地理國情普查數據輔助的土地利用價值綜合評價

侯恩兵,董 斌,張治凡,陳春暉

(1. 安徽省基礎測繪信息中心，安徽 合肥 230031; 2. 安徽省智慧城市與地理國情監測重點實驗室,安徽 合肥 230031; 3. 安徽農業大學理學院，安徽 合肥 230036)

我國人均土地資源較稀缺，隨著經濟的快速發展，城市化的進程不斷加快，導致人類社會與土地之間的矛盾日益激增。因此本文研究的關鍵是如何節約、集約并高效地利用土地資源，充分發揮現有的土地資源最大的利用價值[1]。

國內對土地利用價值研究主要集中在通過在土地利用過程中總結經濟、社會和生態三方面效益關系并對綜合效益進行評價。有一部分學者選取經濟、社會和生態3個方面作為影響因子，通過建立相應的城市土地利用綜合效益的評價指標體系，以量化方式對區域土地利用效益變化趨勢進行評價分析；在研究方法上，多數學者采用功效系數法、TOPSIS法、熵權法等方法進行定量與定性分析評價土地利用價值；在研究區域選擇上，多集中于重慶、哈爾濱、寧波等經濟發達城市，縣市級經濟欠發達城市鮮有研究。

因此，充分利用現有的地理國情數據，客觀準確地評價研究區土地利用狀況，分析其土地利用各方面價值，從而改進現有土地利用結構，實現土地資源節約、集約利用的目標是一項重要的研究課題。地理國情普查數據具有覆蓋面廣泛的優點，其涵蓋了自然環境、資源與能源、社會經濟環境等眾多要素[2]，為土地利用研究提供一個可靠的數據來源。

1 土地利用價值綜合指標體系的構建

土地利用價值是一個綜合的概念，通常涉及生態、社會、經濟、景觀等多方面內容，不能用簡單的單個指標進行評價，需要通過構建一套完善的綜合指標體系，并建立一個科學全面的統計分析方法來分析土地利用價值[3]。

構建土地利用綜合評價指標體系是評價土地利用價值的基礎，選取的每一個評價指標都應與土地利用價值相關。因此,綜合考慮研究區域的發展特點、各種指標體系的優缺點及數據的可獲得性，評價指標體系從生態、景觀、社會、經濟4個方面建立，構建方法采用層次分析方法(analytic hierarchy process，AHP)。該方法是美國運籌學家薩蒂于20世紀70年代提出的一種定性與定量相結合的系統分析方法[4-5]，可以把定量與定性分析有機結合起來，更好地體現生態風險評價的綜合性、整體性和層次性[6]。

以安徽省鳳臺縣為例，本文構建的指標體系分為3個層次，即目標層、準則層、指標層[7]。目標層是整個指標體系的最終目標，即土地利用價值。準則層由指標層構成，按照指標層的相關分類,分別為生態價值、景觀價值、社會價值、經濟價值。指標層是在準則層的子系統中與這4個判斷指標密切相關的參數，其中生態價值包括一些能反映綠化程度、水環境情況等指標，如道路綠地覆蓋率、植被覆蓋度、污水處理率等；景觀價值包含拼塊數、景觀優勢度等直接反映景觀指數的指標；社會價值主要包含能反映土地利用對社會公益，公共文化起作用的指標，如學校數，醫院數等；經濟價值是反映一定社會經濟現象數量的名稱和數值，是經濟研究、分析、計劃和統計及各種經濟工作所通用的工具，包括反映經濟現象，如GDP；通過專家打分法結合研究區現狀最終篩選出16種指標因子[8]，見表1。

2 土地利用現狀及土地利用價值指標的計算方法

本文在土地利用價值的指標計算中融合數據來源于地理國情普查數據和社會經濟統計數據，其數據來源真實可靠，可以準確反映出研究區現狀，如圖1所示。

2.1 土地利用現狀

地理國情中LCA圖層(地表覆蓋，以下簡稱LCA)的采集一級分類中，主要將土地分為10個大類：0100,耕地；0200，園地；0300，林地；0400，草地；0500，房屋建筑區；0600，道路；0700，構筑物；0800，人工堆掘地；0900，荒漠與裸露地表；1000，水域。綜合研究區的概況，本文將地表覆蓋中的分類按照耕地、園地、草地、建筑用地(0500、0700、0800)、道路用地(0600)、未利用地(0900)及水域(1000)這8種土地利用類型來劃分[9]。運用ArcGIS軟件屬性表中統計功能，獲得各土地利用類型的相關數據見表2。

