基于DPSIR-TOPSIS法的新疆土地生態(tài)安全評價

張曉娟，高敏華

（新疆大學資源與環(huán)境科學學院/綠洲生態(tài)教育部重點實驗室，烏魯木齊 830046）

土地生態(tài)安全評價是當前土地生態(tài)安全研究的重要環(huán)節(jié)和主要方向，土地生態(tài)安全狀態(tài)的準確把握對區(qū)域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、資源可持續(xù)利用、生態(tài)環(huán)境保護具有重要意義［1］。由于土地受到自然、社會、經(jīng)濟各方面因素的影響以及土地生態(tài)系統(tǒng)的復雜性，目前土地生態(tài)安全的概念還沒有明確的定義。一般認為，土地生態(tài)安全是指土地資源所處的生態(tài)環(huán)境處于一種不受或少受威脅與破壞的狀態(tài)［2］。土地生態(tài)安全是一個多因素相互影響、相互作用的復雜的巨系統(tǒng)，涉及的要素很多，合理的評價指標體系和方法均對其結(jié)果產(chǎn)生重要影響。然而，在指標上，已有的PSR概念模型不能把握系統(tǒng)的結(jié)構和決策過程［3］，人類活動對環(huán)境的影響只能通過環(huán)境狀態(tài)指標間接地反映出來［4］。自然-經(jīng)濟-社會模型也存在一定缺陷，不能全面反映系統(tǒng)之間的相互作用過程。而歐洲環(huán)境署對PSR模型修正后提出的驅(qū)動力（Driving force）-壓力（Pressure）-狀態(tài)（State）-影響（Impact）-響應（Response）（DPSIR）概念模型從系統(tǒng)角度看待人和環(huán)境的相互關系，具有系統(tǒng)性、綜合性等特點，能夠監(jiān)測各指標之間的連續(xù)反饋機制［5］，有利于反映土地生態(tài)安全的系統(tǒng)過程。在評價方法上，已逐步由定性為主走向定量為主，物元模型、熵權法、層次分析法、主成分分析法、模糊綜合評判法、生態(tài)足跡、BP神經(jīng)網(wǎng)絡等方法均有較廣泛的運用。隨著現(xiàn)代信息技術的發(fā)展，基于3S技術的土地生態(tài)安全評價方法正逐步發(fā)展起來［6］?；陟貦喾ǜ倪M的TOPSIS法是系統(tǒng)工程中有限方案多目標決策分析的一種常用的決策技術，有利于系統(tǒng)分析土地生態(tài)安全與理想狀態(tài)的差距，系統(tǒng)分解土地生態(tài)安全問題。

目前，國內(nèi)學者對土地安全的研究較廣泛。李玉平等［7］研究土地生態(tài)安全的概念，并運用層次分析法對河北省土地安全狀況進行了評價；孫德亮等［8］以重慶市為例，運用灰色關聯(lián)法對該地區(qū)的土地生態(tài)安全進行了評價；徐美等［9］以DPSIR為評價模型，結(jié)合TOPSIS法對湖南省土地生態(tài)安全進行了研究，楊曉玲等［10］運用PSR模型，基于壓力指標對莊浪縣土地生態(tài)安全進行了評價。本文以新疆為研究區(qū)，結(jié)合區(qū)域環(huán)境特征，據(jù)此嘗試將DPSIR概念模型與基于熵權法改進的TOPSIS評價方法相結(jié)合，對新疆土地生態(tài)安全狀況進行系統(tǒng)動態(tài)評價，以了解該區(qū)域土地生態(tài)安全狀況，以期為制定土地可持續(xù)利用政策，采用合理的土地管理方式和建立可持續(xù)的土地利用模式提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

新疆維吾爾自治區(qū)，是中國5個少數(shù)民族自治區(qū)之一。新疆位于中國西北邊陲，地處73°40′—96°18′E，34°25′—48°10′N，地理位置十分重要。其面積166萬km2，約占中國國土面積的1/6，是中國行政面積最大的省級行政區(qū)，全區(qū)轄有14個地州市，其中包括5個自治州、7個地區(qū)和2個地級市。2018年末全區(qū)常住人口2 486.76萬人。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究時段為2008—2019年，所用的研究數(shù)據(jù)主要來源于《新疆統(tǒng)計年鑒》《中國城市統(tǒng)計年鑒》以及新疆14個地州市的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報，研究區(qū)行政區(qū)劃矢量圖由資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心獲取。

