基于PSR模型的區域土地利用可持續水平測度

吳海萍, 劉彥花

(廣西師范學院 國土資源與測繪學院, 廣西 南寧 530001)

土地資源利用可持續評價起源于早期的土地分類定級評價和潛力評價以及在此基礎上發展起來的土地適宜性評價，它們共同構成了土地評價的發展歷程。1993年，聯合國糧農組織(FAO)正式頒布的《可持續土地評價綱要》提出了土地可持續利用土地生產性、安全性、土地資源保護性、經濟可行性和社會可接受性的5項基本評價標準[1]。21世紀后，國外一些學者陸續從可持續性角度構建土地利用評價指標體系，對可持續土地利用評價的指標開展試驗研究[2-3]。

近年來，中國土地資源可持續利用評價研究進展迅速，許多學者從不同出發點對區域土地可持續利用的基本理論、評價方法、模式和實現途徑進行了眾多探索,已經形成了一些普適性的研究成果。然而各地區間存在著地區間的特殊性，這種區域特殊性就決定了在經濟發展的不同階段、不同地區的土地利用目標、驅動因素、機制、效益是不一樣的。

目前，區域土地利用的研究已經形成了一些普適性的理論及方法。謝花林等[4]、吳壯金等[5]在土地可持續利用方面進行了大量的研究；秦登華[6]、姚靜林等[7]在土地利用結構與變化方面的也已做出很多研究成果。土地可持續利用演化的研究方法主要運用模型法將復雜土地利用變化進行簡單、定量研究處理，進而研究土地利用動態變化變化以及進行可持續性評價。很多學者在土地利用可持續方面已經做了大量的探索性工作，但這些研究相對比較零散，在計算機集成管理與動態調控系統不夠完善，難以準確把握土地可持續利用動態變化，準確評價土地利用的可持續狀態，從而及時采取應對措施。因此，多學科、多方法的綜合集成研究將成為土地可持續利用系統研究的新熱點。

本研究擬主要應用土地資源學、統計學、計量地理學、土地經濟學理論和方法，以國土資源配置與利用相關政策文本、土地利用統計、調查數據、社會經濟統計資料等詳實的數據資料為基礎，在借鑒前人的基礎上，運用主成分分析方法與PSR模型，對廣西壯族自治區(以下簡稱為廣西)欽州市土地利用可持續水平進行測度，找出影響其土地利用可持續總體水平的主要驅動因素，并提出相應的對策與建議，以期為經濟新常態和社會全面深化改革發展機制下的欽州市土地可持續利用與管理提供決策服務。

1 材料與方法

1.1 研究方法

1.1.1 PSR模型理論 PSR(pressure-state-response)模型即壓力—狀態—響應[8]。它是評估資源利用和可持續性發展的一種模式。最初是由加拿大統計學家David J.Rapport和Tony Friend提出，后被廣泛應用于評價指標體系的構建。其中，壓力指標用來表示造成不可持續發展的人類活動及資源利用方式，狀態指標表示壓力指標下可持續發展的水平與狀態，響應指標則表示人類為了可持續發展所采取的應對措施。

針對土地可持續利用，土地利用面臨著人口數量激增、城市用地不斷外擴、環境的破壞等方面的壓力(P)，使得土地的利用結構、強度、產出強度不斷發生變化(S)，面對土地利用出現的不合理現狀，個人或組織、尤其是政府采取相應的手段來保證社會、經濟、資源協調發展(R)。基于PSR(壓力—狀態—響應)模型(圖1)。

圖1 PSR模型

在借鑒前人經驗的基礎上[9]，根據目標明確原則、系統性原則、可操作性原則建立欽州市土地利用可持續水平測度評價指標，包括5項壓力指標：GDP增長率(X1)、人口自然增長率(X2)、城鎮化水平(X3)、人均糧食占有量(X4)、地均GDP(X5)，5項狀態指標：人均耕地面積(X6)、糧食播種面積(X7)、農村人均住房面積(X8)、商品房銷售面積(X9)、主城區建成區綠地覆蓋率(X10)，5項響應指標：投肥水平(X11)、農田有效灌溉率(X12)、全社會固定資產投資增長率(X13)、農業機械化水平(X14)、基本農田保護面積(X15)，總共15項評價指標[4,7,10]，各項指標說明如表1所示。

1.1.2 主成分分析法 主成分分析法是利用降維的思想，把多指標轉化為少數幾個綜合指標(主成分)。其中每個主成分都是原始變量的線性組合，但各主成分之間互不相關，而這些主成分能夠反映原始變量的絕大部分信息且互不重疊[11-12]。假設有n個樣本用來描述研究對象,每個樣本共有p個變量，這樣就構成了一個n×p階的數據矩陣：

(1)

