基于PSR模型的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)
——以淮北市為例

周慶婷，何 剛，楊靜雯，趙疏航

(安徽理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，安徽 淮南 232001)

2018年《關(guān)于全面實(shí)行永久基本農(nóng)田特殊保護(hù)的通知》提出對(duì)于人類來(lái)說(shuō)最珍貴的資源是土地，加快建設(shè)數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”耕地保護(hù)新格局，對(duì)建設(shè)生態(tài)文明有著重大意義。為了最大限度地實(shí)現(xiàn)中國(guó)土地資源的價(jià)值，滿足發(fā)展的需要，需要不停的提高耕地質(zhì)量，避免污染和破壞土地資源，注重管理和保護(hù)耕地質(zhì)量[1]。土地生態(tài)安全一般是指經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和自然生態(tài)能夠協(xié)調(diào)統(tǒng)一，是由土地經(jīng)濟(jì)安全，土地社會(huì)安全和土地自然生態(tài)安全形成的安全綜合體系，目的是在區(qū)域范圍里實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。近年來(lái)，工業(yè)化和城市化加速發(fā)展，使得人地矛盾日益突出，對(duì)土地的不合理利用程度已經(jīng)超過(guò)土地自身的生態(tài)承載力，導(dǎo)致大部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境逐步惡化，如森林綠地面積減少、土地荒漠化、耕地的水土流失、環(huán)境污染日益嚴(yán)重等。為了更好的發(fā)揮城市土地作用，保障人們生產(chǎn)生活，研究和保護(hù)城市土地生態(tài)安全勢(shì)在必行，這已成為城市生態(tài)建設(shè)重點(diǎn)，也是學(xué)者們研究的熱門課題[2]。

一、文獻(xiàn)綜述

目前學(xué)者對(duì)于土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的研究眾多，郭旭東等以中國(guó)土地生態(tài)學(xué)為對(duì)象，利用文獻(xiàn)檢索和綜合分析的方法分析了中國(guó)土地生態(tài)學(xué)的進(jìn)展及發(fā)展方向，提出了改進(jìn)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)技術(shù)方法的建議[3]。謝玲等以廣西石漠化地區(qū)為研究對(duì)象，構(gòu)建基于PSR模型的土地生態(tài)安全指標(biāo)體系，建立生態(tài)安全綜合模型，得出廣西石漠化地區(qū)土地生態(tài)安全主導(dǎo)因素、綜合指數(shù)，并從時(shí)間和空間上討論了安全等級(jí)的變化趨勢(shì)[4]。于海洋等以精河縣為研究對(duì)象，構(gòu)建基于DPSIR的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用RS和GIS技術(shù)，分析了精河縣土地利用/覆被與土地生態(tài)安全變化，得出了精河縣生態(tài)水平處于臨界安全的等級(jí)[5]。汪雨琴等以神農(nóng)架林區(qū)為對(duì)象，建立TOPSIS模型對(duì)神農(nóng)架林區(qū)土地生態(tài)安全水平進(jìn)行了實(shí)證分析[6]。肖姚等以江蘇省昆山市為研究單元，采取綜合指數(shù)法、關(guān)聯(lián)測(cè)度法對(duì)昆山市土地生態(tài)綜合質(zhì)量和關(guān)鍵景觀格局因子進(jìn)行定量分析，得出了昆山市土地生態(tài)質(zhì)量空間差異以及不同用地結(jié)構(gòu)類型區(qū)影響土地生態(tài)質(zhì)量的關(guān)鍵景觀格局因子差異[7]。汪磊等以山東省為研究對(duì)象，運(yùn)用主成分聚類組合評(píng)價(jià)模型對(duì)山東省土地生態(tài)安全現(xiàn)狀進(jìn)行實(shí)證研究，分析得出山東省土地生態(tài)安全空間分布不均衡[8]。李德勝等以南昌市為研究對(duì)象，構(gòu)建灰色關(guān)聯(lián)投影模型和障礙度模型，對(duì)土地生態(tài)安全動(dòng)態(tài)變化特征及主要障礙因子進(jìn)行實(shí)證分析[9]。

