低碳視角下土地利用系統健康評價
——以新疆烏魯木齊市為例

馬文娟， 蒲春玲， 陳前利， 劉志有， 蔣　玲， 蘇麗麗

(新疆農業大學管理學院，新疆烏魯木齊 830052)

土地利用系統是以土地資源利用為基礎的自然、經濟、社會為一體的復合性系統。土地是城市建設和發展的重要資源根基，承載著城市經濟、社會、文化等各種活動。隨著城市化進程的快速推進、經濟社會的迅速發展，導致了土地生態環境日漸惡化、土地質量下降、土地利用率低下等一系列問題，土地利用系統健康問題日益凸顯[1]。同時，以“高能耗、高污染、高排放”為典型特征的經濟發展模式也對城市土地利用系統的健康造成一定威脅。因而，有必要對土地利用系統健康進行評價研究。相關研究表明，土地利用與碳排放關系密切[2]，“低能耗、低排放、低污染”的低碳經濟也成為各地區經濟發展轉變的首選。因此，將低碳理念引入土地利用系統健康評價是確保土地利用系統健康，實現自然、經濟、社會可持續發展的重要前提。

自然學家Loepod在20世紀40年代首次提出土地健康，他認為健康的土地是指被人類占領而沒有使其功能受到破壞的狀態[3]。Benites從土地條件變化方面建立了土地健康的評價體系，定性定量地對土地健康進行評價[4]。陳美球等探討了土地健康的概念及機制，并從環境、社會、經濟等3個方面建立土地健康評價體系[5]。蔡為民等在分析土地利用系統健康內涵的基礎上建立了土地利用系統健康評價的框架[6]。在評價模型方面主要有綜合評價法、層次分析法、物元分析法和集對分析法等數學方法[7-10]。整體來看，國內學者研究土地利用系統健康評價相對較多，但關于城市土地利用系統健康評價研究較少，而城市土地利用系統的健康關系著人類的生產生活以及城市的可持續發展。基于此，本研究在綜合考慮資源環境、人類活動、社會經濟等因素對城市土地利用系統的作用，結合低碳經濟這一理念構建基于城市土地利用系統結構、系統功能和系統效益的評價指標體系，選取變異系數法確定指標權重，采用綜合指數法對新疆烏魯木齊城市土地利用系統健康狀況進行評價，客觀地反映土地利用系統健康水平，以期為烏魯木齊市土地利用提供參考。

1　材料與方法

1.1　研究區概況與數據來源

烏魯木齊市是新疆的首府，也是“一帶一路”戰略中重要節點和絲綢之路經濟帶核心區。全市轄7區1縣，總面積為1.38萬km2，2014年末總人口為266.91萬人，人口密度為193人/km2。土地利用類型中農用地以草地、林地和耕地為主，建設用地以居民點及工礦用地為主，未利用地面積較大。其中，78.05萬hm2草地、8.05萬hm2林地、7.83萬hm2耕地、7.51萬hm2建設用地、32.21萬hm2未利用地。隨著社會經濟的迅速增長以及城市人口的膨脹，導致烏魯木齊城市土地利用規模和結構發生了很大的變化，生態環境也受到影響，這對烏魯木齊市今后土地利用系統的健康和城市可持續發展造成一定阻礙。因此，通過評價烏魯木齊市的土地利用系統健康狀況，有利于優化城市土地利用結構，發展低碳經濟，實現城市土地利用系統的健康持續發展。

研究數據來源于《新疆統計年鑒2006—2015》《烏魯木齊市統計年鑒2006—2015》和烏魯木齊市國民經濟和社會發展統計公報。

1.2　研究方法

1.2.1構建評價指標體系城市土地利用系統的健康是以人類、社會和城市可持續發展為目標，促進自然、經濟和社會三者的協調發展。當城市土地利用系統的健康受到威脅時，其自身結構和功能具有一定的恢復能力，結構和功能是土地利用系統健康的基礎，效益是土地利用系統健康的核心。因而，城市土地利用系統健康評價指標體系要從這3方面選取。

烏魯木齊市地處亞歐大陸腹地，是典型的干旱區綠洲城市。土地資源相對豐富，但各類用地空間分布相對集中，且東南西三面臨山，地勢起伏懸殊，山地面積比重大。未利用地又多為荒漠或鹽堿化程度較高的沙質土地，無法滿足耕種條件。同時，烏魯木齊市土地利用也面臨著一系列的問題，如生態環境脆弱、耕地資源分布不均、土地鹽堿化和沙化程度加劇等。