2 研究方法

2.1 指標體系構建

DPSIR概念模型是歐洲環(huán)境署對PSR模型進行改進后提出的新模型，它將一個自然系統(tǒng)的評價指標分成驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響和響應5個系統(tǒng)，每個系統(tǒng)又分成若干種指標，并通過各系統(tǒng)間的作用和反饋表達它們之間的信息聯(lián)系和動力學特點，即系統(tǒng)驅(qū)動力導致壓力產(chǎn)生，壓力迫使系統(tǒng)某些狀態(tài)發(fā)生改變，狀態(tài)的改變對系統(tǒng)產(chǎn)生影響，這些影響促使人類做出直接或間接響應。該模型系統(tǒng)描述了人類活動與環(huán)境之間相互作用的各因子之間的關系［11］，能夠把復雜的問題分解細化，有利于土地生態(tài)安全問題的進一步解決。本研究借鑒DPSIR模型，在參考相關研究成果的基礎上［12，13］，按照指標選取的完整性、動態(tài)性、科學性、實用性、針對性等原則，結(jié)合新疆實際情況，并考慮數(shù)據(jù)的可得性等因素，構建了新疆土地生態(tài)安全評價指標體系，詳見表1。

表1 新疆土地生態(tài)安全評價指標體系

2.2 方法

2.2.1 熵權法熵權法是依據(jù)評價對象指標值所構成的判斷矩陣來確定指標權重的一種研究方法，具有較強的客觀性，可避免主觀因素的影響，所以本研究采用熵權法來計算指標權重。

1）評價指標標準化。用極差標準化將各指標進行標準化［14］。

式中，xij為各指標的原始數(shù)據(jù)，Xij為各指標標準化值。

2）計算指標信息熵（Hj）。

式中，k=1 ln(m)且k＞0，Pij為第i年第j個指標值的比重。

3）計算第j項指標的差異性系數(shù)（Gj）。

4）計算指標權重（Wj）。

2.2.2 TOPSIS評價法［15］

1）建立加權規(guī)范化矩陣（V）。

式中，Yij為標準化后的矩陣。

2）確定正理想解和負理想解。分別以加權規(guī)范化決策矩陣V中的最大值和最小值代表正理想解（V+）和負理想解（V-），即：

3）計算不同年份評價對象到正理想解的距離。

式中，D+越大，表明評價對象越接近正理想解，土地生態(tài)越安全；D-越小，表明評價對象越接近負理想解，土地生態(tài)越不安全。

4）計算各評價對象與理想解的貼近度（C）。

式中，C介于0～1，其值越大，表明土地生態(tài)狀況越安全。

2.2.3 評價等級劃分土地生態(tài)安全評價在中國尚處于探索階段，還沒有統(tǒng)一的評價標準，其評價標準不僅復雜，且需要因地制宜。參考相關學者的有關研究成果［16，17］，結(jié)合新疆土地生態(tài)安全評價的區(qū)域?qū)嶋H，采用非等間距的方法，依據(jù)貼近度C將新疆土地生態(tài)安全狀況劃為5個評判等級：C≤0.2，不安全；0.2＜C≤0.4，較不安全；0.4＜C≤0.6，臨界安全；0.6＜C≤0.8，較安全；C≥0.8，安全。

3 結(jié)果與分析

3.1 新疆土地生態(tài)安全發(fā)展演變特征

3.1.1 新疆土地生態(tài)安全狀況分析運用DPSIR評價模型和TOPSIS評價方法，計算得到新疆2008—2019年土地生態(tài)安全指數(shù)。由圖1和圖2可知，2008—2019年，新疆土地生態(tài)安全總體水平呈緩慢上升趨勢，土地生態(tài)安全等級逐漸提高。貼近度呈上升趨勢，由2008年的0.37提高到2019年的0.63，增長了0.26，土地安全狀況由較不安全等級提升到較安全等級。其中，2008—2016年安全水平較低，處于較不安全狀態(tài)，2017年以來，新疆土地生態(tài)安全狀況不斷提高，逐漸趨向于較安全狀態(tài)，說明新疆土地生態(tài)保護的重要性日益受到重視，但是新疆土地生態(tài)狀況距離安全狀態(tài)還有一定差距。

