基于PSIR模型的廣州市花都區(qū)墾造水田成效評(píng)估

曾 曉，凌宇豪

（1.廣東省土地開(kāi)發(fā)整治中心，廣東廣州 510635；2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東廣州 510642）

土地是重要的自然資源，是人類主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的空間載體[1]，具有顯著的區(qū)域性和稀缺性。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)化的快速發(fā)展，我國(guó)土地資源的有限性已成為區(qū)域用地矛盾的重要因素，人均耕地資源低于世界平均水平，耕地后備資源不足，使得人地矛盾不斷加劇[2-3]。保護(hù)耕地、守住18 億畝耕地紅線，成為維護(hù)我國(guó)糧食生產(chǎn)的重要戰(zhàn)略[4]。針對(duì)這種現(xiàn)象，我國(guó)采取了最嚴(yán)格耕地保護(hù)制度的一系列措施，包括全面實(shí)行“占優(yōu)補(bǔ)優(yōu)、占水田補(bǔ)水田”的耕地占補(bǔ)平衡制度[5-6]。實(shí)施墾造水田不僅能挖掘土地資源潛力，有效破解用地指標(biāo)緊缺和耕地占補(bǔ)平衡難題，還能切實(shí)保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展項(xiàng)目建設(shè)用地需求，還優(yōu)化了土地資源配置，實(shí)現(xiàn)土地利用效益最大化[7]。

目前墾造水田成效評(píng)估指標(biāo)體系中準(zhǔn)則層仍比較傳統(tǒng)，不能有效體現(xiàn)新時(shí)期人地關(guān)系的沖突和全域土地綜合整治的要求[8-10]，同時(shí)，墾造水田對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的影響具有持續(xù)性，因此不能用傳統(tǒng)的指標(biāo)體系。本文將參考前人的方法和結(jié)果，將PSR（Pressure-State-Response）模型進(jìn)行改良，引入“Impact”構(gòu)建PSIR 模型對(duì)墾造水田進(jìn)行成效評(píng)價(jià)。該模型的優(yōu)點(diǎn)是：

1）能從研究者自身角度出發(fā)，把指標(biāo)按照一定的原則進(jìn)行分類組合，從而形成側(cè)重點(diǎn)不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；

2）指標(biāo)體系中壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)4個(gè)方面的指標(biāo)能對(duì)墾造水田的狀態(tài)、影響、發(fā)展趨勢(shì)3 個(gè)內(nèi)容進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)；

3）隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，該模型可以根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)和因素隨地域、時(shí)間變化而做出相應(yīng)的變化，實(shí)施動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)[11-18]。

本研究基于PSIR模型，構(gòu)建壓力層、狀態(tài)層、影響層和響應(yīng)層4 個(gè)準(zhǔn)則層共14 個(gè)指標(biāo)的指標(biāo)體系，采用組合確權(quán)法對(duì)指標(biāo)賦權(quán)，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)花山鎮(zhèn)的墾造水田項(xiàng)目的成效進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為廣東省推進(jìn)墾造水田評(píng)估和土地增減掛鉤評(píng)估提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

廣州市是用地矛盾突出的地區(qū)之一，需要通過(guò)實(shí)施土地整治來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)用地指標(biāo)的騰挪和區(qū)外指標(biāo)周轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)耕地占補(bǔ)平衡。花都區(qū)是廣州市耕地資源儲(chǔ)備較為豐富的地區(qū)之一，是實(shí)施土地整治補(bǔ)充耕地指標(biāo)的重要區(qū)域之一，因此，以花都區(qū)作為研究區(qū)具有現(xiàn)實(shí)意義?；ㄉ芥?zhèn)位于廣州市花都區(qū)東部，面積116.40 km2，西與花都區(qū)中心城區(qū)相連，北與芙蓉渡假區(qū)、王子山公園接壤?；ㄉ芥?zhèn)地形較為平坦，地形坡度＜3°，起伏較小?；ㄉ芥?zhèn)屬南亞熱帶季風(fēng)雨林赤紅壤帶，主要土壤有赤紅壤、水稻土、菜園土、潮沙泥土和石質(zhì)土。

