王 鵬, 王亞娟, 劉小鵬, 陳 曉, 孔福星

(1.寧夏大學 資源環(huán)境學院, 銀川 750021; 2.寧夏(中阿)旱區(qū)資源評價與環(huán)境調控重點實驗室, 銀川 750021)

土地利用系統(tǒng)是地球表層不同類型要素與人類生產生活之間相互影響、相互作用而形成的具有自然、經濟和社會特征的統(tǒng)一整體，是最重要的自然資源，也是人類生存和發(fā)展的基礎[1]。隨著社會經濟發(fā)展水平的不斷提高，尤其是社會經濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略實施以來，人地矛盾日益突出，生態(tài)環(huán)境問題日益嚴峻，如何實現土地資源的永續(xù)利用和社會—經濟—生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展成為當前各界人士關注的重點，而土地利用系統(tǒng)健康愈發(fā)受到關注，并逐漸發(fā)展成為生態(tài)系統(tǒng)研究領域的熱點話題[2]。土地利用系統(tǒng)健康評價的目的是區(qū)分功能完好和病態(tài)的土地生態(tài)系統(tǒng)，診斷病態(tài)系統(tǒng)的演變過程，制定恢復和預防病態(tài)的基本對策[3]，有利于改善土地利用系統(tǒng)健康狀況，促進土地資源的合理利用，緩減人類活動和自然生態(tài)系統(tǒng)之間的矛盾，是實現土地資源可持續(xù)利用和科學管理的重要基礎。

自20世紀40年代“土地健康”概念提出以來，國內外學者圍繞土地系統(tǒng)健康展開了一系列研究，并取得豐富成果。20世紀80年代加拿大政府對全國土地質量展開調查，并進行了“土壤健康”項目研究，對城市地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展狀況進行評價研究[4]；Benites等[5]從土地條件變化指標出發(fā)構建土地健康評價指標體系對土地系統(tǒng)健康進行評價；Moussiopoulos等[6]、Spangenberg[7]從土地可持續(xù)利用角度出發(fā)構建健康評價指標體系對土地系統(tǒng)健康進行評價。而國內對于土地利用系統(tǒng)健康評價的研究仍處于發(fā)展階段，相關研究理論和方法尚不完善。人們在“土地健康”、“生態(tài)系統(tǒng)健康”和“土地生態(tài)系統(tǒng)健康”的概念基礎上，提出了“土地利用系統(tǒng)健康”[8]，而隨著我國對土地資源可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護的日益重視，土地利用系統(tǒng)健康研究也逐漸發(fā)展起來。郭杰[9]、蔡為民[10]等對土地利用系統(tǒng)健康的概念和內涵進行了深入的剖析，并指出土地利用系統(tǒng)評價框架和指標選擇的原則；姚嵐[11]、劉寶濤[12]、路正[13]等分別運用三角模型、改進TOPSIS法、灰色關聯模型和熵權可拓物元模型等方法對喀斯特地區(qū)、三峽庫區(qū)、河西走廊、吉林省土地利用系統(tǒng)健康進行評價；鄭華偉[14]、陸麗珍[15]、楊丹[16]等對土地利用系統(tǒng)健康的影響因素和障礙因子進行了評價和診斷。雖然國內外學者運用多種方法對不同區(qū)域的土地利用系統(tǒng)健康進行了大量研究，但大多只專注于自然資源和生態(tài)狀況，對人類活動考慮較少，構建的指標評價模型主要注重生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性，而忽略了其人為屬性，對土地利用生態(tài)系統(tǒng)面對的壓力、狀態(tài)的響應考慮不足[17-18]。而PSR模型較好地兼顧了生態(tài)系統(tǒng)的自然和人為雙重屬性，強調人類活動和土地利用系統(tǒng)間的因果關系，將人地關系納入土地利用系統(tǒng)健康評價中[19]。

生態(tài)移民是被賦予了具有扶貧和生態(tài)建設雙重意義的特殊的人口遷移過程[20]，紅寺堡作為全國最大的生態(tài)移民集中區(qū)，其土地利用方式不同于其他地區(qū)。土地利用類型、結構和功能受到人類活動、社會經濟以及政策導向的強烈影響，導致生態(tài)系統(tǒng)脆弱，土地資源壓力加大，嚴重制約了區(qū)域社會經濟的持續(xù)健康發(fā)展。為此，本文利用PSR模型對紅寺堡生態(tài)移民安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康進行評價研究，以期為生態(tài)移民工程、區(qū)域土地規(guī)劃以及土地政策的制定提供科學依據。

