基于PSR模型的袁州區(qū)土地生態(tài)安全評價

曹麗萍，羅志軍*，段美兒，冉鳳維

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330045；2.江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點實驗室，江西 南昌 330045；3.江西同致土地規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司，江西 南昌 330038)

基于PSR模型的袁州區(qū)土地生態(tài)安全評價

曹麗萍1,2，羅志軍1,2*，段美兒3，冉鳳維1,2

(1.江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源與環(huán)境學(xué)院，江西 南昌 330045；2.江西省鄱陽湖流域農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)重點實驗室，江西 南昌 330045；3.江西同致土地規(guī)劃勘測設(shè)計有限公司，江西 南昌 330038)

土地生態(tài)安全是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要保證。針對袁州區(qū)土地資源的利用狀況和所面臨的主要生態(tài)問題，應(yīng)用改進(jìn)的PSR模型框架，構(gòu)建了袁州區(qū)土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，并引入相對熵理論計算貼近度的方法確定權(quán)重，采用綜合指數(shù)模型，計算了該區(qū)域2005～2014年的土地生態(tài)安全綜合分值。結(jié)果表明：2005～2014年區(qū)域土地生態(tài)安全整體水平逐漸提高，安全級別由臨界級改善至良好級，但土地生態(tài)安全問題仍然嚴(yán)峻。另外，土地生態(tài)內(nèi)部壓力不協(xié)調(diào)，應(yīng)從根本上減少土地生態(tài)壓力。

土地生態(tài)安全；PSR模型；相對熵理論；貼近度；袁州區(qū)

土地資源是人類賴以生存的重要條件之一，是一切生產(chǎn)和生活的必要條件，土地資源具有兩重性，自然屬性和社會經(jīng)濟(jì)屬性[1]。受人類活動的影響，土地資源屬性發(fā)生了改變，土地的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能不斷下降，進(jìn)而引起生態(tài)系統(tǒng)退化，這正是普遍存在的全球性問題，使得土地生態(tài)安全逐漸成為各級政府及國內(nèi)外專家學(xué)者所關(guān)注的熱點。土地生態(tài)安全是指在一定的區(qū)域內(nèi)，土地生態(tài)系統(tǒng)在受到外界不同程度的干擾或脅迫下始終能保持自身生態(tài)健康，且能夠滿足人類所需的社會經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[2-3]。指標(biāo)體系的選擇是土地生態(tài)安全評價的核心。目前，大多數(shù)研究采用PSR模型來構(gòu)建指標(biāo)體系。本文將對PSR模型的指標(biāo)體系做了一定的改進(jìn)，P(壓力)將從環(huán)境、人口和經(jīng)濟(jì)3個方面篩選指標(biāo)，S(狀態(tài))從環(huán)境、和經(jīng)濟(jì)3個方面篩選指標(biāo)，R(響應(yīng))具體從經(jīng)濟(jì)和政策3個方面篩選指標(biāo)。并從“原因-效應(yīng)-反應(yīng)” 3個方面，清晰反映出生態(tài)安全狀況變化之間的因果關(guān)系和變化過程，使指標(biāo)體系的構(gòu)建更加科學(xué)合理。土地生態(tài)安全評價的難點之一就是如何科學(xué)合理地確定指標(biāo)的權(quán)重，在已有研究中，大部分確定權(quán)重的方法都是單一賦權(quán)法，極少數(shù)是組合賦權(quán)法[4]，但其科學(xué)合理性有待商榷。為此，本研究將引入相對熵理論計算貼近度的方法，以科學(xué)合理地確定權(quán)重。

本文以江西省宜春市袁州區(qū)為例，構(gòu)建了基于改進(jìn)的PSR模型的袁州區(qū)土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系和評價模型，對該區(qū)域2005～2014年的土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行評價，在此基礎(chǔ)上探討了提升土地生態(tài)安全的對策，以期為袁州區(qū)環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)域概況

袁州區(qū)屬江西省宜春市市轄區(qū)，是宜春市的政治、經(jīng)濟(jì)、商業(yè)、教育、文化、交通中心，地處東經(jīng)113°54′～114°37′，北緯27°33′～28°05′，東連分宜，西接上栗、蘆溪，南臨安福，北界萬載、上高和湖南省瀏陽市，現(xiàn)轄9個街道、16個鎮(zhèn)、6個鄉(xiāng)，土地總面積2532.36 km2，總?cè)丝诩s106.23萬人，實現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值209.83億元。袁州區(qū)南西北三面地勢較高，邊緣多山環(huán)抱，中東部較低，丘陵廣布，間有狹窄河谷平原，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候。受自然環(huán)境以及人類活動對土地資源的影響，袁州區(qū)易發(fā)生洪澇災(zāi)害，水土流失頻繁，土地退化嚴(yán)重，土地生態(tài)承載力降低。

