面向SDGs的黃河中下游土地可持續發展水平測度及障礙診斷

賈 琨 盛茜鈺 劉暢文 路 昌 董光龍

(山東建筑大學 管理工程學院,濟南 250101)

可持續發展是當今社會普遍關注的熱點問題，已成為世界各國、各地區發展戰略的整體構想。可持續發展理念起源于20世紀中葉人們對環境問題的逐漸認識和廣泛關注。自1972年世界人類環境會議發布《人類環境宣言》形成可持續發展理念，到1987年聯合國公布《我們共同的未來》中提出可持續發展模式，再到1990年聯合國環境和發展大會通過《21世紀議程》提出新的人類發展觀，可持續發展的內涵在不斷發展與演化之中。盡管可持續發展取得了一定成果，但全球仍面臨環境惡化、城鄉失衡、用地結構不合理等一系列問題。在日益嚴峻的環境條件和資源約束下，2015年聯合國公布了承接千年發展目標的17項全球可持續發展目標SDGs(Sustainable Development Goals)。SDGs所涉及目標貫穿不同領域且具有高度廣泛性與普適性，旨在謀求人口、社會經濟與資源環境的全面協調可持續，推動全球治理向更健康、更合理的方向發展，對跟蹤全球在可持續發展方面的努力以及指導政策的制定和實施至關重要。

作為人類賴以生存發展的基本物質條件，土地是一個自然、社會與經濟等各要素相互作用的復雜系統，土地可持續發展是中國可持續發展戰略的重要組成部分。黃河中下游地區不僅是中國重要的產業基地與資源能源富集區，還是重要的經濟發展區與生態保護區，在中國經濟社會發展與生態安全方面具有不可替代的重要地位。然而，隨著城市化快速發展，黃河中下游地區出現了環境脆弱、資源供給短缺、水土流失等問題，地區土地可持續發展受到嚴峻挑戰。因而，開展面向SDGs的黃河中下游地區土地可持續發展研究對貫徹落實2030年可持續發展議程、推動黃河流域生態保護與高質量發展具有重要意義。

由于人地矛盾日益突顯，土地可持續發展研究亦受到廣泛關注，土地可持續發展內涵和理論得到不斷拓展和完善。關于土地可持續發展評價指標體系與測度方法的探討也日益增多。土地可持續發展水平測度是實現土地可持續利用的重要基礎，對于監測土地利用狀況、提高土地利用水平、推動區域可持續發展具有重要意義。土地可持續發展評價指標體系構建維度具有多元化特征，主要存在經濟-社會-生態框架、FAO可持續土地利用評價框架、經濟-效益-效率-公平框架、壓力-狀態-響應框架、生產集約-生活和諧-生態平衡“三生”框架等。與此同時，土地可持續發展測度方法呈現多樣化，主要包括因子分析法、變權模型、三角模型、生態足跡法、主成分分析法、驅動力-壓力-承載力-狀態-影響-響應模型、熵權法、模糊邏輯模型、投影尋蹤模型等。隨著土地可持續發展研究不斷深入，評價指標體系向著全面化方向發展，但目前面向新時期下SDGs框架的土地可持續發展定量研究較為少見，而且部分測度方法易受主觀性、樣本容量等因素的限制，難以實現不同對象橫向和縱向間的動態客觀評價。此外，現有研究更多關注土地可持續發展水平的測度與時空格局演變，對土地可持續發展障礙因素的探究仍相對缺乏，難以對地區土地可持續發展提出針對性建議。

鑒于此，本研究擬以黃河中下游為研究對象，面向SDGs，立足經濟發展、社會保障、生態環境與資源安全4 個方面構建評價指標體系，采用改進后的多目標決策分析TOPSIS模型定量測度黃河中下游地區不同時期土地可持續發展水平，分析土地可持續發展的時空演變特征，并通過障礙因子診斷來有效識別阻礙地區土地可持續發展的主要因素，探求提高土地可持續發展水平的著力方向，以期為黃河中下游地區土地可持續發展提供科學依據。

