基于熵權(quán)可拓物元模型土地利用系統(tǒng)健康診斷
——以河西走廊為例

路正，陳英，魏蘋，王東

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅蘭州730070）

基于熵權(quán)可拓物元模型土地利用系統(tǒng)健康診斷
——以河西走廊為例

路正，陳英，魏蘋，王東

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅蘭州730070）

通過構(gòu)建PSR模型的指標(biāo)體系，運(yùn)用熵權(quán)可拓物元模型對(duì)河西走廊的土地利用系統(tǒng)健康進(jìn)行評(píng)價(jià)。研究結(jié)果：2000—2014年這15年期間，根據(jù)可拓物元模型經(jīng)典域取值區(qū)間，河西走廊整體土地利用系統(tǒng)健康水平處于N03，健康等級(jí)為臨界狀態(tài)，健康水平保持穩(wěn)定；河西走廊的土地系統(tǒng)健康水平分布具有一定的規(guī)律性，呈現(xiàn)出由中間向兩邊逐漸降低的趨勢；河西走廊生態(tài)環(huán)境脆弱，森林覆蓋率、水土流失程度和土壤鹽漬化率是制約土地利用系統(tǒng)健康水平提升的重要因素。研究表明，將熵權(quán)可拓物元模型應(yīng)用于土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)，可以有效地避免人為因素的干擾，客觀地評(píng)價(jià)研究區(qū)域土地利用系統(tǒng)健康的各要素之間的關(guān)系，揭示各個(gè)指標(biāo)的水平狀態(tài)，挖掘土地利用系統(tǒng)健康存在的具體問題，適用于土地利用系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)。

土地利用；可拓物元模型；熵權(quán)法；健康診斷；河西走廊

隨著人地矛盾的日益突出，生態(tài)環(huán)境的惡化和自然生態(tài)的失衡，影響了土地資源的可持續(xù)利用。土地利用系統(tǒng)是一個(gè)以土地利用為基礎(chǔ)的資源環(huán)境、人類活動(dòng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)，其較為能夠集中地反映人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源短缺三者之間的矛盾。為此，土地利用系統(tǒng)健康是隨之興起的重點(diǎn)研究內(nèi)容之一［1］。結(jié)合我國人多地少、土地資源退化較為普遍的實(shí)際情況，開展土地利用系統(tǒng)健康研究，為土地資源可持續(xù)利用提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)，是中國土地資源管理的一項(xiàng)緊迫任務(wù)［1－2］。

近年來，土地利用系統(tǒng)健康方面的研究尚處于起步階段，其研究內(nèi)容主要集中在土地利用系統(tǒng)健康的內(nèi)涵、評(píng)價(jià)和影響因素等幾個(gè)方面。蔡為民等較為全面地界定了土地利用系統(tǒng)健康的內(nèi)涵，并相應(yīng)地構(gòu)建了土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的框架與指標(biāo)［3］。郭杰等診斷了蘭州市的土地利用系統(tǒng)健康的狀態(tài)［4］。鄭華偉等運(yùn)用物元分析法診斷了四川省的土地利用系統(tǒng)健康狀況并分析該區(qū)域的土地利用系統(tǒng)健康的影響因素［5］。以上學(xué)者的研究取得了一定的成果，但也存在以下不足之處：定性分析多、定量研究少；評(píng)價(jià)指標(biāo)較多側(cè)重于資源與環(huán)境狀況，較少考慮人類活動(dòng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面對(duì)土地利用系統(tǒng)健康的作用；評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重多采用主觀賦權(quán)法，主觀性較強(qiáng)，缺乏客觀性和科學(xué)性。

因此，本文通過構(gòu)建PSR（Pressure－State－Response）模型建立土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，可以綜合地考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源與環(huán)境對(duì)土地利用系統(tǒng)健康的作用。同時(shí)，引入熵權(quán)法和可拓物元模型對(duì)河西走廊進(jìn)行實(shí)證研究，通過計(jì)算單個(gè)指標(biāo)與各標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的關(guān)聯(lián)系數(shù)得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，準(zhǔn)確全面地分析河西走廊土地利用系統(tǒng)健康的障礙因子，有效挖掘土地利用系統(tǒng)存在的具體問題，為可持續(xù)性管理和合理利用土地利用系統(tǒng)提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

