基于P－S－R模型的汕頭市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)

楊春紅，張正棟，田楠楠，吳申鳳，張五美

（華南師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，廣州510631）

土地生態(tài)安全是指土地資源所處的生態(tài)環(huán)境處于一種不受或少受威脅與破壞的健康、平衡的狀態(tài)［1］。土地生態(tài)安全不僅包括土地生態(tài)系統(tǒng)本身的安全性，也包括土地生態(tài)系統(tǒng)是否能保證人類生產(chǎn)和生活的安全的問題［2］。土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)是土地生態(tài)安全研究的一個(gè)重要方向［3］。汕頭作為中國首批經(jīng)濟(jì)特區(qū)之一，人口密度大，土地資源貧乏，耕地后備資源不足，人多地少一直是其突出的特點(diǎn)。特區(qū)建設(shè)30多年來，隨著工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展，土地資源短缺及土地利用過程中的污染、浪費(fèi)等現(xiàn)象越來越突出。研究汕頭市土地生態(tài)安全不僅可以豐富土地生態(tài)安全研究案例，促進(jìn)土地評(píng)價(jià)科學(xué)發(fā)展，而且可以為汕頭市未來土地利用方向和策略提供參考，具有較強(qiáng)的理論和實(shí)踐意義。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究地區(qū)概況

汕頭市位于廣東省東南沿海，東經(jīng)116°14′—117°19′，北 緯 23°02′—23°38′，國 土 總 面 積 2 064 km2，轄金平、龍湖、澄海、濠江、潮陽、潮南六個(gè)區(qū)和南澳縣，瀕臨南海。汕頭港臨近西太平洋國際黃金航道，距香港、臺(tái)灣高雄均不足320km，處于“大珠三角”和“泛珠三角”經(jīng)濟(jì)圈的重要節(jié)點(diǎn)，是長三角、珠三角和海峽西岸經(jīng)濟(jì)帶的重要連接點(diǎn)，也是全國五個(gè)經(jīng)濟(jì)特區(qū)之一和南方重要港口城市。2010年國內(nèi)生產(chǎn)總值1 203.25億元，比上年增長13.7%，人均GDP 23 274元，比上年增長11.8%；第一產(chǎn)業(yè)增加值64.00億元，增長5.0%；第二產(chǎn)業(yè)增加值678.14億元，增長16.1%；第三產(chǎn)業(yè)增加值461.11億元，增長11.5%。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)看，一、二、三產(chǎn)業(yè)增加值占GDP的比重分別為5.3∶56.4∶38.3；人口524.11萬人，人口密度為2 343人／km2，人均實(shí)際耕地面積僅為0.007 3hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國、全省平均水平，土地資源極為稀缺。

1.2 研究方法

關(guān)于土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法很多［4－14］，本文選擇基于P—S—R模型構(gòu)建土地資源生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用綜合指數(shù)法、層次分析法對(duì)汕頭市的土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。

P—S—R概念模型，即壓力（pressure）—狀態(tài)（state）—響應(yīng)（response）模型，由20世紀(jì)80年代末在加拿大政府組織力量研究的基礎(chǔ)上，經(jīng)濟(jì)合作和開發(fā)組織（OECD）與聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）共同提出的環(huán)境指標(biāo)。在P—S—R框架內(nèi)，某一類環(huán)境問題，可以由3個(gè)不同但又相互聯(lián)系的指標(biāo)類型來表達(dá)：壓力指標(biāo)反映人類活動(dòng)給環(huán)境造成的負(fù)荷；狀態(tài)指標(biāo)表征環(huán)境質(zhì)量、自然資源與生態(tài)系統(tǒng)的狀況；響應(yīng)指標(biāo)表征人類面臨環(huán)境問題所采取的對(duì)策與措施。P—S—R概念模型從人類與環(huán)境系統(tǒng)的相互作用與影響出發(fā)，對(duì)環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行組織分類，具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性［15］。