1 研究區(qū)概況

紅寺堡區(qū)位于寧夏中部干旱半干旱地區(qū)，位于東經105°43′—106°42′，北緯37°28′—37°37′，區(qū)域總面積2 767 km2，總人口約18.95萬人，其中回族人口占總人口的62.3%。全區(qū)地勢南高北低，平均海拔1 240～1 450 m，年均降水量277 mm左右，年平均氣溫8.4℃。1999年成立中共紅寺堡開發(fā)區(qū)工委。2009年，吳忠市紅寺堡區(qū)成立，該區(qū)域成為易地扶貧搬遷戶的主要安置區(qū)域。自1998年以來，共搬遷來自隆德、涇源、西吉、原州、彭陽、海原、同心和中寧等地區(qū)的貧困人口約20.5萬人，成為全國最大的異地扶貧生態(tài)移民安置區(qū)。2015年，全區(qū)地區(qū)生產總值達156 104萬元，第一、二、三產業(yè)生產值分別為46 216萬元、66 475萬元和43 413萬元，產業(yè)結構比為29.6∶42.6∶27.8。

2 評價模型的構建

2.1 基于P-S-R模型的評價體系

“壓力—狀態(tài)—響應”(P-S-R)模型是由聯合國環(huán)境規(guī)劃署(UNWP)和經濟合作與發(fā)展組織(OECD)共同提出的，主要是用于評價人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響程度，是一種被學術界廣泛使用的評價指標體系[21]。該模型中，P代表土地系統(tǒng)受到來自外部環(huán)境的壓力；S代表自然資源的變化狀況；R代表人類為改善不良影響而采取的保護措施[22]。通過借助P-S-R模型構建土地利用系統(tǒng)健康性評價體系，有助于衡量區(qū)域社會經濟發(fā)展和人口增長等因素對區(qū)域土地利用系統(tǒng)施加的壓力，描述在當前狀況下的經濟發(fā)展水平、資源產出水平和土地生態(tài)質量等土地產出水平，分析土地利用系統(tǒng)對外部壓力的適應性能力以及環(huán)境保護措施和治理手段的成效性[23]。壓力、狀態(tài)、響應之間相互制約、相互影響、相互作用，反映了環(huán)境壓力與環(huán)境變化之間的因果關系。

依據指標體系構建思路，并結合紅寺堡生態(tài)移民安置區(qū)實際狀況，遵從指標選取的系統(tǒng)性、針對性、可靠性等原則，在參考相關資料的基礎上構建了包括準則層、要素層、指標層、含義層在內的土地利用系統(tǒng)健康評價指標體系(表1)。本文所用數據來源于《寧夏統(tǒng)計年鑒(2010—2016)》、《寧夏國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》、《吳忠市情數據手冊》、《紅寺堡區(qū)經濟要情手冊》和紅寺堡區(qū)政府官方網站公布的統(tǒng)計數據以及相關的調查數據。

表1 土地利用系統(tǒng)評價指標體系

2.2 指標體系的構建

(1) 數據標準化處理。在多指標綜合評價中，數據的標準化處理可以消除量綱對評價結果準確性的不良影響，此外，由于每個指標作用效果的指向不同，應采用不同的標準化處理方式[24]。不同指向指標的標準化方法如下：

式中：maxXj為指標的最大值；minXj為指標的最小值；Xij為指標的原始值。

(2) 指標權重的確定。權重值表征了評價指標間的相對重要性，目前，學術界常采用熵權法、離差最大化法、變異系數法、層次分析法等方法進行計算。在指標較少的情況下，熵權法對指標間的細微差異更為敏感，可避免指標區(qū)分度的趨同性，故本文使用熵權法進行指標權重的計算，其計算公式如下：

將標準化處理的數據代入上述式中，得到各個指標的信息熵E1，E2，…，E19，各數據指標的權重值計算公式如下：

信息熵不僅衡量了系統(tǒng)的無序程度，也可以判斷指標的離散程度，其離散度越大，信息熵越小，該指標的權重越大[25]。

(3) 計算綜合指數。采用綜合指數測算土地利用系統(tǒng)健康狀況，利用每一項指標的權重乘以該指標標準化后的值，其計算公式如下：

式中：Y代表土地利用系統(tǒng)健康綜合指數;wi為指標權重;xi為指標標準化后的值。

借鑒國內外相關研究成果，將土地利用系統(tǒng)健康級別劃分為5個級別(表2)。

表2 土地利用健康分級標準

2.3 土地利用系統(tǒng)灰色關聯度分析

灰色關聯度分析是根據變量之間發(fā)展趨勢的相似性來尋求各子系統(tǒng)(因素)之間的數量關系，確定影響因子在整個評價系統(tǒng)中的重要程度[26]。其計算公式如下所示：