借鑒PSR指標(biāo)體系模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合河西走廊的特點(diǎn)及實(shí)際情況，對(duì)PSR模型進(jìn)行了改進(jìn)，建立了適合河西走廊土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)體系。在PSR模型土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系中，P為系統(tǒng)壓力，即社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口活動(dòng)對(duì)土地利用系統(tǒng)的壓力；S為系統(tǒng)狀態(tài)，即人類開發(fā)資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)土地利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能狀態(tài)的影響；R為系統(tǒng)壓力，即土地利用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)狀態(tài)所作出的反應(yīng)，并反饋到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程中，從土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基本框架出發(fā)，遵循指標(biāo)選取的科學(xué)性、系統(tǒng)性、可比性和可獲取性等原則，在參考相關(guān)文獻(xiàn)［6］～［8］的基礎(chǔ)上，結(jié)合河西走廊的特點(diǎn)及實(shí)際情況，構(gòu)建土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

1.2 熵權(quán)法確定權(quán)重系數(shù)

熵值法是一種客觀賦權(quán)法，其根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)觀測值的不確定性來確定指標(biāo)權(quán)重。通過對(duì)傳統(tǒng)的熵值法進(jìn)行修正，將土地利用系統(tǒng)作為一個(gè)研究系統(tǒng)，各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)作為其子系統(tǒng)，各被評(píng)價(jià)對(duì)象在該指標(biāo)（子系統(tǒng)）下的取值則可視為子系統(tǒng)的可能出現(xiàn)結(jié)果，若其概率可以確定，則該指標(biāo)的熵權(quán)就能計(jì)算出來［9］。

1.3 可拓物元評(píng)價(jià)模型

運(yùn)用物元分析的理念，建立可拓物元模型對(duì)土地利用系統(tǒng)健康進(jìn)行診斷，同時(shí)采用改進(jìn)的熵值法確定指標(biāo)的權(quán)重，可以比較全面客觀地對(duì)土地利用系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行診斷，主要步驟如下［10－12］：

（1）確定土地利用系統(tǒng)健康物元；（2）確定土地利用系統(tǒng)健康的經(jīng)典域；（3）確定土地利用系統(tǒng)健康的節(jié)域；（4）確定待評(píng)物元；（5）確定關(guān)聯(lián)函數(shù)及關(guān)聯(lián)度；（6）確定權(quán)重；（7）計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度確定評(píng)價(jià)等級(jí)。

2 實(shí)證分析

2.1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

河西走廊位于甘肅省西北部，通常指烏鞘嶺以西、甘肅和新疆兩省交界處以東地區(qū)，祁連山、合黎山南北對(duì)峙，東西長約1 100 km，南北寬約幾公里到數(shù)百公里。包括張掖、酒泉、嘉峪關(guān)、金昌和武威5個(gè)地級(jí)市，總面積約27.6萬km2，占甘肅省總面積的60.6%。

河西走廊氣候干旱，許多地方年降水量不足200mm，但祁連山冰雪融水豐富，自東向西形成石羊河、黑河和疏勒河三大內(nèi)流水系。三大水系均發(fā)源于祁連山，由冰雪融水和雨水補(bǔ)給。河水大部分滲入戈壁灘形成潛流，或被綠洲利用灌溉，較大河流的下游注入終端湖。河西走廊是西北地區(qū)最主要的商品糧基地和經(jīng)濟(jì)作物集中產(chǎn)區(qū)。

土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)主要來源于《甘肅發(fā)展年鑒》［13］，《甘肅農(nóng)村年鑒》［14］、《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》［15］、《中國國土資源年鑒》［16］和甘肅省土地利用變更數(shù)據(jù)等。