墾造水田項(xiàng)目分布于花山鎮(zhèn)的平西村、永樂(lè)村，結(jié)合廣州市花都區(qū)2016年耕地質(zhì)量年度更新成果分析可知，整治前項(xiàng)目區(qū)國(guó)家利用等為5 等和6 等，國(guó)家自然等為2 等和3 等，國(guó)家經(jīng)濟(jì)等為6 等和7 等，地類為水澆地和可調(diào)整果園，土壤質(zhì)地為砂壤土，土壤剖面構(gòu)型為通體壤和壤/粘/粘類型。

2018年花山鎮(zhèn)實(shí)際完成地區(qū)生產(chǎn)總值48億元，同比增長(zhǎng)5%；完成規(guī)模以上工業(yè)總產(chǎn)值102億元，同比增長(zhǎng)5%；完成實(shí)際固定資產(chǎn)投資4 億元，同比增長(zhǎng)3%；鎮(zhèn)級(jí)財(cái)政收入1.38 億元，同比增長(zhǎng)5%；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值9.9 億元，同比基本持平；完成稅收收入9.58億元，同比增長(zhǎng)27%；由于受轄區(qū)內(nèi)主干道施工的影響，限額以上社會(huì)消費(fèi)品零售總額1.1 億元，同比下降25%。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文主要數(shù)據(jù)有：高分廣東中心獲取2017 年12月和2019 年12 月分辨率為0.8 m 的花都區(qū)花山鎮(zhèn)高分2 號(hào)（GF-2）遙感數(shù)據(jù)，廣州市花都區(qū)墾造水田實(shí)施項(xiàng)目數(shù)據(jù)，2016年和2018年耕地質(zhì)量年度更新成果數(shù)據(jù)，2016 年和2018 年廣州市統(tǒng)計(jì)年鑒及廣東省國(guó)土資源公報(bào)數(shù)據(jù)。

2 研究?jī)?nèi)容與方法

2.1 PSIR模型

采用PSIR 模型，即壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)模型，源于PSR（壓力-狀態(tài)-響應(yīng)）框架，PSIR 模型強(qiáng)調(diào)了外部環(huán)境變化對(duì)土地的影響。由于鄉(xiāng)村城市化進(jìn)程的加快以及人口的增長(zhǎng)，原有耕地面臨越來(lái)越大的壓力[19-20]，在壓力之下，經(jīng)過(guò)墾造水田的建設(shè)，區(qū)域內(nèi)耕地的狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，同時(shí)研究區(qū)的外部條件也會(huì)對(duì)墾造水田的建設(shè)造成影響，最終，政府或者村民通過(guò)墾造水田做出相應(yīng)的響應(yīng)，緩解耕地的壓力。PSIR 模型通過(guò)“作用-反饋-再作用”的循環(huán)過(guò)程[21]，不斷提高耕地的質(zhì)量，從而最終達(dá)到保護(hù)耕地的目標(biāo)。

2.2 確定指標(biāo)貢獻(xiàn)度

2.2.1 層次分析法確定權(quán)重

層次分析法的基本思想是以系統(tǒng)方法為指導(dǎo)，在對(duì)問(wèn)題充分研究后首先分析問(wèn)題內(nèi)在因素間的聯(lián)系，并把它劃分為若干層次，然后通過(guò)兩兩比較確定同一層次元素相對(duì)上一層次元素的數(shù)量關(guān)系，最后進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)運(yùn)算確定方案的排序。層次分析法主要包括以下步驟：

1）明確問(wèn)題，建立遞階層次結(jié)構(gòu)；

2）構(gòu)建兩兩比較判斷矩陣；

3）層次單排序及一致性檢驗(yàn)的一致性比率CR；

一致性檢驗(yàn)由一致性指標(biāo)CI與隨機(jī)一致性指標(biāo)RI（表1）的比值表示，當(dāng)比值小于0.10 時(shí)，表示矩陣具有滿意的一致性。具體計(jì)算公式為[22]：

表1 隨機(jī)一致性指標(biāo)表

式中：λmax為判斷矩陣最大特征根值，n為指標(biāo)數(shù)量。

式中：CI為一致性指標(biāo)，RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)。

2.2.2 熵權(quán)法確定差異性系數(shù)

熵值法的基本思路是根據(jù)指標(biāo)變異性的大小來(lái)確定客觀權(quán)重，通過(guò)熵值法得到各指標(biāo)的信息熵[23]，熵權(quán)法計(jì)算差異性系數(shù)的過(guò)程如下：