圖1 2008—2019年新疆土地生態(tài)安全D+、D-的變化趨勢

圖2 2008—2019年新疆土地生態(tài)安全貼近度的變化趨勢

3.1.2 各子系統(tǒng)土地生態(tài)安全狀況分析

1）驅(qū)動力系統(tǒng)方面。D+逐年波動減小，逐步偏向正理想解（圖3），D-逐年波動增大，逐步偏離負理想解（圖4），土地生態(tài)安全形勢趨于好轉(zhuǎn)，C波動上升（圖5），安全狀態(tài)也由較不安全轉(zhuǎn)變?yōu)檩^安全狀態(tài)。近12年來，新疆社會經(jīng)濟各方面均取得明顯進步，區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展迅速，人均GDP由2008年的19 893元增加到2019年的54 280元；城市化水平顯著提升，城鎮(zhèn)化率由2008年的39.6%發(fā)展到2019年的51.9%。這給土地生態(tài)安全提供了強勁支撐，帶動全疆土地生態(tài)安全的驅(qū)動力系統(tǒng)呈上升發(fā)展態(tài)勢，推動全疆土地生態(tài)安全朝好的方向發(fā)展。

2）壓力系統(tǒng)方面。D+逐年增大，逐步偏離正理想解（圖3），D-逐漸減小，逐步偏向負理想解（圖4），致使C逐漸變小，土地生態(tài)安全壓力越來越大，由2008年的安全狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)?019年的不安全狀態(tài)（圖5），這是社會經(jīng)濟高速發(fā)展的后果。近年來新疆社會經(jīng)濟在發(fā)展的同時，也給其土地帶來了沉重的壓力，建設占用大量耕地、農(nóng)藥化肥廣泛施用、污染物大量排放等問題均十分明顯，對土地生態(tài)造成嚴重威脅，使其面臨的壓力越來越大。在保持社會經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，減輕其對土地生態(tài)的壓力，應成為緩解全疆土地生態(tài)安全態(tài)勢的重要關注點。

3）狀態(tài)系統(tǒng)方面。D+逐年變小，逐步接近正理想解（圖3），D-逐年增大，逐步偏離負理想解（圖4），C呈上升趨勢，由2008年的0.107 7提升到2019年的0.993 8，土地生態(tài)安全由不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩珷顟B(tài)（圖5）。這說明城市森林覆蓋率、城市人均道路面積、人均公共綠地面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、用水普及率和燃氣普及率的不斷提高對提高土地生態(tài)安全狀態(tài)有著重要意義。

4）影響系統(tǒng)方面。隨著狀態(tài)系統(tǒng)安全狀況的逐步好轉(zhuǎn)，其對社會經(jīng)濟發(fā)展的影響也趨于好轉(zhuǎn)，全疆土地集約利用水平明顯提升，糧食產(chǎn)量不斷增加，城鎮(zhèn)居民可支配收入和農(nóng)村居民可支配收入不斷提高，二三產(chǎn)業(yè)增加值逐年增加，第三產(chǎn)業(yè)比重不斷增加，產(chǎn)業(yè)結(jié)構逐步優(yōu)化，人民生活水平進一步提升，致使影響系統(tǒng)的D+逐年變小，逐步接近正理想解（圖3），D-逐年增大，逐步偏離負理想解（圖4），C呈上升趨勢，土地生態(tài)安全狀況呈趨好態(tài)勢，由2008年的不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?019年的安全狀態(tài)（圖5）。

5）響應系統(tǒng)方面。隨著近年生態(tài)環(huán)境問題的日益凸顯，人們環(huán)保意識明顯增強，保護土地生態(tài)已日益受到社會各界的廣泛重視，全疆環(huán)境治理力度逐步加大，一系列環(huán)保措施相繼出臺，環(huán)保治理投入不斷增加、新疆節(jié)能環(huán)保支出由2008年的30.45億元增長到2019年110.58億元，各類污染物處理的水平都明顯提升，污染排放總量得到有效控制，帶動響應系統(tǒng)D+逐年變小，逐步接近正理想解（圖3），D-逐年增大，逐步偏離負理想解（圖4），C呈上升趨勢，安全狀況明顯提升，由2008年的不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?019年的安全狀態(tài)（圖5）。

