基于PSR模型和熵权法的南宁市城市土地集约利用评价.pdf

第2 3卷 第1 6期2 0 2 3年 8月 科 技 和 产 业S c i e n c eT e c h n o l o g ya n dI n d u s t r y V o l.2 3,N o.1 6A u g.,2 0 2 3基于P S R模型和熵权法的南宁市城市土地集约利用评价韦苏蓉1,韦燕飞1,童新华2(1.南宁师范大学 自然资源与测绘学院,南宁5 3 0 1 0 0;2.南宁师范大学 地理科学与规划学院,南宁5 3 0 1 0 0)摘要:以南宁市为例,基于压力-状态-响应(p r e s s u r e-s t a t e-r e s p o n s e,P S R)模型建立土地集约利用评价体系,运用熵权法对各项指标测算权重,定量评价南宁市土地集约利用情况。结果表明,2 0 1 22 0 2 1年南宁市土地集约利用水平不断提高,土地压力系统呈先下降后上升的趋势,土地状态系统呈上升趋势,土地响应状态比较平稳,土地集约利用协调度也处于一个较平稳的状态。南宁市人口密度不断上升,土地压力呈上升趋势,但建设用地增长率逐渐下降,说明南宁市建设用地扩张的趋势有明显的好转。关键词:集约利用;熵权法;P S R模型;南宁市中图分类号:F 3 0 1.2 文献标志码:A 文章编号:1 6 7 1-1 8 0 7(2 0 2 3)1 6-0 0 4 4-0 6收稿日期:2 0 2 3-0 3-2 6作者简介:韦苏蓉(1 9 9 7),女,广西柳州人,南宁师范大学自然资源与测绘学院,硕士研究生,研究方向为土地利用优化配置相关研究领域;通信作者韦燕飞(1 9 7 8),女,广西百色人,南宁师范大学自然资源与测绘学院,教授,博士,研究方向为土地利用优化配置;童新华(1 9 6 4),男,广西百色人,南宁师范大学地理科学与规划学院,副教授,研究方向为国土信息技术。土地是我们人类生活的基本载体,为人类提供物质基础,也是我们发展的基本前提1。随着我国经济飞速发展,城市化进程不断加快,城市土地的供给与需求问题成为社会发展的一个重要问题之一,如何优化土地资源,提高土地利用率,已经成为新城发展中的一个重要问题2。城市扩张,越来越多的农村人口在城市定居,使得城市建设不断向外扩张,导致耕地面积逐渐减少,在城市扩张的过程中不仅要保证基本农田不减少,还要提高城市建设用地的集约利用效率,这是土地问题的关键3。集约利用管理是城市土地管理的核心之一,土集约利用的核心内容是土地集约利用评价,加强对城市土地的集约利用评价,对促进城市可持续发展有重要意义4-5。国外研 究 土 地 集 约 利 用 的 模 型 和 方 法 有 许多,在土地利用领域的研究处于前沿6。但是在研究城市集约利用评价时的许多方法与模型并不适用于中国的城市研究。国内许多学者在土地集约利用进行研究,并建立了一系列的评价模型,如范丽娟和田广星7基于模糊综合评价法,从土地投入水平、土地利用程度和土地利用效率3个方面对银川市土地集约利用进行研究,得出银川市土地利 用 集 约 程 度 为 较 集 约 水 平;魏 源 和 刘 淑英8运用多因素综合评价、特尔菲法和模糊综合评价方法,对兰州高新区土地集约利用程度进行研究,得出高新区土地集约利用水平为集约利用,并提出土地集约利用水平应从改善用地结构和提高土地利用强度两方面入手;王荣华等9基于B P人工神经网络算法,对临沂市土地利用集约状况进行预测,得出临沂市土地利用集约度逐渐向好发展的结论;曹靖文等1 0、吴儒练和李洪义1 1、李立等1 2运用P S R模型,对城市土地集约利用进行研究;王向东等1 3基于技术效率测度,对京津冀城市土地集约利用潜力进行研究,为城市土地集约利用实践与管理提供科学指导;程歆等1 4运用夜间灯光遥感数据对城市土地集约利用进行评价,对江苏省不同发展水平的城市分别进行基于滞后项系数的灯光与存量用地和新增用地之间的制约关系分析,研究结果表明该模型能较好地反应曾是利用水平,为中国城市化过程中的土地集约利用评价方法提供参考。