基于PSR 模型的黑龍江省土地利用系統(tǒng)健康評價及障礙因子診斷

許慧敏，戴紅霞

（東北石油大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，黑龍江 大慶 163000）

近年來，隨著中國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展［1］，土地資源的利用、開發(fā)和浪費問題日益嚴重［2，3］，如何實現(xiàn)土地資源的合理及可持續(xù)性利用逐漸成為國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的焦點問題［4］。黑龍江省作為中國重要的糧食生產(chǎn)大省，土地利用系統(tǒng)的健康狀態(tài)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密不可分。而土地利用系統(tǒng)健康則是以土地利用為基礎(chǔ)，以可持續(xù)發(fā)展為目的，在土地利用系統(tǒng)的自身結(jié)構(gòu)、綜合效益、功能發(fā)揮等方面構(gòu)建健康評價體系［5，6］，對土地利用系統(tǒng)的各方面進行綜合評價，找到由人類活動、自然因素、社會發(fā)展等引起的系統(tǒng)破壞和土地退化［7］，以便提前發(fā)出預(yù)警，使土地得以被健康合理的利用。土地健康（Land health）概念是由Aldo Leopoid 在20 世紀40 年代首次提出，并使用“Land sickness”對土地生態(tài)系統(tǒng)功能的紊亂進行描述［8］。國內(nèi)學(xué)者對土地健康研究進行了相關(guān)探索，提出了“土地利用系統(tǒng)健康”并開展了大量研究。馬文娟等［9］使用熵權(quán)-集對分析法對烏魯木齊市土地利用系統(tǒng)健康進行評價。姚嵐等［10］通過建立土地利用系統(tǒng)健康評價的三角模型對貴陽市土地利用系統(tǒng)的健康狀態(tài)進行評價。周博等［11］采用文獻資料法、層次分析法、多指標綜合評價模型對廣州市土地利用系統(tǒng)健康狀況進行診斷與評價。目前，國內(nèi)關(guān)于土地利用系統(tǒng)健康的研究主要集中在土地利用系統(tǒng)健康內(nèi)涵、土地利用系統(tǒng)健康評價、縣域市域的土地利用系統(tǒng)健康評價等方面，對省域尺度下的評價以及評價之后的診斷和影響土地利用健康發(fā)展的障礙因素的研究還不完善。因此，本研究以黑龍江省為例，運用PSR 模型框架并結(jié)合GIS 技術(shù)分析黑龍江省土地利用變化特征，劃分出黑龍江省的土地利用系統(tǒng)健康等級，找出阻礙黑龍江省土地利用系統(tǒng)健康發(fā)展的主要障礙因素，為黑龍江省土地利用系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和決策參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

黑龍江省位于中國最北和最東端，以中國和俄羅斯的邊界河黑龍江命名。大興安嶺縱貫黑龍江省西部，西北部為東北—西南走向的大興安嶺山地，北部為西北—東南走向的小興安嶺山地，東南部為東北—西南走向的張廣才嶺、老爺嶺、完達山脈（圖1）。黑龍江省總面積47.3 萬km2，總?cè)丝? 773.1 萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值16 361.6 億元，人均可支配收入22 725.8 元。工業(yè)主要分布于西北部，以機械、石油、電力、煤炭等為主體，形成了相對獨立完整的工業(yè)體系，是中國重要的能源、原材料和重型裝備生產(chǎn)制造基地［12］。黑龍江省土質(zhì)肥沃，自然肥力較高，松嫩平原中部是世界三大黑土帶之一，耕地中黑土、黑鈣土、草甸土等優(yōu)質(zhì)土壤占67.5%。主要產(chǎn)出的有水稻、大豆、玉米、馬鈴薯等糧食作物以及甜菜、亞麻、烤煙等經(jīng)濟作物［13］。黑龍江省屬中溫帶寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，是全國熱量最少的省份，2018年全省年平均氣溫僅為3.5 ℃，年平均無霜期100～140 d，年平均風(fēng)速為1.7～4.2 m/s，全年平均降水量為400～600 mm。黑龍江省光照充足，有效積溫≥10 ℃為2 000～2 800（d·℃），適合多種農(nóng)作物及植物的生長。

