基于P－S－R模型的汕頭市土地生態安全評價

楊春紅，張正棟，田楠楠，吳申鳳，張五美

（華南師范大學 地理科學學院，廣州510631）

土地生態安全是指土地資源所處的生態環境處于一種不受或少受威脅與破壞的健康、平衡的狀態［1］。土地生態安全不僅包括土地生態系統本身的安全性，也包括土地生態系統是否能保證人類生產和生活的安全的問題［2］。土地生態安全評價是土地生態安全研究的一個重要方向［3］。汕頭作為中國首批經濟特區之一，人口密度大，土地資源貧乏，耕地后備資源不足，人多地少一直是其突出的特點。特區建設30多年來，隨著工業化、城市化的快速發展，土地資源短缺及土地利用過程中的污染、浪費等現象越來越突出。研究汕頭市土地生態安全不僅可以豐富土地生態安全研究案例，促進土地評價科學發展，而且可以為汕頭市未來土地利用方向和策略提供參考，具有較強的理論和實踐意義。

1 研究地區與研究方法

1.1 研究地區概況

汕頭市位于廣東省東南沿海，東經116°14′—117°19′，北 緯 23°02′—23°38′，國 土 總 面 積 2 064 km2，轄金平、龍湖、澄海、濠江、潮陽、潮南六個區和南澳縣，瀕臨南海。汕頭港臨近西太平洋國際黃金航道，距香港、臺灣高雄均不足320km，處于“大珠三角”和“泛珠三角”經濟圈的重要節點，是長三角、珠三角和海峽西岸經濟帶的重要連接點，也是全國五個經濟特區之一和南方重要港口城市。2010年國內生產總值1 203.25億元，比上年增長13.7%，人均GDP 23 274元，比上年增長11.8%；第一產業增加值64.00億元，增長5.0%；第二產業增加值678.14億元，增長16.1%；第三產業增加值461.11億元，增長11.5%。從產業結構看，一、二、三產業增加值占GDP的比重分別為5.3∶56.4∶38.3；人口524.11萬人，人口密度為2 343人／km2，人均實際耕地面積僅為0.007 3hm2，遠遠低于全國、全省平均水平，土地資源極為稀缺。

1.2 研究方法

關于土地生態安全評價方法很多［4－14］，本文選擇基于P—S—R模型構建土地資源生態安全評價指標體系，采用綜合指數法、層次分析法對汕頭市的土地生態安全進行評價。

P—S—R概念模型，即壓力（pressure）—狀態（state）—響應（response）模型，由20世紀80年代末在加拿大政府組織力量研究的基礎上，經濟合作和開發組織（OECD）與聯合國環境規劃署（UNEP）共同提出的環境指標。在P—S—R框架內，某一類環境問題，可以由3個不同但又相互聯系的指標類型來表達：壓力指標反映人類活動給環境造成的負荷；狀態指標表征環境質量、自然資源與生態系統的狀況；響應指標表征人類面臨環境問題所采取的對策與措施。P—S—R概念模型從人類與環境系統的相互作用與影響出發，對環境指標進行組織分類，具有較強的系統性［15］。

1.3 數據來源

研究主要以《汕頭市統計年鑒》（2001—2010年）、《汕頭市統計公報》（2001—2010年）、《汕頭市土地變更調查統計資料》（2001—2010年）、《汕頭市環境狀況公報》（2001—2010年）等為主要數據源，對汕頭市進行土地生態安全評價。

2 汕頭市土地生態安全評價

2.1 指標體系構建及標準化

土地生態安全評價指標體系的選擇要遵循科學性、目的性和實用性等原則。在構建土地生態安全指標體系時不僅要考慮土地的資源環境等狀況、人文因素對土地生態安全的影響及可能會對土地生態造成影響的因素，還要考慮數據的獲取和方法的可操作性。本文以汕頭市本身的特殊情況出發，綜合考慮各種因素的關聯，在學習國內外區域生態安全評價研究成果的基礎上建立了P—S—R概念框架模型，以汕頭市土地資源生態安全綜合指數為目標層A，以土地生態系統壓力、土地生態系統狀態和土地生態系統響應為準則層B，并選擇19個指標構成指標層C，共三個層構成汕頭市土地生態安全評價指標體系，具體見表1。

