喀斯特山区土地利用综合效益动态演化及预测——以贵州省为例

魏 媛,杨园园

(贵州财经大学 管理科学与工程学院，贵州 贵阳 550025)

1 引言

贵州省为西南典型的喀斯特生态脆弱区，同时也是我国最大的喀斯特分布区，喀斯特面积约13×104km2，占全省土地面积的73.3%。省内资源丰富、生态环境优美，西部大开发、大数据产业发展等政策促进贵州土地资源不断被开发利用。目前关于土地利用综合效益时空格局特征的研究相继出现，其中，在研究方法上，有的学者运用了弹性系数法、层次分析法、熵值法、功效系数法等对土地利用效益进行了研究[1～4]，也有学者利用GIS技术、ERDAS空间分析技术等方法[5～7]进行分析；研究尺度方面，目前有省市县乡及全国尺度的[8～10]，也有从其他尺度如流域、森林公园、国际机场[11～13]进行分析的；评价指标体系方面具有代表性的有“经济-社会-生态效益”指标体系、“经济-社会-生态和环境”四维体系及“生产-生活-生态效益”指标体系等[14～17]。在土地利用效益及其耦合协调关系方面，2022年，刘天航等运用熵值法对合肥市土地利用综合效益进行评价研究，研究结果表明合肥市土地利用经济效益与社会效益持续上升，而生态效益在2010～2019年间持续波动，增长不明显。张韦萍等对兰西城市群土地利用效益时空演变及耦合协调关系进行研究，结果表明研究区土地利用效益的耦合协调关系主要是受土地利用3种效益的复合影响。郑瑞婧等对山东省土地利用效益进行评价，研究结果表明研究区土地利用协调度呈现较高的协调关系。郑岚等对甘肃省土地利用效益评价及耦合协调度进行了分析，研究揭示甘肃省各市州土地利用综合效益均处于失调状态,主要以中度失调为主,耦合协调性有待提升。文献的分析表明，目前综合运用多学科交叉组合的研究方法对喀斯特山区进行土地利用综合效益的时空格局演化进行测度的相关研究尚未见报道。因此，本文以喀斯特山区省份贵州为研究对象，根据研究区实际情况和数据可获得性，构建社会、经济、生态效益三维多功能土地利用综合效益指标体系，采用组合赋权法对2005～2017年9个州市土地利用效益进行分析与评价，通过市域和省域宏微观相结合研究贵州省土地利用综合效益值变化趋势、时空演变及冷热点变化，把握贵州省土地利用效益空间格局态势变化特征，同时对未来2018～2030年土地利用综合效益进行预测分析，研究的开展以期为今后培育低碳高效生态化的土地利用模式及土地利用规划提供现实依据与理论参考。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

2.1.1 综合评价法

采用综合评价模型，对土地利用效益进行评价，本研究按照指标的重要程度将多个单一评价指标组成综合效益指标，采用加权求和综合评价模型[17]进行评价是根据评价结果对评价对象进行排序和优选的重要手段和决策基础。其公式如下:

(1)

式(1)中，S为土地利用效益，Wj表示单个评价指标权重;xij表示各指标单因子评价分值。

2.1.2 灰色预测模型

(2)

将每一个序列进行累加生成，形成n个数列[22]，即:

(3)

取x1的加权均值，则z1(k)=αx1(k)+(1-α)x1(k-1) (K=2，3，…，m)

GM(1，1)的微分方程模型为：

(4)

(5)

其中：

用最小二乘法求得参数的估计值为：

(6)

则GM(1，1)模型时间响应序列为：

(7)

其还原值：

(8)

为确保所建灰色模型有较高的预测精度和可信程度，需要进行残差检验、关联度检验及后验差检验[5]。关联度大于0.5即是满意的。当方差C<0.35，小误差概率P>0.95 时，预测模型精度为一级(优)，当0.35