圖1 黑龍江省行政規(guī)劃

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所使用的遙感數(shù)據(jù)來自2010 年和2018年的TM 遙感影像，分辨率為250 m，采用人機交互解譯生成，坐標系均選用WGS_1984。黑龍江省土地利用類型依據(jù)中國LUCC（Land-use and land-cover change，土地利用/土地覆蓋變化）分類體系劃分為耕地，林地，草地，水域，城鄉(xiāng)、工礦、居民建設(shè)用地和未利用地6 種土地利用類型。

耕地利用系統(tǒng)健康評價原始指標數(shù)據(jù)均為2010—2018 年，來源于《黑龍江省統(tǒng)計年鑒》《黑龍江省農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》《中國統(tǒng)計年鑒》及國家統(tǒng)計局網(wǎng)站黑龍江省自然資源廳、黑龍江省水土保持局網(wǎng)站等。

1.3 評價模型與指標構(gòu)建

1.3.1 評價模型的構(gòu)建 壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（Pressure-state-response，PSR）模型最初是由加拿大統(tǒng)計學(xué)家David J.Rapport和Anthony Marcus Friend 提出，之后由經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）于20 世紀80、90 年代被確定用于研究環(huán)境問題的框架體系［14］。

PSR 模型是指人類活動、消費模式或者經(jīng)濟系統(tǒng)的改變對耕地環(huán)境產(chǎn)生一定的“壓力”，從而改變了處于發(fā)展過程中的耕地環(huán)境“狀態(tài)”，人類為了促進經(jīng)濟發(fā)展等，采取了一系列政策對環(huán)境變化做出了相對應(yīng)的“響應(yīng)”措施。壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三者之間相互聯(lián)系、相互影響、相互制約，在評價可持續(xù)性的基礎(chǔ)上探尋人類活動和環(huán)境變化的因果關(guān)系，因此，本研究選擇PSR模型來評價土地利用系統(tǒng)的健康情況。

1.3.2 評價指標的構(gòu)建 土地生態(tài)安全評價是一項重要的研究內(nèi)容，指標的選擇要注意耕地生態(tài)安全的潛在影響，還應(yīng)考慮到關(guān)于目前耕地生態(tài)的現(xiàn)狀。本研究基于PSR 模型，同時結(jié)合黑龍江省的實際情況，指標選取遵循科學(xué)性和可操作性、區(qū)域性、穩(wěn)定性、主導(dǎo)性等原則［15］，充分考慮指標間的相互影響，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建土地利用系統(tǒng)生態(tài)健康指標體系。

土地利用系統(tǒng)生態(tài)健康的壓力來自于人口的變化、經(jīng)濟的發(fā)展、土地利用類型的不斷變化等。這些壓力會阻礙社會進步、影響經(jīng)濟發(fā)展、對土壤環(huán)境健康發(fā)展十分不利。但是這種土地利用系統(tǒng)的變化會給人類一些信息以保障土地被合理利用，人們相應(yīng)也會產(chǎn)生一些政策和法規(guī)上的響應(yīng)。因此，從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3 個方面來反映黑龍江省土地利用系統(tǒng)健康狀況的評價指標體系，其結(jié)構(gòu)和指標數(shù)據(jù)來源及代表的含義如表1 所示。

2 研究方法

2.1 指標標準化處理

為了消除不同指標數(shù)據(jù)之間量綱的差異，使選取指標數(shù)據(jù)具有可比性，需要對各項指標采用極差化標準處理方法預(yù)處理數(shù)據(jù)［16］。其中，各指標因子效應(yīng)分為正效應(yīng)指標因子和負效應(yīng)指標因子。正效應(yīng)指標因子的數(shù)值越大，表示耕地生態(tài)健康狀況越優(yōu)良；負效應(yīng)指標因子的數(shù)值越大，表示土地生態(tài)健康越不穩(wěn)定。具體計算公式如下。