2.2 模型應(yīng)用

2.2.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建在PSR概念模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)河西走廊的實(shí)際情況，確定了其土地利用系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)指標(biāo)，再結(jié)合改進(jìn)的熵值法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重（表1）。

2.2.2 土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)經(jīng)典域、節(jié)域的確定

經(jīng)典域（評(píng)價(jià)等級(jí)的取值區(qū)間）的確定是可拓物元模型的基礎(chǔ)。本研究依據(jù)土地利用系統(tǒng)健康的可拓性，將其劃分為5個(gè)等級(jí)，即N01→N05，定性描述為：健康→亞健康→臨界狀態(tài)→不健康→病態(tài)。評(píng)價(jià)經(jīng)典域的確定主要參考國家地方行業(yè)及國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)域本底背景值，全國平均水平等［6，17］，具體取值見表2。

表1 土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和權(quán)重Table 1 The evaluation index system and weightof health on land use system

表2 土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)經(jīng)典域和節(jié)域的取值范圍Table 2 The valuing range on the classic field and section domain of evaluation index of land use system

2.3 結(jié)果與分析

將整理出的河西走廊土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)組成的待評(píng)物元代入可拓物元模型，得到河西走廊土地利用系統(tǒng)健康的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

從河西走廊整體土地利用系統(tǒng)健康的變化來看，2000—2014年河西走廊土地利用健康系統(tǒng)狀況變化不大，一直處于臨界狀態(tài)。因此可以看出，該區(qū)域一方面經(jīng)濟(jì)得到了發(fā)展，同時(shí)不斷加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)，加強(qiáng)了對(duì)土壤鹽漬化和水土流失的治理，并沒有繼續(xù)使生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，該區(qū)域的土地利用系統(tǒng)健康水平一直處于臨界狀態(tài)。

從空間上分析，該區(qū)域的土地系統(tǒng)健康水平分布具有一定的規(guī)律性，即河西走廊的土地利用健康水平由中間向兩邊逐漸降低的趨勢。亞健康和臨界狀態(tài)主要分布在張掖市和金昌市；臨界狀態(tài)和不健康主要分布在嘉峪關(guān)市、酒泉市和武威市。

從時(shí)間跨度來看，該區(qū)域的土地利用系統(tǒng)健康水平變化情況不一。在2000—2014年這15年期間，嘉峪關(guān)市、酒泉市和金昌市土地利用系統(tǒng)健康水平呈現(xiàn)上升趨勢，這主要是由于城市化水平、固定資產(chǎn)投資率、土地復(fù)墾率、復(fù)墾指數(shù)、第三產(chǎn)業(yè)比重、工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率和環(huán)保投資強(qiáng)度等指標(biāo)有所上升的趨勢。張掖市土地利用系統(tǒng)健康水平并沒有太大變化，一直處于亞健康狀態(tài)，說明張掖市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，不斷加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)。而武威市的土地利用系統(tǒng)健康水平卻出現(xiàn)下降趨勢，一方面是因?yàn)橥恋乩贸潭却址?，人均GDP和地均GDP的健康水平均處于病態(tài)，另一方面生態(tài)環(huán)境極其脆弱，森林覆蓋率低，水土流失和土壤鹽漬化嚴(yán)重，雖然武威市一直致力于水土流失及土壤鹽漬化的綜合治理，但由于易水土流失區(qū)域較大且土壤鹽漬化嚴(yán)重，且存在反復(fù)的現(xiàn)象，因此還需加大治理力度，有效保護(hù)土地資源。

