低碳視角下的城市圈土地可持續(xù)利用評價

員開奇, 董 捷

(華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院， 湖北 武漢 430070)

土地是人類一切活動的載體，在社會經(jīng)濟發(fā)展中起到了基礎(chǔ)性的作用。土地利用是人類以自身發(fā)展為目的對土地進行的長期經(jīng)營活動，土地利用類型受到自然條件、技術(shù)、政策、社會、環(huán)境等多方面因素的影響。隨著社會經(jīng)濟的不斷進步，土地利用無論是結(jié)構(gòu)還是內(nèi)容都有了很大的發(fā)展，土地為經(jīng)濟增長提供了有力的保障。在經(jīng)濟發(fā)展的同時，也暴露了對土地的粗放利用和過度開發(fā)的現(xiàn)象。土地可持續(xù)利用是可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，是關(guān)系到經(jīng)濟長期穩(wěn)定增長的主要約束之一。土地可持續(xù)利用研究對于完善土地基礎(chǔ)性作用，保證經(jīng)濟社會持續(xù)健康平穩(wěn)發(fā)展具有重要意義。

土地可持續(xù)利用評價是土地適宜性評價的發(fā)展，是對土地適宜性在時間上是否有效的評價。土地可持續(xù)利用的思想最早在首次國際可持續(xù)土地利用系統(tǒng)研討會提出，該會議分析了各地區(qū)土地可持續(xù)利用的現(xiàn)狀和問題[1]。聯(lián)合國糧農(nóng)組織于1993年正式頒布了《可持續(xù)土地利用評價剛要》(《FELSM》)等文件，文件中說明了土地可持續(xù)利用評價中的原則、規(guī)程和評價標準等問題，并初步建立了土地可持續(xù)利用評價指標框架，此框架成為后來各國進行相關(guān)問題研究的重要參考。此后，國內(nèi)外很多學(xué)者都進行了土地可持續(xù)利用評價方面的研究。Gameda[2]在《FELSM》的指導(dǎo)下研究了加拿大農(nóng)場管理中的可持續(xù)利用問題，在生產(chǎn)性、保護性、安全性、可持續(xù)性和可接受性5個方面進行了指標的選取和結(jié)果評價。Berroteran等[3]對委內(nèi)瑞拉的土地利用進行了實例研究，以國家的視角分析了可持續(xù)土地利用的指標體系確定的問題。孫雁等[4]針對土地細碎化研究了江西省分宜縣土地資源可持續(xù)利用評價的問題，構(gòu)建了鄉(xiāng)鎮(zhèn)級土地可持續(xù)利用評價指標體系。李長健等[5]從土地發(fā)展權(quán)的角度開展了土地可持續(xù)利用問題的研究。袁磊等[6]建立了基于循環(huán)經(jīng)濟理念的土地可持續(xù)利用評價指標，并以黑龍江為實例進行實證分析，實現(xiàn)了評價目標的進一步具體化。趙艷等[7]利用三角模型對江蘇省無錫市進行了土地可持續(xù)利用評價，實現(xiàn)了評價方法的創(chuàng)新。

《FELSM》是土地可持續(xù)利用評價的綱領(lǐng)性文件，但缺乏具體的指標描述，很難在不同用地類型、不同發(fā)展水平和評價目標下通用，土地可持續(xù)利用評價應(yīng)該在其基礎(chǔ)上因地制宜，確定各研究的評價目標、指標體系和評價方法。土地作為可持續(xù)發(fā)展的要素，與低碳經(jīng)濟有著內(nèi)在的聯(lián)系[8]，將低碳與土地可持續(xù)利用評價相結(jié)合可以客觀地反映研究對象在新的發(fā)展導(dǎo)向下的土地可持續(xù)利用水平，但已有研究中鮮有涉及。研究評價方法的選擇對結(jié)果的呈現(xiàn)和應(yīng)用影響很大，諸如層次分析法、熵值法、PSR等傳統(tǒng)指標綜合方法只能單一反映評價對象的優(yōu)劣水平，很少能客觀指出各對象的不足和優(yōu)勢，研究結(jié)果的參考價值受到限制。研究選取CSDEA作為評價方法，在得到評價結(jié)果的基礎(chǔ)上，進一步分析了各評價對象的改進方向。