綜上所述，發(fā)現(xiàn)已有的成果主要是從單一的靜態(tài)時(shí)間序列上的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)，且多強(qiáng)調(diào)評(píng)價(jià)方法；利用PSR模型對(duì)以煤炭資源型城市的研究并不是很多，通過(guò)不同子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度來(lái)分析影響土地生態(tài)安全變化的研究具有較大拓展空間。PSR模型綜合考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源與環(huán)境，突出人地關(guān)系。鑒于此，本文將PSR模型與障礙度模型相結(jié)合，深入研究土地生態(tài)安全總體變化并診斷主要障礙因子[10]。最后提出針對(duì)煤炭資源型城市改善土地生態(tài)安全的對(duì)策與建議，希望為淮北市未來(lái)發(fā)展提供方向。

二、研究方法

(一)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

PSR模型即壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型，它的基本思想是人們進(jìn)行活動(dòng)時(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成壓力，反過(guò)來(lái)改變了環(huán)境的狀態(tài)，人們?cè)俑鶕?jù)這些變化做出反應(yīng)行為[11]。結(jié)合淮北市土地利用現(xiàn)況和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，篩選20個(gè)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(如表1所示)。

表1 淮北市土地生態(tài)安全指標(biāo)體系

(二)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

由于每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的單位和量綱不同并且指標(biāo)方向被劃分為正向、反向，所以在分析時(shí)執(zhí)行無(wú)量綱處理。本文采用最大離差法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。公式為：

正向指標(biāo)：

yij=aij-min{aij}/max{aij}-min{aij}(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)

(1)

負(fù)向指標(biāo)：

yij=max{aij}-aij/max{aij}-min{aij}(i=1，2，…n；j=1，2，…m)

(2)

式(1)、(2)中：yij為標(biāo)準(zhǔn)化的值；max{aij}為第j個(gè)指標(biāo)中的最大值；min{aij}為第j個(gè)指標(biāo)中的最小值。

(三)權(quán)重確定

熵權(quán)法用于每個(gè)指標(biāo)重要程度的確定，若是指標(biāo)的信息熵越小，那么該指標(biāo)擁有的信息量越大，則權(quán)重就越大(如表2所示)。公式為：

各指標(biāo)熵值：

(3)

最后根據(jù)得到的信息熵來(lái)計(jì)算權(quán)重wj：

(4)

表2 淮北市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系權(quán)重

(四)評(píng)價(jià)綜合指數(shù)及等級(jí)劃分

單項(xiàng)指標(biāo)不能完全反映淮北市土地生態(tài)安全現(xiàn)狀，現(xiàn)將各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合。公式為：

(5)

式(5)中：p為土地生態(tài)安全系數(shù)；cij為各個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；wj為指標(biāo)權(quán)重。

參考眾多土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合淮北市的自然社會(huì)情況，劃分符合淮北市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)表[12](如表3所示)。

表3 土地生態(tài)安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

(五)障礙因子診斷

為綜合分析并提高土地生態(tài)安全水平，需要評(píng)估單獨(dú)指標(biāo)和分類指標(biāo)的障礙程度，尋找主要障礙因子[13]。公式為：

(6)

式(6)中：xij指標(biāo)偏離度為單獨(dú)指標(biāo)和土地生態(tài)安全理想值之間的差

(7)

式(7)中：yi表示單獨(dú)指標(biāo)對(duì)土地生態(tài)安全的影響；vj為因子貢獻(xiàn)率表示單因子對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重(wi·wij)

Yi=∑yi

(8)

