基于P-S-R模型的生態涵養發展型區域土地生態安全評價
——以重慶市豐都縣為例

王 雪, 楊慶媛, 何春燕, 侯 培

(西南大學 地理科學學院, 重慶 400715)

基于P-S-R模型的生態涵養發展型區域土地生態安全評價
——以重慶市豐都縣為例

王 雪, 楊慶媛, 何春燕, 侯 培

(西南大學 地理科學學院, 重慶 400715)

針對生態涵養發展型區域的生態環境狀況和土地資源特點，基于PSR(壓力—狀態—響應)概念框架模型，構建土地生態安全綜合評價指標體系，采用熵權法確定權重，運用綜合指數法對重慶市豐都縣2006—2011年的土地生態安全狀況進行評價。結果表明，豐都縣土地生態安全狀態2006年處于敏感級安全狀態(綜合指數29.72)，到2011年處于臨界級安全狀態(綜合指數31.65)。土地生態安全狀況的好轉，得益于國家和地方對現有生態環境問題的治理以及對生態建設和環境保護的大力投入。2006—2011年豐都縣生態涵養能力與經濟社會發展水平不同步，經濟的快速發展帶來巨大環境壓力，生態涵養和發展尚未實現良性互動。

土地生態安全; P-S-R模型; 生態涵養發展型區域; 豐都縣

土地生態安全是人類社會經濟與農業可持續發展的前提和保障。隨著社會、經濟的快速發展，土地生態環境的破壞日趨嚴重，我國的土地生態安全受到了前所未有的沉重壓力。國內學者從不同視角、不同尺度對土地生態安全進行了大量研究并取得了豐碩成果，為細化區域土地生態安全研究奠定了良好的基礎，也提供了方法的借鑒。研究主要集中在土地生態服務價值[1-2]、土地生態安全評價[3-8]、土地生態規劃與設計[9-10]以及土地生態安全變化的驅動因素[11-12]等方面，其中土地生態安全評價是各項研究的基礎。生態涵養發展型區域是以生態屏障涵養和水源保護為主，同時發展生態友好型產業的功能區域。重慶市最新明確五大功能區，其中將渝東北萬州、忠縣、豐都等11個區縣組成渝東北生態涵養發展區。該區域既是三峽庫區，又是秦巴山連片特困地區，既是重慶生態屏障和重要資源保證地，也是重慶統籌城鄉發展的重點區域，環境保護任務重，發展壓力大。對這一區域的土地生態安全狀況進行評價，有利于了解區域土地生態系統的平衡狀態，對正確處理發展與涵養的關系，促進區域可持續發展等也有重要的理論和現實意義。

本文的研究區豐都縣既屬于重慶市五大功能區的渝東北生態涵養發展區，同時也屬于重慶市主體功能區中的“一圈兩翼”重點開發區。由于山地生態系統和巖溶生態系統的雙重影響，豐都縣生態環境本底極其脆弱敏感。在三峽水庫蓄水完工后的近幾年，其土地利用形式變化劇烈，資源環境態勢已發生顯著變化，人地矛盾加劇。目前學術界對豐都縣土地生態環境的研究較為豐富，敖崑鳈[13-14]、廖興勇[15]、陳磊等[16]對豐都縣土地利用變化對生態環境的影響進行了研究；白瑞娜等[17]探討了土地利用變化與生態系統服務功能價值之間的關系；郭西南[18]、孫芬[19]、張丹[20]、張傳華等[21]利用層次分析法、3S方法、生態足跡法等方法對豐都縣土地生態敏感性、土地生態安全進行了評價。但針對豐都縣近幾年的土地生態安全狀況動態評價較為缺乏，因此，本文對重慶市豐都縣2006—2011年的土地生態安全狀況進行評價，旨在摸清此時間段內土地生態狀況的變化及影響因素，以期為相關部門制定生態保護措施，提高土地生態環境質量提供科學依據。