1 研究區(qū)概況

1.1 武漢城市圈經(jīng)濟社會發(fā)展現(xiàn)狀

武漢城市圈，又稱“1+8”城市圈，包括武漢、鄂州、黃岡、孝感、咸寧、黃石、天門、仙桃、潛江共9個城市，其中武漢為城市圈中心城市。武漢城市圈是全國資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設(shè)綜合改革配套實驗區(qū)，實驗區(qū)建設(shè)涉及工業(yè)、交通、教育、金融、旅游等諸多領(lǐng)域。武漢城市圈土地面積占全省33%，人口總數(shù)為全省51.6%。自然環(huán)境優(yōu)越，城市化水平高，經(jīng)濟發(fā)展條件好。2008年武漢城市圈實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值6 972.11億元，同比增長14.8%，占全省總量61.5%，其在全省經(jīng)濟增長中處于重要的位置。

1.2 土地資源特征

武漢城市圈總面積為57 972 km2，是中部最大、發(fā)展條件最好的城市圈之一[9]。在土地利用結(jié)構(gòu)中，面積最大的是耕地，其次是林地，水域和建設(shè)用地次之，未利用地為最少。武漢城市圈耕地面積達29 321 km2，占總面積的50.58%，主要集中在中東部地區(qū)和黃岡市，耕地面積最大的地區(qū)是黃岡市和孝感市，占總量的46.06%；林地面積達17 535 km2，占總面積的30.25%，主要分布在南部和東北部，尤其是黃岡市，該市林地面積占總面積高達43.43%，此外，咸寧也是林地分布較集中的地區(qū)；草地面積達1 413 km2，占總面積的2.44%，分布較為集中，黃岡市和咸寧市的草地面積超過總量的80%；水域面積達5 731 km2，占總面積的9.89%，武漢市在水域分布中占有絕對優(yōu)勢，占總量的30%；城鄉(xiāng)、工礦、居民點用地面積達3 722 km2，占總面積的6.42%，各地區(qū)差異不明顯，除武漢市外分布較為均勻；未利用地是251 km2，占總面積的0.43%。

2 低碳視角下的城市圈土地可持續(xù)利用評價

研究從低碳視角建立了土地可持續(xù)利用評價指標體系，結(jié)合指標凝聚法(CSDEA)[10]和熵值法對武漢城市圈各城市的土地可持續(xù)利用水平進行評價。不僅在指標體系中融合了低碳的思想，而且通過CSDEA還可以獲得各評價對象的改進方向，對政策措施的制定有重要的參考價值。

2.1 指標體系的構(gòu)建

世界糧農(nóng)組織曾在《FELSM》中給出了土地可持續(xù)利用評價的指標選取框架，在此框架的指導(dǎo)下，學(xué)者根據(jù)各區(qū)域的具體情況和評價目標建立了指標評價體系。尹君[11]在其土地可持續(xù)利用研究中從時間、空間、發(fā)展程度等多角度對土地資源可持續(xù)利用進行了分析并構(gòu)建了評價指標體系。陳百明[12]對區(qū)域土地可持續(xù)利用進行了深入分析，建立了包括生產(chǎn)性、保護性、穩(wěn)定性、可接受性、經(jīng)濟活力5個準則層在內(nèi)的指標體系框架，并對各指標的計算方法、閾值等進行了說明。本文參考已有的研究成果，將低碳與土地可持續(xù)利用評價相結(jié)合，基于CSDEA評價方法的指標分類要求，建立了指標體系。

2.1.1 土地可持續(xù)利用評價指標體系 土地利用是由自然、社會、經(jīng)濟3部分共同作用形成的典型復(fù)合系統(tǒng)，土地的可持續(xù)利用就是土地的自然屬性通過合理的資源分配實現(xiàn)經(jīng)濟可發(fā)展、社會可接受并產(chǎn)生持續(xù)性生產(chǎn)力的過程，即通過合理分配土地資源達到生態(tài)可持續(xù)、經(jīng)濟增長可持續(xù)、社會發(fā)展可持續(xù)。土地可持續(xù)利用評價可以從生態(tài)、社會、經(jīng)濟方面進行，碳源和碳匯是生態(tài)效益最具代表性的特征之一，因此，在正負兩類指標體系中，分別由碳源和碳匯相關(guān)指標代表生態(tài)子系統(tǒng)的作用。

衡量低碳水平最有效的指標就是碳排放量和碳吸收量，研究將這兩個指標融入到體系框架中。除此之外，再根據(jù)《FELSM》及后續(xù)的研究成果和城市圈發(fā)展的特征最終確定指標體系。由于評價方法的需要，指標體系中將各指標預(yù)先分為正向指標和負向指標。具體指標體系如表1所示。