1）假設(shè)有m個(gè)采樣點(diǎn)，n項(xiàng)指標(biāo)，構(gòu)建n×m階的原始矩陣X，

2）對(duì)原始數(shù)據(jù)歸一化處理，即計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)下第i個(gè)采樣點(diǎn)的原始值所占的比例，計(jì)算公式為[24]：

式中：pij為采樣點(diǎn)的原始值所占的比例，xij為指標(biāo)的水平值。

3）計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值，計(jì)算公式為[24]：

式中：ej為指標(biāo)的熵值，pij為采樣點(diǎn)的原始值所占的比例。

4）計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的差異性系數(shù)，計(jì)算公式為[24]：

式中：gj為指標(biāo)的差異性系數(shù)，ej為指標(biāo)的熵值。

2.2.3 組合權(quán)重計(jì)算

組合權(quán)重是運(yùn)用熵值法的差異性系數(shù)對(duì)層次分析法計(jì)算出反映專家主觀意志的主觀權(quán)重進(jìn)行修正，得到優(yōu)化組合權(quán)重。

2.3 確定評(píng)價(jià)模型

1）確定評(píng)語(yǔ)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)集合V={v1,v2,v3…vn}。本文將設(shè)5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，分別為優(yōu)、良、一般、較差、差。

2）建立權(quán)重集A={a1,a2,a3…an}，其中ai為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

3）構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬度矩陣：采用相對(duì)客觀的隸屬度函數(shù)來(lái)計(jì)算指標(biāo)評(píng)語(yǔ)集，選用應(yīng)用較為廣泛的半梯形函數(shù)作為隸屬度函數(shù)。

4）綜合評(píng)價(jià)的隸屬度矩陣，計(jì)算公式為：

式中：rij是第i個(gè)因素在Vj上的隸屬度。

5）確定模糊算子：選取加權(quán)平均型算法作為模糊評(píng)價(jià)算子進(jìn)行上下級(jí)運(yùn)算。

6）建立評(píng)價(jià)模型，計(jì)算公式為：

式中：B為結(jié)果，W為權(quán)重，R為隸屬度矩陣。

按照最大隸屬度原則，確定評(píng)估結(jié)果對(duì)應(yīng)的等級(jí)，計(jì)算公式為：

式中：bvn為模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，maxB為隸屬度矩陣中最大的值。

3 結(jié)果與分析

3.1 構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)表

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的全面性、可操作性、動(dòng)態(tài)性原則，本文從壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)4 個(gè)方面選取了14個(gè)具有綜合性的成效評(píng)估指標(biāo)，該指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層3個(gè)層次，如表2所示。

表2 墾造水田成效評(píng)估指標(biāo)體系

3.2 貢獻(xiàn)度確定

根據(jù)目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層的遞階層次結(jié)構(gòu)，依次構(gòu)建準(zhǔn)則層判斷矩陣進(jìn)行判斷矩陣一致性檢驗(yàn)。在所有判斷矩陣都具有一致性的基礎(chǔ)上，對(duì)所有指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行總排序，得出墾造水田成效評(píng)估的準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的主觀權(quán)重，并根據(jù)層次分析法計(jì)算出指標(biāo)的主觀權(quán)重和熵值法計(jì)算出指標(biāo)的差異性系數(shù)計(jì)算出組合權(quán)重，如表3所示。

表3 墾造水田成效評(píng)估指標(biāo)權(quán)重表

由表3 可得，通過(guò)結(jié)合層次分析法和熵值法的組合權(quán)重降低了權(quán)重最大值和最小值的差值，降低了個(gè)別指標(biāo)的重要性，減少了主觀意見(jiàn)對(duì)結(jié)果的干擾，使結(jié)果相比主觀權(quán)重更加平滑和切合實(shí)際。

3.3 構(gòu)建評(píng)價(jià)模型

3.3.1 確定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

本研究評(píng)語(yǔ)等級(jí)采用5 級(jí)，即V={v1,v2,v3,v4,v5}，分別對(duì)應(yīng)優(yōu)、良、一般、較差、差5 個(gè)等級(jí)。本文依據(jù)項(xiàng)目的立項(xiàng)書(shū)、規(guī)劃設(shè)計(jì)報(bào)告和評(píng)價(jià)報(bào)告，依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和項(xiàng)目區(qū)的實(shí)際情況和專業(yè)意見(jiàn)，制定出墾造水田成效評(píng)價(jià)的指標(biāo)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，如表4所示。