1 研究區概況

豐都縣地處三峽庫區腹心地帶和重慶市版圖中心，介于東經107°28′03″—108°12′37″，北緯29°33′18″—30°16′25″，地勢西北低東南高，由一系列平行褶皺山構成，呈“四山夾三槽”的地貌格局，長江橫貫中部。全縣幅員面積2 900.85 km2，其中丘陵占31.70%，低山占39.40%，中山占28.90%。土壤類型多樣，主要有紫色土(紫色濕潤雛形土)、黃壤(鐵質常濕淋溶土)、黃棕壤(鐵質濕潤淋溶土)等。地帶性植被以亞熱帶常綠闊葉林、暖性針葉林為主。氣候隸屬于中亞熱帶濕潤季風氣候，常年氣候溫和，雨量充沛，四季分明，熱量豐富，立體氣候明顯，年均氣溫17.1～18.9℃，多年平均降水量1 200 mm，無霜期332～286 d，日照時數1 311.8 h。

根據《豐都縣統計年鑒(2012年)》，2011年末全縣戶籍人口84.20萬，其中農業人口61.99萬，非農業人口22.21萬人；城鎮化率為36.10%，在渝東北9個區縣中位列第三。豐都縣位于長江三峽旅游熱線上，以旅游發展為先導的經濟戰略的實施，使全縣社會經濟得以快速發展，城鄉居民生活水平顯著提高。2011年實現地區生產總值99.77億元，三次產業結構為20.3∶43.6∶30.1，與重慶市的三次產業結構8.4∶55.4∶36.2相比，農業比重較大。城鎮居民人均可支配收入15 765元，農村人均純收入5 991元，城鄉居民收入比為2.63，小于重慶市城鄉居民收入比的平均水平3.13。

2011年重慶市豐都縣土地利用變更調查結果表明：2011年末豐都縣土地總面積290 085.90 hm2，其中：耕地83 046.79 hm2，園地11 151.78 hm2，林地144 755.53 hm2，牧草地7 005.48 hm2，其他農用地20 164.66 hm2，分別占土地總面積的28.63%，3.84%，49.90%，2.41%，6.95%，建設用地14 094.52 hm2，占土地總面積的4.86%，其他土地9 867.14 hm2，占土地總面積的3.40%。三峽工程中公路建設、水利工程建設、移民安置建設、采石采礦等一系列人類工程活動，使豐都縣的土地利用和土地生態環境發生了重大變化。2006—2011年，土地開發利用的力度不斷加大，未利用地減少了10 389.92 hm2。2011年全縣森林覆蓋率為38.40%，比全市平均水平39.00%還低。

2 研究過程

2.1 研究方法

土地生態安全評價的重點和難點是建立科學的評價指標體系和確定指標的權重。本文采用由聯合國經濟合作開發署(OECD)建立的P-S-R模型框架，該模型也是目前國內外生態評價中運用較多的一個模型。P-S-R模型框架強調了壓力、狀態、響應三者之間的相互關系，從人類與生態環境系統的相互作用與影響出發，對生態環境指標進行組織分類具有較強的系統性。

為獲得客觀準確的評價結果，本文采用熵權法確定指標權重，熵權法較主成分分析法、層次分析法(AHP)、Delphi法等方法較為客觀，避免了人為主觀因素的影響。根據豐都縣的自然生態環境和社會經濟狀態及土地利用結構特點，并考慮到數據的可獲得性，本文在借鑒已有研究成果的基礎上，選用綜合指數評價法進行豐都縣土地生態安全狀況評價。

