貴陽市土地承載力評價(jià)及預(yù)測

楊 陽，趙翠薇

(貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550001)

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貴陽市土地承載力評價(jià)及預(yù)測

楊 陽1，趙翠薇2*

(貴州師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴州 貴陽 550001)

土地承載力是土地利用空間結(jié)構(gòu)優(yōu)化和區(qū)域協(xié)同發(fā)展的基礎(chǔ)要素。構(gòu)建貴陽市土地承載力指標(biāo)體系，采用均方差權(quán)數(shù)決策法和線性回歸模型對貴陽市土地承載力進(jìn)行評價(jià)和預(yù)測。結(jié)果顯示：2007～2013年，貴陽市土地承載力指數(shù)變化呈先緩慢下降后緩慢上升趨勢；土地承載力指數(shù)與分項(xiàng)承載力指數(shù)在年份之間的增幅有一定的差異；根據(jù)預(yù)測，2014～2025年，土地承載力總體呈波動(dòng)上升趨勢，但社會(huì)承載力和生態(tài)承載力持續(xù)下降。從優(yōu)化土地利用效率、加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)等方面提高貴陽市土地承載力水平。

土地承載力；預(yù)測；評價(jià)；貴陽市

0 引言

隨著城市人口持續(xù)增長和城市化的快速推進(jìn)，城市土地資源供給的稀缺性與社會(huì)需求的增長性之間的矛盾日益突出[1]。土地承載力作為土地資源可持續(xù)利用研究的核心[2]，區(qū)域人口、資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)[3]。目前，學(xué)者對土地承載力的研究集中于指標(biāo)體系的構(gòu)建及評價(jià)等方面[4，5]，主要以區(qū)域生態(tài)承載力、建設(shè)用地的經(jīng)濟(jì)承載力及耕地的人口承載力為主，如覃事婭[6]建立耕地、建設(shè)用地、生態(tài)3個(gè)層面的指標(biāo)體系對城市群土地承載力進(jìn)行評價(jià)；數(shù)學(xué)模型的運(yùn)用使土地承載力的定量研究在深度和廣度上有一定的延伸[7]，如李強(qiáng)[8]基于主成分分析法篩選要素構(gòu)建指標(biāo)體系，對空間分異進(jìn)行研究。但在指標(biāo)選取方面，針對研究區(qū)域特征指標(biāo)選取不足，不能突出研究區(qū)的主要特征[9]。

貴陽市是貴州省的經(jīng)濟(jì)、文化和政治中心，處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的階段，人地矛盾較為突出。基于此，構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系，采用2007～2013年數(shù)據(jù)對貴陽市土地承載力進(jìn)行評價(jià)和動(dòng)態(tài)研究，以期為貴陽市人口、資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

貴陽市位于貴州省中部偏北，地處106°07′～107°17′E，26°11′～26°55′N之間，轄6區(qū)1市3縣，土地總面積8 034km2。2013年末，全市總?cè)丝?52.19萬人，人口密度538.87人/km2，分別比2005年末人口增加了28.9%、2.3%；國內(nèi)生產(chǎn)總值2 085.42億元，年均增速為16%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)中城市轄區(qū)職工平均工資、城市轄區(qū)面積、從業(yè)人員等數(shù)據(jù)來源于2008～2014年《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》[10]；人均城市道路面積及規(guī)模承載力數(shù)據(jù)來源于2007～2013年《中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》[11]，其余數(shù)據(jù)來源于2008～2014年《貴陽市統(tǒng)計(jì)年鑒》[12]。

2 評價(jià)指標(biāo)體系與評價(jià)方法

2.1 評價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

土地承載力研究有單要素評價(jià)與綜合指標(biāo)體系評價(jià)[7]。綜合指標(biāo)體系可以更好、系統(tǒng)全面地反映城市土地利用問題[13]，較多的承載力研究應(yīng)用綜合指標(biāo)體系[14]。根據(jù)對土地承載力內(nèi)涵[15]，依據(jù)區(qū)域特殊性原則、系統(tǒng)協(xié)調(diào)性原則、動(dòng)態(tài)性原則、可操作性原則，參考目前人土地承載力相關(guān)研究設(shè)施的基礎(chǔ)指標(biāo)[5,6,16,17]，并參照統(tǒng)計(jì)年鑒中已有的指標(biāo)[10-12]，選取社會(huì)承載力、建設(shè)用地承載力、經(jīng)濟(jì)承載力和生態(tài)承載力進(jìn)行城市土地承載力評價(jià)(見表1)。

