安徽省土地综合承载力评价——基于组合赋权TOPSIS法

陶伟良

(安徽财经大学 统计与应用数学学院,安徽 蚌埠 233030)

土地作为社会发展的基础,在历史的演化过程中发挥了重要作用,土地资源是人类生存和发展的根本,维持着人类社会的基本生产活动。作为客观存在的自然属性[1],承载力最初是一个力学概念,是物体在不产生任何破坏时的最大荷载[2]。而最早由美国学者William V提出的土地承载力,又称为人口承载力,目前在学术界共同的理解为:一定区域土地所能够持续供养的人口数。

土地系统是社会经济系统和生态环境系统的综合反映,土地综合承载力研究的对象是由社会经济、人口发展、生态环境和资源禀赋组成的具有开放性和动态性的综合系统。作为评价区域社会经济环境资源可持续发展状态的重要指标,土地综合承载力有着广泛的应用前景。当前,社会经济的发展与人口数量的剧增,加大了区域土地的承载压力,严重影响了区域社会的可持续发展。因此,通过研究分析区域土地综合承载力,对挖掘区域发展潜力,加快区域社会良性发展步伐具有重要作用。

1 问题的提出

随着生态文明建设的推进,国内外涌现出大量关于土地承载力的研究。在土地承载力评价中,承载力的内部特征及内在影响因素开始被强化,并逐渐成为研究的热点;在方法上,均方差法、模糊综合评价法等方法开始被广泛应用于土地承载力的评价中。白晨等[3]利用土地资源承载指数模型对平原县的土地资源城镇人口承载力现状进行了分析;鲁春阳等[4]基于均方差法研究了郑州土地综合承载力,研究结果表明郑州市土地综合承载力存在较大提升空间;游韵等[5]采用熵值法和模糊综合评价法分析了四川省土地综合承载力,并展开对关键影响因子的分析。在土地承载力的评价指标方面,张红等[6]基于修正的层次分析法从人口、经济、建筑和生态四个方面构建相关指标体系,探究了舟山市的土地综合承载力水平;白素苹等[7]从人口、水土资源和经济发展三个方面选取指标构建土地承载力评价系统;赵伟等[8]通过耦合协调性模型和向量自回归模型,探究了土地、生态环境以及社会经济的动态影响效应和耦合协调性。

目前,土地综合承载力的研究在评价应用上还存在很大的局限性,大多数学者对土地综合承载力的研究没有反映出区域自身的动态发展状况,且很少有对安徽省进行土地综合承载力的评价研究。笔者将弥补部分研究中的不足,基于方差最大化的均方差与熵权法组合权重下的TOPSIS法对安徽省16个地级市2010—2019年的土地综合承载力进行测度分析,以期为提高安徽省的土地综合承载力水平和区域协调发展能力提供参考。

2 研究方法与数据来源

2.1 土地综合承载力评价模型

本研究选取了23个指标构建了安徽省16个地级市的土地综合承载力三级指标体系,综合反映安徽省的水土资源状况、经济发展状况、人口容纳量和环境承载能力等,具体如表1所示。

2.2 研究方法

本研究基于方差最大化的均方差与熵权法组合权重的TOPSIS方法对安徽省土地综合承载力进行评价,具体框架如图1所示。

表1 安徽省土地综合承载力评价指标体系

图1 方法流程

2.2.1 基于均方差的权重

均方差赋权是一种客观赋权方法,是利用均方差来反映变量间离散程度的一种方法。

考虑到各指标量纲、数量级的差异,首先对数据进行归一化处理:

计算随机变量均值:

计算随机变量的均方差:

计算权重系数:

2.2.2 基于熵权法的权重

熵权法赋权也是一种客观赋权方法,利用信息熵计算出各个指标的权重。信息熵越小,指标的离散程度越大,从而赋予的权重越大。具体步骤如下:

计算各项指标所占的比重:

计算各项指标的信息熵:

计算各项指标信息熵的冗余度:

确定各项指标的权重:

2.2.3 基于方差最大化的组合赋权

为更好地评价安徽省土地综合承载力,基于方差最大化方法对两种权重进行组合赋权,具体为:根据均方差法计算得出的权重以及熵权法计算出的客观权重将两种权重进行线性组合得到组合权重

方差最大化法的核心思想为使所有指标对所有决策方案的差异尽可能达到最大,即总方差达到最大。

构造并求解如下非线性规划模型:

利用拉格朗日函数对上述非线性规划模型进行求解,计算求得a和b的值:

2.2.4 TOPSIS法

TOPSIS法是一种基于评价对象与理想目标距离进行排序的评价方法,具有计算简单、结果合理、信息失真小等优点[9]。具体步骤如下:

根据规范化处理后的指标数据以及组合的最终权重,计算得出各项指标的评价得分:

测算正理想解和负理想解:

分别计算出各个样本到正理想解和负理想解的欧氏距离:

计算各样本与最优解的相对接近度:

2.2.5 收敛性分析方法

σ收敛反映了安徽省各地区土地综合承载力之间的敛散程度,绝对β收敛是指各地区的土地综合承载力会收敛于相同的增长水平,主要体现为土地综合承载力较低的地区向较高地区“靠拢”,最终各地区土地综合承载力趋于稳定。σ收敛和绝对β收敛的方程形式如下:

式中:Cit——第i个地区第t期的土地综合承载力数值;Cit+T——第t+T期的土地综合承载力数值;ln(Eit+T/Eit)——从第i个地区第t期到第t+T期年均土地综合承载力增长率,本研究中T设定为1;n——地区个数;α——截距项;β——基期土地综合承载力系数;μit——随机误差项。若β显著为负,则表明存在绝对β收敛,即各地区的土地综合承载力收敛于相同的增长水平并趋于稳定;反之,则不存在。

