基于PSR模型的袁州區土地生態安全評價

曹麗萍，羅志軍*，段美兒，冉鳳維

(1.江西農業大學 國土資源與環境學院，江西 南昌 330045；2.江西省鄱陽湖流域農業資源與生態重點實驗室，江西 南昌 330045；3.江西同致土地規劃勘測設計有限公司，江西 南昌 330038)

基于PSR模型的袁州區土地生態安全評價

曹麗萍1,2，羅志軍1,2*，段美兒3，冉鳳維1,2

(1.江西農業大學 國土資源與環境學院，江西 南昌 330045；2.江西省鄱陽湖流域農業資源與生態重點實驗室，江西 南昌 330045；3.江西同致土地規劃勘測設計有限公司，江西 南昌 330038)

土地生態安全是區域可持續發展的重要保證。針對袁州區土地資源的利用狀況和所面臨的主要生態問題，應用改進的PSR模型框架，構建了袁州區土地生態安全評價指標體系，并引入相對熵理論計算貼近度的方法確定權重，采用綜合指數模型，計算了該區域2005～2014年的土地生態安全綜合分值。結果表明：2005～2014年區域土地生態安全整體水平逐漸提高，安全級別由臨界級改善至良好級，但土地生態安全問題仍然嚴峻。另外，土地生態內部壓力不協調，應從根本上減少土地生態壓力。

土地生態安全；PSR模型；相對熵理論；貼近度；袁州區

土地資源是人類賴以生存的重要條件之一，是一切生產和生活的必要條件，土地資源具有兩重性，自然屬性和社會經濟屬性[1]。受人類活動的影響，土地資源屬性發生了改變，土地的生態結構和功能不斷下降，進而引起生態系統退化，這正是普遍存在的全球性問題，使得土地生態安全逐漸成為各級政府及國內外專家學者所關注的熱點。土地生態安全是指在一定的區域內，土地生態系統在受到外界不同程度的干擾或脅迫下始終能保持自身生態健康，且能夠滿足人類所需的社會經濟效益和生態效益[2-3]。指標體系的選擇是土地生態安全評價的核心。目前，大多數研究采用PSR模型來構建指標體系。本文將對PSR模型的指標體系做了一定的改進，P(壓力)將從環境、人口和經濟3個方面篩選指標，S(狀態)從環境、和經濟3個方面篩選指標，R(響應)具體從經濟和政策3個方面篩選指標。并從“原因-效應-反應” 3個方面，清晰反映出生態安全狀況變化之間的因果關系和變化過程，使指標體系的構建更加科學合理。土地生態安全評價的難點之一就是如何科學合理地確定指標的權重，在已有研究中，大部分確定權重的方法都是單一賦權法，極少數是組合賦權法[4]，但其科學合理性有待商榷。為此，本研究將引入相對熵理論計算貼近度的方法，以科學合理地確定權重。

本文以江西省宜春市袁州區為例，構建了基于改進的PSR模型的袁州區土地生態安全評價指標體系和評價模型，對該區域2005～2014年的土地生態安全狀況進行評價，在此基礎上探討了提升土地生態安全的對策，以期為袁州區環境、社會和經濟的可持續發展提供參考。

1 研究區域概況

袁州區屬江西省宜春市市轄區，是宜春市的政治、經濟、商業、教育、文化、交通中心，地處東經113°54′～114°37′，北緯27°33′～28°05′，東連分宜，西接上栗、蘆溪，南臨安福，北界萬載、上高和湖南省瀏陽市，現轄9個街道、16個鎮、6個鄉，土地總面積2532.36 km2，總人口約106.23萬人，實現地區生產總值209.83億元。袁州區南西北三面地勢較高，邊緣多山環抱，中東部較低，丘陵廣布，間有狹窄河谷平原，屬亞熱帶季風性濕潤氣候。受自然環境以及人類活動對土地資源的影響，袁州區易發生洪澇災害，水土流失頻繁，土地退化嚴重，土地生態承載力降低。