式中，Yij為指標因子的標準化值；xij為指標因子的原始數(shù)據(jù)；ximin為第i個指標的最小值；ximax為第i個指標的最大值；i為指標項個數(shù)；j為年份。

2.2 指標權(quán)重的確定

為了最大限度避免人為因素干擾，以熵權(quán)法為模型對各個指標提供的信息綜合考慮［17］，進一步計算出綜合指標權(quán)重，并對分析結(jié)果進行整合。根據(jù)標準化處理后的各項指標數(shù)據(jù)計算各項指標的信息熵以及熵權(quán)，計算公式如下。

式中，Yij為標準化矩陣在i項指標第j年標準化數(shù)據(jù)；Ei為第i項指標的信息熵；Pij為第i項指標下第j年的數(shù)據(jù)占該指標評價年份區(qū)間內(nèi)所有數(shù)據(jù)之和的比重；k=1/Inn，這樣就能保證0≤Ei≤1，Pij=0，PijlnPij=0；Wi為熵權(quán)，應(yīng)滿足計算所得各指標的權(quán)重如表2 所示。

表2 耕地利用系統(tǒng)健康評價指標權(quán)重

2.3 綜合指數(shù)的計算

單項指標只能在某些側(cè)面反映出土地利用的健康狀況，對區(qū)域土地的健康程度采用綜合評價法［18］。依據(jù)相應(yīng)權(quán)重將標準化后的各評價指標通過加權(quán)累加計算合成綜合指數(shù)。具體計算方法如下。

式中，F(xiàn)為綜合評價指數(shù)；Wi為壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指標所代表的權(quán)重值；Wj為各系統(tǒng)層下17 個指標的權(quán)重值；Yij為各個標準化后的指標數(shù)據(jù)值。F越接近1 說明土地利用系統(tǒng)健康狀況越優(yōu)良，F(xiàn)越接近0說明土地利用系統(tǒng)健康狀況越危險。

2.4 土地利用系統(tǒng)健康障礙因子診斷

為更好地掌握黑龍江省實際情況，找到影響黑龍江省土地利用系統(tǒng)的主要障礙因素。以黑龍江省土地利用評價結(jié)果為基礎(chǔ)，對單項指標和分類指標的障礙作用大小進行評估［19］。指標因子貢獻度（Cj）表示單項指標對評價結(jié)果的影響程度；指標偏離度（Dij）表示單項指標實際值與最優(yōu)目標的差距；單項指標障礙度（hi）表示第i年指標和單項指標對土地利用系統(tǒng)健康的影響；子系統(tǒng)障礙度（hi）表示單項因素對總目標的影響程度。構(gòu)建土地利用系統(tǒng)障礙診斷模型，主要計算方法如下。

式中，Wi為第i個指標的權(quán)重；Wij為第i個指標第j年的權(quán)重。

2.5 土地利用系統(tǒng)健康級別

在借鑒國內(nèi)外生態(tài)系統(tǒng)健康等級劃分的基礎(chǔ)上［20，21］，將土地利用系統(tǒng)健康級別分為病態(tài)、不健康、臨界狀態(tài)、亞健康和健康5 個等級（表3）。

表3 土地利用系統(tǒng)健康分級標準

3 結(jié)果與分析

3.1 黑龍江省土地利用的面積變化

如圖2 所示，耕地主要集中分布在黑龍江省西南部和東部；草地主要集中分布在黑龍江省西北部，呈斑塊分布；林地主要分布在黑龍江省西北部、中部和東南部。其中林地和耕地占黑龍江省總面積的80%以上，耕地主要集中在松嫩平原和三江平原等，林地主要分布于大興安嶺地區(qū)、張廣才嶺和老爺嶺等。