表4 墾造水田成效評(píng)估指標(biāo)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)值

3.3.2 隸屬函數(shù)確定

以耕地質(zhì)量等級(jí)提升值為例，按照5 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建隸屬函數(shù)公式：

根據(jù)上述公式，將耕地質(zhì)量等級(jí)提高值代入，得到r1=0；r2=0；r3=1；r4=0；r5=0，因此耕地質(zhì)量等級(jí)提高值隸屬度為（0，0，1，0，0）。

3.3.3 構(gòu)建隸屬度矩陣

按照上述的公式計(jì)算方法，計(jì)算出每個(gè)指標(biāo)的隸屬度得到表5。

表5 各評(píng)價(jià)因子隸屬度一覽表

3.4 運(yùn)用模型計(jì)算

根據(jù)上述的各指標(biāo)組合權(quán)重和所對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)則層隸屬度矩陣帶入公式(7)，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法的模型B=W×R，對(duì)PSIR 模型的準(zhǔn)則層（壓力層B1、狀態(tài)層B2、影響層B3、響應(yīng)層B4）和綜合效益B5進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)：

根據(jù)模糊評(píng)價(jià)結(jié)果和隸屬度最大原則，在基于PSIR 模型構(gòu)建的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系中，壓力層、影響層和響應(yīng)層的評(píng)價(jià)等級(jí)屬于優(yōu)，狀態(tài)層的評(píng)價(jià)等級(jí)屬于良。墾造水田綜合效益是根據(jù)壓力層、狀態(tài)層、影響層和響應(yīng)層效益評(píng)價(jià)后得出的，其判斷矩陣由四者的評(píng)價(jià)結(jié)果構(gòu)成，最后得出花山鎮(zhèn)墾造水田效益評(píng)價(jià)等級(jí)為優(yōu)。將評(píng)價(jià)結(jié)果用百分比形式的柱狀圖表示，如圖1所示。

圖1 墾造水田成效評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí)圖

3.5 評(píng)價(jià)結(jié)果及分析

經(jīng)過(guò)分析可得，壓力層中水田面積增加率和產(chǎn)值增加率評(píng)價(jià)等級(jí)都達(dá)到“優(yōu)”，這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)整治，將原本種植玉米的水澆地變?yōu)樗?，促進(jìn)了項(xiàng)目區(qū)所在村農(nóng)民的收入；耕地質(zhì)量等級(jí)提高值評(píng)價(jià)等級(jí)為“一般”，主要是因?yàn)樵谡吻暗乃疂驳亟?jīng)過(guò)多年的耕地改造，耕地質(zhì)量已經(jīng)趨于平穩(wěn)，雖然在整治過(guò)程中增施有機(jī)肥、秸稈還田等操作，但只能輕微提升耕地質(zhì)量等級(jí)；狀態(tài)層中土壤有機(jī)質(zhì)含量提升率、灌排保證提升率和排水條件提升率評(píng)價(jià)等級(jí)達(dá)到“優(yōu)”，植被覆蓋度變化和有效土層厚度增加率評(píng)價(jià)等級(jí)達(dá)到“良”，這是因?yàn)樵谡芜^(guò)程中，通過(guò)土壤改良、土壤翻耕、平整土地、新建灌排溝渠等措施，使得土壤有機(jī)質(zhì)含量和有效土層厚度得到提升，同時(shí)將項(xiàng)目區(qū)耕地的灌排保證率和排水條件提升為最優(yōu)級(jí)，作物常年輪作換茬生長(zhǎng)，表土植被恢復(fù)，地表常綠，提升了植被的覆蓋率；影響層中景觀形狀指數(shù)降低率、道路通達(dá)度評(píng)價(jià)等級(jí)達(dá)到“優(yōu)”，節(jié)水率評(píng)價(jià)等級(jí)達(dá)到“良”，由于在整治過(guò)程中，通過(guò)田埂修筑、新修田間道路、采用防滲渠道提高了道路通達(dá)度和節(jié)水率，同時(shí)也使得水田形狀比較方整，便于耕作；響應(yīng)層中產(chǎn)能提升率和投入產(chǎn)出比增加率評(píng)價(jià)等級(jí)達(dá)到“優(yōu)”，單位面積土地承載力增加率評(píng)價(jià)等級(jí)達(dá)到“良”，因?yàn)轫?xiàng)目區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施水平和耕地質(zhì)量的提高保證了高品質(zhì)和高產(chǎn)量，因此，耕地的產(chǎn)能、土地承載力和投入產(chǎn)出比都有會(huì)提升，同時(shí)優(yōu)化了田塊破碎化的問(wèn)題，有效利用和保護(hù)了優(yōu)質(zhì)耕地資源，避免了撂荒和拋荒的問(wèn)題。綜上所述，經(jīng)過(guò)墾造水田的建設(shè)，增加了優(yōu)質(zhì)耕地，提升了耕地質(zhì)量，增加了農(nóng)民收入，同時(shí)改善了村莊生產(chǎn)生活條件，助力了鄉(xiāng)村振興。