表1 貴陽市土地承載力評價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 The evaluation index system of land carrying capacity in Guiyang city

1)社會(huì)承載力評價(jià)。在土地資源約束條件下，社會(huì)能夠維持穩(wěn)定的最大的人口承受程度[18]。從人口的自然增長率(人口發(fā)展指數(shù))、人均城市道路面積(社會(huì)基礎(chǔ)水平)、市轄區(qū)職工平均工資、市轄區(qū)面積從業(yè)人員(經(jīng)濟(jì)水平因素)來衡量。

2)經(jīng)濟(jì)承載力評價(jià)。評價(jià)城市土地的經(jīng)濟(jì)價(jià)值產(chǎn)出能力，是衡量土地利用效益的重要指標(biāo)[19]，用單位土地年工業(yè)總產(chǎn)值、單位土地年社會(huì)消費(fèi)零售額、地均GDP等來體現(xiàn)。

3)生態(tài)承載力評價(jià)。評價(jià)保持生態(tài)性能穩(wěn)定和趨于良好所需要的生態(tài)用地限度[6]，通常用森林覆蓋率等指標(biāo)體現(xiàn)。

4)建設(shè)用地承載力評價(jià)。評價(jià)建設(shè)用地的產(chǎn)出能力以及土地上所承載的適宜的建筑規(guī)和強(qiáng)度界限[20]。包括建設(shè)用地經(jīng)濟(jì)承載力評價(jià)和建設(shè)用地人口承載力評價(jià)。建設(shè)用地的人口承載力可以用人均城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積體現(xiàn)。用工業(yè)用地比重、城市建設(shè)用地占市區(qū)面積比重、物流倉儲(chǔ)用地、公共設(shè)施用等建設(shè)用地規(guī)模來體現(xiàn)建設(shè)用地的經(jīng)濟(jì)承載力。

2.2 土地承載力評價(jià)方法

2.2.1 數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化

為消除不同指標(biāo)量綱的差異，對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理。將選取的19個(gè)評價(jià)指標(biāo)劃分為效益型指標(biāo)和成本型指標(biāo)，效益型是指標(biāo)的屬性值越大越好的指標(biāo)，而成本性指標(biāo)則相反。標(biāo)準(zhǔn)化后指標(biāo)值區(qū)間為[0，1]。公式[4]表達(dá)如下：

效益型指標(biāo)：

(1)

成本型指標(biāo)：

(2)

(1)和(2)式中，Zij為各項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值，其中，i=1，2，……，n;j=1，2，……，m;yi(max)和yi(min)分別為各指標(biāo)的最大值和最小值。

2.2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定——均方差決策法

指標(biāo)權(quán)重的測算主要有均方差決策法[21]、熵值法[22]、主成分分析法[23]、和層次分析法等[18]。采用均方差權(quán)數(shù)決策方法的計(jì)算結(jié)果有精確性、客觀性和科學(xué)性的特征[8]，有簡明易懂、易于推廣的優(yōu)點(diǎn)。均方差權(quán)數(shù)決策方法以各評價(jià)指標(biāo)為隨機(jī)變量，各方案在指標(biāo)下的無量綱化屬性值為該隨機(jī)變量的取值，求出這些隨機(jī)變量的均方差，將這些均方差歸一化，其結(jié)果即為各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。求隨機(jī)變量的值[24]：

(3)

求指標(biāo)的均方差值[24]：

(4)

求指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)[24]:

(5)

公式(3)～(5)中，E(Gj)表示指標(biāo)均值；F(Gj)表示指標(biāo)均方差值；W(Gj)表示指標(biāo)的權(quán)重。運(yùn)算求得土地承載力指標(biāo)體系權(quán)重值(見表2)。

