基于DPSIR-TOPSIS法的新疆土地生態安全評價

張曉娟，高敏華

（新疆大學資源與環境科學學院/綠洲生態教育部重點實驗室，烏魯木齊 830046）

土地生態安全評價是當前土地生態安全研究的重要環節和主要方向，土地生態安全狀態的準確把握對區域社會經濟可持續發展、資源可持續利用、生態環境保護具有重要意義［1］。由于土地受到自然、社會、經濟各方面因素的影響以及土地生態系統的復雜性，目前土地生態安全的概念還沒有明確的定義。一般認為，土地生態安全是指土地資源所處的生態環境處于一種不受或少受威脅與破壞的狀態［2］。土地生態安全是一個多因素相互影響、相互作用的復雜的巨系統，涉及的要素很多，合理的評價指標體系和方法均對其結果產生重要影響。然而，在指標上，已有的PSR概念模型不能把握系統的結構和決策過程［3］，人類活動對環境的影響只能通過環境狀態指標間接地反映出來［4］。自然-經濟-社會模型也存在一定缺陷，不能全面反映系統之間的相互作用過程。而歐洲環境署對PSR模型修正后提出的驅動力（Driving force）-壓力（Pressure）-狀態（State）-影響（Impact）-響應（Response）（DPSIR）概念模型從系統角度看待人和環境的相互關系，具有系統性、綜合性等特點，能夠監測各指標之間的連續反饋機制［5］，有利于反映土地生態安全的系統過程。在評價方法上，已逐步由定性為主走向定量為主，物元模型、熵權法、層次分析法、主成分分析法、模糊綜合評判法、生態足跡、BP神經網絡等方法均有較廣泛的運用。隨著現代信息技術的發展，基于3S技術的土地生態安全評價方法正逐步發展起來［6］。基于熵權法改進的TOPSIS法是系統工程中有限方案多目標決策分析的一種常用的決策技術，有利于系統分析土地生態安全與理想狀態的差距，系統分解土地生態安全問題。

目前，國內學者對土地安全的研究較廣泛。李玉平等［7］研究土地生態安全的概念，并運用層次分析法對河北省土地安全狀況進行了評價；孫德亮等［8］以重慶市為例，運用灰色關聯法對該地區的土地生態安全進行了評價；徐美等［9］以DPSIR為評價模型，結合TOPSIS法對湖南省土地生態安全進行了研究，楊曉玲等［10］運用PSR模型，基于壓力指標對莊浪縣土地生態安全進行了評價。本文以新疆為研究區，結合區域環境特征，據此嘗試將DPSIR概念模型與基于熵權法改進的TOPSIS評價方法相結合，對新疆土地生態安全狀況進行系統動態評價，以了解該區域土地生態安全狀況，以期為制定土地可持續利用政策，采用合理的土地管理方式和建立可持續的土地利用模式提供依據。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

新疆維吾爾自治區，是中國5個少數民族自治區之一。新疆位于中國西北邊陲，地處73°40′—96°18′E，34°25′—48°10′N，地理位置十分重要。其面積166萬km2，約占中國國土面積的1/6，是中國行政面積最大的省級行政區，全區轄有14個地州市，其中包括5個自治州、7個地區和2個地級市。2018年末全區常住人口2 486.76萬人。

1.2 數據來源

研究時段為2008—2019年，所用的研究數據主要來源于《新疆統計年鑒》《中國城市統計年鑒》以及新疆14個地州市的國民經濟和社會發展統計公報，研究區行政區劃矢量圖由資源環境科學數據中心獲取。

2 研究方法

2.1 指標體系構建

DPSIR概念模型是歐洲環境署對PSR模型進行改進后提出的新模型，它將一個自然系統的評價指標分成驅動力、壓力、狀態、影響和響應5個系統，每個系統又分成若干種指標，并通過各系統間的作用和反饋表達它們之間的信息聯系和動力學特點，即系統驅動力導致壓力產生，壓力迫使系統某些狀態發生改變，狀態的改變對系統產生影響，這些影響促使人類做出直接或間接響應。該模型系統描述了人類活動與環境之間相互作用的各因子之間的關系［11］，能夠把復雜的問題分解細化，有利于土地生態安全問題的進一步解決。本研究借鑒DPSIR模型，在參考相關研究成果的基礎上［12，13］，按照指標選取的完整性、動態性、科學性、實用性、針對性等原則，結合新疆實際情況，并考慮數據的可得性等因素，構建了新疆土地生態安全評價指標體系，詳見表1。

