基于PSR模型的安徽省土地生態(tài)安全動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

摘要：基于PSR框架模型，構(gòu)建安徽省16個(gè)地市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算出安徽省2000 — 2011年土地生態(tài)子系統(tǒng)安全值，并運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）模型對(duì)安徽省2012 — 2017年土地生態(tài)子系統(tǒng)趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，安徽省2000 — 2017年土地生態(tài)安全值整體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，各地市土地生態(tài)安全水平差異明顯，平均值由2000年的0.442上升到2017年的0.450，同時(shí)，安徽省土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)中狀態(tài)指數(shù)和響應(yīng)指數(shù)上升；灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）模型有較高的模擬精度，能夠較好地預(yù)測(cè)2012 — 2017年安徽省土地生態(tài)安全等級(jí)及其各子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)；影響安徽省土地生態(tài)安全的主要因素有人均耕地面積、人口密度、人口自然增長(zhǎng)率、城鎮(zhèn)化水平、水土協(xié)調(diào)度、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、自然保護(hù)區(qū)面積比重等，是今后調(diào)控的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 土地生態(tài)安全；PSR模型；灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）模型；動(dòng)態(tài)分析；安徽省

中圖分類號(hào)：F301 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）03-0589-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.03.011

Abstract： Based on PSR framework method， the land ecological security evaluation index system of 16 cities of Anhui province was constructed. The land ecological security value of subsystem in Anhui province from 2000 to 2011 was calculated using the index weight which was determined by the entropy weight method， and land ecological security trend from 2012 to 2017 was forecasted using grey prediction GM（1，1） model. The results indicate that， the land ecological security index in Anhui province from 2000 to 2017 was rising on the whole， with the average value increasing from 0.442 in 2000 to 0.450 in 2017， and there was a huge difference among cities； at the same time， the state index and response index of each subsystem of land ecological security also rose. GM（1，1） model had high simulation precision and was able to predict the land ecological security level and the development trend of each subsystem of Anhui province from 2012 to 2017. The main factors that influence the land ecological security of Anhui province included the farmland areas per person， population density， natural growth rate of population， urbanization level， soil coordination degree， agricultural mechanization degree， and the proportion of nature reserves， which are the focus of land ecological security regulation in the future.

Key words： land ecological security；PSR model；grey prediction GM（1，1） model；dynamic analysis；Anhui province

土地生態(tài)安全是土地可持續(xù)利用的核心和基礎(chǔ)，土地生態(tài)安全研究已成為當(dāng)前土地可持續(xù)利用研究的前沿課題[1]。隨著人類對(duì)土地的不合理利用，土地生態(tài)安全問(wèn)題愈演愈烈，引起了人們的廣泛關(guān)注和重視，眾多學(xué)者對(duì)土地生態(tài)安全展開了研究[2]。綜合已有研究成果，筆者認(rèn)為土地生態(tài)安全是指在一定的時(shí)空范圍內(nèi)，土地生態(tài)系統(tǒng)能夠保持其結(jié)構(gòu)與功能在受到外界干擾時(shí)，系統(tǒng)本身能夠通過(guò)自身的調(diào)節(jié)功能保持其處于不受威脅或少受威脅的穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡的狀態(tài)，并能夠?yàn)楸Ｕ先祟惿鐣?huì)經(jīng)濟(jì)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供穩(wěn)定、均衡、充裕的自然資源，從而維持土地自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)復(fù)合體長(zhǎng)期協(xié)調(diào)發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)尚屬起步階段，研究多停留在市域土地生態(tài)安全現(xiàn)狀的分析，無(wú)法揭示省域土地生態(tài)安全的變化規(guī)律及發(fā)展趨勢(shì)。但是，省域的土地生態(tài)安全研究結(jié)果對(duì)省域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃和生態(tài)保護(hù)規(guī)劃有重要意義。因此，本試驗(yàn)以安徽省作為研究對(duì)象，基于2000 — 2011年的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用綜合評(píng)價(jià)法對(duì)安徽省土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行分析，同時(shí)，采用灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）模型對(duì)安徽省2012 — 2017年土地生態(tài)安全水平進(jìn)行預(yù)測(cè)，以期為安徽省土地資源的可持續(xù)利用與管理提供理論基礎(chǔ)和決策參考。

