基于CW-GRAP模型的隨州市土地整治綜合效益評價

張雪松, 張茂茂, 王全喜, 李德壽, 何 炬, 侯 瑞

(1.華中師范大學 地理過程分析與模擬湖北省重點實驗室， 武漢 430079；2.華中師范大學 城市與環境科學學院,武漢 430079; 3.甘肅農業大學 管理學院, 蘭州 730070; 4.長安大學 地球科學與資源學院, 西安 710054)

土地整治規劃是在土地利用總體規劃指導下，對未來土地整治活動的安排和協調[1]。“鄉村振興戰略”在黨的十九大報告被明確提出，通過土地整治盤活的有效土地資源是實施“鄉村振興戰略”的重要保障[2]，再配置中形成的土地資源更是促進城鄉融合的關鍵要素[3]。因此，土地整治不僅僅是增加有效耕地面積、改善耕地質量、提高農民生產生活條件，促進城鄉統籌發展、建設美麗宜居鄉村的重要手段[4-5]，也是促進城鄉融合、實施鄉村振興戰略以及加快推進精準扶貧、精準脫貧的重要平臺[6]。土地整治綜合效益評價是土地整治規劃理論和實踐研究的一項重要內容，對調整優化建設用地結構布局，推進區域協調發展，劃定并嚴守生態保護紅線，構建強大生態安全屏障，促進人與自然的和諧共生，具有重要的現實意義[7-8]。近年來，眾多專家學者對土地整治綜合效益評價進行了深入的研究[9-10]，一般認為構建合理科學的土地整治綜合效益評價體系應該從經濟、社會和生態3個方面來選取評價指標，但效益評價的方法各有不同。如樊敏等[11]利用云模型評價法，分析了湖北省谷城縣廟灘鎮土地整治生態評價因子的特征值。胡學東等[12]將貝葉斯概率模型引入到土地整治效益評價中，對我國鄂西北地區農用地整治的適宜性進行了綜合評價。鄧勝華[13]通過構建土地整效益評價指標體系，并利用AHP-FCE綜合評價模型，以石碑坪鎮土地整治項目為例，對其社會和生態效益展開了研究。羅文斌等[14]結合物元分析法引入物元評價模型，對永康市石柱鎮土地整治效益進行了分析和評價。這些研究方法一定程度上都能較客觀的反映一個地區的土地整治綜合效益，但評價過程相對繁瑣、復雜。其中，傳統的主觀AHP法和單純的客觀熵值法都很難準確判斷指標的理想權重，評價結果具有較強的主觀性。相關研究表明組合賦權法(Combined Weights，CW)[15]，能有效地避免單一賦權方法帶來的偏向性，從而有效提高評價結果的準確性和科學性。灰色關聯分析法(Grey Relation Analytic Process，GRAP )[16-17]利用已知信息來推測和確定系統的未知信息，在處理模糊的貧信息方面具有很強的靈活性，不僅是優勢分析的基礎，更是進行科學決策的重要依據。鑒于此，本研究將兩種方法相結合，采用CW-GRAP模型對隨州市土地整治綜合效益進行分析和評價。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

隨州市是湖北省最年輕的地級市，于2000年6月25日被國務院批準設立為地級市，位于湖北省北部地區，處在長江流域和淮河流域的交匯地帶，全境跨東經112°43′—114°07′，北緯31°19′—32°26′，北接桐柏山、東靠大別山、西南鄰大洪山，區域內地形復雜多樣，地勢起伏較大。北部和西南部以低山丘陵為主，地勢較高，中部和東南部以沖積平原為主，兼有山地地形。全市國土面積961 386.17 hm2，其中，耕地面積253 418.24 hm2，內部構成以水田為主，耕地面積占土地總面積的26.36%。“十二五”期間，隨州全市土地整治總規模73 100 hm2，補充耕地面積3 700 hm2，重點建設項目82個。其中，農用地整治規模70 000 hm2(包含高標準基本農田整治規模64 453 hm2)，可補充耕地面積1 940 hm2；農村建設用地整治規模2 100 hm2；土地復墾規模300 hm2；宜耕后備土地資源開發規模700 hm2，可補充耕地500 hm2。

