基于DPSIR修正模型下的土地生態(tài)安全評價

摘要：提出基于物元可拓理論與耦合協(xié)調(diào)性分析相結(jié)合的DPSIR修正模型對土地生態(tài)安全進行評價，以舟山市為例進行了實證研究。研究結(jié)果表明：①2001-2005年，經(jīng)濟的迅猛和粗放式發(fā)展使舟山市土地生態(tài)不斷惡化，并在2005年集中爆發(fā)。②自2009年始，經(jīng)濟進一步發(fā)展帶來的問題使得單一的措施難以解決復(fù)雜的實際問題。本次研究采用的模型，既保留了物元分析能夠無丟失、全面評價對象現(xiàn)狀的特點，又有耦合協(xié)調(diào)分析能夠?qū)ο笞龀鰟討B(tài)評價的特點。該修正模型對城市土地生態(tài)安全的現(xiàn)狀與對策研究具有積極意義。

關(guān)鍵詞：土地生態(tài)安全；DPSIR修正模型；物元分析法；耦合協(xié)調(diào)分析；舟山市

中圖分類號：X24；X826；F301 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）16-4158-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.16.021

土地作為人類生存發(fā)展的重要基礎(chǔ)和不可再生的主要資源，是一個國家或區(qū)域發(fā)展的根本性制約因素。20世紀(jì)70年代以來，隨著中國城鎮(zhèn)化進程的迅猛推進，社會經(jīng)濟快速發(fā)展，早期粗放式經(jīng)濟發(fā)展模式帶來的土地生態(tài)安全問題逐漸顯露并持續(xù)惡化。學(xué)界關(guān)于土地生態(tài)安全問題的研究也日益增加。土地生態(tài)安全是生態(tài)安全領(lǐng)域下屬的一個概念，目前并沒有一個公認的界定，但一般意義上包括以下3點：一是土地生態(tài)系統(tǒng)自身的健康和可持續(xù)，二是土地資源（或土地生態(tài)系統(tǒng)）為人類的生存和發(fā)展提供穩(wěn)定的生態(tài)服務(wù)或保障，三是在確保土地生態(tài)系統(tǒng)自身健康和可持續(xù)的前提下，土地生態(tài)系統(tǒng)能夠提供給人類生態(tài)服務(wù)[1]。本研究基于第三點對土地生態(tài)安全展開研究。在當(dāng)前中國大力推進城鎮(zhèn)化并以此拉動內(nèi)需的大背景下，城鎮(zhèn)化對土地資源的需求急劇增長。準(zhǔn)確評價一個城市的土地生態(tài)安全并以此做出對策分析，對科學(xué)推進城鎮(zhèn)化進程具有重要意義。

土地生態(tài)安全指標(biāo)評價體系構(gòu)建和各指標(biāo)權(quán)重科學(xué)確定是評價工作的基礎(chǔ)，科學(xué)的評價方法是研究結(jié)果是否全面、科學(xué)、準(zhǔn)確的決定性因素。在指標(biāo)體系構(gòu)建方面學(xué)界目前主要采用EES模型、PSR模型、DPSIR模型，其中DPSIR模型是由聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織基于原有PSR模型存在不能把握系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和決策過程、人類活動對環(huán)境的影響只能通過環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)間接地表述等缺點，對PSR模型進行進一步修正所提出[2]?；贓ES模型，部分學(xué)者采用熵權(quán)法與物元分析法相結(jié)合、熵權(quán)法與集對分析法相結(jié)合或?qū)哟畏治龇ㄅc物元分析法相結(jié)合的模型對土地生態(tài)安全進行評價[3-5]。在PSR模型方面，有學(xué)者基于熵權(quán)法、層次分析法或熵權(quán)法與層次分析法相結(jié)合的權(quán)重計算方法，分別與綜合指數(shù)法或物元分析法相結(jié)合得到評價模型[6-9]。另有學(xué)者基于DPSIR模型提出DPSIR模型與TM影像或TOPSIS模型相結(jié)合的修正模型[10-11]。在綜合考量各個模型的優(yōu)劣后，本研究提出基于物元可拓理論與耦合協(xié)調(diào)分析的DPSIR修正模型對土地生態(tài)安全進行評價。DPSIR模型構(gòu)建的指標(biāo)體系充分、全面地反映了土地生態(tài)安全現(xiàn)狀及各指標(biāo)間的聯(lián)系，使指標(biāo)具有準(zhǔn)確的評價能力。采用熵權(quán)法對權(quán)重進行計算能夠保證其客觀性和科學(xué)性[12，13]。物元分析法與耦合協(xié)調(diào)分析相結(jié)合的評價模型兼具物元分析法能夠無丟失地準(zhǔn)確反映實際情況的特點和耦合協(xié)調(diào)分析能夠?qū)Ω飨到y(tǒng)間聯(lián)系做出動態(tài)評價的特點。模型全面、準(zhǔn)確地反映了土地生態(tài)安全現(xiàn)狀，并能夠基于各系統(tǒng)間的動態(tài)聯(lián)系提出科學(xué)的應(yīng)對建議。本研究嘗試采用該修正模型對舟山市土地生態(tài)安全做出評價。

