袁 莉，陳詩陽

(湖南工業(yè)大學(xué)，湖南 株洲 412000)

基于PSR模型的長沙市土地資源生態(tài)安全評(píng)價(jià)

袁 莉，陳詩陽

(湖南工業(yè)大學(xué)，湖南 株洲 412000)

基于PSR(壓力——狀態(tài)——響應(yīng)模型)構(gòu)建土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用熵值法以及改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)分析法求出整體土地生態(tài)安全指數(shù)，對(duì) “十二五”期間長沙市的土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果表明：長沙市的土地生態(tài)安全在2011年——2015年整體上處于較安全狀態(tài)。其中，長沙市土地生態(tài)安全整體呈上升狀態(tài)，趨向安全狀態(tài)；從子系統(tǒng)來看，壓力、狀態(tài)和響應(yīng)系統(tǒng)也呈波動(dòng)上升趨勢(shì)發(fā)展，波動(dòng)幅度較大；森林覆蓋率、生活垃圾無害化處理率、自然保護(hù)區(qū)面積以及工業(yè)固體廢物綜合利用率是影響長沙市土地生態(tài)安全的主要因素。

長沙市；土地生態(tài)安全；PSR模型；灰色關(guān)聯(lián)度

一 引言

土地是人類賴以生存與發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)及生存空間。隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的不斷加快，我國土地利用強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，區(qū)域內(nèi)生物、生態(tài)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)遭到了空前的沖擊與破壞,甚至超過了該區(qū)域土地資源的生態(tài)承載力。[1-4]近年來，學(xué)者們圍繞維護(hù)土地生態(tài)安全開展研究。關(guān)于土地生態(tài)安全，劉勝華認(rèn)為土地生態(tài)安全是指陸地表層由有機(jī)物與無機(jī)物共同構(gòu)成的土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不受破壞，同時(shí)其為人類提供服務(wù)的質(zhì)量和數(shù)量能夠持續(xù)滿足人類生存和發(fā)展的需要。[5]范瑞錠等利用AHP法與綜合指數(shù)法相結(jié)合對(duì)福建省土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，并認(rèn)為土地生態(tài)安全是人類利用土地過程中，保持土地生態(tài)系統(tǒng)自身的可持續(xù)發(fā)展，并使之能夠穩(wěn)定的為人類提供服務(wù)，以滿足人類需求的狀態(tài)。[6]本研究認(rèn)為土地生態(tài)安全是通過協(xié)調(diào)人類活動(dòng)和土地生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，維護(hù)土地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和完整性，使土地生態(tài)系統(tǒng)維持可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

現(xiàn)有土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的研究大多是以省域?yàn)槌叨龋捎谑∮騼?nèi)不同城市間的發(fā)展水平不一致，土地的生態(tài)承載水平也各有不同。長沙市是湖南省省會(huì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平代表了湖南省的最高水平，但這樣的發(fā)展水平是否以犧牲環(huán)境為代價(jià)，長沙市發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，生態(tài)環(huán)境建設(shè)是否取得了成效，成效是否明顯，還有哪些方面有需要加強(qiáng)？本文擬對(duì)長沙市“十二五”期間(2011-2015年)的土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)，旨在為長沙市土地生態(tài)安全的可持續(xù)有效管理提供有價(jià)值的科學(xué)依據(jù)。

二 土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型和指標(biāo)體系構(gòu)建

(一)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型

土地生態(tài)系統(tǒng)是復(fù)雜的巨系統(tǒng)，其中每個(gè)要素之間相互關(guān)聯(lián)、相互影響，評(píng)價(jià)土地生態(tài)系統(tǒng)安全需要綜合考慮每個(gè)要素之間的相互關(guān)系以及分清每個(gè)要素對(duì)土地生態(tài)安全的影響孰重孰輕。對(duì)土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)需要采用PSR模型(“壓力——狀態(tài)——響應(yīng)”模型)，PSR模型是由世界經(jīng)合組織(OECD)提出來的一個(gè)框架模型，壓力是指人類的活動(dòng)和自然因素對(duì)自然界產(chǎn)生的壓力，狀態(tài)是指自然界受到壓力影響后反映出來的自然狀態(tài)，而響應(yīng)則是人類收到自然界反饋的信息后采取的經(jīng)濟(jì)、行政和法律手段。這三個(gè)部分組成了PSR模型的基本架構(gòu)，指標(biāo)體系的構(gòu)建也是以此為基礎(chǔ)選取評(píng)價(jià)指標(biāo)。這個(gè)模型簡(jiǎn)單易懂，操作方便，又能反映出人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響，具有優(yōu)越性。

