基于城市差异化的土地综合承载力评价——以四川省为例

游 韵,潘 科,刘 斌,周仲礼

(1.重庆工商大学融智学院,重庆 401320;2.成都理工大学 管理科学学院,成都 610059)

近年来,土地承载力已成为土地资源评价及可持续利用研究的热点。不同类型的城市,由于其社会经济、产业结构、自然环境等方面的差异,对土地承载力的评价方法和影响因素应进行差异化分析。四川省作为我国西部重要的经济圈组成,其地势西高东低,气候类型差异显著,使人口分布、资源环境、产业结构以及社会条件等因素产生巨大的差异性,导致各城市农业、生态、工业以及经济水平存在较大差距[1]。同时,随着城市化进程的加快,资源环境矛盾愈发突出,严重制约了其可持续发展。因此,在土地资源环境问题的驱动下,基于城市差异化发展理论的四川省各城市土地综合承载力评价研究迫在眉睫。

20世纪90年代中后期至今,土地承载力评价已取得大量研究成果。在评价指标方面,逐渐从单一指标发展为综合性指标,涵盖了人类社会的各个方面,主要围绕社会发展、经济技术、生产建设、土地资源利用、水土协调程度等方面构建指标体系[2-6]对土地综合承载力进行评价。此外,随着研究的不断深入,越来越多的研究方法运用到土地承载力的研究中,主要包括DPSIR模型[7]、生态足迹法[8]、灰色预测模型[9-10]、系统动力学[11]、要素指数法评价模型[12]、因子分析[13]、GIS空间分析[14]、云模型[6]等。而城市差异化发展主要是针对城市独有的特点,基于社会条件的各项差异进行研究,并将这些差异转变为区域比较优势[15],从而提升城市竞争力的过程。近年来城市差异化理论逐渐运用到服务外包、城市职能结构[16]、城市文化[17]、物流管理[18]、房地产营销[19]等研究领域中,并取得了丰富的成果。目前，土地综合承载力的研究大多对研究区域采用统一评价方法,但面对各城市间发展类型差异较大的研究区域不应一概而论。因此,将城市差异化理论运用到土地综合承载力的研究中,针对不同城市类型特点,构建差异化的评价指标权重,找出城市类型与土地承载力的关系,并通过障碍度模型找出影响不同城市的障碍因子,分析土地综合承载力更具针对性。 总之, 对土地综合承载力进行差异化分析,对发挥城市独特优势,促进资源优化配置,实现可持续发展有着不可忽视的意义。

本文以四川省作为研究区域,以其下辖各城市作为研究对象,结合城市差异化发展理论,在将研究对象划分为不同发展类型城市的基础之上,对各类型城市的土地综合承载力进行差异化评价分析,并从障碍因子的角度对影响各类型城市土地综合承载力的因素进行深入研究。

1 城市差异化发展理论

城市差异化发展理论主要是由比较优势理论、价值链理论、熊彼特的创新理论等发展而来[20](图1)。每个城市都存在其特有的自然资源、人文环境和经济社会条件,如果城市发展趋同,会造成资源浪费、城市特色产业丧失竞争优势、城市之间缺乏合作等后果,严重阻碍国家的整体竞争力[21]。对城市实行差异化发展有利于将城市的社会条件、人力资源、产业规模等差异转化为比较优势[15],由此形成了城市差异化发展理论。城市差异化发展是指在发展过程中基于城市特点、经验积累等充分利用其特长方面,有目的、有针对性地发展,进而形成发展优势,提升竞争力,实现城市健康、和谐以及长远发展，其实质是城市在社会经济发展过程中,各城市通过合理的资源配置、分工布局,使得同质资源要素逐渐聚集,实现资源配置的优化,从而形成城市的差异化发展特征,最终提升社会的整体竞争力的过程[21]。