1 材料與方法

1.1 PSR模型及指標(biāo)體系

1.1.1 PSR框架模型 PSR框架是聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)合作組織為測(cè)度世界環(huán)境狀況而提出的一種評(píng)價(jià)框架，其揭示了環(huán)境保護(hù)的“作用-反饋-作用”循環(huán)機(jī)制，體現(xiàn)過(guò)程與結(jié)果的協(xié)調(diào)互動(dòng)關(guān)系，被眾多學(xué)者引用到土地評(píng)價(jià)研究中，如土地質(zhì)量評(píng)價(jià)、土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)等。PSR框架用于宏觀層面的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)中，能夠反映土地生態(tài)壓力、狀態(tài)、響應(yīng)系統(tǒng)三者之間“作用-反饋-作用”循環(huán)協(xié)調(diào)關(guān)系。

1.1.2 PSR土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 結(jié)合土地生態(tài)安全的概念和實(shí)際情況，本研究從資源、環(huán)境、人文社會(huì)壓力與土地質(zhì)量、自然環(huán)境狀態(tài)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境響應(yīng)3個(gè)維度選取指標(biāo)，結(jié)合國(guó)內(nèi)相關(guān)成果[3-5]構(gòu)建宏觀層面的安徽省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

1）壓力維度。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展必然對(duì)當(dāng)?shù)氐馁Y源環(huán)境和社會(huì)人文產(chǎn)生壓力，因此，對(duì)土地生態(tài)安全的評(píng)價(jià)要考慮緩解壓力的程度，這種壓力維度反映了各行業(yè)的發(fā)展對(duì)土地生態(tài)安全的影響。在遵循科學(xué)性、代表性和可獲取性原則的同時(shí)需考慮區(qū)域內(nèi)的可比性，本研究選擇人均耕地面積、人口密度2個(gè)指標(biāo)表示資源壓力；選取單位播種面積化肥負(fù)荷、單位播種面積農(nóng)藥負(fù)荷、單位土地工業(yè)廢水負(fù)荷、單位耕地地膜使用量4個(gè)指標(biāo)代表環(huán)境壓力；選取人口自然增長(zhǎng)率、城鎮(zhèn)化水平代表人文社會(huì)壓力。一般認(rèn)為，人均耕地面積越多，城鎮(zhèn)化水平越高則壓力越小，為正向指標(biāo)；反之，單位播種面積化肥負(fù)荷、單位播種面積農(nóng)藥負(fù)荷、單位土地工業(yè)廢水負(fù)荷、單位耕地地膜使用量、人口自然增長(zhǎng)率越高則壓力越大，指標(biāo)性質(zhì)為負(fù)向。

2）狀態(tài)維度。區(qū)域內(nèi)自然環(huán)境狀態(tài)集中反映了該區(qū)域的生態(tài)狀況，因此，選取森林覆蓋率、水土流失率、土地墾殖率代表自然環(huán)境狀況；選取水土協(xié)調(diào)度、單位面積糧食產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平代表土地質(zhì)量狀態(tài)。其中，水土流失率，即中度以上水土流失面積占土地面積的比重；土地墾殖率，即耕地面積占土地面積比重；水土協(xié)調(diào)度為有效灌溉面積占耕地總面積的比重；農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平指單位農(nóng)作物播種面積上的農(nóng)機(jī)總動(dòng)力，計(jì)量單位為kW/hm2。上述6個(gè)指標(biāo)中，森林覆蓋率、水土協(xié)調(diào)度、單位面積糧食產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平為正向指標(biāo)，水土流失率、土地墾殖率為負(fù)向指標(biāo)。