1 數據來源與研究方法

1.1 研究區概況

黃河中下游屬于溫帶季風氣候，降水多集中在夏季且年際變率較大，人與自然環境變化相互作用較為強烈。本研究范圍包括黃河中下游沿線覆蓋的內蒙古自治區、山西省、陜西省、河南省和山東省5個省的41個地級市(圖1)。由于數據資料獲取等因素，本研究并未包括河南省濟源市。

圖1 研究區示意圖Fig.1 Schematic diagram of study area

1.2 數據來源

以黃河中下游地區41個地級市為研究單元，選取2005年、2010年、2015年以及2018年作為研究時間節點，數據主要來源于各年份《中國城市統計年鑒》、《中國城市建設統計年鑒》以及各省份統計年鑒。

1.3 指標體系構建

全球可持續發展目標涉及人口、社會、經濟、資源環境等諸多要素；土地可持續發展也應該涵蓋“經濟發展”、“社會包容”和“環境美好”等關鍵維度；與此同時，作為重要的基礎性資源，資源安全對實現土地可持續發展同樣重要。考慮到SDGs框架內存在不同目標下要素指標重疊，部分指標難以量化且難以獲取的問題，為提高土地可持續發展評價指標體系科學性與可行性，在對相關文獻以及SDGs系統梳理的基礎上，結合黃河中下游地區實際情況，構建以經濟發展、社會保障、生態環境、資源安全4個系統層，經濟水平，經濟結構、經濟投入、公共服務、設施建設、生態保護、污染管理、資源水平、資源利用等9個準則層以及18個指標層構成的黃河中下游地區土地可持續發展評價指標體系(表1)。研究主要涉及到6項SDGs相關目標，其中：目標2是“消除饑餓，實現糧食安全、改善營養和促進可持續農業”，主要涉及到農用地的持續生產能力；目標8是“促進持久、包容、可持續的經濟增長，實現充分和生產性就業，確保人人有體面工作”，該目標體現出土地的經濟生產力；目標9是“建設有風險抵御能力的基礎設施、促進包容的可持續工業，并推動創新”，該目標主要聚焦工業用地，推動工業轉型，提升其包容性與可持續性；目標11是“建設包容、安全、有風險抵御能力和可持續的城市及人類住區”，該目標涉及交通及城市可持續建設；目標12是“確保可持續消費和生產模式”，該目標體現對資源的可持續管理和高效利用以減少對環境的負面影響；目標15是“保護、恢復和促進可持續利用陸地生態系統、可持續森林管理、防治荒漠化、制止和扭轉土地退化現象、遏制生物多樣性的喪失”，涉及土地在生態環境方面的功能。

1.4 模型構建

1

.

4

.

1

熵權TOPSIS模型

TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution) 方法是一種趨近于理想解的技術，基于數據歸一化后的轉換矩陣, 找出有限方案中的最優目標和最劣目標，以各評價對象與最優方案的相對接近程度作為評價依據。傳統TOPSIS法主要取決于專家主觀意見定權，可能造成結果偏離實際，結合熵權法對傳統TOPSIS模型進行改進，一是能全面考慮指標體系中各指標的相對重要程度并有效反映指標信息，客觀計算各指標權重，二是使得正負理想解具有一定的穩定性，從而得到較好的可比性結果，提高結果可信度。具體計算過程如下：

1)根據原始數據構建

m

個指標

n

個對象組成的矩陣，對其作同趨勢化處理，得到標準矩陣′：′=[

X

′]×

(1)

式中：

i

為指標，

i

=1,2,…,

m

；

j

為對象，

j

=1,2,…,

n

。

表1 面向SDGs的黃河中下游地區土地可持續發展評價指標體系
Table 1 SDGs oriented evaluation index system for land sustainable development in the middle and lower reaches of the Yellow River