城市是一个动态的、相对的概念,由于学科领域以及着眼点的不同,“城市”的定义难以同质化。本文的城市内涵是“地方行政建制”的城市,指四川省各个地级市[22]。

图1 城市差异化发展理论结构Fig.1 Theoretical structure of urban development differentiation

2 基于城市差异化的土地综合承载力评价模型

在城市差异化发展理论基础上,针对不同城市发展类型,分析土地综合承载力的关键影响因素,结合数学评价方法,构建基于城市差异化的土地综合承载力评价模型,流程如图2所示。

图2 模型构建流程图Fig.2 Model construction flow chart

2.1 土地综合承载力内涵

早期土地承载力主要指耕地、粮食对人口数量的承载限度。随着研究的不断深入,土地承载力的内涵逐渐发生变化,人们认识到土地承载力不应局限于人粮关系,更应该涵盖生态环境以及与社会经济发展紧密相关的各个方面,是一个系统的、综合的整体。随着土地综合承载力研究的逐渐兴起,直至目前,土地综合承载力主要研究在某一空间、某一时间,且外部社会经济条件保持相对不变的条件下,土地资源能承受的人类活动最大限值[23]。它包含了人口承载、经济承载、生态承载及生产建设承载等方面。

2.2 土地综合承载力关键影响因素分析

四川省地貌东西差异大，地形复杂多样, 各城市气候类型差异显著。 境内水资源、 林木资源丰富, 但由于大量砍伐开垦、 地质灾害频发以及土地资源保护力度缺失, 造成土壤侵蚀等生态脆弱问题, 导致人均耕地占有量紧缺、 人地矛盾突出[7, 24]。 针对以上生态现象, 以及四川省各城市人口社会、 经济技术等方面的差异特征[1], 结合本文具体研究目的, 遵从科学性、 系统性、 针对性、 可比性及可操作性的原则, 在前人研究基础上[5-7, 24], 从社会承载、 经济承载和生态承载三方面考虑选取指标, 并运用专家咨询法和频率统计法等进行筛选与处理, 最终构建土地综合承载力评价指标体系(表1)。 社会承载的指标主要针对人口社会差异化特征, 包括人均耕地面积、 人口密度、 城镇化水平和城镇居民人均可支配收入; 经济承载主要反映城市的经济规模和增值潜力, 包括地均固定资产投资、 工业生产总值等; 生态承载主要基于耕地紧缺、 人地矛盾问题, 指标应反映耕地占有情况及土地保护状况, 由于农业经济的发展主要依靠大量的机械动力、 化肥农药等技术手段来实现, 这就极大影响着生态系统的自我修复功能, 也降低了土地资源的利用效率[1], 因此生态承载指标选取耕地开发率、 化肥集约度、 有效灌溉率。

2.3 土地综合承载力评价方法

首先,运用0～1标准化法对数据进行无量纲化,并运用熵值法确立指标权重。

表1 土地综合承载力评价指标体系

(1)

其次,运用模糊综合评价法计算土地综合承载力,具体步骤为: ① 确定评价的因素集U={u1,u2, …,um}、 评语集V={v1,v2, …,vn}, 其中，ui为第i个评判指标；vj为第j个决策指标。 评语集一般划分为3～5个等级； ② 选取隶属度函数,并通过单因素模糊评价得到评判矩阵R=(rij)m×n, 其中，rij为第i个评价指标对第j个等级的隶属度； ③ 通过复合运算得到综合评判矩阵B=W·R； ④ 对模糊综合评价结果进行分析。

最后,采用障碍度模型对土地综合承载力的障碍因子进行诊断。引入指标偏离度、因子贡献度和障碍度[24]。

Pj=1-Xj,

(2)

(3)

