基于熵權TOPSIS模型的江西省土地利用多功能及其障礙因素動態分析

肖麗群a， 鄧群釗， 林永欽， 毛燕玲， 劉建生

(1.南昌大學 管理學院， 江西 南昌 330031； 2.北卡羅萊納大學 教堂山分校城市與區域規劃系 中國城市研究中心， 美國， 教堂山， 27599； 3.南昌大學 江西發展升級推進長江經濟帶建設協同創新中心， 江西 南昌 330031； 4.南昌大學 公共管理學院， 江西 南昌 330031)

土地是人類生存與發展的重要載體，在使用過程中為人類提供各方面的產品和服務，體現著土地利用的多功能性。開展土地利用多功能性研究，有利于衡量和評價土地利用對人類福祉的影響[1]，有助于促進國民經濟、社會和生態環境各方面協調發展[2]。多功能性的研究始于農業方面，2001年經濟合作與發展組織(OECD)首次對農業土地多功能性概念進行了概括[3]，之后土地利用多功能性研究成為國內外學術界關注的熱點。國外學術界對多功能性研究已從農業方面[4-5]，逐漸擴展到生態系統[6]、景觀[7]等領域，研究方法也已從定性分析發展到定量研究。2016年以來，土地利用遠程耦合、協同與權衡研究逐漸成為國際可持續研究前沿[8]。國內學術界對土地利用多功能性研究還處于初步發展階段，研究內容涉及土地利用多功能性識別與分類[9-12]、多功能性評價指標體系構建[13-17]、評價方法[18-20]等，取得了豐碩成果。開展土地利用多功能性研究的目的除了測度土地利用功能水平，更重要的是要衡量土地利用各功能發展的協調性，識別影響土地利用功能的障礙因素，進而制定相關政策，調整土地利用行為，促進經濟、社會和生態環境協調發展。由于中國對土地利用多功能性研究起步相對較晚，在土地利用多功能性的動態變化特征、各功能之間的協調性、障礙因素診斷等方面的研究還有待完善。

基于此，本文通過構建經濟、社會、生態三維指標體系，運用熵權TOPSIS模型測度江西省土地利用多功能性，并引入功能變化動態度公式測度不同時期土地利用功能的相對變化程度，分析土地利用多功能動態變化特征，衡量土地利用多功能協調性，厘清土地利用多功能障礙因素，以期為推進江西省綠色崛起提供土地利用決策支持，同時也為其它省市的土地利用決策提供借鑒。

1 研究區域及數據來源

1.1 研究區概況

江西省地處中國承東啟西、連南通北的戰略位置，介于113°34′—118°28′E，24°29′—30°04′N之間，是長江經濟帶重要組成部分。土地面積1.67×105km2，占全國土地面積的1.73%。地形三面環山，地貌以山地和丘陵為主，全境山地丘陵占總面積的78%。江西省是全國產糧大省，但是由于歷史原因，經濟基礎比較薄弱，經濟社會發展水平較落后。2004年國家提出中部地區崛起戰略，江西作為中部地區6個省份之一，開始了崛起之路。2009，2012年和2014年國務院先后批復和下發了《鄱陽湖生態經濟區規劃》《國務院關于支持贛南等原中央蘇區振興發展的若干意見》《江西省生態文明先行示范區建設實施方案》，江西省成為中國首批全境列入生態文明先行示范區建設的省份之一。作為典型的中部地區經濟欠發達省份，江西省在這三大國家戰略實施下，加快轉變經濟發展方式，調整產業結構，努力推動經濟社會發展與生態環境保護共贏，打造生態文明建設的“江西模式”。近年來，江西省經濟社會運行穩中有進，生態文明建設成效顯著，但在如何進一步發揮土地利用功能，促進經濟、社會與生態環境協調發展等問題上還需要加強關注。

1.2 數據來源與處理

本文研究涉及經濟、人口、土地、糧食、就業、交通、資源和環境等數據。相關的指標數據主要來源于2005—2018年的《中國統計年鑒》、《江西省農業統計年鑒》、《江西統計年鑒》、江西省國民經濟和社會發展統計公報以及統計局網站。本文利用極值標準化方法對原始數據進行處理，使不同量綱的數據之間具有可比性。

正向指標標準化公式：

(1)

負向指標標準化公式：

(2)

