学 位 论 文
基于TOPSIS方法甘肃省土地利用结构合理性评价
Assessment on The Rationality of Land use Structure in Gansu Province Based on Improved TOPSIS Method
学科专业名称 土壤学 研 究 方 向 土地资源管理硕士毕业论文
摘 要
本文以甘肃省1997 — 2007年土地利用变更数据及相关图件为基础，采用改进的TOPSIS法对全省及省内14个市（州）的土地利用结构进行了分析和研究。研究结果表明：
1）1997～2007年期间甘肃省土地利用结构合理度总体上较高，均在80%以上，在时间上的变化呈波动趋势，并且可以明显地分为三个变化阶段：即1997～1999年期间土地利用结构不断趋于合理，而2000～2002年期间土地利用结构的合理性变差，2003～2007年期间土地利用结构的合理性有好转的趋势。
2）不同土地利用类型的变化对土地利用结构的合理性影响不同：与土地利用结构合理度呈负相关的土地利用类型为园地、林地、居民点及工矿用地、交通用地、未利用土地，其中未利用土地的变化与土地利用结构合理度的负相关性最显著；与土地利用结构合理度呈正相关的土地利用类型包括耕地、牧草地、水域，其中牧草地的变化与土地利用结构合理度的正相关性最显著。
3）开发未利用土地、保护牧草地对调整和优化甘肃省土地利用结构具有决定性的作用。
4）各市（州）土地利用结构合理度年变化差异明显。土地利用结构合理度呈递增态势的有金昌、张掖两市。其中，金昌市土地利用结构合理度变化较大。土地利用结构合理度总体呈增长态势的有天水、武威、定西、陇南、平凉、庆阳、临夏、甘南等八个市（州）。其中，变化幅度最大的市（州）是甘南州；变化幅度最小的是庆阳市。土地利用结构合理度明显分阶段变化的有兰州、嘉峪关、白银、酒泉。兰州市1997～2000年期间土地利用结构不断趋于合理，而2001～2002年期间土地利用结构的合理性变差，2003～2007年期间土地利用结构的合理性有好转的趋势。嘉峪关市1997～1998年期间土地利用结构合理度骤然降低，而1999～2000年期间土地利用结构的合理性有所回升，2002年达到历史最低水平，2003～2007年期间土地利用结构的合理性有好转的趋势。白银市土地利用合理度1998达到历史最大值，1998～2002年期间土地利用结构的合理性变差，2003～2007年期间土地利用结构的合理性有所回升。酒泉市土地利用结构合理度1997～1999年期间土地利用结构不断趋于合理， 2000年土地利用结构的合理性达到历史最低，2001～2007年期间土地利用结构的合理性有好转的趋势。
5）从各市（州）土地利用结构合理度与土地利用类型的相关分析来看：各市（州）土地利用结构合理度与土地利用类型的相关程度差异明显。金昌、张掖、天水、武威、定西、平凉、甘南州的各种地类与土地利用结构合理度相关性大，且绝大多数都为极显著相关。兰州、白银两市的未利用土地与土地利用结构合理度相关性显著。嘉峪关市水域与土地利用结构合理度相关性显著，临夏州耕地的变化对土地利用结构合理度影响较大。酒泉、庆阳两市的土地利用结构合理度受土地利用类型的影响不明显。甘肃省各市（州）的自然条件以及土地利用习惯决定了各市（州）的土地利用结构合理度与地类的相关性不尽相同。所以各市（州）在土地利用结构的优化调整过程中，都应该有所侧重。从数量上来说，未利用土地和以天然草地为主的牧草地甘肃省对土地利用结构的合理度还是具有决定性的影响。因此，合理开发未利用土地，控制交通用地、居民点及工矿用地的过快增长，严格保护耕地和水域，调整林地与牧草地的比例关系，仍然是促进甘肃省各市（州）土地利用结构合理度不断提高的可行措施。
6）采用改进TOPSIS法评价甘肃省土地利用结构合理性有很大的优越性，但是本文选择的评价指标为土地利用类型，导致评价指标在成本型、效益型性质的确定时存在区分度不明确的问题。所以，今后的工作中可以考虑从其他层面选择评价因素，确保能够直观的确定出正、负理想解。也可以综合考虑各种评价因素，使土地利用结构的合理性评价体系更加完善，评价结果更贴合实际，为实际的工作提供更精准的信息。
关键词：土地利用结构；改进TOPSIS方法；合理性评价；合理度；甘肃省
第一章 绪论
1.1土地利用结构研究概况
1.1.1土地利用结构的概念与涵义
与土地利用结构相关的概念包括土地结构、土地构成、土地类型结构、土地资源结构，其概念来源于土被结构。俄国学者西比尔席夫早在20世纪初就提出了土壤复域(soil combination)的概念。道库恰耶夫也指出了土壤与地形有关的空间连续分布，提出了“土壤地形”概念，这类似于英国学者R．米尔思1935年提出的“土链”。我国学者李孝芳在1960年编制了毛乌家沙区的土被结构图是我国早期的土被结构研究成果。上述“土壤复域”或土被结构，均是指不同形状的基本土域(soil area)在空间上的有规律分布，它们在发生上有不同程度的联系，并形成一定的空间格局。由此可见，“土壤复域”或土被结构、土地结构或土地构成、土地类型结构或土地资源结构与土地利用结构之间在研究范围、内容、组成成分、构型、形成与演化等方面存在本质的区别。
对于土地利用结构的涵义，许多研究组织和学者都有其不同但又相近的解释，归纳起来有以下三种：
（1）土地利用结构指国民经济各部门占地的比重及其相互关系的总和，是各种用地按照一定的构成方式的集合，包括各类用地的面积比例结构和空间布局结构。土地利用结构是自然资源条件和土地利用长期相互作用发展的结果，是土地利用合理与否的真实反映。