表1 新疆土地生態安全評價指標體系

2.2 方法

2.2.1 熵權法熵權法是依據評價對象指標值所構成的判斷矩陣來確定指標權重的一種研究方法，具有較強的客觀性，可避免主觀因素的影響，所以本研究采用熵權法來計算指標權重。

1）評價指標標準化。用極差標準化將各指標進行標準化［14］。

式中，xij為各指標的原始數據，Xij為各指標標準化值。

2）計算指標信息熵（Hj）。

式中，k=1 ln(m)且k＞0，Pij為第i年第j個指標值的比重。

3）計算第j項指標的差異性系數（Gj）。

4）計算指標權重（Wj）。

2.2.2 TOPSIS評價法［15］

1）建立加權規范化矩陣（V）。

式中，Yij為標準化后的矩陣。

2）確定正理想解和負理想解。分別以加權規范化決策矩陣V中的最大值和最小值代表正理想解（V+）和負理想解（V-），即：

3）計算不同年份評價對象到正理想解的距離。

式中，D+越大，表明評價對象越接近正理想解，土地生態越安全；D-越小，表明評價對象越接近負理想解，土地生態越不安全。

4）計算各評價對象與理想解的貼近度（C）。

式中，C介于0～1，其值越大，表明土地生態狀況越安全。

2.2.3 評價等級劃分土地生態安全評價在中國尚處于探索階段，還沒有統一的評價標準，其評價標準不僅復雜，且需要因地制宜。參考相關學者的有關研究成果［16，17］，結合新疆土地生態安全評價的區域實際，采用非等間距的方法，依據貼近度C將新疆土地生態安全狀況劃為5個評判等級：C≤0.2，不安全；0.2＜C≤0.4，較不安全；0.4＜C≤0.6，臨界安全；0.6＜C≤0.8，較安全；C≥0.8，安全。

3 結果與分析

3.1 新疆土地生態安全發展演變特征

3.1.1 新疆土地生態安全狀況分析運用DPSIR評價模型和TOPSIS評價方法，計算得到新疆2008—2019年土地生態安全指數。由圖1和圖2可知，2008—2019年，新疆土地生態安全總體水平呈緩慢上升趨勢，土地生態安全等級逐漸提高。貼近度呈上升趨勢，由2008年的0.37提高到2019年的0.63，增長了0.26，土地安全狀況由較不安全等級提升到較安全等級。其中，2008—2016年安全水平較低，處于較不安全狀態，2017年以來，新疆土地生態安全狀況不斷提高，逐漸趨向于較安全狀態，說明新疆土地生態保護的重要性日益受到重視，但是新疆土地生態狀況距離安全狀態還有一定差距。

圖1 2008—2019年新疆土地生態安全D+、D-的變化趨勢

圖2 2008—2019年新疆土地生態安全貼近度的變化趨勢

3.1.2 各子系統土地生態安全狀況分析

1）驅動力系統方面。D+逐年波動減小，逐步偏向正理想解（圖3），D-逐年波動增大，逐步偏離負理想解（圖4），土地生態安全形勢趨于好轉，C波動上升（圖5），安全狀態也由較不安全轉變為較安全狀態。近12年來，新疆社會經濟各方面均取得明顯進步，區域經濟發展迅速，人均GDP由2008年的19 893元增加到2019年的54 280元；城市化水平顯著提升，城鎮化率由2008年的39.6%發展到2019年的51.9%。這給土地生態安全提供了強勁支撐，帶動全疆土地生態安全的驅動力系統呈上升發展態勢，推動全疆土地生態安全朝好的方向發展。

2）壓力系統方面。D+逐年增大，逐步偏離正理想解（圖3），D-逐漸減小，逐步偏向負理想解（圖4），致使C逐漸變小，土地生態安全壓力越來越大，由2008年的安全狀態逐步轉變為2019年的不安全狀態（圖5），這是社會經濟高速發展的后果。近年來新疆社會經濟在發展的同時，也給其土地帶來了沉重的壓力，建設占用大量耕地、農藥化肥廣泛施用、污染物大量排放等問題均十分明顯，對土地生態造成嚴重威脅，使其面臨的壓力越來越大。在保持社會經濟快速發展的同時，減輕其對土地生態的壓力，應成為緩解全疆土地生態安全態勢的重要關注點。

