南京市土地利用与城市化水平的协调度研究

2011-05-02蔡滢滢牟守国刘培学

山东农业大学学报（自然科学版） 2011年1期

蔡滢滢，牟守国，肖波，王艳，刘培学

(1.中国矿业大学环境与测绘学院，徐州 221008;2.江苏省资源环境信息工程重点实验室，徐州 221008;3.南京大学地理与海洋科学学院，南京 210093)

协调是指复合系统以及复合系统与外部之间所具有的较强的结构转换能力和互补关系的和谐运动，是描述事物之间良性相互关系的概念［1～2］，由于系统处于动态变化之中，因而，系统内部要素之间的关系也处在不断调整中。目前，国内外对于协调性的研究，主要是对人口、经济、空间与环境的协调关系的研究，最开始是研究迅速发展的经济与环境的协调关系［3～4］，认为环境保护与经济发展相协调是人类社会持续发展的必由之路;其后是研究快速集聚的人口与环境［5］的协调关系，认为人口城市化与资源环境保护有着密切的关系，最后是研究人口、经济和迅速扩张的城市空间等与环境的协调关系［6］。关于城市土地集约利用的研究发展迅速，以及反映城市化进程与生态格局变化、经济协调等方面的分析日渐成熟［7～8］，但是将城市土地利用与城市化发展水平结合起来进行协调性的研究尚显不足。在中国城市化迅速发展的背景下，城市人口、经济、空间与城市用地的矛盾日益复杂和激化，从可持续发展的角度出发，迫切需要研究城市土地利用与城市发展之间的协调关系。城市土地利用系统作为一个“经济—社会—资源—环境”的复合系统，其发展演化过程可以以协同学理论为指导，运用协同学的研究成果探索城市土地利用系统的协调有序发展途径，解决当前我国城市土地利用过程中出现的一系列问题，同时促进城市系统以及人类社会与自然环境的和谐发展。

1 研究区域概况及研究方法

1.1 研究区域概况

南京市位于我国沿海中部的长江下游平原、江苏省西南部，市域地理坐标为处于北纬31°54'～32°16'，东经118°32'～119°24'之间。全市地貌以低山缓岗为主，其中低山占土地总面积的3.5%;丘陵占土地总面积的4.3%;岗地占土地总面积的53%;平原、洼地及河流湖泊占土地总面积的39.2%。土壤条件良好，外层土壤为砾石质薄层黄棕壤、中层为黄棕壤和厚层黄棕壤［9］。南京属北亚热带湿润性气候，季风性气候显著，四季分明，但冬夏长而春秋短。温、光、水资源较丰富，年平均气温15.3 ℃，全年无霜期达200～300 d，年平均日照时数 1900～2130 h［10］，太阳总辐射量 115 kCal/cm2·Y;年降水量 979～1113mm，年降水量相对变率大，达17%，年降水日数116.8d，气候的变率较大，冬季干旱寒冷，夏季炎热多雨。

1.2 研究方法与技术流程

本文的数据是通过实地调研和查阅相关文献获得。首先选取专业性及可度量性的评价指标建立评价体系，采用特尔非法和层次分析法确定评价因子的权重值，将指标值实现无纲量化处理，引入综合评价模型，分别测算南京市历年的土地利用综合水平和城市化水平，再通过GM(1，N)模型和灰色关联度模型测算南京市历年的土地利用和城市化水平的协调性及综合协调度。

2 土地利用综合水平测定

2.1 指标体系构建

正确选择评价指标，是土地发展能力评价的关键。因此，研究所选取的指标，必须是能反映或标志土地利用综合水平的那些要素的特征或数值。本研究采用理论分析、经验选取、文献参考和专家咨询相结合的方法，指标体系分目标层、准则层、指标层3个层次，选用土地利用结构、土地开发程度、土地产出水平、土地生态承载力4个准则层共计18个指标因子来构建［11～13］(表1)。

表1 南京市土地利用评价指标体系Table.1 The appraise indicator system of Nanjing City land use

2.2 指标权重计算

结合德尔菲法和层次分析法构建A-B判断矩阵，利用matlab软件计算判断矩阵的特征值和特征向量，进行一致性检验，通过检验的矩阵P的最大特征根所对应的特征向量即为各评价因子的权重分配。A-B判断矩阵的排序状况如下所示。计算得出该矩阵的最大特征根λmax=4.0710，特征向量为W=［0.45120.16890.26090.1190］T通过检验，因此矩阵的特征向量即为A-B判断矩阵的权重值。

同理，通过以上的计算步骤，得出A-B和B-C的权重值，分别把A-B和B-C的权重值相乘，得出A-C的权重值(表2)。

表2 A-C判断矩阵及其权重值Table 2 The weights of A-C judgement matrix

2.3 指标值标准化

对正向指标采用最大值法标准化处理，负向指标采用最小值标准化处理，双向指标采用均值标准化处理。由于篇幅有限，原始数据从略，数据来源于南京市国土局、南京市统计年鉴(1996～2007)。原始数据处理后的标准化值见表3。

表3 南京市土地利用指标标准化值Table 3 The standardized value of land-use indicators in Nanjing city

