基于PSR模型的長沙市土地資源生態(tài)安全評價

袁 莉，陳詩陽

(湖南工業(yè)大學，湖南 株洲 412000)

基于PSR模型的長沙市土地資源生態(tài)安全評價

袁 莉，陳詩陽

(湖南工業(yè)大學，湖南 株洲 412000)

基于PSR(壓力——狀態(tài)——響應模型)構建土地生態(tài)安全評價指標體系，運用熵值法以及改進的灰色關聯(lián)分析法求出整體土地生態(tài)安全指數(shù)，對 “十二五”期間長沙市的土地生態(tài)安全進行評估，結果表明：長沙市的土地生態(tài)安全在2011年——2015年整體上處于較安全狀態(tài)。其中，長沙市土地生態(tài)安全整體呈上升狀態(tài)，趨向安全狀態(tài)；從子系統(tǒng)來看，壓力、狀態(tài)和響應系統(tǒng)也呈波動上升趨勢發(fā)展，波動幅度較大；森林覆蓋率、生活垃圾無害化處理率、自然保護區(qū)面積以及工業(yè)固體廢物綜合利用率是影響長沙市土地生態(tài)安全的主要因素。

長沙市；土地生態(tài)安全；PSR模型；灰色關聯(lián)度

一 引言

土地是人類賴以生存與發(fā)展的物質基礎及生存空間。隨著工業(yè)化和城市化進程的不斷加快，我國土地利用強度不斷加強，區(qū)域內生物、生態(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)遭到了空前的沖擊與破壞,甚至超過了該區(qū)域土地資源的生態(tài)承載力。[1-4]近年來，學者們圍繞維護土地生態(tài)安全開展研究。關于土地生態(tài)安全，劉勝華認為土地生態(tài)安全是指陸地表層由有機物與無機物共同構成的土地生態(tài)系統(tǒng)的結構不受破壞，同時其為人類提供服務的質量和數(shù)量能夠持續(xù)滿足人類生存和發(fā)展的需要。[5]范瑞錠等利用AHP法與綜合指數(shù)法相結合對福建省土地生態(tài)安全進行評價，并認為土地生態(tài)安全是人類利用土地過程中，保持土地生態(tài)系統(tǒng)自身的可持續(xù)發(fā)展，并使之能夠穩(wěn)定的為人類提供服務，以滿足人類需求的狀態(tài)。[6]本研究認為土地生態(tài)安全是通過協(xié)調人類活動和土地生態(tài)環(huán)境之間的關系，維護土地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和完整性，使土地生態(tài)系統(tǒng)維持可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)。

現(xiàn)有土地生態(tài)安全評價的研究大多是以省域為尺度，但由于省域內不同城市間的發(fā)展水平不一致，土地的生態(tài)承載水平也各有不同。長沙市是湖南省省會，經濟發(fā)展水平代表了湖南省的最高水平，但這樣的發(fā)展水平是否以犧牲環(huán)境為代價，長沙市發(fā)展經濟的同時，生態(tài)環(huán)境建設是否取得了成效，成效是否明顯，還有哪些方面有需要加強？本文擬對長沙市“十二五”期間(2011-2015年)的土地生態(tài)安全狀況進行系統(tǒng)的綜合評價，旨在為長沙市土地生態(tài)安全的可持續(xù)有效管理提供有價值的科學依據(jù)。

二 土地生態(tài)安全評價模型和指標體系構建

(一)土地生態(tài)安全評價模型

土地生態(tài)系統(tǒng)是復雜的巨系統(tǒng)，其中每個要素之間相互關聯(lián)、相互影響，評價土地生態(tài)系統(tǒng)安全需要綜合考慮每個要素之間的相互關系以及分清每個要素對土地生態(tài)安全的影響孰重孰輕。對土地生態(tài)安全進行評價需要采用PSR模型(“壓力——狀態(tài)——響應”模型)，PSR模型是由世界經合組織(OECD)提出來的一個框架模型，壓力是指人類的活動和自然因素對自然界產生的壓力，狀態(tài)是指自然界受到壓力影響后反映出來的自然狀態(tài)，而響應則是人類收到自然界反饋的信息后采取的經濟、行政和法律手段。這三個部分組成了PSR模型的基本架構，指標體系的構建也是以此為基礎選取評價指標。這個模型簡單易懂，操作方便，又能反映出人類活動對自然環(huán)境的影響，具有優(yōu)越性。