3）響應(yīng)維度。反映了面對(duì)壓力和當(dāng)前狀態(tài)所采取的對(duì)策與措施。因此，選取自然保護(hù)區(qū)面積比重、工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放率作為環(huán)境響應(yīng)，選取萬(wàn)元GDP消耗、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、單位土地面積GDP作為社會(huì)經(jīng)濟(jì)響應(yīng)。其中，自然保護(hù)區(qū)面積比重、工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放率、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、單位土地面積GDP為正向指標(biāo)，萬(wàn)元GDP消耗為負(fù)向指標(biāo)。

1.2 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.2.1 研究區(qū)域概況 安徽省位于中國(guó)東部，長(zhǎng)江下游，位于東經(jīng)114°54′ — 119°37′與北緯29°41′ — 34°38′，下轄16個(gè)地市，省會(huì)合肥。區(qū)域總面積13.96萬(wàn)km2，2010年底總?cè)丝? 862萬(wàn)。安徽地處暖溫帶與亞熱帶過(guò)度地區(qū)，全省年平均氣溫在14～17 ℃，地形地貌以平原、丘陵和低山為主，平原與丘陵、低山相間排列。全省大致分為5個(gè)自然區(qū)域，分別為淮北平原、江淮丘陵、皖西大別山區(qū)、沿江平原和皖南山區(qū)。平原面積占全省總面積的31.3%。因安徽省于2011年撤銷巢湖市，目前全省共16個(gè)地級(jí)市，為確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，研究中不包括巢湖市數(shù)據(jù)。

1.2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源 主要來(lái)源于《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》（2001 — 2012年）和各地市統(tǒng)計(jì)年鑒及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)（2001 — 2012）。

1.3 研究方法

1.3.1 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化及權(quán)重確定 由于土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)各指標(biāo)的量綱不一致，需要對(duì)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理。本研究采用直線型無(wú)量綱數(shù)學(xué)方法，計(jì)算土地生態(tài)安全各評(píng)價(jià)指標(biāo)的安全指數(shù)，其方法如下：

假設(shè)某一指標(biāo)實(shí)際值為Xi（i=1，2，…，n），評(píng)價(jià)指標(biāo)的基準(zhǔn)值為Si（i=1，2，…，n），該指標(biāo)的安全指數(shù)為P（Xi）。①土地生態(tài)安全正向指標(biāo)安全指數(shù)。若Xi≥Si，則P（Xi）=1；若XiSi，則P（Xi）=Si/Xi。

為了使評(píng)價(jià)結(jié)果能夠客觀、合理地反映安徽省實(shí)際情況，采用客觀性較強(qiáng)的熵權(quán)法進(jìn)行計(jì)算。公式為：

wi= （1）

Ei=-BilnBi/lnn （2）

Bi=P（Xi）/P（Xi） （3）

式中，wi為第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，Ei為第i個(gè)指標(biāo)的熵值。結(jié)果如表1所示。

1.3.2 建立土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型 土地生態(tài)安全單項(xiàng)指標(biāo)安全指數(shù)計(jì)算公式為：

Si=wiP（xi） （4）

安徽省土地生態(tài)安全現(xiàn)狀用單層指標(biāo)生態(tài)安全值從不同方面有所反映，但對(duì)指標(biāo)進(jìn)行綜合計(jì)算可以更全面地反映該區(qū)域生態(tài)安全現(xiàn)狀，土地生態(tài)安全綜合指數(shù)計(jì)算公式為：

P=Si=wiP（xi） （5）

式中，P為土地生態(tài)安全綜合指數(shù)；n為生態(tài)安全指標(biāo)的個(gè)數(shù)。根據(jù)土地生態(tài)安全綜合指數(shù)，參考國(guó)內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和已有的相關(guān)研究成果[6-8]，以非等間距的方式確立了安徽省5級(jí)土地生態(tài)安全評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)（表2）。其中生態(tài)安全值越大，表明區(qū)域土地生態(tài)安全狀況就越好；反之就越差。

1.3.3 灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）模型 采用灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）模型對(duì)未來(lái)的各土地生態(tài)安全值進(jìn)行了預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)結(jié)果是該系統(tǒng)在未來(lái)各個(gè)時(shí)刻的具體數(shù)值。具體計(jì)算方法參見文獻(xiàn)[9-11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 2000 — 2011年安徽省土地生態(tài)系統(tǒng)安全值