2.2 指標體系構建

生態涵養發展型區域面臨生態涵養和經濟發展的雙重壓力，在選取土地生態安全指標時，除了要遵循指標選取的一般性原則外，還應充分考慮到敏感性、空間性、動態性和適宜性[22]。本文即從生態涵養與經濟發展兩方面綜合考慮土地生態安全影響因素，在P-S-R概念框架的指導下，從壓力、狀態、響應三方面，構筑由目標層、準則層、要素層和指標層構成的多層次評價指標體系，主要包括：(1) 目標層：以豐都縣土地生態安全綜合指數作為目標層，以綜合表征區域土地生態狀況；(2) 準則層：基于P-S-R模型，本文以土地生態壓力指數(E)、土地生態狀態指數(F)和土地生態響應指數(G)作為準則層；(3) 要素層和指標層：要素層從與區域生態涵養和發展密切相關的資源、環境、社會、經濟等方面選取，指標層是生態安全評價指標體系中最基本的層面，生態系統安全指數就是由各個指標值通過一定的模型計算而得出。根據評價的需要、資料收集的可行性，本文選取以下20個指標作為指標層(表1)。

表1 豐都縣土地生態安全評價指標體系

土地生態壓力指標用來反映人類活動給土地生態環境造成的負荷。資源壓力主要指人類對資源的需求和開發對土地生態系統形成的影響，這里選擇與生產生活密切相關的人均耕地面積來表示；對于經濟欠發達且第一產業比重較大的豐都縣來說，環境壓力很大部分來自農業生產對土地生態環境造成的污染，因此選擇單位耕地面積化肥和農藥的使用量來反映環境面臨的壓力。社會壓力主要來自于人口的增長和城市的擴張對土地生態系統的承載能力和土地利用結構造成的影響，因此社會壓力可以從人口壓力和城市發展兩方面考慮，人口壓力選擇人口密度和農業人口比重來表示，城市發展則選擇城市化水平來反映城市的擴張。

土地生態狀態指標表征土地生態環境質量、自然資源與生態系統的狀況，該類指標尤其能反映區域的生態涵養能力。資源狀態主要反映豐都縣土地資源的現狀和土地資源的利用情況，本文選擇與生態狀況密切相關的主要生態用地的指標，包括耕地面積比重、林地面積比重、草地面積比重；環境狀態，這里主要是指生態環境的狀態，在受到來自自然、社會、經濟各方面的影響后，生態環境狀態必然會出現變化。由于本文是對土地的生態安全評價構建指標體系，因此主要考慮與土地生態系統相關的指標，本文選取森林覆蓋率、平均土壤侵蝕模數、水土流失面積比例為代表；經濟狀態反映土地生態系統在自然環境和社會經濟雙重壓力下的產出狀態，這里選擇人均糧食產量來表示。

土地生態響應指標表征人類面臨土地生態環境問題所采取的對策與措施，也直接顯示出區域經濟社會發展水平。經濟方面的響應主要是改善原來的粗放式經營，提高其投入產出，因此本文選取人均GDP、第三產業比重、農村居民人均純收入這三個指標來反映；社會響應主要表現在對污染的處理和改善上，結合壓力、狀態所選擇的指標，本文選擇工業廢水處理達標率、環保投入占GDP比重、水土流失治理率、建成區綠化覆蓋率來表示。其中，水土流失治理率是指水土流失治理面積占水土流失總面積百分率。

2.3 數據獲取

文中數據主要來自《重慶市統計年鑒》(2007—2012年)，重慶市水利局發布的《重慶市土壤侵蝕數據表》(2006—2011年)，《豐都縣統計年鑒》(2007—2012年)，《重慶市豐都縣國民經濟和社會發展統計公報》(2008—2011年)及豐都縣2006—2011年的土地利用變更數據。

2.4 土地生態安全指數計算過程

2.4.1 指標閾值的確定 根據已有對土地生態安全評價的研究成果[16,23-29]和目前國際公認值、聯合國環境規劃署的相關標準、全國平均值、重慶市平均值和部分國家行業標準，如《土壤侵蝕分類分級標準》(SL190—96)、《國家生態環境狀況評價技術規范》(HJ/T192—2006)、國家環保總局制定的《生態縣、生態市、生態省建設指標(試行)》確定指標體系的標準區間閾值，對尚沒有明確規定的和沒有確切數據指標的標準值的確定，參照國內外相似城市和地區的社會經濟發展現狀合理確定，再結合豐都縣的實際情況，設定評價指標閾值(表2)。