系統層System layer準則層Criterialayer指標層Index layer單位Unit屬性Indexattribute對應目標Relatedgoal經濟水平地均GDP[17]萬元/km2+SDG 8經濟發展Economicdevelopment經濟結構第二產業占 GDP比重[4]%+SDG 9第三產業占 GDP 比重[4,24]%+SDG 8經濟投入地均固定資產投資[17,24]萬元/km2+SDG 8公共服務人口密度[4]人/km2+SDG 11社會保障Social security人均道路面積[17]m2/人+SDG 11設施建設農業機械總動力[2,18]kW+SDG 2建成區綠化覆蓋率[2,18]%+SDG 11生態保護人均公園綠地面積[2,17]m2/人+SDG 11造林總面積[2]hm2+SDG 15生態環境Ecologicalenvironment地均工業二氧化硫排放量[2]t/km2-SDG 12地均工業廢水排放量[17]t/km2-SDG 12污染管理工業固體廢物綜合利用率[4]%+SDG 12污水處理率[24]%+SDG 12單位耕地面積化肥施用量[18]t/hm2-SDG 2資源水平人均糧食產量[4]t/人+SDG 2資源安全Resourcesecurity人均耕地面積[4]hm2/人+SDG 2資源利用單位GDP建設用地面積[16]m2/萬元-SDG 8

2)將指標無量綱化，進行歸一化處理得到標準化矩陣

A

：=[

A

]×

(2)

(3)

3)計算各指標的熵值與熵權：

(4)

(5)

式中：

e

為第

i

項指標的熵值；

w

為第

i

項指標的熵權。4)根據指標權重

w

構成的向量與標準化矩陣建立加權決策矩陣：=×=[

V

]×

(6)

5)確定方案的正負理想解

V

和

V

，尋求最優方案和最劣方案：

(7)

(8)

6)計算各對象各指標值與正負理想解的距離和并進一步計算各對象與最優方案的貼進度：

(9)

(10)

(11)

式中：

C

為貼進度，取值范圍為[0,1]，其值越大，表示越靠近最優水平。

1

.

4

.

2

障礙度模型

在利用TOPSIS模型測度土地可持續發展水平的基礎上，科學識別其障礙因子，探究阻礙土地可持續發展的主要因素，有利于針對性地制定和調整有關土地可持續發展的決策。引入貢獻度、指標偏離度與障礙度指標，其中，貢獻度表征指標貢獻，一般用權重表示，指標偏離度表示各指標與最優目標之間的差距，障礙度表示各指標對可持續發展影響的程度，具體計算公式如下：

(12)

式中：

M

為障礙度；

I

為指標偏離度，

I

=1-

a

。

2 結果與分析

2.1 土地可持續發展時空演變

2

.

1

.

1

時序變化

黃河中下游地區土地可持續發展水平測度結果見圖2。總的來看，2005—2018年黃河中下游地區土地可持續發展得分呈明顯上升態勢，土地可持續發展水平不斷提高。具體而言：2005年土地可持續發展得分為0.371，除生態環境方面良好外，經濟發展、社會保障和資源安全還處于相對較低的水平；2010年土地可持續發展得分為0.407，較2005年有小幅度提升，經濟發展和生態環境得分相對較低，資源安全和社會保障有明顯的提高；2015年土地可持續發展得分為0.448，除生態環境外其他3個系統層得分均在0.6以上，資源安全水平相對較高；2018年，黃河中下游地區土地可持續發展水平得到較大幅度提升，提升至0.735，各系統層得分均在0.7以上，經濟發展與資源安全得分相對較高。2015—2018年土地可持續發展水平的顯著提升主要是因為經濟的穩步發展與生態環境的顯著改善，這與我國“十三五”規劃的提出與實施密切相關，在此期間，地區經濟仍舊保持中高速增長，生態文明建設也取得一定成效。

從經濟發展、社會保障、生態環境和資源安全4個系統層變化來看：2005—2018年經濟發展變化較大，從2005年的0.027上升至2018年的0.967，表明該地區經濟持續快速增長；在社會保障方面，2005—2015年呈不斷增加態勢，而2015—2018年變化較小，表明黃河中下游地區社會保障方面已趨于穩定狀態，社會保障體制日漸完善；2005—2015年生態環境變化不大，且得分略有下降，表明黃河中下游地區在促進各個方面發展的同時，導致生態環境問題頻發，而2015—2018年生態環境得分大幅上升，由此可知近年來黃河中下游地區在生態環境保護上有明顯改善；2005—2010年資源安全得分迅速上升，之后穩步提升，表明黃河中下游地區土地資源利用水平與效率不斷提升。

圖中數值代表得分分值。 Values in the Figurerepresent the scores.圖2 2005—2018年黃河中下游地區土地可持續發展得分Fig.2 Scores of land sustainable development from 2005 to 2018 in the middle and lower reaches of the Yellow River

2

.