1 基于DPSIR模型的評價指標(biāo)體系構(gòu)建

研究基于DPSIR模型的內(nèi)涵構(gòu)建指標(biāo)體系，并按照模型對各系統(tǒng)間應(yīng)具有內(nèi)在聯(lián)系的要求，分別從生態(tài)敏感地減少、土地污染壓力增大與生物多樣性棲息地減少3個方面選取指標(biāo)。在具體指標(biāo)的選取思路上，以土地污染壓力增大方向為例，以單位土地廢水負荷作為土地污染壓力增大的替代指標(biāo)，并以此為核心選取鏈?zhǔn)降?個指標(biāo)：工業(yè)總產(chǎn)值、廢水排放總量、單位土地廢水負荷、糧食作物總產(chǎn)量、企事業(yè)單位污染治理資金。工業(yè)的發(fā)展會引起廢水的增加。因此，工業(yè)總產(chǎn)值為驅(qū)動力，廢水排放總量增加為驅(qū)動力造成的壓力。在土地面積不變的情況下廢水排放總量增加會導(dǎo)致單位土地廢水負荷的加大，即壓力改變狀態(tài)。土地狀態(tài)的變化會影響糧食作物的產(chǎn)量，并直接影響人類的生存，即狀態(tài)產(chǎn)生影響。人類在感知到影響后采取措施，加大污染的治理力度，增加治理資金以作為響應(yīng)，即影響帶來響應(yīng)。此外，在生態(tài)敏感地減少方面，研究選用水土流失面積作為生態(tài)敏感地減少的替代指標(biāo)，以此為核心指標(biāo)選取5個鏈?zhǔn)街笜?biāo)：全社會固定資產(chǎn)投資、除綠地外建設(shè)用地面積、水土流失面積、治理水土流失面積、當(dāng)年圍墾已利用面積。在生物多樣性棲息地減少方面，選取建成區(qū)綠化覆蓋率作為生物多樣性棲息地減少的替代指標(biāo)，以此為核心選取5個鏈?zhǔn)街笜?biāo)：總?cè)丝谠鲩L率、城市征用土地面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、人均公園綠地面積、造林面積。在指標(biāo)性質(zhì)上，正向安全性指標(biāo)定義為指標(biāo)值越大土地生態(tài)越安全，負向安全性指標(biāo)定義為指標(biāo)值越大土地生態(tài)越不安全。在指標(biāo)權(quán)重的確定上，研究選用熵權(quán)法進行計算。具體權(quán)重的計算不再做過多的介紹?；谏鲜稣f明，得到土地評價體系（表1）。

3 舟山市土地生態(tài)安全實證研究

3.1 研究區(qū)域概況及研究數(shù)據(jù)來源

舟山市位于浙江省東北部，地處北緯29°32′-31°04′，東經(jīng)121°30′-123°25′。行政區(qū)劃為全部舟山群島，有大小島嶼1 391個，其中有人居住的島嶼103個，礁3 306座。全市東西長182 km，南北寬169 km，區(qū)域總面積2.22萬km2，其中海域面積2.08萬km2，土地面積1 440.12 km2，海岸線總長2 444 km。歷年平均降水量1 356.3 mm。2010年舟山市地區(qū)生產(chǎn)總值為644.3億，其中第一產(chǎn)業(yè)占9.6%，第二產(chǎn)業(yè)占44.5%，第三產(chǎn)業(yè)占44.9%，工業(yè)與服務(wù)業(yè)發(fā)達。2010年第六次人口普查，全市常住人口為112.13萬人。

