基于熵权物元模型的阳泉市土地综合承载力评价

王子龙，盖艾鸿

（甘肃农业大学资源与环境学院，兰州730070）

引言

现阶段，国内外学者关于土地综合承载力的评价研究[1～3]主要聚焦在土地要素变化[4]、土地资源禀赋评价[5]、土地利用潜力分析[6]、土地生态系统健康诊断[7]等方面，这些研究为人类生活土地利用行为提供科学指导，关于土地综合承载力的评价方法研究，主要运用的方法和技术模型主要有线性规划模型[8]、灰色系统模型[9]、一元回归分析模型[10]和系统动力学法[11]等，这些方法从不同视角丰富土地承载力研究的内涵，评价研究指标体系的构建和评价方法应用研究完善了土地承载力的评价的基本框架。但以上研究仅为单一方法的区域应用，在不同评价方法上的模型结果鲜有对比，尚有不足[12]。鉴于此，本文拟用熵权物元模型对阳泉市2006—2015年土地综合承载力进行评价，研究结果以期为阳泉市土地资源可持续利用与社会经济协调发展提供科学依据[13～14]。

一、数据与方法

（一）数据来源

研究的主要数据来源于《山西省国民经济和社会发展统计公报（2006—2015）》《阳泉市统计年鉴（2006—2015）》，部分自然条件指标数据来源于实地调查。

（二）研究方法——熵权物元模型

1.熵权法。熵权法中，给定一个原始系数矩阵X。一般的，X中有正向指标和逆向指标。首先，对X进行同趋势变换，对逆向指标量值取倒数，得出正向系数矩阵Y。其次，对矩阵Y进行列向归一化处理，得出矩阵Z。再确定评价指标的熵值，最后将熵值转化成权重值。

2.物元模型。物元模型是蔡文教授在20世纪80年代提出的，用于研究解决因子不相容问题，适用于多因子综合评价[15]。一般步骤是：设定物元—确定物元的经典域和节域—确定待判物元—确定关联函数—计算综合关联度—判定评价级别。

二、模型构建与实证

（一）研究区概况

阳泉市（112°5′E～114°4′E，37°40′N～38°31′N），以山地为主，山地占全市总面积的76.15%。其余的为平原和丘陵，占全市总面积的10.11%和13.74%，山脉和丘陵的面积总和占该市总面积的约90%。

（二）指标体系构建

本文利用指标频次频率方法统计相关文献中土地综合承载力评价指标被选频次，选取高频率评价指标，并结合阳泉市实际情况，拟确定了影响土地综合承载力的15项指标，分为土地自然承载力、土地经济承载力、土地社会承载力三个部分。其中，土地自然承载力按照人均耕地面积、森林覆盖率、人均水资源占有量、有效灌溉面积、人均粮食产量等五个方面因素考量；土地经济承载力按照居民消费水平、人均GDP、经济产出总量、教育支出、总财政支出等五个方面做参考；土地社会承载力由居民就业率、人口自然增长率、城镇化率、总体粮食产量、土地利用率等五个方面反映。

（三）阳泉市土地综合承载力的评价体系构建

1.土地综合承载力等级划分。本文把土地综合承载力划分为5个等级[16～17]，重度脆弱I、较重脆弱II、中度脆弱III、较轻脆弱IV、轻度脆弱V。

2.土地综合承载力等级划分及指标阈值。由于国内有关土地综合承载力的熵权物元模型很少，所以本文根据国内外各个领域相关标准及有关文献，以及国家各个地方、行业的有关判定标准，确定土地综合承载力的各个土地综合承载力的阈值标准[18]，该标准参照《阳泉市生态城市建设规划纲要》。

（四）阳泉市土地综合承载力评价的物元模型构建

根据物元分析模型的可拓性，本文对土地综合承载力评价的物元模型建立5个评价等级，分别是：轻度脆弱（No1）、较轻脆弱（No2）、中度脆弱（No3）、较重脆弱（No4）、重度脆弱（No5）。结合物元模型，构建阳泉市土地综合承载力评价的经典域Rj和节域Rp，Rj={RNo1，RNo2，RNo3，RNo4}，Rp=

经典域和节域的确定，首先，需参考国家环保部颁发的《生态县、生态市、生态省建设指标（修订稿）》及全国平均水平；其次，依据阳泉市城市建设规划、社会经济发展规划纲要等，最后结合专家意见所得[19～20]。因此，阳泉市土地综合承载力评价的经典域物元矩阵RNo1、RNo2、RNo3、RNo4，节域物元矩阵Rp。