如果記原始變量指標為x1,x2，…,xp,它們的綜合指標—新變量指標為z1,z2,…,zm(m≤p),則原始變量指標與綜合指標線性組合：

(2)

公式(2)中，系數lij由下面原則確定：

(1)z1,z2,…,zm互不相關。

(2)z1為所有線性組合中方差最大者，z2次之，以此類推，zm方差則最小。這樣決定出來的z1,z2,…，zm分別稱為原變量x1,x2，…,xp的第1，2，…，m主成分。

表1 欽州市土地利用可持續性評價指標體系

1.1.3 綜合評價法 PSR模型從土地利用壓力、狀態、響應3個方面對土地利用可持續水平進行測度，對選取的原始變量進行主成分分析后可得出主成分個數進而求出各指標的權重，利用以下綜合模型即可得出評價目標的綜合得分：

(3)

1.2 研究區概況與數據來源

1.2.1 研究區概況 欽州市位于廣西沿海中心位置，位于東經107°27′—109°56′，北緯20°53′—22°42′。全市總面積為10 842.74 km2，一面臨海三面環山，東北和西北部分主要是山地。欽州背靠大西南，面向東南亞，是廣西北部灣經濟區的海陸交通樞紐，也是西南地區進入東盟國家陸上最便捷的出海口，處在西南中南地區與東南亞往來的節點和前沿，是建設21世紀“海上絲綢之路”的重要門戶港和樞紐城市，在建設“一帶一路”有機銜接中具有重要的戰略地位與作用。2016年欽州市全市常住人口324.30萬人，其中城鎮人口122.59萬人，城鎮化率37.80%。據統計，2016年全市地區生產總值(GDP)總量1 102.05億元，同比增長9%,其中，第一產業實現增加值221.12億元，增長4%；第二產業實現增加值481.89億元，增長11.4%；第三產業實現增加值399.04億元，增長9.4%。三次產業結構為20.1∶43.7∶36.2，工業化進程穩步推進，產業結構進一步優化。全年完成全社會固定資產投資額950.89億元，增長17.4%，增幅比上年回落5.5%，固定資產投資緩中趨穩，其綜合經濟實力在廣西各地級市中處于中級水平。

1.2.2 原始數據的收集 查閱2008—2015年欽州市相關的統計年鑒資料以及政府公報，收集表1中的各項評價指標數據如表2所示。

2 結果與分析

2.1 數據處理

2.1.1 數據標準化處理 對原始變量采用Z-score法進行數據標準化處理[13]，其計算公式為:

(4)

2.1.2 權重計算 運用SAS統計軟件進行土地可持續利用評價指標的主成分分析，得到標準化處理后數據的相關系數矩陣和主成分提取表以及因子載荷矩陣[14]。計算相關系數矩陣的特征值和貢獻率及累計貢獻率，得到主成分提取表3，判斷主成分的提取時，根據特征值不小于1且累計貢獻率為85%～95%就可提取為主成分的原則，前4個主成分Z1，Z2，Z3，Z4特征值都大于1且累計貢獻率已達到92.56%，所以可以確定主成分個數m=4。

表2 欽州市2008-2015年原始數據

表3 欽州市土地利用持續性評價指標體系主成分提取

根據得到的因子載荷矩陣和4個主成分特征值，即載荷與主成分的特征根的平方根的比值，計算得出15個指標在不同主成分線性組合中的系數[15]。

表4 欽州市土地利用持續性評價指標體系各指標的權重

2.1.3 綜合評價計算 根據各個指標的權重值以及原始數據的標準化結果,在各個單項指標評價的基礎上,代入公式(1)，計算得出土地利用可持續性綜合得分(表5)。

表5 欽州市2008-2015年土地利用可持續性綜合得分

2.2 結果分析

2.2.1 總體分析 根據上述可持續水平測度結果進行綜合分析，變化趨勢如圖2所示，PSR模型下各項指標得分如圖3所示。參考已有研究結果[4,18]，將欽州市土地可持續利用水平劃分為臨界可持續利用階段0.068 9～0.085 4分，弱可持續利用階段0.085 4～0.498 1分，可持續利用階段0.498 1～0.570 5分，可持續利用較好階段0.570 5～0.693 9分4個階段。即2008，2014年欽州市土地可持續利用水平為臨界可持續利用階段，2009，2011，2013年欽州市土地可持續利用水平為弱可持續利用階段，2012年欽州市土地可持續利用水平為可持續利用階段，2010，2015年欽州市土地利用水平為較好可持續利用階段。

圖2 欽州市2008-2015年土地利用可持續狀態時序

圖3 欽州市2008-2015年PSR模型下各項指標得分時序

2.2.2 主要指標分析 根據圖2和以上評分標準，欽州市土地利用可持續水平從2008年的臨界可持續水平提升到2010年的土地利用可持續水平較好的階段，2011年土地可持續利用水平出現下降，到2012年土地可持續利用水平變為弱可持續利用階段。根據收集到的欽州市統計年報中的相關資料，利用PSR模型并結合圖3統計結果，對欽州市土地可持續利用水平變化及其主要驅動力進行如下分析。