(二)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

土地生態(tài)安全受多因素影響，且各因素相互關(guān)聯(lián)。因此在選取評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí),應(yīng)注重科學(xué)性、指標(biāo)數(shù)據(jù)的可得性和可操作性,充分考慮每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相互影響。當(dāng)前土地資源安全評(píng)價(jià)主要以DPSIR-TOPSIS模型、物元分析等方法為主。[7-9]本研究結(jié)合世界經(jīng)合組織(OECD)提出的 “壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”框架(Press-State-Response, P-S-R)，參考現(xiàn)有評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，綜合考慮長沙市實(shí)際情況，本文構(gòu)建了一套適用于長沙市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，并以熵權(quán)賦權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,計(jì)算出土地生態(tài)安全的綜合得分。該指標(biāo)體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，共二十一項(xiàng)指標(biāo)見表1。

表1 長沙市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

三 長沙市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)

(一)長沙市概況

長沙市為湖南省省會(huì)，是湖南省政治、經(jīng)濟(jì)、文化、交通、科技、金融、信息中心，地處“一帶一部”(即東部沿海地區(qū)和中西部地區(qū)過渡帶、長江開放經(jīng)濟(jì)帶和沿海開放經(jīng)濟(jì)帶結(jié)合部)核心區(qū)域, 2014 年12月11 日，國務(wù)院下發(fā)《關(guān)于同意支持長株潭國家高新區(qū)建設(shè)國家自主創(chuàng)新示范區(qū)的批復(fù)》，同意支持長沙、株洲、湘潭3 個(gè)國家高新區(qū)建設(shè)國家自主創(chuàng)新示范區(qū)。長沙作為是長株潭城市群“兩型社會(huì)”建設(shè)綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)、長株潭國家自主創(chuàng)新示范區(qū)核心城市，更應(yīng)該做好生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作，發(fā)展好，維護(hù)好長沙的土地生態(tài)安全。[10]

(二)數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)主要來源于2011年—2015年《湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》《長沙市統(tǒng)計(jì)年鑒》以及長沙市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)。

(三)土地生態(tài)安全的評(píng)價(jià)法

基本思路：用灰色關(guān)聯(lián)方法將各評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，用熵值法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；最后在此基礎(chǔ)上，通過計(jì)算加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度對(duì)區(qū)域土地生態(tài)安全進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。

建立科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和確定各指標(biāo)的權(quán)重是土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的關(guān)鍵?；疑P(guān)聯(lián)法是一種用于衡量因素之間的關(guān)聯(lián)程度的方法。土地生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)它的評(píng)價(jià)涉及諸多方面，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)環(huán)境方面都有很多灰色信息，所以這就造成了對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)存在很多不確定性和不完全性。因此，選用灰色關(guān)聯(lián)度來評(píng)價(jià)區(qū)域土地生態(tài)安全水平。

首先，構(gòu)建包含m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象和n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的判斷矩陣

V=(xij)m×n(i=1,2…m;j=1,2,…n)

(1)

其次，對(duì)判斷矩陣V進(jìn)行無量綱化處理，得到矩陣

S=(yij)m×n(i=1,2…m;j=1,2,…n)

(2)

對(duì)于正指標(biāo)(越大越好)，有

(3)

對(duì)于逆指標(biāo)(越小越好)，有

(4)

(四)指標(biāo)權(quán)重的確定

為了降低主觀原因?qū)υu(píng)價(jià)結(jié)果的影響，本文引入熵權(quán)法確定權(quán)重。熵權(quán)法是一種客觀的確定權(quán)重的方法，特點(diǎn)是直接利用評(píng)價(jià)對(duì)象的指標(biāo)值構(gòu)成的矩陣來確定計(jì)算權(quán)重，具有較強(qiáng)的客觀性，排除了人為因素的影響。[7]基于熵權(quán)法的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算步驟為：

(1)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值ej

(5)

并規(guī)定當(dāng)pij=0時(shí)，,從而保證eij∈[0,1]

(2)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重為：

(6)

式中，wj=1-ej為指標(biāo)xj的差異系數(shù)。

計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 長沙市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的指標(biāo)權(quán)重

(五)長沙市土地生態(tài)安全綜合指數(shù)

應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析法計(jì)算土地生態(tài)安全指標(biāo)綜合指數(shù)的步驟：

1.確定參考序列和比較序列。

參考序列即：yi-{yi1,yi2,…，yin}(i=1,2,…，m)

比較序列由各項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)值組成，由于經(jīng)過無量綱化處理后的指標(biāo)屬于[0,1]，因此選取每個(gè)指標(biāo)的最大值作為比較序列y0=(1,2,…，1)