舟山市毗鄰上海，處于長江三角洲城市群的核心區(qū)位。其行政區(qū)劃內(nèi)的洋山深水港憑借其得天獨厚的區(qū)位優(yōu)勢和自然優(yōu)勢成為上海自貿(mào)區(qū)的核心組成部分。2011年3月14日，舟山群島新區(qū)正式寫入全國十二五規(guī)劃，成為首個以海洋經(jīng)濟為主題的國家級新區(qū)。隨著上海自貿(mào)區(qū)的蓬勃發(fā)展和舟山群島新區(qū)規(guī)劃的不斷落實，舟山市正進入發(fā)展的黃金時期。與此同時，舟山市土地生態(tài)安全也面臨著重大壓力。如何合理、因地制宜地對舟山市城市建設(shè)做出規(guī)劃顯得日益迫切和重要。因此，對舟山市的土地生態(tài)安全進行評價與發(fā)展對策研究對新區(qū)的可持續(xù)發(fā)展和海洋經(jīng)濟的發(fā)展有著重要意義。

本次研究的數(shù)據(jù)主要來源于2002-2013年《舟山市統(tǒng)計年鑒》、《浙江省統(tǒng)計年鑒》、《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》、《中國城市統(tǒng)計年鑒》、《長江和珠江三角洲及港澳特別行政區(qū)統(tǒng)計年鑒》等。

3.2 研究區(qū)各評價指標(biāo)經(jīng)典域與節(jié)域的確定

在所選指標(biāo)經(jīng)典域和節(jié)域的確定上，研究主要參照國家環(huán)保總局《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)（試行）》、浙江省平均水平與國家平均水平。此外，研究還參考了相關(guān)研究中對一些指標(biāo)經(jīng)典域的劃分情況[18-20]。部分資料缺失的指標(biāo)參考2001年至2012年全國與浙江在相關(guān)指標(biāo)上的數(shù)值，該部分指標(biāo)經(jīng)典域與值域的確定方法如下。在比較安全、臨界安全、較不安全3個等級上按照全國、浙江與舟山市的平均數(shù)值來確定，不安全與安全等級按照舟山市的實際情況做出調(diào)整。以總?cè)丝谠鲩L率（單位為%）為例，2001-2012年全國人口增長率區(qū)間為[4.80，6.47），平均增長率為0.548%。浙江省人口增長率區(qū)間為[2.46，32.41），平均人口增長率為1.25%。舟山市的人口增長率區(qū)間為[-6.48，57.63），平均增長率為1.17%。因此，以全國、浙江與舟山市的平均增長率為參考，取較安全與臨界安全等級分別為[0，10）、[10，20），并依此取較不安全等級為[20，30）。但是，考慮到舟山市人口增長率的最小值為-6.48，最大值為57.63，取安全等級為[-5，0），取不安全等級為[30，50）。得到各指標(biāo)經(jīng)典域與值域（表3）。

3.3 結(jié)果與分析

3.3.1 數(shù)據(jù)處理結(jié)果 基于已得到的各指標(biāo)權(quán)重（表2）和各指標(biāo)經(jīng)典域與值域（表3），對舟山市2001-2012年相關(guān)數(shù)據(jù)進行如公式（1）-（7）的計算，得到2001-2012年舟山市土地生態(tài)安全特征值變化趨勢圖（圖1）。對數(shù)據(jù)進行如公式（1）-（4）及公式（8）-（9）的處理，得到歷年各指標(biāo)特征值。結(jié)合各指標(biāo)節(jié)域?qū)Ω髦笜?biāo)實際值進行如公式（10）-（11）的處理，得到各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值。取經(jīng)公式（12）處理的標(biāo)準(zhǔn)特征值與已得到的各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值進行如公式（13）-（17）的計算，得到2001-2012年舟山市五系統(tǒng)耦合度變化趨勢圖（圖2）與2001-2012年舟山市分系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度變化趨勢圖（圖3）。

