基于改進(jìn)TOPSIS模型的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)*
——以安徽省為例

，

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，安徽 合肥 230036)

十九大報(bào)告中提出，打造生命共同體，統(tǒng)籌推進(jìn)山、水、林、田、湖草系統(tǒng)治理，建設(shè)美麗中國(guó)。土地作為最重要的自然資源，對(duì)于生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義，而高速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會(huì)與有限的土地供給之間的矛盾，導(dǎo)致耕地占用、水域破壞、土壤污染等問題突出。土地生態(tài)安全關(guān)系國(guó)民生活與社會(huì)發(fā)展的方方面面，是國(guó)家政治、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)安全的重要載體，因而土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)十分必要。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)多有研究，國(guó)外研究多側(cè)重于土地污染[1-2]、土地適宜性研究[3]；國(guó)內(nèi)在研究區(qū)域方面主要集中于西北、西南等生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)[4-5]，研究對(duì)象以湖泊、濕地、綠洲、山區(qū)為主[6-8]，研究方法上涉及主成分分析法[9]、TOPSIS模型[10]、PSR模型[11]、生態(tài)足跡法[12-13]、物元模型[14]、GIS模型[15]、灰色關(guān)聯(lián)度模型[16]等。就研究區(qū)域而言，對(duì)中部地區(qū)研究較少，已有對(duì)安徽省的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)中，多為使用時(shí)間序列數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)不同年份土地生態(tài)安全變化[17]；研究方法僅涉及傳統(tǒng)TOPSIS模型、BP神經(jīng)模型[18]等方法。因而，本研究借助改進(jìn)TOPSIS模型，基于PSR模型使用2016年安徽省各地級(jí)市截面數(shù)據(jù)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，進(jìn)行土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)，并與2012年比較，探究影響安徽省土地生態(tài)安全的主要因素，以期為安徽省生態(tài)文明建設(shè)提供借鑒。

一、評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建與研究方法

(一)指標(biāo)體系構(gòu)建

PSR模型[19]是經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)和聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)于20世紀(jì)八九十年代共同發(fā)展起來的用于研究環(huán)境問題的框架體系，現(xiàn)階段構(gòu)建生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系多使用該模型。本研究綜合考慮安徽省土地生態(tài)安全狀況并參考已有相關(guān)研究成果，按照科學(xué)性、全面性、適用性和可操作性的要求，利用人口密度、常住人口自然增長(zhǎng)率、城市化水平等24個(gè)指標(biāo)構(gòu)建土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(見表1)，以實(shí)現(xiàn)全面客觀的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)。

表1　土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

注：表中“-”和“+”分別表示指標(biāo)對(duì)土地生態(tài)安全的負(fù)向作用和正向作用。

(二)研究方法

1.數(shù)據(jù)處理

研究數(shù)據(jù)主要來源于2013年、2017年《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》和安徽省各地級(jí)市《國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》。由于研究指標(biāo)涉及領(lǐng)域、單位和性質(zhì)存在差異，不能直接進(jìn)行比較分析，因此對(duì)其進(jìn)行規(guī)范化處理，通過公式(1)、(2)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行極差標(biāo)準(zhǔn)化。

(1)

(2)

其中，Yij表示原始指標(biāo)規(guī)范化處理之后的值，xij表示第i個(gè)地區(qū)j指標(biāo)原始值，Min{xj}和Max{xj}表示第j項(xiàng)指標(biāo)的最小值和最大值。

2.權(quán)重確定

確定指標(biāo)權(quán)重的方法有主觀賦值法和客觀賦值法，考慮到主觀賦值法受決策者意愿影響，主觀隨意性較強(qiáng)，因此本研究采用客觀賦值法中的熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重。

(3)

(4)

3.改進(jìn)的TOPSIS模型

TOPSIS模型由Hwang和Yoon[20]于1981年首次提出，其原理是通過計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象與理想化目標(biāo)之間的距離來衡量方案的優(yōu)劣，當(dāng)方案靠近理想值且遠(yuǎn)離負(fù)理想值則為最優(yōu)方案。當(dāng)方案的解關(guān)于理想值對(duì)稱時(shí)，TOPSIS模型不能有效地解決，本研究通過計(jì)算加權(quán)距離以改進(jìn)傳統(tǒng)模型的弊病。具體過程如下：

