基于灰色關聯法的哈爾濱市土地可持續利用評價研究

鄢 然，雷國平，孫麗娜，徐 珊

（東北農業大學 資源與環境學院，哈爾濱150030）

土地作為一種寶貴而且稀缺不可替代的自然資源，是人類生產和生活的重要場所[1]，也是社會經濟可持續發展的重要物質基礎[2]。土地可持續利用是區域資源環境和社會經濟可持續發展的前提和基礎。20世紀90年代，隨著可持續發展思想的提出，土地可持續利用研究日益成為土地科學研究的焦點，并引起國際社會的廣泛關注[3]。目前，很多學者針對不同研究區的土地可持續利用問題進行了分析[4－8]，并對土地可持續利用評價指標體系和方法進行了探討，土地可持續利用評價指標體系主要包括兩類：一是參照聯合國糧農組織（FAO）提出的“生產性、安全性、保護性、經濟性、社會性”五大指標體系，二是“生態、經濟、社會”三大指標體系[9－12]；評價方法主要包括：主成分分析法、線性加成法、層次分析法、功效函數法、生態足跡評價法、BP神經網絡法[13－18]。但是，影響土地可持續利用水平的指標因素較多，而又呈較強的不確定性和模糊性，選用灰色關聯法定量計算土地可持續利用水平更能夠確?？沙掷m利用水平值的準確性。本文從資源環境協調性、經濟可行性和社會可接受性三方面建立土地可持續利用評價指標體系，運用熵值法計算指標權重，采用灰色關聯法對2001—2008年哈爾濱市土地可持續利用水平進行定量評價，以期得到2001—2008年哈爾濱市土地可持續利用水平，并對土地可持續利用水平進行分析，得到哈爾濱市2001—2008年土地利用可持續發展水平的變化態勢。

1 研究區概況

哈爾濱市位于東北北部，東經125°42′—130°10′、北緯44°04′—46°40′。哈爾濱市區及雙城市、呼蘭區地域平坦、低洼，東部10縣（市）多山及丘陵地。東南臨張廣才嶺支脈丘陵，北部為小興安嶺山區，中部有松花江通過。哈爾濱市轄8區10縣（市），2008年，市域面積為53 068km2，其中建成區面積為340 km2，耕地為179.3萬hm2，森林覆蓋率達到44.6%?？側丝跒?89.9萬人，市區人口為475.1萬人，城鎮化率達到48.5%。2008年糧食總產量達1 053.5萬t，國內生產總值為2 814.8億元，其中第二產業1 028.4億元，第三產業1 426.1億元。

哈爾濱市是黑龍江省省會，也是東北北部政治、文化、經濟中心，土壤肥沃，雨水充沛，礦產資源豐富，是中國重要的商品糧生產基地，也是發展食品加工業和農業經濟的理想地。哈爾濱市土地可持續利用水平直接影響其資源環境、經濟和社會的可持續發展。因此，對哈爾濱市土地可持續利用評價研究有十分重要的意義。

2 土地可持續利用評價指標體系的構建

為了全面體現城市土地可持續利用水平，研究本著科學性、可操作性、系統性、動態性、全面性的原則，結合哈爾濱市實際情況，構建基于資源環境協調性、經濟可行性和社會可接受性三個準則層的哈爾濱市土地可持續利用評價指標體系[19－21]，詳見表1。

表1 哈爾濱市土地可持續利用評價指標體系

3 哈爾濱市土地可持續利用定量評價

3.1 數據來源及處理

數據來源于《黑龍江省統計年鑒》（2002—2010）、《哈爾濱市統計年鑒》（2002—2009）。所使用的數據是根據各項指標的原始數據經過計算得到。

3.2 評價原理

3.2.1 指標權重的確定 本文選擇熵值法計算各個指標權重，它是一種客觀賦權方法，通過計算指標得信息熵，根據指標數值之間的變化規律，以指標數值之間的差異大小來衡量指標對系統的影響，其差異程度越大，則權重越重[22－23]。該方法在評價對象數目較多，指標體系較復雜時具有明顯優勢，并且在確定權重時能夠減少主觀賦權帶來的主觀性，更具客觀性和科學性。

將各指標規范化，計算第i年第j種指標指標值的比重Rij：

計算第j項指標的熵值Hj：

計算第j項指標的差異系數Gj：

計算各指標的權重Wkj：

計算各準則層的權重Wk：

式中：Rij——第i年第j個指標值所占該指標總值的比重；Pij——第i年第j個指標的具體值；Hj——j個指標的熵值；Gj——第j個指標的差異性系數；Wkj——第k層第j個指標的權重；Wk——第k層的權重。

3.2.2 綜合評價模型的建立 依據灰色關聯度理論，通過灰色系統動態過程（即歷年有關統計數據）發展態勢的比較分析，將系統有關因素之間的各種關系呈現在人們面前，為系統預測、決策、控制提供有用信息和比較可靠的依據[24]?；疑P聯度分析是一種多因素統計方法，描述因素間關系強弱、大小和次序，是依據各因素數列曲線形狀的接近程度做發展態勢的分析，曲線越接近，相應序列之間的關聯度就越大；反之，相應序列之間的關聯度越小。

基于灰色關聯法，從資源環境協調性、經濟可行性、社會可接受性三個方面對哈爾濱市土地可持續利用水平進行評價。設土地可持續利用系統指標變量為Pj（j＝1，2，…，24），鑒于土地可持續利用系統處于不斷變化之中，各指標值在不同的發展時期亦有所不同，所以參考數據選擇時采取對土地可持續利用系統有正功效的指標的最大值，負功效指標的最小值。這樣組成的一組參考數據就是一組最優指標，能夠更加全面地反映土地可持續利用系統各指標的最優值。評價過程如下：