圖2 黑龍江省2010 年（a）和2018 年（b）土地利用類型分布

由表4 可知，2010 年黑龍江省林地面積為209 963.38 km2，占黑龍江省總面積的46.44%；其次為耕地，面積為164 898.65 km2，占黑龍江省總面積的36.47%；草地和未利用土地面積分別占黑龍江省總面積的6.41%和5.95%，水域和城鄉(xiāng)、工礦、居民建設(shè)用地面積較小，占比加和不到總面積的5%。

表4 黑龍江省土地利用變化面積 （單位：km2）

2018 年黑龍江省土地利用類型與2010 年比較總體呈現(xiàn)“三增三減”。“三增”指的是耕地，城鄉(xiāng)、工礦、居民建設(shè)用地和未利用土地面積增加。“三減”指的是草地、林地和水域面積減少。2018 年黑龍江省地類面積增加數(shù)量最多的是耕地，面積凈變化量為13 135.19 km2，以0.89%的年均變化率增加，其面積為178 033.84 km2，占黑龍江省總面積的39.37%；未利用土地面積是增加幅度最大的地類，年均變化率為5.37%，其面積為39 877.09 km2，占黑龍江省總面積的8.82%；城鄉(xiāng)、工礦、居民建設(shè)用地不斷擴張，增加幅度較大，年均變化率為2.99%，其面積為8 855.14 km2，占黑龍江省總面積的1.96%。面積減少數(shù)量最多的地類是林地，凈變化量為14 461.52 km2，其面積為195 501.86 km2，但仍占黑龍江省總面積的43.24%；草地年均減少幅度較大，年均變化率為3.42%，其面積為20 079.59 km2，占黑龍江省總面積的4.44%；水域面積年均減少幅度最大，為3.56%，面積凈變化量為4 627.28 km2，其面積為9 802.19 km2。

導(dǎo)致上述變化的原因主要是隨著黑龍江省經(jīng)濟的不斷發(fā)展，人口不斷增加，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程加快，使得人們對各類建設(shè)用地項目需求不斷增加。并且隨著黑龍江省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，對土地的重新規(guī)劃也使得土地利用與結(jié)構(gòu)類型不斷變化。由于不合理的耕作方式、林地的不合理砍伐開墾等造成黑龍江省部分地區(qū)水土流失、土地沙化、草地退化，進而造成未利用土地面積增加。

3.2 綜合評價結(jié)果

3.2.1 綜合評價 基于上述建立的黑龍江省土地利用系統(tǒng)健康評價指標體系確定的權(quán)重，使用綜合評價法對黑龍江省土地利用系統(tǒng)整體和各子系統(tǒng)進行了評價。本研究對黑龍江省2010—2018 年的土地利用系統(tǒng)健康綜合指數(shù)變化進行了分析，從圖3 可以看出，黑龍江省的土地利用健康綜合指數(shù)總體呈波動上升趨勢。黑龍江省土地利用健康綜合指數(shù)變化由2010 年的0.445 上升到2018 年的0.882，土地利用系統(tǒng)健康狀況總體好轉(zhuǎn)，但自2010 年和2011 年土地利用系統(tǒng)健康等級呈“不健康”狀態(tài)。自2011 年后土地利用系統(tǒng)健康呈現(xiàn)波動轉(zhuǎn)變，由“不健康”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?018 年的“亞健康”狀態(tài)，土地利用系統(tǒng)健康綜合指數(shù)的年均增長率為10.91%。究其原因可知，黑龍江省自2010 年以來，全面推進土地整理復(fù)墾開發(fā)，保持耕地面積穩(wěn)定，減緩農(nóng)民日益增長的經(jīng)濟需求與有限土地資源之間的矛盾。加強土地治理，著力改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，大量耕地退還為草地和林地，2010—2018 年黑龍江省耕地面積有11 290.11 km2轉(zhuǎn)換為林地，有3 979.21 km2轉(zhuǎn)換為草地，這對改善黑龍江省生態(tài)環(huán)境健康十分有益。同時對黑龍江省土地利用結(jié)構(gòu)和布局進行優(yōu)化，使土地利用和自然環(huán)境容量與經(jīng)濟社會的發(fā)展相適應(yīng)。對松嫩平原和三江平原的種植業(yè)開展耕地保護與整理，對大興安嶺和張廣才老爺嶺以及周邊林業(yè)區(qū)域穩(wěn)定發(fā)展進行科學(xué)布局。雖然綜合指數(shù)顯示黑龍江省土地利用健康逐漸向好發(fā)展，但部分地區(qū)生態(tài)環(huán)境仍存在問題，水土流失、土地退化、土地沙化現(xiàn)象仍然存在，所以對于水土流失的治理和環(huán)境保護仍需加大力度。