第一步，對(duì)決策矩陣Yij進(jìn)行規(guī)范化處理得Zij：

(5)

其中，Yij表示經(jīng)過公式(1)和公式(2)的標(biāo)準(zhǔn)化處理后，第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象在第j個(gè)指標(biāo)上的取值。

第二步，確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的正理想解和負(fù)理想解：

(6)

(7)

其中，J1={正向指標(biāo)}，J2={負(fù)向指標(biāo)}，j=1,2,…,m。

第三步，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)距離理想解的加權(quán)距離：

i=1,2,…,n,j=1,2,…,m

(8)

i=1,2,…,n,j=1,2,…,m

(9)

第四步，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)與最優(yōu)方案的接近程度：

(10)

(三)土地生態(tài)安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

土地生態(tài)安全等級(jí)為衡量區(qū)域土地生態(tài)安全提供了評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但現(xiàn)階段對(duì)土地生態(tài)安全等級(jí)劃分并無統(tǒng)一規(guī)定。在綜合已有研究成果的基礎(chǔ)上，根據(jù)TOPSIS模型測(cè)算的各方案值與理想值的貼近程度，形成一套土地生態(tài)安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(見表2)，為評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)安全作出指導(dǎo)。

表2　土地生態(tài)安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

二、安徽省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)實(shí)證分析

(一)研究區(qū)概況

安徽省位于華東地區(qū)，介于東經(jīng)114°54′～119°37′，北緯29°41′～34°38′之間，長(zhǎng)江、淮河、新安江的橫貫劃分出由北到南的淮北平原、江淮丘陵、皖南山區(qū)三大自然區(qū)域。轄境國(guó)土面積14.01萬平方千米，2016年常住人口達(dá)6 196萬人，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值24 117.9億元，水資源總量為1 245.17億立方米，森林覆蓋率為28.65%，林業(yè)用地面積達(dá)449.3萬公頃[21]。隨著長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶、中原城市群、皖江示范區(qū)等規(guī)劃建設(shè)推進(jìn)，尤其是“十三五”規(guī)劃中生態(tài)強(qiáng)省、“三重一創(chuàng)”建設(shè)的提出，安徽省在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)更需注重土地生態(tài)安全。

(二)安徽省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)

結(jié)合安徽省2016年相關(guān)數(shù)據(jù)，依據(jù)PSR模型構(gòu)建安徽省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)數(shù)據(jù)規(guī)范化處理，通過熵權(quán)法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，利用改進(jìn)的TOPSIS模型測(cè)算2016年各地級(jí)市土地生態(tài)安全理想值和實(shí)際值的貼近度，按照土地生態(tài)安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)判斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)安徽省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)。此外，通過對(duì)比2012年安徽省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果，根據(jù)不同年份變化，判斷影響區(qū)域土地生態(tài)安全主要因素，為提高各城市土地生態(tài)安全水平提供針對(duì)性政策建議。

1.土地生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)2016年安徽省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果(見表3)，對(duì)各地級(jí)市土地生態(tài)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。首先，通過各地級(jí)市生態(tài)安全與理想值的貼近度判斷生態(tài)安全等級(jí)?？傮w上，安徽省土地生態(tài)安全綜合貼近度均高于0.3，平均值為0.405 2，達(dá)到基本安全水平。可見，隨中原城市群、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶、皖江示范區(qū)等建設(shè)，安徽經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，但土地生態(tài)環(huán)境依然十分脆弱，各地生態(tài)文明建設(shè)力度仍需加強(qiáng)。就地理位置而言，南部?jī)?yōu)于北部，皖南山區(qū)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果高于江淮丘陵城市，北部平原城市整體處于較低水平。其中，合肥市、馬鞍山市、宣城市、銅陵市、池州市和黃山市六市的土地生態(tài)安全等級(jí)均為Ⅲ級(jí)，綜合貼近度最高值為黃山市0.512 47，最低值為宣城市0.419 35，平均值為0.451 34，土地生態(tài)狀況處于基本安全狀態(tài)，生態(tài)服務(wù)功能相對(duì)完善，生態(tài)結(jié)構(gòu)合理穩(wěn)定，生態(tài)環(huán)境處于較好水平。