2 基于PSR模型的土地生態安全評價方法

2.1 PSR模型

土地生態安全是實現社會可持續發展的核心，安全的生態系統能促進人類的生存和發展。依據PSR模型來構建土地生態安全評價指標體系，從可持續發展角度對土地生態系統安全進行評價，不但有助于改善當地土地質量和生態環境，而且對社會經濟的發展、城鎮化進程起著巨大的推進作用。目前，PSR模型廣泛應用于資源環境保護[5-7]、可持續發展評價[8]、城市土地集約利用[9]等方面。PSR模型能較好地反映土地生態安全的內涵，闡明因人口增加和人類活動的影響，通過給自然環境和社會經濟施加壓力(P)，從而改變了自然資源、環境和社會經濟的狀態(S)，繼而影響決策者、管理者和使用者針對當前狀態采取一定的政策和經濟措施來做出響應(R)；PSR模型從“原因-效應-反應”3個方面，清晰反映出生態安全狀況變化之間的因果關系和變化過程，為區域環境保護和可持續發展對策的制定，奠定了基礎。

2.2 指標權重確定

主觀賦值法是根據決策者對指標的認知程度來確定權重，具有很強的主觀意識，可能偏離實際情況；客觀賦值法確定權重太過依賴實際的問題域，通用性和決策人的參與性較差，甚至可能出現與實際理論經驗相悖。因此，采用組合權重能更加科學合理地反映出指標層對目標層的相對重要程度。本文選取主觀賦值的層次分析法和客觀賦值的標準離差法這2種方法的組合權重作為最終權重，即：

(1)

式(1)中，wi為第i項指標的組合權重，ρj為第j種賦權法的組合權重系數，wji為第j種單一賦值法中第i項指標的權重。

組合權重系數可用貼近度來表示，某一種賦權法的貼近度計算值越小，所對應的組合權重系數就越大。采用相對熵理論來計算貼近度，從熵的角度構造各指標權重之間距離的目標函數，并對目標函數進行優化，可得出目標權重V(v1,v2,…,vi)，即與各單一賦權法取得權重最相近的指標權重。優化目標函數Y如下：

(2)

計算每種賦權法權重wji和目標權重V的貼近度t[wji,v]，然后根據貼近度計算2種賦權法的組合權重系數：

(3)

貼近度用歐氏距離表示：

2.3 數據標準化處理

為了讓各項指標具有可比性，必須統一指標的不同量綱，對每項原始指標進行標準化處理。具體的無量綱標準化模型如下：

假設xij(i=1,2,3,…,10;j=1,2,3,…,17)為第i年第j項指標的實際值，yij為第i年第j項指標的標準化數值，Nj為第j項指標的安全值，nj為第j項指標的惡劣值。

(1)對于正向指標：

(4)

(2)對于逆向指標：

(5)

2.4 土地生態安全綜合分值計算

根據每個指標的最終權重和標準化之后的數值，采用綜合指數法，計算袁州區土地生態安全綜合分值，其模型見公式(6)。

(6)

在式(6)中，Si表示第i年的土地生態安全綜合分值，wj表示第j項指標的權重值，yij為第i年第j項指標的標準化數值，綜合評價值Si在[0,1]之間，其中S值越大，則該區域的土地生態越安全，反之，S值越小，則說明該區域的土地生態安全狀況越差。

2.5 土地生態安全等級評判標準

結合袁州區土地生態安全現狀，借鑒前人的研究成果[11-13]，將土地生態綜合安全分值劃分為5個等級，分別為Ⅴ級，惡劣級(0～0.15分)；Ⅳ級，敏感級(0.15～0.25分)；Ⅲ級，臨界級(0.25～0.55分)；Ⅱ級，良好級(0.55～0.80分)；Ⅰ級，安全級(0.80～1.00分)。

3 土地生態安全評價過程及結果分析

3.1 數據來源

對于袁州區土地生態安全的評價，其原始數據來主要來源于袁州區2005～2014年國民經濟和社會發展統計公報、2005～2014年統計年鑒、2005～2014年土地利用變更數據等資料。

3.2 評價指標體系構建及臨界值的確定

考慮袁州區的實際情況，對指標的選取從自然、環境和社會等方面著手，并遵循系統性、實用性、全面性、獨立性和數據可獲性原則。依托PSR模型，通過壓力-狀態-響應指標框架[10-14]構建了目標層、準則層和指標層，包括壓力指標體系、狀態指標體系和響應指標體系3個子系統共17個指標的土地生態安全評價指標體系。