2.計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。

(7)

3.計(jì)算參考序列與比較序列的加權(quán)關(guān)聯(lián)度。

(8)

關(guān)聯(lián)度R反映評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)狀態(tài)之間相互接近程度，R值越大說明第i個(gè)評(píng)價(jià) 對(duì)象與最優(yōu)狀態(tài)相互接近程度越高，因此，可以根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小來對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行優(yōu)劣排序與級(jí)別分類。

4.計(jì)算土地生態(tài)安全綜合指數(shù)

根據(jù)評(píng)價(jià)模型計(jì)算出長沙市2011年到2015年土地生態(tài)安全綜合指數(shù)，分別是{0.609,0.6549,0.7674,0.6473,0.5994}。

(六)安全評(píng)價(jià)的等級(jí)

一般關(guān)聯(lián)度按強(qiáng)弱可以分為弱相關(guān)性(0～0.35)、中等相關(guān)性(3.5～0.7)以及強(qiáng)相關(guān)性(0.7～1)三種類型。[7]在咨詢了相關(guān)專家的基礎(chǔ)上，制定了一個(gè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表3。

表3 城市生態(tài)安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

四 結(jié)果分析

將計(jì)算結(jié)果與土地生態(tài)安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，分析“十二五”期間的長沙市土地生態(tài)安全整體狀況及各子系統(tǒng)的演進(jìn)。

(一)土地生態(tài)安全系統(tǒng)綜合分析

“十二五”期間，長沙市的土地生態(tài)系統(tǒng)的安全狀況是呈山峰形態(tài)變化。其中除了2013年處于安全狀態(tài)，而其余四年為較安全。以2013年為峰值，綜合安全指數(shù)由2010年的0.609迅速上升至2013年的0.767，上升幅度明顯，而2013年后逐漸下降到2015年的0.599。

原因主要是“十二五”期間長沙市作為湖南省的省會(huì)城市，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，伴隨著對(duì)資源的巨大消耗和對(duì)環(huán)境的不斷破壞，人地矛盾也日趨激烈。同時(shí)大量的基本建設(shè)項(xiàng)目和改造工程的進(jìn)行，城市化進(jìn)程的不斷加快，這些都給長沙市土地生態(tài)系統(tǒng)安全帶來了很大壓力。但是在整體上，長沙市的土地生態(tài)形勢(shì)正朝著樂觀的方向發(fā)展，這與長沙市政府在環(huán)境保護(hù)方面不斷深化改革密不可分?！笆濉逼陂g，長沙深入推進(jìn)兩型社會(huì)建設(shè)綜合配套改革，單位地區(qū)生產(chǎn)總值能耗下降20%以上，提前一年實(shí)現(xiàn)“十二五”節(jié)能減排目標(biāo)。城鄉(xiāng)環(huán)保和治理不斷加強(qiáng)，新增造林綠化面積68.19萬畝，獲批全球綠色城市。長沙市政府在加快城市環(huán)境建設(shè)方面所做出的努力有目共睹，這也是長沙市土地生態(tài)安全水平不斷提高的原因所在。

圖1 綜合安全指數(shù)

圖1中不僅反映了長沙市土地生態(tài)安全指數(shù)在2011年至2015年的變化，還包含了三個(gè)子系統(tǒng)在“十二五”期間的變化情況。從圖1可以看出研究區(qū)域的土地生態(tài)系統(tǒng)在壓力狀態(tài)響應(yīng)三個(gè)方面因?yàn)榘l(fā)展?fàn)顩r的不同，各子系統(tǒng)的安全指數(shù)變化也有所不同。

(二)土地生態(tài)安全壓力系統(tǒng)分析

在壓力系統(tǒng)方面，2011年到2015年，土地生態(tài)壓力從2011年的安全狀態(tài)下降至2012年的臨界安全狀態(tài)，再逐步轉(zhuǎn)變提升成為2015年的安全狀態(tài)，呈“U”字型變化(如圖1)。這樣的變化是因?yàn)榻觊L沙市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展將土地生態(tài)安全朝好的方向驅(qū)動(dòng)，在城市化進(jìn)程不斷加快的同時(shí)，土地產(chǎn)出率也不斷提高，經(jīng)濟(jì)效率的提高，這也相對(duì)平衡了經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地生態(tài)造成的壓力。但是，為了提高土地產(chǎn)出率，農(nóng)藥、化肥和地膜大規(guī)模使用同樣也對(duì)土地生態(tài)造成了嚴(yán)重威脅，土地產(chǎn)出率的提高如果不能同時(shí)減少污染物的大量排放，長沙市的土地生態(tài)安全所面臨的壓力仍將居高不下，甚至最后又下降至臨界安全甚至是不安全的狀態(tài)。

