基于PSR模型的區(qū)域土地利用可持續(xù)水平測度

吳海萍, 劉彥花

(廣西師范學(xué)院 國土資源與測繪學(xué)院, 廣西 南寧 530001)

土地資源利用可持續(xù)評(píng)價(jià)起源于早期的土地分類定級(jí)評(píng)價(jià)和潛力評(píng)價(jià)以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的土地適宜性評(píng)價(jià)，它們共同構(gòu)成了土地評(píng)價(jià)的發(fā)展歷程。1993年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)正式頒布的《可持續(xù)土地評(píng)價(jià)綱要》提出了土地可持續(xù)利用土地生產(chǎn)性、安全性、土地資源保護(hù)性、經(jīng)濟(jì)可行性和社會(huì)可接受性的5項(xiàng)基本評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[1]。21世紀(jì)后，國外一些學(xué)者陸續(xù)從可持續(xù)性角度構(gòu)建土地利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)可持續(xù)土地利用評(píng)價(jià)的指標(biāo)開展試驗(yàn)研究[2-3]。

近年來，中國土地資源可持續(xù)利用評(píng)價(jià)研究進(jìn)展迅速，許多學(xué)者從不同出發(fā)點(diǎn)對(duì)區(qū)域土地可持續(xù)利用的基本理論、評(píng)價(jià)方法、模式和實(shí)現(xiàn)途徑進(jìn)行了眾多探索,已經(jīng)形成了一些普適性的研究成果。然而各地區(qū)間存在著地區(qū)間的特殊性，這種區(qū)域特殊性就決定了在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不同階段、不同地區(qū)的土地利用目標(biāo)、驅(qū)動(dòng)因素、機(jī)制、效益是不一樣的。

目前，區(qū)域土地利用的研究已經(jīng)形成了一些普適性的理論及方法。謝花林等[4]、吳壯金等[5]在土地可持續(xù)利用方面進(jìn)行了大量的研究；秦登華[6]、姚靜林等[7]在土地利用結(jié)構(gòu)與變化方面的也已做出很多研究成果。土地可持續(xù)利用演化的研究方法主要運(yùn)用模型法將復(fù)雜土地利用變化進(jìn)行簡單、定量研究處理，進(jìn)而研究土地利用動(dòng)態(tài)變化變化以及進(jìn)行可持續(xù)性評(píng)價(jià)。很多學(xué)者在土地利用可持續(xù)方面已經(jīng)做了大量的探索性工作，但這些研究相對(duì)比較零散，在計(jì)算機(jī)集成管理與動(dòng)態(tài)調(diào)控系統(tǒng)不夠完善，難以準(zhǔn)確把握土地可持續(xù)利用動(dòng)態(tài)變化，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)土地利用的可持續(xù)狀態(tài)，從而及時(shí)采取應(yīng)對(duì)措施。因此，多學(xué)科、多方法的綜合集成研究將成為土地可持續(xù)利用系統(tǒng)研究的新熱點(diǎn)。

本研究擬主要應(yīng)用土地資源學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)量地理學(xué)、土地經(jīng)濟(jì)學(xué)理論和方法，以國土資源配置與利用相關(guān)政策文本、土地利用統(tǒng)計(jì)、調(diào)查數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料等詳實(shí)的數(shù)據(jù)資料為基礎(chǔ)，在借鑒前人的基礎(chǔ)上，運(yùn)用主成分分析方法與PSR模型，對(duì)廣西壯族自治區(qū)(以下簡稱為廣西)欽州市土地利用可持續(xù)水平進(jìn)行測度，找出影響其土地利用可持續(xù)總體水平的主要驅(qū)動(dòng)因素，并提出相應(yīng)的對(duì)策與建議，以期為經(jīng)濟(jì)新常態(tài)和社會(huì)全面深化改革發(fā)展機(jī)制下的欽州市土地可持續(xù)利用與管理提供決策服務(wù)。