2.2.3 綜合承載力指數(shù)評價(jià)模型

土地承載力評價(jià)體系是一個(gè)多因素的復(fù)雜綜合系統(tǒng)，承載力的各指標(biāo)之間相互影響，因此采用多目標(biāo)綜合評價(jià)模型計(jì)算土地承載力綜合指數(shù)。公式[24]為：

表2 貴陽市土地承載力指標(biāo)體系權(quán)重值Tab.2 Index weights of land carrying capacity in Guiyang city

D=∑ZijWij

(6)

式(6)中，D表示土地承載力的總指數(shù)；Zij表示指標(biāo)的無量綱化；Wij表示指標(biāo)對目標(biāo)層的權(quán)重。土地承載力指數(shù)越高，說明土地對人類各種活動(dòng)的可承載能力越好。

3 評價(jià)結(jié)果與預(yù)測

3.1 土地承載力綜合指數(shù)評價(jià)

根據(jù)上述評價(jià)指標(biāo)體系和評價(jià)方法，計(jì)算2007～2013年貴陽市土地承載力指數(shù)，2007～2013年貴陽市土地承載力指數(shù)變化情況如圖1。結(jié)合相關(guān)研究[9]，根據(jù)貴陽市實(shí)際，將貴陽市土地承載力指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分級，分為5種標(biāo)準(zhǔn)(表3)。

圖1 2007～2013年貴陽市土地承載力指數(shù)變化圖Fig.1 Land carrying capacity index change in Guiyang from 2007 to 2013表3 貴陽土地承載力分級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.3 Grading evaluation criteria of Guiyang land carrying capacity

評價(jià)級別數(shù)值弱承載力0.61

由圖1可知，2007～2013年貴陽市土地承載力指數(shù)呈先緩慢下降后緩慢上升趨勢。2007～2009年為承載力指數(shù)緩慢下降期，2009年土地承載力指數(shù)下降到最低點(diǎn)，2009～2013年持續(xù)上升，2012～2013土地承載力指數(shù)由0.811 6上升至0.923 5，2013年達(dá)到了最大值為0.923 5，在7年中速度增長最快，為較高承載力。

3.2 分項(xiàng)土地承載力指數(shù)評價(jià)

將表2中各指標(biāo)的權(quán)重值代入公式(6)，計(jì)算2007～2013年貴陽市各分項(xiàng)土地承載力指數(shù)，2007～2013年貴陽市各分項(xiàng)土地承載力指數(shù)變化情況如圖2所示。

圖2 2007～2013年貴陽市分項(xiàng)土地承載力指數(shù)變化圖Fig.2 Subsystem index change of land carrying capacity of Guiyang from 2007 to 2013

3.2.1 生態(tài)承載力指數(shù)

從圖2可知，2007～2009年，貴陽市生態(tài)承載力指數(shù)持續(xù)下降，2009年降至0.324 2；2009～2010年，承載力指數(shù)上升幅度較大，升至0.396，主要受森林覆蓋率由38.48%上升至42.3%，工業(yè)固體廢棄物利用率由45.83%升至46.29%等有利因素影響；2010～2013年，空氣質(zhì)量優(yōu)良率指數(shù)由95.83%下降至76.2%，生態(tài)承載力指數(shù)由0.437 8降為0.255 1。

3.2.2 建設(shè)規(guī)模承載力指數(shù)

建設(shè)規(guī)模承載力指數(shù)波動(dòng)較大，2007～2011年承載力指數(shù)波動(dòng)下降，為0.089；2012年上升較快，達(dá)0.251 3，主要受城市建設(shè)用地占市區(qū)面積比重升至8.3%，物流倉儲(chǔ)用地增加了7.3km2等因素影響。

3.2.3 經(jīng)濟(jì)承載力指數(shù)

經(jīng)濟(jì)承載力指數(shù)2007～2013年總體呈上升趨勢，2012年下降，降至0.196 3，影響因素是單位土地年社會(huì)消費(fèi)零售額下降了188.2萬元/m2。

3.2.4 社會(huì)承載力指數(shù)