（2）在某一个区域范围内，各种土地类型质与量的对比关系及其组合而成的空间格局或图式。其中，土地类型质的对比关系是指在该区域内分布有哪些土地类型以及它们的属性差异如何；而土地类型量的对比关系，是指每一种土地类型在该区域内所占的绝对和相对面积比例。土地空间格局或图式是指土地类型在空间分布上都有其相应的部位，相互之间以一定规律联系并构成不同的几何图形。它是区域土地质与量的外在表现形式。
（3）一个国家、地区或生产单位的土地面积中各种用地之间的比例关系或组成。如直接生产用地（耕地、牧地、林地等），间接生产用地（道路、渠道等）和非生产用地（沙漠、冰川、沼泽地等）的面积各占土地总面积的比重；农业内部的农、林、牧、渔各业用地分别占总面积的比重等。它反映的是一个国家或地区土地资源的可利用和已利用程度及开发利用潜力。土地利用结构的差异导致土地利用功能的不同。
1.2国内外研究状况
土地利用结构是自然条件与人类活动在历史长河中交互作用的产物，是土地利用的重要特征。国内外学者长期以来对土地利用结构均给予很大的关注。当人们研究土地资源逐年利用的情况时，不难发现一个显著的事实：土地从一种用途到另一种用途的不断转变。土地的任何一种用途的重要性就在于它对满足人类需要所做出的贡献。土地利用结构是研究一定区域土地利用及其变化的重要内容（伊利，1924）。土地利用决策是由个别土地利用者做出的，但同时也受着地理环境的限制和政府政策的影响，因而，土地利用结构存在显著差异是不足为奇的。尽管不同环境下的不同国家间存在广泛的相似性，但仍然存在很多显著的变量，如环境性质、人口密度、历史背景和政府土地政策等，这些因素对土地利用结构有很大的影响（马瑟，1991）。因此，在全球范围内寻求土地利用结构的普遍性和规范性（标准）十分困难。
许多学者研究土地结构和土地资源结构以及自然资源结构并将其视为土地利用结构的物质基础，具体有：①土地结构是土地各构成成分及其组合搭配关系，具体在类别、质量、数量等方面，并且具有时间、空间和层次的特点，因此，研究土地结构可以从土地类型结构、土地资源（质量等级和适宜性）结构、土地空间结构、土地演替结构、土地利用现状结构等方面展开，从而揭示区域土地资源的特点及其分布演替规律，为土地合理规划和持续利用提供依据（许学工，1996）。②人类总是在一定区域内同时利用各种土地，除了要按照土地的各种自然特性和生产潜力来因地制宜地确定合理的土地利用方式外，还必须根据各种土地之间的相互关系，建立起具有一定物质能量联系的土地利用组合，以便使土地利用的效益达到最优。土地的自然属性以及各种土地之间的相互关系称为土地结构。土地结构包括土地要素组成结构、土地演替结构、土地空间组合结构和土地单位内部结构（蔡运龙，1992）。③物质结构间的各组成成分或组成部分之间的配合关系。组成成分的质量、数量及其组合建造，是结构研究的核心，不同的组合类型，具有不同的功能。因此，结构是功能的基础，功能取决于结构（申元村，1992）。④自然资源结构在地区产业结构的不同发展阶段具有不同的作用程度和方式。随着产业结构层次的升级，地区自然资源结构对产业构制作用的程度逐渐减弱。产业结构演变的中期历时最短，但自然资源结构的作用却最为复杂。共同的自然资源（水分、土地、热量等）是在产业结构演进初期和后期作用的主要资源，但其作用的方式却根本不同（凡杰，1992）。⑤伴随着工业化的快速发展，土地利用规模出现了明显的变化。相关研究表明，长江干流地区25年来土地利用规模扩大23%。经济发展不仅导致产业部门的结构变化，而且同样导致土地利用结构的变化。经济结构演进与土地利用结构多元化达高度紧密相关（R2 = 0.095）。长江干流地区土地利用的变化过程中，最大的和唯一的利益丧失者是农业生产部门（张雷，2004）。
许多学者深入研究了土地利用系统与土地利用结构之间关系以及土地资源配置与土地利用结构之间关系。具体有：①土地利用系统是一个客观存在的实体，有其自身发展、变化的规律。从一般意义上讲，土地利用系统的结构是由自然生态因素、人们利用土地的技术水平和社会发展的经济水平共同决定的。土地利用结构是评价一定区域土地利用是否合理的重要指标，合理的土地利用结构是促进土地可持续利用的前提。因此，土地利用结构的预测与优化是促进土地可持续利用的重要手段（曲福田，2001）。②土地利用结构是指国民经济各部门占地的比重及其相互关系的总和。土地利用结构是土地资源配置的具体形式，可视为土地利用类型按照一定的构成方式所组成的集合。一定的经济结构和生产结构（产业结构）可以通过相应的土地利用结构得到反映。产业结构调整在土地利用领域中就是土地利用关系和结构的调整。土地利用结构是客观存在的事物，无时不在，关键在于其结构的合理性。只有合理的土地利用结构，才能保证一定地域内土地利用系统的良性循环，结构优化、配置合理和功能强化，才能达到以较少的消耗或投入取得较高的效益或产出。土地利用结构按其类型，可分为土地利用理论结构、土地利用现状结构、土地利用需求结构和土地利用规划结构（王万茂，1996）。③土地利用结构是人类长期生产实践的结果，深受人口因素和经济社会因素的影响。（张明，1999）。④土地利用是地表形态的自然附着物与劳动力和资本投入于地表的综合表现。事实上，除开不可抗力的自然异变外，单块土地利用的类型及其总体土地利用类型的结构，都会随经济的发展而变化。总的趋势是由低价值的类型转向高价值的类型。土地利用类型的转换并不是随意的、无限的。这说明某一特定的土地并非可用于多种经济目的，或者说适合于某一经济目的的土地存在着制约和极限（夏明文，2001）。⑤中国幅员辽阔，自然地理环境复杂多样，形成了不同自然属性和适宜特点的土地资源类型。各个地区农业土地利用的类型不可能是单一的，耕地、园地、林地、草地等总量或多或少，主次和组合方式不同，形成了不同的农业土地利用结构类型。同时，虽然我国农业土地利用结构类型复杂多样、地区分布差异大，但这种情况并非杂乱无章，而是有规模可循的。其基本规律是水分条件、地形条件和热量条件，以及社会经济条件上存在差异（孙颁、石玉林，2003）。
