西南大学学报 (自然科学版)  2018, Vol. 40 Issue (10): 135-144.  DOI: 10.13718/j.cnki.xdzk.2018.10.022
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  • 基于熵权TOPSIS模型的乡村土地利用转型评价研究——以重庆市渝北区为例    [PDF全文]
    张茜茜1,2, 廖和平1,2, 杨伟3, 张亚飞1,2, 龙辉1,2     
    1. 西南大学 地理科学学院, 重庆 400715;
    2. 西南大学 国土资源研究所, 重庆 400715;
    3. 重庆工程职业技术学院 地质与测绘工程学院, 重庆 402260
    摘要:了解乡村土地利用转型现状对落实“乡村振兴”战略有重要意义.采用熵权TOPSIS模型,从空间转型、功能转型2方面构建评价指标体系,对受城市扩张影响较大的兴隆镇乡村土地利用转型情况及其影响因素进行探索.结果显示:①熵权TOPSIS模型可充分反映原始数据,并获得乡村土地利用转型评价分值,适用于乡村土地利用转型评价研究;②兴隆镇各村土地利用空间转型水平差异较小,研究期内提升速度较快;土地利用功能转型情况与之相反;土地利用空间转型的速度快于功能转型的速度.③适度经营耕地面积、第二、三产业比重等因素在兴隆镇乡村土地转型中扮演着重要角色,加快农村土地有序流转、适度规模化经营农村土地对乡村土地利用转型发展具有重要意义.
    关键词乡村土地利用转型    空间转型    功能转型    熵权法    TOPSIS模型    

    近年来,中国城乡人口流动和经济社会发展要素的不断交替与重组,以及社会经济形态和地域空间格局的重构变化,持续推动着乡村转型发展[1].土地作为人类社会经济活动的主要载体,转型发展进程中暴露出来的社会经济问题均在土地利用转型上得以反映[2].在推进“乡村振兴”大发展的情势下,对乡村土地利用转型情况进行测度研究,了解乡村土地利用转型的模式、驱动力、影响机制等,对现阶段乡村转型发展、美丽乡村建设及城乡融合发展具有重要意义.

    目前,关于乡村土地利用转型的研究成果较丰富.研究内容上主要探讨了土地利用转型与乡村转型发展[2]、土地整治[3]、经济发展阶段[4-5]之间的关系,研究方法上传统的地理学调查分析、数量模型模拟及“3S”决策支持等方法[6]、空间自相关模型、神经网络模型[7]等被运用到研究之中,在动因上对驱动机制[8]、影响因素[9]、过程格局研究较多[10-11],研究空间尺度上有区域级[12]、省级[13]、县级[14]、村级[11, 15]的研究.这些研究侧重于采用不同方法探索不同区域、不同尺度乡村土地利用转型影响因素,对具体的乡村土地利用转型发展程度并未做出明确测算.据此,本文采用熵权TOPSIS模型,对受城市功能扩张影响较大、乡村发展势头较好的重庆市渝北区兴隆镇各行政村土地利用转型情况做出量化评价,明确其土地利用转型发展水平与影响因素,以期为乡村土地利用评价提供方法借鉴,为研究区落实“乡村振兴”战略政策的制定提供一定参考.

    1 研究区域概况、数据来源及研究方法 1.1 重庆市渝北区兴隆镇概况

    兴隆镇位于重庆市渝北区中北部,辖广佛、徐堡、龙寨、新寨、小五、牛皇、天宝寨、发扬、永兴、保胜寺、永庆、龙平、南天门、杜家、黄葛15个行政村(图 1).镇域范围内地势西高东低,西部南天门、杜家、黄葛、龙平4村地处华蓥山腹地,地势起伏较大,对外交通联系较差,发展水平相对较低;东部11村地势相对平坦,且有G210国道贯穿南北,加之近年重庆市农村土地流转工作的开展,南北大道、农业园区等项目的建设为东部村子发展带来新的机遇.