式(8)中：Yi表示第i年分類指標(biāo)對(duì)土地生態(tài)安全的影響

三、實(shí)證分析

(一)研究區(qū)域簡(jiǎn)介

淮北市位于安徽省北部，東經(jīng)116°24′～ 117°03′、北緯33°16′～34°10′，它位于山東、江蘇、安徽、河南四省交界處。地形東北高西南低，海拔在15～40米之間，大部分是以平原為主；氣候溫和，季風(fēng)明顯，雨水適中。2017年總?cè)丝?16.9萬(wàn)人，面積2 741km2，生產(chǎn)總值(GDP)達(dá)929億元，比2016年增長(zhǎng)16.3 %。淮北是國(guó)家重要的能源城市，礦產(chǎn)資源蘊(yùn)藏量十分豐富，目前已發(fā)現(xiàn) 56種礦產(chǎn)，在經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展中有著重要作用。與同類煤礦資源型城市比較，研究區(qū)域每年新增塌陷地約533hm2，截止2017年因采煤塌陷土地高達(dá)35.3萬(wàn)畝，塌陷區(qū)房屋倒塌、道路斷裂、生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞[13]。山體滑坡塌陷導(dǎo)致了土地面積不斷減少，土地生態(tài)環(huán)境亟待改善。因此，評(píng)價(jià)以煤炭資源型城市淮北區(qū)域土地生態(tài)安全具有重要意義。

(二)數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)主要來(lái)自2008—2017年《淮北市統(tǒng)計(jì)年鑒》、2008—2017年《淮北市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》、2008—2017年《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》、2008—2017年《中國(guó)煤炭工業(yè)年鑒》和2008—2017年《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》等資料。

(三)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)

1. 土地生態(tài)安全綜合分析。2008—2017年淮北市土地生態(tài)安全綜合指數(shù)呈下降再上升的趨勢(shì)(見(jiàn)表4)，2008—2012年生態(tài)安全綜合指數(shù)從0.408 74下降到0.233 86，安全等級(jí)從敏感級(jí)下降到惡劣級(jí)。2012—2015年生態(tài)安全指數(shù)從0.233 86上升到0.447 58，安全等級(jí)從惡劣級(jí)上升到敏感級(jí)。2015—2016年生態(tài)安全指數(shù)從0.447 58上升到0.559 08，安全等級(jí)從敏感級(jí)上升到臨界安全。2016—2017年生態(tài)安全指數(shù)從0.559 08上升到0.614 01，安全等級(jí)從臨界安全上升到比較安全。這在對(duì)以煤炭資源型城市淮南區(qū)域開(kāi)展土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)中也得到了相同的結(jié)論，兩者土地生態(tài)安全指數(shù)都呈波動(dòng)上升的態(tài)勢(shì)[14]，由此可知，淮北市過(guò)去對(duì)土地生態(tài)環(huán)境造成很大的破壞，但最近幾年在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，淮北市的經(jīng)濟(jì)社會(huì)也進(jìn)入了提質(zhì)提效、轉(zhuǎn)型崛起的新階段，注重對(duì)土地生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。人類活動(dòng)持續(xù)影響和破壞土地生態(tài)環(huán)境，但就目前來(lái)說(shuō)淮北市的土地生態(tài)還是處于比較安全的狀態(tài)。

表4 2008—2017年淮北市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果

2. 土地生態(tài)安全子系統(tǒng)分析?？蓮囊韵氯齻€(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分析：

(1)壓力安全分析。從壓力系統(tǒng)角度分析，2008—2017年淮北市土地生態(tài)安全壓力指數(shù)總體上呈下降再上升的趨勢(shì)。2008—2012年壓力指數(shù)從0.100 41下降到0.046 97，2012—2017年壓力指數(shù)從0.046 97上升到0.139 61。其中2008—2012年單位面積耕地的化肥使用量由0.650t/hm2上升到0.745t/hm2，增加了土地的負(fù)荷，一定程度上在施加土地壓力。2013年單位面積耕地的化肥使用量下降到0.452t/hm2，化肥使用量的不斷減少，有效的改善了土壤土質(zhì)。土地壓力緩解主要得益于2013年淮北市政府緊緊圍繞“精致淮北”建設(shè)總部署，把穩(wěn)增長(zhǎng)放在首位，牢牢把握發(fā)展機(jī)遇，注重發(fā)展方式，所以轉(zhuǎn)型效果十分顯著。同時(shí)城鎮(zhèn)化水平也在每年不斷上升，從2008年的54.8%上升到2017年的63.6%，大大加快了淮北市城市化的速度。從整體上看，土地生態(tài)壓力指數(shù)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，淮北市土地生態(tài)環(huán)境趨于良性發(fā)展。

