2.2　基于土地利用的城市可持续发展评价

城市可持续发展研究方法众多，但从土地利用角度探讨城市可持续性的研究更为普遍。土地可持续利用是影响城市可持续发展的主要因素，甚至有时是决定性因素。本书也基于这一视角开展资源枯竭型城市转型发展可持续性研究。以下介绍基于土地利用的城市可持续评价研究进展。

2.2.1　城市可持续发展评价指标体系

（1）因果关系框架

基于因果关系的评价指标体系的雏形是加拿大政府提出的“压力（Pressure）-状态（Status）”体系。经济合作与发展组织（OECD）建立了PSR（Pressure-State-Response）即压力-状态-响应模型，主要基于对环境、经济、社会和制度、政治关注点等的平行描述。其中P表示土地所承载人口增长、社会经济进步带来的压力；S表示压力之下的土地的数量、质量、类型、结构、功能及生态环境质量现状，土地的物理、化学与生物学过程的变化特点及其趋势，即土地现状及其态势；R表示人类对土地状态的响应，包括制度建设、管理与技术改进、教育与科技进步、社会发展与经济结构调整等。

围绕因果关系原理，联合国可持续发展委员会（UNCSD）提出驱动力-状态-响应（DFSR：Driving force-State-Response）模型，欧洲环境署（EEA）提出了驱动力-压力-状态-影响-响应（DPSIR：Drive-Pressure-State-Impact-Response）模型，在此基础上又产生驱动力-压力-状态-响应-控制（DPSRC：Driving force-Pressure-State-Response-Control）模型。PSR、DFSR、DPSIR、DPSRC均表示了自然环境的影响力、自然环境改变的结果、人类对其所做出的反应之间的关系，不同之处是在因果链上分级程度和人在因果链中所发挥的作用，DPSIR和DPSRC模型分析的是经济、社会、环境以及政策方面的因果关系。周炳中、张虹波、梅景依据PSR框架模型分别构建土地可持续利用评价指标体系，对研究区域的土地利用状况进行分析，判别其土地利用可持续程度，指出存在的社会经济与资源环境问题，并提出有针对性的对策和建议。

（2）FELSM框架

1993年，联合国粮农组织（FAO）颁布了《可持续土地利用评价纲要》（FELSM），确定了土地可持续利用的基本原则、程序和5项评价标准，即土地生产性、土地的安全性或稳定性、水土资源保护性、经济可行性和社会接受性。FELSM是一个高度概括的框架，指导土地可持续利用管理评价，根据不同研究区域，需要对具体指标进行筛选。陈百明基于生产性、保护性、稳定性、经济活力、可接受性指标体系从整体上对土地利用评价方法进行了探讨。王良健、王静、刘伟、杨志荣等利用FELSM框架，选取不同的参评因子，进行了实例研究。

（3）生态-社会-经济体系

有学者认为城市土地的可持续利用就是要实现经济效益、社会效益、生态效益协调统一，为城市可持续发展提供良好有序的空间。故许多学者将城市土地利用系统分解为生态、经济、社会子系统，城市土地可持续利用即实现生态效益、经济效益、社会效益的综合统一。傅伯杰、倪绍祥通过建立生态、经济、社会系统三方面评价指标体系，建立了完整的城市土地利用可持续评价框架。李植斌、廖和平、刘友兆等通过此方法对城市土地利用可持续评价进行了探讨。基于生态-经济-社会框架，衍生了一些其他的评价指标体系。尹君构建了土地资源利用类型数量-经济-社会-生态评价指标体系；刘彦琴，杨星建立了资源-经济-社会-环境评价指标体系，对城市土地利用可持续进行评价。

（4）其他指标体系

多指标体系是直接选取与评价目标相关的若干指标通过定量化进行评价分析。国外学者对多指标体系的应用比较多。Weiland以智利首都圣地亚哥为例，针对该城市常遭受洪水自然灾害破坏的现象，运用“具有风险特大城市”思想，结合自下而上和自上而下的方法，从土地利用、洪水风险角度和政府、管理机构、社会组织等利益相关者角度出发制定了符合圣地亚哥地区“目标-适宜的可持续指标”体系，使评价结果在符合现实自然条件基础上，协调相关利益组织，促使制定、完善适宜的管理方法和政策。