3）狀態系統方面。D+逐年變小，逐步接近正理想解（圖3），D-逐年增大，逐步偏離負理想解（圖4），C呈上升趨勢，由2008年的0.107 7提升到2019年的0.993 8，土地生態安全由不安全狀態轉變為安全狀態（圖5）。這說明城市森林覆蓋率、城市人均道路面積、人均公共綠地面積、建成區綠化覆蓋率、用水普及率和燃氣普及率的不斷提高對提高土地生態安全狀態有著重要意義。

4）影響系統方面。隨著狀態系統安全狀況的逐步好轉，其對社會經濟發展的影響也趨于好轉，全疆土地集約利用水平明顯提升，糧食產量不斷增加，城鎮居民可支配收入和農村居民可支配收入不斷提高，二三產業增加值逐年增加，第三產業比重不斷增加，產業結構逐步優化，人民生活水平進一步提升，致使影響系統的D+逐年變小，逐步接近正理想解（圖3），D-逐年增大，逐步偏離負理想解（圖4），C呈上升趨勢，土地生態安全狀況呈趨好態勢，由2008年的不安全狀態轉變為2019年的安全狀態（圖5）。

5）響應系統方面。隨著近年生態環境問題的日益凸顯，人們環保意識明顯增強，保護土地生態已日益受到社會各界的廣泛重視，全疆環境治理力度逐步加大，一系列環保措施相繼出臺，環保治理投入不斷增加、新疆節能環保支出由2008年的30.45億元增長到2019年110.58億元，各類污染物處理的水平都明顯提升，污染排放總量得到有效控制，帶動響應系統D+逐年變小，逐步接近正理想解（圖3），D-逐年增大，逐步偏離負理想解（圖4），C呈上升趨勢，安全狀況明顯提升，由2008年的不安全狀態轉變為2019年的安全狀態（圖5）。

圖3 2008—2019年新疆土地生態安全各子系統D+的變化趨勢

圖4 2008—2019年新疆土地生態安全各子系統D-的變化趨勢

圖5 2008—2019年新疆土地生態安全各子系統貼近度的變化趨勢

3.1.3 各地州市土地生態安全狀況空間變化分析由圖6可知，2008—2019年，新疆各地州市土地生態安全總體水平呈緩慢上升趨勢，土地生態安全等級逐漸提高。2008年克孜勒蘇柯爾克孜自治州、喀什地區和和田地區土地生態安全狀況處于較不安全狀態，其余11個地州市土地生態安全狀況處于臨界安全狀態（圖6a）；到2013年，各地州市土地生態安全狀況整體呈上升趨勢，C呈上升趨勢，各地州市土地生態安全狀況已沒有較不安全狀態，提升為臨界安全和較安全狀態，克拉瑪依市和昌吉回族自治州土地安全狀況達到較安全狀態，其余12個地州市土地安全狀況為臨界安全狀態（圖6b）；2019年，各地州市土地生態安全狀況整體上仍呈上升趨勢，土地安全狀況達到較安全狀態的地區已由2013年的2個州市增加到6個地州市（克拉瑪依市、烏魯木齊市、昌吉回族自治州、哈密市、阿勒泰地區和塔城地區），其余8個地州市土地安全狀況處于臨界安全狀態（圖6c）；并且新疆土地生態安全狀況存在明顯的區域性差異，總體上為北疆地區優于南疆地區。

圖6 各地州市土地生態安全狀況變化趨勢

3.1.4 各地州市各子系統土地生態安全狀況變化分析

1）驅動力系統方面。2008—2019年，除哈密外，各地州市C波動上升，土地生態安全形勢趨于好轉（表2），烏魯木齊、克拉瑪依、昌吉、哈密和伊犁一直處于臨界安全狀態，和田和克州一直處于較不安全狀態，其他7個地州市由較不安全狀態轉變為臨界安全狀態。近12年來，新疆區域經濟發展迅速，各方面均取得明顯進步，城鎮化水平不斷提高，人均GDP不斷增加，農業機械總動力逐年提升，這給土地生態安全提供了強勁支撐，帶動全疆土地生態安全的驅動力系統呈上升發展態勢，推動全疆土地生態安全朝好的方向發展。