通過查閱文獻資料[15-16]，包括已有的國際公認值、全國平均值、地區平均值，綜合考慮袁州區生態環境現狀，并在相關專家的建議下，對部分指標的臨界值進行了修正，本文所選用的指標安全臨界值見表1。

表1 袁州區土地生態安全評價指標體系及臨界值

3.3 權重的計算

本文運用層次分析法和標準離差法的組合權重來確定最后的權重，通過式(2)和式(3)計算得到的組合權重系數ρ分別為0.5882、0.4118。層次分析法的權重向量為(0.0656，0.0410，0.0410，0.0246，0.0205，0.1189，0.0984，0.0704，0.1152，0.0384，0.0704，0.0256，0.0999，0.0324，0.0486，0.0243，0.0648)；標準離差法的權重向量為(0.0389，0.0511，0.0300，0.0270，0.0343，0.0729，0.0667，0.0272，0.0358，0.0300，0.0478，0.0883，0.0701，0.0506，0.1279，0.1440，0.0574)；最后由式(1)得到最終權重為(0.0546，0.0452，0.0365，0.0256，0.0262，0.1000，0.0853，0.0526，0.0825，0.0349，0.0611，0.0514，0.0876，0.0399，0.0812，0.0736，0.0618)(圖1)。

3.4 土地生態安全評價結果分析

由式(6)計算得出了袁州區2005～2014年土地生態安全綜合分值，并對綜合分值進行安全等級評判(表2)。

圖1 層次分析法和標準離差法的權重及最終權重

3.4.1 壓力安全評價 由表2可知，袁州區2005～

2014年土地生態壓力分值總體上呈現緩慢上升的趨勢，其中人口壓力分值處于下降狀態，主要原因為該區域老齡化嚴重，出生率居高不下，人口不斷增加。環境壓力分值也處于下降狀態，表明人類對自然環境的干擾增加。如人均耕地面積由2005年的0.0581 hm2/人減少至2014年的0.0518 hm2/人，單位耕地面積農藥使用量、單位耕地面積化肥使用量分別由14.09、307.77 kg/hm2增加至17.54、308.36 kg/hm2；經濟壓力分值處于持續上升狀態，數據表明，農民收入結構從單一逐漸變為多元，不再主要依賴于單一的農業生產活動，且城鎮化率也在持續上升。土地生態壓力分值由2005年的0.1455分上升至2014年的0.1828分，總體上土地生態壓力減少，但其內部壓力不協調，還應從根本上減少土地生態壓力。

表2 袁州區土地生態安全分級評價結果 分

3.4.2 狀態安全評價 由表2可知，土地生態狀態分值由2005年的0.1138分緩慢上升至2014年的0.1485分，表明袁州區的土地生態現狀有所好轉。環境狀態分值從2010年開始，一直保持在穩定狀態，其中袁州區林地面積比重接近安全值，而水域面積卻接近于惡劣值，環境狀態分值有待提升。資源狀態分值基本接近一個穩定值。經濟狀態分值處于快速增長趨勢，單位土地產值和人均糧食產量逐年上升，主要原因是袁州區政府實行的土地復墾和土地整理措施產生了一定的效果，提高了土地產出率。

3.4.3 響應安全評價 由表2可知，土地生態響應分值處于快速增長階段，2005年袁州區的土地生態響應分值最低貢獻率19.21%升至2014年土地響應分值最高貢獻率46.37%。從響應分值來看，經濟響應分值和政策響應分值均處于快速上升的狀態，這也反映了袁州區近10年來社會經濟的快速發展。人均GDP、農民純收入和第三產業所占比重不斷上升。同時，也正是由于人民生活水平的提高，人民意識到保護環境的重要性；另外有關部門采用一系列措施，保護該區域的土地生態安全，加大對該區域生態環境的重視和投入，袁州區土地生態響應分值才得以快速增長。

