基于物元分析的土地利用系統(tǒng)健康診斷

鄭華偉，張 銳，劉友兆

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇南京210095）

隨著人地矛盾的日益突出，特別是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施以來(lái)，如何實(shí)現(xiàn)土地資源的永續(xù)利用已成為人們普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題，土地利用系統(tǒng)健康是隨之興起的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一[1]。中國(guó)人多地少，土地資源退化較為普遍，開展土地利用系統(tǒng)健康研究，為土地資源可持續(xù)利用提供理論基礎(chǔ)和實(shí)踐指導(dǎo)，是中國(guó)土地資源管理的一項(xiàng)緊迫任務(wù)[1-2]。

目前關(guān)于土地利用系統(tǒng)健康的研究主要集中在土地利用系統(tǒng)健康內(nèi)涵、土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)、土地利用系統(tǒng)健康影響因素以及土地利用系統(tǒng)健康調(diào)控等方面[2-9]?？傮w來(lái)看，土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究尚屬起步階段，定性分析多、定量研究少；評(píng)價(jià)方法比較單一，多采用綜合評(píng)價(jià)法，較少揭示單個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)信息，不能有效挖掘系統(tǒng)健康存在的具體問題；評(píng)價(jià)指標(biāo)多集中于資源與環(huán)境狀況，很少綜合考慮人類活動(dòng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等對(duì)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的作用。物元分析法通過計(jì)算單個(gè)指標(biāo)與各標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)的關(guān)聯(lián)系數(shù)得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，能夠揭示更加豐富的評(píng)價(jià)信息，有效診斷土地利用系統(tǒng)健康狀況，但尚未被應(yīng)用到土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究中；PSR模型綜合考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源與環(huán)境，突出了人地關(guān)系。鑒于此，筆者在界定土地利用系統(tǒng)健康內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于PSR模型的土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并引入物元分析法對(duì)土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)進(jìn)行實(shí)證研究，分析土地利用系統(tǒng)健康的障礙因子，為土地利用系統(tǒng)實(shí)施可持續(xù)性管理和合理利用提供依據(jù)。

1 土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 土地利用系統(tǒng)健康內(nèi)涵

土地利用系統(tǒng)健康是以人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展為目的，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)三者之間和諧統(tǒng)一，其內(nèi)涵可以概括為：一是土地利用系統(tǒng)自身是否健康，即其自身結(jié)構(gòu)是否合理，功能是否得到正常發(fā)揮；二是土地利用系統(tǒng)對(duì)人類是否健康，即土地利用系統(tǒng)所產(chǎn)生的綜合效益是否滿足人類的需要[6-8]。土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)是以整個(gè)土地利用系統(tǒng)為評(píng)價(jià)對(duì)象，對(duì)特定時(shí)刻、特定區(qū)域的自然生態(tài)要素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素進(jìn)行的綜合診斷評(píng)價(jià)；它本質(zhì)上是一種診斷評(píng)價(jià)，目的是診斷由人類活動(dòng)與自然因素引起的系統(tǒng)破壞與退化程度，以便發(fā)出預(yù)警，為管理者提供決策[6]。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

筆者借鑒PSR概念模型[8，10-14]構(gòu)建了土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基本框架（圖1）：人口增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展給土地利用系統(tǒng)帶來(lái)巨大的壓力（P）；人類不斷開發(fā)資源，通過社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)作用于土地利用系統(tǒng)，改變了土地利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能狀態(tài)（S）；壓力之下，土地利用系統(tǒng)在原有狀態(tài)基礎(chǔ)上做出反應(yīng)，同時(shí)回饋于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過程；人類對(duì)土地利用系統(tǒng)的反饋進(jìn)一步做出響應(yīng)（R），進(jìn)行政策調(diào)整、環(huán)境保護(hù)等，改善土地利用系統(tǒng)狀態(tài)，使之保持良好的結(jié)構(gòu)與功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[14]。

圖1 土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的PSR模型框架Fig.1 PSR framework on health evaluation index system of land use system

表1 土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重Tab.1 The evaluation index system and weight of health on land use system