1 材料與方法

1.1 研究方法

1.1.1 PSR模型理論 PSR(pressure-state-response)模型即壓力—狀態(tài)—響應(yīng)[8]。它是評(píng)估資源利用和可持續(xù)性發(fā)展的一種模式。最初是由加拿大統(tǒng)計(jì)學(xué)家David J.Rapport和Tony Friend提出，后被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建。其中，壓力指標(biāo)用來表示造成不可持續(xù)發(fā)展的人類活動(dòng)及資源利用方式，狀態(tài)指標(biāo)表示壓力指標(biāo)下可持續(xù)發(fā)展的水平與狀態(tài)，響應(yīng)指標(biāo)則表示人類為了可持續(xù)發(fā)展所采取的應(yīng)對(duì)措施。

針對(duì)土地可持續(xù)利用，土地利用面臨著人口數(shù)量激增、城市用地不斷外擴(kuò)、環(huán)境的破壞等方面的壓力(P)，使得土地的利用結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、產(chǎn)出強(qiáng)度不斷發(fā)生變化(S)，面對(duì)土地利用出現(xiàn)的不合理現(xiàn)狀，個(gè)人或組織、尤其是政府采取相應(yīng)的手段來保證社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源協(xié)調(diào)發(fā)展(R)?；赑SR(壓力—狀態(tài)—響應(yīng))模型(圖1)。

圖1 PSR模型

在借鑒前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上[9]，根據(jù)目標(biāo)明確原則、系統(tǒng)性原則、可操作性原則建立欽州市土地利用可持續(xù)水平測度評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括5項(xiàng)壓力指標(biāo)：GDP增長率(X1)、人口自然增長率(X2)、城鎮(zhèn)化水平(X3)、人均糧食占有量(X4)、地均GDP(X5)，5項(xiàng)狀態(tài)指標(biāo)：人均耕地面積(X6)、糧食播種面積(X7)、農(nóng)村人均住房面積(X8)、商品房銷售面積(X9)、主城區(qū)建成區(qū)綠地覆蓋率(X10)，5項(xiàng)響應(yīng)指標(biāo)：投肥水平(X11)、農(nóng)田有效灌溉率(X12)、全社會(huì)固定資產(chǎn)投資增長率(X13)、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平(X14)、基本農(nóng)田保護(hù)面積(X15)，總共15項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)[4,7,10]，各項(xiàng)指標(biāo)說明如表1所示。

1.1.2 主成分分析法 主成分分析法是利用降維的思想，把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)(主成分)。其中每個(gè)主成分都是原始變量的線性組合，但各主成分之間互不相關(guān)，而這些主成分能夠反映原始變量的絕大部分信息且互不重疊[11-12]。假設(shè)有n個(gè)樣本用來描述研究對(duì)象,每個(gè)樣本共有p個(gè)變量，這樣就構(gòu)成了一個(gè)n×p階的數(shù)據(jù)矩陣：

(1)

如果記原始變量指標(biāo)為x1,x2，…,xp,它們的綜合指標(biāo)—新變量指標(biāo)為z1,z2,…,zm(m≤p),則原始變量指標(biāo)與綜合指標(biāo)線性組合：

(2)

公式(2)中，系數(shù)lij由下面原則確定：

(1)z1,z2,…,zm互不相關(guān)。

(2)z1為所有線性組合中方差最大者，z2次之，以此類推，zm方差則最小。這樣決定出來的z1,z2,…，zm分別稱為原變量x1,x2，…,xp的第1，2，…，m主成分。

表1 欽州市土地利用可持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.1.3 綜合評(píng)價(jià)法 PSR模型從土地利用壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)方面對(duì)土地利用可持續(xù)水平進(jìn)行測度，對(duì)選取的原始變量進(jìn)行主成分分析后可得出主成分個(gè)數(shù)進(jìn)而求出各指標(biāo)的權(quán)重，利用以下綜合模型即可得出評(píng)價(jià)目標(biāo)的綜合得分：