(二)土地生態(tài)安全評價指標體系的構建

土地生態(tài)安全受多因素影響，且各因素相互關聯(lián)。因此在選取評價指標時,應注重科學性、指標數(shù)據(jù)的可得性和可操作性,充分考慮每個評價指標之間的相互影響。當前土地資源安全評價主要以DPSIR-TOPSIS模型、物元分析等方法為主。[7-9]本研究結合世界經合組織(OECD)提出的 “壓力-狀態(tài)-響應”框架(Press-State-Response, P-S-R)，參考現(xiàn)有評價指標體系，綜合考慮長沙市實際情況，本文構建了一套適用于長沙市土地生態(tài)安全評價的指標體系，并以熵權賦權法確定評價指標權重,計算出土地生態(tài)安全的綜合得分。該指標體系分為目標層、準則層和指標層，共二十一項指標見表1。

表1 長沙市土地生態(tài)安全評價指標體系

三 長沙市土地生態(tài)安全評價

(一)長沙市概況

長沙市為湖南省省會，是湖南省政治、經濟、文化、交通、科技、金融、信息中心，地處“一帶一部”(即東部沿海地區(qū)和中西部地區(qū)過渡帶、長江開放經濟帶和沿海開放經濟帶結合部)核心區(qū)域, 2014 年12月11 日，國務院下發(fā)《關于同意支持長株潭國家高新區(qū)建設國家自主創(chuàng)新示范區(qū)的批復》，同意支持長沙、株洲、湘潭3 個國家高新區(qū)建設國家自主創(chuàng)新示范區(qū)。長沙作為是長株潭城市群“兩型社會”建設綜合配套改革試驗區(qū)、長株潭國家自主創(chuàng)新示范區(qū)核心城市，更應該做好生態(tài)環(huán)境保護工作，發(fā)展好，維護好長沙的土地生態(tài)安全。[10]

(二)數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)主要來源于2011年—2015年《湖南省統(tǒng)計年鑒》《長沙市統(tǒng)計年鑒》以及長沙市國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。

(三)土地生態(tài)安全的評價法

基本思路：用灰色關聯(lián)方法將各評價指標的原始數(shù)據(jù)轉化為灰色關聯(lián)系數(shù)，用熵值法確定評價指標的權重；最后在此基礎上，通過計算加權灰色關聯(lián)度對區(qū)域土地生態(tài)安全進行動態(tài)評價。

建立科學的評價指標體系和確定各指標的權重是土地生態(tài)安全評價的關鍵?；疑P聯(lián)法是一種用于衡量因素之間的關聯(lián)程度的方法。土地生態(tài)系統(tǒng)是一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)，對它的評價涉及諸多方面，經濟、社會環(huán)境方面都有很多灰色信息，所以這就造成了對土地生態(tài)系統(tǒng)的安全評價存在很多不確定性和不完全性。因此，選用灰色關聯(lián)度來評價區(qū)域土地生態(tài)安全水平。

首先，構建包含m個評價對象和n個評價指標的判斷矩陣

V=(xij)m×n(i=1,2…m;j=1,2,…n)

(1)

其次，對判斷矩陣V進行無量綱化處理，得到矩陣

S=(yij)m×n(i=1,2…m;j=1,2,…n)

(2)

對于正指標(越大越好)，有

(3)

對于逆指標(越小越好)，有

(4)

(四)指標權重的確定

為了降低主觀原因對評價結果的影響，本文引入熵權法確定權重。熵權法是一種客觀的確定權重的方法，特點是直接利用評價對象的指標值構成的矩陣來確定計算權重，具有較強的客觀性，排除了人為因素的影響。[7]基于熵權法的評價指標權重計算步驟為：

(1)計算第j項指標的熵值ej

(5)

并規(guī)定當pij=0時，,從而保證eij∈[0,1]

(2)計算第j項指標的權重為：

(6)

式中，wj=1-ej為指標xj的差異系數(shù)。

計算結果見表2。

表2 長沙市土地生態(tài)安全評價指標體系的指標權重

(五)長沙市土地生態(tài)安全綜合指數(shù)