社會(huì)承載力指數(shù)2007～2010年由0.175 1降至0.010 5；人口自然增長率由4.89‰升至6.63‰，人口密度由526.66人/km2升至538.87人/km2，人口增長速度較快，人口社會(huì)壓力較大，社會(huì)承載力指數(shù)下降。2010～2013社會(huì)承載力指數(shù)上升幅度最大，達(dá)0.217。

從2007～2013年各分項(xiàng)承載力指數(shù)的變化看，2009年各分項(xiàng)承載力指數(shù)總體呈下降趨勢，且建設(shè)用地承載力指數(shù)和社會(huì)承載力指數(shù)下降幅度較大，導(dǎo)致2009年土地承載力指數(shù)下降。在2009年，土地承載力指數(shù)的下降與各分項(xiàng)承載力指數(shù)的下降有明顯的相關(guān)性。但總的來說，貴陽市的土地承載力指數(shù)與4個(gè)分項(xiàng)承載力指數(shù)在2007～2013年變化較大。土地承載力指數(shù)逐年遞增，年均增長0.014；社會(huì)承載力指數(shù)年均增長0.005；建設(shè)用地承載力指數(shù)年均增長0.000 1；經(jīng)濟(jì)承載力指數(shù)年均增長0.034，生態(tài)承載力指數(shù)年均下降0.026。說明土地承載力發(fā)展優(yōu)于土地社會(huì)承載力、規(guī)模承載力、建設(shè)用地承載力和生態(tài)承載力。

3.3 預(yù)測分析

指數(shù)平滑法具有所需資料少，計(jì)算方便，短期預(yù)測精度高等優(yōu)點(diǎn)[25]，根據(jù)2007～2013年承載力指數(shù)和分項(xiàng)承載力指數(shù)的發(fā)展趨勢，采用二次指數(shù)平滑法，以年份為自變量，對2014～2025年的貴陽市各承載力指數(shù)的發(fā)展情況進(jìn)行模擬，以預(yù)測其發(fā)展變化情況。擬合方程式分別為

Y1=-0.006 2x2+0.008 7x-0.083 2

(7)

(R2=0.937)

Y2=0.017 3x2-0.145 8x+0.348 7

(8)

(R2=0.688 7)

Y3=0.012 1x2-0.092 2x+0.297

(9)

(R2=0.580 2)

Y4=-0.002 4x2-0.000 5x+0.397 1

(10)

(R2=0.518 6)

公式(7)～(10)分別為經(jīng)濟(jì)承載力(Y1)、社會(huì)承載力(Y2)、規(guī)模承載力(Y3)和生態(tài)承載力(Y4)的擬合方程式。從擬合結(jié)果看出，經(jīng)濟(jì)的擬合度最好，R2=0.937。規(guī)模承載力，生態(tài)承載力的變異較大。通過模擬方程，繪制貴陽市2014～2025年城市土地承載力及各子系統(tǒng)承載力預(yù)測變化圖(圖3)。

圖3 2014～2025年貴陽市土地承載力及各子系統(tǒng)指數(shù)預(yù)測變化圖Fig.3 Prediction of land carrying capacity and each subsystem index in Guiyang from 2014 to 2025

由圖3可知，貴陽市土地承載力指數(shù)呈持續(xù)上升趨勢，土地承載力指數(shù)在2014年以后均超過了1，在高承載力的類型上整體呈上升趨勢，呈可持續(xù)利用的發(fā)展趨勢；經(jīng)濟(jì)承載力指數(shù)的波動(dòng)上升趨勢與土地承載力指數(shù)的上升趨勢相一致；但社會(huì)承載力指數(shù)和生態(tài)承載力指數(shù)波動(dòng)情況一致，呈下降趨勢，2025年分別為-0.63和-0.48。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

從社會(huì)、建筑規(guī)模、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)4個(gè)方面選取19個(gè)評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建指標(biāo)評價(jià)體系，對貴陽市2007～2013年土地承載力進(jìn)行評價(jià)和預(yù)測。研究顯示：

1)貴陽市土地承載力在2007～2013年變化較大，2007年土地承載力指數(shù)為為0.825，處于中承載力狀態(tài)；2009年降至最低點(diǎn)，土地承載力指數(shù)為0.670 4，處于弱承載力狀態(tài)；而2013年承載力水平提高到0.923 5，為較高承載力狀態(tài)。