圖3 黑龍江省土地利用系統(tǒng)健康評價結(jié)果

3.2.2 綜合指標分析 對黑龍江省土地利用系統(tǒng)分類綜合指標進行分析，有助于了解各子系統(tǒng)對土地利用健康的影響情況，找出治理薄弱點。2010—2018 年，壓力指數(shù)方面，呈先增加后減小的趨勢，由于壓力指標是一個負相關(guān)指標，壓力指數(shù)的值減小說明土地的生態(tài)壓力正在加大。從圖3 可以看出，2010—2014 年黑龍江省土地利用壓力狀態(tài)穩(wěn)定上升，說明這一時期的土地利用壓力較小，有利于系統(tǒng)的健康。2010—2014 年壓力指數(shù)持續(xù)呈下降趨勢，2014 年達0.055，說明黑龍江省的土地利用負荷越來越大，土地利用的干擾不斷加強。2010 年的壓力指數(shù) 是2014 年 的3.7 倍，2018 年 是2014 年 的5.2 倍。造成上述趨勢主要與人口密度的增加、單位耕地面積上化肥和農(nóng)膜的大量使用、土地不合理規(guī)劃等密切相關(guān)。如單位耕地面積的化肥施用量從2010 年的324.03 kg/hm2上 升 到2014 年 的372.13 kg/hm2，2018 年下降到362.60 kg/hm2，單位耕地面積的農(nóng)藥施用量從2010 年的0.004 7 kg/hm2上升到2014 年的0.005 5 kg/hm2，2018 年下降到0.004 7 kg/hm2，單位耕地面積的農(nóng)膜負荷從2014 年的4.35 kg/hm2上升到2013 年5.36 kg/hm2，至2018 年下降到4.89 kg/hm2（數(shù)據(jù)源自國家統(tǒng)計局中國統(tǒng)計年鑒、黑龍江省統(tǒng)計年鑒、黑龍江省農(nóng)村統(tǒng)計年鑒等）。造成土地利用壓力指數(shù)波動的主要原因有城市化水平的逐漸提高，對耕地利用的壓力逐漸減小，2014 年以后單位耕地化肥、農(nóng)藥、地膜使用量的減小在一定程度上也有利于土地利用系統(tǒng)的健康發(fā)展。

在狀態(tài)指數(shù)方面，總體呈波動上升趨勢。2010年的狀態(tài)指數(shù)僅為0.077，2018 年波動增長至0.201，年均增長率為17.9%，但各年份狀態(tài)指數(shù)不穩(wěn)定，波動較大。雖然2010—2018 年黑龍江省開展了許多工作，如使地均產(chǎn)值由2010年的15 274.15元/hm2上升至2018 年的35 497.90 元/hm2，年均增長率為14.7%；人均糧食占有量也由2010 年的1 469.43 kg/人增長至2018 年的1 989.56 kg/人，年均增長率為3.9%。這是狀態(tài)指數(shù)總體增加的主要原因，但由于2010—2018 年黑龍江省災(zāi)害指數(shù)等波動幅度較大，對土地利用狀態(tài)影響較大，如災(zāi)害指數(shù)最低年份為2014 年（5.80%），災(zāi)害指數(shù)最高年份為2018 年（29.23%），相差23.43 個百分點。因此，諸多因素有利于黑龍江省土地利用系統(tǒng)狀態(tài)指數(shù)的增加，但也存在一些影響黑龍江省土地利用系統(tǒng)狀態(tài)指數(shù)的因素。