從土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基本框架出發(fā)，遵循指標(biāo)選取的科學(xué)性、系統(tǒng)性、可比性和可獲取性等原則，在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[6-9]，構(gòu)建了4個(gè)層次的土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1）。

2 物元評(píng)價(jià)模型及經(jīng)典域的確定

2.1 土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的物元模型

本文運(yùn)用物元分析[16-18]的理念，建立土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型，同時(shí)采用改進(jìn)的熵值法確定指標(biāo)的權(quán)重，可以比較全面、客觀地對(duì)土地利用系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行診斷。根據(jù)物元分析方法構(gòu)建土地利用系統(tǒng)健康物元評(píng)價(jià)模型，主要步驟如下[16-18]：

（1）確定土地利用系統(tǒng)健康物元；（2）確定土地利用系統(tǒng)健康的經(jīng)典域；（3）確定土地利用系統(tǒng)健康的節(jié)域；（4）確定待評(píng)物元；（5）確定關(guān)聯(lián)函數(shù)及關(guān)聯(lián)度；（6）確定權(quán)重[19-20]；（7）計(jì)算綜合關(guān)聯(lián)度確定評(píng)價(jià)等級(jí)。

2.2 土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)經(jīng)典域、節(jié)域的確定

經(jīng)典域（評(píng)價(jià)等級(jí)的取值區(qū)間）的確定是物元評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。本研究依據(jù)土地利用系統(tǒng)健康的可拓性，將其劃分為5個(gè)等級(jí)，即N01→N05，定性描述為：健康→亞健康→臨界狀態(tài)→不健康→病態(tài)。評(píng)價(jià)經(jīng)典域的確定主要參考國(guó)家、地方、行業(yè)及國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)域本底背景值，全國(guó)平均水平等，具體取值區(qū)間見表2。

表2 土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)經(jīng)典域、節(jié)域的取值范圍Tab.2 The valuing range on the classic field and section domain of evaluation index

3 實(shí)證研究

3.1 區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

四川省地處長(zhǎng)江上游，位于中國(guó)中西部的結(jié)合部，東與重慶市接壤，南與云南、貴州省相連，西鄰西藏自治區(qū)，北接青海、甘肅、陜西省。轄區(qū)東西長(zhǎng)約1075 km，南北寬約921 km，幅員面積48.5×104km2，為中國(guó)第5大省區(qū)，現(xiàn)轄18個(gè)地級(jí)市和3個(gè)自治州。四川省資源豐富，光熱條件好，是中國(guó)重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)，承擔(dān)著國(guó)家糧食安全的重任。然而隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，建設(shè)用地規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張，耕地資源數(shù)量銳減，土地生態(tài)功能減弱，水土流失嚴(yán)重，土壤污染加劇，土地利用系統(tǒng)健康狀況亟待改善。

土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《四川統(tǒng)計(jì)年鑒》、《四川農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒》、《中國(guó)國(guó)土資源年鑒》和四川省土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)等。

表3 四川省2010年土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度Tab.3 Relevancy of health on land use system for Sichuan province in 2010

表4 土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)結(jié)果Tab.4 Evaluation results of health on land use system

3.2 結(jié)果分析

分析整理四川省有關(guān)土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)后，按照改進(jìn)的熵值法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重（表1）。將四川省土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)組成的待評(píng)物元帶入評(píng)價(jià)模型，得到評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度與綜合關(guān)聯(lián)度的測(cè)算結(jié)果（表3、表4）。表3中，Kj（xi）（i=1，2，…，22）即第i個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)各評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度，以評(píng)價(jià)指標(biāo)人口密度（x1）為例，其對(duì)應(yīng)5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)聯(lián)系數(shù)分別為K1（x1）=-0.2534、K2（x1）=0.1798、K3（x1）=-0.6076、K4（x1）=-0.7477、K5（x1）=-0.8528，因此可以判定該指標(biāo)屬于級(jí)別N02，即“亞健康”。同理，可以得到其他指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果。