式中：ξ0i為關聯系數；Δ(min)和Δ(max)分別代表著參考序列與比較序列絕對值的最小值和最大值；Δ0i(K)是比較序列曲線上數據點與參考序列曲線上的數據點差值的絕對值；ρ為分辨系數，其值一般取0.5。關聯度計算公式為：

式中：γi為灰色關聯度，用于表征兩組數據間的關聯性。其值越接近于1，表示關聯性越好。

3 結果與分析

3.1 土地利用系統(tǒng)健康綜合評價指數分析

采用P—S—R模型建立紅寺堡生態(tài)移民安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康性評價模型，利用熵權法求取指標權重(表1)。依據上述公式計算紅寺堡2009—2015年的土地利用系統(tǒng)健康性的綜合評價值(圖1)。從圖2中可以看出，2009—2015年紅寺堡生態(tài)移民安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康評價指數呈現出逐年上升的變化趨勢，由2009年的0.310 9增加到2015年的0.692 7，增加了2.23倍，年增長率為12.12%。其中，2010—2012年增長幅度最大，增長幅度為57.07%，而2009—2010年增幅較小，僅為11.01%。依據土地利用系統(tǒng)健康分級標準(表2)，2009—2010年紅寺堡生態(tài)移民安置區(qū)土地利用系統(tǒng)處于不健康的狀態(tài)，其健康綜合評價指數值均不足0.4；2010—2013年研究區(qū)土地利用系統(tǒng)健康綜合評價指數值逐年增加，由2010年的0.345 2增加至2013年的0.585 8，其健康等級由不健康上升至臨界安全狀態(tài)；2013—2015年研究區(qū)土地利用系統(tǒng)健康綜合評價指數繼續(xù)上升，其值上升至2015年的0.692 7，其健康等級持續(xù)上升，達到亞健康狀態(tài)。

2009—2015年，紅寺堡生態(tài)移民安置區(qū)土地利用逐漸趨于合理化，安置區(qū)房屋建設、道路規(guī)劃以及交通用地等建設用地面積逐年增加，建設用地面積比例由2009年的4.92%增加至2015年的9.48%，年均增長率達9.82%。除此之外，紅寺堡生態(tài)移民安置區(qū)國民生產總值持續(xù)增長，固定資產投資額不斷增加，環(huán)保投資額逐年增加，加之生態(tài)環(huán)境保護政策的實施和落實，區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量不斷改善，從而促使紅寺堡安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康狀況不斷好轉。

圖1 紅寺堡生態(tài)移民安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康評價指數

3.2 土地利用系統(tǒng)各分類指數對比分析

由圖1可以看出，壓力指數、狀態(tài)指數、響應指數在研究期間均發(fā)生了較大變化。2009—2015年壓力指數呈現出先增后減的變化趨勢，2009—2012年壓力指數處于增加的狀態(tài)，由2009年的0.157 1增加至2012年的0.193 7，且達到壓力指數的峰值。2012—2013年壓力指數出現短暫的下降，下降幅度為14.93%，主要受外界因素影響，經濟出現下滑現象，GDP總量略有下降，致使經濟發(fā)展壓力減小。2013—2015年經濟水平逐漸恢復，壓力指數呈現出上升趨勢。2009—2015年這7年間，紅寺堡安置區(qū)土地利用系統(tǒng)壓力變化比較穩(wěn)定。從狀態(tài)指數中可以看出，研究期間，系統(tǒng)健康狀態(tài)指數始終處于持續(xù)增加的變化態(tài)勢，由2009年的0.121 7增加至2015年的0.398 5，年均變化率為18.46%。2010—2013年系統(tǒng)健康狀態(tài)指數增加幅度明顯加快，尤其是2012年其增加幅度最大。響應指數是當系統(tǒng)受到外界壓力時，為改善區(qū)域土地利用系統(tǒng)健康狀況所采取的行動措施。由于生態(tài)環(huán)境保護政策的推廣與實施，環(huán)保投資額數量的加大以及城市污水處理和生活垃圾的無公害處理技術和水平的提高和改善，土地利用系統(tǒng)健康響應指數隨之呈現出逐年上升的發(fā)展趨勢，并由2009年的0.032 1增加至2015年的0.117 4，年增長2%。除此之外，紅寺堡生態(tài)移民安置區(qū)經過多年的治理，同時加大了對環(huán)境治理和保護的力度，使得區(qū)內城市綠地面積不斷增加，水質得到改善，空氣質量出現明顯好轉。