1

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2

空間格局

為更直觀地表達黃河中下游地區各地市在不同年份土地可持續發展的變化，根據得分并結合實際情況將黃河中下游土地可持續發展水平劃分為5個等級，分別為Ⅰ級(0～0.2)，Ⅱ級(0.2～0.4)，Ⅲ級(0.4～0.6)，Ⅳ級(0.6～0.8)，Ⅴ級(0.8～1.0)。黃河中下游土地可持續發展分級圖見圖3。

總體而言，黃河中下游地區土地可持續發展存在明顯的空間差異。2005年，黃河中下游地區土地可持續發展水平普遍較低，2010—2018年黃河干流以東地區土地可持續發展水平快速提升，至2018年，東部水平明顯高于西部。這主要是因為東部山東省、河南省等省份近年來城市化發展較快，產業不斷轉型升級，社會經濟發展水平不斷提高，而且作為重要的糧食產區，由于近年來對糧食安全問題的日益關注，其資源水平也快速上升。

圖3 2005、2010、2015和2018年黃河中下游土地可持續發展分級圖Fig.3 Classification map of land sustainable development in the middle and lower reaches of the Yellow River in 2005, 2010, 2015 and 2018

具體來看，2005年整個研究區土地可持續發展以Ⅱ級、Ⅲ級區為主，發展水平較為平均，其中延安市土地可持續發展水平相對較高，而忻州、洛陽與德州三個地市得分在Ⅰ級區，呈邊緣分布，土地可持續發展較為緩慢；2010年研究區土地可持續發展仍以Ⅱ級、Ⅲ級區為主，其中長冶，東營，泰安等地市土地可持續發展水平有明顯提升；2015年土地可持續發展水平為Ⅲ級區的地市集中連片分布，并出現少數Ⅳ級區地市，山西省除晉中市外土地可持續發展態勢總體較好；2018年研究區土地可持續發展以Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級區為主，發展水平顯著提高，其中山東部分除濱州市外土地可持續發展均達到Ⅴ級區的水平，中部地區呂梁、忻州、晉城等9個地市也達到Ⅴ級，黃河干流以西地區發展則相對平緩。

從2005—2018年土地可持續發展水平變化來看，黃河中下游地區各地市土地可持續發展水平總體呈較好的上升態勢。具體而言，Ⅰ級區、Ⅱ級區地市數量逐漸減少，特別是忻州市土地可持續發展水平提升最為顯著；盡管地市不盡相同，Ⅲ級區地市總數在各年份保持相對穩定，占比在30%～46%；Ⅳ級區與Ⅴ級區地市數量逐漸增多，特別是2018年Ⅴ級區明顯增多，達19個地市，表明近年來土地可持續發展態勢較好且仍具有一定的提升潛力。

2.2 土地可持續發展障礙因子

2

.

2

.

1

指標層障礙因子

由于指標層因子較多且部分指標障礙度數值較小，結合相關研究，采用障礙度大于3%作為障礙因子診斷依據。黃河中下游地區土地可持續發展指標層障礙度見圖4。總體而言，影響黃河中下游地區土地可持續發展水平的障礙因子在時間層面呈現動態變化，且主要集中在生態環境、資源安全、經濟發展三大方面。

2005—2015年，地均工業二氧化硫排放量在影響黃河中下游地區土地可持續發展的指標中占據主導位置，其障礙度在22%左右，究其原因，主要是該階段我國工業化快速發展，一定程度忽視了對環境的保護。單位GDP建設用地面積、地均工業廢水排放量、單位耕地面積化肥施用量、地均固定資產投資與地均GDP也對土地可持續發展具有較為顯著的影響，指標障礙度均在3%以上。總體而言，有關生態環境的障礙度總體呈逐年遞增態勢，有關經濟發展的障礙度則呈逐年遞減態勢，表明在此期間黃河中下游地區以促進經濟發展為目的的開發建設活動對生態環境保護帶來了一定影響，制約著地區土地可持續發展。