針對烏魯木齊市土地利用現狀及存在的問題，在借鑒國內相關研究成果的基礎上[11-16]，依據系統性、動態性、數據可獲性及可操作性等原則，基于低碳經濟視角從城市土地利用系統的結構、功能和效益3個方面選取評價指標，構建包括土地多樣性指數、人均建設用地面積、人均耕地面積、人口自然增長率、地均碳排放量和城市綠化覆蓋率等26項指標的評價體系(表1)，并將烏魯木齊市土地利用系統現狀與相關學者研究成果相結合，將土地利用系統健康級別劃分為5個等級(表2)。

表1　烏魯木齊市土地利用系統健康評價指標體系及權重

表2　烏魯木齊市土地利用系統健康評價分級標準

1.2.2原始數據標準化處理由于評價指標體系中各項指標具有不同的單位和量綱，不能直接比較和計算，因此，為了使數據具有可比性，須要對其進行標準化處理來消除因各項指標量綱不同而帶來的影響。指標的無量綱化處理的方法較多，本研究選取極差法對原始數據進行標準化處理，對選取的指標按照其趨向性分為正、負向指標，正向指標的值越大，表明土地利用系統越健康，反之，負向指標的值越大，表明土地利用系統越不健康。

①當評價指標趨向性為正時，

Xij′=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)。

(1)

②當評價指標趨向性為負時，

Xij′=(Xmax-Xij)/(Xmax-Xmin)。

(2)

式中：Xij′為原始數據無量綱化處理后的標準數據；Xij、Xmax、Xmin分別為原始數據中同一項指標的實際值、最小值和最大值。

1.2.3確定指標權重確定評價體系中指標權重是整個評價過程中的重要分環節，權重賦予合理與否，關系著評價結果的科學性和合理性。為了避免人為主觀因素對指標權重的影響，本研究選取客觀賦權法中的變異系數法確定權重。其計算公式為：

(3)

(4)

②計算各項指標的變異系數Vij和權重Wij：

(5)

(6)

1.2.4綜合指數評價模型綜合指數法是指在確定一套合理指標體系的基礎上，對各項指標無量綱化后的值與其相應的權重相乘加和，計算出綜合指數，用以全面客觀地反映某一系統的整體狀況。

(7)

(8)

式中：Z為土地利用系統健康評價綜合指數；F為土地利用系統各子系統的綜合指數；Wi為第i個子系統的權重；Wij為第i個子系統第j項指標的權重；m為第i個子系統中包含的指標數量。

2　結果與分析

原始數據經標準化處理后，運用公式(3)～公式(6)進行權重計算，結果見表1。

依據綜合指數公式(7)、公式(8)可得到2005—2014年烏魯木齊市土地利用系統的綜合健康指數和各子系統的健康指數(圖1)。

將烏魯木齊市土地利用系統健康評價的各層指標評價值和評價等級標準進行比較，可得到烏魯木齊市土地利用系統健康總目標安全等級和系統結構、系統功能和系統效益的健康等級(表3)。

表3　2005―2014年烏魯木齊市土地利用系統健康評價等級

2.1　土地利用系統健康綜合評價

由圖1可知，研究期內烏魯木齊市土地利用系統健康綜合評價指數由2005年的0.241上升到2014年的0.724，但在2008年有所降低。土地利用系統健康等級整體為上升趨勢，經歷了“不健康→臨界狀態→亞健康”的發展歷程。其中，2005—2006年土地利用系統處于不健康狀態，2007年為臨界狀態，2008—2009年處于不健康狀態，2010—2012年處于臨界狀態，2013—2014年處于亞健康狀態。2007—2008年間，土地利用系統健康水平有所下降，由于城市發展的需要對烏魯木齊市行政區域進行了擴大調整，致使土地利用系統健康綜合水平有波動。但綜合來看，烏魯木齊市的土地利用系統健康狀況逐年在改善，其健康等級在提升，并且有繼續向好的趨勢。