三、结果与分析

将待判物元输入阳泉市土地综合承载力评价物元模型，即可得到单指标土地综合承载力评价结果。其中2006（No1-0.21）、2007（No1-0.09）、2008（No2-0.01）、2009（No2-0.07）、2010（No3-0.01）、2011（No3-0.08）、2012（No3-0.13）、2013（No4-0.20）、2014（No3-0.27）、2015（No4-0.25）。

（一）阳泉市土地综合承载力评价

1.综合关联度计算及评价级别判定。由以上结果可得，阳泉市土地综合承载力水平影响因子可分为促进性和阻碍性因子两种，其中，促进性因子有人均粮食产量、居民就业率、经济产出总量、教育支出、城市化率、粮食总产量、有效灌溉面积、总财政支出和居民消费水平9个，主要为社会经济条件因子。阻碍性因子有人均耕地面积、森林覆盖率、人均水资源占有量、人口自然增长率、人均GDP与土地利用率6个，多为自然条件因子。

研究运用主成分分析法量化各指标对土地综合承载力水平的贡献率和影响程度，采用SPSS19.0对待判物元数据进行处理，所选指标相关性系数绝对值大于0.40的占71.15%，说明可以进行主成分分析。利用主成分降维提取了4个主成分，累计贡献率达94.72%，初始贡献率分别为51.31%、17.12%、13.31%、11.69%，表明这4变量基本包含其他变量信息。采用最大方差法对因子成份矩阵进行正交旋转，输出主成分荷载矩阵。

研究以系数绝对值大于0.80作为因子荷载界线，据此可得，促进性因子有C5（0.986），C11（0.983），C8（0.972），C9（0.970），C13（0.970），C14（0.894），C4（0.855），C10（0.817）；阻碍性因子有C2（0.973），C7（0.968）。这表明，这10个因子对阳泉市土地承载力的影响最大，其中，阻碍性因子森林覆盖率和人均GDP成为制约阳泉市土地综合承载力水平提升的关键限制因子。

2.土地综合承载力分析。2006—2015年阳泉市土地综合承载状况逐步得到优化，实现由“重度脆弱”到“较轻脆弱”的转变。其关联度都在[-1，0]之间，表明2006—2015年阳泉市土地综合承载力水平不符合相应评价级别对象的要求，但具备转化为该级别标准对象的条件。2006—2010年综合值由-0.21升至-0.01，土地综合承载水平由“重度脆弱”转化至“中度脆弱”，表明这五年间土地综合承载水平级别向该级别标准对象要求条件转化的可能性逐渐增强，说明土地综合承载力有好转趋势；2011—2013年综合值由-0.08降至-0.20，土地综合承载水平由“中度脆弱”转化至“较轻脆弱”，评价级别向其标准对象要求转化的可能性则降低，说明阳泉市土地综合承载力风险依然存在且愈加严重。2008年和2009年，土地综合承载评价级别上升为“较重脆弱”状态，成为2006—2015年阳泉土地综合承载力跳出“重度脆弱”这一等级的临界点。对比2006年，2014年阳泉土地综合承载水平相对于No1、No2、No3、No4等级的隶属度逐渐减小，且变化幅度较大，相对于No5等级的隶属度增高，说明十年间阳泉市土地综合承载状态向No2和No3等级转化可能性增强，向No5等级转化可能性减弱。从级别尺度的变化幅度来看，No5至No1逐渐减小；从时间尺度的变化幅度来看，2006—2015年整体上也呈降低趋势，表明No5向No1转化的可能性逐渐增强，且2006—2015年阳泉市土地综合承载力呈现优化趋势。

四、结论与讨论

第一，时间迁移规律。2006—2015年阳泉市土地综合承载状况由“重度脆弱”转化为“较轻脆弱”，表明阳泉市土地综合承载水平得到一定程度上的完善。但从评价综合值看来，阳泉市土地综合承载力还存在恶化风险，2009—2014年风险逐年增加，2015年风险有所下降。因此，阳泉市土地综合承载状况还需要进一步优化完善。

第二，影响因素研究。自然、社会和经济条件共同作用于阳泉市土地综合承载力，有研究表明[21]，土地综合承载力恶化的主要原因是土地的粗放利用、耕地和林地面积减少及人类活动，与本文研究结果吻合度较高。由此可见，阳泉市土地综合承载力治理规划的调控方向是重点优化人均耕地面积、森林覆盖率、人均水资源量和人均GDP等影响因素。

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