在響應(yīng)指數(shù)方面，總體呈上升趨勢，發(fā)展水平逐步提高，但也存在一定程度的波動。2010—2017 年響應(yīng)指數(shù)由0.022 穩(wěn)步上升至0.271，2017—2018 年下降為0.262，為2010 年的11.9 倍。可以看出，系統(tǒng)響應(yīng)指數(shù)方面，在2017 年前一直都以一個平穩(wěn)的速度在增加，但2018 年略有下降。主要原因可能與農(nóng)業(yè)投入和環(huán)保投入減少有關(guān)，2017 年財政預(yù)算中環(huán)保支出減少了20.2%，農(nóng)業(yè)支出占財政支出比減少，2017 年比2016 年減少7.4%，2018 年僅增加1.6%。基于此黑龍江省不僅要做好系統(tǒng)壓力和狀態(tài)工作，對響應(yīng)方面的工作力度也不能忽視，尤其在治理與環(huán)境保護投資方面。

3.3 土地利用系統(tǒng)障礙因素診斷

3.3.1 主要障礙因素的診斷 依據(jù)土地利用系統(tǒng)健康障礙因素診斷的計算方法對黑龍江省2010—2018 年的土地利用系統(tǒng)健康障礙度進行計算（表5）。2010 年阻礙土地利用系統(tǒng)健康狀況改善的障礙因素主要集中在財政預(yù)算中環(huán)保支出（X15）、單位耕地面積農(nóng)藥施用量（X4）、單位農(nóng)業(yè)耕地機械化水平（X13）等，其中財政預(yù)算中環(huán)保支出是最大阻礙因子；2011 年阻礙土地利用系統(tǒng)健康狀況改善的障礙因素主要包括財政預(yù)算中環(huán)保支出（X15）、農(nóng)業(yè)支出占財政支出比（X14）、單位農(nóng)業(yè)耕地機械化水平（X13）、災(zāi)害指數(shù)（X7）等；2012 年阻礙土地利用系統(tǒng)健康狀況改善的障礙因素主要集中在系統(tǒng)狀態(tài)方面、系統(tǒng)響應(yīng)方面，主要包括財政預(yù)算中環(huán)保支出（X15）、農(nóng)業(yè)支出占財政支出比（X14）、糧食單位面積產(chǎn)量（X9）、單位農(nóng)業(yè)耕地機械化水平（X13）等；2013年阻礙土地利用系統(tǒng)健康狀況改善的障礙因素主要包括糧食單位面積產(chǎn)量（X9）、土地墾殖率（X8）、農(nóng)業(yè)支出占財政支出比（X14）等，其中糧食單位面積產(chǎn)量是最大阻礙因子；2014 年阻礙土地利用系統(tǒng)健康狀況改善的障礙因素主要包括糧食單位面積產(chǎn)量（X9）、災(zāi)害指數(shù)（X7）、財政預(yù)算中環(huán)保支出（X15）等；2015 年阻礙土地利用系統(tǒng)健康狀況改善的障礙因素主要包括糧食單位面積產(chǎn)量（X9）、人口自然增長率（X1）、災(zāi)害指數(shù)（X7）等；2016 年阻礙土地利用系統(tǒng)健康狀況改善的障礙因素主要集中在糧食單位面積產(chǎn)量（X9）、人口自然增長率（X1）、第三產(chǎn)業(yè)占GDP 比重（X17）等；2017 年阻礙土地利用系統(tǒng)健康狀況改善的障礙因素主要集中在糧食單位面積產(chǎn)量（X9）、第三產(chǎn)業(yè)占GDP 比重（X17）、人口自然增長率（X1）等；2018 年阻礙土地利用系統(tǒng)健康狀況改善的障礙因素主要集中在糧食單位面積產(chǎn)量（X9）、第三產(chǎn)業(yè)占GDP 比重（X17）、人口自然增長率（X1）等。