3.4.4 綜合安全評價 由表2可知，2005～2014年袁州區土地生態綜合值處于波動上升狀態，反映出袁州區的土地生態安全水平總體逐漸提高。根據土地生態安全等級評判標準，安全級別由Ⅲ級(臨界級)改善至Ⅱ級(良好級)，表明受人類活動影響，土地生態系統的結構和功能發生微弱變化，生態系統主要服務功能良好，各類生態壓力未超出生態系統自身的承載能力。2013年，安全級別由臨界級上升至良好級，至2014年的土地綜合分值為0.6177分，更接近于0.55～0.80分良好級的下限。根據2005～2014年袁州區土地生態安全綜合分值的變化趨勢，今后年份的土地生態安全綜合分值仍有可能存在下滑的現象，甚至降至臨界級。因此，袁州區的土地生態安全問題仍然嚴峻。

4 結論與討論

4.1 結論

2005～2014年袁州區土地生態安全水平波動上升，安全級別由Ⅲ級(臨界級)改善至Ⅱ級(良好級)。至2014年土地生態安全綜合值最高為0.6177分，更接近于Ⅱ級(良好級)的下限，土地生態安全問題仍然嚴峻。土地生態響應分值從2005年的最小貢獻率上升至2014年的最大貢獻率，土地生態綜合分值的上升主要得益于土地生態響應分值，而土地生態壓力和狀態響應的分值有待提升。應做好以下幾個方面的工作：(1)嚴格執行計劃生育政策，特別是在二孩政策全面放開之后，要嚴格執行，嚴禁超生，合理控制人口增長；加大對耕地的數量和質量保護。(2)嚴格堅守耕地紅線，保障耕地數量。(3)科學施用適量化肥、農藥，采取適合的耕作制度，有效地利用土地資源，改善土地質量，提升土地產出率，保持良好的農業生態環境。(4)采取強化水資源管理體系、開辟新的水源工程、加大對污水的處理力度以及節約利用水資源等措施。(5)袁州區水資源短缺，隨著社會經濟的快速發展，水資源供需矛盾日益顯現，截至2014年底，袁州區第三產業占主導地位，產業結構逐漸趨向合理，但仍有一些區位條件好、土地收益高但經濟效益低下的本土企業和產業。政府應加強監管力度并定期檢查，必要時可通過正規的法律途徑要求其搬出該地區，為土地集約利用度高的高新技術產業或者土地利用率高的第三產業騰出土地。

4.2 討論

(1)運用相對熵理論計算貼近度確定權重的方法和綜合指數法研究所得結論符合袁州區實際，然而土地生態安全評價工作比較復雜，涉及面很廣，在指標的選取、臨界值的確定，以及評價指標體系的構建方面還需進一步改進。

(2)由于數據的局限性，僅從時間上研究該區域的土地生態安全狀態變化，若能從空間上對該區域進行研究，將能更好地分析區域的土地生態安全的時空動態變化。

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(責任編輯：曾小軍)

Assessment of Land Ecological Security in Yuanzhou District Based on PSR Model

CAO Li-ping1,2, LUO Zhi-jun1,2*, DUAN Mei-er3, RAN Feng-wei1,2

(1. College of Land Resources and Environment, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China;2. Jiangxi Provincial Key Laboratory of Agricultural Resources and Ecology in Poyang Lake Basin, Nanchang 330045, China;3. Tongzhi Land Surveying and Planning Limited Company of Jiangxi, Nanchang 330038, China)

Land ecological security is an important guarantee for regional sustainable development. Aiming at the utilization situation of land resources and the main ecological problems in Yuanzhou district, the paper constructed an index system for the assessment of land ecological security in Yuanzhou district based on the improved PSR model, introduced the method of calculating close degree by relative entropy theory to determine the weights of various indexes, and used comprehensive index model to calculate the comprehensive score of land ecological security in this district during 2005～2014. The results indicated that: in Yuanzhou district from 2005 to 2014, the general level of land ecological security was gradually improved, and the security level increased from critical level to good level; but the land ecological safety problems in this district were still severe. In addition, the internal pressure of land ecology in this district was not harmonious, thus the land ecological pressure should be radically reduced.

Land ecological security; PSR model; Relative entropy theory; Close degree; Yuanzhou district

2017-03-10

江西省科技重大專項(20114ABG01100)；江西省教育廳科技項目(GJJ150421)。

曹麗萍(1992─)，女，江西九江人，碩士研究生，主要從事土地管理方面研究。*通訊作者：羅志軍。

F323.22

A

1001-8581(2017)07-0117-05