2 基于PSR模型的土地生態(tài)安全評價方法

2.1 PSR模型

土地生態(tài)安全是實現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的核心，安全的生態(tài)系統(tǒng)能促進(jìn)人類的生存和發(fā)展。依據(jù)PSR模型來構(gòu)建土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，從可持續(xù)發(fā)展角度對土地生態(tài)系統(tǒng)安全進(jìn)行評價，不但有助于改善當(dāng)?shù)赝恋刭|(zhì)量和生態(tài)環(huán)境，而且對社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程起著巨大的推進(jìn)作用。目前，PSR模型廣泛應(yīng)用于資源環(huán)境保護(hù)[5-7]、可持續(xù)發(fā)展評價[8]、城市土地集約利用[9]等方面。PSR模型能較好地反映土地生態(tài)安全的內(nèi)涵，闡明因人口增加和人類活動的影響，通過給自然環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)施加壓力(P)，從而改變了自然資源、環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)(S)，繼而影響決策者、管理者和使用者針對當(dāng)前狀態(tài)采取一定的政策和經(jīng)濟(jì)措施來做出響應(yīng)(R)；PSR模型從“原因-效應(yīng)-反應(yīng)”3個方面，清晰反映出生態(tài)安全狀況變化之間的因果關(guān)系和變化過程，為區(qū)域環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展對策的制定，奠定了基礎(chǔ)。

2.2 指標(biāo)權(quán)重確定

主觀賦值法是根據(jù)決策者對指標(biāo)的認(rèn)知程度來確定權(quán)重，具有很強(qiáng)的主觀意識，可能偏離實際情況；客觀賦值法確定權(quán)重太過依賴實際的問題域，通用性和決策人的參與性較差，甚至可能出現(xiàn)與實際理論經(jīng)驗相悖。因此，采用組合權(quán)重能更加科學(xué)合理地反映出指標(biāo)層對目標(biāo)層的相對重要程度。本文選取主觀賦值的層次分析法和客觀賦值的標(biāo)準(zhǔn)離差法這2種方法的組合權(quán)重作為最終權(quán)重，即：

(1)

式(1)中，wi為第i項指標(biāo)的組合權(quán)重，ρj為第j種賦權(quán)法的組合權(quán)重系數(shù)，wji為第j種單一賦值法中第i項指標(biāo)的權(quán)重。

組合權(quán)重系數(shù)可用貼近度來表示，某一種賦權(quán)法的貼近度計算值越小，所對應(yīng)的組合權(quán)重系數(shù)就越大。采用相對熵理論來計算貼近度，從熵的角度構(gòu)造各指標(biāo)權(quán)重之間距離的目標(biāo)函數(shù)，并對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可得出目標(biāo)權(quán)重V(v1,v2,…,vi)，即與各單一賦權(quán)法取得權(quán)重最相近的指標(biāo)權(quán)重。優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)Y如下：

(2)

計算每種賦權(quán)法權(quán)重wji和目標(biāo)權(quán)重V的貼近度t[wji,v]，然后根據(jù)貼近度計算2種賦權(quán)法的組合權(quán)重系數(shù)：

(3)

貼近度用歐氏距離表示：

2.3 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

為了讓各項指標(biāo)具有可比性，必須統(tǒng)一指標(biāo)的不同量綱，對每項原始指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。具體的無量綱標(biāo)準(zhǔn)化模型如下：

假設(shè)xij(i=1,2,3,…,10;j=1,2,3,…,17)為第i年第j項指標(biāo)的實際值，yij為第i年第j項指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，Nj為第j項指標(biāo)的安全值，nj為第j項指標(biāo)的惡劣值。

(1)對于正向指標(biāo)：

(4)

(2)對于逆向指標(biāo)：

(5)

2.4 土地生態(tài)安全綜合分值計算

根據(jù)每個指標(biāo)的最終權(quán)重和標(biāo)準(zhǔn)化之后的數(shù)值，采用綜合指數(shù)法，計算袁州區(qū)土地生態(tài)安全綜合分值，其模型見公式(6)。