基于上述的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型，計(jì)算得2000 — 2011年安徽省土地生態(tài)子系統(tǒng)安全值（表3）。對(duì)表3中各市各年度生態(tài)子系統(tǒng)值加和得到安徽省2000 — 2011年土地生態(tài)系統(tǒng)安全值（表4）。

2.2 安徽省2012 — 2017年土地生態(tài)系統(tǒng)安全值預(yù)測(cè)

運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）模型對(duì)表3中各市2000 — 2011年子系統(tǒng)的安全值進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明安徽省土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)的均方差比（c）均小于0.35，小誤差概率（P）均大于0.95，預(yù)測(cè)精度等級(jí)為一級(jí)。說(shuō)明灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）模型可以用來(lái)預(yù)測(cè)安徽省土地生態(tài)安全趨勢(shì)，由此得到2012 — 2017年安徽省土地生態(tài)子系統(tǒng)預(yù)測(cè)值（表5）。對(duì)表5中的各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)加和得到2012 — 2017年安徽省土地生態(tài)系統(tǒng)安全值（表6）。

2.3 安徽省2000 — 2017年土地生態(tài)系統(tǒng)安全值分析

1）從土地生態(tài)安全值的級(jí)別上看，大部分地級(jí)市生態(tài)安全值呈波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)。2000年安徽省16個(gè)地級(jí)市土地生態(tài)安全值在0～0.4（惡劣）的有8個(gè)城市，分別為合肥、淮北、蚌埠、阜陽(yáng)、淮南、馬鞍山、蕪湖、銅陵；安全值在0.4～0.6（較差）的有5個(gè)地級(jí)市，分別為亳州、滁州、安慶、六安、宿州；土地生態(tài)安全值在0.6～0.7（一般）之間的是宣城；土地生態(tài)安全值在0.7（良好）以上有2個(gè)，分別是池州和黃山。2011年土地生態(tài)安全值在0～0.4（惡劣）的有9個(gè)，分別為合肥、淮北、宿州、蚌埠、淮南、滁州、馬鞍山、蕪湖、銅陵；安全值在0.4～0.6（較差）的有6個(gè)，分別為亳州、阜陽(yáng)、六安、宣城、池州、安慶；安全值在0.6～0.7（一般）的只有黃山市（表4）。2017年，土地生態(tài)安全值在0～0.4（惡劣）之間的城市有5個(gè)，分別為淮北、宿州、蚌埠、淮南、滁州；安全值在0.4～0.6（較差）的有10個(gè)，分別為合肥、亳州、阜陽(yáng)、六安、馬鞍山、蕪湖、宣城、銅陵、池州、安慶；安全值在0.6～0.7（一般）的只有黃山（表5）。因此，對(duì)比18年的數(shù)據(jù)可以看出，安徽省16個(gè)地級(jí)市中安全值在0～0.4（惡劣）的城市數(shù)量在減少，處于0.4～0.6（較差）的城市數(shù)量比較穩(wěn)定且數(shù)量逐步上升；與此同時(shí)，個(gè)別生態(tài)安全較好的城市的土地生態(tài)安全值也有所下降，主要是由于生態(tài)安全較好的城市隨著時(shí)間的推移，生態(tài)環(huán)境的改善導(dǎo)致壓力指數(shù)有所下降而狀態(tài)指數(shù)和響應(yīng)指數(shù)并沒(méi)有相應(yīng)提高。