表2 豐都縣土地生態安全評價指標的標準閾值

注：+代表正向指標；-代表負向指標。

2.4.2 數據標準化 本文通過極差法對各指標進行標準化處理，來消除指標間不同量綱的影響。評價某區域n年的包括m個評價指標的土地生態安全狀況，其原始指標數據矩陣X為：

對X進行標準化處理，標準化公式為：

Yij=(Xij-minxi)/(maxxi-minxi)

(正向指標，指數值越大越好)

(1)

Yij=(maxx1-Xij)/(maxxi-minxi)

(負向指標，指數值越小越好)

(2)式中：Yij——原始指標Xij標準化后的值；minxi——第i個指標的標準最小值；maxx1——第i個指標的標準最大值，對于原始數據中超出值域范圍的值，根據指標的類型分別取值為0或1。標準化后，樣本矩陣轉化為標準化矩陣Y，Y=(Yij)n×m，其中Yij∈[0,1]。

2.4.3 指標權重的確定 本文采用熵權法確定權重，當評價問題有m個指標，n個評價對象時，第j個指標的熵值Pj定義為：

(3)

(4)

2.4.4 土地生態安全狀況綜合得分計算 雖然各指標可以從不同的方面反映出區域土地生態安全的狀態，但區域土地生態安全是各因素綜合疊加作用的結果。因此，必須在指標標準化和權重確定的基礎上對區域生態安全進行綜合計算。本研究中定義土地生態安全綜合指數A，數學模型為：

(5)

式中：A——土地生態安全綜合指數；wj——第j個指標的權重系數；yij——第i年第j個指標的標準化值；m——指標個數。為了計算結果的簡單明了，本文將每項評價指標標準化后的數值yij進行百分制轉化，所以土地生態安全綜合得分在0～100之間。但僅僅從數字上很難直觀地對土地生態安全狀況進行評價，因此，根據計算得出的土地生態安全綜合指數，借鑒以往對土地生態安全評價分級的研究成果[30]，將豐都縣土地生態安全綜合指數，采用非等間距法，劃分為5個等級(表3)。綜合指數越大，土地生態安全狀況越好，反之則越差。

表3 土地生態安全評價分級標準

3 土地生態安全評價結果

根據上述指標體系和評價方法，計算得出豐都縣2006—2011年的土地生態安全綜合指數及各類型影響指標的結果(表4)。

3.1 土地生態安全綜合評價結果

對豐都縣2006—2011年的土地生態安全綜合指數變化走勢分析表明，土地生態安全指數整體處于上升階段，其中2006—2009年土地生態安全狀態處于快速好轉階段，2009—2010年土地生態安全狀態有所惡化，2009—2010年土地生態安全狀態處于較平穩階段。豐都縣土地生態安全綜合指數由2006年的29.72上升到2009年的35.17，又下降到2011年的31.65，區域整體生態安全水平不斷提高。根據土地生態安全分級標準(表3)，豐都縣土地生態安全狀態2006年仍處于“敏感級”安全狀態，生態系統服務功能已大量退化或喪失，水土流失、土壤污染等部分生態壓力已超出其承載能力，生態涵養能力較弱。豐都縣土地生態安全狀態2007—2011年上升至“臨界級”安全狀態，表明三峽庫區生態涵養區的土地生態系統結構已在人類活動的影響下，有了較好的恢復，生態涵養能力有所提高，但極個別生態壓力指數仍超出了土地生態系統的承載能力。