表1 鳳臺縣土地利用價值綜合評價指標

圖1 鳳臺縣地表覆蓋土地利用分類

2.2 鳳臺縣土地利用經濟價值指標

土地利用經濟價值指標是指某種土地利用方式所帶來的直接和間接的可量化的經濟價值的指標[10]。

表2 鳳臺縣2015年土地利用現狀

(1) 人均農林牧漁業產值：該指標是可直接反映土地產出方面的經濟價值，該項值越高則表示土地利用經濟價值越高，可通過統計年鑒直接獲取。

(2) 人均二三產業產值：該指標是指研究區某一年的二三產業產值與該年的人口總數的比值。

(3) 單位面積交通、郵政產值(萬元)：該指標可從一定程度上總反映出交通、倉儲等用地帶來的直接經濟收益。

(4) 人均GDP(萬元/人)：該指標是指研究區當年的GDP總值與人口總數的比值。可以直觀反映出土地利用的經濟價值總收益。

2.3 鳳臺縣土地利用景觀價值指標

土地利用景觀價值指標主要是指利用景觀分析軟件FRAGSTATS計算出選取的景觀指標，通過景觀指數來直接反映土地利用的空間分布情況。本文依據研究區概況，鳳臺縣的農村面積占比相對較高，主要依靠農業收入維持生活，因此本文主要研究耕地景觀類型的各景觀指數[11]。

(1) 最大斑塊占比(LPI)，是某一景觀類型中最大斑塊占整個景觀面積的比例。

LPI=m/M

(1)

式中，m為國情數據LCA圖層中某種景觀類型的要素總面積；M為研究區總面積。

(2) 景觀斑塊密度(PD)，是指單位面積的某種類型景觀的斑塊數量，反映該類型景觀的分化程度，斑塊密度越大則表示該類型景觀破碎化程度較高。計算公式為

PD=N/A=n/M

(2)

式中，N為某種類型景觀的總斑塊數；A為研究區景觀總面積；n為國情數據地表覆蓋LCA圖層中某種景觀類型的要素數量；M為研究區總面積。

(3) 斑塊邊界密度(ED)，是指單位面積的某種類型景觀的斑塊邊緣長度，反映了該景觀類型被邊界分割的程度，其值的大小直接影響邊緣效應和物種組成。其公式為

ED=E/A=c/M

(3)

式中，E為某種類型景觀的所有斑塊邊界的總長度；A為研究區景觀總面積；c為國情數據地表覆蓋LCA圖層中某種景觀類型的要素總周長；M為研究區總面積。

(4) 景觀形狀指數(LSI)，是指通過計算某種類型景觀中斑塊形狀與面積相等的正方形之間的偏離程度來描述該景觀的形狀復雜程度的景觀格局指數，對衡量研究區景觀中物種的流動和人類活動的位移等情況有著非常重要的意義。計算公式為

(4)

式中，E為某種類型景觀的所有斑塊邊界的總長度；A為研究區景觀總面積；c為國情數據地表覆蓋LCA圖層中某種景觀類型的要素總周長；M為研究區總面積。

2.4 鳳臺縣土地利用生態價值指標

土地利用生態價值指標是指可以反映土地利用方式下的關于綜合生態學和經濟學方面的一些主要可量化的數值指標[12]。

(1) 林地覆蓋率是指從研究區國情數據中的地表覆蓋LCA圖層中查找CC碼為0300的要素總面積除以研究區總面積的比例大小。

(2) 人均公共綠化面積是指研究區公共綠化面積與人口總數的比值大小。在國情數據中地表覆蓋LCA層中，主要包括的分別是專項采集人工綠化0360、0420，該指標是由前兩者的總面積除以人口總數得到。