式中：xij，xij′為第j年第i個指標的原始值和無量綱化值； maxj，minj為第i個指標最大值和最小值。

2 研究方法

2.1 土地利用多功能類型與指標體系構建

土地利用多功能是指不同的土地利用方式所提供的產品和服務。土地利用多功能性評價則是出于可持續利用目的，衡量土地利用給人類提供的商品、服務以及滿足人類各方面需求的程度。目前中國還未對土地利用各功能進行統一分類。有學者將土地利用功能分為生產、生態、生活[12]或社會、經濟、環境[6]三大功能，也有學者認為文化功能也是土地利用的重要功能之一，土地利用功能分為經濟、環境、社會、文化四大功能[19]。此外，陳影等[21]在研究縣域耕地、園地等微觀尺度土地利用時進一步擴展了功能構成，將土地利用功能分為原材料供應功能、生物性生產功能、景觀文化遺產功能、生態、承載和交通功能等。本文借鑒已有研究成果，遵循“人口、資源、環境相均衡，經濟、社會、生態功能相統一”的原則，結合江西省土地利用可持續發展要求，從宏觀層面將土地利用功能劃分為經濟、社會、生態三大功能，在此基礎上構建包括經濟密度、人均GDP、產業結構、城鎮登記失業率等18個指標的評價指標體系(見表1)，分析2004—2017年江西省土地利用多功能變化特征及障礙因素。

表1 土地利用功能分類及指標體系

土地利用經濟功能是指土地多樣化利用過程中保持農業物質生產、經濟發展和交通基礎設施供給的功能。本文選取人均糧食產量(N4)、糧食單產(N5)表征土地的農業物質生產功能，選取經濟密度(N1)、人均GDP(N2)、產業結構(N3)和綜合恩格爾系數(N7)表征土地經濟活動產出的功能，選取交通用地密度(N6)表征土地提供交通基礎設施服務的功能。土地利用社會功能是指土地利用系統提供空間承載、就業支持、休閑娛樂、社會保障等關系人類福祉和社會發展的基本功能。本文選取城鎮居民人均住房建筑面積(N9)、人口密度(N1)表征土地為人類提供棲息居住的空間承載功能，選取城鎮登記失業率(N8)表征土地的就業支持功能，選取城鎮人均公園綠地面積(N13)、人均城市道路面積(N10)表征土地休閑娛樂功能，選取城鄉居民收入平衡指數(N11)表征土地社會保障功能。土地利用生態功能是指土地利用系統在物質和能量遷移、轉化過程中，為人類生存、生產和可持續發展提供的一系列自然條件和效用，具體包括資源供給功能、生態維持功能和環境凈化功能等。本文結合江西省實際情況，并考慮到數據的可獲得性，選取人均水資源(N15)、自然保護區面積比例(N17)表征土地資源供給功能，選取森林覆蓋率(N14)、水土流失綜合治理面積(N18)表征土地維持生態系統平衡功能，選取廢水排放強度(N16)表征土地環境凈化功能。土地利用經濟功能、社會功能、生態功能交織在一起，使土地利用系統呈現出多功能性。

2.2 土地利用多功能性評價方法

(1) 確定指標權重。本文采用熵值法確定指標權重。熵值法是一種根據指標值的變異程度來確定指標權重的客觀評價方法。該方法可以有效反映數據中隱含的信息，能夠達到全面反映各類信息的目的[22]。具體計算步驟為：

①計算指標的信息熵值ej：

(3)

②利用信息熵ej計算熵權：

(4)

(2) 構建評價模型。TOPSIS(technique for order preference by similarity to ideal solution)模型，是一項系統工程中有限方案多目標決策分析技術，為優劣解距離評價法[23]。該模型具有能夠充分利用原始數據、測算過程中數據損失量較小、不受參考序列選擇干擾、幾何意義直觀等優點。具體實施步驟如下：

①基于熵值法得到的熵權，構建加權的決策矩陣：

(5)

②確定正、負理想解。令z+為正理想解，z-為負理想解：

z+={maxzij│i=1,2,…,m}

z-={minzij│i=1,2,…,m}

(6)

③計算距離。令D+為評價指標到正理想解的距離，D-為評價指標到負理想解的距離：

(7)

④測算各指標與正理想解的貼近度C。

(8)

式中：C的取值介于0至1 之間，其值越大，表示土地利用多功能性越接近正理想解，土地利用多功能性評價越高；反之，則表示土地利用多功能性評價越劣。本文根據國內目前的研究結果[24-25]，將C劃分為 4個等級，用以表示土地利用多功能性的優劣狀態(見表2)。

