基于熵權物元模型的重慶市土地生態安全評價

劉 夢， 姜世中

( 1.西南土地資源評價與監測教育部重點實驗室，四川師范大學,四川成都 610101；2.四川師范大學地理與資源科學學院,四川成都 610101)

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基于熵權物元模型的重慶市土地生態安全評價

劉 夢1， 姜世中2*

( 1.西南土地資源評價與監測教育部重點實驗室，四川師范大學,四川成都 610101；2.四川師范大學地理與資源科學學院,四川成都 610101)

以重慶市為研究對象，構建了由壓力、狀態和響應3個要素組成的土地生態安全評價指標體系，采用熵權法和物元模型對重慶市2005～2013年的土地生態安全作出分析和評價。結果表明，2005～2013年重慶市土地生態安全綜合關聯度都為負值，均在(-1，0)區間，表明重慶市土地生態安全狀況均未達到所在的等級，但都具備轉化為所在評價等級的條件，2005～2007、2009～2013年的土地生態安全能夠向安全轉化，2008年的土地生態安全能夠向基本安全轉化，重慶市土地生態安全的大致發展趨勢是向較安全級別轉化，與重慶市社會經濟快速發展、生態環境保護良好有密切關系。

重慶市；熵權法；物元法；土地生態安全

土地為人類提供了生存和發展最基本的物質基礎，它對一個國家或者區域的社會經濟發展起著決定性的作用。隨著經濟的快速發展和人口的急速增長，人們在獲得巨大的經濟利益的同時，水土流失、土地鹽堿化、森林減少等一系列土地生態環境問題日漸加劇，人地矛盾日益突出。在土地資源有限的承載力下，如果人類繼續毫無節制地利用土地，終有一天土地將不再能滿足人們的各種需求。因此，對土地生態安全的研究日益迫切[1-2]。

土地生態安全是一個全新的概念，它是指陸地表層由各種有機物和無機物構成的土地生態系統結構不受破壞，同時土地生態系統為人類提供服務的質量和數量，能夠持續滿足人類生存和發展的需要[3-5]。我國正處于全面建成小康社會、加快推進社會主義現代化建設的關鍵時期，土地生態安全是實現我國社會經濟可持續健康發展的重要保障，具有研究的現實意義和理論意義。筆者利用物元模型和熵權法，對重慶市2005～2013年的土地生態安全作出分析和評價，以期能為重慶市的經濟發展提供參考依據。

1　數據來源與研究方法

1.1研究區概況重慶市位于中國西南部，地處長江上游，地跨105°11′～110°11′E、28°10′～32°13′N的青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，以低山、丘陵為主。轄區東西長470 km，南北寬450 km，總面積8.24萬km2。重慶市氣候溫和，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均降水量豐富，年平均相對濕度大，在我國屬高濕區。重慶是國家重要的現代制造業基地，現已形成了電子信息、汽車、裝備制造、綜合化工、材料、能源和消費品制造等千億級產業集群。2014年全市實現工業增加值5 175.80億元，占全市地區生產總值的36.3%。截至2014年末，重慶市常住人口2 991.40萬，城鎮化率為59.6%。伴隨著工業化和城市化進程的不斷加快，2002～2011年建成區面積的年平均增長率達到13.6%，全市人均耕地面積已接近聯合國糧農組織確定的最低人均耕地面積0.053 hm2，人地矛盾突出[6]。

1.2數據來源數據來源于2005～2013年《重慶統計年鑒》《中國統計年鑒》《中國環境統計年鑒》以及2010～2013年重慶市國民經濟社會發展統計公報。

1.3研究方法

1.3.1物元分析法。物元分析是研究解決不相容問題的規律和方法的新興學科，由我國學者蔡文于20世紀80年代提出[7]。其主要步驟如下。

(1)確定土地生態安全物元。在物元模型中，對于所描述的事物N、事物的特征C以及量值V可以組成物元R[8-9]，表達式為：

R=(N，C，V)。

(1)

(2)確定土地生態安全的經典域物元矩陣。公式為：

(2)

式中,R0j為經典域物元；N0j為所劃分的第j等級，j=(1,2,…,n)；ci為第i個評價指標；(a0j1,b0j1)為對應評價等j級的量值范圍，即經典域。

(3)確定土地生態安全的節域物元矩陣。公式為：

(3)

式中,Rp為經典域物元;ci為第i個評價指標；(api,bpi)為關于評價指標ci的量值范圍。

(4)確定待評物元。把待評對象Nx的物元表示為Rx:

(4)

(5)確定關聯度及關聯函數。公式為：

(5)

1.3.2用熵權法確定權重[10-11]。

(1) 設定在m項評價指標、n個被評價對象的評價體系中，原始矩陣為Dmn：

(6)

(2)利用以下公式對其進行標準化處理，得到歸一化矩陣Rmn。

指數值越大越好型：

(7)

指數值越小越好型：

(8)

(3)計算各項指標的熵值，公式為：

(9)

(4)計算各項指標的權重。公式為：

(10)

1.3.3綜合關聯度的確定。待評對象Nx關于等級j的綜合關聯度Kj(Nx)為：

(11)

式中，Kj(Ni)為待評價對象Nx關于等級j的單指標關聯度;ωi為指標權重值。若Kji=max[kj(xi)]，j=1,2,…,n，則評價對象第i個指標屬于等級j,Kji為評價對象中指標i在等級j中的單指標最大關聯度；若Kjx=max[kj(Nx)],j=1,2,…,n，則評價對象Nx屬于等級j，Kjx為評價對象中指標Nx在等級j中的最大綜合關聯度。