式中:Pj—指标偏离度;Xj—标准化的指标值;Wj—因子贡献度,反映评价指标对评价结果的影响程度, 亦为指标权重;Aj—指标障碍度。

3 实例分析

3.1 城市发展类型划分

本研究数据主要来源于2007—2016年《四川统计年鉴》、四川省各城市《政府工作报告》、《环境质量公报》、《国民经济和社会发展统计公报》、《十三五规划报告》等。基于2016年研究数据,根据我国城市分级标准并参考城市发展水平相关研究成果[25],从城市发展特征角度出发,采用k-medoids算法将21个城市划分为4个不同的类型:①发展优势型城市,该类型城市只有成都;②产业加工型城市, 包括自贡、 泸州、 德阳、 遂宁、 内江、 南充、 眉山、 广安、 宜宾、 资阳; ③均衡发展型城市, 包括攀枝花、 绵阳、 雅安、 乐山; ④资源服务型城市, 包括甘孜、 阿坝、 凉山、 达州、 巴中、 广元。 各类型城市的差异特征如表2所示。

表2 各类型城市差异特征描述

3.2 基于熵值法的土地综合承载力评价

采用0～1标准化法将数据进行预处理之后,运用熵值法得到不同类型城市的评价指标差异化权重(表3)。

将人口密度、人均生产总值等11个指标作为论域U的元素,构建出评判因素集U={u1,u2, …,u11},参考国内外城市发展相关指标等级划分标准,构建决策集V={较差,一般,较好}。 选取正态分布型隶属度函数, 将指标值代入隶属度函数计算出各个地区的隶属度, 并将指标权重与隶属度相乘, 得出某一等级各城市的隶属度, 再将各个等级的隶属度综合, 得出模糊集，如表4所示, 表中数值代表对于每个评价标准的隶属度。

考虑到最大隶属度原则在某些情况下会丢失大量数据信息,因此本文采用加权平均法,分别将“较差”、“一般”、“较好”赋值为1、2、3,并与隶属度进行综合,得到2016年各城市的土地综合承载力评价结果,如表5。

表3 土地综合承载力评价指标差异化权重

Table 3 Differentiated weights of land comprehensive carrying capacity evaluation indicators %

表4 2016年各城市土地综合承载力评价模糊集

参考文献[26]中对土地综合承载力的等级划分方法,结合评价结果将土地综合承载力划分为5个等级:高承载区、较高承载区、中等承载区、较低承载区及低承载区。同时,利用GIS软件绘制各类型城市的土地综合承载力分布特征图。

3.3 城市类型与土地综合承载力的关系

根据图3可得, 发展优势型(成都市)的土地综合承载力最高, 综合得分为2.732, 属于高承载区; 产业加工型城市土地综合承载力平均值为1.890, 其中20%为较高承载区, 80%为中等承载区; 均衡发展型城市总体处于中等承载水平,其中75%的城市为中等及以上承载水平,土地综合承载力平均值为1.919;资源服务型城市土地综合载力平均值为1.657,总体处于较低承载力水平,且较低承载力城市占该类型城市的66.67%。同时,根据各城市历年土地综合承载力评价结果,对城市类型进行方差分析,检验结果显示P值0.00小于0.05的显著性水平,拒绝原假设,说明城市类型对于土地综合承载力具有显著性影响。

表5 土地综合承载力评价结果

图3 各类型城市土地综合承载力等级分布图Fig.3 Grading distribution maps市 of comprehensive land carrying capacity of various cities

从时间演化角度以各类型代表城市为例进行土地综合承载力分析(图4)。 近十年来, 发展优势型城市(成都市)土地综合承载力呈现稳定增长的趋势; 产业加工型城市(眉山市)呈现较为稳定的增长趋势; 均衡发展型城市(攀枝花市) 总体上仍然呈现较为稳定的增长趋势; 资源服务型城市(甘孜州)的土地综合承载力则呈现出较大的不稳定性,这与其耕地开发率及土地保护力度有着紧密联系。

图4 各类型代表城市土地综合承载力演化趋势Fig.4 Various evolution trend of urban land comprehensive carrying capacity