①確定參考數列P0和比較序列Pi。

P0＝｛P0（1），P0（2），…，P0（24）｝

Pi＝｛Pi（j）│j＝1，2，…，24｝，（i＝1，2，…，8）

②規范處理后得到Cij和新矩陣。

式中：Cij——規范處理以后第i年第j個指標的標準值；Pjmin——第j個指標的最小值；Pjmax——第j個指標的最大值。

③計算關聯系數εij。

式中：εij——第i個時刻比較曲線標準值Pj與參考曲線標準值P0的相對差值，這種形式的相對差值成為Pj對P0在i時刻的關聯系數；ρ——分辨系數，ρ∈[0，1]能夠減少極值對計算的影響。分辨系數ρ一般取0.5。

④計算評判結果。

式中：εij——第i年第k指標與參考指標的關聯系數；Wkj——第k層第j個指標的權重；Wk——第i年第k層的權重；Eki——第i年當k＝1，2，3時的資源環境協調性、經濟可行性和社會可接受性的分數；Ei——第i年的總體關聯度，也就是土地可持續利用總分。如果Eki越大，則資源環境協調性、經濟可行性和社會可接受性與最優指標P0越接近，則其水平越高；如果Ei越大，則所得總分越高，那么它們的關聯度越高，土地可持續利用水平也就越高。據此可以排列出各年份土地利用水平的優劣次序。由于灰色關聯度同時也表現的是評價對象與最優指標的關聯程度，得分越高則關聯度越高，與最優值越接近，三者的協調度也越高。

3.2.3 評價標準的確定 根據評價結果，采用平均值加減標準差的方法，并參考其它同類型城市的評價等級標準進行修正，將研究區土地可持續利用評價水平劃分為5個等級（表2）。

表2 哈爾濱市土地可持續利用評價等級標準

3.3 評價結果分析

經過計算，分別得到哈爾濱市土地可持續利用的資源環境協調性、經濟可持續性和社會可接受性的評價值以及綜合關聯度（圖1）。通過對2001—2008年哈爾濱市土地可持續利用灰色關聯度的特征變化分析發現，這8a間，哈爾濱市資源環境協調性和經濟可行性上升態勢明顯，社會可接受性波動較大，土地可持續發展綜合關聯度總體呈上升態勢。

2001—2008年哈爾濱市資源環境協調性來看，分數值由0.502 7上升到了0.773 2，總體呈增長態勢，但是有所波動，在2002年時達到了最低點0.477 7，隨后2003—2005年都有所增長，到2006年又下降到0.608 3，在2007年達到最高點0.822 8，2008年分數下降為0.773 2。從經濟可行性方面來看，2001—2008年哈爾濱市經濟可行性呈上升態勢，波動較小，從2001年的0.373 5上升到2008年的0.987 2，其中2006—2008年間增長較快。社會可接受性在2001—2008年間波動較大，從2001年0.661 3下降到2003年0.574 5，2004—2005年有所上升，2005年達到頂峰0.758 9，2006—2007年下降，直到2008年上升到0.626 4。

2001—2008年哈爾濱市土地可持續利用綜合關聯度來看，雖然土地可持續利用綜合關聯度呈上升態勢，但是也有小幅波動。其綜合關聯度從2001年0.482 7上升到2008年的0.778 4，年均增長3.7%。但是，2002年分數值下降到0.475 4，2003—2005年分數值持續上升，從0.478 0增長為0.605 0。2006年再次下降，分數為0.563 4。2007—2008年，綜合關聯度快速上升，在2008年達到0.778 4，是8a來哈爾濱市土地可持續利用綜合關聯度的最高值。由2001—2008年哈爾濱市土地可持續利用綜合關聯度（表3）能夠判斷土地可持續利用水平。2001—2006年，哈爾濱市土地可持續利用水平都處于中等水平，2007—2008年處于較高水平。

表3 2001－2008年哈爾濱市土地可持續利用水平等級

圖1 2001－2008年哈爾濱市土地可持續利用綜合評價值

4 結論

研究表明，哈爾濱市土地可持續利用水平是多種因素共同作用的結果。本文通過選取多個指標，嘗試使用灰色關聯法對哈爾濱市土地可持續利用的資源環境協調性、經濟可行性、社會可接受性進行定量分析，不僅能對土地可持續利用水平進行評價，還能夠反映三者之間的協調性。從評價結果看出，基于灰色關聯法的土地可持續利用評價能夠很好地契合哈爾濱市2001—2008年土地可持續利用實際水平，并且能夠反映這8a間土地可持續利用水平在時間序列上的發展態勢和變化幅度。結果表明：2001—2003年哈爾濱市土地利用的經濟可行性為上升態勢，資源環境協調性、社會可接受性和綜合關聯度為下降態勢；2004—2005年資源環境協調性、經濟可行性和社會可接受性以及綜合關聯度都處于上升態勢；2006—2008年資源環境協調性和社會可接受性為波動狀態，資源環境協調性先升后降，社會可接受性先降后升，而經濟可行性和綜合關聯度持續快速上升。從評價結果中可以總結出，哈爾濱土地可持續利用水平在不斷提高，但是資源環境協調性應該保持穩定，減小波動；經濟可行性需要保持增長的趨勢；社會可接受性亟需改善，提高社會可接受水平。

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