2）壓力系統方面。2008—2019年，除巴州外，各地州市C逐漸變小，土地生態安全壓力越來越大，烏魯木齊由臨界安全狀態轉變為較不安全狀態，阿克蘇由較安全轉變為臨界安全狀態，巴州一直處于較安全狀態，喀什由較安全狀態逐步轉變為較不安全狀態，吐魯番、克拉瑪依、克州、哈密和阿勒泰一直處于安全狀態，昌吉、塔城、伊犁、和田和博州由安全狀態轉變為較安全狀態（表2）。新疆社會經濟在發展的同時，也給其土地帶來較大壓力，人口密度不斷增大，農藥、化肥和地膜的廣泛使用等問題十分明顯，對土地生態造成威脅，使其面臨的壓力越來越大。

3）狀態系統方面。2008—2019年，各地州市C呈上升趨勢，烏魯木齊、哈密、昌吉、阿克蘇和阿勒泰由臨界安全狀態轉變為較安全狀態，克拉瑪依一直處于較安全狀態，吐魯番、塔城和伊犁由較不安全狀態轉變為較安全狀態，巴州和博州一直處于臨界安全狀態，喀什、和田和克州由較不安全狀態轉變為臨界安全狀態（表2）。這表明森林覆蓋率、城市人均道路面積、人均公共綠地面積、建成區綠化覆蓋率、用水普及率和燃氣普及率的不斷提高對提高土地生態安全狀態有較大作用。

表2 各地州市土地生態安全各子系統貼近度的變化趨勢

4）影響系統方面。隨著狀態系統安全狀況的逐步好轉，2008—2019年，各地州市影響系統的C逐年上升，烏魯木齊和伊犁由較不安全狀態轉變為較安全狀態，克拉瑪依、吐魯番、阿勒泰和巴州由不安全狀態轉變為臨界安全狀態，其余8個地州市由較不安全狀態轉變為臨界安全狀態。這表明糧食產量不斷增加，城鎮居民可支配收入和農村居民可支配收入不斷提高，第三產業比重不斷增加，產業結構逐步優化，土地集約利用水平明顯提升，使土地生態安全狀況呈趨好態勢。

5）響應系統方面。2008—2019年，各地州市C逐年上升，烏魯木齊由較安全狀態轉變為安全狀態，克拉瑪依和昌吉一直處于較安全狀態，哈密、塔城、博州、阿克蘇和巴州由臨界安全狀態轉變為較安全狀態，克州、阿勒泰和伊犁由較不安全狀態轉變為臨界安全狀態，喀什、和田和吐魯番由較不安全狀態轉變為較安全狀態。隨著近年環保意識不斷增強，政府相繼出臺一系列環保措施，環保治理投入不斷增加，各地州市工業固體廢物綜合利用率、工業廢水排放達標率和生活垃圾無害化處理率不斷提高，使得土地生態安全狀況呈趨好態勢。

4 結論

土地生態安全評價是了解區域土地生態安全狀況的基礎，亦是開展土地生態安全預警、構建和優化土地生態安全格局的重要依據，是土地生態安全研究的核心內容。本文利用DPSIR模型構建了土地生態安全評價指標體系，利用TOPSIS評價方法計算了新疆土地生態安全狀況，結果如下。

1）2008—2019年新疆土地生態安全狀況總體水平呈緩慢上升趨勢，土地生態安全等級逐漸提高，土地安全狀況由較不安全等級提升到較安全等級。但是，新疆土地生態安全狀況距離安全狀態還有一定差距。就各子系統而言，2008—2019年新疆土地生態安全的驅動力系統、狀態系統、影響系統、響應系統的安全狀況均呈逐步上升趨勢，其中驅動力系統由較不安全狀態轉為較安全狀態，狀態系統、影響系統和響應系統由不安全狀態轉變為安全狀態，而壓力系統則呈下降趨勢，由安全狀態轉為不安全狀態。

2）2008—2019年，新疆各地州市土地生態安全總體水平呈緩慢上升趨勢，土地生態安全等級逐漸提高，新疆土地生態安全狀況存在明顯的區域性差異，總體上為北疆地區優于南疆地區；就各地州市各子系統來看，各地州市驅動力系統、狀態系統、影響系統和響應系統貼近度波動上升，土地生態安全狀況呈趨好態勢；各地州市壓力系統貼近度逐漸變小，土地生態安全壓力越來越大。