2.2　系統結構健康評價

系統結構指數由2005年的0.129上升到2014年的 0.591，健康等級為“病態→不健康→臨界狀態”。隨著經濟社會的發展，烏魯木齊市的土地利用系統結構也發生著變化。其中，土地多樣性指數、建設用地比重指標呈現緩慢增長趨勢；第三產業人口比重、第三產業產值占GDP比重這2項指標增長趨勢明顯，這與歷年來烏魯木齊三產結構中第三產業一直占比較大的實際相吻合；隨著城市管理者對耕地保護等政策的重視，使農用地面積和未利用地面積減少速度放緩；農業產值占GDP的比重逐年下降。但系統結構健康水平總體呈緩慢增長趨勢，目前處于臨界狀態，說明土地利用系統的結構不夠穩定，仍須改善。

2.3　系統功能健康評價

系統功能指數由2005年的0.354上升到2014年的 0.621，健康等級經歷了“不健康→臨界狀態→亞健康”的發展過程，在2007—2008年間健康水平有所下降，2009年之后平穩上升。其中，人均建設用地面積、人均耕地面積指標呈下降趨勢，反映了在城市化建設中烏魯木齊市城市化率逐步提高，但隨著人口的增長，建設用地需求增加，致使耕地乃至農用地面積減少，人均耕地也不斷減少；而地均GDP、地均固定資產投資、城市化率以及建設用地增長彈性系數指標呈不同程度的上升趨勢，促進了土地利用系統功能指數的上升，面對人均耕地面積減少帶來的威脅具有一定的抵御能力，所以系統功能的健康水平大體上呈上升趨勢，表明烏魯木齊市土地利用系統的服務功能逐漸增強。

2.4　系統效益健康評價

系統效益指數由2005年的0.174上升到2014年的 0.819，健康等級經歷了“病態→不健康→臨界狀態→亞健康→健康”過程。其中，人均GDP、城鎮居民人均可支配收入、工業固廢綜合利用率、城市綠化覆蓋率、人均綠地面積等指標出現不同程度的上升，說明這些指標對烏魯木齊市土地利用系統的健康狀況有明顯的改善作用；人口密度、人口自然增長率、地均廢水排放量、地均廢氣排放量和地均碳排放量等這些負向指標也呈現增長趨勢，但它們對城市土地利用系統的健康水平起著制約作用；但地均廢水排放量、地均廢氣排放量和地均碳排放量等3個指標自2010年后增幅較小，從側面反映出在城市發展過程中，城市管理者開始注重經濟發展與資源利用和生態環境保護之間的協調發展，采取了積極有效的措施來促進城市的健康發展，因而烏魯木齊市土地利用系統效益從2005年的“病態”逐漸轉變為2014年初步“健康”水平。

綜上所述，隨著烏魯木齊市工業化、城市化發展進程的加快，雖然土地利用類型、結構和數量都發生了一定的變化，各子系統指數上升幅度不同，但綜合來看，烏魯木齊市的土地利用系統健康狀況逐年在改善，其健康等級在提升并且有繼續向好的趨勢。

3　結論與討論

2005—2014年10年間，烏魯木齊市土地利用系統總體健康狀況經歷了由“不健康”到“亞健康”的階段，并且有向更好等級發展的趨勢。其中，系統結構經歷了由“病態”到“臨界狀態”的過程；系統功能經歷了“不健康”到“亞健康”過程；系統效益經歷了“病態”到初步“健康”歷程。通過研究可分析出，影響烏魯木齊市土地利用系統健康的因素主要有土地多樣性指數、建設用地比重、農業產值占GDP比重、土地利用率、人均耕地面積、地均碳排放量、能源消費彈性系數以及人均綠地面積。

鑒于此，提出以下幾點建議來促進烏魯木齊市土地利用系統健康可持續發展。第一，烏魯木齊市應嚴格執行土地用途管制和耕地占補平衡等政策，保障耕地數量和質量安全，加大技術投入力度，合理開墾和利用未利用土地；第二，積極發展綠色生態的現代化農業，積極開展農田整治和高標準基本農田建設，普及科學技術應用，提高農業產值；第三，促進城市土地多樣化利用，實現土地利用的節約集約化，優化土地資源市場化配置，減少經濟增長對土地資源的過度使用；第四，發展低碳經濟，調整和優化產業結構，發展低碳能源，促進城市土地低碳利用，加大生態環節保護和治理力度，追求資源、經濟和社會的可持續發展。

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