(2)狀態(tài)安全分析。從狀態(tài)系統(tǒng)角度分析，淮北市土地狀態(tài)安全指數(shù)2008—2012年0.248 97下降到0.064 01，2012—2017年0.064 10上升到0.197 00?？偟膩?lái)說(shuō)，淮北市土地狀態(tài)安全未來(lái)正在往好的方向轉(zhuǎn)變。2008—2012期間淮北市過(guò)度依賴煤礦開(kāi)采，以煤礦用地的工業(yè)用地不斷擴(kuò)張，到2012年第二產(chǎn)業(yè)由59.9%增加到66.1%，工礦用地增加了20.5%，嚴(yán)重降低了土地生態(tài)狀態(tài)安全指數(shù)?；幢笔姓庾R(shí)到對(duì)土地生態(tài)環(huán)境造成破壞，重新規(guī)劃用地，進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)，扎實(shí)開(kāi)展“轉(zhuǎn)型發(fā)展攻堅(jiān)年”活動(dòng)。2012—2017年森林覆蓋率17.15%上升到25.7%；當(dāng)年造林面積1 021hm2上升到4 133hm2，增加了三倍；同時(shí)到2017年建成區(qū)綠地覆蓋率高達(dá)44.37%，以上措施大大改善了淮北市土地生態(tài)環(huán)境。

(3)響應(yīng)安全分析。從響應(yīng)系統(tǒng)角度分析，2008—2017年淮北市土地生態(tài)響應(yīng)指數(shù)從0.059 54上升到0.277 40，平均每年增長(zhǎng)18.65%。結(jié)果顯示，淮北市在追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展同時(shí)，在土地生態(tài)環(huán)境這一方面采取積極有效的措施，不斷實(shí)踐中國(guó)碳谷·綠金淮北戰(zhàn)略和堅(jiān)守“一二三四五”總體發(fā)展路線，動(dòng)能的發(fā)展不斷加速轉(zhuǎn)型，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有了轉(zhuǎn)型升級(jí)全新的面貌。經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，2008—2017年人均GDP從17 029元上升到41 885元；注重發(fā)展旅游業(yè)，2008—2017年旅游收入12.5億元上升到95.8億元，年均增長(zhǎng)率25.3%；不斷優(yōu)化升級(jí)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，2017年第三產(chǎn)業(yè)占34.2%；加大環(huán)保投資，2017年污水處理率達(dá)98.06%，環(huán)保投資占GDP 0.549%，一般工業(yè)固體廢物綜合利用率92.76%，以上表明淮北市土地生態(tài)環(huán)境各方面均在不斷的改善。

(四)障礙因子診斷

1.主要障礙因子。根據(jù)土地生態(tài)安全障礙因子診斷計(jì)算方法，對(duì)2008年和2017年淮北市土地生態(tài)安全障礙度進(jìn)行計(jì)算(見(jiàn)表5)。2008年系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)響應(yīng)兩方面阻礙淮北市土地生態(tài)安全水平上升，主要包括森林覆蓋率、當(dāng)年造林面積、環(huán)保投資比重、旅游收入、人均GDP、污水處理率、人均耕地面積等；2017年系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)壓力兩方面阻礙土地生態(tài)安全水平上升，主要包括居民用地及工礦用地、環(huán)保投資比重、耕地面積比重、第一產(chǎn)業(yè)比重、人口自然增長(zhǎng)率、單位面積耕地農(nóng)藥使用量、單位面積耕地化肥使用量等。從單獨(dú)指標(biāo)障礙度變化趨勢(shì)來(lái)看，2008—2017年居民用地及工礦用地、耕地面積比重上升幅度較大；而森林覆蓋面積、當(dāng)年造林面積、旅游收入、人均GDP、城市污水處理率下降幅度較大，這類障礙因子在不斷減少對(duì)土地生態(tài)安全的影響。通過(guò)計(jì)算診斷出的主要障礙因子在研究安徽省區(qū)域土地利用績(jī)效評(píng)價(jià)結(jié)論中也有體現(xiàn)[15]，結(jié)果表明，淮北市政府雖然重新規(guī)劃城市用地，但效果并不明顯，仍然存在盲目擴(kuò)大占地規(guī)模、建設(shè)不合理和重復(fù)建設(shè)等，造成土地資源浪費(fèi)。但是與此同時(shí)人們自我環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)，積極參與到土地生態(tài)環(huán)境的改造，在植樹(shù)造林、污水處理以及工業(yè)固體廢物重新利用等方面投入了更多的資金。