    图 1 重庆市渝北区兴隆镇区位图
    1.2 数据来源

    2007年国务院确定重庆市为“全国统筹城乡综合配套改革试验区”,2010年重庆市渝北区启动兴隆镇农业园区项目,因此本文选择2010年作为研究起始年份,2016年为近期时间点,通过对兴隆镇2010年、2016年2个时间点的乡村土地利用转型评价对比,总结其影响因素.

    研究数据主要涉及兴隆镇各村2010-2016年的各类用地变化情况、适度经营耕地面积、粮食产量、人口数量、第二、三产业产值、第二、三产业从业人员比例、非农劳动力转移率等数据.其中,用地变化数据来源于兴隆镇2010-2016年国家土地利用变更调查数据库,适度经营耕地面积、人口、产业发展数据来源于2010-2016年兴隆镇农业生产年报、收益分配年报及实际调查,具体评价使用数据由各评价指标统计原始数据计算得到.

    1.3 研究方法 1.3.1 熵权法

    评价指标权重由熵权法确定.熵权法确定权重的思路是评价对象在某项指标上的值相差越大越重要,权重相应也越大.根据各项指标的变异程度,计算出各项指标的权重,为多指标综合评价提供依据[18].具体计算公式为:

    $ {w_i} = \frac{{1 - {e_i}}}{{m - \sum\limits_{i = 1}^m {{e_i}} }} $

    其中,

    $ \begin{array}{l} {e_i} = - k\sum\limits_{i = 1}^m {{f_{ij{\rm{ln}}{f_{ij}}}}} \;\;\;\;\;\;{f_{ij}} = \frac{{{\mathit{\boldsymbol{X}}_{ij}}}}{{\sum\limits_{j = 1}^n {{X_{ij}}}}} \\ k = \frac{1}{{{\rm{ln}}n}}\;\;\;\;\;\;\;{X_{ij}} = \frac{{{x_{ij}} - {\rm{min}}\left| {{x_{ij}}} \right|}}{{{\rm{max}}\;{\rm{min}}\left| {{x_{ij}}} \right| - {\rm{min}}\left| {{x_{ij}}} \right|}} + 1 \end{array} $

    式中:xiji项评价指标j年的评价数据,i=1,2,…,mj=1,2,…,nXij为原始数据矩阵标准化处理后的数据矩阵;k为玻尔兹曼常量;eii项指标的熵值;wii项指标的权重,且满足0≤wi≤1和$ \sum\limits_{i = 1}^m {{w_i} = 1} $.

    1.3.2 改进TOPSIS模型

    TOPSIS模型全称是逼近于理想值的排序方法,是一种适用于根据多项指标、对多个方案进行比较选择的分析方法,该方法能够客观、全面地反映土地利用状况的动态变化,通过在目标空间中定义一个测度,测量目标靠近正理想解和远离负理想解的程度,以评估土地利用的绩效水平[16].与传统的TOPSIS法相比,改进的TOPSIS法主要对评价对象与正理想解和负理想解的评价公式进行,然后求出评价对象与正、负理想值之间的加权欧氏距离,得到各评价对象与最优方案的接近程度,以此作为评价对象优劣的标准[17-18].具体操作步骤如下:

    1) 同趋势化.将兴隆镇15个村2010年和2016年2个时间点的负向指标正向化处理,绝对数负向指标使用倒数法(1/X),相对数负向指标使用差值法(1-X).

    2) 指标无量纲化.设(Xij)m×n为同趋势化后的指标矩阵,(Zij)m×n为无量纲化后的矩阵,则:

    $ {Z_{ij}} = {X_{ij}}/\sqrt {{X_{ij}}2} $

    式中j=1,2,…,m.