许多学者把城市土地利用结构视为城市空间结构的基础和核心，也是城市经济子系统的中心内容，具体有：①城市经济学是以对城市土地利用结构的分析为中心展开的。决定城市空间结构的社会、经济原因是什么，它是在什么样的社会经济规律基础上的活动，自由放任政策是否有助于形成适宜的城市结构，应采取什么公共政策。对上述一系列问题进行经济学的研究，就是城市经济学（日本城市经济学家山田浩之，1991）。②城市的空间结构和城市的产业结构紧密相关。城市空间结构的不断调整为城市产业结构的调整提供了条件，是推动城市产业结构调整的动力。在当前，我国城市产业结构正处于更新换代的时期，产业结构优化与土地利用结构优化之间的矛盾日益尖锐，影响和制约了城市聚集效益的充分发挥（江曼琦，2001）。③在对经济运行中城市空间结构优化的公共政策研究过程中，提出了土地利用空间结构优化概念，并以国内外有关成功经验，进一步论证了城市发展过程是将产业结构和用地结构优化相结合的过程，许多先进城市（伦敦、天津）均将土地利用与产业结构优化视为一个问题的两个方面给予高度重视（郭鸿懋，2002）。④土地利用结构反映了土地资源在国民经济各部门及其内部的分配状况和比例关系。我国土地利用结构不尽合理，农林牧用地约677800000.00 hm2（101.67亿亩），占国土总面积的70.6%，可难以利用土地面积比重大，达215066666.67 hm2（32.26亿亩），占国土总面积的22.4%。在种植业用地内部、粮食作物用地比重最大，经济作物和其他作物用地比重很低。在城市内部用地结构中工业用地偏大，生活设施用地不足。调整城市用地结构和改善居民生活条件是城市发展中的一个重要问题（吴传钧，1994）。⑤以澳门城市土地利用系统为例研究城市土地利用系统，从“认识论——价值观——方法论”三个层次上指出城市土地利用系统可分为理论结构、物质环境系统结构、外部因子系统结构和运作系统结构。在实证研究中对澳门城市内部分区各类用地量化分析、澳门半岛土地利用强度分析、各地块容积率分析、建筑密度分析、建筑平均楼层数分析和混杂度分析，为城市内部土地利用系统结构研提供了很好的范例（董坷，2003） 。
数学方法在土地利用结构研究中得到广泛地应用。应用线性规划建立结构模型的有：黑龙江省大农业土地利用模型构建研究（何永棋，1982）、海南岛大农业土地利用结构优化的模拟研究（邓宏海，1983）、南京市土地利用结构优模型（严金明，1998）、大庆市土地利用结构线性规划模型（臧淑英，2005），海南省2000年土地需求结构预测模型（郑锋，1994），芜湖市土地利用结构变化分析（贾宏俊，2001）等。应用多目标规划法建立结构模型的有[45-47]：山西省土地利用结构目标规划模型研究（张爱梅等，1993）、海南省土地利用结构目标规划优化模型初探（董杰，1991）、多目标决策在土地利用规划中的应用（王修贵和王博，1994）、应用系统动力学方法建立土地利用结构模型（戴银萍，1998；王鹏，2003；罗昀，2003）等。应用灰色线性规划建立结构模型的有：启东市、鹰潭市土地利用结构灰色线性规划模型（王万茂和但承龙，2003）、山西省土地利用结构优化灰色模型（张昌年和袁小明，1995 ）、应用马尔柯夫模型研究土地利用结构变化的模拟（徐岚和赵羿，1993；陈江龙等，2003；马耘秀，2005；解修平等，2006）[53-56]、应用求解多目标规划问题的Paroto多目标遗传算法研究土地利用结构优化问题（董品杰和赖红松，2003）和基于模糊神经网络模型的多尺度耕地供需动态平衡模型研究（刘艳芳，2005）。
1.3本文研究的目的及意义
土地利用结构的调整与优化是土地利用管理的基本问题之一，土地利用结构合理性的评价是土地利用结构的调整与优化的基础。虽然，关于土地利用结构的特点、类型、空间分布、有序度、均衡度、时间变化及驱动力分析已经有了大量的研究，但是，关于土地利用结构合理性的评价方法并未得到很好的解决。本文拟采用改进的TOPSIS方法，对甘肃省土地利用结构的合理性进行模糊评价，以其探索土地利用结构合理性评价的数量方法，并为甘肃省土地利用总体规划的修编、土地利用结构的优化调整以及土地资源的可持续利用提供依据。本文就是从此目的出发，运用TOPSIS方法对甘肃省土地利用结构进行分析和研究。主要内容如下：
1、土地利用结构的涵义和研究概况；
2、基于TOPSIS方法的甘肃省土地利用结构合理性分析
期望通过上述分析和研究，能够揭示甘肃省土地利用变化的有关规律及趋势，并发现土地利用中的不足和问题，为该区土地利用总体规划的修编提供基础数据和理论依据的同时，为合理开发和有效保护土地资源、充分发挥区域土地资源优势，为实现该区土地利用系统的良性循环和可持续发展做一些前瞻性的基础工作。
第二章 研究区概况与土地利用状况
2.1 研究区概况
甘肃省地处中国西北内陆，介于北纬 32°11′～42°57′、东经92°13′～108°46′ 之间；东接陕西，南邻四川，西连青海、新疆，北靠内蒙、宁夏，并与蒙古国接壤。甘肃省土地总面积为45.40万km2，地貌复杂，类型多样，山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁等地貌类型交错分布；地势自东南向东北倾斜；东西长1655km，南北宽530km，大致可分为各具特色的六大区域，即陇南山地区、陇中黄土高原区、甘南高原区、河西走廊区、祁连山地区和河西走廊以北地带。甘肃省大部分地区气候干燥，属大陆性温带季风气候，境内地海拔分异明显，气温差别较大，日照充足，昼夜温差大；年平均气温在0～16℃之间，年降水量在36.6～734.9mm，大致从东南向西北递减；受季风影响，降水量多集中在6～8月份，占全年降水量的50%～70%。全省设有兰州市、嘉峪关市、金昌市、白银市、天水市、武威市、张掖市、酒泉市、平凉市、庆阳市、定西市、陇南市、临夏回族自治州、甘南藏族自治州14个地级市（州）。2007年全省总人口为2606.25万人，生产总值达2276.70亿元[59]。