2)2007～2013年間，貴陽市生態(tài)承載力指數(shù)總體呈下降趨勢，規(guī)模承載力和經(jīng)濟(jì)承載力指數(shù)體呈上升趨勢，社會(huì)承載力指數(shù)則波動(dòng)較大，4個(gè)子系統(tǒng)的指數(shù)變化在年份之間有一定的差異。

3)預(yù)測結(jié)果顯示，在現(xiàn)有的發(fā)展模式下，到2025年貴陽市土地承載力指數(shù)將達(dá)到5.62，呈可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢，其中社會(huì)承載力指數(shù)為-0.63，經(jīng)濟(jì)承載力指數(shù)達(dá)到3.82，建設(shè)用地承載力指數(shù)達(dá)到2.91，生態(tài)承載力指數(shù)為-0.48。社會(huì)承載力指數(shù)和生態(tài)承載力指數(shù)逐漸下降，成為貴陽市土地承載力提高的制約因子，因此提升社會(huì)和生態(tài)承載力水平是實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)發(fā)利用的重要課題。

4.2 建議

針對貴陽市土地承載力出現(xiàn)的相關(guān)問題，可以從以下幾個(gè)方面提高土地承載力：

1)合理的編制土地利用規(guī)劃。堅(jiān)持規(guī)劃先行的原則，制定科學(xué)的土地利用規(guī)劃，轉(zhuǎn)變土地的利用方式，優(yōu)化建設(shè)用地規(guī)模，確保城鄉(xiāng)建設(shè)生態(tài)用地，實(shí)現(xiàn)土地利用效益的最大化。

2)提高貴陽市的生態(tài)承載力。2013年貴陽人均公共綠地面積11.2m2,低于全國平均水平的12.26m2。今后要增加居住區(qū)綠地，街頭綠地，提高人均公共綠地面積；完善《貴陽市十二五規(guī)劃綱要》提出的“一城三帶多組團(tuán)、山水林成相融合”的空間布局，完成《貴陽市十三五規(guī)劃綱要》提出的貴陽市空氣質(zhì)量穩(wěn)定在全國省會(huì)城市前列，大力減少有害氣體的排放等要求。

3)走集約化城市發(fā)展道路，提高土地利用效率。貴陽的城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，工業(yè)用地不斷增加，但由于特殊的地形，城市邊緣外擴(kuò)及建設(shè)用地來源有限，提高建筑高度，降低建筑物建地密度，提高局部地區(qū)的人口密度，走集約化發(fā)展道路，緩解貴陽市的人地矛盾，提高城市土地承載力。

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Evaluation and prediction of land carrying capacity in Guiyang city

YANG Yang1，ZHAO Cuiwei2*

(School of Geographic and Environmental Sciences, Guizhou Normal University, Guiyang，Guizhou 550001,China)

Land carrying capacity is the basic element for land use spatial structure optimization and regional coordinated development. By establishing land carrying capacity index system of Guiyang city, mean squared deviation method and linear regression model were used to evaluate and predict land carrying capacity of Guiyang City. Results showed that the change of land carrying capacity index of Guiyang city was slowly declined and then increased from 2007 to 2013; the annual growth of the land carrying capacity index and the partial load index was different between years; it was forecasted, the overall land carrying capacity is fluctuating rising, but the social carrying capacity and ecological carrying capacity continued to decline from 2014 to 2025. In order to improve the level of land carrying capacity in Guiyang city, land use efficiency should be optimized and ecological construction should be strengthened.

land carrying capacity, predict, evaluate, Guiyang city

1004—5570(2016)05-0010-06

2016-05-06

國家自然科學(xué)基金(41261039)

楊 陽(1989-)，女，碩士研究生，研究方向:土地資源利用與管理，E-mail:862135377@ qq.com．

*通訊作者：趙翠薇(1968-)，女，教授，研究方向:土地利用規(guī)劃與生態(tài)環(huán)境保護(hù)，E-mail: zhaocuiwei@ sohu .com．

K902

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