2.2 数据来源

本文以贵州省及下辖的各州市作为研究区域，研究时段选取2005～2017年连续的时间段，研究的指标数据主要来自2006～2018年的《贵州省统计年鉴》及各州市2006～2018年统计年鉴以及各州市国民经济和社会发展统计公报。

3 评价指标体系构建

3.1 评价指标的选取

本文根据贵州省社会经济发展和生态环境的特点，兼顾指标选取的科学性、系统性、综合性和可获取性[17]，构建包括经济、社会、生态效益的贵州省土地利用效益评价指标体系，共12个指标(表1)。

表1 贵州省及各州市土地利用综合效益评价指标体系

3.2 指标标准化

土地利用效益评价属于多因素综合评价，各评价指标来源具有多样化，不同的评价为了使各评价指标具有可比性，采用极差标准化法对数据进行标准化处理[10]。

(9)

(10)

式(9)、(10)中X'是指指标标准化后的值，Xmin代表指标中最小值，Xmax代表指标中最大值。

确定权重时，本文分别用熵权法与变异系数法计算各指标权重[17]，并运用加法集成法确定最终的组合权重值，其计算方法如下：

(11)

式(11)中Wj为组合权重值，pj为熵权法得出的指标权重；qj为变异系数法得到的指标权重值，最终利用组合赋权法计算贵州省及各州市得出的土地利用综合效益指标权重值见如表2。

表2 贵州省及各州市土地利用综合效益评价指标组合权重

4 实证结果分析

4.1 贵州省土地利用综合效益动态演化

2005～2017年贵州省土地利用综合效益的时间维度演化趋势测度分析结果如图1。

从图1可以看出，2005～2017年贵州土地利用的经济效益、生态效益、社会效益及综合效益总体上表现出上升的演化趋势，13年间分别上升了3006.11%、360.31%、243.61%、547.19%。其中经济效益年均增长率为231.24%，最大值为最小值的31.06倍；2017年社会效益值为2005年的4.60倍，年均增长27.72%；生态效益最高值为最低值的3.44倍，13年期间年平均增长18.74%；综合效益年均增长率为42.09%，2017年综合效益值是2005年的6.47倍。研究揭示贵州省土地利用综合效益整体水平随着时间递增呈持续上升的态势，2005～2013年呈现出稳定增长的趋势，2014～2017年期间增长速度为最快，在2017年效益值达到最大，经历了“平稳-加速-平稳”的过程，实现了“低值-中值-高值良好”的飞跃性上升。贵州土地利用各效益增长速度大小顺序为：经济效益>综合效益>社会效益>生态效益。

图1 2005～2017年贵州省经济、社会、生态及综合效益动态演变趋势

4.2 各州市土地利用综合效益动态演化

2005～2017年各州市土地利用综合效益的时间维度演化趋势测度分析结果如图2。

图2 2005～2017年贵州省9个州市综合效益动态演变趋势

图2研究结果表明：2005～2017年研究区9个州市土地利用综合效益整体表现上升的趋势，贵阳市土地利用综合效益最大值为最小值的16.69倍，年平均增长120.70%。遵义市的最大值是最小值的4.37倍，年均增加了25.94%。六盘水市最高值是最低值的6.70倍，年均增长43.85%。安顺市最高值为最低值的5.08倍，效益年均增长31.37%。铜仁市效益最大值是最小值的10.03倍，年均增长69.48%。毕节市最大值是最小值的4.56倍，年均增长率27.39%。黔东南州最高值是最低值的6.38倍，年均增长率41.37%。黔南州最高值是最低值的5.03倍，年均增长31.00%。黔西南州最高值为最低值的5.40倍，年均增长33.86%。综合效益增长率大小排序为贵阳市>铜仁市>六盘水市>黔东南州>黔西南州>安顺市>黔南州>毕节市>遵义市。分析表明综合效益提升最快是贵阳市、最慢的是遵义市，其它州市居中，揭示贵阳市土地资源在开发利用的过程中注重低碳高效生态化的土地利用模式的培育，经济效益、生态效益和社会效益的协调发展取得了一定的成效。研究表明，喀斯特山区地质地貌特殊复杂，生态环境脆弱，研究区在土地开发利用的过程中，应根据土地资源的特点，在提高土地利用经济、社会效益的同时需要进一步不断加快生态效益水平的提高，集土地利用的生态效益、经济效益、社会效益于一体，使其协同可持续发展，最终实现贵州省整体土地利用综合效益的最大化。