目标层-准则层-指标层的层次系统在目前研究中应用也较多。该框架一般是结合其他指标体系出现。陈浮运用FELSM框架，结合目标层-准则层-指标层框架探讨了城市土地利用可持续评价。海热提·涂尔逊建立了以满意度为目标层，持续度、协调度、发展水平为准则层及54个具体指标的评价体系，研究了乌鲁木齐的城市土地利用可持续。王静将此体系分别结合FELSM、生态-经济-社会框架构建了城市土地利用可持续评价体系。林增杰指出城市土地可持续利用在微观层面上，表现为土地资源的合理有效配置，在宏观层面上体现为土地资源最佳、最充分利用，由此从城市用地潜力、城市土地承载力、城市土地扩展度、城市生态环境、土地管理水平五个准则层方面构建指标体系。谭永忠从影响城市土地可持续利用的用地面积、用地效益、用地结构和用地管理等方面构建了城市土地可持续利用评价的指标体系，立足于土地的利用状况和用地管理，忽视了生态环境、社会方面因素的考察。刘丽琴从经济支撑力、社会支撑力、生态支撑力、经济拉动力、科技推动力五方面建立指标体系。侯湖平构建了生产性、资源环境、经济可行性、社会可行性指标体系。陈士银以土地利用集约度、土地利用程度、土地利用效率和土地利用效益建立绩效模型。

2.2.2　城市可持续发展评价方法

（1）传统评价方法

国内对城市土地利用可持续评价的研究，最早始于定性评价方法，即学者通过个人经验直接判断城市的可持续性，因此也称直接法。随后逐渐发展为综合评价法，也叫间接法。间接法是指运用多个指标对多个参评单位进行评价的方法，评价过程主要包括确定综合评价指标体系，收集数据，确定指标体系中各指标的权数，对经过处理后的指标再进行汇总计算出综合评价指数或综合评价分值，根据评价指数或分值对参评单位进行排序，并由此得出结论。传统评价方法体系分类如表2-1所示。

（2）物质、能量流动方法

土地利用是指人类通过与土地结合获得物质产品和服务的经济活动过程，这一过程是人类与土地进行物质、能量和价值、信息的交流、转化过程。土地利用可以影响物质流和能量流，利用物质、能量流动方法可体现结构和过程的相互关系。生态足迹法和可持续过程指数法是从社会-经济物质和能量流动角度研究土地利用可持续评价的典型方法。

生态足迹法（Ecological Footprint Analyses，EFA，也叫生态占用法或生态痕迹法）是基于生物生产性量化土地指标，从具体生物量角度研究自然资本消费空间，是判断区域可持续发展的理论之一。根据能量单方向流动和物质周而复始循环的原理，通过计算人类活动中产生的能值转换所需土地面积与实际提供的土地面积的比较，将各种资源和能源消费项目折算为生物生产性土地，主要考虑6种类型：化石能源地、可耕地、林地、草场、建筑用地和水域用地，以此衡量人类对自然资源的利用及自然界为人类提供支持服务等功能，研究土地资源利用的可持续性。曹新向、戴晓燕、张富学等运用生态足迹法对土地利用可持续评价进行了探讨。

分室模型是研究能量流动的方法之一。Haberl根据社会系统和自然环境系统之间物质和能量关系，设计了社会经济代谢系统。建立的指标体系包括社会经济驱动力、环境压力、自然状态、环境变化对社会系统的作用，用人类消耗的物质能量计算物质流动，净初级生产量计算能量流动。

（3）熵值法

熵值法所采用的“熵函数”，用来描述系统无序化或有序化程度，熵值增长意味着系统无序化提高或有序化降低，熵值减少意味着系统无序化降低或有序化提高，人类的活动影响熵流，熵产生达到一定程度时表现为正熵流和负熵流。陈彦光、李江、谭永忠、杨晓娟等人分别以国际区域、市域、县域等作为研究对象，运用信息熵原理验证了土地利用结构的信息熵值可以反映研究区域土地利用系统的有序程度，在时间上具有动态演变规律。陆汝成、张侠、赵德义基于信息熵原理，考察了土地利用结构熵值变化和持续利用。