從各縣(市、區)土地整治項目分布來看，“十二五”期間隨縣土地整治總規模31 599.60 hm2，補充耕地面積2 190.93 hm2，重點建設項目35個；其中，農用地整治規模30 304 hm2，補充耕地面積1 846.87 hm2，重點項目區主要集中在北部的萬和鎮，西部的唐縣鎮和萬福店街道辦事處，西南部洪山鎮以及東部的厲山鎮、尚市鎮等5個鄉鎮；農村建設用地整治規模958 hm2，補充耕地面積128.66 hm2，重點項目區主要集中在西部的唐縣鎮、萬福店街道辦事處和西南部的洪山鎮；土地復墾整治規模90.60 hm2，補充耕地面積38.97 hm2，重點項目區主要集中在東北部的淮河鎮，東部的尚市鎮，西南部的環潭鎮、唐縣鎮以及西部的洪山鎮；宜耕后備土地資源開發整治規模247 hm2，補充耕地面積176.43 hm2，重點項目區主要集中在東部的厲山鎮和北部的萬和鎮。廣水市土地整治總規模22 883.40 hm2，補充耕地面積932.65 hm2，重點建設項目29個；其中，農用地整治規模21 696 hm2，補充耕地面積525.66 hm2，重點項目區主要集中在東部的蔡河鎮和武勝關鎮，東南部的李店鄉、楊寨鎮等5個鄉鎮，中部的關廟鎮和十里街道辦事處；農村建設用地整治規模704 hm2，補充耕地面積87.19 hm2，重點項目區主要集中北部的吳店鎮，西部的余店鎮、馬坪鎮以及東部武勝關鎮的局部地區；土地復墾整治規模91.40 hm2，補充耕地面積39.80 hm2，重點項目區主要集中在北部的蔡河鎮，中部的廣水街道辦事處和南部的太平鄉；宜耕后備土地資源開發整治規模392 hm2，補充耕地面積280 hm2，重點項目區主要集中在南部的陳巷鎮和東部的武勝關鎮。曾都區土地整治總規模18 617 hm2，補充耕地面積576.37 hm2，重點建設項目18個；其中，農用地整治規模18 000 hm2，補充耕地面積401.22 hm2，重點項目區主要集中在東部的淅河鎮，南部的府河鎮；農村建設用地整治規模438 hm2，補充耕地面積84.61 hm2，重點項目區主要集中在西南部的何店鎮，南部的府河鎮局部地區，西部的南郊街道辦事處、北郊街道辦事處；土地復墾整治規模118 hm2，補充耕地面積46.97 hm2重點項目區主要集中在在西南部的何店鎮、洛陽鎮；宜耕后備土地資源開發整治規模61 hm2，補充耕地面積43.57 hm2，重點項目區主要集中在東部的淅河鎮。

1.2 數據來源

研究數據主要來源于《隨州市“十二五”土地整治成果匯編》以及各縣市土地整治辦公室提供的土地整治項目數據庫、文本、臺賬和相關圖件。評價指標基礎數據均來自2010—2016年的《隨州市統計年鑒》，土地整治效益數據來源于土地整治竣工驗收報告和工程完工后的農業、環境、旅游等相關年報資料。

1.3 研究方法

1.3.1 隨州市土地整治綜合效益評價指標體系的建立 土地整治綜合效益評價指標體系的構建應該遵循系統性、科學性、相對穩定性和可操作性原則[18]，它是客觀對土地整治進行效益評價的關鍵要素，并能為今后土地整治規劃的發展方向提供重要參考依據[19]。王萬茂等[20]認為土地整治的效益評價應該以單向效益(社會效益、生態效益、經濟效益)和綜合效益兩大方面為主要研究對象。嚴金明，范金梅，張正峰，熊廣成，陳超等[21-25]也認為土地整治效益的評價研究應該圍繞其經濟效益、社會效益和生態效益3個方面展開。一般認為，土地整治的經濟效益是指在進行土地整治活動時，在市場交換中取得的所有收益，主要表現在有效耕地增加、質量提高、土地生產率提高、投資收益增加、生產成本降低等方面。社會效益是指土地整治活動完成后，在宏觀的社會系統中所產生的社會效應，主要體現在新增耕地的產值、可供養人口數量、單位面積耕地產能的提高，對居民生產生活條件的改善等方面，是衡量區域內社會可持續發展的主要指標。生態效益是指土地整治活動進行過程中和完成后對區域的自然生態系統的結構的改變和生態環境的影響，具體表現在植被覆蓋率和森林覆概率的增加、土壤肥力的提升、生物多樣性水平的穩定和提高等方面。參考已有研究成果，結合隨州市社會經濟發展實際，本研究從經濟效益、社會效益和生態效益3個方面著手，構建包含14個評價指標在內的土地整治綜合效益評價指標體系，見表1。