圖3 2008—2019年新疆土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)D+的變化趨勢

圖4 2008—2019年新疆土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)D-的變化趨勢

圖5 2008—2019年新疆土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)貼近度的變化趨勢

3.1.3 各地州市土地生態(tài)安全狀況空間變化分析由圖6可知，2008—2019年，新疆各地州市土地生態(tài)安全總體水平呈緩慢上升趨勢，土地生態(tài)安全等級逐漸提高。2008年克孜勒蘇柯爾克孜自治州、喀什地區(qū)和和田地區(qū)土地生態(tài)安全狀況處于較不安全狀態(tài)，其余11個地州市土地生態(tài)安全狀況處于臨界安全狀態(tài)（圖6a）；到2013年，各地州市土地生態(tài)安全狀況整體呈上升趨勢，C呈上升趨勢，各地州市土地生態(tài)安全狀況已沒有較不安全狀態(tài)，提升為臨界安全和較安全狀態(tài)，克拉瑪依市和昌吉回族自治州土地安全狀況達到較安全狀態(tài)，其余12個地州市土地安全狀況為臨界安全狀態(tài)（圖6b）；2019年，各地州市土地生態(tài)安全狀況整體上仍呈上升趨勢，土地安全狀況達到較安全狀態(tài)的地區(qū)已由2013年的2個州市增加到6個地州市（克拉瑪依市、烏魯木齊市、昌吉回族自治州、哈密市、阿勒泰地區(qū)和塔城地區(qū)），其余8個地州市土地安全狀況處于臨界安全狀態(tài)（圖6c）；并且新疆土地生態(tài)安全狀況存在明顯的區(qū)域性差異，總體上為北疆地區(qū)優(yōu)于南疆地區(qū)。

圖6 各地州市土地生態(tài)安全狀況變化趨勢

3.1.4 各地州市各子系統(tǒng)土地生態(tài)安全狀況變化分析

1）驅(qū)動力系統(tǒng)方面。2008—2019年，除哈密外，各地州市C波動上升，土地生態(tài)安全形勢趨于好轉(zhuǎn)（表2），烏魯木齊、克拉瑪依、昌吉、哈密和伊犁一直處于臨界安全狀態(tài)，和田和克州一直處于較不安全狀態(tài)，其他7個地州市由較不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界安全狀態(tài)。近12年來，新疆區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展迅速，各方面均取得明顯進步，城鎮(zhèn)化水平不斷提高，人均GDP不斷增加，農(nóng)業(yè)機械總動力逐年提升，這給土地生態(tài)安全提供了強勁支撐，帶動全疆土地生態(tài)安全的驅(qū)動力系統(tǒng)呈上升發(fā)展態(tài)勢，推動全疆土地生態(tài)安全朝好的方向發(fā)展。

2）壓力系統(tǒng)方面。2008—2019年，除巴州外，各地州市C逐漸變小，土地生態(tài)安全壓力越來越大，烏魯木齊由臨界安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^不安全狀態(tài)，阿克蘇由較安全轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界安全狀態(tài)，巴州一直處于較安全狀態(tài)，喀什由較安全狀態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)檩^不安全狀態(tài)，吐魯番、克拉瑪依、克州、哈密和阿勒泰一直處于安全狀態(tài)，昌吉、塔城、伊犁、和田和博州由安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^安全狀態(tài)（表2）。新疆社會經(jīng)濟在發(fā)展的同時，也給其土地帶來較大壓力，人口密度不斷增大，農(nóng)藥、化肥和地膜的廣泛使用等問題十分明顯，對土地生態(tài)造成威脅，使其面臨的壓力越來越大。