1.3 數(shù)據(jù)來源

研究主要以《汕頭市統(tǒng)計(jì)年鑒》（2001—2010年）、《汕頭市統(tǒng)計(jì)公報(bào)》（2001—2010年）、《汕頭市土地變更調(diào)查統(tǒng)計(jì)資料》（2001—2010年）、《汕頭市環(huán)境狀況公報(bào)》（2001—2010年）等為主要數(shù)據(jù)源，對(duì)汕頭市進(jìn)行土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)。

2 汕頭市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建及標(biāo)準(zhǔn)化

土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的選擇要遵循科學(xué)性、目的性和實(shí)用性等原則。在構(gòu)建土地生態(tài)安全指標(biāo)體系時(shí)不僅要考慮土地的資源環(huán)境等狀況、人文因素對(duì)土地生態(tài)安全的影響及可能會(huì)對(duì)土地生態(tài)造成影響的因素，還要考慮數(shù)據(jù)的獲取和方法的可操作性。本文以汕頭市本身的特殊情況出發(fā)，綜合考慮各種因素的關(guān)聯(lián)，在學(xué)習(xí)國內(nèi)外區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究成果的基礎(chǔ)上建立了P—S—R概念框架模型，以汕頭市土地資源生態(tài)安全綜合指數(shù)為目標(biāo)層A，以土地生態(tài)系統(tǒng)壓力、土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)和土地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)為準(zhǔn)則層B，并選擇19個(gè)指標(biāo)構(gòu)成指標(biāo)層C，共三個(gè)層構(gòu)成汕頭市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，具體見表1。

2.2 生態(tài)安全基準(zhǔn)值和指標(biāo)權(quán)重的確定

土地生態(tài)安全的評(píng)價(jià)采用多指標(biāo)結(jié)合更能從多方面反映土地的生態(tài)狀況，但不同指標(biāo)之間不存在直接的可比性，即所求的各個(gè)指標(biāo)值是不能直接套用相同的數(shù)據(jù)和公式來計(jì)算土地生態(tài)安全值［16］，需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。本文通過選擇基準(zhǔn)值作為參考與計(jì)算值進(jìn)行對(duì)比從而進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

基準(zhǔn)值的選取要優(yōu)先采取國家標(biāo)準(zhǔn)或者是國際標(biāo)準(zhǔn)，沒有國家標(biāo)準(zhǔn)的或者國際標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)則應(yīng)結(jié)合研究區(qū)的特色采取參考國內(nèi)城市現(xiàn)狀值做趨勢(shì)外推，參考省內(nèi)、國家或國際公認(rèn)的或平均值。

除確定基準(zhǔn)值外，指標(biāo)權(quán)重的確定也是土地生態(tài)安全計(jì)算的關(guān)鍵部分。確定指標(biāo)權(quán)重的方法很多，如層次分析法、主要成分分析法等等。主成分分析（principal components analysis）是把原來多個(gè)變量化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)的一種數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析方法，其原理是利用降維的思想，把原來眾多具有一定相關(guān)性指標(biāo)，重新組合成一組新的互相無關(guān)的綜合指標(biāo)來代替原來的指標(biāo)，這些新的綜合指標(biāo)按照方差依次遞減的順序排列。在數(shù)學(xué)變換中保持指標(biāo)的總方差不變，使第一指標(biāo)具有最大的方差，稱為第一主成分，第二指標(biāo)的方差次大，并且和第一指標(biāo)不相關(guān)，稱為第二主成分。依次類推，I個(gè)指標(biāo)就有I個(gè)主成分。主成分分析法確定權(quán)重是利用某指標(biāo)的公因子方差除以所有指標(biāo)公因子方差總和而得。在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，在SPSS 16.0中執(zhí)行命令，結(jié)果如圖1所示。

表1 汕頭市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

圖1 因子分析對(duì)話框與說明子對(duì)話框

本文采用主要成分分析法時(shí)，以每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為確定權(quán)重的依據(jù)之一，并以距離汕頭市較近、地理自然條件相似的廣州市、湛江市、海南省等地的相關(guān)文獻(xiàn)的基準(zhǔn)值及權(quán)重作為參考并針對(duì)汕頭的狀況進(jìn)行修改，具體見表2。