不同的学者在进行土地集约利用评价时所运用的模型和采取的评价指标不同,但是目前我国也没有统一的评价指标和标准。基于不同学者的研究和数据的可获取行,本文选取南宁市作为研究对象,选用P S R模型构建土地集约利用评价指标体系,分析南宁市土地利用集44约水平,以期为提高南宁市土地集约利用水平提供一定的参考依据。1 研究对象及研究区概况南宁市位于广西壮族自治区的南部,位于东经1 0 7 4 5 1 0 8 5 1,北纬2 2 1 3 2 3 3 2,全市总面积为2 20 9 9k m2,2 0 2 2年南宁市常住人口为8 7 4.1 6万人,城镇人口为6 1 6.4万人,地区生产总值为52 1 8.3 4亿元。南宁市是广西的首府,是广西的政治、经济、文化和教育中心,是中国重要的交通枢纽地区,是北部湾城市群的核心城市,是珠江-西江经济带的核心城市,也是中国-东盟博览会永久举办地,南宁市地理位置如图1所示。图1 南宁市位置示意图2 数据来源本文的数据主要涉及南宁市的人口、社会经济等数据,数据主要来自2 0 1 22 0 2 1年 广西统计年鉴 南宁市统计年鉴 以及相应的统计公报。3 研究方法3.1 指标体系的确定P S R模型是由经济合作与发展组织(O E C D)和联合国环境规划署(UN E P)共同提出的,用于评价人类与自然资源之间的关系7。模型中P指的是土地资源受到的外界给予的压力,S是土地资源的变化情况,R是人类为改善不良环境而采取的措施。南宁市土地集约利用的过程是一个复杂且动态的过程,受到社会环境、经济环境、政治环境、自然环境等多方面的影响,保证评价结果的系统性、全面性、科学性和客观性。借鉴有关学者的研究成果,选取的压力指标为人口密度、建设用地增长率、人口与用地增长弹性系数、建设用地与G D P增长弹性系数、建成区绿地覆盖率;状态指标为人均耕地面积、人均建设用地、人均道路面积、人均地方财政收入、地均G D P、地均第二、三产业的G D P、地均社会消费品零售额、人均公园绿地面积;响应指标为地均固定资产投入、市垃圾无害化处理率、污水处理率,共1 6项指标(表1)。表1 地集约利用评价指标体系准则层指标层指标描述方向性压力指标人 口 密 度/(万 人k m-2)城 镇 人 口/建 成 区面积+建设用地增长率/%指年内建设 用地增长比上年增 加的百分比+人口与 用地增长弹性系数城镇人口增 长百分比/建设用地增长百分比+建设用地与G D P增长弹性系数建设用地增 长百分比/G D P增 长 百分比+状态指标人均耕地面积/(k m2万人-1)耕地面积/城镇人口-人均建设用地/(m2人-1)建设用地总面积/城镇人口-人均道路面积/(m2人-1)城镇道路总面积/城镇人口+人均地方财政收入/(万元人-1)地方财政收入总值/城镇人口+地均地区生产总值/(亿元k m-2)城镇G D P/城镇建成区面积+地均第二、三产业的G D P/(亿元k m-2)第二、三产业G D P/总G D P+地均社 会消费品零售额/(亿元k m-2)社会消费品 零售总额/土地总面积+建筑容积率/%建筑总面积/城镇建成区总面积+响应指标地均固定资产投入/(亿元k m-2)城镇固定资产投资/城镇建成区面积+人均公园绿地面积/(m2人-1)公共绿地面积/城镇人口+污水处理率/%经过处理的 生活污水、工业废水量占污水排放总量的比例+3.3 标准化根据指标对土地集约利用的影响,可将指标分为正向指标和负向指标,为了消除由于指标单位不同的影响,使各数据具有可比性,去除指标之间的量纲差异,采用标准化公式如下。正向指标:X i j=Xi j-m i nXjm a xXj-m i nXj(1)负向指标:X i j=m i nXj-Xi jm a xXj-m i nXj(2)54 韦苏蓉等:基于P S R模型和熵权法的南宁市城市土地集约利用评价 式中:X i j为数据标准化后的指标值;Xi j为第i个年份第j项评价指标的原始数值;m i nXj和m a xXj分别为所有年份中 第j项 评 价 指 标 的 最 小 值 和 最大值7。