2.1.2 部分指標計算的說明

(1)農(nóng)民收入指數(shù)。這一指標代表各地區(qū)農(nóng)民收入水平與其他地區(qū)的差異水平，農(nóng)民收入水平的高低一定程度上代表了地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力，是土地可持續(xù)利用在農(nóng)業(yè)可持續(xù)方面的具體體現(xiàn)。具體的計算方法是：

農(nóng)民收入指數(shù)=某地區(qū)農(nóng)民人均收入/

城市圈農(nóng)民人均收入

(2)人均耕地經(jīng)營面積。保護耕地是保證糧食安全的根本途徑，人均耕地水平代表了地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的潛力，是土地可持續(xù)利用評價中的重要部分。人均耕地經(jīng)營面積的計算方法如下：

人均耕地經(jīng)營面積=某地區(qū)耕地總面積/

農(nóng)村人口數(shù)

(3)地均碳吸收量和排放量。土地利用類型主要分為3大類，即農(nóng)用地、建設(shè)用地和未利用地，對于用地各類型的碳排放和碳吸收核算系數(shù)，很多學(xué)者都開展了相關(guān)研究。本文根據(jù)城市圈各城市土地利用結(jié)構(gòu)，參考賴力[13]的研究成果以及傅伯杰等[14]學(xué)者有關(guān)碳排放計算的理論研究，計算各城市土地碳吸收和碳排放總量，進一步得到地均的排放和吸收水平。

表1 低碳視角下的城市圈土地可持續(xù)利用評價指標體系

2.2 基于CSDEA的評價方法

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(data envelopment analysis，DEA)是美國著名運籌學(xué)家Charnes等提出的一種評價方法，經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)在系統(tǒng)工程、管理科學(xué)、決策分析、評價技術(shù)等領(lǐng)域有了廣泛的應(yīng)用。一般來說，用于土地可持續(xù)利用評價的指標體系比較龐大，指標個數(shù)與決策單元數(shù)量差距較大，這很有可能導(dǎo)致絕大多數(shù)決策單元均為DEA有效，同時將重要性不同的指標或較多的底層指標同時列入DEA模型，經(jīng)常會導(dǎo)致忽略重要指標、強調(diào)次要指標的后果，而使得DEA失去很好的評價效果。因此，研究選取了一種評價復(fù)雜系統(tǒng)的DEA方法——指標凝聚法(CSDEA)，該方法的基本思路是先將指標體系按照正向指標或者負向指標進行分類，然后在兩類指標體系下根據(jù)指標的自然歸屬進行再分類，獲得準則層的指標子類，最終確定完整的指標體系。在進行評價之前，需要對指標層的各指標進行一次權(quán)重的計算，選用熵值法計算各指標的權(quán)重值。再利用CSDEA進行評價，只對準則層的指標子類進行操作。這樣就可以既實現(xiàn)各指標水平的綜合又不會過分強調(diào)次要指標對整體的作用，使得評價結(jié)果更加客觀。

定義：

對決策單元j有貢獻比Pj/Qj，則對決策單元j0有以下模型(CSDEA)：

(j=1,2,…,n)

s.t.3:v=(v1,…,vm)T≥0

(u=(u1,…,um)T≥0)

若規(guī)劃(CSDEA)存在最優(yōu)解滿足u0,v0>0,Vp=1，則稱決策單元j0為CSDEA有效。經(jīng)過變量替換，可以得到如下優(yōu)化模型(DCSDEA)：

min〔θ-ε(eTs-+eTs+)〕=VD

設(shè)ε是非阿基米德無窮小量，若θ0=1,s-0=0,s+0=0，則線性規(guī)劃問題(DCSDEA)的最優(yōu)解為λ0,θ0,s-0,s+0。

進一步計算決策單元的改進方向，定義決策單元j0的投影為：

令：

DEA的實現(xiàn)方法有很多，如利用LINGO優(yōu)化軟件，DEA—solver，matlab軟件等。研究根據(jù)CSDEA針對數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜性特點選用matlab優(yōu)化工具箱來實現(xiàn)這一模型

2.2.2 評價步驟

(1)數(shù)據(jù)整理，利用最大最小標準化方法對數(shù)據(jù)進行標準化；(2)利用熵值法計算各指標權(quán)重；(3)根據(jù)上一步得到的權(quán)重計算各指標子類的內(nèi)部權(quán)重；(4)利用CSDEA模型進行綜合評價；(5)計算各無效單元的改進方向。

2.3 結(jié)果分析

研究選取了城市圈2011年的相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源主要有中國城市統(tǒng)計年鑒[15]、湖北省統(tǒng)計年鑒[16]、湖北省國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報[17]等數(shù)據(jù)庫。