2.2研究区土地利用状况
2.2.1土地利用现状的类型和构成
全省2007年耕地总面积为4624668.97hm2，占土地总面积的10.17%；园地面积只有205458.80 hm2，占土地总面积的0.45%；林地面积为5182503.05 hm2，占土地总面积的11.40%；牧草地总面积为14108389.26 hm2，占全省土地总面积的31.02%；居民点及工矿用地总面积为879841.97 hm2，占全省土地总面积的1.93%；交通用地总面积为184444.59 hm2，占全省土地面积的0.41%；水域总面积为705020.23 hm2，占土地总面积的1.55%；未利用土地面积为19587038.93 hm2，占土地总面积的43.07%。人均土地资源面积大，人均土地面积和人均耕地面积均高于全国平均值。但难利用土地资源多，土地质量总体较差，耕地中多为旱地，且坡耕地占较大比重。在土地资源中，耕地和居民点及工矿用地分别能反映农村和城市土地利用的状况。单位面积的土地产出，城市用地的效益远大于农村用地。从用地结构上看，甘肃省城镇建设用地比重小，低于全国经济发达地区的比重，反映了甘肃经济落后，城市化水平低，土地利用总体效益不高。
土地利用二元结构并存，土地生产力整体水平低。在农用地中，既有河西等地生产力水平高的“双千田”等，也有陇中等地的亩产50～100kg的坡耕地，高产田分布有限，因而农用地的整体生产力不高，二元结构在城市用地中同样存在。兰州、白银、天水、嘉峪关、金昌等省辖市的城市基础设施、交通条件及城市总体发展水平较高，但大部分中小城镇的建设十分落后，特别是镇一级的城镇基础设施建设与大中城市相差甚远，很难起到城镇的辐射带动作用，小城镇建设任重道远。
2.2.2土地资源适宜性和潜力评价
在甘肃省适宜种植业的549188万hm2宜农耕地中，水源充足，灌溉耕作方便，土壤肥力较高的一等地约占4.24%，二等地占4.49%；易被水蚀、地下水位较高或灌溉不甚方便的三等地占8.55%；主要分布在低山丘陵山坡地带的四等地占28.18%；大都分布在中部干旱半干旱黄土丘陵区和临夏南部及祁连山一带的五等地占54.54%。全省土壤贫瘠、宜耕性差的四、五等土地占适宜种植土地的82.72%；土地相对肥沃、宜耕性较好的一、二、三等土地只占17.28%。从总体上看，全省宜农耕地的自然生产力是比较差的。在全省宜林地中，一等地占29.64%，二等地占1.17%，三等地占16.22%，四等地占37.41%，五等地占15.56%。在宜牧地中，牧草生长茂盛的一等地仅占0.69%，二等地占3.95%，三等地占25.68%，四等地占35.8%，五等地占33.88%。全省四、五等牧草地占69.68%，这样的草地每hm2只产鲜草225~600kg，要4~5.3 hm2地才能养活一个羊单位。全省有未利用而经过一定改造措施可供利用的土地约202万hm2，说明后备资源有一定的潜力。更重要的是已利用的土地开发利用程度很不充分，每hm2产2250~4500 kg和2250 kg以下的中低产田的比重占总耕地的90%以上，若适当改善农业生产条件，潜力巨大，如林业和牧业也是如此。
2.2.3开发利用中存在的主要问题
全省除土地利用率低、部分土地尚未利用或利用不充分外，用地比例也不尽合理，特别是非农业用地中，生产用地不到10%，非生产用地占90%以上；在农业用地方面采取掠夺式的开发利用方式，广种薄收或开垦25°以上的陡坡耕地约有380万hm2，加上滥垦、滥伐、滥牧等行为，造成严重的水土流失和土地沙化，土壤侵蚀面积达总面积的87%，由于严重的土壤污染和忽视对土地的投入，造成土质恶化，有机质和肥力不断下降，严重缺磷和钾，各种微量元素的有效含量也很不足。全省土地资源虽然总量多，但生产条件好、产出高的土地有限。而且建设用地各自为政，分散建设，布局不合理，一些小城镇有超前用地的现象。随着经济发展和进一步开放搞活，建设用地还要不断增加，不可避免地要占用一定数量的耕地，而且相当一部分是川地、水浇地；加上人口不断增长，土地供求矛盾日益尖锐。
第三章 研究材料与方法
3.1 研究材料
研究材料为甘肃省国土资源规划研究院提供的1997，1998，1999，2000，2001，2002，2003，2004，2005，2006，2007年全省及各市（州）的土地利用变更数据，甘肃省和省内各市（州）的地形图（2000年）、行政区划图（2000年）等基本图件。
表 1 甘肃省1997-2007年土地利用变更数据（hm2）
Table 1 Land use changing data in Gansu Province from 1997 to 2007 （hm2）
年份
Year
耕地
Cultivated land
园地
Garden plot
林地
Woodland
牧草地
Grassland 居民点及
工矿用地
Residential and
industrial land
交通用地
Traffic land
水域
Water
未利用土地
Unused land
1997 4994822.46 171719.61 4688688.80 14411092.37 863176.29 173350.98 707850.95 19466664.35
1998 4990489.61 177621.08 4693022.23 14407025.24 865771.36 174410.31 708157.77 19460868.20