3.4 熵值法确定指标权重利用熵值法对1 6个指标进行权重计算,计算公式如下。计算标准化后第i年第j项指标的占比Yi j为Yi j=X i jmi=1X i j(3)计算指标信息熵为ej=kmi=1Y i jl nYi j(4)计算信息熵冗余度为dj=1-ej(5)计算指标权重为Wj=djnj=1dj(6)式中:k=1/l nm,m为评价年数,n为指标数。计算得到的评价指标体系各指标层及准则层权重值如表2所示。表2 南宁市土地集约利用指标层与准则层权重目标层 准则层指标层指标权重子系统权重城市土地集约利用水平压力指标状态指标响应指标人口密度/(万人k m-2)0.0 5建设用地增长率/%0.1 5人口与用地增长弹性系数0.0 7建设用地与G D P增长弹性系数0.1 3人均耕地面积/(k m2万人-1)0.0 4人均建设用地/(m2人-1)0.0 6人均道路面积/(m2人-1)0.1 1人均地方财政收入/(万元人-1)0.0 3地均地区生产总值/(亿元k m-2)0.0 7地均第二、三产业的G D P/(亿元 k m-2)0.0 7地均社会消费品零售额/(亿元k m-2)0.0 4建筑容积率/%0.0 5地均固定资产投入/(亿元k m-2)0.0 4人均公园绿地面积/(m2人-1)0.0 7污水处理率/%0.0 30.4 30.4 30.1 43.5 综合评价模型土地集约利用评价是压力系统、状态系统、响应系统三个子系统的数据进行综合计算得来的,计算公式如下。F=WPnj=1Pii+WSmj=1Pjj+WRjk=1Pkk(6)式中:F为城市土地集约利用的综合情况;WP为压力指标的权重;WS为状态指标的权重;WR为响应指标的权重;Pi、i分别为压力指标中各单项指标的权重和标准化值;Pj、j分别为状态指标各单项指标的权重和标准化值;Pk、k分别为响应指标各单项指标的权重和标准化值。4 评价结果分析采用熵权法对南宁市土地集约利用进行评价,得出2 0 1 22 0 2 1年南宁市城市土地集约利用评价结果(表3)及其变化趋势(图2)。4.1 土地压力状况分析如图3所示,2 0 1 22 0 1 5年南宁市土地压力下降,其原因在于期间城镇人口建设用地与G D P增长弹性系数和建设用地增长率快速下降,导致土地压力指标下降。2 0 1 62 0 1 7土地压 力 上 升,主 要 是除了人口密度,其他各指标均上升,导致土地整体压力指标升高。2 0 1 72 0 2 0年,南宁市土地压力相对较平稳,原因主要是由于建设用地增长率、人口与用地增长弹性系数相对较平稳,所以土地压力相平稳。2 0 2 02 0 2 1年土地压力上升,主要是建设用地与G D P增长弹性系数增长幅度较大,所以土地利用状态上升。从总体上看南宁市2 0 1 22 0 2 1年土地压力处于先下降后上升的趋势,可以看得出来南宁市对人口的吸引逐渐增大,城镇人口总数由2 0 1 2年的4 0 1.6 2万人增加到2 0 2 1年的6 1 6.4 0万人,G D P总量也在不断上升,2 0 1 2年南宁市G D P总量为25 0 3.1 8亿元,2 0 2 1年南宁市G D P总量为51 2 0.9 4亿元,可见1 0年间,南宁市G D P总量翻了一番。表3 南宁市土地集约利用评价结果准则层2 0 1 2年2 0 1 3年2 0 1 4年2 0 1 5年2 0 1 6年2 0 1 7年2 0 1 8年2 0 1 9年2 0 2 0年2 0 2 1年压力指标1.0 60.7 40.3 80.3 30.5 30.5 80.5 60.6 10.6 50.8 9状态指标0.2 40.5 91.1 91.2 41.2 91.8 72.5 02.4 62.7 32.1 0响应指标0.2 40.1 50.1 50.1 80.1 60.2 30.2 20.2 90.2 90.3 1综合指标1.5 31.4 81.7 21.7 51.9 82.6 93.2 83.3 63.6 73.3 064 科技和产业 第2 3卷 第1 6期 图2 南宁市土地集约利用综合评价及各子系统评价结果变化图3 2 0 1 22 0 2 1年南宁市压力指标值与压力系统总体变化4.2 土地状态分析由图2可知,南宁市土地状态总体状况处于升趋势,2 0 1 22 0 2 0年土地状态稳步上升,土地状态指标值由2 0 1 2年的0.2 4升高到2 0 2 0年的2.7 3,2 0 2 02 0 2 1年土地状态小幅度下降。