表1 土地整治綜合效益評價指標體系

注：*整治后生物豐度指數C14中各類土地利用類型面積的權重標準參考國家環保總局頒布的《生態環境狀況評價技術規范(試行)》(HJ/T192—2006)。

1.3.2 主觀AHP法 20世紀70年代，美國運籌學家A.L.Saaty 提出層次分析法(AHP)[26]，根據系統決策目標將評價指標層次化，實際評價中以專家對指標的相對重要性進行兩兩比較的結果作為權重確定的根據，具體步驟如下：

(1) 把建立的判斷矩陣進行標準化處理，并將其算術平均值作為近似的權重向量，即：

(1)

式中：ωj為所求指標權重；aij為指標i與指標j相比較的重要程度。

(2) 計算出兩判斷矩陣的最大特征值λmax，即：

(2)

(3)通過CR檢驗判斷矩陣的滿意一致性，直到CR<0.1，即：

(3)

1.3.3 客觀熵權法 1850年，德國物理學家魯道夫·克勞修斯提出熵的概念[27]。熵值能有效判斷事件的隨機性和均勻程度，如果指標的離散程度越大，熵值越小，則該指標對綜合評價的影響(權重)越大，反之，則越小。計算公式如下：

(1) 計算第j項指標i樣本占該指標的比重pij，其中xij為指標值。

(4)

(2)確定各指標熵值ej。

(5)

(3) 確定各指標權重hj。

(6)

1.3.4 組合賦權法(CW) 本研究通過引入拉格朗日和歐氏距離函數[28-29]，建立差異程度關系方程，并保證主、客觀權重與其相對應的偏好程度間的差異程度的一致性，計算組合權重，具體公式如下：

(7)

(8)

Zj=αωj+βhj

(9)

式中：ωj表示主觀AHP法確定的權重；hj表示客觀熵權確定的權重；Zj表示最終的組合權重；α，β分別表示主客觀偏好程度系數。

1.3.5 灰色關聯評價

(1) 確定土地整治綜合效益評價的參考數據列和比較數列。依據灰色關聯分析理論[30]，將隨州市的隨縣、廣水市和曾都區作為灰色關聯模型的比較數列，并分別以Xi(i=1，2，3)來表示。選取評價指標的最佳值作為灰色關聯評價模型的參考數列，并以X0來表示。因此，可構建土地整治綜合效益評價矩陣，見表2。

表2 土地整治綜合效益評價矩陣

(2) 無量綱化處理指標數據

(10)

(3) 計算關聯度

(11)

(12)

(4) 計算土地整治綜合效益的加權關聯度

計算經濟、社會和生態三方面單項效益的加權關聯度Ri，即：

(13)

計算綜合效益的關聯度Ro，本研究采用各準則層的經濟、社會和生態單項效益的加權關聯度組成的關聯度矩陣(Ti)與其對應權重(Wo)進行復合運算，即：

Ro=Wo×Ti

(14)

2 結果與分析

2.1 權重的確定

運用式中：(1—6) 可計算出主觀AHP權重(ωj)和客觀熵權權重(hj)，見表3；再結合文中1.3.4介紹的組合賦權法(CW)公式(7)和(8)，分別計算出準則層和指標層的主客觀偏好程度系數α1=0.621 8，β1=0.0.378 2和α2=0.404 1，β2=0.595 9；最后運用公式(9)可以計算各層次指標的組合權重Zj，見表3。