1999 4994586.25 176266.46 4692577.98 14401605.81 868203.13 175536.03 707899.71 19460690.43
2000 4955703.28 186352.39 4728465.78 14264176.43 869109.19 177044.24 707589.68 19588924.81
2001 4942085.15 186290.99 4745619.26 14261037.70 869569.19 178157.34 707308.20 19587297.98
2002 4879954.23 190967.51 4805900.03 14178857.78 871262.25 179255.27 707036.17 19664132.57
2003 4685173.02 200175.33 5067298.95 14142239.47 872302.00 180343.83 706281.39 19623551.81
2004 4661193.45 201721.58 5119301.23 14126796.76 874499.63 181884.73 705957.14 19606011.29
2005 4632644.13 204585.61 5166289.61 14112915.37 875768.41 183454.95 705542.23 19596165.51
2006 4627126.31 205438.15 5177592.32 14109944.38 877714.41 183992.95 705230.41 19590326.87
2007 4624668.97 205458.80 5182503.05 14108389.26 879841.97 184444.59 705020.23 19587038.93
3.2研究方法
3.2.1土地利用分类系统的确定
我国土地利用现状分类有几个不同的分类方案。2002年以前最常用的是1984年全国农业区划委员会颁布的《土地利用现状调查技术规程》中规定的土地利用分类系统，包括8个一级类型，46个二级类型，8个一级类型分别为耕地、园地、林地、牧草地、居民点及工矿用地、交通用地、水域和未利用土地。结合研究区的实际情况，本文研究中的土地利用类型也采用此分类体系，为了避免分类类型过于简化或者复杂，文中选取了8个一级类型进行计算分析。
3.2.2改进的TOPSIS方法
采用改进的TOPSIS （Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution/）方法进行土地利用结构的合理性评价。TOPSIS方法作为经典的多属性决策方法之一，首先被Hwang和Yoon（1981）用来研究多属性决策问题。目前，已被广泛地应用于社会、经济、军事等许多领域中来解决混合型多目标（属性）决策问题。TOPSIS方法的基本原理为：首先，根据评价指标的标准化值与其权重构成的规范化矩阵确定评价指标的正、负理想解。然后，建立评价指标综合向量与正、负理想解之间距离的二维数据空间。在此基础上对评价方案与最优理想参照点之间的距离进行模糊评判。最后，依据该距离的大小对评价方案进行优劣排序。与传统的TOPSIS方法相比较，改进的TOPSIS方法主要是对评价对象与最优方案和最劣方案的评价值公式进行了改进。本研究以每年的土地利用结构为评价对象，以土地利用类型为评价指标。具体评价步骤如下：
1）数据标准化
采用功效系数法对评价指标进行标准化处理。功效系数即评价指标的实际值和该指标的最低值之差与该指标最高值和最低值之差的比值，它反映了评价指标实际值在该指标全距中所处的位置。即：
（1）
式中 为第i年第 j项评价指标实际值， 为第i项评价指标最小值， 为第i项评价指标的最大值，i = 1，2……m；j = 1，2……n。
经过变化后，指标原始数据 Aij 转变为 Bij 并被压缩在（0，1）区间内，形成一个规范化决策矩阵 。
2）权重的确定
利用变异系数法确定评价指标的权重。对于规范化决策矩阵：
（1）评价指标的平均值 和标准差 ：
（j = 1，2……n） （2）
（i = 1，2……m；j = 1，2……n） （3）
（2）评价指标的变异系数：
（j = 1，2……n） （4）
（3）对 作归一化处理，做为评价指标的权重 ：
（j = 1，2……n） （5）
3）土地利用合理度的确定
（1）规范化决策矩阵：
和评价指标权重 构成加权的规范化矩阵
：
（6）
（2）确定正理想解 和负理想解 ：
（7）
（8）
其中“ J ”为效益型指标集合，“ J′ ”为成本型指标集合。
（3）分别计算不同年份指标评价向量到正理想解 的距离 和到负理想解 的距离 ：
（i = 1，2……m） （9）
（i = 1，2……m） （10）
在确定正、负理想值时，考虑到人类利用土地的趋向，确定已利用土地为效益型指标，未利用土地为成本型指标。
（4）建立各评价方案的 二维数据空间：
设点 为最优理想参照点。计算各备选方案与该点之间的相对距离：
（i = 1，2……m） （11）
越大，表明评价对象距离最优理想参照点越远，评价方案越不理想。
3.2.3土地利用结构合理度的定义
由于评价对象距离前后理解参照点的距离不能直观的表达土地利用结构的合理度，因此，需要直接定义土地利用结构合理度。
定义土地利用结构合理度为：
（12）
为评价方案与最优理想参照的距离，Ri为土地利用结构合理度，Ri越大，评价对象越理想，土地利用结构越合理。
3.2.4评价单元的确定
本文以省为一级评价单元、市（州）为二级评价单元，都以行政管辖范围为评价单元划分。甘肃省土地总面积总量丰富，且区域跨度大，在自然条件和土地利用方面差异明显。所以二级评价单元以市（州）行政管辖范围为评价单元划分，不会受差异不显著的影响，且在评价结果更有针对性。
