基于PSR和GM（1,1）模型的安徽省土地生態(tài)安全預(yù)警與分析

談晟薈 張中浩 聞熠

摘要基于PSR模型和相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建安徽省土地生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系，采用熵權(quán)法對2010—2016年安徽省土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行評測，運(yùn)用GM（1，1）模型對2017—2020年土地生態(tài)安全狀況做出預(yù)警。結(jié)果表明：安徽省土地生態(tài)安全狀況從2010年的0.355 （重警）上升到2016年的0.671（中警），土地生態(tài)安全狀況有所好轉(zhuǎn)，系統(tǒng)壓力層、系統(tǒng)狀態(tài)層以及系統(tǒng)響應(yīng)層指數(shù)均呈上升趨勢。2017—2020年的預(yù)警值分別為0.776（中警）、0.875（輕警）、0.987（無警）和1.113（無警），表明未來4年安徽省土地生態(tài)狀況將持續(xù)好轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞PSR模型;GM（1，1）模型;土地生態(tài)安全;安徽省

中圖分類號F205文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611（2019）03-0001-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.03.001

土地資源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人們生產(chǎn)生活和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要載體。土地生態(tài)系統(tǒng)是整體生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對土地資源的合理配置和保障其生態(tài)安全關(guān)系到區(qū)域的整體安全，因此對區(qū)域土地生態(tài)安全的研究顯得意義重大[1]。近年來，城市化和工業(yè)化進(jìn)程不斷加速導(dǎo)致土地利用強(qiáng)度不斷增加，使得土地安全問題日益突顯，國家對于生態(tài)環(huán)境建設(shè)給予高度關(guān)注，《十三五生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》第六章中指出，要完善風(fēng)險(xiǎn)防控和應(yīng)急響應(yīng)體系，有效防范和降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，健全資源環(huán)境承載力預(yù)警機(jī)制，對接近和達(dá)到警戒線的區(qū)域進(jìn)行管制。

土地生態(tài)安全預(yù)警是生態(tài)安全研究中的一個熱點(diǎn)問題。目前，國內(nèi)外學(xué)者對此進(jìn)行了一些研究。從預(yù)警模型方面來看，主要有GM（1，1）模型[2]、GM（1，1）無偏模型[3]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[4]、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[5]、情景分析模型[6]、調(diào)控分析模型[7];從研究區(qū)域來看，主要集中在對生態(tài)系統(tǒng)敏感、脆弱的地區(qū)，以省、市一級行政單位為基礎(chǔ)[8];從研究內(nèi)容來看，主要研究土地生態(tài)安全的目前狀態(tài)，并利用相關(guān)模型預(yù)測其發(fā)展趨勢，提出改善建議[9]。總體來看，相關(guān)理念和技術(shù)方法已經(jīng)成熟。然而，對于安徽省土地生態(tài)安全的研究，仍停留在評價(jià)土地生態(tài)安全的目前狀況，缺乏預(yù)警研究。

該研究選取安徽省為研究區(qū)域，運(yùn)用熵權(quán)法賦權(quán)，得到綜合評價(jià)值，以期對現(xiàn)有土體生態(tài)安全狀況做出定量、定性的評價(jià)，利用GM（1，1）模型對安全趨勢做出合理預(yù)測。

1研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1研究方法

1.1.1PSR模型法

壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型（PSR）。此模型于20世紀(jì)80年代由國際經(jīng)濟(jì)與發(fā)展組織提出，旨在構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系，對區(qū)域生態(tài)安全進(jìn)行評估[10]。該指標(biāo)體系由三部分組成，即壓力系統(tǒng)（P）：表征人類對生態(tài)系統(tǒng)造成壓力的相關(guān)指標(biāo);狀態(tài)系統(tǒng)（S）：表征生態(tài)系統(tǒng)目前狀態(tài)的相關(guān)指標(biāo);響應(yīng)系統(tǒng)（R）：表征人類應(yīng)對生態(tài)系統(tǒng)變化所采取行動的相關(guān)指標(biāo)。基于PSR理念和相關(guān)論文成果[11-12]，選取23個評測指標(biāo)，構(gòu)建了安徽省土地生態(tài)安全評價(jià)模型（表1）。