同时,对同类型各城市的土地综合承载力进行比较分析可知,产业加工型城市中眉山和德阳属于较高承载区,其他城市均属于中等承载区,承载力大小依次为:自贡>资阳>内江>遂宁>宜宾>泸州>南充>广安;均衡发展型城市中攀枝花处于高承载区,绵阳、乐山处于中等承载区,雅安处于较低承载区;资源服务型城市中,甘孜处于中等承载区,凉山、阿坝、达州、广元属于较低承载区,且承载力依次减小,巴中处于低承载区。

3.4 基于障碍度模型的影响因素分析

为了更加深入地了解影响土地资源可持续利用的因素,为各类型城市的政策方针提供决策依据,对各城市的土地综合承载力评价指标进行障碍因子诊断。运用障碍度公式计算，结果如表6所示。

障碍度计算结果表明:

(1)发展优势型城市最大的障碍因子是人均耕地面积(障碍度为47.09%), 其次是耕地开发率(障碍度为37.35%)、有效灌溉率,并且障碍度明显高于其他因子,该类型城市的障碍因素为土地开发利用效率。

(2)产业加工型城市的障碍因子主要集中在城镇化水平、第三产业比例、化肥集约度以及有效灌溉率。其中,德阳的最大障碍因子为化肥集约度(障碍度为25.46%),应该重视对土地资源的保护力度,减少农业生产对土地的污染;对于眉山,城镇化水平和化肥集约度的障碍度不相上下,应该同时重视城镇化建设与土地资源保护。

(3)均衡发展型城市的障碍因子主要包括:城镇居民可支配收入、人均生产总值、第三产业比例、耕地开发率等。其中,攀枝花的主要障碍因子为第三产业比例和耕地开发率,攀枝花由于其丰富的矿产资源,工业发展具有较大优势,而第三产业比例较低,因此应在大力发展工业的同时注重对土地资源的开发利用效率的提升。

(4)资源服务型城市的障碍因子主要包括:耕地开发率、化肥集约度以及城镇化水平等。其中广元、达州、巴中的最大障碍因子为化肥集约度(障碍度分别为42.72%、 46.58%、 48.66%),应该加强对土地资源的保护力度;阿坝州、甘孜州、凉山州则受耕地开发率的障碍最大,这3个城市应该大力提升土地资源的开发利用率。

4 结 论

将城市差异化理论引入土地综合承载力的评价研究中。在对四川省各城市进行发展类型划分的基础之上,运用专家咨询法、频数统计等方法构建评价指标体系,采用基于熵值法的模糊综合评价模型计算土地综合承载力,并对承载力进行等级划分,进而从横向与纵向两个维度对各类型城市土地综合承载力进行差异化分析,最后通过障碍度模型对各指标进行障碍因子诊断更具针对性。综上,本文采用定性与定量相结合的研究手段,构建基于城市差异化土地综合承载力评价模型,研究结果科学合理,主要结论如下:

表6 土地综合承载力评价指标障碍度

Table 6 Obstacle evaluation index of land comprehensive carrying capacity %

注:为便于阅读,对每个城市障碍度最高的3个障碍因子进行了加粗显示。

(1)城市发展类型与土地综合承载力之间有着较为显著的关系:发展优势型承载力最高,属于高承载区;产业加工型城市均处在中等及以上承载区,其中较高承载区与中等承载区分别占20%和80%;均衡发展型城市总体处于中等承载区,且中等及以上承载区占75%;资源服务型承载力较低,且较低承载区占66.67%。

(2)从时间演化角度来看,2007—2016年间,发展优势型城市的承载力呈现稳定增长趋势;产业加工型、均衡发展型呈现较为稳定的增长趋势;资源服务型呈现较大不稳定性。

(3)各类型城市提升土地综合承载力的策略应有所针对性:发展优势型城市建议加大力度提升土地资源的开发利用效率;产业加工型城市可在提升生产技术、土地利用效率,并加强土地资源的保护力度的同时加快城镇化建设发展速度;均衡发展型城市应充分利用土地资源,发挥自身产业优势均衡发展;资源服务型城市应首先注重土地资源的保护,其次提高土地资源的开发利用率,进而加快提升土地综合承载力。