應用灰色關聯(lián)分析法計算土地生態(tài)安全指標綜合指數(shù)的步驟：

1.確定參考序列和比較序列。

參考序列即：yi-{yi1,yi2,…，yin}(i=1,2,…，m)

比較序列由各項指標的最優(yōu)值組成，由于經過無量綱化處理后的指標屬于[0,1]，因此選取每個指標的最大值作為比較序列y0=(1,2,…，1)

2.計算關聯(lián)系數(shù)。

(7)

3.計算參考序列與比較序列的加權關聯(lián)度。

(8)

關聯(lián)度R反映評價對象與最優(yōu)狀態(tài)之間相互接近程度，R值越大說明第i個評價 對象與最優(yōu)狀態(tài)相互接近程度越高，因此，可以根據(jù)關聯(lián)度大小來對各個評價對象進行優(yōu)劣排序與級別分類。

4.計算土地生態(tài)安全綜合指數(shù)

根據(jù)評價模型計算出長沙市2011年到2015年土地生態(tài)安全綜合指數(shù)，分別是{0.609,0.6549,0.7674,0.6473,0.5994}。

(六)安全評價的等級

一般關聯(lián)度按強弱可以分為弱相關性(0～0.35)、中等相關性(3.5～0.7)以及強相關性(0.7～1)三種類型。[7]在咨詢了相關專家的基礎上，制定了一個分級標準見表3。

表3 城市生態(tài)安全分級標準

四 結果分析

將計算結果與土地生態(tài)安全分級標準對比，分析“十二五”期間的長沙市土地生態(tài)安全整體狀況及各子系統(tǒng)的演進。

(一)土地生態(tài)安全系統(tǒng)綜合分析

“十二五”期間，長沙市的土地生態(tài)系統(tǒng)的安全狀況是呈山峰形態(tài)變化。其中除了2013年處于安全狀態(tài)，而其余四年為較安全。以2013年為峰值，綜合安全指數(shù)由2010年的0.609迅速上升至2013年的0.767，上升幅度明顯，而2013年后逐漸下降到2015年的0.599。

原因主要是“十二五”期間長沙市作為湖南省的省會城市，社會、經濟發(fā)展迅速，伴隨著對資源的巨大消耗和對環(huán)境的不斷破壞，人地矛盾也日趨激烈。同時大量的基本建設項目和改造工程的進行，城市化進程的不斷加快，這些都給長沙市土地生態(tài)系統(tǒng)安全帶來了很大壓力。但是在整體上，長沙市的土地生態(tài)形勢正朝著樂觀的方向發(fā)展，這與長沙市政府在環(huán)境保護方面不斷深化改革密不可分?！笆濉逼陂g，長沙深入推進兩型社會建設綜合配套改革，單位地區(qū)生產總值能耗下降20%以上，提前一年實現(xiàn)“十二五”節(jié)能減排目標。城鄉(xiāng)環(huán)保和治理不斷加強，新增造林綠化面積68.19萬畝，獲批全球綠色城市。長沙市政府在加快城市環(huán)境建設方面所做出的努力有目共睹，這也是長沙市土地生態(tài)安全水平不斷提高的原因所在。

圖1 綜合安全指數(shù)

圖1中不僅反映了長沙市土地生態(tài)安全指數(shù)在2011年至2015年的變化，還包含了三個子系統(tǒng)在“十二五”期間的變化情況。從圖1可以看出研究區(qū)域的土地生態(tài)系統(tǒng)在壓力狀態(tài)響應三個方面因為發(fā)展狀況的不同，各子系統(tǒng)的安全指數(shù)變化也有所不同。

(二)土地生態(tài)安全壓力系統(tǒng)分析

在壓力系統(tǒng)方面，2011年到2015年，土地生態(tài)壓力從2011年的安全狀態(tài)下降至2012年的臨界安全狀態(tài)，再逐步轉變提升成為2015年的安全狀態(tài)，呈“U”字型變化(如圖1)。這樣的變化是因為近年長沙市社會經濟發(fā)展將土地生態(tài)安全朝好的方向驅動，在城市化進程不斷加快的同時，土地產出率也不斷提高，經濟效率的提高，這也相對平衡了經濟發(fā)展對土地生態(tài)造成的壓力。但是，為了提高土地產出率，農藥、化肥和地膜大規(guī)模使用同樣也對土地生態(tài)造成了嚴重威脅，土地產出率的提高如果不能同時減少污染物的大量排放，長沙市的土地生態(tài)安全所面臨的壓力仍將居高不下，甚至最后又下降至臨界安全甚至是不安全的狀態(tài)。