    3) 确定指标权重,构建加权决策矩阵.权重wi由熵值法确定,设(Rij)m×n为加权决策矩阵,则:

    $ {R_{ij}} = {w_i} \times {Z_{ij}} $

    式中i=1,2,…,m.

    4) 确定正、负理想解.设R+为正理想,R-为负理想,则:

    $ \begin{array}{l} {R^ + } = \left\{ {\mathop {{\rm{max}}}\limits_{1 \le i \le m} {R_{ij}}|i = 1, 2, \cdots , m} \right\} = \left\{ {R_1^ + , {\rm{ }}R_2^ + , \cdots , {\rm{ }}R_m^ + } \right\}\\ {R^ - } = \left\{ {\mathop {{\rm{max}}}\limits_{1 \le i \le m} {R_{ij}}|i = 1, 2, \cdots , \;m} \right\} = \left\{ {R_1^ - , R_2^ - , \cdots , R_m^ - } \right\} \end{array} $

    5) 计算各评价指标到正、负理想的加权欧式距离D+D-.

    $ \begin{array}{l} {D^ + } = \sqrt {({R_{ij}} - R_i^ + )2} \left( {i = 1, {\rm{ }}2, \cdots , {\rm{ }}m} \right){\rm{ }}\\ {D^ - } = \sqrt {({R_{ij}} - R_i^ - )2} \left( {i = 1, {\rm{ }}2, \cdots , {\rm{ }}m} \right) \end{array} $

    式中:Rij为第i项指标第j个评价目标加权规范值,Ri+Ri-分别为第i项指标在历年评价中的正、负理想值.

    6) 计算历年评价对象与最优方案的贴近度Cj.

    $ {C_j} = \frac{{{D^ - }}}{{{D^ - } - {D^ + }}}\;\;\;\;\;\;\;\;1 \le j \le n $

    式中:Cj越大表明第j个评价目标的农村居民点转型越接近最优水平,当Cj=1时,表明农村居民点转型最好,Cj=0时,表明农村居民点转型最差.根据已有学者的研究成果[16-18],将贴近度划分为4个等级标准,用以表征农村居民的转型程度(表 1).

    表 1 乡村土地利用转型评价标准
    2 乡村土地利用转型评价指标体系构建 2.1 乡村土地利用转型内涵鉴定

    土地利用转型是指在经济社会变化和革新的驱动下,一段时期内与经济和社会发展阶段转型相对应的区域土地利用由一种形态(含显性形态和隐性形态)转变为另一种形态的过程[2].土地利用转型不仅应当重视土地利用空间形态的变化,同时应当重视土地利用功能形态的变化[19],据此本文将乡村土地利用转型定义为:一段时期内,乡村土地利用与当地经济社会发展变化相对应发生的空间形态和功能形态转型.其中,空间形态转型是指乡村主要用地类型数量、景观格局以及经营格局的变化,主要体现在地类数量上的增减和空间结构调整;功能形态转型是指乡村土地利用在生产、生活、生态等主要功能方面的转变,主要体现在农村产业结构的演进、农民传统生活模式的转变等方面.

    2.2 指标体系构建

    从乡村土地利用空间转型和功能转型2方面选取指标构建乡村土地利用转型评价体系.

    乡村土地利用空间转型从地类数量变化、景观格局变化和经营格局变化3方面测度.农村土地利用可分为农用地、农村建设用地、未利用土地三大类.乡村土地利用变化主要体现在农村建设用地与农用地之间的转化;农村建设用地数量、结构的变化直接影响农村景观格局的变化;在农村分布最为广阔的农用地(耕、园、林、草等)的耕作、管理的变化将影响农村经营格局的变化.因此本文选取农村居民点用地面积、农村居民点用地年变化率作为衡量地类数量变化的指标,选取人均农村居民点用地面积、适度经营耕地面积、耕地面积作为衡量经营格局变化的指标,选取农村居民点用地斑块数量作为衡量景观格局变化的指标.