2018年，單位耕地面積化肥施用量成為阻礙黃河中下游地區土地可持續發展的主導因素，其障礙度從2005年的13.68%不斷增加至29.79%，表明近年來化肥的過度使用已經對地區土地可持續發展造成了較大影響。地均工業廢水排放量、單位GDP建設用地面積、地均工業二氧化硫排放量、造林總面積與地均GDP對土地可持續發展的障礙度也相對較高，但均低于18%。造林總面積障礙度從2015的2.97%增加至2018年的5.34%，已成為阻礙黃河中下游地區土地可持續發展新因素。單位GDP建設用地面積與地均GDP的障礙度值有所上升，呈現出建設用地增速過快而土地利用效率相對較低的特征，低效的土地利用或將制約土地可持續發展水平的提高。環境相關指標層障礙度值下降明顯，地均工業二氧化硫排放量障礙度由2015年的22.15%下降至2018年的5.78%，地均工業廢水排放量由2015年的20.27%下降至2018年的17.18%，表明隨著經濟發展轉型與環境保護意識的提升，黃河中下游地區開始加大工業污染治理力度，使得工業二氧化硫與工業廢水得到有效治理和控制。

圖4 黃河中下游地區土地可持續發展指標層障礙度Fig.4 Obstacle degree in the index level on land sustainable development in the middle and lower reaches of the Yellow River

2

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2

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2

系統層障礙因子

黃河中下游地區土地可持續發展系統層障礙度見表2。從各系統層障礙度來看，影響黃河中下游地區土地可持續發展的系統層障礙因子主要為生態環境，障礙度在50%以上，各系統層對該地區土地可持續發展的障礙度存在明顯差異。從障礙度變化來看，經濟發展障礙度呈下降趨勢，從2005年的19.44%到2018年的11.83%，總體減少了7.61%，其對地區土地可持續發展限制作用逐漸弱化；資源安全障礙度呈先減后增趨勢，從2005年的21.58%減少到2015年的12.04%，再增加到2018年的17.21%，總體上較2005年減少了 4.37%，但障礙度值相對較大，對土地可持續發展阻礙作用仍不容小覷；社會保障障礙度有小幅波動，從2005年的3.29% 到2018年的4.33%，總體增加了1.04%，但障礙度值相對較小；生態環境障礙度呈先增后減變化趨勢，從2005年的55.69%增加為2015年的73.58%，2018年有所下降，為66.63%，始終是制約其土地可持續發展水平提升的主導因素。

總體而言，2005—2018年黃河中下游地區更加側重經濟社會發展，對生態環境保護與資源合理利用這兩方面存在一定程度的忽視。因而，提高黃河中下游地區土地可持續發展水平首先應從生態環境入手，加大對生態環境的關注度，切實提高生態環境質量，同時兼顧提升經濟發展與社會保障水平、不斷推進資源節約與高效利用，有重點、全方位、多層次推動黃河中下游地區高質量發展。

表2 黃河中下游地區土地可持續發展系統層障礙度
Table 2 Obstacle degree in the system level on land sustainable development in the middle and lower reaches of the Yellow River %

年份Year經濟發展Economicdevelopment社會保障Socialsecurity生態環境Ecologicalenvironment資源安全Resourcesecurity200519.443.2955.6921.58201017.652.9164.5314.91201512.002.3873.5812.04201811.834.3366.6317.21

3 討 論

土地可持續發展水平與區域經濟發展、社會保障、資源安全及生態環境等方面息息相關。本研究面向SDGs對黃河中下游地區土地可持續發展的時空演變特征及障礙因子進行了分析探究，研究期間黃河中下游地區土地可持續發展水平不斷提高，相關研究也已表明中國可持續發展水平與土地可持續發展水平自2005年以來總體上均不斷提高，特別是得益于近年來經濟的快速發展與生態環境的有效改善，2015—2018年土地可持續發展水平有較大幅度提升。盡管如此，黃河中下游地區土地可持續發展水平存在明顯的空間不均衡現象，Lu等的相關研究也表明中國東部地區土地可持續發展水平要總體高于中西部地區。而且由于黃河中下游生態本底較差而脆弱性較高，加之早期社會經濟活動帶來一定程度的生態環境破壞，生態環境仍是現階段制約黃河中下游土地可持續發展的主要因素。在2019 年9月，黃河流域生態保護與高質量發展上升為重大國家戰略，這為統籌解決該地區經濟社會發展與資源環境保護間的深層次矛盾提供了重要機遇。與此同時，氣候變化與人類活動影響的不斷增強也為該地區土地可持續發展提出了新的挑戰。因而，以生態環境優先，充分考慮資源本底特征與地域差異，不斷提高土地利用經濟社會效益與生態效益，將有助于增強黃河中下游地區土地可持續性、實現其生態保護與高質量發展，其主要對策包括：