新聞公告是院內(nèi)宣傳教育的主要版塊。通過微信企業(yè)號(hào)院內(nèi)職工可直接查看相關(guān)公告信息，并可針對(duì)單篇公告可設(shè)計(jì)查看范圍。使用人員還可個(gè)性化設(shè)置消息接收類型。此外，版塊類型也多樣化：如院內(nèi)動(dòng)態(tài)、通知公告、專題專欄,如廉政教育、微黨課、安全生產(chǎn)專題等。院內(nèi)動(dòng)態(tài)還可設(shè)置多個(gè)子管理員并支持OA信息推送。

表3　2016年安徽省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果

其次，通過比較壓力、狀態(tài)和響應(yīng)指標(biāo)差異綜合評(píng)價(jià)土地生態(tài)安全。整體上，安徽省土地生態(tài)安全壓力較大，最大值為蚌埠市0.628 11，且平均值也達(dá)到0.505 5，可見2016年安徽省在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中土地面臨巨大壓力，工業(yè)產(chǎn)值的增長(zhǎng)以生態(tài)環(huán)境為代價(jià)，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重負(fù)擔(dān)。土地生態(tài)安全狀態(tài)指標(biāo)皖南各市較高，達(dá)到基本安全水平，皖中、皖北城市土地生態(tài)安全水平較低，其中黃山市達(dá)最高值0.601 27，一方面由于皖南城市森林覆蓋、水資源總量、空氣質(zhì)量高于皖中皖北各市；另一方面，人口相對(duì)較少，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地資源壓力相對(duì)較小也是重要原因。土地生態(tài)安全響應(yīng)指標(biāo)全省呈較大幅度波動(dòng)，其中合肥、馬鞍山、蕪湖和蚌埠居前列，且合肥達(dá)最大值0.803 32，第三產(chǎn)業(yè)比重、“三廢”整治以及生態(tài)保護(hù)力度是影響地區(qū)土地生態(tài)安全的主要因素。就生態(tài)安全等級(jí)為Ⅲ級(jí)的合肥市來看，其生態(tài)安全壓力大，狀態(tài)較低，但響應(yīng)指標(biāo)評(píng)價(jià)高達(dá)0.803 32，主要由于近幾年合肥市生態(tài)文明建設(shè)力度的加大，包括“十二五”期間耕地保護(hù)、累計(jì)造林78 533公頃、空氣整治“九招治霾”、巢湖治理“八大工程”、能源生產(chǎn)“總量減排”等措施的推進(jìn)，使合肥市土地生態(tài)安全雖面臨巨大壓力，仍能處于基本安全狀態(tài)。

2.土地生態(tài)安全比較分析

為探索安徽省土地生態(tài)安全建設(shè)狀況，以5年為研究階段，比較“十二五”規(guī)劃與“十三五”規(guī)劃中安徽省土地生態(tài)發(fā)展情況。因此，利用2012年安徽省數(shù)據(jù)，測(cè)算當(dāng)年土地生態(tài)安全指標(biāo)與理想值貼近度，對(duì)比2012年與2016年土地生態(tài)安全水平分析安徽省土地生態(tài)安全變化(見圖1)。

