等。此外，本文通过ArcGIS10.0软件获取泉州市行政边界，在空间上所有数据统一采用Albers Conical Equal Area投影和GCS_Krasovsky_1940地理坐标系。

3 研究方法

3.1 指标体系的构建

在具有较强可操作性的基础上，以自然条件适宜性、资源环境可支撑性、社会经济可接受性的可持续土地利用为目标，综合考虑数据的可获取性、科学性和真实性，结合泉州市土地可持续利用的实际情况，构建了泉州市土地可持续利用的指标体系[17,21]，如表1。

表1 泉州市土地可持续利用评价指标权重

3.2 熵值法

就信息论而言，熵是表示一种不确定性的度量。依据熵的特性，判断某一指标的离散程度[14]。信息量愈大，不确定性就愈小，熵也就愈小；反之亦然。在综合评价中，熵值法能够客观地反映出具体指标信息熵值的效用价值，熵值法估算指标权重值比Delphi法和层次分析法具有较好的可信度。然而，熵值法中运用了对数、熵等概念，使得负值不能直接参与计算。在指标数据处理前，通常采用极差标准化法对部分极端值作相应处理和一定规律的平移[17]，使得熵值法更具合理性。具体步骤如下：

(1)将各指标元数据进行无量纲化处理，计算第ij项指标下第j年的指标值xij的比重：

正指标：

(1)

逆指标：

(2)

其中,x为无量纲化后的指标值；xmax和xmin分别代表指标的最大值和最小值；k为坐标平移幅度。

(2)计算第i项指标下第j个方案指标值的比重：

(3)

其中，n代表年份。

(3)熵值ei，公式为：

ei=-k∑pijln(pij)，k=1/ln(n)

(4)

其中,ei为熵值；k>0，ln为自然对数，ei≥0。

(4)差异系数gi，熵值越小，指标之间的差异系数越大，指标就越重要。其公式为：

gi=1-ei

(5)

(5)权重值wi：

(6)

(6)综合评价值vj：

(7)

其中,wi为第i个正指标的权重；Pij为第i个正指标的标准化值；wk为第k个逆指标的权重；Pkj为第k个逆指标的标准化值。

3.3 可持续利用障碍诊断

本文对泉州市土地可持续利用进行综合评价，不仅通过构建指标体系测算土地可持续利用状态，而且更重要在于寻找土地可持续利用的障碍因子，提出针对土地利用存在问题的具体对策与建议，以达到调整土地利用结构和优化土地空间布局，实现土地高效、集约节约利用的目的。在此，本文引入“因子贡献度”“指标偏离度”和“障碍度”判别影响泉州市土地可持续利用的影响因子[22]。其中，因子贡献度(Rj)是单个因子对总体目标的影响程度，即单项因素相对总体目标的权重；指标偏离度(Pj)是单项指标可持续利用目标的差距，即单一指标因素评估值与100%的差值；障碍度(Aj)是单项因素对可持续利用综合水平产生的影响程度，是障碍诊断的最终目标和结果，公式如下：

(8)

4 泉州市土地资源可持续利用评价

4.1 土地可持续利用指标权重及综合指数计算

首先，对泉州市2006—2015年各指标的元数据进行标准化处理，排除不同量纲的影响，因为所选指标属于效益型和成本性型，所以本文数据采用正负向极差标准化；其次，在数据标准化后，采用熵值法估算指标层的熵值ei；再次，估算指标层的差异系数gi和权重wi；最后，得到本文的泉州市土地可持续利用综合评价值，分析泉州土地可持续利用的综合水平，如图1。

图1 2006—2015年泉州市土地可持续利用综合评价值

泉州市土地可持续利用评价中指标的权重分布比较均匀，最大值是0.0605，最小值是0.0182，表明各指标对土地可持续利用影响程度相当，且由熵值可知，各项评价指标与土地可持续利用的影响具有较强的相关性(表1)。在此基础上，不难看出泉州市土地可持续利用的经济可持续性、社会可接受性和生态可支撑性的评价值以及综合关联度。

总体上，泉州市土地可持续利用的综合评价值呈增加趋势，由2006年的0.253 0增加到2015年的0.285 8，提高了0.032 8，表明泉州市土地资源利用处于可持续发展状态。在社会指标上，土地可持续水平相对较低，但保持上升态势，综合评价值由2006年的0.102 0上升到2015年0.115 9；在经济指标和生态指标上，可持续水平相对较高，呈现波动上升状态，经济综合评价值增加了0.016 9，生态综合评价值增加了0.001 9。由此表明，泉州市土地可持续利用是正态的、可持续的，土地利用方式逐步趋于合理化。