(3)

1.2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.2.1 研究區(qū)概況 欽州市位于廣西沿海中心位置，位于東經(jīng)107°27′—109°56′，北緯20°53′—22°42′。全市總面積為10 842.74 km2，一面臨海三面環(huán)山，東北和西北部分主要是山地。欽州背靠大西南，面向東南亞，是廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)的海陸交通樞紐，也是西南地區(qū)進(jìn)入東盟國家陸上最便捷的出?？冢幵谖髂现心系貐^(qū)與東南亞往來的節(jié)點(diǎn)和前沿，是建設(shè)21世紀(jì)“海上絲綢之路”的重要門戶港和樞紐城市，在建設(shè)“一帶一路”有機(jī)銜接中具有重要的戰(zhàn)略地位與作用。2016年欽州市全市常住人口324.30萬人，其中城鎮(zhèn)人口122.59萬人，城鎮(zhèn)化率37.80%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年全市地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)總量1 102.05億元，同比增長9%,其中，第一產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)增加值221.12億元，增長4%；第二產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)增加值481.89億元，增長11.4%；第三產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)增加值399.04億元，增長9.4%。三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為20.1∶43.7∶36.2，工業(yè)化進(jìn)程穩(wěn)步推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。全年完成全社會(huì)固定資產(chǎn)投資額950.89億元，增長17.4%，增幅比上年回落5.5%，固定資產(chǎn)投資緩中趨穩(wěn)，其綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力在廣西各地級(jí)市中處于中級(jí)水平。

1.2.2 原始數(shù)據(jù)的收集 查閱2008—2015年欽州市相關(guān)的統(tǒng)計(jì)年鑒資料以及政府公報(bào)，收集表1中的各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)如表2所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)據(jù)處理

2.1.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理 對(duì)原始變量采用Z-score法進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理[13]，其計(jì)算公式為:

(4)

2.1.2 權(quán)重計(jì)算 運(yùn)用SAS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行土地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)的主成分分析，得到標(biāo)準(zhǔn)化處理后數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)矩陣和主成分提取表以及因子載荷矩陣[14]。計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值和貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率，得到主成分提取表3，判斷主成分的提取時(shí)，根據(jù)特征值不小于1且累計(jì)貢獻(xiàn)率為85%～95%就可提取為主成分的原則，前4個(gè)主成分Z1，Z2，Z3，Z4特征值都大于1且累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)到92.56%，所以可以確定主成分個(gè)數(shù)m=4。

表2 欽州市2008-2015年原始數(shù)據(jù)

表3 欽州市土地利用持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主成分提取

根據(jù)得到的因子載荷矩陣和4個(gè)主成分特征值，即載荷與主成分的特征根的平方根的比值，計(jì)算得出15個(gè)指標(biāo)在不同主成分線性組合中的系數(shù)[15]。

表4 欽州市土地利用持續(xù)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系各指標(biāo)的權(quán)重

2.1.3 綜合評(píng)價(jià)計(jì)算 根據(jù)各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值以及原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果,在各個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,代入公式(1)，計(jì)算得出土地利用可持續(xù)性綜合得分(表5)。

表5 欽州市2008-2015年土地利用可持續(xù)性綜合得分

2.2 結(jié)果分析

2.2.1 總體分析 根據(jù)上述可持續(xù)水平測度結(jié)果進(jìn)行綜合分析，變化趨勢如圖2所示，PSR模型下各項(xiàng)指標(biāo)得分如圖3所示。參考已有研究結(jié)果[4,18]，將欽州市土地可持續(xù)利用水平劃分為臨界可持續(xù)利用階段0.068 9～0.085 4分，弱可持續(xù)利用階段0.085 4～0.498 1分，可持續(xù)利用階段0.498 1～0.570 5分，可持續(xù)利用較好階段0.570 5～0.693 9分4個(gè)階段。即2008，2014年欽州市土地可持續(xù)利用水平為臨界可持續(xù)利用階段，2009，2011，2013年欽州市土地可持續(xù)利用水平為弱可持續(xù)利用階段，2012年欽州市土地可持續(xù)利用水平為可持續(xù)利用階段，2010，2015年欽州市土地利用水平為較好可持續(xù)利用階段。