2.4 土地利用综合水平测算

通过综合指数多目标决策模型F=∑Ui×Wi测算南京市各年土地利用的综合水平，其中，F代表某年的土地利用综合水平指数;Ui代表某一评价指标数值;Wi代表该评价指标的权重(A-C判断矩阵层的各指标权重值)。

由以上公式计算得出，1996至2007年的南京市土地利用的综合水平分别为:F=(0.6819 0.6962 0.7027 0.7212 0.7411 0.7699 0.7906 0.8195 0.7938 0.8487 0.8569 0.8717)。

3 城市化水平测定

埃尔德里奇认为“人口的集中过程就是城市化的全部含义”。这是较早的关于城市化的定义，同时这也是非农人口比指标产生的依据［14］。人口城市化是反映城市现状的主要指标之一，是指在工业发展过程中，一个国家的人口逐步由农业人口占多数转变为非农业人口占多数，该国由农业国转变为工业国，常用非农人口占总人口的百分比表示城市化水平［15～16］。参照南京市统计年鉴(1996～2007)上的数据计算南京市的城市化水平，如表4所示。

表4 南京市城市化综合水平Table 4 The comprehensive urban nization level in Nanjing city

4 协调度计算

本文将GM(1，n)模型与灰色关联方法相结合，对土地利用水平和城市化水平的协调关系做以分析。协调度的计算最主要的是模拟出各个要素的协调值序列，系统内部要素的协调值序列主要是通过建立该要素与其它要素之间的灰色模型GM(1，n)来确定的。得到的协调值序列即作为灰色关联分析中的比较序列，与原始要素时间序列构成的参考序列作灰色关联计算，得到的灰色关联度可以反映出要素之间的作用关系，即协调性。这种方法可以简单的理解为:原始参考序列与其在受到其他因素影响作用后生成的比较序列之间的相对态势的“同步关系”，同步程度越高，间接反映出原因素与其影响因素之间“共同发展”——协调发展，反之，则为不协调。

根据灰色系统GM(1，N)预测模型，计算1996至2007年的土地利用综合水平与城市化水平的累加值，建立土地利用的时间响应函数:

其中X(0)1是累加前的土地利用综合水平的时间序列;是累加后的土地利用综合水平的时间序列是累加后的城市化综合水平的时间序列。应用最小二乘法计算相应参数a，b后得到土地利用的时间响应函数为:(k+1)

把1997至2007年的城市化水平的实际值带入土地利用的时间响应函数计算1997至2007年出土地利用综合水平的协调值=(0.5956 0.61280.6605 0.6895 0.7283 0.7354 0.7807 0.7653 0.8344 0.8671 0.8758)。由相对误差计算公式△x=(X-X/)/X(其中X是土地利用水平的实际值，X/是土地利用水平的协调值)可以计算得出，Δmax=0.1445＜3=0.1819，说明模拟数列值离乱性较小。利用协调系数的测算模型［20］令σ=0.5△(max)和协调度的测算模型［20］rjk，可得到协调系数ε及协调度r(见表5)。

表5 土地利用与城市化水平的协调系数及协调度表Table 5 The coordinate coefficient and the coordination degree table

5 结论与讨论

5.1 结论

土地利用综合水平与城市化水平的协调度的取值均在0～1之间，越靠近1，说明协调情况越好。由模糊理论及本文的要求，可以简要的将协调度按五级划分，即可反映土地利用综合水平与城市化水平的协调程度，本文设定协调度的等级及其划分标准为:［0，0.2］= 失调;［0.2，0.4］ = 濒临失调;［0.4，0.6］= 基本协调;［0.6，0.8］= 较好协调;［0.8，1］=优良协调。

1996年到2007年，南京市土地利用综合水平呈总体上升的趋势，2007年末比1996年末增加0.1898，说明由土地利用结构、土地开发程度、土地产出水平和土地生态承载力等综合指标体系反映的南京市土地利用水平变得愈来愈高，这与南京市在城市化进程中积极协调各产业发展、国土部门科学合理的控制各产业部门用地的政策是分不开的。

1997年到2007年期间，土地利用与城市化水平的综合协调度为0.5446，处于基本协调的级别。近十年来土地利用与城市化发展水平的协调系数总体呈现上升趋势，除了1997-1998年的协调系数偏低外，其余各年份土地利用与城市化发展水平的协调系数都大于0.4，处于基本协调和较好协调级别，特别是2007年的协调系数呈现最高，达0.8488，是优良协调级别。研究结果说明1996年到2007年期间南京市土地利用系统整体满足城乡发展对土地利用的要求，土地利用状况基本能够促进经济增长和社会发展，保持与环境相协调。

5.2 讨论

本文不足主要体现在以下几方面:土地利用综合水平的评价指标体系有欠完整，资料充分的情况下，应该引入反映土地利用效益增长持续性的指标以便更加准确的表示土地利用的可持续性;直接用非农人口构成来测算城市化水平，人为主观因素较大，最好是通过主成分分析法建立一套反映城市化水平的指标体系［17～18］进行测算，以便更加精准的反映土地利用综合水平与城市化水平的协调性关系;可以进一步分别测算土地利用结构、土地开发程度、土地产出水平和土地生态承载力与城市化水平的协调关系，进而判别出土地利用的哪个影响因素层存在问题。

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