4 結(jié)論與討論

1）墾造水田的實(shí)施成效不僅會(huì)受到項(xiàng)目自身質(zhì)量的影響，而且還受到后續(xù)運(yùn)行和實(shí)施區(qū)域?qū)?xiàng)目認(rèn)識(shí)水平的制約。同時(shí)，不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)也會(huì)影響評(píng)估結(jié)果，為使評(píng)估結(jié)果更科學(xué)地反映實(shí)施成效，本文在總結(jié)已有研究和咨詢專家的基礎(chǔ)上，結(jié)合花山鎮(zhèn)的區(qū)域?qū)嶋H情況，選取了“壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)”模型中4 個(gè)子系統(tǒng)為準(zhǔn)則層的14 個(gè)評(píng)價(jià)因子對(duì)花山鎮(zhèn)墾造水田的成效進(jìn)行評(píng)價(jià)，將經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)3 個(gè)領(lǐng)域優(yōu)化成4個(gè)準(zhǔn)則層，以求評(píng)價(jià)指標(biāo)能更全面、更協(xié)調(diào)、現(xiàn)準(zhǔn)確地反映實(shí)施成效，給墾造水田項(xiàng)目成效評(píng)估工作提供參考和技術(shù)支持。

2）墾造水田項(xiàng)目通過(guò)實(shí)施土地平整工程、灌溉與排水工程和田間道路工程對(duì)田、渠、路進(jìn)行綜合治理，形成了“田成方、路相通、渠相連”格局，美化了農(nóng)村居住環(huán)境；通過(guò)補(bǔ)充耕地形成耕地指標(biāo)，指標(biāo)交易后可為整治項(xiàng)目所在的鄉(xiāng)鎮(zhèn)增收創(chuàng)收；通過(guò)開(kāi)展農(nóng)田生態(tài)型整治，提升土壤有機(jī)質(zhì)含量，提高生物多樣性，增加有效耕地面積，為提高農(nóng)民收入、降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、生產(chǎn)高品質(zhì)高質(zhì)量的農(nóng)作物奠定了基礎(chǔ)。

3）墾造水田項(xiàng)目作為全域土地綜合整治的一部分，給項(xiàng)目所在的鄉(xiāng)鎮(zhèn)帶來(lái)了較好的社會(huì)、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益。墾造水田項(xiàng)目的實(shí)施為提高產(chǎn)量、保障耕地占比平衡、提升村民生產(chǎn)生活空間、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定帶來(lái)顯著成效，這一民生工程為精準(zhǔn)扶貧和助力鄉(xiāng)村振興做出了重大貢獻(xiàn)。

4）近年來(lái)，我國(guó)農(nóng)田的重金屬污染問(wèn)題越來(lái)越突出，部分地區(qū)已經(jīng)威脅到耕地的質(zhì)量與糧食安全。在實(shí)施墾造水田等土地整治項(xiàng)目時(shí)，需充分考慮農(nóng)田污染等因素，通過(guò)多重措施的聯(lián)動(dòng)，既能解決污染問(wèn)題，又能增加耕地面積和提高耕地質(zhì)量，有研究表明，水田可以有效提升土壤有機(jī)碳含量和降低碳排放。隨著“雙碳戰(zhàn)略”的提出和實(shí)施，水田在碳循環(huán)中的作用逐步成為新的研究課題，在珠三角地區(qū)，在短時(shí)間內(nèi)用地矛盾的問(wèn)題將持續(xù)下去，需通過(guò)新的土地整治措施和機(jī)制創(chuàng)新統(tǒng)籌解決。