如图4所示,南宁市土地状态变化趋势与地均社会消费品零售额总体趋势基本一致。南宁市土地状态在2 0 1 22 0 2 0年提升,其中2 0 1 22 0 1 6年上升幅度比2 0 1 62 0 2 0年的上升幅度小,主要是由于2 0 1 22 0 2 0年南宁市除了人均道路和建筑容积率,其他各项指标均是上升的,带动了南宁市土地整体状态的升高。2 0 2 02 0 2 1年南宁市土地状态下降,这是由于2 0 2 02 0 2 1年南宁市人均建设用地急剧下降导致的。从总体上看,近1 0年南宁市的经济发展带动了土地状态评价结果总体上升。4.3 土地响应分析由图2可知,南宁市土地响应状况在2 0 1 22 0 2 1年总体呈先下降后上升趋势,2 0 1 22 0 1 4年土地响应状态下降,2 0 1 42 0 2 1年土地响应状态上升,土地响应状况由2 0 1 6年的0.1 6升高到2 0 2 0年的0.3 1。如图5所示,2 0 1 22 0 1 4年土地响应状态下降,主要原因是2 0 1 22 0 1 4年各项指标在不同的时间都有下降和上升的趋势,导致土地压力指标下降。2 0 1 42 0 2 1年土地响应状态总体呈上升趋势,主要是由于地均固定资产投入和污水处理率上升,导致土地压力指标总体属于上升趋势。由图5可知,地均固定资产投入会直接影响土地的响应状况。2 0 1 22 0 2 1年南宁市响应状况总体已有很大提高,但人均公园绿地面积总体上处于下降趋势,今后可进一步提高公园绿地的面积。4.4 P S R系统的协调度分析压力-状态-响应系统是由三个子系统之间相互协作、共同影响、相互作用影响的,每一个子系统发生变化都会影响土地集约利用的评价结果,不能单独某个子系统来评价土地的集约利用状况,由此引入协调度来进一步分析南宁市土地集约利用情况,计算公式为U=P+S+RP2+S2+R2(8)式中:U为系统协调度指数;P、S、R分别为压力、状态、响应综合评价指数。如图6所示,南宁市土地P S R系 统 协 调 度 处 于 一 个 较 平 稳 的 状 态,但 是2 0 1 32 0 2 0年的协调值处于缓慢下降的趋势,直到图4 2 0 1 22 0 2 1年南宁市状态指标值与状态系统总体变化图5 2 0 1 22 0 2 1年南宁市响应指标值与响应系统总体变化74 韦苏蓉等:基于P S R模型和熵权法的南宁市城市土地集约利用评价 图6 南宁市2 0 1 22 0 2 1年土地集约利用协调度变化2 0 2 02 0 2 1才有上升的趋势,由此可见南宁市土地集约度的三个子系统之间的协调度有下降的趋势。5 结论通过构建P S R模型,建立土地集约利用评价指标体系,运用熵权法确定指标权重,综合评价南宁市土地集约利用状况,得出以下结论。1)从综合评价结果来看,南宁市2 0 1 22 0 2 1年土地集约利用水平不断提高,土地压力系统呈先下降后上升的趋势,土地状态系统整体呈上升趋势,土地响应状态处于比较平稳的状态,没有太大的浮动,说明南宁市近1 0年土地集约利用状况在逐步提高。从土地集约利用协调度变化情况来看,南宁市土地集约利用协调度处于一个较平稳的状态。2)从各项指标来看,南宁市人口密度不断上升,土地压力呈上升趋势,但建设用地增长率逐渐下降,说明南宁市建设用地扩张的趋势有明显的好转。