(6)

在式(6)中，Si表示第i年的土地生態(tài)安全綜合分值，wj表示第j項指標(biāo)的權(quán)重值，yij為第i年第j項指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值，綜合評價值Si在[0,1]之間，其中S值越大，則該區(qū)域的土地生態(tài)越安全，反之，S值越小，則說明該區(qū)域的土地生態(tài)安全狀況越差。

2.5 土地生態(tài)安全等級評判標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合袁州區(qū)土地生態(tài)安全現(xiàn)狀，借鑒前人的研究成果[11-13]，將土地生態(tài)綜合安全分值劃分為5個等級，分別為Ⅴ級，惡劣級(0～0.15分)；Ⅳ級，敏感級(0.15～0.25分)；Ⅲ級，臨界級(0.25～0.55分)；Ⅱ級，良好級(0.55～0.80分)；Ⅰ級，安全級(0.80～1.00分)。

3 土地生態(tài)安全評價過程及結(jié)果分析

3.1 數(shù)據(jù)來源

對于袁州區(qū)土地生態(tài)安全的評價，其原始數(shù)據(jù)來主要來源于袁州區(qū)2005～2014年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報、2005～2014年統(tǒng)計年鑒、2005～2014年土地利用變更數(shù)據(jù)等資料。

3.2 評價指標(biāo)體系構(gòu)建及臨界值的確定

考慮袁州區(qū)的實際情況，對指標(biāo)的選取從自然、環(huán)境和社會等方面著手，并遵循系統(tǒng)性、實用性、全面性、獨立性和數(shù)據(jù)可獲性原則。依托PSR模型，通過壓力-狀態(tài)-響應(yīng)指標(biāo)框架[10-14]構(gòu)建了目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，包括壓力指標(biāo)體系、狀態(tài)指標(biāo)體系和響應(yīng)指標(biāo)體系3個子系統(tǒng)共17個指標(biāo)的土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系。

通過查閱文獻(xiàn)資料[15-16]，包括已有的國際公認(rèn)值、全國平均值、地區(qū)平均值，綜合考慮袁州區(qū)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，并在相關(guān)專家的建議下，對部分指標(biāo)的臨界值進(jìn)行了修正，本文所選用的指標(biāo)安全臨界值見表1。

表1 袁州區(qū)土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系及臨界值

3.3 權(quán)重的計算

本文運用層次分析法和標(biāo)準(zhǔn)離差法的組合權(quán)重來確定最后的權(quán)重，通過式(2)和式(3)計算得到的組合權(quán)重系數(shù)ρ分別為0.5882、0.4118。層次分析法的權(quán)重向量為(0.0656，0.0410，0.0410，0.0246，0.0205，0.1189，0.0984，0.0704，0.1152，0.0384，0.0704，0.0256，0.0999，0.0324，0.0486，0.0243，0.0648)；標(biāo)準(zhǔn)離差法的權(quán)重向量為(0.0389，0.0511，0.0300，0.0270，0.0343，0.0729，0.0667，0.0272，0.0358，0.0300，0.0478，0.0883，0.0701，0.0506，0.1279，0.1440，0.0574)；最后由式(1)得到最終權(quán)重為(0.0546，0.0452，0.0365，0.0256，0.0262，0.1000，0.0853，0.0526，0.0825，0.0349，0.0611，0.0514，0.0876，0.0399，0.0812，0.0736，0.0618)(圖1)。

3.4 土地生態(tài)安全評價結(jié)果分析

由式(6)計算得出了袁州區(qū)2005～2014年土地生態(tài)安全綜合分值，并對綜合分值進(jìn)行安全等級評判(表2)。

圖1 層次分析法和標(biāo)準(zhǔn)離差法的權(quán)重及最終權(quán)重

3.4.1 壓力安全評價 由表2可知，袁州區(qū)2005～

2014年土地生態(tài)壓力分值總體上呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，其中人口壓力分值處于下降狀態(tài)，主要原因為該區(qū)域老齡化嚴(yán)重，出生率居高不下，人口不斷增加。環(huán)境壓力分值也處于下降狀態(tài)，表明人類對自然環(huán)境的干擾增加。如人均耕地面積由2005年的0.0581 hm2/人減少至2014年的0.0518 hm2/人，單位耕地面積農(nóng)藥使用量、單位耕地面積化肥使用量分別由14.09、307.77 kg/hm2增加至17.54、308.36 kg/hm2；經(jīng)濟(jì)壓力分值處于持續(xù)上升狀態(tài)，數(shù)據(jù)表明，農(nóng)民收入結(jié)構(gòu)從單一逐漸變?yōu)槎嘣辉僦饕蕾囉趩我坏霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動，且城鎮(zhèn)化率也在持續(xù)上升。土地生態(tài)壓力分值由2005年的0.1455分上升至2014年的0.1828分，總體上土地生態(tài)壓力減少，但其內(nèi)部壓力不協(xié)調(diào)，還應(yīng)從根本上減少土地生態(tài)壓力。