2.3 安全指數(shù)的確定

參考相關(guān)文獻(xiàn)［1］，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)與土地生態(tài)安全的關(guān)系，將生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)劃分為正向指標(biāo)、負(fù)向指標(biāo)和中性指標(biāo)。指標(biāo)值越大土地越安全的為正向指標(biāo)，反之為負(fù)向指標(biāo)，指標(biāo)值越靠近某一閾值越安全的則為中性指標(biāo)。具體處理如下：

假設(shè)Xi為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值，Si為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的基準(zhǔn)值，Pi為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的安全指數(shù)（即標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值），則：

（1）正向指標(biāo)：當(dāng)Xi＞Si時(shí)，Pi＝1；

當(dāng)Xi＜Si時(shí)，Pi＝Xi／Si。

（2）負(fù)向指標(biāo)：當(dāng)Xi＜Si時(shí)，Pi＝1；

當(dāng)Xi＞Si時(shí)，Pi＝Si／Xi。

（3）中性指標(biāo)：（城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度）則視情況而定，一般趨向正向的中性指標(biāo)的計(jì)算方法和正向指標(biāo)相同；趨向負(fù)向的中性指標(biāo)計(jì)算方法和負(fù)向指標(biāo)相同，計(jì)算結(jié)果見表3。

表2 汕頭市土地生態(tài)安全指標(biāo)基準(zhǔn)值、權(quán)重及指標(biāo)性質(zhì)

表3 汕頭市2001－2008年土地生態(tài)安全各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值

2.4 確定綜合評(píng)價(jià)值

采用線性加權(quán)方法計(jì)算已經(jīng)無量綱化的數(shù)據(jù)，最終得到土地生態(tài)安全的綜合評(píng)價(jià)值。具體步驟如下：

式中：Y——土地生態(tài)安全綜合值；Pi——第i個(gè)指標(biāo)的安全指數(shù)（即標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值）；wi——各指標(biāo)權(quán)重。

由公式（1）計(jì)算出的2001—2008年汕頭土地生態(tài)安全綜合值如表4所示。

表4 汕頭市2001－2008年土地生態(tài)安全計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表4繪制汕頭市2001－2008年土地生態(tài)安全值變化圖如圖2所示。

2.5 土地生態(tài)安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的確定

本文在所計(jì)算的汕頭市土地生態(tài)安全綜合值的基礎(chǔ)上，參考相關(guān)文獻(xiàn)［15，17－18］，在0～1之間的數(shù)值設(shè)置了土地生態(tài)安全5個(gè)等級(jí)作為汕頭市土地生態(tài)安全的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，具體等級(jí)劃分及其意義見表5。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地生態(tài)安全變化趨勢(shì)

由圖2可知，研究期間汕頭市土地生態(tài)安全逐年下降。研究期間土地生態(tài)安全綜合值在0.65上下擺動(dòng)，2001—2002年安全值上升，到2003年綜合值達(dá)到最高，從2003年起總體呈現(xiàn)微弱的下降趨勢(shì)，2007年土地生態(tài)安全綜合值小于0.65。其中，土地生態(tài)系統(tǒng)壓力安全指數(shù)下降較大，土地生態(tài)系統(tǒng)壓力曲線起伏最大，2001—2003年較大幅度上升，2003年到達(dá)最高，2003—2005年下降幅度較大，導(dǎo)致土地生態(tài)系統(tǒng)壓力變化幅度較大的原因是城市建成區(qū)面積調(diào)整。土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)安全指數(shù)變化不大，狀態(tài)曲線基本保持平穩(wěn)，土地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)安全指數(shù)逐漸提高，土地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)曲線高于土地生態(tài)系統(tǒng)壓力曲線和土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)曲線且保持總的上升趨勢(shì)，說明研究區(qū)域?qū)ν恋厣鷳B(tài)環(huán)境人為改善較大，而且持續(xù)加大人為控制土地生態(tài)問題的力度，努力改善土地生態(tài)環(huán)境。

圖2 汕頭市2001－2008年土地生態(tài)安全值變化

表5 土地生態(tài)安全分級(jí)和系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)