(3) 單位面積污染處理廠數是指標中所指的污染處理廠包括與土地利用生態價值正相關的污水處理廠、垃圾回收站等。該指標可從國情數據BUCP(城鎮綜合功能單元)圖層中查找處理廠個數并除以總面積得到，可直觀反映提倡生態保護所起到的對合理土地利用方式的推動作用。

(4) 水域面積占比是指從研究區國情數據中的地表覆蓋LCA圖層中查找CC碼為1001要素的總面積除以研究區總面積的比例大小。

2.5 鳳臺縣土地利用社會價值指標

土地利用社會價值指標主要是指土地利用方式下因人類社會活動在土地上所能產生的價值指標[13]。

(1) 人均道路面積：是指道路總面積除以人口總數，道路面積篩選研究區國情數據地表覆蓋LCA圖層中0600要素總面積。

(2) 人均住宅面積：住宅面積是指研究區國情數據地表覆蓋LCA圖層中0500要素的面積總和，再將住宅總面積除以人口總數，即可得到此項指標值。

(3) 建設用地面積占比：建設用地面積可從研究區地理國情地表覆蓋LCA圖層中提取0500、0600、0700、0800要素總面積，該指標是指建設用地總面積與研究區總面積的比值大小。

(4) 單位面積公共設施數量：該指標通過從國情數據BUCP(城鎮綜合功能單元)圖層中篩選學校、政府部門、醫院等公共機構數量，再除以土地總面積獲得。此指標反映的是研究區土地投入于公共服務方面的力度，也可說是反映土地在所帶來的社會公共利益大小。

3 鳳臺縣土地利用價值綜合評價模型

在確定指標層的所有各項指標組成之后，再對各項指標進行綜合量化。量化過程主要是對指標層的各指標值進行無量綱化處理，這樣可簡化計算，并采用層次分析法與德爾菲法相結合的方法對指標層、準則層的各項指標賦相應的權重大小，最后通過綜合評價加權函數公式模型，計算得出最終的各準則層的土地利用各價值的復合數值。

3.1 指標值量化

在土地利用價值綜合評價指標層的16個指標中，存在兩種情況：一是指標值越大土地利用價值就越高的指標；二是指標值越大土地利用價值就越低的指標。為了使各項指標之間存在更好的可比性，以達到土地利用價值綜合評價的目的，本文將安徽省區域的平均水平數據作為目標值，通過相關計算，最終為16個指標中的每一指標都確定了一個標準值。通過將各項指標的實際值與該指標的標準值的比值來進行量化計算，最終獲得此指標量化值(見表3)。

ci=(xi/yi)×100(值越大土地利用價值越高)

ci=(yi/xi)×100(值越大土地利用價值越低)

式中，ci為指標層中第i個指標的量化指標值；xi為指標層中第i個指標的實際值；yi為指標層中第i個指標的標準值。

由上述公式可知，最終得到的指標量化值大于100，則說明研究區的該項指標值高于安徽省平均水平；指標量化值低于100，則表示該項指標值低于安徽省平均水平。

3.2 指標權重的確定

土地利用價值綜合評價模型構建中的關鍵環節就是確定各指標權重，本文運用了層次分析法和德爾菲法相結合的方法。層次分析法主要是由一些網絡專家進行各指標打分，再根據各指標的重要性程度來獲得權重值，再結合相關專業的專家評估結果進行分析整理，即可確定各指標最終的權重值[14]見表3。

表3 鳳臺縣2015年土地利用價值評價指標值及權重

3.3 土地利用價值綜合評價模型的建立

在量化指標層的各指標值，并加以確定各指標權重后，最后得出目標層的綜合評價加權函數模型公式[15-16]。土地利用價值綜合水平的計算公式為

(5)