Kj（Nx）是多指標(biāo)加權(quán)求和的綜合等級(jí)關(guān)聯(lián)系數(shù)，K1（N2010）=-0.2615、K2（N2010）=-0.0922、K3（N2010）=-0.1030、K4（N2010）=-0.2988、K5（N2010）=-0.4921，說(shuō)明土地利用系統(tǒng)健康等級(jí)為“亞健康”。同理可知，2000年、2004年等級(jí)分別為“不健康”、“臨界狀態(tài)”。從區(qū)域整體土地利用系統(tǒng)健康的變化來(lái)看，2000—2010年四川省土地利用系統(tǒng)健康狀況有所改善，整體水平有變好的趨勢(shì)，研究發(fā)現(xiàn)該區(qū)域經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，不斷加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)，加大了對(duì)廢水、廢氣污染的控制力度，加強(qiáng)了對(duì)水土流失的治理，使得相關(guān)指標(biāo)發(fā)生了不同程度等級(jí)提升，促進(jìn)了土地利用系統(tǒng)健康水平提高。

雖然2010年土地利用系統(tǒng)健康等級(jí)為“亞健康”，但K2（N2010）=-0.0922，說(shuō)明等級(jí)關(guān)聯(lián)度很弱，接近“亞健康”等級(jí)的“門檻線”，原因主要是某些指標(biāo)還沒有達(dá)到“亞健康”等級(jí)所致。從單個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果來(lái)看，2010年四川省有12個(gè)指標(biāo)未達(dá)到“亞健康”，而人均耕地面積、土地墾殖率、水土流失程度、工業(yè)固體廢物綜合利用率等指標(biāo)只達(dá)到“不健康”等級(jí)。雖然四川省一直致力于水土流失的綜合治理，但由于易水土流失區(qū)域較大，且存在反復(fù)的現(xiàn)象，目前水土流失程度仍較大，還需加大治理力度，有效保護(hù)土地資源。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，四川省固定資產(chǎn)投資增長(zhǎng)速度明顯提升、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值持續(xù)增長(zhǎng)，但這種高速增長(zhǎng)是以資源高消耗為代價(jià)的，建設(shè)用地規(guī)模不斷擴(kuò)大，耕地面積持續(xù)減少，土地集約利用水平較低，地均GDP僅為3.55萬(wàn)元/hm2，與發(fā)達(dá)地區(qū)相比差距較大。

4 結(jié)論與討論

（1）PSR模型從社會(huì)經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境有機(jī)統(tǒng)一的觀點(diǎn)出發(fā)，將資源環(huán)境、人類活動(dòng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等聯(lián)系起來(lái)并考慮它們之間的相互作用，改變現(xiàn)有研究主要關(guān)注資源環(huán)境的狀況，能更準(zhǔn)確地反映土地利用系統(tǒng)健康的各要素之間的關(guān)系；物元分析法不僅能夠獲取土地利用系統(tǒng)健康水平的綜合診斷結(jié)果，而且能夠獲得單個(gè)指標(biāo)的診斷結(jié)果，揭示各指標(biāo)的水平狀態(tài)，揭示系統(tǒng)健康問題的具體原因；基于PSR模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和物元分析法適用于土地利用系統(tǒng)健康診斷，有利于促進(jìn)土地利用系統(tǒng)健康狀況改善。

（2）實(shí)證結(jié)果表明，2000—2010年四川省土地利用系統(tǒng)健康水平不斷提高，健康狀況有所改善，但2010年“亞健康”等級(jí)關(guān)聯(lián)度很弱，人均耕地面積、土地墾殖率、固定資產(chǎn)投資增長(zhǎng)率、工業(yè)固體廢物綜合利用率和水土流失程度是制約土地利用系統(tǒng)健康狀況改善的關(guān)鍵因素。因此，應(yīng)進(jìn)一步轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，降低經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)土地資源的過度消耗，以較少的土地資源消耗支撐更大規(guī)模的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)；加大環(huán)境治理力度，提高工業(yè)固體廢物綜合利用率，有效控制水土流失程度，持續(xù)改善土地利用系統(tǒng)健康狀況。

（3）構(gòu)建基于PSR模型的土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并將物元分析法運(yùn)用到土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)中，在土地健康評(píng)價(jià)領(lǐng)域?qū)儆幸鎳L試，但此類研究尚不多，評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇、評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定等問題還有待進(jìn)一步檢驗(yàn)和深入研究。

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