3.2 土地生態壓力評價結果

豐都縣的土地生態壓力指數整體處于不斷下降的趨勢，中間略有波動，從2006年的14.29下降到2011年的7.29，表明豐都縣的土地生態安全狀況面臨的壓力在不斷增大。其中，環境壓力指數下降明顯，2009—2011年更是逐年下降，主要原因是化肥、農藥的大量施用，單位耕地面積化肥使用量從232.13 kg/hm2增加到273.71 kg/hm2，2009—2011年的單位耕地面積化肥使用量均超過國家生態縣建設標準250 kg/hm2的下限，造成農業面源污染進一步加重，土地質量下降。社會壓力指數從2006年的2.07上升到2.40，主要是因為隨著城鎮化的加速、戶籍制度改革的推進以及三峽庫區移民搬遷安置的完成，豐都農業人口從2006年的66.95萬逐漸減少到2011年的66.60萬人，農業人口比重也從68.00%下降到57.60%。同時，城鎮化水平從25.00%上升到34.51%，人口密度從278人/km2增加到290人/km2，城鎮化的快速發展和較大的人口壓力，使得社會壓力指數增加得較為緩慢。資源壓力指數基本不變，人均耕地面積6 a內無較大變化，但三峽工程就地后靠移民地區新增人口對耕地的需求，導致部分坡地開墾，土地利用強度加大，生態環境局部惡化。

3.3 土地生態狀態評價結果

豐都縣的土地生態狀態指數從2006年5.30上升到2011年的6.67，土地生態狀態趨于好轉，資源、環境、經濟三個要素指數變化都較大。其中，環境狀態指數由2.50提高到3.11，生態環境狀態得到改善，主要是因為國家在三峽庫區實施的退耕還林還草工程、天然林保護工程、長江上中游水土流失種地防治工程、長江防護林工程等，促進了庫區生態環境建設，逐步恢復了森林植被，且一定程度上控制了水土流失，該指數也象征著豐都縣土地生態涵養能力的提高。2011年森林覆蓋率達到38.4%，比上年提高1.8個百分點。但環境狀態指數在2008年有一個明顯下降點，主要因為2008年水土流失面積比例較大，達到65.99%。經濟狀態指數主要根據人均糧食產量這個指標得出，人均糧食產量由2006年的349.5 kg增長到2007年的421 kg之后就維持在410 kg的水平，到2011年又減少至400 kg以內，整體呈波動性上升，主要是因為豐都縣農村外出務工人員增多(僅2011年就轉移輸出農村勞動力23.20萬人)，加之部分后靠移民地區土地瘠薄，糧食產量較低。資源狀態指數略有下降，主要是因為隨著耕地保護政策的落實和后靠移民的生計需求，耕地面積比重進一步增大，從2006年的27.28%增加到2011年的28.63%。

3.4 土地生態響應評價結果

土地生態響應指數在土地生態安全指數中所占比重較大，整體呈上升趨勢，從2006年的10.13上升到2011年的17.69。其中經濟響應指數增長迅速，由3.72上升到11.35，豐都縣人均GDP從2006年的6 203.00元增長至2011年的10 878.00元，農村居民人均純收入從2 479.05元增長到5 991.00元，2011年人均生活消費支出2 770.00元，比上年增長39.00%，以上數據均表明在后三峽時期豐都縣經濟的快速發展。社會響應指數整體變化不大，在2009年出現一個最高值，是因為在三峽工程的后續工作中，國家對三峽移民工作的高度重視和大量資金的投入，豐都縣人居環境、城鄉基礎設施和公共服務設施明顯改善，豐都縣環保投入資金從2006年的15 145.10萬元增加到2011年的29 646.25萬元，建成區綠化覆蓋率由33.00%增長到38.70%。加之為增加生態涵養功能而進行的生態屏障區建設，在土地生態功能建設、植被恢復與生態廊道建設、城集鎮生活污水垃圾處理、生態工業園區集中控污和農村面源污染防治等方面也采取了措施，豐都縣工業廢水處理達標率從74.00%升高到75.10%，水土流失治理率由54.32%上升到74.28%。