2.2 生態安全基準值和指標權重的確定

土地生態安全的評價采用多指標結合更能從多方面反映土地的生態狀況，但不同指標之間不存在直接的可比性，即所求的各個指標值是不能直接套用相同的數據和公式來計算土地生態安全值［16］，需要對數據進行標準化處理。本文通過選擇基準值作為參考與計算值進行對比從而進行標準化。

基準值的選取要優先采取國家標準或者是國際標準，沒有國家標準的或者國際標準的指標則應結合研究區的特色采取參考國內城市現狀值做趨勢外推，參考省內、國家或國際公認的或平均值。

除確定基準值外，指標權重的確定也是土地生態安全計算的關鍵部分。確定指標權重的方法很多，如層次分析法、主要成分分析法等等。主成分分析（principal components analysis）是把原來多個變量化為少數幾個綜合指標的一種數學統計分析方法，其原理是利用降維的思想，把原來眾多具有一定相關性指標，重新組合成一組新的互相無關的綜合指標來代替原來的指標，這些新的綜合指標按照方差依次遞減的順序排列。在數學變換中保持指標的總方差不變，使第一指標具有最大的方差，稱為第一主成分，第二指標的方差次大，并且和第一指標不相關，稱為第二主成分。依次類推，I個指標就有I個主成分。主成分分析法確定權重是利用某指標的公因子方差除以所有指標公因子方差總和而得。在數據標準化的基礎上，在SPSS 16.0中執行命令，結果如圖1所示。

表1 汕頭市土地生態安全評價指標體系

圖1 因子分析對話框與說明子對話框

本文采用主要成分分析法時，以每個主成分所對應的特征值占所提取主成分總的特征值之和的比例作為確定權重的依據之一，并以距離汕頭市較近、地理自然條件相似的廣州市、湛江市、海南省等地的相關文獻的基準值及權重作為參考并針對汕頭的狀況進行修改，具體見表2。

2.3 安全指數的確定

參考相關文獻［1］，根據評價指標與土地生態安全的關系，將生態安全評價指標劃分為正向指標、負向指標和中性指標。指標值越大土地越安全的為正向指標，反之為負向指標，指標值越靠近某一閾值越安全的則為中性指標。具體處理如下：

假設Xi為第i個評價指標的實際值，Si為第i個評價指標的基準值，Pi為第i個評價指標的安全指數（即標準化數值），則：

（1）正向指標：當Xi＞Si時，Pi＝1；

當Xi＜Si時，Pi＝Xi／Si。

（2）負向指標：當Xi＜Si時，Pi＝1；

當Xi＞Si時，Pi＝Si／Xi。

（3）中性指標：（城市建設用地擴展強度）則視情況而定，一般趨向正向的中性指標的計算方法和正向指標相同；趨向負向的中性指標計算方法和負向指標相同，計算結果見表3。

表2 汕頭市土地生態安全指標基準值、權重及指標性質

表3 汕頭市2001－2008年土地生態安全各指標標準化數值

2.4 確定綜合評價值

采用線性加權方法計算已經無量綱化的數據，最終得到土地生態安全的綜合評價值。具體步驟如下：

式中：Y——土地生態安全綜合值；Pi——第i個指標的安全指數（即標準化數值）；wi——各指標權重。

由公式（1）計算出的2001—2008年汕頭土地生態安全綜合值如表4所示。

表4 汕頭市2001－2008年土地生態安全計算結果

根據表4繪制汕頭市2001－2008年土地生態安全值變化圖如圖2所示。

2.5 土地生態安全等級標準的確定

本文在所計算的汕頭市土地生態安全綜合值的基礎上，參考相關文獻［15，17－18］，在0～1之間的數值設置了土地生態安全5個等級作為汕頭市土地生態安全的等級標準，具體等級劃分及其意義見表5。