圖2 欽州市2008-2015年土地利用可持續(xù)狀態(tài)時(shí)序

圖3 欽州市2008-2015年P(guān)SR模型下各項(xiàng)指標(biāo)得分時(shí)序

2.2.2 主要指標(biāo)分析 根據(jù)圖2和以上評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，欽州市土地利用可持續(xù)水平從2008年的臨界可持續(xù)水平提升到2010年的土地利用可持續(xù)水平較好的階段，2011年土地可持續(xù)利用水平出現(xiàn)下降，到2012年土地可持續(xù)利用水平變?yōu)槿蹩沙掷m(xù)利用階段。根據(jù)收集到的欽州市統(tǒng)計(jì)年報(bào)中的相關(guān)資料，利用PSR模型并結(jié)合圖3統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)欽州市土地可持續(xù)利用水平變化及其主要驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行如下分析。

(1) 土地壓力指標(biāo)方面。壓力指標(biāo)值從2008年的0.032 3提高到2010年的0.249 0，但在2011年卻下降到0.089 7年，2012年有所回升，但在2013年就又開始下降，2014年更是降到0.026 0，2015年則又回升。2008—2009年人口數(shù)量持續(xù)高漲，對(duì)糧食的需求量也持續(xù)增長，土地利用強(qiáng)度加大的同時(shí)地均GDP卻在下降，期間土地可持續(xù)利用水平較低。2011年，GDP增長率和城鎮(zhèn)化水平達(dá)到了研究時(shí)期的最高峰，人口自然增長率也是自2009年后的最高值，土地利用可持續(xù)水平出現(xiàn)首降。盡管在2012年稍有回升，但是隨后經(jīng)濟(jì)、人口快速增長以及城市化進(jìn)程的加快，2013，2014這2 a欽州市土地利用可持續(xù)水平呈現(xiàn)持續(xù)下降的狀態(tài)。2015年，GDP增長速度的有意放緩和人口增長速度的有效控制，欽州市土地利用壓力才得到減緩,欽州市土地可持續(xù)利用水平綜合評(píng)價(jià)分值才有所上升。

(2) 土地狀態(tài)方面。土地狀態(tài)指標(biāo)值從2008年的0.014 7上升到2010年的0.113 6，2011年又降到0.040 9。2012年，指標(biāo)值出現(xiàn)小幅上升后又開始持續(xù)下降，直到2015年才回升到0.119 6。其變化原因主要有2個(gè)關(guān)鍵地方。一是人口增長和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的用地需求的增長，農(nóng)村人均住房面積從2008年的25.40 m2/人增長到到2015年的38.52 m2/人，增長率為51.65%。另一方面，建設(shè)用地的不斷擴(kuò)張，導(dǎo)致大量的農(nóng)用地被占用，這樣的情況下，人均耕地面積2008年的0.059 hm2/人降到2012年的0.054 hm2/人，直到2013年才回升到0.057 hm2/人，但是在2014，2015這2 a又降到了0.053 hm2/人。