(三)土地生態(tài)安全狀態(tài)系統(tǒng)分析

在狀態(tài)系統(tǒng)方面，狀態(tài)安全指數(shù)在“十二五”期間的變化是整體情況樂觀，但中間有波動，處于臨界安全、較安全和安全之間(見圖1)。在2015年狀態(tài)系統(tǒng)達到了安全的范圍，對整個土地生態(tài)安全狀態(tài)產生了積極的影響。這與其“綠色”面積的不斷增加有關，城市“綠色”面積多了，整個城市的生態(tài)環(huán)境得到提升，這也對提高全市土地生態(tài)安全狀態(tài)產生重要意義。但同樣，長沙市的狀態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全仍然需要政府不斷努力深化改革，維護“十二五”期間的“造綠”成果。

(四)土地生態(tài)安全響應系統(tǒng)分析

在響應系統(tǒng)方面，響應安全指數(shù)在2011為較不安全狀態(tài)，而2013年則處于安全狀態(tài)。隨著“十二五”規(guī)劃的推進，城區(qū)地表水環(huán)境功能區(qū)達標率逐年降低，生活垃圾產生量逐年加大，人地矛盾的不斷加大也使得響應生態(tài)安全指數(shù)發(fā)生了波動變化。在2015年處于一個較安全狀態(tài)，這是由于長沙市依據(jù)“十二五”規(guī)劃引進了生活垃圾無害化處理設備，在14年生活垃圾無害化處理率達到了100%。在環(huán)境保護方面加大財政支出也說明了長沙市政府對生態(tài)發(fā)展的重視。

綜上所述，通過計算結果可知，“十二五”期間長沙市的土地生態(tài)安全整體上處于較安全狀態(tài)，這與客觀實際情況較為吻合，證明該評價方法具有一定的實際應用價值。且其壓力、狀態(tài)和響應子系統(tǒng)也呈上升趨勢；但是，波動幅度較大；其中森林覆蓋率、生活垃圾無害化處理率、自然保護區(qū)面積以及工業(yè)固體廢物綜合利用率是影響長沙市土地生態(tài)安全的主要因素。因此，“十三五”期間長沙市在鞏固現(xiàn)有成績的基礎上，不斷深化改革，協(xié)調人地矛盾，尤其要通過產業(yè)結構調整提高工業(yè)固體廢物綜合利用率，以增強土地生態(tài)安全，為實現(xiàn)長沙市社會經濟可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。

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責任編輯：李珂

Evaluation on the Land Ecological Security of Changsha City Based on the PSR Model

YUAN Li, CHEN Shiyang

(School of Business, Hunan University of Technology, Zhuzhou, Hunan 412000 China)

This paper constructs the evaluation index system of land ecological security based on PSR (pressure-state-response model) and applies entropy method and modified grey correlation analysis method to calculate the security index of the whole land ecology. This paper also conducts the evaluation on the land ecological security of Changsha City during the 12th Five-Year Plan. The result reveals that the land ecological security of Changsha City between 2011 and 2015 is in a relatively secure state. Overall, the land ecological security of Changsha City is presenting an increasing trend and inclines to a secure state; from the perspective of subsystem, the pressure, state and response system are all presenting a fluctuant rising trend and the fluctuating range is relatively great; forest coverage rate, innocuous treatment rate of household garbage, area of nature reserve and comprehensive utilization rate of industrial solid wastes are the main factors influencing the land ecological security of Changsha City.

Changsha City; land ecological security; PSR model; grey relational degree

10.3969/j.issn.1674-117X.2017.02.007

2016-11-30

袁 莉(1962- )，女，四川西昌人，湖南工業(yè)大學教授，博士，研究方向為區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理；陳詩陽(1992-)，女，湖南湘潭人，湖南工業(yè)大學碩士生，研究方向為土地生態(tài)安全。

F062.2

A

1674-117X(2017)02-0024-05