式中，P為土地利用價值綜合評價指數；ci為指標層中第i個指標的量化指標值；ai為指標層中第i個指標的總權重。

通過上述公式計算可以獲得鳳臺縣的土地利用價值綜合評價指數，見表4。

表4 鳳臺縣2015年土地利用價值綜合評價指數

4 鳳臺縣土地利用價值綜合評價

4.1 鳳臺縣土地利用價值分析

鳳臺縣位于安徽省淮南市轄縣，縣域呈東南、西北斜形，南北長50 km，東西寬約42 km，面積約1100 km2，其中，耕地面積約46 km2，總人口約為73萬。根據表3數據分析，指標層的各指標量化值是由標層的實際值與其標準值的比值再乘以100獲得，因此各量化值越接近100，則表示該項指標價值水平與安徽省的平均水平越接近，也即若某種指標量化值小于100就標志研究區土地利用某一方面的價值水平可觀；若某種指標量化值大于100就標志研究區土地利用某一方面的價值水平有待提升。由表中土地利用經濟價值指標層的各量化值可知，鳳臺縣的土地利用經濟價值水平基本上比安徽省的平均水平高，其中二三產業的產值水平略低于安徽省的平均水平，由于近年來,鳳臺縣側重于治理環境污染，大大減少了工廠數量，因此工業產值不高。根據國情數據可知鳳臺縣景觀斑塊較小且分散，并由表中指標層的各景觀指標量化值得出，其土地利用景觀價值水平較安徽省平均水平普遍偏低。鳳臺縣土地利用生態價值指標層中的水域面積占比超過安徽省平均水平較多，但是林業覆蓋率略低于安徽省平均水平，其中的人均公共綠化面積和單位面積污染處理廠數均近似于安徽省平均水平。鳳臺縣土地利用社會價值指標層中的建設用地面積占比相對較高于安徽省平均水平，其他各指標均低于安徽省平均水平。綜合分析研究區土地利用各價值特點，以安徽省平均水平為基準，表明鳳臺縣的經濟發展水平相對較高，但是整體綜合水平有待提高。

4.2 鳳臺縣土地利用價值綜合評價分析

單一指標往往不具有說服力和代表性，因而單一的指標值大小不能客觀地反映研究區的土地利用價值綜合水平。通過對鳳臺縣2015年土地利用價值綜合評價指數表(見表4)進行分析，得出2015年鳳臺縣的土地利用的經濟價值和生態價值均明顯超出安徽省平均水平，土地利用的社會價值和景觀價值在安徽省平均水平之下；而研究區土地利用的整體綜合價值稍低于安徽省平均水平。由此可以看出鳳臺縣屬于一個經濟、生態、景觀、社會等各方面綜合水平居中的地區，鳳臺縣既不是風景旅游勝地，同時二三產業水平中等，生態環境一般，再加上任何地區發展都始終堅持經濟效益、社會效益和生態效益相結合的原則，因此，對于鳳臺縣來說，在保持現有生態環境水平的前提下，如何節約集約并高效的利用土地，實現統籌兼顧目標，最終推動鳳臺縣經濟發展和社會進步是未來幾年需解決的難題。

5 結 語

地理國情普查包含地表覆蓋普查和地理國情要素普查兩大板塊。其中，地表覆蓋主要是調查勾繪出土地利用地塊的分類，直觀地反映出所有土地的使用情況。利用不同年份間作出的地表覆蓋數據，反映出階段性土地利用類型間的轉移情況，如水域轉移成砂石，建筑用地施工情況，荒裸地表植樹造林等，通過地表覆蓋進行實時監測。而地理國情要素則表現為要素多且復雜，它幾乎涵蓋了人類建造的功能性建筑的調查。如小區、道路、醫院、學校、機構單位等。從某些層面來說地表覆蓋反映了國家的硬實力，從地類面積上反映出農業、工業、林業、畜牧業各產業的投入情況，而地理國情要素則表現出國家軟實力的部分，國家綜合實力的表現不僅僅只有經濟，地理國情調查的要素可以量化出文化、教育、醫療、運輸、環境綠化等情況。通過地理國情監測不僅可以得到每個地區的年份間變化，更能比較不同區域間的發達程度，以此為依據才能真正意義上實施先富帶動后富，針對文化、教育、醫療、運輸、環境綠化各項指標值過低的地區進行改造，如教育機構在城市已經十分普及，但是在一些偏遠的農村教育資源相對匱乏。結合地理國情數據的交通數據運用GIS軟件對學校機構進行緩沖分析，篩選出教育基地不足的地區，為政府決策者區域規劃和教育資源合理分配提供直接的科學數據。