圖1　2012年和2016年安徽省各地級(jí)市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果

通過2012年和2016年綜合對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)安徽省2012年土地生態(tài)安全最高值仍為黃山市0.553 61，全省平均值為0.400 4，達(dá)到基本安全水平，全省整體生態(tài)安全水平低于2016年。2012年提出打造文化強(qiáng)省、經(jīng)濟(jì)強(qiáng)省和生態(tài)強(qiáng)省，通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和增長(zhǎng)方式保護(hù)生態(tài)環(huán)境，并加強(qiáng)水域整治，森林覆蓋率提高，土地生態(tài)安全質(zhì)量增強(qiáng)，達(dá)基本安全水平。其中從2012年到2016年，合肥、亳州、宿州、淮南和馬鞍山五市土地生態(tài)水平皆有所提高，其造林面積、城市污水治理和工業(yè)固廢利用效率等指標(biāo)明顯優(yōu)于2012年，生態(tài)保護(hù)和土地綜合利用為土地生態(tài)安全提供保障。淮北、六安、蕪湖、池州、安慶和黃山六市土地生態(tài)安全水平有所下降，主要由于城市化進(jìn)程加快，人口劇增導(dǎo)致建設(shè)用地?zé)o序擴(kuò)張，土地資源人口壓力巨大，成為制約生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的主要因素。蚌埠、阜陽、滁州、宣城和銅陵五市土地生態(tài)安全存在小幅波動(dòng)，基本穩(wěn)定在相應(yīng)安全等級(jí)，綜合各指標(biāo)來看，各市生態(tài)環(huán)境面臨壓力巨大，人口與土地、資源間矛盾依然尖銳，土地生態(tài)安全處于穩(wěn)定狀態(tài)，但仍有提升空間，通過土地整治、耕地保護(hù)等手段可以進(jìn)一步提高生態(tài)安全等級(jí)。

此外，可以發(fā)現(xiàn)2012年和2016年對(duì)比中淮南市土地生態(tài)安全水平有小幅上升，銅陵市整體波動(dòng)不大，而六安市和安慶市則小幅下降，出現(xiàn)這一情況與2015年安徽省行政區(qū)劃調(diào)整密切相關(guān)。2015年壽縣由六安市劃分至淮南市，一定程度上影響淮南市造林面積、經(jīng)濟(jì)密度等，使其生態(tài)安全狀況得到優(yōu)化；反之，導(dǎo)致六安市土地生態(tài)安全水平小幅下降。樅陽縣原屬于安慶市，2015年劃分至銅陵市，該縣地理位置優(yōu)越，位于長(zhǎng)江流域，河湖眾多，水系十分發(fā)達(dá)，生態(tài)狀況良好，行政區(qū)劃調(diào)整對(duì)安慶市2016年空氣質(zhì)量、森林覆蓋等指標(biāo)造成影響，進(jìn)一步影響土地生態(tài)安全水平，而銅陵市由于區(qū)域面積和人口的增加，綜合全市各要素來看，波動(dòng)不大。

三、結(jié)論與討論

本研究以安徽省為例，根據(jù)PSR模型構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，基于改進(jìn)型的TOPSIS模型，對(duì)安徽省2016年土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出如下結(jié)論：首先，借助熵權(quán)法測(cè)算各指標(biāo)權(quán)重，發(fā)現(xiàn)影響土地生態(tài)安全的主要因素集中在人口密度、人均水資源量、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、經(jīng)濟(jì)密度和森林覆蓋率等方面，因而提升區(qū)域土地生態(tài)安全水平應(yīng)注重此類要素投入。其次，2016年安徽省整體土地生態(tài)處于較不安全狀態(tài)，少數(shù)城市達(dá)到基本安全狀態(tài)，集中在皖南地區(qū)，皖中、皖北城市土地生態(tài)安全水平較差。安徽省土地生態(tài)結(jié)構(gòu)較脆弱，生態(tài)環(huán)境遭到比較嚴(yán)重破壞，生態(tài)服務(wù)功能仍有缺陷，土地受到外界干擾恢復(fù)較困難。最后，2016年安徽省土地生態(tài)安全狀態(tài)略高于2012年水平。通過比較壓力、狀態(tài)、響應(yīng)和綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)變化，發(fā)現(xiàn)2012年土地資源人口壓力大，人均公共綠地面積少，農(nóng)業(yè)農(nóng)藥化肥施用量居高不下，安徽省通過合理控制人口規(guī)模，引導(dǎo)建設(shè)用地有序擴(kuò)張和土地整治，提高耕地質(zhì)量，減輕土地生態(tài)壓力。