表5 黑龍江省土地利用系統(tǒng)健康障礙度因素排序

從單項指標變化情況上來看，在研究期內(nèi)財政預(yù)算中環(huán)保支出、單位農(nóng)業(yè)耕地機械化水平、有效灌溉面積指數(shù)、糧食單位面積產(chǎn)量、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、人口自然增長率、城鎮(zhèn)化水平、人口密度和人均耕地面積變化幅度較大，且存在反復(fù)現(xiàn)象。以財政預(yù)算中環(huán)保支出為例，持續(xù)上升時間為2010—2012 年，障礙度從11.77%上升到13.92%，而后不斷波動，到2018 年下降至5.05%，且不再是主要障礙因素。糧食單位面積產(chǎn)量障礙度由2012 年的10.72%增加至2014 年的17.05%，而后障礙度逐年下降，2018 年為14.15%，但2013 年以后糧食單位面積產(chǎn)量躍居第一障礙因素，第三產(chǎn)業(yè)占GDP 比重、城鎮(zhèn)化水平和人口密度的障礙度又逐漸增大。其原因可能是隨著黑龍江省經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平不斷上升，農(nóng)業(yè)水利設(shè)施越來越完善，使得耕地的糧食產(chǎn)出能力逐漸增強，但由于城鎮(zhèn)化水平增加，人均耕地面積增加，人口密度減小，使得人地矛盾日趨嚴重，水土協(xié)調(diào)度等又出現(xiàn)了不平衡現(xiàn)象，從而繼續(xù)阻礙著黑龍江省土地利用的健康發(fā)展。所以為了保障黑龍江省土地利用系統(tǒng)健康發(fā)展，需繼續(xù)加強環(huán)境保護的投入和土地利用的規(guī)劃治理力度，同時關(guān)注人口增長和水土協(xié)調(diào)的平衡。

3.3.2 分類指標的障礙度 如圖4 所示，系統(tǒng)壓力障礙度隨年份呈先減小后增加的趨勢，從2010 年的28.83% 下降到2014 年的13.17%，年均減少率為10.86%，2018 年增長至53.52%，2014—2018 年年均增長率為61.28%；系統(tǒng)狀態(tài)響應(yīng)障礙度基本上呈先增加后減少的趨勢，從2010 年的33.28%增加至2014 年的47.45%，年均增長率為8.5%，2018 年減少至25.39%，年均減少率為9.3%；系統(tǒng)響應(yīng)障礙度整體呈減小趨勢，2010年為37.89%，2018年為21.09%，年均減少率為4.9%。黑龍江省的系統(tǒng)狀態(tài)障礙度在2014 年后發(fā)生明顯轉(zhuǎn)折，說明2014 年以后系統(tǒng)狀態(tài)方面如土地墾殖率、糧食單位面積產(chǎn)量、地均產(chǎn)值等障礙度有所減小。即使系統(tǒng)狀態(tài)障礙度有所減小，但實際情況仍不容樂觀，其障礙度在2015 年前在3 個子系統(tǒng)中最高，2016 年后下降至第2 位，所以后期必須對系統(tǒng)狀態(tài)引起重視，加大治理和改善力度，從而促進黑龍江省土地利用健康的長遠發(fā)展。黑龍江省在系統(tǒng)響應(yīng)方面還需加強，對環(huán)境保護的重視程度還不完善。黑龍江省在環(huán)境保護與治理方面取得了一定的成效，農(nóng)耕地的有效灌溉面積指數(shù)從2010 年的24.44%增長到2018 年的38.62%；農(nóng)業(yè)支出占財政支出比也由2010 年的15%增加至2018年的17.85%；財政預(yù)算中環(huán)保支出增加70%以上，年均增加率為8.1%。說明黑龍江省在一定程度上加強了環(huán)境保護投資、農(nóng)業(yè)投資與農(nóng)業(yè)治理等的強度，一定程度上提高了土地利用系統(tǒng)的健康情況。系統(tǒng)壓力障礙度在2014 年后上升趨勢明顯，且2014年以后其年增長速率是2014 年以前減少速率的5.6倍，增長速度十分迅速，所以從長遠來看，系統(tǒng)壓力依舊是阻礙黑龍江省土地利用健康發(fā)展的最主要因素。