3.3 土地利用系統(tǒng)健康水平空間變化分析

利用ArcGIS空間分析功能對紅寺堡安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康水平進行空間分析，并將其進行空間化表達(圖3)發(fā)現，2009—2015年，研究區(qū)土地利用系統(tǒng)健康水平空間分布發(fā)生較大變化。2009年紅寺堡安置區(qū)土地利用系統(tǒng)整體健康水平不高，健康等級主要以病態(tài)和不健康為主。紅寺堡鎮(zhèn)和太陽山鎮(zhèn)的健康水平處于病態(tài)狀態(tài)，主要原因是紅寺堡鎮(zhèn)是全區(qū)的政治、文化、經濟中心，經濟壓力以及土地利用強度較高，而環(huán)境保護和治理改善不明顯，使其健康水平較低；太陽山鎮(zhèn)位于全區(qū)的東部，緊鄰鹽池縣，處于生態(tài)環(huán)境脆弱地帶，植被覆蓋度較低，水土流失、鹽漬化較為嚴重，故其健康水平低。而新莊集鄉(xiāng)位于羅山腳下，水土保持水平和植被覆蓋度較高，生態(tài)環(huán)境良好；新莊集鄉(xiāng)安置點建設主要以小型和中型安置區(qū)為主，無大型安置區(qū)建設，其人口壓力水平較低；經濟發(fā)展速度較為緩慢，經濟發(fā)展帶來的壓力不大，因此，該區(qū)域土地利用系統(tǒng)健康水平較高。2015年紅寺堡安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康水平不斷提高，各縣鎮(zhèn)健康水平均有所改善，全區(qū)健康等級主要以臨界健康為主。其中，紅寺堡鎮(zhèn)健康水平明顯提高，其安全等級上升至臨界安全狀態(tài)，注重環(huán)境保護和改善城市污水、垃圾處理狀況以及加大環(huán)保投資額，減小土地利用系統(tǒng)壓力等措施是其健康水平上升迅速的主要原因。其余各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的健康水平不斷提升和改善得益于生態(tài)移民工程的順利實施和相應生態(tài)環(huán)境保護政策的頒布和落實。

圖2 土地利用系統(tǒng)健康水平空間變化

3.4 土地利用系統(tǒng)評價指標的關聯性分析

通過利用灰色關聯度法計算綜合評價指數與各指標因子之間的數量關系，可以確定各指標因子相對于研究區(qū)土地利用系統(tǒng)健康程度的重要性。通過上述公式計算得到土地利用系統(tǒng)健康性評價綜合指數與23個評價指標因子的關聯度(表3)。從各指標來看，人口自然增長率和人口土地負荷量與健康綜合評價指數間的關聯度最高，其次是城市綠地覆蓋率、空氣質量狀況、城市污水處理率和垃圾無害化處理率以及環(huán)保投資額等指標與土地利用系統(tǒng)健康性評價綜合指數的關聯度較高，處于第2個等級單元。而土地利用系統(tǒng)健康評價體系中的狀態(tài)水平指標，如人均GDP、城鎮(zhèn)居民人居可支配收入、地均從業(yè)人數等與土地利用系統(tǒng)健康性評價綜合指數的關聯度較低。從表3中可以看出，紅寺堡移民安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康性評價綜合指數與評價體系壓力、響應系統(tǒng)的各指標因子關聯度較高，與評價體系中的狀態(tài)系統(tǒng)指標因子關聯性較低。同時也表明，移民人口數量的增加是影響紅寺堡安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康性的主要因素，人口數量的增加以及人類各項生產生活活動對安置區(qū)土地利用分布格局具有決定性作用，從而影響著土地利用系統(tǒng)健康狀況，而區(qū)域生態(tài)環(huán)境的保護和改善可以促進區(qū)域土地利用系統(tǒng)健康狀況的良性發(fā)展。