表5 2008和2017年淮北市土地生態(tài)安全障礙因子排序

圖1 2008—2017年各分類指標(biāo)障礙度

2.分類指標(biāo)障礙度。在單獨(dú)指標(biāo)障礙度計(jì)算基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計(jì)算2008—2017年淮北市土地生態(tài)安全分類指標(biāo)障礙度(見(jiàn)圖1)?？傮w來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)壓力安全和系統(tǒng)狀態(tài)安全障礙度不斷增加，而系統(tǒng)響應(yīng)安全障礙度不斷減少。從分類指標(biāo)障礙度數(shù)值來(lái)考察，2008年系統(tǒng)響應(yīng)安全障礙度排第一，其次是系統(tǒng)狀態(tài)、壓力安全；2008—2015年系統(tǒng)狀態(tài)安全位于第一，其次是系統(tǒng)響應(yīng)、壓力安全；2015—2017年系統(tǒng)狀態(tài)安全仍為第一，而系統(tǒng)壓力安全超過(guò)系統(tǒng)響應(yīng)安全位于第二位。由此可知，淮北市土地生態(tài)安全受系統(tǒng)壓力安全和系統(tǒng)狀態(tài)安全障礙作用較大，要著重從這兩個(gè)方面入手，同時(shí)也要兼顧系統(tǒng)響應(yīng)安全。

四、結(jié)論和建議

(一)結(jié)論

研究表明，2008—2017年淮北市土地生態(tài)安全水平不斷提高，土地生態(tài)安全綜合指數(shù)2017年是2008年的1.502倍，安全等級(jí)已從2008年的“敏感”上升為2017年的“比較安全”。系統(tǒng)壓力安全指數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)安全指數(shù)呈下降后上升的趨勢(shì)，系統(tǒng)響應(yīng)安全指數(shù)呈上升趨勢(shì)。從分類指標(biāo)障礙度來(lái)看，2008—2017年系統(tǒng)壓力安全和系統(tǒng)狀態(tài)安全障礙度不斷增加，而系統(tǒng)響應(yīng)安全的障礙度正在減少；淮北市土地生態(tài)安全受系統(tǒng)壓力安全和系統(tǒng)狀態(tài)安全障礙作用比較大。從主要障礙因子來(lái)看，影響淮北市土地生態(tài)安全水平的主要因素包括污水處理率、人均耕地面積、居民用地及工礦用地、耕地面積比重、第一產(chǎn)業(yè)比重、單位面積耕地農(nóng)藥使用量以及單位面積耕地化肥使用量等。利用PSR模型能科學(xué)全面地反映淮北市土地生態(tài)安全狀況及變化情況，但指標(biāo)體系受主客觀影響和數(shù)據(jù)可獲取性的局限仍不完善，需進(jìn)一步充實(shí)。

(二)建議

第八次全國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)提出，積極推進(jìn)生態(tài)文明的建設(shè)、改善生態(tài)環(huán)境，堅(jiān)決防治污染，把中國(guó)的生態(tài)文明推向新的高度。針對(duì)淮北市土地生態(tài)安全提出具體的建議：注重在農(nóng)藥和化肥中實(shí)行科學(xué)應(yīng)用原則，重視化肥的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用；合理使用化學(xué)農(nóng)藥，以保證農(nóng)藥對(duì)土壤污染降到最低。重視土地生態(tài)系統(tǒng)管理制度和生態(tài)補(bǔ)償法律制度，加快生態(tài)補(bǔ)償立法，完善長(zhǎng)效補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制，在國(guó)家規(guī)劃體系和區(qū)域管理體系中保護(hù)其重要地位。保證土地資源質(zhì)量，避免由于土地質(zhì)量下降而造成資源損失，多采取以退耕還林、退耕還草以及休耕為主的一系列土地保護(hù)舉措。