3）狀態(tài)系統(tǒng)方面。2008—2019年，各地州市C呈上升趨勢，烏魯木齊、哈密、昌吉、阿克蘇和阿勒泰由臨界安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^安全狀態(tài)，克拉瑪依一直處于較安全狀態(tài)，吐魯番、塔城和伊犁由較不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^安全狀態(tài)，巴州和博州一直處于臨界安全狀態(tài)，喀什、和田和克州由較不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界安全狀態(tài)（表2）。這表明森林覆蓋率、城市人均道路面積、人均公共綠地面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、用水普及率和燃氣普及率的不斷提高對提高土地生態(tài)安全狀態(tài)有較大作用。

表2 各地州市土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)貼近度的變化趨勢

4）影響系統(tǒng)方面。隨著狀態(tài)系統(tǒng)安全狀況的逐步好轉(zhuǎn)，2008—2019年，各地州市影響系統(tǒng)的C逐年上升，烏魯木齊和伊犁由較不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^安全狀態(tài)，克拉瑪依、吐魯番、阿勒泰和巴州由不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界安全狀態(tài)，其余8個地州市由較不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界安全狀態(tài)。這表明糧食產(chǎn)量不斷增加，城鎮(zhèn)居民可支配收入和農(nóng)村居民可支配收入不斷提高，第三產(chǎn)業(yè)比重不斷增加，產(chǎn)業(yè)結(jié)構逐步優(yōu)化，土地集約利用水平明顯提升，使土地生態(tài)安全狀況呈趨好態(tài)勢。

5）響應系統(tǒng)方面。2008—2019年，各地州市C逐年上升，烏魯木齊由較安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩珷顟B(tài)，克拉瑪依和昌吉一直處于較安全狀態(tài)，哈密、塔城、博州、阿克蘇和巴州由臨界安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^安全狀態(tài)，克州、阿勒泰和伊犁由較不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界安全狀態(tài)，喀什、和田和吐魯番由較不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^安全狀態(tài)。隨著近年環(huán)保意識不斷增強，政府相繼出臺一系列環(huán)保措施，環(huán)保治理投入不斷增加，各地州市工業(yè)固體廢物綜合利用率、工業(yè)廢水排放達標率和生活垃圾無害化處理率不斷提高，使得土地生態(tài)安全狀況呈趨好態(tài)勢。

4 結(jié)論

土地生態(tài)安全評價是了解區(qū)域土地生態(tài)安全狀況的基礎，亦是開展土地生態(tài)安全預警、構建和優(yōu)化土地生態(tài)安全格局的重要依據(jù)，是土地生態(tài)安全研究的核心內(nèi)容。本文利用DPSIR模型構建了土地生態(tài)安全評價指標體系，利用TOPSIS評價方法計算了新疆土地生態(tài)安全狀況，結(jié)果如下。

1）2008—2019年新疆土地生態(tài)安全狀況總體水平呈緩慢上升趨勢，土地生態(tài)安全等級逐漸提高，土地安全狀況由較不安全等級提升到較安全等級。但是，新疆土地生態(tài)安全狀況距離安全狀態(tài)還有一定差距。就各子系統(tǒng)而言，2008—2019年新疆土地生態(tài)安全的驅(qū)動力系統(tǒng)、狀態(tài)系統(tǒng)、影響系統(tǒng)、響應系統(tǒng)的安全狀況均呈逐步上升趨勢，其中驅(qū)動力系統(tǒng)由較不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)為較安全狀態(tài)，狀態(tài)系統(tǒng)、影響系統(tǒng)和響應系統(tǒng)由不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩珷顟B(tài)，而壓力系統(tǒng)則呈下降趨勢，由安全狀態(tài)轉(zhuǎn)為不安全狀態(tài)。

2）2008—2019年，新疆各地州市土地生態(tài)安全總體水平呈緩慢上升趨勢，土地生態(tài)安全等級逐漸提高，新疆土地生態(tài)安全狀況存在明顯的區(qū)域性差異，總體上為北疆地區(qū)優(yōu)于南疆地區(qū)；就各地州市各子系統(tǒng)來看，各地州市驅(qū)動力系統(tǒng)、狀態(tài)系統(tǒng)、影響系統(tǒng)和響應系統(tǒng)貼近度波動上升，土地生態(tài)安全狀況呈趨好態(tài)勢；各地州市壓力系統(tǒng)貼近度逐漸變小，土地生態(tài)安全壓力越來越大。