表2 土地利用多功能性評判標準

2.3 土地利用功能變化動態度及協調性測算

引入功能變化動態度(d)測度不同時期土地利用功能的相對變化程度。計算公式為：

d=(ft+1-ft)/ft×100%

(9)

式中：d為功能變化動態度；ft+1，ft為t+1和t時期的功能值。

引入功能標準差(σ)測度土地利用功能值之間的差異，反映土地利用多功能協調性。計算公式為：

(10)

2.4 障礙度模型

為了識別出江西省土地利用多功能發揮的制約因素，以便更好地為制定相關土地利用決策提供依據，本文構建障礙度模型，系統分析各項指標的障礙因子。計算公式為：

(11)

3 結果與分析

3.1 土地利用功能變化特征

利用公式(1)—(8)，計算得到江西省2004—2017年土地利用經濟功能值、社會功能值、生態功能值和綜合功能值(見表3)。

表3 江西省土地利用多功能性評價結果(2004-2017)

再利用公式(9)—(10)，計算得到江西省2004—2017年土地利用功能動態變化度和功能標準差(見表4)。

表4 江西省土地利用多功能變化動態度和功能標準差

3.1.1 土地利用多功能總體變化特征及分析 土地利用功能總體呈現增長趨勢。研究期間江西省土地利用綜合功能呈現向上增長趨勢，綜合功能值由2004年的0.204 4提高到2017年的0.813 3，功能變化動態度達到297.90%。表明隨著城鎮化的推進和經濟水平的增長，江西省土地利用活動活躍，土地在社會經濟增長過程中發揮著重要的作用。但是，各單項功能變化程度不一致，對提升土地利用綜合功能作出的貢獻不同。土地利用生態功能變化最大，率先在2010年進入良好水平階段，對促使土地利用綜合功能快速提升發揮了巨大作用；社會功能緊隨其后，于2011年達到良好水平；而經濟功能比較落后，在2013年才進入良好水平階段。說明江西省生態文明建設取得重大進展，而經濟發展還需進一步加強。

土地利用多功能協調性呈現增強趨勢。表4顯示，2004，2009，2017年江西省土地利用功能標準差呈下降趨勢，依次為0.108 4，0.055 9，0.044 4，表明土地利用多功能協調性逐漸增強。2004年，土地利用各項功能水平都非常低，特別是土地利用生態功能值只有0.038 4，遠遠低于經濟功能和社會功能，土地利用各項功能處于低水平不協調發展狀態；2009年之后，土地利用生態功能逐漸趕上并超過經濟功能和社會功能，土地利用各項功能達到中高水平協調狀態。說明江西省把綠色發展理念貫穿于經濟社會發展全過程，促進了經濟、社會與生態的協調發展。

土地利用多功能實現轉型。2009年之前，江西省土地利用功能總體水平低下，以經濟功能、社會功能為主導，生態功能水平較低；2009年之后，在“中部地區綠色崛起先行區”建設戰略指導下，江西省樹立綠色低碳發展理念，堅持走生態優先、綠色崛起發展之路，促使土地利用生態功能得到增強，土地利用功能逐漸從經濟社會型向生態社會型轉變。

3.1.2 單項土地利用功能值變化特征及分析

(1) 土地利用經濟功能。江西省土地利用經濟功能除了在2010年有輕微波動外，總體呈現上升發展趨勢，其發展變化具有明顯的階段性特征(如圖1 所示)。2004—2007年期間，土地利用經濟功能處于較差水平，其功能值都低于0.30，主要原因是該期間江西省經濟發展處于重要轉折階段，處在諸多難得戰略機遇期和多重矛盾疊加凸顯期，產業結構轉型困難，經濟增長緩慢。2008—2012年期間，土地利用經濟功能水平有所提高，達到一般水平，主要原因是該期間全省上下圍繞科學發展主題和全面轉型的主線，抓住國家促進中部崛起戰略機遇，加快轉變經濟發展方式，啟動了涉及公路、鐵路、機場等多個領域的基礎設施建設，帶動了旅游業、房地產業等一大批相關產業發展，促進了區域經濟增長。2013年后，隨著江西省城鎮化、工業化和農業現代化的推進，人均GDP和第三產業比重等指標不斷提高；公路里程快速增加，交通運輸條件得到較大改善，為經濟發展提供了良好的交通保障；作為傳統的糧食生產大省，農業生產向規模化、現代化發展，糧食單產量也進一步得到提高。2013—2017年期間土地利用經濟功能進一步發展到良好水平。整體而言，土地利用經濟功能有較大發展，由2004年的0.240 5提高到2017年的0.780 1，功能動態變化度達到224.37%。但是由于近代的江西工業起步較晚，經濟基礎薄弱，經濟發展相對落后，土地利用經濟功能水平不高，還有待進一步發展。