表3 土地整治綜合效益評價指標組合權重

2.2 指標數據的無量綱化處理

根據式中：對隨州市土地整治綜合效益評價矩陣進行無量綱化處理，結果見表4。

表4 土地整治綜合效益評價矩陣無量綱化處理結果

2.3 灰色關聯度計算

計算出隨州市土地整治綜合效益評價中比較數列與參考數列點的關聯度的系數矩陣，結果見表5。

表5 土地整治綜合效益評價指標關聯系數

2.4 計算土地整治效益的關聯度

(1) 經濟、社會和生態效益的關聯度計算。由表3可知，隨州市土地整治效益評價指標體系中指標層A(經濟效益)、B(社會效益)和C(生態效益)的組合權重分別為Wa=(0.060 8，0.060 9，0.058 6，0.060 6，0.048 8，0.059 3)，Wb=(0.062 3，0.093 4，0.069 7，0.095 0)，Wc=(0.085 0，0.075 6，0.084 6，0.084 1)。根據式(12)，令E1是關聯系數矩陣表5中ξi(A11)，ξi(A12)，ξi(A13)，ξi(A14)，ξi(A15)，ξi(A16)六項指標的關聯系數，E2是關聯系數矩陣表ξi(B11)，ξi(B12)，ξi(B13)，ξi(B14)四項指標的關聯系數，E3是關聯系數矩陣表ξi(C11)，ξi(C12)，ξi(C13)，ξi(C14)四項指標的關聯系數。根據式(13)可計算出隨縣土地整治單項經濟、社會和生態效益的關聯度R1a、R1b和R1c，即：

經濟效益關聯度：R1a=Wa×E1=0.3009，

社會效益關聯度：R1b=Wb×E2=0.2763，

生態效益關聯度：R1c=Wc×E3=0.2561。

同理，可計算出廣水市和曾都區土地整治單項效益的關聯度，其中R2a，R2b，R2c和R3a，R3b，R3c分別表示兩地區土地整治單項經濟、社會和生態效益的關聯度，即：

R2a=0.289 4，R2b=0.253 1，R2c=0.2492

R3a=0.270 0，R3a=0.248 4，R3a=0.2694

(2) 綜合效益的關聯度計算。分別計算出隨縣、廣水市和曾都區土地整治綜合效益的關聯度R1、R2和R3，即：

隨縣綜合效益關聯度：

同理可知，廣水市土地整治綜合效益的關聯度：R2=0.266 6，曾都區土地整治綜合效益的關聯度：R3=0.261 8。

總體而言，隨州市通過順利開展土地整治活動，綜合效益得到顯著提高。經濟效益方面，隨州市耕地數量得到有效補充，新增耕地率基本保持在3%～5%；農業自然生產力得到很大提高，糧食單產增加率平均值為2.408%，新增耕地年產平均值為3.076萬元/hm2；農業生產條件得到很大改善，產能提高率達10.682%，每萬元投資新增耕地面積0.014 hm2，靜態投資收益率平均值達到10.052%，土地整治經濟效益明顯提高。社會效益方面，土地整治完成后，耕地生產能力明顯提高，農業生產環境得到改善，人均新增耕地年產值達93.43元，每萬元投資新增耕地可供養人數為0.155人，每萬元投資可增加就業人數為0.139人，居民滿意度達到76.058%，實現了隨州市土地整治社會效益的預期目標。生態效益方面，通過開展土地整治的生物工程措施，有效地保持了水土，降低了水土流失程度，優化了土壤結構，改善了生態環境，很大程度上減輕了自然災害對農業生產的危害。評價指標中隨州市土地墾殖增加率為0.964%，整治后生物豐度指數為16.442，林草覆蓋增加率-0.42%，綠色植被覆蓋增加率-0.982%，林草覆蓋增加率和綠色植被覆蓋增加率兩項指標均出現負值，說明了在土地整治過程中生態環境的保護和修復力度不夠，工程建設中存在一定程度的生態破壞。

由效益關聯度結果可知，隨縣、廣水市和曾都區土地整治經濟效益關聯度分別為0.300 9，0.289 4，0.270 0，經濟效益從高到低排序為：隨縣>廣水市>曾都區。主要是因為土地整治實施完成后，隨縣新增耕地率達到5.761%、新增耕地年產值達到4.86萬元/hm2和靜態投資收益率為12.673%，明顯高于其他兩個地區。社會效益關聯度分別為0.276 3，0.253 1，0.248 4，社會效益從高到低排序為：廣水市>曾都區>隨縣。究其原因，不難發現土地整治工程建設完成后，廣水市人均新增耕地年產值達123.70元，每萬元投資增加就業人數為0.215人，土地整治居民滿意度高達82.667%，這三項指標均高于隨縣和曾都區，社會效益顯著提高。生態效益關聯度分別為0.256 1，0.249 2，0.269 4，生態效益從高到低排序為：曾都區>隨縣>廣水市。主要是因為曾都區在整治過程中格外注重對景觀生態保護和修復，同時由于該區大部分范圍為主城區，“十二五”期間隨州市開展了“綠滿隨州”活動，取得了較好的生態修護效果，土地墾殖增加率達到2.142%，高于隨縣和廣水市；林草覆蓋增加率出現負值為-0.150%，但仍高于其他兩個地區。