2.3 数据来源及说明

出于对数据全面性、合理性和完整性的考虑,本研究将针对2010—2019年安徽省土地综合承载力进行相关实证分析研究,数据来源于《EPS全球统计数据库》(2010—2019年)和《安徽省统计年鉴》(2010—2019年),对含价格因素的变量利用居民消费价格指数进行削减,部分缺失数据利用插补法进行填充。

3 实证分析

3.1 权重的确定

根据公式(5)和公式(9)分别计算出均方差和熵权法权重,并基于方差最大化原则计算组合权重,三种权重结果如表2所示:

表2 各指标权重结果

由表2可以看出,组合权重较高的指标主要体现在水土资源承载力和生态环境承载力方面,水土资源承载力作为土地综合承载力的基础,对土地综合承载力起着关键性作用,而生态环境的恶化不但对土地产生不利影响,同时也会威胁到人们的身心健康,故生态环境对土地综合承载力也有着重要意义,这些均与实际相符。

3.2 安徽省土地综合承载力评价

基于最终组合权重结果,利用TOPSIS法计算出安徽省16个地级市土地综合承载力得分,结果如表3所示。

纵向来看,安徽省土地综合承载力水平整体上呈上升趋势,但整体水平仍然很低。安徽省大部分地级市土地综合承载力随时间呈波动上升趋势,部分地区有小幅下降,相比2010年,合肥市与阜阳市有明显改善,增长40%以上,而铜陵、池州和黄山则有所下降。通过测算结果的变化可知,安徽省部分边缘地区在环境资源和城市建设等方面的优势将进一步凸显出来,如蚌埠和滁州等,虽然经济实力略显不足,但是在土地综合承载力方面的发展潜力很大,而对于部分经济发展较为迅速的城市而言,如果不在环境治理、产业升级和资源配置等方面做出合理的调整,随着经济的发展,这些城市承受的范围有限,土地综合承载力无法实现进一步增长。

表3 安徽省土地综合承载力评价结果

横向来看,合肥、安庆、黄山、池州和芜湖地区土地综合承载力水平在安徽省排名较高,土地综合承载力得分均超过0.35,尤其是合肥,其土地综合承载力接近0.5,表明合肥的土地综合承载力较强,合肥作为安徽发展重点城市,其经济发展较快,同时水土资源相对充沛,为土地综合承载力水平奠定了基础。但宿州、亳州等地区的土地综合承载力偏低,尚未达到0.25,土地综合承载力较弱的原因在于这两个地区水土资源不足,同时受到经济和生态环境多方面因素影响。

3.3 收敛性分析

3.3.1 土地综合承载力的σ收敛

安徽省土地综合承载力的σ收敛结果如图2所示。由图2可知,安徽省土地综合承载力值的σ值在波动变化,整体来看,虽然安徽省土地综合承载力未表现出σ收敛特征,但可以发现2010—2019年间的差异变化不大。

图2 2010—2019年安徽省土地综合承载力的σ收敛结果

3.3.2 土地综合承载力的绝对β收敛

表4 安徽省土地综合承载力的绝对β收敛结果

根据Hausman检验结果可知,对土地综合承载力的绝对β收敛分析应当采用固定效应模型。由表4可以看出,系数估计值为-0.184 3,且通过了1%的显著性水平检验,说明土地综合承载力与其增长率成反比关系,整体表现为绝对β收敛,土地综合承载力将趋于稳定水平,各地区间通过加强技术与资金的合作有利于共同提升土地综合承载力。

4 结果与讨论

本研究通过建立土地综合承载力评价指标体系,运用方差最大化原则对均方差法和熵权法下两种权重进行组合,在形成组合权重后结合TOPSIS方法对安徽省16个地级市2010—2019年土地综合承载力进行综合评价。测算结果表明:(1)安徽省土地综合承载力整体呈现逐年上升趋势,但承载力水平不高,且各地区间存在一定的差异,合肥、安庆和黄山等城市土地综合承载力较高,而宿州和亳州等城市则排名靠后;(2)安徽省一些边缘城市土地综合承载力提升潜力较大,而部分中心城市在经济发展的过程中忽视了对环境和资源的保护,导致土地综合承载力增长幅度有限;(3)安徽省土地综合承载力不具备σ收敛特征,但是存在显著的绝对β收敛,表明区域协作有利于共同提升土地综合承载力。

根据以上结论,为提高安徽省土地综合承载力水平,缩小区域差异,提出以下建议:

第一,加强土地资源的合理利用。研究结果表明,水土资源承载力是土地综合承载力的重要基础,当前,土地资源主要用于城市工业和服务业的发展,如何实现土地资源的充分利用变得十分关键,可以通过对中心城市区域产业用地转移,减轻中心城市区域的压力,促进土地资源的利用。

第二,加大环境的保护力度。土地综合承载力既包括了人口因素,也包括了环境和经济因素,环境问题不仅可以影响经济的发展,也会影响人类的生存,因此在发展经济的同时,应该加大环境的保护力度,淘汰对环境造成较为严重污染的产业,转变经济发展模式,注重对环境的治理和保护。

第三,因地制宜,促进区域协调发展。由于安徽省各地区土地资源承载力存在一定的差异,因此,针对高土地综合承载力地区,应大力发展生态旅游等绿色产业,充分发挥土地的生态涵养功能。针对低土地综合承载力地区,需加强资源与环境的约束,大力发展战略新兴产业。同时,加强区域间技术和资金的交流与合作,促进区域一体化建设,达到共同提升土地综合承载力的目的。