2）從土地生態(tài)安全值的分布區(qū)域上看，安徽省土地生態(tài)安全級(jí)別較差的地區(qū)主要分布在長(zhǎng)江以北，土地生態(tài)安全級(jí)別為一般及較好的地區(qū)主要分布在皖南山區(qū)，包括池州、宣城、黃山。主要原因是相對(duì)于南方低山丘陵而言，長(zhǎng)江以北地形平坦，人口眾多，人均耕地面積不足，城鎮(zhèn)化水平不高，多為農(nóng)業(yè)大市，雖然工業(yè)化水平比南方高，但與此同時(shí)，單位土地的化肥、農(nóng)藥、地膜和工業(yè)廢水排放量依然比較高，而且第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重不及皖南低山丘陵地區(qū)高。因此，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，應(yīng)該更多地注重環(huán)境保護(hù)和資源節(jié)約。

3）從土地生態(tài)安全子系統(tǒng)值上看，2000 — 2017年安徽省全省絕大部分地級(jí)市壓力子系統(tǒng)的安全值有所上升，主要特征是單位土地的工業(yè)廢水排放量、單位土地的農(nóng)藥以及化肥使用量逐年上升，只有個(gè)別地級(jí)市如黃山市和池州市，這類城市的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)是旅游業(yè)，受農(nóng)業(yè)污染和工業(yè)化的影響較小，所以出現(xiàn)壓力指數(shù)下降趨勢(shì)。而在狀態(tài)子系統(tǒng)方面，安徽省全省各地級(jí)市的狀態(tài)子系統(tǒng)值均在緩慢上升，主要原因是近些年來(lái)森林覆蓋率的提高和水土流失率的降低，以及農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平和單位面積糧食產(chǎn)量的提高。在響應(yīng)子系統(tǒng)方面，全省大部分城市的響應(yīng)子系統(tǒng)值也略有增長(zhǎng)，環(huán)保投入的增加使得工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)排放率上升，各市均劃定自然保護(hù)區(qū)嚴(yán)守生態(tài)紅線，同時(shí)大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，這些均導(dǎo)致了響應(yīng)子系統(tǒng)值的上升。

綜上所述，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與土地生態(tài)安全兩者之間并非此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，往往在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的初期，農(nóng)業(yè)是地方經(jīng)濟(jì)的主體，第三產(chǎn)業(yè)比重較低，人口自然增長(zhǎng)率較高，大多數(shù)農(nóng)業(yè)人口束縛在土地上，導(dǎo)致人均耕地面積較少，農(nóng)藥、化肥、地膜的使用以及工業(yè)廢水的排放都會(huì)直接導(dǎo)致土地生態(tài)安全水平較低。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、技術(shù)的進(jìn)步、城鎮(zhèn)化率的提高會(huì)轉(zhuǎn)移農(nóng)業(yè)人口，提高人均耕地水平、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平以及工業(yè)廢水處理率，進(jìn)而提高當(dāng)?shù)氐耐恋厣鷳B(tài)安全指數(shù)。而隨著經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展和后工業(yè)化時(shí)期的到來(lái)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和第三產(chǎn)業(yè)吸納勞動(dòng)力的優(yōu)勢(shì)會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)單位土地GDP的土地生態(tài)安全水平的提高。因此，土地生態(tài)安全水平低的地區(qū)應(yīng)該大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，提高地區(qū)的森林覆蓋率和自然保護(hù)區(qū)面積，加大對(duì)工業(yè)廢水的無(wú)害化處理，開展土地整理，提高土地產(chǎn)能和人均耕地面積。

3 結(jié)論

運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）模型對(duì)安徽省土地生態(tài)安全各系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)進(jìn)行模擬與預(yù)測(cè)，結(jié)果表明，灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）模型有較高的精確度，預(yù)測(cè)結(jié)果比較符合安徽省實(shí)際，可以有效地用于土地生態(tài)安全預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)結(jié)果可以為決策者制定可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃提供參考。從評(píng)價(jià)結(jié)果分析得出，安徽省各地級(jí)市土地生態(tài)安全綜合指數(shù)的平均值由2000年的0.442上升到2017年的0.450，由惡劣狀態(tài)上升至較差狀態(tài)，安全等級(jí)有所上升，而隨著皖江城市帶承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移步伐的加快，對(duì)安徽省未來(lái)的土地生態(tài)安全又提出了新的挑戰(zhàn)。因此，在承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的同時(shí)要更加注重資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)。

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