(3) 土地響應(yīng)指標(biāo)方面。土地響應(yīng)指標(biāo)值由2008年的0.038 4增長到2010年的0.296 3，2011年土地響應(yīng)指標(biāo)值下降到0.036 8，到2012年指標(biāo)值為0.008 4，繼續(xù)呈現(xiàn)下降趨勢,2015年土地響應(yīng)指標(biāo)值則上升到0.312。2008—2013年欽州市全社會(huì)固定資產(chǎn)投資額、農(nóng)業(yè)機(jī)械化化水平和基本農(nóng)田保護(hù)面積都在穩(wěn)步增長；2015年，欽州市按照廣西壯族自治區(qū)國土資源廳耕地占補(bǔ)平衡和“占優(yōu)補(bǔ)優(yōu)、占水田補(bǔ)水田”要求，加快實(shí)施土地開墾整理項(xiàng)目，施土地整理項(xiàng)目1個(gè)，項(xiàng)目規(guī)模665 hm2；實(shí)施開發(fā)項(xiàng)目4個(gè)，項(xiàng)目規(guī)模409.45 hm2。從土地響應(yīng)指標(biāo)方面分析，針對(duì)土地利用壓力的增長，加大土地投入，以及實(shí)行土地保護(hù)等措施，能有效的減緩?fù)恋毓┬杳堋?/p>

3 結(jié) 論

研究表明，PSR模型對(duì)于土地利用可持續(xù)水平的研究是有效合理的，評(píng)價(jià)結(jié)果基本能反映欽州市土地利用可持續(xù)水平8 a來的動(dòng)態(tài)變化水平，社會(huì)經(jīng)濟(jì)和城市化的快速發(fā)展以及人口的急劇增長構(gòu)成了欽州市土地利用變化的主要驅(qū)動(dòng)力。土地是人們不可或缺的重要基礎(chǔ)資源，在人地矛盾日益突出的今天，對(duì)土地利用的可持續(xù)水平測度研究具有重要的意義，但是土地利用的可持續(xù)水平測度研究也是一個(gè)復(fù)雜的過程，需要從多方面來進(jìn)行研究，所以接下來仍要繼續(xù)進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

為了使土地資源得以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)利用，并在維持土地可持續(xù)利用的同時(shí)不斷提高其可持續(xù)水平，針對(duì)欽州市土地利用可持續(xù)水平動(dòng)態(tài)變化的主要驅(qū)動(dòng)力因素，應(yīng)從以下幾個(gè)方面做出努力：

(1) 積極響應(yīng)國家政策號(hào)召，走綠色可持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展道路，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，減少經(jīng)濟(jì)增長帶來的盲目用地?cái)U(kuò)張壓力。加強(qiáng)土地利用規(guī)劃的執(zhí)行力度，加強(qiáng)土地用途管制，減少建設(shè)用地對(duì)農(nóng)用地侵占，落實(shí)最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度和最嚴(yán)格的節(jié)約用地制度，貫徹實(shí)施“占優(yōu)補(bǔ)優(yōu)、占水田補(bǔ)水田”與“補(bǔ)改結(jié)合”政策。按照控占用、調(diào)方式、算大帳、差別化”的思路，構(gòu)建“縣域平衡為主，省域調(diào)劑為輔，國家統(tǒng)籌為補(bǔ)充”這樣一種占補(bǔ)平衡的新格局。

(2) 合理控制城鎮(zhèn)化發(fā)展速度，走健康高質(zhì)集中型的城鎮(zhèn)化發(fā)展道路，在擴(kuò)張城市范圍同時(shí)更應(yīng)該注重城市內(nèi)涵發(fā)展。

(3) 合理控制人口增長規(guī)模，積極引導(dǎo)人們合理利用土地，培養(yǎng)全民惜土意識(shí)，積極引導(dǎo)農(nóng)民依法申請(qǐng)建設(shè)用地、引導(dǎo)農(nóng)民節(jié)約集約用地，盡可能利用村中空閑地建房、不占耕地；不斷提高農(nóng)村土地利用率、提升農(nóng)業(yè)集約化、規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營水平，逐步建立政府引導(dǎo)、市場調(diào)節(jié)、農(nóng)民自愿、依法有償?shù)耐恋爻邪?jīng)營權(quán)流轉(zhuǎn)機(jī)制，減少耕地撂荒，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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