(三)土地生態(tài)安全狀態(tài)系統(tǒng)分析

在狀態(tài)系統(tǒng)方面，狀態(tài)安全指數(shù)在“十二五”期間的變化是整體情況樂觀，但中間有波動(dòng)，處于臨界安全、較安全和安全之間(見圖1)。在2015年?duì)顟B(tài)系統(tǒng)達(dá)到了安全的范圍，對(duì)整個(gè)土地生態(tài)安全狀態(tài)產(chǎn)生了積極的影響。這與其“綠色”面積的不斷增加有關(guān)，城市“綠色”面積多了，整個(gè)城市的生態(tài)環(huán)境得到提升，這也對(duì)提高全市土地生態(tài)安全狀態(tài)產(chǎn)生重要意義。但同樣，長沙市的狀態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全仍然需要政府不斷努力深化改革，維護(hù)“十二五”期間的“造綠”成果。

(四)土地生態(tài)安全響應(yīng)系統(tǒng)分析

在響應(yīng)系統(tǒng)方面，響應(yīng)安全指數(shù)在2011為較不安全狀態(tài)，而2013年則處于安全狀態(tài)。隨著“十二五”規(guī)劃的推進(jìn)，城區(qū)地表水環(huán)境功能區(qū)達(dá)標(biāo)率逐年降低，生活垃圾產(chǎn)生量逐年加大，人地矛盾的不斷加大也使得響應(yīng)生態(tài)安全指數(shù)發(fā)生了波動(dòng)變化。在2015年處于一個(gè)較安全狀態(tài)，這是由于長沙市依據(jù)“十二五”規(guī)劃引進(jìn)了生活垃圾無害化處理設(shè)備，在14年生活垃圾無害化處理率達(dá)到了100%。在環(huán)境保護(hù)方面加大財(cái)政支出也說明了長沙市政府對(duì)生態(tài)發(fā)展的重視。

綜上所述，通過計(jì)算結(jié)果可知，“十二五”期間長沙市的土地生態(tài)安全整體上處于較安全狀態(tài)，這與客觀實(shí)際情況較為吻合，證明該評(píng)價(jià)方法具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。且其壓力、狀態(tài)和響應(yīng)子系統(tǒng)也呈上升趨勢(shì)；但是，波動(dòng)幅度較大；其中森林覆蓋率、生活垃圾無害化處理率、自然保護(hù)區(qū)面積以及工業(yè)固體廢物綜合利用率是影響長沙市土地生態(tài)安全的主要因素。因此，“十三五”期間長沙市在鞏固現(xiàn)有成績的基礎(chǔ)上，不斷深化改革，協(xié)調(diào)人地矛盾，尤其要通過產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提高工業(yè)固體廢物綜合利用率，以增強(qiáng)土地生態(tài)安全，為實(shí)現(xiàn)長沙市社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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責(zé)任編輯：李珂

Evaluation on the Land Ecological Security of Changsha City Based on the PSR Model

YUAN Li, CHEN Shiyang

(School of Business, Hunan University of Technology, Zhuzhou, Hunan 412000 China)

This paper constructs the evaluation index system of land ecological security based on PSR (pressure-state-response model) and applies entropy method and modified grey correlation analysis method to calculate the security index of the whole land ecology. This paper also conducts the evaluation on the land ecological security of Changsha City during the 12th Five-Year Plan. The result reveals that the land ecological security of Changsha City between 2011 and 2015 is in a relatively secure state. Overall, the land ecological security of Changsha City is presenting an increasing trend and inclines to a secure state; from the perspective of subsystem, the pressure, state and response system are all presenting a fluctuant rising trend and the fluctuating range is relatively great; forest coverage rate, innocuous treatment rate of household garbage, area of nature reserve and comprehensive utilization rate of industrial solid wastes are the main factors influencing the land ecological security of Changsha City.

Changsha City; land ecological security; PSR model; grey relational degree

10.3969/j.issn.1674-117X.2017.02.007

2016-11-30

袁 莉(1962- )，女，四川西昌人，湖南工業(yè)大學(xué)教授，博士，研究方向?yàn)閰^(qū)域生態(tài)系統(tǒng)管理；陳詩陽(1992-)，女，湖南湘潭人，湖南工業(yè)大學(xué)碩士生，研究方向?yàn)橥恋厣鷳B(tài)安全。

F062.2

A

1674-117X(2017)02-0024-05