第四章 结果与分析
4.1 省级土地利用结构合理性分析
4.1.1甘肃省土地利用结构合理性的时间变化
表2 甘肃省1997-2007年土地利用结构的合理度
Table 2 Land use structure rationality in Gansu Province from 1997 to 2007
年份
Year 正理想距离S+
positive ideal
distance
负理想距离S-
negative ideal distance
评价方案距最优理
想参照点的距离Ci
The distance between evaluation scheme and ideal reference point 土地利用结构合理度Ri
Land use structure rationality
1997 0.2404 0.2641 0.032 96.85
1998 0.2211 0.2686 0.012 98.82
1999 0.2134 0.2656 0.005 99.48
2000 0.2151 0.1953 0.073 92.65
2001 0.2092 0.1902 0.078 92.17
2002 0.2325 0.1633 0.108 89.22
2003 0.2320 0.1832 0.088 91.17
2004 0.2363 0.2041 0.070 93.01
2005 0.2480 0.2258 0.058 94.23
2006 0.2526 0.2356 0.054 94.55
2007 0.2560 0.2437 0.053 94.70
图1甘肃省土地利用结构的正、负理想距离二维数据空间分布图
Fig.1 Planar data space distribution of positive and negative ideal distance of
land use structure in Gansu Province
甘肃省1997～2007年土地利用结构合理度计算结果见表2。图1为甘肃省土地利用结构的正、负理想距离二维数据空间分布图。从图中可以看出，土地利用结构的评价指标综合向量与正、负理想解之间的距离在二维数据空间中的分布相对地集中在（0.20， 030）的范围内，反映出参与评价的土地利用结构的合理度在一个比较小的范围内变化。
图2 甘肃省土地利用结构合理度年变化
Fig.2 The annual change of land use structure rationality
土地利用结构合理度的时间变化见图2。从图2可以看出：1）总体上甘肃省土地利用结构的合理度较高，所有参评年份土地利用结构的合理度均在80%以上。最高为1999年的99.48%，最低为2002年的89.22%。这与土地利用结构的评价指标综合向量与正、负理想解之间的距离在二维数据空间中的分布所反映出的规律相似。同时，土地利用结构合理度随时间的变化呈波动变化的特征。2）土地利用结构合理度随时间的变化趋势可以分为三个阶段，1997～1999年为增长阶段，2000～2002年为降低阶段，2003～2007年为增长阶段。
土地利用内部结构的变化是土地利用结构合理度变化的直接原因，在甘肃省主要表现为园地、林地、居民点及工矿、交通用地、未利用土地的增加和耕地、牧草地、水域的减少。这一变化反映出甘肃省正处在由传统农业向现代化、工业化的产业结构升级过程中。耕地和牧草地数量与非农建设用地量的此消彼长，一方面受“比较利益”的影响，农地产出效益低造成农地非农化趋势增强；另一方面，由于甘肃省近几年处于快速城市化过程中，城市化进程的推动使得城市建成区规模扩展成为必然趋势。耕地转变为建设用地、农地景观转变为非农地景观的现象在城郊地区尤为显著。同时在经济利益的驱使下，不合理和过度开发使生态环境进一步恶化。在这三种因素的合力作用下，甘肃省耕地资源总量不断减少，人地矛盾日益加剧，反映在土地利用结构合理度总体的降低上。
4.1.2影响土地利用结构合理度变化的主要土地利用类型
土地利用变化具体反映在土地利用类型的变化上，最终导致土地利用结构的变化。因此，土地利用结构合理度及其变化是由土地利用类型及其变化决定的。表3为土地利用结构合理度与土地利用类型的相关分析表。
表3 土地利用结构合理度与土地利用类型相关分析
Table 3 Correlation analysis between types and rationality of land use structure
类型
Type
耕地
Cultivated land
园地
Garden plot
林地
Woodland
牧草地
Grassland 居民点及
工矿用地
Residential and
industrial land
交通用地
Traffic land
水域
Water
未利用土地
Unused land
合理度
Ration
-ality 皮尔逊相
关系数
Pearson
Correlation
.350
-.507
-.300
.662(*)
-.355
-.440
.349
-.940(**)
双尾 t 检验
Sig.(2-tailed) .291 .112 .370 .027 .284 .176 .293 .000
样本数
N 11 11 11 11 11 11 11 11
注 ：** 表示显著相关(P<0.01) . * 表示显著相关(P<0.05) .
Note：** Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed). * Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).