4.3 土地利用综合效益预测

选取2005～2017年贵州省及其9个州市土地利用综合效益作为原始数据，分别建立灰色预测模型，在此基础上对2018～2030年土地利用综合效益进行预测。以2005～2017年贵州省土地利用综合效益为基础，运用灰色预测模型对未来13年贵州省土地利用综合效益进行预测并分析其发展趋势与原因。

4.3.1 构建灰色预测模型及精度检验

首先确定参考数据列，建立贵州省及9个州市土地利用综合效益的原始数据序列如下：

表3 贵州省及各州市土地利用综合效益灰色预测模型参数

由表3可知，贵州省及各州市a值都小于1，说明预测模型总体上呈现增加态势。具体的情况还要对预测出数据进行模拟精度的检验。本文根据贵州及各州市土地利用综合效益的实际情况和动态预测模型的实际需要，选取残差检验中的平均相对残差、平均绝对残差，关联度检验中的关联度，后验差的均方差比值和小误差概率等5项模拟精度检验指标进行土地利用综合效益预测精度检验。贵州及各州市土地利用综合效益动态预测模型的模拟精度检验如表4。

表4 贵州省及各州市土地利用综合效益预测精度检验

由表4可知，均方差比均小于0.35，小误差概率大于99%，关联度均大于50%，表明分析数据是关联的，贵州省及9个地州市土地利用综合效益预测模拟的精度为优，精度均较高。结合表3可知，贵州土地利用综合效益各个指标建立的预测模型a>-0.3，由此可以得出该模型预测效果较好，可以直接进行中长期预测分析。

4.3.2 土地利用综合效益预测

贵州省及各州市2018～2030年土地利用综合效益的预测结果见图3。

根据图3预测结果可以看出，2018～2030年13年间，贵州省及9个州市土地利用综合效益均呈现稳定上升的态势，六盘水市和黔南州的综合效益增长缓慢。预测结果表明，按照目前发展方式，贵州2018～2030年的土地利用综合效益指数均不断上升，而各州市的差距也会越来越大，说明未来的土地规划、土地开发过程中不仅要进一步注重生态环境的保护，而且应进一步重视各州市之间的协调发展，缩小城市间差距，实现各州市协同可持续发展，进一步提高贵州省低碳绿色发展水平。

图3 2018～2030年贵州省及各州市土地利用综合效益预测结果

5 研究结论与对策建议

5.1 研究结论

本文运用综合评价法对2005～2017年贵州省土地利用综合效益进行测度和评价，分析时空格局动态演变趋势特征，在此基础上运用灰色预测模型对2018～2030年贵州省土地利用综合效益进行预测。研究主要结果如下。

(1)2005～2017年贵州土地利用的经济效益、生态效益、社会效益及综合效益总体上表现出上升的演化趋势，13年间分别上升了3006.11%、360.31%、243.61%、547.19%，其中生态效益增速为三效益中最小，说明贵州在未来土地效益中应进一步加强生态效益的提升。贵州省综合效益整体水平随着时间递增呈平稳上升的态势，2005～2013年呈现出逐渐增长的趋势，2014～2017年期间增长速度为最快，在2017年效益值达到最大，经历了“平稳-加速-平稳”的过程，实现了“低值-中值-高值良好”的飞跃性上升。贵州土地利用各效益增长速度大小顺序为：经济效益>综合效益>社会效益>生态效益。