2.3.1 有效性分析 利用評價步驟中對武漢城市圈各城市的土地可持續(xù)利用評價指標進行綜合評價，得到各城市有綜合評價結(jié)果如表2所示。綜合評價值為1時，決策單元處于CSDEA有效，即評價對象的投入資源高效地用于產(chǎn)出，屬于土地利用相對可持續(xù)的狀態(tài)；綜合評價值小于1時，決策單元處于CSDEA無效，即評價對象投入資源沒有得到最大限度的利用，產(chǎn)出不足或投入過剩。

表2 武漢城市圈土地可持續(xù)利用評價結(jié)果

評價結(jié)果顯示，武漢城市圈土地可持續(xù)利用評價中處于CSDEA有效的城市有黃石市，黃岡市，咸寧市，潛江市。這4個有效的城市可以分為兩類，一類是第一產(chǎn)業(yè)占優(yōu)的城市，包括咸寧市和黃岡市，另一類為第二產(chǎn)業(yè)占優(yōu)的城市，包括黃石市和潛江市。黃岡市是武漢城市圈中耕地面積和林地面積均最大的城市，分別達383 848和713 255.2 hm2，占城市圈總量的20.23%和43.97%，第一產(chǎn)業(yè)的絕對優(yōu)勢和區(qū)域內(nèi)的較低資源環(huán)境消耗使得黃岡市土地可持續(xù)利用評價有效。咸寧市在第一產(chǎn)業(yè)用地類型上雖然較黃岡市略低，但在城市圈其他城市中仍占據(jù)較大優(yōu)勢，且咸寧市導(dǎo)致土地不可持續(xù)利用的高污染、高能耗為主的產(chǎn)業(yè)較少，從投入產(chǎn)出的效率角度分析，咸寧市處于CSDEA有效較為合理。黃石市是傳統(tǒng)的工業(yè)城市，是中部地區(qū)最大的原材料基地，在冶金、水泥等諸多領(lǐng)域具有先進的技術(shù)優(yōu)勢，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的絕對優(yōu)勢使得黃石市的環(huán)境資源投入得到有效利用，促使其在評價中有效。潛江市既是農(nóng)業(yè)大市，其棉花種植、水產(chǎn)品養(yǎng)殖等方面均有較大規(guī)模，也是中部重要的石油基地，工業(yè)較發(fā)達，第一二產(chǎn)業(yè)交叉發(fā)展，其在土地可持續(xù)利用方面優(yōu)勢較明顯，屬于CSDEA有效。

整體來看，評價土地可持續(xù)利用水平的核心在于環(huán)境資源等的投入是否獲得了足夠的經(jīng)濟生態(tài)效益產(chǎn)出，如果產(chǎn)出與投入合理，則達到CSDEA有效。武漢城市圈各城市土地可持續(xù)利用評價的有效性排名為：黃石，黃岡，咸寧，潛江>仙桃>天門>孝感>武漢>鄂州。

2.3.2 改進方案 基于CSDEA方法的土地可持續(xù)利用評價在獲得有效性評價的基礎(chǔ)上可以進一步分析各評價對象的不足與改進方向。根據(jù)式(4)和(5)所述計算改進方向，運用matlab軟件得到5個CSDEA無效評價對象的改進方案(如表3所示)。

表3 土地可持續(xù)利用改進方案

表3中的數(shù)據(jù)數(shù)值代表各評價對象為達到CSDEA有效應(yīng)進行的改進。改進方向為正，說明此決策單元在該項指標上有不足，如果是負向指標則此值無需改進，如果是正向指標則提高這一水平下的該指標值后，此決策單元有效性提高；改進方向為負值，說明決策單元在該項指標上存在富余，如果是正向指標可不進行改進，如果是負向指標，則降低這一水平下的該指標值，決策單元有效性將提高。