由表3可知，2001—2008年間單位面積化肥施用量和城市化水平數(shù)值等于1，對(duì)研究區(qū)域土地生態(tài)安全正面貢獻(xiàn)最大。城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)占農(nóng)用地比重、工業(yè)廢水處理率和工業(yè)固廢綜合利用率均大于0.9，對(duì)研究區(qū)域土地生態(tài)安全正面貢獻(xiàn)居第二位。人口密度和R＆D經(jīng)費(fèi)占GDP比例則穩(wěn)定小于0.1，數(shù)值較小，反映其對(duì)研究區(qū)域土地生態(tài)安全負(fù)面影響較大。2008年以前單位面積GDP指標(biāo)數(shù)值均小于0.3，到2008年才突破0.3，數(shù)值較低，但總的趨勢(shì)是上升的，說明研究區(qū)域土地利用經(jīng)濟(jì)效益偏低，土地集約度不高，但隨生產(chǎn)力的發(fā)展，土地利用經(jīng)濟(jì)效益逐漸在上升。單位面積土地工業(yè)廢水的指標(biāo)值在0.3～0.4之間并有下降的趨勢(shì)，說明工業(yè)廢水產(chǎn)生量較多并有增加的趨勢(shì)。人均耕地指標(biāo)值數(shù)值較低且由0.125下降到0.087 5，可能是人口增長和耕地破壞、耕地被建設(shè)用地占用而減少等原因造成的。

單位面積土地工業(yè)固體廢棄物、人口自然增長率指標(biāo)數(shù)值分別由0.842 9和0.758 7下降到0.316 2和0.466 9，下降幅度較大，這說明工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)量逐年增多，對(duì)土地壓力增大，人口自然增長率持續(xù)上升，直接導(dǎo)致人口數(shù)量對(duì)土地壓力增大。環(huán)保投資占GDP比例指標(biāo)數(shù)值由0.589 4上升到0.887，環(huán)保投資占GDP比重持續(xù)上升間接反映了研究區(qū)域環(huán)保意識(shí)與環(huán)保能力在增強(qiáng)，有利于土地生態(tài)安全的改善。

3.2 土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)

由表5看出，2001—2008年汕頭市土地生態(tài)安全值介于0.6～0.7，即處于臨界安全和較安全的等級(jí)之間。說明研究期內(nèi)汕頭市土地生態(tài)環(huán)境總體較好，土地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較完整，土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能基本完善，受干擾后一般可恢復(fù)。具體看來，土地生態(tài)安全綜合值在0.65上下擺動(dòng)，雖然變化幅度不大（不超過0.034 8），但從2003年起總體呈現(xiàn)微弱的下降趨勢(shì)，尤其是2007年土地生態(tài)安全綜合值小于0.65，土地生態(tài)安全等級(jí)開始進(jìn)入臨界安全狀態(tài)。

4 結(jié)論

研究基于P—S—R模型構(gòu)建了汕頭市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)2001—2008年汕頭市的土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，研究期間汕頭市土地生態(tài)安全逐漸下降。

城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展強(qiáng)度、單位面積化肥、單位面積農(nóng)藥、單位土地面積工業(yè)廢水、單位土地面積工業(yè)固體廢棄物等指標(biāo)數(shù)值的逐年減少使得汕頭市土地生態(tài)系統(tǒng)壓力安全指數(shù)逐年下降；森林覆蓋率、水域面積率、單位土地面積GDP等指標(biāo)數(shù)值逐年變化不大使得汕頭市土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)安全指數(shù)變化不大；環(huán)保投資占GDP比例和R＆D經(jīng)費(fèi)占GDP比例等指標(biāo)逐年提高使得汕頭市土地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)安全指數(shù)逐漸提高。結(jié)合評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析可知，人口增長、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、城市擴(kuò)張、土地利用變化給汕頭市脆弱的生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力。為此，汕頭市進(jìn)一步宣傳計(jì)劃生育政策，控制人口過快增長；倡導(dǎo)城鄉(xiāng)土地的集約節(jié)約高效利用，積極開展社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)；保護(hù)生態(tài)環(huán)境健康發(fā)展，提高區(qū)域生態(tài)環(huán)境的服務(wù)能力。

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