(2)2005～2017年9个州市土地利用综合效益整体表现上升的趋势，综合效益增长率大小排序为贵阳市>铜仁市>六盘水市>黔东南州>黔西南州>安顺市>黔南州>毕节市>遵义市。表明综合效益提升最快是贵阳市、最慢的是遵义市，其它州市居中，揭示贵阳市土地资源在开发利用的过程中注重低碳高效生态化的土地利用模式的培育，经济效益、生态效益和社会效益的协调发展取得了一定的成效。研究表明，喀斯特山区地质地貌特殊复杂，生态环境脆弱，研究区在土地开发利用的过程中，应根据土地资源的特点，在提高土地利用经济、社会效益的同时还要不断加快生态效益水平的提高，集土地利用的生态效益、经济效益、社会效益于一体，使其协同可持续发展，最终实现贵州省整体综合效益的最大化。

(3)2018～2030年贵州省及9个州市土地综合效益预测结果表明，未来13年贵州省及9个州市土地综合效益均呈现稳定上升的态势，同时发现区域之间效益差异也越来越大。分析结果揭示研究区在未来的土地规划、土地开发过程中不仅要注重生态环境的保护，而且应进一步协调各州市之间的发展，缩小城市间差距，实现各州市协同可持续发展，进一步提高贵州省低碳绿色发展水平，促进生态文明建设。

5.2 对策建议

贵州省土地利用综合效益时空演变分析结果中可以看出生态效益增长慢于经济社会效益的快速提高，经济的发展带来了一定的生态环境问题，生态的破坏也会影响到社会经济的发展，最终会导致土地利用综合效益提升慢，且各州市之间时空格局差异会变大，鉴于此，需要进一步协调好土地利用过程中三大效益之间及区域协同发展的关系，提高喀斯特山区土地利用的综合效益，相关对策建议如下。

5.2.1 优化投资政策，提高绿色发展水平

区域土地利用受到其独特的城市发展与历史地理背景的影响，不同城市区域根据自身功能定位的不同，应有不同的土地利用综合效益提升目标。贵州结合喀斯特山区的实际，紧紧抓住大数据产业、新型工业化、建设森林城市示范区等产业转移红利，运用自身优势推动产业结构优化升级，支柱产业、绿色新兴产业、现代服务业同时发力，以提高喀斯特山区绿色发展水平。

5.2.2 挖掘三维空间潜力，提高土地空间利用效益

在开发拓宽发展空间的前提下，应深化土地利用的三维立体理念，将拓展重点关注到三维空间，综合考虑到土地利用类型，政府进一步对存量土地进行全面、集中、统一规划，合理布局土地利用结构以及地上地下空间情况，科学合理规划和发展乡村旅游，完善各种公共社会服务基础设施，提升土地社会保障功能，促进乡村旅游与农村土地利用综合效益耦合及联动[23]，为经济发展提供更好的社会公共服务设施保证，尽最大可能将有限的土地空间利用效益提高到最大化。

5.2.3 加强污染物监测治理，完善生态环境建设

进一步加强贵州生态环境建设和污染防治工作，完善生态环境基础设施建设，加大生态环境污染治理投资和排污费征收额，控制三废产生量和排放量，提高工业固体废物综合利用率。坚持多彩贵州拒绝污染，聚焦发展生态利用型、循环高效型、低碳清洁型、环境治理型“四型”产业。因势利导建造绿色家园，持续用力筑牢绿色屏障，重点划定城市生态用地框架，打造绿化森林城市。

5.2.4 协调三大系统效益，促进区域高质量发展

贵州及各州市土地利用的经济效益、社会效益、生态效益共同影响综合效益的发挥，三者的协同发展、相辅相成才能在新型城市化进程中实现土地资源的可持续利用。立足于区域资源环境发挥比较优势，确定不同区域的发展定位、开发重点、保护内容，完善区域发展政策，提高区域政策精准性，使贵州土地利用的经济发展、社会条件、生态环境效益相辅相成，实现土地利用综合效益的协调度最优化，促进喀斯特山区土地资源低碳高效生态可持续利用、区域协调高质量发展。