4.2 可持续利用阻碍因子诊断

在对泉州市土地可持续利用综合评价基础上，如何保障土地利用可持续发展成了亟待解决的重要问题。因此，为识别土地利用障碍因子，本文通过因子贡献度、指标偏离度和障碍度识别泉州市2006—2015年土地可持续利用障碍度。泉州市土地可持续利用受指标影响的数量较多，按照障碍度大小，列出了对土地利用可持续障碍度最大的6个因子，如表2。

表2 泉州市土地资源可持续利用障碍因素排序

注：障碍因素(Obstacle Factors，OF)；障碍度(Obstacle Degree，OD)

为了更加直观地探讨土地可持续障碍因子，在表2的基础上统计2006—2015年泉州市土地可持续利用障碍因子出现频次(见表3)。

表3 泉州市土地资源可持续利用障碍因素出现频次

由表3可以看出，泉州市土地可持续利用障碍因素主要有12项。依次为：城镇恩格尔系数表明城镇居民生活质量水平不高；城镇与农村人均收入相差悬殊；人口密度较大；工业粉尘排放量、规模以上工业单位增加值能耗变化率、单位GDP能耗变化率、工业二氧化硫排放量较高，表明粗放型工业用地，单位面积产值低，投资不到位；已有建成区绿地面积和国家自然保护区面积较少，生态环境有待改善；社会消费品零售总额反映了居民物质文化生活水平不高；医疗水平较低，万人拥有医生数较少；人口自然增长率较高。

4.3 土地可持续利用指标评价

在社会因素方面，泉州市城镇化率、城镇人均住房面积和人均道路面积稳步增长，加强城市交通和基础设施建设，促进了城市居民生活质量水平的提升。土地是社会资产的主要生产资料，而人口持续增长必然不利于人地协调发展。因此，应适当调控人口自然增长率和人口密度，实现土地资源的合理配置和集约节约利用。

在经济因素方面，社会消费品零售总额作为阻碍因素，反映了居民物质文化生活水平不高，而居民收入、人口数量和消费环境等因子均可影响社会消费品零售总额。工农业产值比的增加，给泉州市带来了更高经济效益，然而，工业发展进程中不可避免出现各种环境污染问题，因此，可以利用自身优势，大力发展旅游业、服务业等低耗能、污染小的第三产业，同时优化第一产业结构，利用科技手段提高粮食产量，以降低环境污染，实现土地可持续利用。换言之，经济发展应建立在土地承载力阈值内发展绿色可持续利用路线。

在生态因素方面，工业“三废”排放和绿地覆盖率是土地可持续利用居首的障碍因素，表明泉州市的生态环境污染严重，因此，控制工业“三废”排放，加强防污治污技术和设备改造，同时继续扩大城市园林绿地面积，提高建成区绿化覆盖率，倡导绿色工业和生态农业，促使城市建设向“生态城市”发展，以期建设“美丽泉州”。

5 结 论

本文从社会可接受性、经济可行性、生态可支撑性三个角度选取了30个指标因子，构建了泉州市土地资源可持续利用评价指标体系，通过熵值法对泉州市2006—2015年的土地可持续利用水平进行综合评价。在此基础上，引进“障碍度”概念进行定量障碍诊断，针对土地可持续利用的障碍因素提出具体的对策与建议。

(1)泉州市土地可持续利用的综合评价值呈增加趋势，由2006年的0.253 0增加到2015年的0.285 8，提高了0.032 8。社会指标上，经济可持续水平相对较低，但保持上升态势；经济指标和生态指标上，可持续水平相对较高，呈现波动上升状态。由此说明泉州市土地可持续利用是正态的、可持续的，土地利用方式逐步趋于合理化。

(2)泉州市土地可持续利用障碍因素主要有12项：城镇恩格尔系数；城镇与农村人均收入相差悬殊；人口密度较大；工业用地粗放，单位面积产值较低，投资不到位；生态环境有待改善；居民物质文化生活水平不高；医疗水平较低，万人拥有医生数较少；人口自然增长率较高。

(3)社会和经济是促使土地持续利用水平上升的主要因素。尽管生态因素不是推动力，但也没成为制约因素，最终使泉州市可持续利用水平呈平稳上升趋势。为进一步提高泉州市土地可持续利用水平，应加快社会经济发展速度，优化土地利用结构，加强环境保护，促使城市建设向“生态城市”发展，以期建设“美丽泉州”。