    乡村土地利用功能转型从生产、生活、生态功能的变化测度.生态环境功能是乡村其他功能以及城镇功能存在和发挥的前提;农业生产功能是乡村地域功能的主导[20],农业生产功能变化指单一的农业生产功能向第一、二、三产业协调融合发展的方向转变;生活功能变化指由农业生活劳动向非农业生活劳动的转变,生态功能的转变指农村生态效应在农村发展的过程中得到进一步发挥.因此本文选取第二、三产业比重、粮食产量作为衡量生产功能的指标,选取非农劳动转移率、第二、三产从业人员比例作为衡量生活功能的指标,人均生态用地比例作为衡量生态功能的指标(表 2).

    表 2 乡村转型发展评价指标体系
    3 结果与分析 3.1 乡村土地利用空间转型分析

    由权熵法求得乡村土地利用空间转型的指标从大到小依次为C5(0.165 2),C1(0.092 8),C4(0.084 5),C3(0.082 7),C6(0.069 4),C2(0.061 8)(表 3).指标C5,C3,C4的权重排到前四位,表明经营格局的变化对乡村土地利用空间转型的影响最大;指标C1,C2权重分别为第二位和最后一位,C2和C6的权重差异较小,表明数量变化对乡村土地利用空间转型的影响次之;C6的权重为倒数第二,表明景观格局对乡村土地利用空间转型的影响较小.

    表 3 2010年渝北区兴隆镇乡村土地利用空间转型指标分值排序

    基于熵权的TOPSIS模型对兴隆镇2010年和2016年2个时间节点的乡村土地利用空间转型评价结果显示,2010年牛皇村乡村土地利用空间转型为良,其他村子均为差;2016年除黄葛村和杜家村乡村土地利用空间转型为差外,其他村子均为中(图 2a图 2b).

    图 2 渝北区兴隆镇土地利用转型评价结果

    表 3可知,2010年乡村土地利用空间转型评价得分靠前的牛皇村和天宝寨村,适度经营耕地面积(C4)、农村居民点斑块数量(C6)2项指标得分较高,排在研究区前2位;而乡村土地利用空间转型评价得分靠后的杜家村和黄葛村耕地面积(C5)、适度经营耕地面积(C4)、农村居民点斑块数量(C6)3项指标得分较低,排在研究区最后3位;对比表 4可知,2016年评价得分明显提高的广佛村农村居民点斑块数量(C6)存在明显变化,排名位次由第十二位变为第五位;评价得分明显下降的牛皇村适度经营耕地面积(C4)、农村居民点斑块数量(C6)存在明显变化,适度经营耕地面积(C4)排名位次由第一位变为第三位,农村居民点斑块数量(C6)排名位次由第二位变为第四位.

    表 4 2016年渝北区兴隆镇乡村土地利用空间转型指标分值排序

    综上分析可知,适度经营耕地面积、农村居民点斑块数量分值在乡村土地利用空间转型评价中变动较大. 2010年兴隆镇牛皇村率先开展农村土地流转工作,开始农用地规模化经营,而其他村子停留在传统农耕模式中,不存在适度规模经营耕地,加之牛皇村交通条件、用地条件较好,农村建设用地集约利用水平相对较高,故与其他村子相比牛皇村在该时间段的空间转型表现良好.因此,推进农用地规模化经营,加快农村土地流转速度、优化农用地经营格局、扩大适度经营农用地面积、坚守农村耕地红线以及合理控制人均农村居民点建设用地、提高农村建设用地的集约化利用水平,对乡村土地利用空间转型至关重要.

    3.2 乡村土地利用功能转型分析

    由权熵法求得乡村土地利用功能转型的指标从大到小依次为C11(0.104 4),C7(0.098 0),C8(0.096 4),C10(0.082 7),C9(0.061 9)(表 5).指标C11的权重为第一位,表明生态功能变化对乡村土地利用功能转型的影响最大;C7,C8的权重为第二位和第三位,表明生产功能转变对乡村土地利用功能转型的影响较大;指标C10,C9权重分别为第四位和第五位,表明生活功能转变对乡村土地利用功能转型的影响较小.