從土地整治綜合效益的關聯度來看，隨縣、廣水市和曾都區的綜合效益關聯度依次為0.281 4，0.266 6，0.261 8，綜合效益從高到低排序為：隨縣>廣水市>曾都區。根據以上結果，不難發現隨縣和廣水市的土地整治綜合效益均高于曾都區，可能是因為隨縣較大范圍內為低丘崗地，宜耕后備土地資源豐富，改善潛力大，土地整治效果更明顯；廣水市和隨縣的土地整治綜合效益相差不大，隨縣的土地整治綜合效益要略高于廣水市，可能是因為隨縣的土地整治規模遠大于廣水市，但廣水市大部分地區地形以丘陵和平原為主，地勢低平開闊，而隨縣大部分區域地處桐柏山南麓、大別山西端、大洪山東北部，地形主要以山地為主，兼有部分沖積平原，地勢起伏相對較大，土地整治工程量大且相對復雜，建設工程中投資更大，因此，隨縣土地整治綜合效益相較于廣水市優勢并不明顯；而曾都區主要位于隨州市主城區，主要以城鄉建設用地為主，整治項目規模相對較小，土地整治潛力偏小，綜合效益相對滯后。

3 討論與結論

3.1 討 論

CW-GRAP模型一定程度上能夠客觀準確的評價土地整治綜合效益，并能有效的實現研究區土地整治效益的高低排序，能為鄂西北地區土地整治活動的開展提供參考和借鑒，進而促進鄂西北地區城鄉融合的發展與鄉村振興戰略的實施。研究表明區域內土地整治工作的開展，應該遵循“因地制宜，生態先行”的原則，整治過程中要深入挖掘區域自然稟賦和獨特的社會經濟條件，促進土地整治經濟、社會和生態效益的協調發展，實現綜合效益的最大化。

當然，筆者希望通過采用CW-GRAP模型，結合典型的案例對土地整治綜合效益進行客觀、科學的分析和評價，但其中仍存在部分問題有待深入研究和探討。首先，隨州市的3個縣(市、區)土地資源自然稟賦和社會經濟條件仍存在較大差異，而CW-GRAP模型只能對一定范圍內的土地整治進行相對效益的排序和評價，并不能完全的反映土地整治各個評價指標的絕對效益，因此研究結果與實際情況會有所偏差。此外，在構建土地整治綜合效益評價指標體系的過程中，評價指標的選取中仍具一定的主觀性，尤其是土地整治生態效益指標的選取，可能存在因缺乏生態負效益的相關數據，而導致高估土地整治綜合效益的問題。因此，在后期的研究中，在建立和探索一套更適合于鄂西北地區土地整治綜合效益評價的指標體系和評價方法方面，有待作進一步的研究和完善。

3.2 結 論

(1) 采用組合賦權法確定指標權重，很大程度上提高了指標權重合理性和準確性，并結合灰色關聯分析法，構建的CW-GRAP模型具有較強的數學基礎和較嚴謹的推理運算過程，土地整治效益評價結果具有一定的客觀性、科學性，能夠為鄂西北地區土地整治綜合效益的評價提供參考與借鑒。

(2) 單項效益來看，經濟效益方面隨縣>廣水市>曾都區，社會效益方面廣水市>曾都區>隨縣，生態效益方面曾都區>隨縣>廣水市，而綜合效益方面隨縣>廣水市>曾都區。說明土地整治綜合效益評價指標體系具一定的有系統性和復雜性，三大效益之間是一個相互聯系的有機整體，單項效益的高低并不能決定其綜合效益的大小，同一評價指標可能會對不同的效益方面產生較大的影響，這也體現出綜合效益評價體系的復雜性。

(3) 整體來看，隨州市土地整治的經濟效益>社會效益>生態效益；單個縣(市、區)的效益來看，除了曾都區的生態效益略高于社會效益外，其他兩地生態效益均滯后與經濟和社會效益。說明土地整治中仍然存在單純重視經濟和社會效益的情況，工程施工過程中可能對生態環境的保護和修復工作還很欠缺，甚至傳統的土地整治工程對生態環境還產生了一定的負面影響。