（4）系统动力学方法

系统动力学方法是采用模拟技术，从系统、整体、联系、发展角度进行研究，以结构-功能模拟为突出特点，是复杂信息反馈的系统科学，应用于大规模、多变量、非线性的复杂系统随时间变化的问题。

刘晓宁建立由土地利用子系统和社会经济子系统构成的系统力学模型进行模拟评价。华楠以系统动力学方法为主体，建立城市土地利用系统分析模型，包括城市人口、城市经济、土地需求和土地供应四大子块，模拟运行土地利用变化，得到可持续的土地利用结构。Ulrike Weiland利用系统动力学模型对香港土地可持续利用和城市发展进行分析和预测，建立了人口、经济、住房、交通、城市土地五个子系统，并分别进行仿真、模拟、预测。

（5）人工神经网络方法

人工神经网络（ANN）是由大量处理单元互联组成的非线性、自适应信息处理系统，具有非线性、非局限性、非常定性、非凸性等特征。网络中处理单元的类型分为三类：输入单元、输出单元和隐单元。对处理复杂系统较快捷，但是BP模型存在着收敛速度慢，可能陷入局部极小点的弱点，同时训练样本方法的科学性有待检验。

谭术魁基于目标层-因子层-指标层体系，将城市土地可持续利用度作为评价体系的目标层，用地面积、用地效益、用地管理作为因子层，建立人工神经网络模型。袁俊、苏广实在确定评价指标体系基础上，运用人工神经网络模型进行城市土地利用可持续评价。

（6）元胞自动机方法

元胞自动机（Cellular Automaton，CA）方法的特点是复杂的系统可以由一些很简单的局部规则来产生。一个CA 系统通常包括4 个要素：单元、状态、邻近范围和转换规则。单元是CA的最小单位，而状态则是单元的主要属性。根据转换规则，单元可以从一个状态转换为另外一个状态，其转换规则是基于邻近函数来实现的。

黎夏通过CA与GIS的结合来研究可持续土地发展规划，提出了基于约束性的CA模型，具体分析了局部、区域以及全局约束性对CA模型结果的影响，引进了区域和全局因素，以利用资源和环境等约束性要素来规划土地开发，达到城市土地可持续利用的目的。

（7）研究中存在的不足与对策

城市土地利用可持续评价指标体系各异，但本质是围绕实现社会、经济、生态效益协调统一为目标。在具体指标选取的过程中，比较侧重定量化指标，对政治、社会、文化方面的软指标考察较少，而且定量方法差异较大。部分国内研究成果中，对选取指标的原因及其有效性分析不够，缺乏指标之间相互关系的研究。PSR模型应用中比较侧重社会经济维度的分析，缺乏可持续的生态维度要素的参与。因果关系模型是以时间为轴的开放性螺旋型链，其优点是能够较好地反应资源环境、经济、社会之间相互依存、相互影响、相互制约的关系，揭示特定时段内土地利用中人地相互作用循环链关系。但是对于小区域范围及复杂的发展中的土地利用系统可持续评价具有局限性。FELSM是一个高度概括的框架，适用于各种尺度下可持续发展的研究。早期FELSM框架主要应用在农业用地评价中，对于城市土地利用可持续评价，需要根据不同研究区域，对具体指标进行筛选、调整。生态-经济-社会指标体系能够能满足科学性、系统性的要求，还能客观反映区域土地生态安全的状态和问题，缺点是没有对城市土地利用与各指标间相互作用、相互关系及反馈环节的描述，因此对政府行为和政策制定的指导具有一定局限性。

对于城市可持续评价方法，各种方法的优缺点总结如表2-2所示。

本书的研究对象是资源枯竭型城市，生态安全是城市转型发展的关键，首先选定物质、能量流动方法中的生态足迹法，一方面反映城市发展人类消费资源情况和生态系统生态承载力变化，另一方面反映城市发展过程中自然供需平衡状况，判定系统健康性；再将生态足迹法与熵流模型结合，反映城市系统指标间相互作用结果，考察各要素组合方式对城市发展贡献好坏；最后利用综合评价法，对城市转型发展可持续性进行整体评价。