从表3可知，园地、林地、居民点及工矿用地、交通用地、未利用土地与土地利用结构合理度呈负相关，相关系数由大到小为：未利用土地＞园地＞交通用地＞居民点及工矿用地＞林地。其中，未利用土地与合理度之间的相关系数为-0.940，达到极显著相关水平。耕地、牧草地、水域与土地利用结构合理度呈正相关，相关系数由大到小为：牧草地＞耕地＞水域。其中，牧草地与合理度之间的相关系数为0.662，呈显著相关。以上结果说明，甘肃省所处的干旱半干旱的生态环境背景，决定了未利用土地和以天然草地为主的牧草地对土地利用结构的合理度具有决定性的影响。因此，合理开发未利用土地，控制交通用地、居民点及工矿用地的过快增长，严格保护耕地和水域，调整林地与牧草地的比例关系，是促进甘肃省土地利用结构合理度不断提高的可行措施。
4.2 市（州）级土地利用结构合理性分析
4.2.1全省各市（州）土地利用结构合理度的时间变化
以市（州）为单位对甘肃省土地利用结构合理度的时间变化作进一步研究。
图3-1 图3-2
图3-3 图3-4
图3-5 图3-6
图3-7 图3-8
图3-9 图3-10
图3-11 图3-12
图3-13 图3-14
图3-1—3-14甘肃省各市（州）土地利用结构合理度年变化
Fig.3 The annual change of Land-use structure rationality of each city
各市（州）土地利用结构合理度的时间变化见图3。从图3可以看出：各市（州）土地利用结构合理度年变化差异明显。
土地利用结构合理度呈递增态势的有金昌、张掖两市。其中，金昌市土地利用结构合理度变化较大，从1997年的52.32增长到了2007年的100。
土地利用结构合理度总体呈增长态势的有天水、武威、定西、陇南、平凉、庆阳、临夏、甘南等八个市（州）。其中，变化幅度最大的市（州）是甘南州，从1997年的74.58增加到2007年的100；变化幅度最小的是庆阳市，期初年到期末年差距0.13。
土地利用结构合理度明显分阶段变化的有兰州、嘉峪关、白银、酒泉。兰州市1997～2000年期间土地利用结构不断趋于合理，而2001～2002年期间土地利用结构的合理性变差，2003～2007年期间土地利用结构的合理性有好转的趋势。嘉峪关市土地利用合理度1997～1998年期间骤然降低，而1999～2000年期间土地利用结构的合理性有所回升，但2002年下降到到历史最低水平，2003～2007年期间土地利用结构的合理性有好转的趋势。白银市土地利用合理度1998年达到历史最大值，1998～2002年期间土地利用结构的合理性变差，2003～2007年期间土地利用结构的合理性有所回升。酒泉市1997～1999年期间土地利用结构合理性不断趋于合理， 2000年土地利用结构的合理性达到历史最低，2001～2007年期间土地利用结构的合理性有好转的趋势。
4.2.2土地利用结构合理度与土地利用类型相
表5 市（州）土地利用结构合理度与土地利用类型相关分析
Table 5 Correlation analysis between types and rationality of land use structure
市
（州）
相关系数
Correlation
耕地
Cultivated
land
园地
Garden
plot
林地
Woodland
牧草地
Grassland 居民点及
工矿用地
Residential and
industrial land
交通
用地
Traffic
land
水域
Water
未利用
土地
Unused
and
兰州市 合理度
Rationality .559 -.272 -.500 .765 -.539 -.604 .827(**) -.910(**)
嘉峪关市 合理度
Rationality .155 -.207 .280 .335 -.339 .291 .815(**) -.309
金昌市 合理度
Rationality -.225 .881(**) .907(**) .448 .934(**) .935(**) .882(**) -.947(**)
白银市 合理度
Rationality -.179 .329 .213 -.129 -.020 .233 .619(*) -.945(**)
天水市 合理度
Rationality -.958(**) .926(**) .944(**) -.885(**) .858(**) .903(**) -.900(**) -.940(**)
酒泉市 合理度
Rationality -.060 .163 .617 .053 .152 .404 -.053 -.102
张掖市 合理度
Rationality -.801(**) .942(**) .903(**) -.955(**) .985(**) .963(**) .678(*) -.970(**)
武威市 合理度
Rationality -.920(**) .810(**) .925(**) -.864(**) .990(**) .673(*) -.744(**) -.963(**)
定西市 合理度
Rationality -.966(**) .944(**) .972(**) -.885(**) .899(**) .955(**) -.834(**) -.982(**)
陇南市 合理度
Rationality -.930(**) .904(**) .922(**) -.837(**) .907(**) .871(**) -.483(**) -.948(**)
平凉市 合理度
Rationality -.843(**) .726(*) .848(**) .006 -.691(*) .931(**) -.796(**) -.943(**)
庆阳市 合理度
Rationality .469 -.481 -.482 .527 -.120 -.358 .562 .424
临夏州 合理度
Rationality -.636(*) .529 .601 -.140 .539 .597 -.461 -.601
甘南州 合理度
Rationality -.964(**) .905(**) .967(**) .894(**) .880(**) .974(**) .949(**) -.916(**)
注 ：** 表示显著相关(P<0.01) . * 表示显著相关(P<0.05) . 样本数N 11个
Note：** Correlation is significant at the 0.01 level (2-tailed). * Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed).