(1) 土地壓力指標方面。壓力指標值從2008年的0.032 3提高到2010年的0.249 0，但在2011年卻下降到0.089 7年，2012年有所回升，但在2013年就又開始下降，2014年更是降到0.026 0，2015年則又回升。2008—2009年人口數量持續高漲，對糧食的需求量也持續增長，土地利用強度加大的同時地均GDP卻在下降，期間土地可持續利用水平較低。2011年，GDP增長率和城鎮化水平達到了研究時期的最高峰，人口自然增長率也是自2009年后的最高值，土地利用可持續水平出現首降。盡管在2012年稍有回升，但是隨后經濟、人口快速增長以及城市化進程的加快，2013，2014這2 a欽州市土地利用可持續水平呈現持續下降的狀態。2015年，GDP增長速度的有意放緩和人口增長速度的有效控制，欽州市土地利用壓力才得到減緩,欽州市土地可持續利用水平綜合評價分值才有所上升。

(2) 土地狀態方面。土地狀態指標值從2008年的0.014 7上升到2010年的0.113 6，2011年又降到0.040 9。2012年，指標值出現小幅上升后又開始持續下降，直到2015年才回升到0.119 6。其變化原因主要有2個關鍵地方。一是人口增長和社會經濟發展帶來的用地需求的增長，農村人均住房面積從2008年的25.40 m2/人增長到到2015年的38.52 m2/人，增長率為51.65%。另一方面，建設用地的不斷擴張，導致大量的農用地被占用，這樣的情況下，人均耕地面積2008年的0.059 hm2/人降到2012年的0.054 hm2/人，直到2013年才回升到0.057 hm2/人，但是在2014，2015這2 a又降到了0.053 hm2/人。

(3) 土地響應指標方面。土地響應指標值由2008年的0.038 4增長到2010年的0.296 3，2011年土地響應指標值下降到0.036 8，到2012年指標值為0.008 4，繼續呈現下降趨勢,2015年土地響應指標值則上升到0.312。2008—2013年欽州市全社會固定資產投資額、農業機械化化水平和基本農田保護面積都在穩步增長；2015年，欽州市按照廣西壯族自治區國土資源廳耕地占補平衡和“占優補優、占水田補水田”要求，加快實施土地開墾整理項目，施土地整理項目1個，項目規模665 hm2；實施開發項目4個，項目規模409.45 hm2。從土地響應指標方面分析，針對土地利用壓力的增長，加大土地投入，以及實行土地保護等措施，能有效的減緩土地供需矛盾。

3 結 論

研究表明，PSR模型對于土地利用可持續水平的研究是有效合理的，評價結果基本能反映欽州市土地利用可持續水平8 a來的動態變化水平，社會經濟和城市化的快速發展以及人口的急劇增長構成了欽州市土地利用變化的主要驅動力。土地是人們不可或缺的重要基礎資源，在人地矛盾日益突出的今天，對土地利用的可持續水平測度研究具有重要的意義，但是土地利用的可持續水平測度研究也是一個復雜的過程，需要從多方面來進行研究，所以接下來仍要繼續進行進一步的研究。

為了使土地資源得以實現可持續利用，并在維持土地可持續利用的同時不斷提高其可持續水平，針對欽州市土地利用可持續水平動態變化的主要驅動力因素，應從以下幾個方面做出努力：

(1) 積極響應國家政策號召，走綠色可持續經濟發展道路，優化產業結構，減少經濟增長帶來的盲目用地擴張壓力。加強土地利用規劃的執行力度，加強土地用途管制，減少建設用地對農用地侵占，落實最嚴格的耕地保護制度和最嚴格的節約用地制度，貫徹實施“占優補優、占水田補水田”與“補改結合”政策。按照控占用、調方式、算大帳、差別化”的思路，構建“縣域平衡為主，省域調劑為輔，國家統籌為補充”這樣一種占補平衡的新格局。

(2) 合理控制城鎮化發展速度，走健康高質集中型的城鎮化發展道路，在擴張城市范圍同時更應該注重城市內涵發展。

(3) 合理控制人口增長規模，積極引導人們合理利用土地，培養全民惜土意識，積極引導農民依法申請建設用地、引導農民節約集約用地，盡可能利用村中空閑地建房、不占耕地；不斷提高農村土地利用率、提升農業集約化、規模化、產業化經營水平，逐步建立政府引導、市場調節、農民自愿、依法有償的土地承包經營權流轉機制，減少耕地撂荒，實現農業的可持續發展。

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