表3 土地利用系統(tǒng)健康影響因子的灰色關聯度

4 結論與討論

土地利用系統(tǒng)健康性評價是一項復雜的系統(tǒng)工程，與社會、經濟、生態(tài)系統(tǒng)的關系十分密切。作為全國最大的生態(tài)移民安置中心，其土地利用系統(tǒng)健康水平直接影響著生態(tài)移民工程和安置區(qū)建設的順利開展。為研究紅寺堡安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康水平，揭示其健康狀況，本文以P—S—R理論為框架，參考國內外研究成果，并結合紅寺堡安置區(qū)實際狀況，構建生態(tài)移民安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康評價指標體系進行研究分析。

研究結果顯示，紅寺堡生態(tài)移民安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康綜合評價值由2009年的0.310 9增加到2015年的0.692 7，土地利用系統(tǒng)健康水平不斷提高和改善。紅寺堡安置區(qū)土地利用逐漸趨于合理化，國民生產總值持續(xù)增長，固定資產投資額不斷增加，環(huán)保投資額逐年增加以及生態(tài)環(huán)境保護政策的驅動作用促使土地利用系統(tǒng)健康狀況不斷好轉。從各系統(tǒng)層來看，壓力指數、狀態(tài)指數、響應指數在研究期間均發(fā)生了較大變化。其中紅寺堡安置區(qū)土地利用系統(tǒng)壓力變化比較穩(wěn)定，響應指數始終處于平穩(wěn)上升的變化趨勢，而狀態(tài)指數變化較為顯著，出現大幅度增加的變化態(tài)勢。從空間變化來看，2009—2015年，研究區(qū)土地利用系統(tǒng)健康水平發(fā)生較大變化。2009年紅寺堡安置區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用系統(tǒng)整體健康水平不高，健康等級主要以病態(tài)和不健康為主。其中紅寺堡鎮(zhèn)和太陽山鎮(zhèn)的土地利用系統(tǒng)健康等級最低，處于病態(tài)狀態(tài)；柳泉鄉(xiāng)和大河鄉(xiāng)處于不健康狀態(tài)，而新莊集鄉(xiāng)健康等級最高。2015年紅寺堡安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康水平不斷提高，各縣鎮(zhèn)健康水平均有所改善，全區(qū)健康等級主要以臨界健康為主。紅寺堡鎮(zhèn)、柳泉鄉(xiāng)和大河鄉(xiāng)處于臨界健康狀態(tài)，太陽山鎮(zhèn)健康等級最低，而新莊集鄉(xiāng)仍處于高等級健康狀態(tài)。通過利用灰色關聯模型證明了人口自然增長率和人口土地負荷量以及城市綠地面積、空氣環(huán)境質量等生態(tài)環(huán)境因子與土地利用系統(tǒng)健康水平具有較高的相關性。說明上述因子對研究區(qū)土地利用系統(tǒng)健康水平具有重要的影響作用。同時也表明生態(tài)移民安置區(qū)的土地利用不僅要進行合理規(guī)劃，而且更要注重綜合效益的提高，重視人口和環(huán)境系統(tǒng)對土地利用系統(tǒng)的影響程度。

生態(tài)移民是被賦予了具有扶貧和生態(tài)建設雙重意義的特殊的人口遷移過程，而移民安置區(qū)土地健康狀況是安置區(qū)建設和發(fā)展的基礎。安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康性評價可以反映人類活動對土地利用系統(tǒng)的影響程度，可為移民安置區(qū)建設和發(fā)展提供科學參考和決策依據。安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康狀況不僅受到人類活動過程的影響，而且受外部自然環(huán)境、政策導向以及領導者主觀意愿等因素的影響。如何實現安置區(qū)土地資源的持續(xù)發(fā)展，不僅需要先進的經驗和技術，更需要立足研究區(qū)實際狀況，準確評價土地利用系統(tǒng)健康程度。因此，在評價系統(tǒng)和評價指標的運用和選取上應進行更深入的探討，使其更加具有適應性、針對性和合理性。本文采用P-S-R模型，選取土地利用系統(tǒng)的經濟性和社會性和生態(tài)性指標，構建評價指標體系，但在評價方法的應用、指標選擇的合理性和針對性上仍需進一步探討。同時，安置區(qū)民俗習慣、生產生活方式都會對安置區(qū)土地利用系統(tǒng)健康性產生影響，這也是本文需要進一步探討的部分。