表2 袁州區(qū)土地生態(tài)安全分級評價結(jié)果 分

3.4.2 狀態(tài)安全評價 由表2可知，土地生態(tài)狀態(tài)分值由2005年的0.1138分緩慢上升至2014年的0.1485分，表明袁州區(qū)的土地生態(tài)現(xiàn)狀有所好轉(zhuǎn)。環(huán)境狀態(tài)分值從2010年開始，一直保持在穩(wěn)定狀態(tài)，其中袁州區(qū)林地面積比重接近安全值，而水域面積卻接近于惡劣值，環(huán)境狀態(tài)分值有待提升。資源狀態(tài)分值基本接近一個穩(wěn)定值。經(jīng)濟(jì)狀態(tài)分值處于快速增長趨勢，單位土地產(chǎn)值和人均糧食產(chǎn)量逐年上升，主要原因是袁州區(qū)政府實行的土地復(fù)墾和土地整理措施產(chǎn)生了一定的效果，提高了土地產(chǎn)出率。

3.4.3 響應(yīng)安全評價 由表2可知，土地生態(tài)響應(yīng)分值處于快速增長階段，2005年袁州區(qū)的土地生態(tài)響應(yīng)分值最低貢獻(xiàn)率19.21%升至2014年土地響應(yīng)分值最高貢獻(xiàn)率46.37%。從響應(yīng)分值來看，經(jīng)濟(jì)響應(yīng)分值和政策響應(yīng)分值均處于快速上升的狀態(tài)，這也反映了袁州區(qū)近10年來社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。人均GDP、農(nóng)民純收入和第三產(chǎn)業(yè)所占比重不斷上升。同時，也正是由于人民生活水平的提高，人民意識到保護(hù)環(huán)境的重要性；另外有關(guān)部門采用一系列措施，保護(hù)該區(qū)域的土地生態(tài)安全，加大對該區(qū)域生態(tài)環(huán)境的重視和投入，袁州區(qū)土地生態(tài)響應(yīng)分值才得以快速增長。

3.4.4 綜合安全評價 由表2可知，2005～2014年袁州區(qū)土地生態(tài)綜合值處于波動上升狀態(tài)，反映出袁州區(qū)的土地生態(tài)安全水平總體逐漸提高。根據(jù)土地生態(tài)安全等級評判標(biāo)準(zhǔn)，安全級別由Ⅲ級(臨界級)改善至Ⅱ級(良好級)，表明受人類活動影響，土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生微弱變化，生態(tài)系統(tǒng)主要服務(wù)功能良好，各類生態(tài)壓力未超出生態(tài)系統(tǒng)自身的承載能力。2013年，安全級別由臨界級上升至良好級，至2014年的土地綜合分值為0.6177分，更接近于0.55～0.80分良好級的下限。根據(jù)2005～2014年袁州區(qū)土地生態(tài)安全綜合分值的變化趨勢，今后年份的土地生態(tài)安全綜合分值仍有可能存在下滑的現(xiàn)象，甚至降至臨界級。因此，袁州區(qū)的土地生態(tài)安全問題仍然嚴(yán)峻。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