關聯度的數值表示評價單元符合某標準范圍的隸屬程度，當K(x)≥1.0時，表示被評價對象超過標準對象上限，數值越大，開發潛力越大；當0≤K(x)≤1.0時，表示被評價對象符合標準對象要求的程度，數值越大，越接近標準上限；當-1.0≤K(x)≤0時，表示被評價對象不符合標準對象要求,但具備轉化為標準對象的條件,數值越大，越容易轉化；當K(x)≤0時，表示被評價對象不符合標準對象要求，且又不具備轉化為標準對象的條件。

2　結果與分析

2.1土地生態安全評價指標體系構建影響土地生態安全的因素眾多，因此在對評價指標進行選取時就需要考慮到與其相關的自然因素、社會因素、經濟因素，基于這些因素，采用了“壓力—狀態—響應”模式構建了重慶市土地生態安全評價指標體系，并利用熵權法計算出權重，結果見表1。

2.2土地生態安全評價經典域、節域的確定根據土地生態安全的可拓性，本著科學性、客觀性的原則，將重慶市土地生態安全劃分為5個等級，分別是安全(R1)、較安全(R2)、臨界安全(R3)、較不安全(R4)、不安全(R5)。參照環保部頒布的《生態縣、生態市、生態省建設指標(試行)》標準[12]、全國平均水平、以及重慶市平均水平等，確定了重慶市土地生態安全評價的經典域和節域，結果見表2。

表1　重慶市土地生態安全評價指標體系及各指標權重

接下表

注：在指標性質中，正向指標表示數值越大，土地生態安全狀況越良好，數值越小，土地生態安全狀況越惡劣；逆向指標與之相反。

Note：In the property of index, the positive index indicates that the greater the value, the better the land ecological security is, the smaller the value, the worse the land ecological security is; the negative index is on the contrary.

表2　重慶市土地生態安全評價評判標準

2.3評價結果與分析運用熵權物元模型計算2005～2013年重慶市的土地生態安全指標關聯度以及每年土地生態安全評價等級，結果見表3～5。

從表3～4可以看出，2005～2013年重慶市人口自然增長率、人均耕地面積、人口密度、城鎮化率、單位面積耕地化肥施用量、單位面積耕地農藥施用量、第三產業占GDP比重、環保投資占GDP比重等指標生態安全等級整體呈現上升趨勢，主要原因是重慶市社會經濟持續發展快速，第三產業所占比重合理，人口發展戰略和生態環境保護政策合理實施；生活垃圾無害化處理率、工業固體廢物綜合利用率、農村居民恩格爾系數、建成區綠化面積等指標生態安全等級整體偏低。主要原因一是重慶市人口基數大；二是重慶市地處亞熱帶季風氣候，降水主要集中在夏季，容易引發自然災害。

表3　2005年土地生態安全關聯度及安全等級

表4　2006～2013年土地生態安全單指標評價等級

從表5可以看出，重慶市土地生態安全評級等級處于“臨界安全”，2005～2007、2009～2013年的土地生態安全等級具有轉化為“較安全”的條件，2008年的土地生態安全等級具有轉化為“臨界安全”的條件，整體上呈現出由“臨界安全”向“較安全”轉變的趨勢。從每年同等級中對比分析可以發現：N2(2013)>N2(2011)>N2(2010)>N2(2012)>N2(2009)>N2(2007)>N2(2006)>N2(2005)。

2005～2013年重慶市土地生態安全綜合關聯度都為負值，均在(-1，0)區間，表明重慶市土地生態安全狀況均未達到所在的等級，但都具備轉化為所在評價等級的條件。從整體上來看，雖然是由“臨界安全”向“較安全”轉化，但是從具體綜合關聯度上看，2013、2011、2010年較其他幾年更容易向“較安全”轉化。

表5　重慶市土地生態安全評價結果

3　結論

基于上述分析可以看出，2005～2013年重慶市土地生態安全總體上趨于向良好狀態轉變。綜合每年各指標土地生態安全關聯度和綜合關聯度不難看出，農民人均純收入、森林覆蓋率、建成區綠化面積、生活垃圾無害化處理率、工業固體廢物綜合利用率、人均GDP、農村居民恩格爾系數對于重慶市土地生態安全起著重要作用。因此，加強對環境污染的治理和生態壞境的保護、增強抵御自然災害的能力是重慶市土地生態安全發展的重點方向。

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The Evaluation of Land Ecological Security of Chongqing City Based on the Entropy Matter Element Mode

LIU Meng1, JIANG Shi-zhong2*

(1. Key Lab of Land Resources Evaluation and Monitoring in Southwest, Ministry of Education, Sichuan Normal University, Chengdu, Sichuan 610101; 2. The Faculty Geography Resource Sciences, Sichuan Normal University,Chengdu, Sichuan 610101)

Taking Chongqing as the research object, land ecological safety evaluation index system was established including pressure, state and response, land ecological safety of Chongqing during 2005-2013 was analyzed and evaluated by entropy method and matter element method. The results showed that the comprehensive correlation degree of land ecological safety in Chongqing during 2005-2013 was negative(-1, 0), indicating land ecological security situation of Chongqing failed to meet the level, but all have conditions transforming into the evaluation grades. The general development trend of land ecological security in Chongqing City is converted to a more secure level, which is closely related to social and economic rapid development and eco-environment protection in Chongqing City.

Chongqing City; Entropy method; Matter element method; Land ecological security

劉夢(1992- ),女，重慶人，碩士研究生，研究方向：資源開發與區域發展。*通訊作者，教授，博士，碩士生導師，從事水資源可持續利用、氣候變化、人工神經網絡應用等研究。

2016-06-29

F 301.2

A

0517-6611(2016)24-204-05