1.1.4土地生態(tài)安全等級劃分。

依據(jù)現(xiàn)有研究成果，將生態(tài)安全等級劃分為5個等級，即重警、中警、輕警、預(yù)警、無警[13]（表2）。

1.2數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》（2011—2016）、安徽省環(huán)境保護(hù)廳、《國家環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、安徽省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、《中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》，部分統(tǒng)計(jì)指標(biāo)通過對相關(guān)數(shù)值的計(jì)算獲得。

2安全預(yù)警與分析

依據(jù)以上研究方法，采用熵權(quán)法計(jì)算得到安徽省2010—2016年土地生態(tài)安全綜合評價(jià)指數(shù)，利用GM（1，1）模型計(jì)算得到2017—2020年土地生態(tài)安全綜合指數(shù)預(yù)測值。

2.1目標(biāo)層土地生態(tài)安全指數(shù)預(yù)警及分析

在建立GM（1，1）模型的基礎(chǔ)上，通過對相關(guān)數(shù)值的計(jì)算，對未來4年安徽省土地生態(tài)安全目標(biāo)層狀況做出預(yù)測（圖1），目標(biāo)層預(yù)測公式為：X（t+1）=2.966 759e0.113t-2.611 504。預(yù)測值為0.776 3，0.875 3，0.986 8，1.112 5。表4為該公式的擬合結(jié)果，其中P=1（好），C=0.168（好），表明模型精度高，符合要求。自2010年以來，安徽省的土地生態(tài)安全狀況一直朝著良好的方向發(fā)展，從指標(biāo)層數(shù)據(jù)分析來看，第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重、 單位耕地化肥施用量、單位耕地農(nóng)藥使用量、工業(yè)廢水排放量均呈下降趨勢;森林覆蓋率、人均地區(qū)生產(chǎn)總值、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、人均公園綠地面積、農(nóng)村人均純收入、環(huán)保投資占GDP比重、污水處理率、生活垃圾無害化處理率、建成區(qū)綠化覆蓋率、水土流失綜合治理面積均呈上升趨勢。綜合來看，負(fù)向指標(biāo)的下降，正項(xiàng)指標(biāo)的上升，是導(dǎo)致安徽省土地生態(tài)安全狀況好轉(zhuǎn)的主要推動力。2010年安徽省十一屆人民代表大會第二十次會議通過了《安徽省環(huán)境保護(hù)條例》，該條例中監(jiān)督管理、保護(hù)和改善環(huán)境、防治污染和其他公害、法律責(zé)任等相關(guān)政策的出臺和實(shí)施，切實(shí)有效地改善了安徽省的土地生態(tài)環(huán)境狀況。

2.2壓力層土地生態(tài)安全指數(shù)預(yù)警及分析

在建立GM（1，1）模型的基礎(chǔ)上，通過對相關(guān)數(shù)值的計(jì)算，對未來4年安徽省土地生態(tài)安全壓力層狀況做出預(yù)測（圖2），壓力層預(yù)測公式為：X（t+1）=0.160 278e0.239t-0.053 93。預(yù)測值為0.260 1、0.341 8、0.449 3、0.590 6。表5為該公式的擬合結(jié)果，其中P=1（好），C=0.403（較好），表明模型精度較高，符合要求。自2010年以來，壓力層的安全指數(shù)呈先下降后上升的趨勢，大致可分為2個階段，即2010—2013年為下降時(shí)期，2013—2016年為波動上升時(shí)期。就下降階段而言，單位耕地化肥施用量從7 647.6 t/hm2增加到7 970.0 t/hm2;一般工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量從9 158.17萬t增加到12 022.3萬t，地膜使用量從3.73萬t增加到4.05萬t，這些指標(biāo)的變動導(dǎo)致該時(shí)間段系統(tǒng)壓力增大，從而使得系統(tǒng)壓力評分變低。就上升階段而言，第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重從2013年的11.79%下降到2016年的10.64%;單位耕地化肥施用量從7 635 t/hm2下降到5 568 t/hm2;單位耕地農(nóng)藥使用量從281 t/hm2下降到180 t/hm2。這些指標(biāo)的變動是壓力系統(tǒng)好轉(zhuǎn)的主要原因。