武漢市的綜合評價值為0.957 4，在城市圈綜合評價中處于第8位，正向指標中需要提高較大的主要有全社會經(jīng)濟增長、人均GDP和地均碳吸收量等，需要控制的投入指標主要有單位GDP占用建設(shè)用地面積、建設(shè)用地年增量等。武漢市雖在交通、政策、教育等方面均擁有較大優(yōu)勢，且近些年發(fā)展速度較快，但對環(huán)境資源的過分透支使得其產(chǎn)出不足以平衡其環(huán)境資源的投入。天門市，仙桃市，孝感市3市的綜合評價值較接近，分別是0.979 1，0.984 9，0.972 5。天門市的不足主要體現(xiàn)在人均GDP和人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值較低，降低垃圾清運量也有利于提高其有效性。仙桃市的不足主要體現(xiàn)在人均GDP較低和人均水資源，在耕地投資方面應(yīng)不斷提高其資金的使用效率，在保證耕地保護效果的前提下適當(dāng)降低投資比例有利于提高仙桃市的有效性。孝感市的建設(shè)用地利用效率有待提高，人均水資源也嚴重不足，單位面積垃圾清運量和恩格爾系數(shù)數(shù)值偏高，對上述4個指標進行適當(dāng)改進有利于提高孝感市的有效性。鄂州市是綜合評價值最低的城市，評價值僅為0.808 2。由表3可見，鄂州市在地均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、人均GDP、單位面積污染治理費用、人均基礎(chǔ)設(shè)施投資、人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、人均水資源、林草覆蓋率、地均碳排放量等9個指標上均存在較大不足，需要降低的指標包括農(nóng)村恩格爾系數(shù)、垃圾清運量和地均碳排放等，綜合來看鄂州市在土地可持續(xù)利用方面仍需較大改善。

判斷評價對象是否有效是各指標綜合的結(jié)果，單獨調(diào)整某一指標并不能使評價對象的有效性顯著提高。在以評價結(jié)果指導(dǎo)政策措施制定的過程中，應(yīng)保持政策的整體性和協(xié)調(diào)性，通過系統(tǒng)的宏觀調(diào)控來逐步改善評價對象的可持續(xù)利用水平。

3 結(jié) 論

(1)土地可持續(xù)利用評價是衡量各地區(qū)土地可持續(xù)利用能力的重要手段，由于各地區(qū)的自然條件、發(fā)展階段、政治環(huán)境、社會因素等不同，導(dǎo)致土地可持續(xù)利用評價的內(nèi)容區(qū)別很大。各地在進行土地可持續(xù)利用評價時應(yīng)因地制宜，根據(jù)實際需要確定評價的目標、指標體系和評價方法。

(2)CSDEA是一種利用優(yōu)化手段來解決復(fù)雜系統(tǒng)評價問題的方法，其指導(dǎo)思想是：以最小的代價來維持復(fù)雜系統(tǒng)的有效運行；與此同時，又要與所依托的環(huán)境保持高度的協(xié)調(diào)發(fā)展。在系統(tǒng)發(fā)展的過程中，既應(yīng)注重目前的發(fā)展效率又應(yīng)放眼于未來的發(fā)展能力，促使系統(tǒng)的負面條件逐漸減少，正面條件不斷增多，增強系統(tǒng)的自我完善能力。

(3)低碳經(jīng)濟是目前應(yīng)對氣候變化最有效和最具現(xiàn)實性的發(fā)展方式。對于世界而言，低碳經(jīng)濟是一次全球性的產(chǎn)業(yè)變革。對于各個國家來說，當(dāng)資源環(huán)境成為經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸時，低碳引領(lǐng)下的發(fā)展方式必將帶來經(jīng)濟增長模式的創(chuàng)新，這是轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的基本途徑。研究將低碳作為土地可持續(xù)利用評價的主要因素之一，以《FELSM》提出的指標框架為指導(dǎo)，綜合已有研究成果，建立了低碳視角下的城市圈土地可持續(xù)利用評價指標體系，該體系可以很好地反映各區(qū)域的土地可持續(xù)利用水平。

(4)CSDEA能夠客觀地實現(xiàn)土地可持續(xù)利用評價并獲得改進方向。CSDEA是一種能夠處理多指標、多層次評價體系并給出改進方案的一種有效評價決策方法，本文對CSDEA的原理及實現(xiàn)進行了簡要的介紹并成功應(yīng)用于武漢城市圈土地可持續(xù)利用評價，取得了很好的評價效果，得出了城市圈各城市今后土地可持續(xù)利用發(fā)展的改進方案。

(5)武漢城市圈各城市在土地可持續(xù)利用方面存在顯著差異。分析可知，武漢市作為城市圈中心城市，在諸如單位GDP占用建設(shè)用地面積、建設(shè)用地年增量、地均碳排放量等方面均存在不足。武漢市在土地可持續(xù)利用方面的問題主要在于資源粗放式利用和環(huán)境破壞方面，今后武漢市在保證經(jīng)濟快速發(fā)展的同時應(yīng)特別注重對環(huán)境的保護和土地、能源、水等資源的節(jié)約和集約利用，不斷提高發(fā)展的質(zhì)量。

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