    表 5 2010年渝北区兴隆镇乡村土地利用功能转型指标分值排序

    基于熵权TOPSIS模型对兴隆镇2010年和2016年2个时间节点的乡村土地利用功能转型评价结果显示,2010年徐堡村乡村土地利用功能转型为优,牛皇村、发扬村、天宝寨村为良,南天门、杜家村、黄葛村为差,其他村均为中. 2016年牛皇村乡村土地利用功能转型为优,发扬村、天宝寨村、新寨村、徐堡村为良,南天门村、龙平村、杜家村、黄葛村为差,其他村均为中(图 2c图 2d).

    表 5可知,2010年乡村土地利用功能转型评价得分排名靠前的徐堡村、牛皇村,第二、三产业比重(C7)、非农劳动力转移率(C9)2项指标得分较高,排在研究区前5位;而乡村土地利用功能转型评价得分排名靠后的杜家村和南天门村,粮食产量(C8)、非农劳动力转移率(C9)2项指标得分较低,排在研究区后5位范围内.对比表 6可知,2016年评价得分明显提高的牛皇村,人均生态用地面积(C11)、第二、三产业人员从业比例(C10)存在明显变化,人均生态用地面积(C11)排名位次由第十四位变为第三位,第二、三产业人员从业比例(C10)排名位次由第九位变为第三位,评价得分明显下降的徐堡村,第二、三产业比重(C7)、第二、三产业人员从业比例(C10)存在明显变化,第二、三产业比重(C7)排名位次由第一位变为第十位,第二、三产业人员从业比例(C10)排名位次由第一位变为第九位.

    表 6 2016年重庆市渝北区兴隆镇乡村功能转型指标分值排序

    综合来看,第二、三产业比重、非农劳动力转移率、第二、三产业人员从业比例指标分值在乡村土地利用空间转型评价中变动较大.徐堡村位于兴隆镇农业园区项目建设的腹地,受此影响,第二、三产业比重、非农劳动转移率相对较高;而牛皇村在农村土地流转工作推进的过程中,土地集约化利用水平得到提高,产业结构得到一定程度优化,故人均生态用地面积、第二、三产业人员从业比例2项指标变化明显.因此,稳定农村生产功能、促进农村地区第一、二、三产业融合,保护农村的绿水青山、加强农村生态环境建设对乡村土地利用功能转型有重要意义.

    3.3 乡村土地利用转型发展综合分析

    由熵权法求得乡村土地利用转型的权重为0.556 4、功能转型的权重为0.443 6,表明空间转型对乡村土地利用转型的影响略高于功能转型(表 2).

    2010年牛皇村乡村土地利用转型发展评价结果为良,发扬村、天宝寨村、徐堡村、龙寨村、广佛村的为中,其他村子均为差. 2016年牛皇村、发扬村、天宝寨村、徐堡村新寨村为良,黄葛村、杜家村为差其他村子均为中(图 2e图 2f).变化比较快的新寨村C2,C9这2项指标存在明显上升趋势,C2由第十二位上升到第八位、C9由第八位上升到第五位;而变化较慢的杜家村C4,C10存在后滞现象,杜家村C4由第二位变为第十四位、C10由第八位变为第十三位,黄葛村C4,C7存在后滞现象,C4由第二位变为第十五位、C7由第三位变为第九位.

    总的看来,2010-2016年期间,兴隆镇乡村土地利用转型在由差向中再向良逐步转变,适度经营耕地面积、第二、三产业比重、非农劳动力转移率、第二、三产业从业比例等因素在兴隆镇农村居民点转型中扮演着重要角色,因此,加快农村土地有序流转、农用地适度规模化经营、促进农村地区三产融合对乡村转型转型发展具有重要意义.