2005～2014年袁州區(qū)土地生態(tài)安全水平波動上升，安全級別由Ⅲ級(臨界級)改善至Ⅱ級(良好級)。至2014年土地生態(tài)安全綜合值最高為0.6177分，更接近于Ⅱ級(良好級)的下限，土地生態(tài)安全問題仍然嚴(yán)峻。土地生態(tài)響應(yīng)分值從2005年的最小貢獻(xiàn)率上升至2014年的最大貢獻(xiàn)率，土地生態(tài)綜合分值的上升主要得益于土地生態(tài)響應(yīng)分值，而土地生態(tài)壓力和狀態(tài)響應(yīng)的分值有待提升。應(yīng)做好以下幾個方面的工作：(1)嚴(yán)格執(zhí)行計劃生育政策，特別是在二孩政策全面放開之后，要嚴(yán)格執(zhí)行，嚴(yán)禁超生，合理控制人口增長；加大對耕地的數(shù)量和質(zhì)量保護(hù)。(2)嚴(yán)格堅守耕地紅線，保障耕地數(shù)量。(3)科學(xué)施用適量化肥、農(nóng)藥，采取適合的耕作制度，有效地利用土地資源，改善土地質(zhì)量，提升土地產(chǎn)出率，保持良好的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。(4)采取強(qiáng)化水資源管理體系、開辟新的水源工程、加大對污水的處理力度以及節(jié)約利用水資源等措施。(5)袁州區(qū)水資源短缺，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源供需矛盾日益顯現(xiàn)，截至2014年底，袁州區(qū)第三產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)地位，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐漸趨向合理，但仍有一些區(qū)位條件好、土地收益高但經(jīng)濟(jì)效益低下的本土企業(yè)和產(chǎn)業(yè)。政府應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)管力度并定期檢查，必要時可通過正規(guī)的法律途徑要求其搬出該地區(qū)，為土地集約利用度高的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)或者土地利用率高的第三產(chǎn)業(yè)騰出土地。

4.2 討論

(1)運用相對熵理論計算貼近度確定權(quán)重的方法和綜合指數(shù)法研究所得結(jié)論符合袁州區(qū)實際，然而土地生態(tài)安全評價工作比較復(fù)雜，涉及面很廣，在指標(biāo)的選取、臨界值的確定，以及評價指標(biāo)體系的構(gòu)建方面還需進(jìn)一步改進(jìn)。

(2)由于數(shù)據(jù)的局限性，僅從時間上研究該區(qū)域的土地生態(tài)安全狀態(tài)變化，若能從空間上對該區(qū)域進(jìn)行研究，將能更好地分析區(qū)域的土地生態(tài)安全的時空動態(tài)變化。

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[13] 張紅俠，成忠旭，張孝存.基于投影尋蹤模型的安康市土地生態(tài)安全評價[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2016,28(11)：94-98.

[14] 楊康,李?？?張紅俠.關(guān)天經(jīng)濟(jì)區(qū)經(jīng)濟(jì)增長與城市土地生態(tài)安全評價研究[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，2016,28(1)：109-113.

[15] 李春燕，南靈.陜西省土地生態(tài)安全動態(tài)評價及障礙因子診斷[J].中國土地科學(xué)，2015，29(4)：72-81.

[16] 楊春紅，張正棟，田楠楠，等.基于PSR模型的汕頭市土地生態(tài)安全評價[J].水土保持研究，2012，19(3)：209-214.

(責(zé)任編輯：曾小軍)

Assessment of Land Ecological Security in Yuanzhou District Based on PSR Model

CAO Li-ping1,2, LUO Zhi-jun1,2*, DUAN Mei-er3, RAN Feng-wei1,2

(1. College of Land Resources and Environment, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China;2. Jiangxi Provincial Key Laboratory of Agricultural Resources and Ecology in Poyang Lake Basin, Nanchang 330045, China;3. Tongzhi Land Surveying and Planning Limited Company of Jiangxi, Nanchang 330038, China)

Land ecological security is an important guarantee for regional sustainable development. Aiming at the utilization situation of land resources and the main ecological problems in Yuanzhou district, the paper constructed an index system for the assessment of land ecological security in Yuanzhou district based on the improved PSR model, introduced the method of calculating close degree by relative entropy theory to determine the weights of various indexes, and used comprehensive index model to calculate the comprehensive score of land ecological security in this district during 2005～2014. The results indicated that: in Yuanzhou district from 2005 to 2014, the general level of land ecological security was gradually improved, and the security level increased from critical level to good level; but the land ecological safety problems in this district were still severe. In addition, the internal pressure of land ecology in this district was not harmonious, thus the land ecological pressure should be radically reduced.

Land ecological security; PSR model; Relative entropy theory; Close degree; Yuanzhou district

2017-03-10

江西省科技重大專項(20114ABG01100)；江西省教育廳科技項目(GJJ150421)。

曹麗萍(1992─)，女，江西九江人，碩士研究生，主要從事土地管理方面研究。*通訊作者：羅志軍。

F323.22

A

1001-8581(2017)07-0117-05