从表5可知，各市（州）土地利用结构合理度与土地利用类型的相关程度差异明显。金昌、张掖、天水、武威、定西、平凉、甘南州的各种地类与土地利用结构合理度相关性大，且绝大多数都为极显著相关。兰州、白银两市的未利用土地与土地利用结构合理度相关性显著。嘉峪关市水域与土地利用结构合理度相关性显著，临夏州耕地的变化对土地利用结构合理度影响较大。酒泉、庆阳两市的土地利用结构合理度受土地利用类型的影响不明显。甘肃省各市（州）的自然条件以及土地利用习惯决定了各市（州）的土地利用结构合理度与地类的相关性不尽相同。所以各市（州）在土地利用结构的优化调整过程中，都应该有所侧重。从数量上来说，未利用土地和以天然草地为主的牧草地甘肃省对土地利用结构的合理度还是具有决定性的影响。因此，合理开发未利用土地，控制交通用地、居民点及工矿用地的过快增长，严格保护耕地和水域，调整林地与牧草地的比例关系，仍然是促进甘肃省各市（州）土地利用结构合理度不断提高的可行措施。
第五章 结论
5.1省级土地利用结构合理度及其变化
1）1997～2007年期间甘肃省土地利用结构合理度总体上较高，均在80%以上，在时间上的变化呈波动趋势，并且可以明显地分为三个变化阶段：即1997～1999年期间土地利用结构不断趋于合理，而2000～2002年期间土地利用结构的合理性变差，2003～2007年期间土地利用结构的合理性有好转的趋势。
2）不同土地利用类型的变化对土地利用结构的合理性影响不同：与土地利用结构合理度呈负相关的土地利用类型为园地、林地、居民点及工矿用地、交通用地、未利用土地，其中未利用土地的变化与土地利用结构合理度的负相关性最显著；与土地利用结构合理度呈正相关的土地利用类型包括耕地、牧草地、水域，其中牧草地的变化与土地利用结构合理度的正相关性最显著。
3）开发未利用土地、保护牧草地对调整和优化甘肃省土地利用结构具有决定性的作用。
5.2市（州）级土地利用结构合理度及其变化
1）各市（州）土地利用结构合理度年变化差异明显。土地利用结构合理度呈递增态势的有金昌、张掖两市。其中，金昌市土地利用结构合理度变化较大。土地利用结构合理度总体呈增长态势的有天水、武威、定西、陇南、平凉、庆阳、临夏、甘南等八个市（州）。其中，变化幅度最大的市（州）是甘南州；变化幅度最小的是庆阳市。土地利用结构合理度明显分阶段变化的有兰州、嘉峪关、白银、酒泉。兰州市土地利用合理度1997～2000年期间土地利用结构不断趋于合理，而2001～2002年期间土地利用结构的合理性变差，2003～2007年期间土地利用结构的合理性有好转的趋势。嘉峪关市土地利用合理度1997～1998年期间土地利用结构骤然降低，而1999～2000年期间土地利用结构的合理性有所回升，2002年达到历史最低水平，2003～2007年期间土地利用结构的合理性有好转的趋势。白银市土地利用合理度1998达到历史最大值，1998～2002年期间土地利用结构的合理性变差，2003～2007年期间土地利用结构的合理性有所回升。酒泉市土地利用结构合理度1997～1999年期间土地利用结构不断趋于合理， 2000年土地利用结构的合理性达到历史最低，2001～2007年期间土地利用结构的合理性有好转的趋势。
2）从各市（州）土地利用结构合理度与土地利用类型的相关分析来看：各市（州）土地利用结构合理度与土地利用类型的相关程度差异明显。金昌、张掖、天水、武威、定西、平凉、甘南州的各种地类与土地利用结构合理度相关性大，且绝大多数都为极显著相关。兰州、白银两市的未利用土地与土地利用结构合理度相关性显著。嘉峪关市水域与土地利用结构合理度相关性显著，临夏州耕地的变化对土地利用结构合理度影响较大。酒泉、庆阳两市的土地利用结构合理度受土地利用类型的影响不明显。甘肃省各市（州）的自然条件以及土地利用习惯决定了各市（州）的土地利用结构合理度与地类的相关性不尽相同。所以各市（州）在土地利用结构的优化调整过程中，都应该有所侧重。从数量上来说，未利用土地和以天然草地为主的牧草地甘肃省对土地利用结构的合理度还是具有决定性的影响。因此，合理开发未利用土地，控制交通用地、居民点及工矿用地的过快增长，严格保护耕地和水域，调整林地与牧草地的比例关系，仍然是促进甘肃省各市（州）土地利用结构合理度不断提高的可行措施。
5.3评价方法评述
5.3.1指标性质的确定
本文引用改进的TOPSIS方法中，正、负理想解分为成本型和效益型两类。在数值上，主要通过指标最大值和最小值来确定正、负理想解；在指标的类型划分上，主要是根据人类土地利用的趋向，将已利用土地归为效益型指标，未利用土地则划分到成本型指标集合里。但是在实际应用中，某种土地利用类型面积数量的多寡并不能绝对地反映土地利用结构的合理程度。在这种情况下，以土地利用类型作为土地利用结构合理度的评价指标存在一定问题。所以，在以后工作中可以考虑选择其他指标来完善土地利用结构合理性评价体系。
5.3.2评价因素的选择
在本文的评价指标的选择中，选择了的土地利变更数据作为评价因素。这样具有数据量小、容易获得的优势/，但是由于该评价指标数量多少对于决定合理度值具有模糊性，不能绝对的反映土地利用结构的合理性。所以，在今后的工作中，可以继续利用TOPSIS的方法，从不同的需求层面上来考虑评价指标的选择。比如，在经济发展为首要任务的情况下，以土地利用过程中产生的经济效益的大小为评价依据；在环境问题凸显的背景下以生态环境指数的优劣来衡量土地利用结构的合理性。这些层面的评价因素能够直观的确定出正、负理想解，评价结果会更为客观。也可以综合考虑各种评价因素，使土地利用结构的合理性评价体系更加完善，评价结果更贴合实际，为实际的工作提供更精准的信息。