(2) 土地利用社會功能。研究期間，土地利用社會功能與經濟功能變化特征類似，在2007年之前社會功能都低于0.30，處于較差水平；之后，社會功能增長速度加快，先后分別于2011年和2015年進入良好水平和優秀水平階段(如圖1 所示)。城鄉居民的收入水平、居住條件、家園環境等不斷改善和優化，共同促使土地利用社會功能在2004—2017年期間呈現穩步上升趨勢，變化動態度為207.14%。2004年，全省城鄉居民生活水平低下，吃、住、行等需求只能得到基本滿足。隨著城鄉改革的深入，全省經濟總量不斷擴大，城鎮居民人均可支配收入和農民人均純收入持續增長，分別從2004年的7 560元和2 953元增加到2017年的31 198元和13 242元，土地社會保障功能得到加強；2008年9月全省啟動了“一大四小”造林綠化工程建設，城市人均公園綠地面積于2017年達到了14.5 m2，比2004年增長了一倍；受商品房改革和住房保障政策的影響，城鎮居民人均住房建筑面積也從2004年的25.56 m2增長到2017年的42.5 m2，土地的居住家園功能得到顯著改善。但土地的就業支撐功能不高，限制了土地利用社會功能的發揮。因此，新型城鎮化過程中還需加強關注居民就業問題，努力提升土地就業支撐功能。

(3) 土地利用生態功能。土地利用生態功能在研究期間上升最快，功能變化動態度高達2 021.61%，由2004年的0.038 4上升到2017年的0.814 7，并且在2016年時達到最高值0.939 0(如圖1 所示)。2004—2009年期間，生態功能一直落后于經濟功能和社會功能，處于較差水平狀態。2009年12月國務院正式批復《鄱陽湖生態經濟區規劃》，把約占江西全省30%土地面積的鄱陽湖生態經濟區建設上升為國家戰略。在“一大四小”、“六大體系”、“十大工程”建設下，全省生態環境明顯改善。特別是2014年12月國家把江西省全境列入國家生態文明先行示范區以來，省委、省政府為了打造中部地區綠色崛起先行區，將“生態+”理念融入產業發展全過程、全領域，大力發展綠色生態農業、生態旅游、大健康等生態產業，積極探索綠色低碳循環發展路徑，推動產業轉型升級，努力提升生態文明建設的水平。森林覆蓋率、自然保護區面積比例、水土流失綜合治理面積等指標得到較快提高，土地資源供給功能、維持生態系統平衡功能、環境凈化功能得到增強。2010—2017年期間，土地利用生態功能明顯得到提升，趕上并超過經濟功能和社會功能。說明江西省生態文明建設成效顯著，需繼續發揮生態優勢，發展綠色經濟。

圖1 2004-2017年江西省土地利用各項功能值變化

3.2 障礙因素分析

為了更有效地發揮土地利用功能，本文在測度土地利用多功能值、功能動態度和協調性的基礎上，進一步剖析影響土地利用功能的障礙因素。

3.2.1 子目標層的障礙度 利用公式(11)，測算得到土地利用多功能子目標層障礙度(見圖2)。

圖2 江西省土地利用多功能子目標層障礙度

(1) 從發展趨勢來看，各功能障礙度隨時間變化狀況不一。經濟功能障礙度呈現波動上升趨勢，其障礙度從2004年的36.86%上升到了2017年的52.22%，其中在2016年達到最高值62.95%；社會功能障礙度在研究期間上下波動不大，基本維持不變；生態功能障礙度呈現逐年下降趨勢，其障礙度從2004年的37.16%下降到2017年的21.01%。可見，經濟功能是制約土地利用綜合功能提升的最大障礙。因此，今后江西省要實現土地資源的有效利用，必須進一步關注土地利用經濟功能。

(2) 從階段特征來看，2004—2009年期間生態功能障礙度高于經濟功能和社會功能障礙度。2010—2017年期間，經濟功能障礙度高于社會功能和生態功能障礙度。由此可見，江西省在鄱陽湖生態經濟區建設和國家生態文明先行示范區建設的政策指引下，在一定程度上轉變了經濟發展方式，提高了土地利用生態功能。但是，經濟發展方面還存在一些問題，限制了土地利用綜合功能的發揮。因此，江西省要實現在中部地區崛起，在今后的發展過程中還要大力調整土地利用結構，轉變經濟發展方式，進一步提高經濟發展水平。