近1 0年来南宁市的经济状态逐年上涨,吸引力越来越多的人口向城市靠拢,为城市发展起到了重要作用,同时不断增强对城市环境的处理,使城市的环境越来越好。通过对南宁市土地的集约利用分析,提出以下建议:一是保持现有的土地规模,提高现有土地的集约利用率,对城市利用率低的土地进行改造,提高利用率,严格审批土地的扩张,盘活“存量”、带动“增量”,提高土地集约利用度。二是提高土地的集约利用度,虽然土地的响应状态处于一个比较平稳的状态,但是响应值较低,所以采取更多措施和手段,以提高土地集约利用度。参考文献1 周 京 奎.城 市 土 地 经 济 学 M.北 京:北 京 大 学 出 版社,2 0 0 7.2 姚士谋,张平宇,余成,等.中国新型城镇化理论与实践问题J.地理科学,2 0 1 4,3 4(6):6 4 1-6 4 7.3 王静,郑振源,黄晓宇,等.对中国现行土地利用战略解决土地供需矛盾的反思J.中国土地科学,2 0 1 1,2 5(4):9-1 2.4 陈莹,刘康,郑伟元,等.城市土地集约利用潜力评价的应用研究J.中国土地科学,2 0 0 2(4):2 6-2 9.5 孙小祥,秦艺娟.基于P S R模型的城市土地集约利用评价研究 以苏州市为例J.西 南 大 学 学 报(自 然 科 学版),2 0 2 1,4 3(4):1 0 0-1 0 8.6 彭冲.新型城镇化对城镇土地集约利用的影响研究D.长沙:湖南大学,2 0 1 5.7 范丽娟,田广星.基于模糊综合评价法的银川市土地集约利用评价J.农业科学研究,2 0 1 8,3 9(1):6-9.8 魏源,刘淑英.基于模糊综合评价的兰州高新技术产业开发区土地集约利用评价J.黑龙江农业科学,2 0 1 2(2):1 0 4-1 0 8.9 王荣华,刘荔,孟婷婷.基于B P人工神经网络算法的临沂市土地利用集约状况探析J.山东国土资源,2 0 1 4,3 0(1 1):8 4-8 6.1 0 曹竞文,李淑杰,李高行,等.基于P S R模型和熵权法的扶余市城市土地集约利用评价J.东北师大学报(自然科学版),2 0 1 9,5 1(1):1 2 5-1 3 2.1 1 吴儒练,李洪义.基于P S R模型的全域旅游示范区土地集约利用评价研究 以上饶 市为例J.生 态经济,2 0 2 0,3 6(6):1 2 9-1 3 4.1 2 李立,王佳,章静敏.基于P S R模型的邯郸市城市土地集约利 用 评 价 J.河 北 工 业 大 学 学 报,2 0 1 7,4 6(3):1 1 2-1 1 7.1 3 王向东,刘小茜,裴韬,等.基于技术效率测算的京津冀城市土地集约利用潜力评价J.地理学报,2 0 1 9(9):1 8 5 3-1 8 6 5.1 4 程歆,邵华,李杨,等.基于夜间灯光遥感数据的城市土地集约利用评价模型J.农业工程学报,2 0 1 8,3 4(8):2 6 2-2 6 8.1 5 李君.身体力行,自觉践行强首府战略N.南宁日报,2 0 1 9-1 2-0 5(7).1 6 孙雯雯,梅昀,陈银蓉,等.基于P S R模型的郑州市土地低碳集约利用评价研究J.湖北农业科学,2 0 1 5(3):5 6 0-5 6 4.84 科技和产业 第2 3卷 第1 6期 E v a l u a t i o no fU r b a nL a n dI n t e n s i v eU s e i nN a n n i n gC i t yB a s e do nP S R M o d e l a n dE n t r o p yW e i g h tM e t h o dWE IS u r o n g1,WE IY a n f e i1,T ONGX i n h u a2(1.S c h o o l o fN a t u r a lR e s o u r c e sa n dG e o m a t i c s,N a n n i n gN o r m a lU n i v e r s i t y,N a n n i n g5 3 0 1 0 0,C h i n