圖4 黑龍江省土地利用系統(tǒng)各分類指標障礙度

4 小結(jié)與討論

對土地利用系統(tǒng)健康的評價，不能僅從資源與環(huán)境方面進行分析，要結(jié)合社會狀況、經(jīng)濟情況、環(huán)境現(xiàn)狀、資源利用等全方位對土地利用系統(tǒng)進行評價。本研究通過GIS 和遙感技術(shù)對黑龍江省的土地利用情況進行分析，并運用PSR 模型，使用熵權(quán)法計算評價指標的權(quán)重，使用綜合評價法從影響土地利用健康的壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3 個方面選取17 個評價指標，構(gòu)建黑龍江省土地利用系統(tǒng)健康評價體系，對黑龍江省2010—2018 年土地利用系統(tǒng)健康及障礙度因素進行研究分析，目的是在滿足人類可持續(xù)發(fā)展的前提下評價其能否維持系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)和功能，從而診斷出自然因素和人類活動引起的系統(tǒng)破壞和退化程度，以便提前做出預(yù)警，為管理者提供決策依據(jù)。通過本研究可以得出以下結(jié)論。

1）黑龍江省2010—2018 年6 種土地利用類型中，耕地、未利用地和城鄉(xiāng)、工礦、居民建設(shè)用地面積增加，草地、林地和水域面積減少。耕地和林地變化面積最大，面積凈變化量分別為13 135.19 km2和14 461.52 km2。未利用土地面積增加幅度較大，到2018 年占黑龍江省總面積的8.82%。

2）黑龍江省土地利用健康狀況2010—2018 年向好發(fā)展，健康綜合指數(shù)由2010 年的0.445 上升到2018 年的0.882，土地利用系統(tǒng)健康狀況總體好轉(zhuǎn)。土地利用等級從“不健康”狀態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)?018 年的“健康”狀態(tài)，土地利用系統(tǒng)健康綜合指數(shù)的年均增長率為10.91%。

3）2010—2018 年阻礙黑龍江省土地利用系統(tǒng)健康的主要障礙因素包括土地墾殖率、地均產(chǎn)值、單位農(nóng)業(yè)耕地機械化水平、農(nóng)業(yè)支出占財政支出比等。這些阻礙因素在2010—2016 年障礙度都大幅減小，但人口自然增長率、人口密度、糧食單位面積產(chǎn)量、第三產(chǎn)業(yè)占GDP 比重、城鎮(zhèn)化水平等成為新的主要障礙因素。各子系統(tǒng)障礙度分析表明，系統(tǒng)壓力的障礙度呈先減少后增加的趨勢，系統(tǒng)狀態(tài)響應(yīng)障礙度基本上呈先增加后減少的趨勢，系統(tǒng)響應(yīng)障礙度整體呈降低趨勢。綜上所述，今后對系統(tǒng)壓力的治理力度應(yīng)引起重視，但狀態(tài)系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)方面的治理工作也不能松懈。