表4 豐都縣2006-2011年的各項指標的土地生態安全評價結果

根據上述分析，從豐都縣土地生態安全各項指標的評價結果(表4)來看，豐都縣土地生態安全面臨的主要壓力來自于污染物(化肥、農藥)對環境的破壞、人口的過快增長和快速城鎮化過程中對環境造成的負影響；土地生態安全狀況的好轉，得益于經濟發展水平的提高和相關政策的大力實施。土地生態壓力指數和土地生態響應指數對土地生態安全的貢獻度較大，土地生態狀態指數對其貢獻度較小。說明豐都縣在維持土地生態狀態變化不大的情況下，土地生態安全面臨的壓力和對其經濟社會響應之間，呈拉鋸式循環增減。土地生態壓力增大，土地生態狀態惡化，促使國家和地方作出積極響應，增加對生態環境問題治理的投入，土地生態狀態又趨于好轉。如何實現生態涵養和經濟發展的雙贏，是實現生態涵養發展型區域功能定位的關鍵，也是此類型區域當前急需解決的重大理論問題和實踐問題。

4 結 論

(1) 2006—2011年豐都縣的土地生態狀況漸趨改善。2006年土地生態安全綜合指數為29.72，處于土地生態安全“敏感級”；2011年土地生態安全綜合指數為31.65，處于土地生態安全“臨界級”。豐都縣土地生態安全狀況的好轉和生態涵養能力的提高，依賴于國家和地方對環境保護和生態建設的大力投入、對現有生態環境問題的治理。

(2) 豐都縣的生態涵養和發展尚未實現良性互動。豐都縣2006—2011年土地生態壓力指數和土地生態響應指數呈現拉鋸式循環增減，經濟發展快速但面臨的環境壓力也與日俱增，生態涵養能力與經濟社會發展水平不同步。

(3) 基于P-S-R概念框架模型的土地生態安全評價指標體系結構簡單明了，計算出的結果較符合豐都縣2006—2011年土地生態安全狀況變化的實際情況。土地生態安全狀況是自然環境及人類行為共同作用的結果，不同區域的評價指標選取應有所差異，如果指標選取中對區域本底要素考慮不足，將會影響土地生態安全評價結果的準確性。因此，未來的土地生態安全研究中，應進一步緊密結合區域類型，建立完善的土地生態安全評價體系。

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LandEcologicalSecurityEvaluationofEcologicalConservationDevelopmentalAreasBasedonP-S-RModel—ACaseStudyofFengduCounty,Chongqing

WANG Xue, YANG Qing-yuan, HE Chun-yan, HOU Pei

(SchoolofGeographicalSciences,SouthwestUniversity,Chongqing400715,China)

According to the ecological condition and the characteristics of land resources in ecological conservation developmental areas, a comprehensive evaluation index system of land ecological security was built based on the PSR (pressure-state-response) model, and entropy weight method and comprehensive index method were employed to determine each index weight and evaluate the land ecological security condition of Fengdu County in Chongqing from 2006 to 2011. The results can be shown in the following aspects: (1) land ecological security of Fengdu County in 2006 was at sensitive level, comprehensive index of which was 29.72, while it was at critical level in 2011, comprehensive index of which rose to 31.65; (2) as time went by, the state of land ecological security had changed for the better benefiting from governance of ecosystem problems by national and local governments and effects on ecological environment construction; (3) because the rapid development of economy brought enormous environmental pressure, Fengdu County′s ecological conservation ability was not synchronized with the level of economic and social development during the period of 2006—2011.

land ecological security; P-S-R model; ecological conservation developmental areas; Fengdu County

2013-12-10

：2014-02-10

“西南山區生態敏感區典型區域土地生態狀況信息提取與精細評估”項目(201315106397);國土資源部公益性行業科研專項經費項目“內陸開放區土地整治關鍵技術研究”(201311006-03)

王雪(1989—),女,河南新鄉人,碩士研究生,主要研究方向:土地利用與國土規劃。E-mail:wangxue02102@163.com

楊慶媛(1966—),女,云南騰沖人,教授,博士生導師,主要研究方向:國土資源與區域規劃、土地經濟與政策等。E-mail:yizyang@swu.edu.cn

F301.24

：A

：1005-3409(2014)03-0169-07