1)加強全局謀劃，統籌協調。土地可持續發展是地區可持續發展的重要組成部分，土地承載著人類社會的各種活動，與社會經濟、資源利用、生態環境等各方面密切相關且相互影響，如經濟社會的合理發展也一定程度的促進土地可持續利用。此外，黃河中下游地區地域差異顯著，土地可持續發展不均衡。因而，應立足可持續發展目標，提高戰略布局，制定協同發展戰略，全面提升可持續發展水平。

2)堅持生態優先，綠色發展。社會經濟的快速發展帶來了黃河中下游土地可持續發展水平的不斷提高，但造成的生態環境問題也表現出較高的制約作用。隨著未來經濟社會發展逐漸趨于穩定增長，彌補生態環境短板對促進土地可持續發展將顯得尤為重要。特別是該地區是糧食生產的重要地區，而化肥施用量是近年來主要障礙因子，化肥的過度使用將造成污染與土地質量下降，影響土地可持續生產能力，因而應進一步加強管理與治理，以生態環境作為重要約束，推動地區高質量發展。

研究僅選用了2005、2010、2015及2018年4年數據開展研究，未能對黃河中下游地區土地可持續發展變化做出更為詳盡地分析。SDGs涵蓋17個可持續發展目標和169個具體目標，目標體系龐大而完善，本研究基于SDGs框架系統梳理有關土地可持續發展的相關目標，從多個維度構建地市尺度的土地可持續發展評價指標體系，但受數據可得性等因素限制，未能獲取到碳排放、水土流失與土地荒漠化治理等方面的指標數據，在指標體系構建上有待進一步完善以更好對應SDGs相關目標，而且由于地區與尺度差異，如何構建統一而科學的評價指標體系以提高其適應性來實現不同區域、不同尺度的有效對比分析，仍值得在后續研究中進一步探討。未來研究將從方法多樣化、尺度多元化的集成性研究入手，建立長時間尺度連續序列，同時采用統計、實地調研與遙感等多途徑相結合的方式獲取指標數據，提高指標體系完整性，并不斷優化評價方法，如結合“甜甜圈”理論與行星邊界研究體系，以期為實現區域土地可持續發展提供重要參考。

4 結 論

本研究面向SDGs，采用熵權TOPSIS模型與障礙度模型對黃河中下游地區2005—2018年土地可持續發展水平進行了測度與分析，并定量識別了影響其土地可持續的障礙因素，主要結論如下：

1) 2005—2018年，黃河中下游地區土地可持續發展水平總體呈上升趨勢，土地可持續發展得分由0.371提升至0.735。其中，經濟發展與資源安全方面提升明顯，生態環境自2015年后有大幅提高，社會保障方面呈現先增加后逐漸趨于穩定的態勢；

2) 2005—2018年，黃河中下游地區土地可持續發展在空間格局上存在不均衡現象，各地市土地可持續發展水平總體上呈逐步上升態勢，其中，東部區域各地市提升明顯，2018年土地可持續發展水平高于黃河干流以西地區；

3) 2005—2018年障礙因子診斷結果表明，影響黃河中下游地區土地可持續發展水平障礙因子隨時間呈現動態變化，2005—2015年地均工業二氧化硫排放量為主要障礙因子，2018年單位耕地面積化肥施用量為主要障礙因子；障礙因子主要集中在生態環境、資源安全和經濟發展三大方面，各系統層障礙度存在一定差異，生態環境對土地可持續發展制約作用相對較高。