3 結果與分析

3.1 土地生態安全變化趨勢

由圖2可知，研究期間汕頭市土地生態安全逐年下降。研究期間土地生態安全綜合值在0.65上下擺動，2001—2002年安全值上升，到2003年綜合值達到最高，從2003年起總體呈現微弱的下降趨勢，2007年土地生態安全綜合值小于0.65。其中，土地生態系統壓力安全指數下降較大，土地生態系統壓力曲線起伏最大，2001—2003年較大幅度上升，2003年到達最高，2003—2005年下降幅度較大，導致土地生態系統壓力變化幅度較大的原因是城市建成區面積調整。土地生態系統狀態安全指數變化不大，狀態曲線基本保持平穩，土地生態系統響應安全指數逐漸提高，土地生態系統響應曲線高于土地生態系統壓力曲線和土地生態系統狀態曲線且保持總的上升趨勢，說明研究區域對土地生態環境人為改善較大，而且持續加大人為控制土地生態問題的力度，努力改善土地生態環境。

圖2 汕頭市2001－2008年土地生態安全值變化

表5 土地生態安全分級和系統標準

由表3可知，2001—2008年間單位面積化肥施用量和城市化水平數值等于1，對研究區域土地生態安全正面貢獻最大。城市建設用地擴展強度、基本農田保護區占農用地比重、工業廢水處理率和工業固廢綜合利用率均大于0.9，對研究區域土地生態安全正面貢獻居第二位。人口密度和R＆D經費占GDP比例則穩定小于0.1，數值較小，反映其對研究區域土地生態安全負面影響較大。2008年以前單位面積GDP指標數值均小于0.3，到2008年才突破0.3，數值較低，但總的趨勢是上升的，說明研究區域土地利用經濟效益偏低，土地集約度不高，但隨生產力的發展，土地利用經濟效益逐漸在上升。單位面積土地工業廢水的指標值在0.3～0.4之間并有下降的趨勢，說明工業廢水產生量較多并有增加的趨勢。人均耕地指標值數值較低且由0.125下降到0.087 5，可能是人口增長和耕地破壞、耕地被建設用地占用而減少等原因造成的。

單位面積土地工業固體廢棄物、人口自然增長率指標數值分別由0.842 9和0.758 7下降到0.316 2和0.466 9，下降幅度較大，這說明工業固體廢棄物產量逐年增多，對土地壓力增大，人口自然增長率持續上升，直接導致人口數量對土地壓力增大。環保投資占GDP比例指標數值由0.589 4上升到0.887，環保投資占GDP比重持續上升間接反映了研究區域環保意識與環保能力在增強，有利于土地生態安全的改善。

3.2 土地生態安全評價

由表5看出，2001—2008年汕頭市土地生態安全值介于0.6～0.7，即處于臨界安全和較安全的等級之間。說明研究期內汕頭市土地生態環境總體較好，土地生態系統結構較完整，土地生態系統服務功能基本完善，受干擾后一般可恢復。具體看來，土地生態安全綜合值在0.65上下擺動，雖然變化幅度不大（不超過0.034 8），但從2003年起總體呈現微弱的下降趨勢，尤其是2007年土地生態安全綜合值小于0.65，土地生態安全等級開始進入臨界安全狀態。

4 結論

研究基于P—S—R模型構建了汕頭市土地生態安全評價指標體系，對2001—2008年汕頭市的土地生態安全進行評價。結果表明，研究期間汕頭市土地生態安全逐漸下降。

城市建設用地擴展強度、單位面積化肥、單位面積農藥、單位土地面積工業廢水、單位土地面積工業固體廢棄物等指標數值的逐年減少使得汕頭市土地生態系統壓力安全指數逐年下降；森林覆蓋率、水域面積率、單位土地面積GDP等指標數值逐年變化不大使得汕頭市土地生態系統狀態安全指數變化不大；環保投資占GDP比例和R＆D經費占GDP比例等指標逐年提高使得汕頭市土地生態系統響應安全指數逐漸提高。結合評價指標進行分析可知，人口增長、經濟快速發展、城市擴張、土地利用變化給汕頭市脆弱的生態環境帶來了巨大壓力。為此，汕頭市進一步宣傳計劃生育政策，控制人口過快增長；倡導城鄉土地的集約節約高效利用，積極開展社會主義新農村建設；保護生態環境健康發展，提高區域生態環境的服務能力。

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