    4 结论与讨论

    1) 研究表明,从土地利用空间转型、功能转型2方面选取指标构建乡村土地利用转型评价指标体系,可以对乡村建设用地扩张与实际土地利用效益匹配情况做出优劣评价.熵权TOPSIS模型可较好地用于乡村土地利用转型评价研究,通过对各指标原始数据同趋势标准化排序处理后,可在充分反映原始数据的基础上得到乡村土地利用转型评价分值,有助于在综合评分的同时拾取优势指标,全面认识乡村土地利用转型的影响因素.

    2) 对兴隆镇的实证评价结果表明,兴隆镇各村土地利用空间转型水平差异较小,率先开展农用地流转、适度经营耕地面积有一定优势的牛皇村在空间转型上表现良好,整体上各村空间转型在由差向中逐步转变,不断提升.各村土地利用功能转型的差异较大,镇域东部交通区位优越,受农业园区影响较大的徐堡村、新寨村、牛皇村、发扬村、天宝寨村功能转型表现相对较好,镇域东部交通交件较差的黄葛村、杜家村、南天门村功能转型较差,2010年和2016年各村的功能转型变化较小.兴隆镇各村乡村土地利用空间转型速度快于功能转型速度.综合来看,兴隆镇乡村土地利用转型由差向中再向良逐步转变,适度经营耕地面积(C4)、第二、三产业比重(C7)、非农劳动力转移率(C9)、第二、三产业从业比例(C10)等因素在兴隆镇乡村土地利用转型中扮演着重要角色.因此,在乡村建设中应加快农村土地有序流转,适度规模经营农村土地,促进农村地区三产融合,对乡村土地利用转型具有重要意义.

    3) 本文基于土地利用空间转型、功能转型2方面指标,将熵权TOPSIS模型用于乡村土地利用转型评价研究中去,对完善乡村土地利用转型评价指标体系具有一定参考价值.但是,乡村土地利用转型评价是一项复杂系统的工程,本文设置的指标体系及具体指标对乡村土地利用转型的影响度有待进一步验证.在今后的研究中,可拓宽研究区域、优化评价方法,对乡村土地利用转型进行更为科学合理的评价,探索乡村土地利用的优化模式.

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    Evaluation of Rural Land Use Transformation Based on the Entropy Weight TOPSIS Model——A Case Study of Yubei District, Chongqing
    ZHANG Qian-qian1,2, LIAO He-ping1,2, YANG Wei3, ZHANG Ya-fei1,2, LONG Hui1,2     
    1. School of Geographical Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, China;
    2. Insitute of Land Resource, Southwest University, Chongqing 400715, China;
    3. School of Geology and Geometry Engineering of Chongqing Institute of Engineering, Chongqing 402260, China
    Abstract: It is of great significance for the implementation of the strategy of "Rural Revitalization" to find out the present status of the level of rural land use transformation. In a study reported in this paper, the entropy-weight method and the improved TOPSIS model were adopted to construct an evaluation index system from the aspects of spatial transformation and function transformation, which was then used to investigate the rural land use transformation and its influencing factors of Xinglong town, which had been quite affected by urban sprawl. Analysis results showed that the Entropy-Weight TOPSIS model was suitable for evaluating rural land use transformation, for it could well reflect the original data and thus obtain the assessment scores; the differences in land use spatial transformation level among the villages in Xinlong town were small, which improved rapidly during the study period, while the opposite was true of function transformation, and spatial transformation proceeded faster than function transformation; such factors as moderate area of cultivated land and secondary/tertiary industry proportion, played an important role in rural land use transformation of Xinlong town. In conclusion, speeding up the orderly circulation of rural land and operating rural land in proper scale have a great significance for the transformation and development of rural land use.
    Key words: transformation of rural land use    spatial transformation    functional transformation    entropy weight law    TOPSIS model    
    X