3.3.2 土地生態(tài)安全變化過程特征 基于得到的2001-2012年舟山市土地生態(tài)安全特征值變化趨勢（圖1）與歷年各指標(biāo)特征值（具體特征值數(shù)據(jù)未給出）得到以下結(jié)論：①2001-2012年間舟山市土地生態(tài)安全總體處于不穩(wěn)定的波動變化中。特征值主要在不安全和臨界安全之間波動。由歷年各指標(biāo)特征值可知，2001-2012年全部指標(biāo)的平均特征值為3.04，其中除綠地外建設(shè)用地面積的平均特征值為4.33，造林面積的平均特征值為3.55，當(dāng)年圍墾已利用面積的平均特征值為3.47，企事業(yè)單位污染治理資金的平均特征值為3.37，糧食作物總產(chǎn)量的平均特征值為3.34。因此，以上5個指標(biāo)為主要限制因素。舟山市以群島立市，土地資源存在天然限制，大規(guī)模的城鎮(zhèn)化推進難以實現(xiàn)。隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展，城市建設(shè)對土地資源的需求與土地資源緊缺現(xiàn)狀之間的矛盾日益突出，表現(xiàn)為土地資源的過度開發(fā)和污染加劇。同時，土地資源緊缺也導(dǎo)致了舟山市的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)不斷萎縮與生物多樣性棲息地持續(xù)減少。②舟山市土地生態(tài)安全主要分為3個階段。2001-2005年，處于波動上升狀態(tài)。2006-2009年，處于下降態(tài)勢。2009-2011年，處于快速上升態(tài)勢。此外，2012年對污染的治理力度加大（企事業(yè)單位污染治理資金投入5 457.85萬元），使土地生態(tài)安全得到一定程度的緩解。前期生態(tài)安全惡化的主要影響因素有全社會固定資產(chǎn)投資、除綠地外建設(shè)用地面積、治理水土流失面積、人均綠地面積與企事業(yè)單位污染治理資金（5個指標(biāo)于2001-2005年的平均特征值分別為4.30、4.41、4.23、4.05與4.36），說明20世紀(jì)初舟山市存在的主要問題集中在投資力度不足與環(huán)境保護意識不足上。之后，在長三角經(jīng)濟圈的大框架下，舟山市作為毗鄰上海的核心區(qū)域，經(jīng)濟呈現(xiàn)飛躍式的發(fā)展，12年間全社會固定資產(chǎn)投資增長13.5倍（根據(jù)2002-2013年《舟山市統(tǒng)計年鑒》中的相應(yīng)數(shù)據(jù)計算得到）。同時，經(jīng)濟的迅猛發(fā)展也導(dǎo)致了人口增長過快，城市垃圾不斷增加與土地?zé)o節(jié)制開發(fā)等問題。生態(tài)敏感地與生物多樣性棲息地的減少及環(huán)境污染等問題共同導(dǎo)致了土地生態(tài)壓力升級與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的不斷萎縮。2006年至2009年舟山土地生態(tài)安全有較大的緩解，主要表現(xiàn)在人口增長率、廢水排放量、水土流失面積與人均公園綠地面積上（2006-2009年該4個指標(biāo)特征值為2.35、2.44、2.28與2.20），說明舟山在前期土地生態(tài)不斷惡化的情況下已經(jīng)認識到生態(tài)環(huán)境的重要性，嘗試保護生態(tài)敏感地和增加生物多樣性棲息地。然而，隨后包括工業(yè)總產(chǎn)值、除綠地外建設(shè)用地面積、廢水排放總量、單位土地廢水負荷、糧食作物總產(chǎn)量與造林面積等在內(nèi)的指標(biāo)全面惡化（特征值均超過3.4），說明隨著經(jīng)濟的深入發(fā)展，單一的措施難以起到有效作用。