3.2.2 指標層主要障礙因子的障礙度 從以上分析得知，江西省土地利用多功能及障礙度具有明顯的階段性特征，可以分為2004—2009年和2010—2017年兩個特征鮮明的時間段。為了便于觀察和分析，本文分別提取2004—2009年和2010—2017年指標層因子均值排名前7位的主要指標因子(見表5)。結果顯示，2004—2009年期間，影響江西省土地利用功能的障礙因子主要有廢水排放強度、經濟密度、森林覆蓋率、人均GDP、城鄉居民收入平衡指數、糧食單產和產業結構等；2010—2017年期間，影響江西省土地利用功能的障礙因子主要有綜合恩格爾系數、產業結構、經濟密度、人均GDP、廢水排放強度、人均水資源和城鎮登記失業率等。這說明，江西省在不斷強化“既要金山銀山，更要綠水青山”的生態發展理念下，廢水排放強度降低了，森林覆蓋率提高了，綠色生態優勢持續鞏固，生態文明建設成效顯著。但是，江西經濟發展處于重要的轉型時期，經濟基礎比較薄弱，產業結構轉型還不到位，經濟和社會還需向“高質量”方面發展。

表5 土地利用多功能指標層主要障礙因子障礙度

4 結論與展望

本文以江西省為研究對象，在土地功能分類的基礎上，構建經濟、社會和生態三維指標體系，利用熵權TOPSIS模型，分析了江西省2004—2017年的土地利用多功能及障礙因素變化情況。結果表明：

(1) 總體而言，研究期間江西省土地利用功能呈現增長趨勢，但各項功能變化有所差異，土地利用生態功能變化最大，遠遠高于經濟功能和生態功能變化動態度；土地利用多功能協調性呈現增強趨勢，土地利用各項功能逐漸從低水平不協調狀態向中高水平協調狀態轉變；生態功能得到增強，土地利用功能實現從經濟社會型向生態社會型轉變。

(2) 單項土地利用功能變化表現為：土地利用經濟功能與社會功能變化特征類似，總體呈現平穩上升的趨勢。在2007年之前兩者都處于較差水平，2007年之后增長速度加快，先后達到一般水平、良好水平和優秀水平。土地利用生態功能在研究期間上升最快，以2009年為分界線，2009年之前生態功能一直落后于經濟功能和社會功能，處于較差水平狀態；2009年之后很快趕上并超過經濟和社會功能，處于良好以上水平階段。

(3) 研究期間經濟功能障礙度呈現波動上升趨勢，社會功能障礙度基本維持不變，生態功能障礙度呈現逐年下降趨勢。2004—2009年期間，影響江西省土地利用功能的障礙因子主要有廢水排放強度、經濟密度、森林覆蓋率、人均GDP、城鄉居民收入平衡指數、糧食單產和產業結構等；2010—2017年期間，影響江西省土地利用功能的障礙因子主要有綜合恩格爾系數、產業結構、經濟密度、人均GDP、廢水排放強度、人均水資源和城鎮登記失業率等。不同階段限制土地利用功能發揮的因子有所差異，目前主要為經濟障礙因子。

本文通過對2004—2017年江西省土地利用多功能及其障礙因素進行分析，揭示了其土地利用多功能的變化軌跡和影響因素。土地利用者的決策和行為影響土地利用結構，土地利用結構又直接決定土地利用功能。江西省土地利用多功能變化具有明顯的階段性特征，在啟動生態文明先行示范區建設后，實施了一系列政策措施，促使土地利用生態功能不斷加強，呈現不斷上升趨勢。由此可見，政府政策與土地利用功能之間存在緊密關系，政策變化是土地利用功能變化的起點。本文僅評價了土地利用功能的時序變化特征，可進一步對政策調控進行情景模擬，探討不同政策情景下土地利用功能的變化規律，進而為土地利用者和政策制定者提供參考。另外，土地利用多功能變化具有時間和空間雙重性。因此，除了在時間尺度上研究江西省土地利用多功能變化及障礙因素，還可以從空間尺度上深入探析江西省內部不同縣市土地利用多功能的空間分異性。從時空兩個角度上全面分析土地利用多功能變化特征，有利于更好地探索江西省土地利用多功能變化的驅動機理和障礙因素。