2.3狀態(tài)層土地生態(tài)安全指數(shù)預(yù)警及分析

在建立GM（1，1）模型的基礎(chǔ)上，通過對相關(guān)數(shù)值的計(jì)算，對未來4年安徽省土地生態(tài)安全狀態(tài)層狀態(tài)做出預(yù)測（圖3），狀態(tài)層預(yù)測公式為：X（t+1）=2.051 276e-0.072t-1.884 722。預(yù)測值為0.249 3、0.268 7、0.289 6、0.312 0。表6為該公式的擬合結(jié)果，其中P=0.857（較好），C=0.464（較好），表明模型精度較高，符合要求。自2010年以來，響應(yīng)層的狀況有所好轉(zhuǎn)，呈波動上升趨勢。從指標(biāo)層的數(shù)據(jù)變動來看，森林覆蓋率穩(wěn)步上升，7年間上升了1.12%;第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重的增加，有效調(diào)整了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，使農(nóng)業(yè)、工業(yè)對于土地壓力進(jìn)一步減小;農(nóng)村人均純收入增幅較大，從2010年的6 895.62元/人增長到2016年的15 514.88元/人，說明農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展樂觀;人均公園綠地面積增加也使得系統(tǒng)響應(yīng)層狀態(tài)好轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，關(guān)注城市建成區(qū)面積的迅速擴(kuò)張，城市擴(kuò)張占用了大量的土地資源，人口集聚導(dǎo)致環(huán)境污染，工業(yè)建筑以及道路系統(tǒng)的建設(shè)在一定程度上危害土地生態(tài)安全。

2.4響應(yīng)層土地生態(tài)安全指數(shù)預(yù)警及分析

在建立GM（1，1）模型的基礎(chǔ)上，通過對相關(guān)數(shù)值的計(jì)算，對未來4年安徽省土地生態(tài)安全響應(yīng)層狀態(tài)做出預(yù)測（圖4），響應(yīng)層預(yù)測公式為：X（t+1）=2.051 276e0.072t-1.884 722。預(yù)測值為0.289 1、0.317 2、0.34 8、 0.381 8。表7為該公式的擬合結(jié)果，其中P=0.857（較好），C=0.495（較好），表明模型精度較高，符合要求。自2010年以來，響應(yīng)層的狀態(tài)有所好轉(zhuǎn)。從指標(biāo)層來看，環(huán)保投資占比穩(wěn)步上升，從2010年的1.46%上升到2016年的2.04%，說明政府越來越重視區(qū)域的環(huán)境保護(hù)，加大了資金投入和管理力度。其中，污水處理率、生活垃圾無害化處理率以及建成區(qū)綠化覆蓋率均呈上升趨勢，有效地改善了區(qū)域環(huán)境狀態(tài)，使土地壓力減小。在應(yīng)對自然災(zāi)害方面，水土流失綜合治理面積從2010年的4.3 hm2增加到2016年的21.0 hm2，有效降低了土地生態(tài)安全的風(fēng)險(xiǎn)。

3結(jié)論與討論

（1）2010—2016年安徽省土地生態(tài)安全警情分別為重警、重警、中警、中警、中警、輕警、輕警，土地生態(tài)狀況好轉(zhuǎn)。系統(tǒng)壓力層、系統(tǒng)狀態(tài)層、系統(tǒng)響應(yīng)層指數(shù)均呈上升趨勢，表明安徽省環(huán)境保護(hù)條例自2010年實(shí)施以來，成效顯著。

（2）利用GM（1，1）模型預(yù)測得到2017—2020年安徽省土地生態(tài)安全預(yù)警值指數(shù)分別為0.776 3、0.875 3、0.986 8、1.112 5。模型精度檢驗(yàn)：P=1，C=0.169，表明模型精度高，預(yù)測值可信度高。未來4年安徽省土地生態(tài)安全狀況朝著無警方向發(fā)展，土地生態(tài)安全狀況進(jìn)一步好轉(zhuǎn)，達(dá)到最優(yōu)情況。

（3）在PSR模型構(gòu)建中，該領(lǐng)域?qū)υu價(jià)指標(biāo)體系尚未形成一個明確的體系，該研究在指標(biāo)選取上，舍棄一些不連續(xù)的指標(biāo)，因而指標(biāo)選取存在一定的局限性。在今后的研究中，可以運(yùn)用合理的插值方法將缺失的數(shù)據(jù)補(bǔ)齊并加入測評，使得指標(biāo)體系更具針對性和豐富性。

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