3.3.3 分系統(tǒng)及總體土地生態(tài)安全之間的耦合協(xié)調(diào)分析 基于得到的2001-2010年舟山市土地生態(tài)安全五系統(tǒng)耦合度變化趨勢圖（圖2）與分系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度變化趨勢圖（圖3）可以分析得到以下結(jié)論：①2001-2010年舟山市五系統(tǒng)耦合度總體上處于一般耦合階期，有波動上升的態(tài)勢但是不明顯。說明各系統(tǒng)仍處于一個不斷磨合、完善的階段。在土地生態(tài)安全的可承受范圍內(nèi)，舟山市的經(jīng)濟發(fā)展能夠給各個方面都帶來發(fā)展機遇。②20世紀(jì)初經(jīng)濟粗放式發(fā)展的惡果在2005-2011年相繼爆發(fā)，說明單一的、僅針對某一方面的措施對土地生態(tài)安全的調(diào)節(jié)作用逐漸減小。由圖3可知，2005-2011年耦合協(xié)調(diào)度有一個突變式的下降。查閱相關(guān)指標(biāo)的年鑒數(shù)據(jù)得知，2005年的影響因素主要集中在人口增長率的爆發(fā)（5.76%），當(dāng)年圍墾已利用面積的急劇減少（95 hm2）與城市征用土地面積的激增（3 836 hm2）。人口增長帶來的城市建設(shè)需求與社會資源不足的根本矛盾促使了土地的緊缺和過度開發(fā)。而在2011年，包括總?cè)丝谠鲩L率、工業(yè)總產(chǎn)值、廢水排放總量、單位土地廢水負荷、當(dāng)年圍墾已利用面積、水土流失面積、造林面積等在內(nèi)的眾多指標(biāo)均呈現(xiàn)惡化趨勢。說明雖然舟山市已經(jīng)意識到環(huán)境保護的重要性，但是隨著經(jīng)濟發(fā)展進入深水區(qū)，其給舟山市帶來的影響是全面而深遠的。單一的補救措施難以對土地生態(tài)安全帶來有效的緩解，應(yīng)將目光投向包括產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級、農(nóng)村新型化建設(shè)等綜合的、全面的、因地制宜的宏觀性戰(zhàn)略。

4 小結(jié)與討論

本研究基于舟山市案例，將DPSIR模型、熵權(quán)法、物元分析法與耦合協(xié)調(diào)分析有機結(jié)合。在指標(biāo)的選取方面采用DPSIR模型對指標(biāo)體系進行構(gòu)建。選取的指標(biāo)科學(xué)、合理，對舟山市土地生態(tài)安全具有準(zhǔn)確的評價能力。采用熵權(quán)法對指標(biāo)的權(quán)重進行計算。熵權(quán)法基于信息論的基本原理，在指標(biāo)權(quán)重的計算上有著客觀準(zhǔn)確的優(yōu)勢。在評價方法上，本研究提出了結(jié)合物元分析法與耦合協(xié)調(diào)分析的綜合評價模型對對象進行評價，得到如下結(jié)論。

1）研究利用該模型全面地分析了舟山市土地生態(tài)安全現(xiàn)狀及各系統(tǒng)間的動態(tài)聯(lián)系，研究結(jié)果與舟山市土地生態(tài)安全現(xiàn)狀基本吻合。對于舟山市現(xiàn)存的發(fā)展困境，建議制訂系統(tǒng)的、全面的宏觀性戰(zhàn)略，尤其要重視土地的污染問題和生物多樣性棲息地的保護重建工作。此外，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上舟山市應(yīng)大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)并減少工業(yè)的比例。

2）該模型既保留了物元分析能夠無丟失地全面評價對象現(xiàn)狀的特點又有耦合協(xié)調(diào)分析能夠?qū)ο笞龀鰟討B(tài)評價的特點。在處理生態(tài)安全問題上，將抽象的、難以界定的土地生態(tài)安全系統(tǒng)化、簡單化，將定性的生態(tài)安全量化、數(shù)據(jù)化。同時，將一個個單獨的問題納入一個整體，從整體上考慮處理方案，這對發(fā)現(xiàn)問題和解決問題起到很大的助力。但是，就目前而言，中國在一些指標(biāo)上缺少完善和準(zhǔn)確的評定標(biāo)準(zhǔn)。因此，該模型在構(gòu)建經(jīng)典域與節(jié)域方面存在缺陷和遺憾，部分指標(biāo)在經(jīng)典域和節(jié)域的劃分上只能參考以往學(xué)者在相關(guān)方面的研究以及其他地區(qū)在這些指標(biāo)上的實際值。經(jīng)典域與節(jié)域的不完善會對土地生態(tài)安全的評價產(chǎn)生一定的影響，但是相信隨著學(xué)界對土地生態(tài)安全研究的深入，對指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)將會愈加明確，而該修正模型也將更具借鑒意義。

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