3 結(jié)論與討論

1）PSR模型可以有效地將社會(huì)經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境有機(jī)結(jié)合起來，其指標(biāo)體系更加完善，通過分析資源環(huán)境、人類活動(dòng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等之間的關(guān)系，更準(zhǔn)確地體現(xiàn)出土地利用系統(tǒng)健康的各要素之間的關(guān)系。運(yùn)用改進(jìn)的熵值法，通過數(shù)據(jù)本身所反映的信息無序化效用值來計(jì)算權(quán)重系數(shù)，可以有效地避免人為因素的干擾，提高權(quán)重的客觀性。同時(shí)，可拓物元模型可以獲得單個(gè)指標(biāo)的診斷結(jié)果，以揭示各指標(biāo)的水平狀態(tài)，揭示系統(tǒng)健康問題的具體原因?？梢钥闯?，熵權(quán)可拓物元模型適用于土地利用系統(tǒng)健康診斷，有利于促進(jìn)土地利用系統(tǒng)健康狀況改善。

2）實(shí)證結(jié)果表明，2000—2014年河西走廊土地利用系統(tǒng)健康水平處于穩(wěn)定狀態(tài)，且一直處于“臨界狀態(tài)”，尤其是嘉峪關(guān)市、酒泉市和武威市土地利用系統(tǒng)健康水平堪憂。森林覆蓋率、水土流失程度和土壤鹽漬化率是制約土地利用系統(tǒng)健康狀況改善的關(guān)鍵因素。因此，加大環(huán)境治理力度，加強(qiáng)生態(tài)安全保護(hù)，通過有效地控制水土流失程度和土壤鹽漬化，持續(xù)改善土地利用系統(tǒng)健康狀況。同時(shí)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，提高土地集約利用程度，降低經(jīng)濟(jì)增長對(duì)土地資源的過度消耗。

表3 土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)結(jié)果Table 3 Evaluation results of health on land use system

3）運(yùn)用改進(jìn)的熵權(quán)可拓物元模型對(duì)土地利用系統(tǒng)進(jìn)行健康評(píng)價(jià)，在土地健康評(píng)價(jià)領(lǐng)域?qū)儆幸鎳L試，但由于土地利用系統(tǒng)本身的復(fù)雜性，所選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)不夠完善，因此評(píng)價(jià)指標(biāo)還有待進(jìn)一步檢驗(yàn)和深入研究。

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Health diagnosis of land use system based on entropy-weighted extenticmatter-elementmodel——A case study of Hexi Corridor

LU Zheng，CHEN Yin，WEIPing，WANG Dong
（College of Resourcesɑnd Environmentɑl Sciences，Gɑnsu Agriculturɑl University，Lɑnzhou，Gɑnsu 730070，Chinɑ）

By constructing the index system based on PSRmodel，we used entropy-weighted extenticmatter-element model to evaluate the health of land use system in HexiCorridor.The results are as follows：（1）According to the extension of the classical domain values ofmatter elementmodel，the overall land use system in Hexi Corridor in N03，health level of“critical state”，health level tomaintain stability from 2000 to 2014.（2）The health level of the land system in the HexiCorridor has a certain regularity，showing a trend of decreasing gradually from themiddle to both sides.（3）The Hexi Corridor ecological environment fragile.Forest coverage rate and the degree of soil and water loss and soil salinization rate important factorwhich restricts the healthy level of land use system.Itwas concluded thatentropy-weighted extenticmatter-elementmodecan be applied to land use system health evaluation.It can effectively avoid the interference of human factors，and objectively evaluate the relationship between the various factors of regional land use system health，reveal the level of each index，and mine specific health problems in land use system.

land use；matter-elementmodel；entropy-weighted；health diagnosis；Hexi Corridor

圖1 2000—2014年河西走廊土地利用系統(tǒng)健康變化Fig.1 Change of health level on land use system in HexiCorridor from 2000 to 2014

F301.24

：A

1000-7601（2017）01-0258-06

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.38

2016-01-10

國家自然科學(xué)基金“村民關(guān)聯(lián)度與農(nóng)地利用的關(guān)系研究”（71263003）

路正（1991—），男，河南安陽人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)橥恋刭Y產(chǎn)管理。E-mail：461256165＠qq.com。

陳英（1969—），男，甘肅武威人，副教授，主要研究方向?yàn)橥恋刭Y產(chǎn)管理。E-mail：cheny＠gsau.edu.cn。