a;2.S c h o o l o fG e o g r a p h i cS c i e n c ea n dP l a n n i n g,N a n n i n gN o r m a lU n i v e r s i t y,N a n n i n g5 3 0 1 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:T a k i n gN a n n i n gC i t ya s a ne x a m p l e,t h e e v a l u a t i o ns y s t e mo f l a n d i n t e n s i v eu s ew a s e s t a b l i s h e db a s e do nP S Rm o d e l,a n d t h e e n t r o-p yw e i g h tm e t h o dw a su s e dt oc a l c u l a t e t h ew e i g h t o f v a r i o u s i n d i c a t o r s t oe v a l u a t e t h e s i t u a t i o no f l a n d i n t e n s i v eu s e i nN a n n i n gC i t yq u a n t i t a-t i v e l y.T h er e s u l t ss h o wt h a t t h e l e v e l o f l a n d i n t e n s i v eu s e i nN a n n i n gc o n t i n u e s t o i m p r o v e f r o m2 0 1 2t o2 0 2 1,t h e l a n dp r e s s u r es y s t e md e-c r e a s e s f i r s t a n dt h e nr i s e s,t h e l a n ds t a t es y s t e mi n c r e a s e s,t h e l a n dr e s p o n s e s t a t e i s r e l a t i v e l ys t a b l e,a n d t h e c o o r d i n a t i o nd e g r e eo f l a n d i n-t e n s i v eu s e i sa l s o i na s t a b l e s t a t e.T h ep o p u l a t i o nd e n s i t yo fN a n n i n gC i t y i s i n c r e a s i n g,a n d t h e l a n dp r e s s u r e i s r i s i n g,b u t t h eg r o w t hr a t eo fc o n s t r u c t i o n l a n d i sd e c r e a s i n gg r a d u a l l y,w h i c h i n d i c a t e s t h a t t h ee x p a n s i o nt r e n do f c o n s t r u c t i o n l a n d i nN a n n i n gC i t y i so b v i o u s l y i m p r o v e d.K e y w o r d s:i n t e n s i v eu t i l i z a t i o n;e n t r o p yw e i g h tm e t h o d;P S Rm o d e l;N a n n i n gC i t y94 韦苏蓉等:基于P S R模型和熵权法的南宁市城市土地集约利用评价