黃良偉

摘要 本研究基于PSR模型構(gòu)建土地生態(tài)安全評價指標體系，采用熵權(quán)法進行客觀賦權(quán)，結(jié)合綜合指數(shù)法和障礙因子診斷模型，評價A市2006—2021年土地生態(tài)安全發(fā)展狀況并分析其障礙因子。結(jié)果表明，2006—2021年該市土地生態(tài)安全綜合指數(shù)呈先緩慢下降后迅速上升趨勢，安全等級從Ⅲ級提高到Ⅳ級，達到較安全水平；子系統(tǒng)土地生態(tài)安全指數(shù)變化較明顯，壓力指數(shù)在2006—2015年呈下降趨勢，此后開始回升；狀態(tài)指數(shù)穩(wěn)步上升，呈現(xiàn)出積極的發(fā)展態(tài)勢；響應(yīng)指數(shù)呈波動上升趨勢；土地生態(tài)安全壓力層障礙度持續(xù)增加，狀態(tài)層和響應(yīng)層障礙度隨之下降，障礙度逐漸由狀態(tài)層、響應(yīng)層向壓力層進行轉(zhuǎn)移，主要障礙因子為農(nóng)藥施用量、化肥施用量和人口密度等。

關(guān)鍵詞 土地生態(tài)安全；PSR模型；熵權(quán)法；綜合指數(shù)法；障礙因子

中圖分類號 X826；F301.2? ?文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2024）09-0070-07

Evaluation of land ecological security and diagnosis of obstacle factors

in City A based on PSR model

Abstract In this study， the land ecological security evaluation index system was constructed based on the PSR model， and the entropy weight method was objectively assigned， combined with the comprehensive index method and the barrier factor diagnosis model. The development status of land ecological security in A city from 2006 to 2021 was evaluated， and the barrier factors were analyzed. The results showed that， from 2006 to 2021， the comprehensive index of land ecological security in the city showed a slow decline and then a rapid rising trend， and the security level increases from Class III to Class IV， reaching a safer level. The sub-system land ecological security index changed significantly， and the pressure index showed a downward trend from 2006 to 2015， and then began to rise. The status index steadily increases， showed a positive development. The response index showed a fluctuating upward trend， the obstacle degree of the pressure layer of land ecological security continues to increase， and the obstacle degree of the state layer and the response layer decreases， and the obstacle degree was gradually shifted from the state layer and the response layer to the pressure layer.The main obstacle factors were the amount of pesticide application， chemical fertilizer application， and the density of the population.

Keywords land ecological security; PSR model; entropy weight method; comprehensive index method; obstacle factors

土地是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是一種不可再生的自然資源[1]。隨著土地資源開發(fā)利用強度日益增大，土地生態(tài)問題日漸凸顯，生態(tài)環(huán)境承受較大壓力。土地生態(tài)安全是土地資源可持續(xù)利用的基礎(chǔ)與核心之一，有助于維持自然—經(jīng)濟—社會復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的長期協(xié)調(diào)發(fā)展[2]。有關(guān)土地生態(tài)安全已有相關(guān)研究，部分學(xué)者從生態(tài)風險評估[3]、土地利用變化[4]等角度切入進行生態(tài)安全研究，還有學(xué)者從評價尺度的確定、評價體系的構(gòu)建和評價方法的選擇等多方面開展了研究[5]。在評價尺度上，有省、市和縣等行政區(qū)劃尺度，也有流域[6]、綠洲[7]和喀斯特地貌[8]等區(qū)域尺度。從評價體系的構(gòu)建來看，PSR（壓力—狀態(tài)—響應(yīng)）、DPSIR（驅(qū)動力—壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng)）和EES（經(jīng)濟—環(huán)境—社會）等模型在構(gòu)建評價指標體系中得到廣泛使用[9]。評價方法的選擇較為多元化，主要有主成分分析[8]、物元分析[9]和突變級數(shù)法[10]等。本研究基于A市自然、經(jīng)濟和社會發(fā)展狀況，采用PSR模型對研究區(qū)2006—2021年的土地生態(tài)安全進行評價，根據(jù)評價結(jié)果，運用障礙因子診斷模型找出影響土地生態(tài)安全發(fā)展的主要障礙因子。針對改善該市土地生態(tài)安全狀況提出可行性建議，為該地可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)基本情況

研究區(qū)位于湘中偏西南，地理坐標介于25°58′～27°40′ N，109°49′～112°57′ E，總面積20 824 km2。屬典型中亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)，全年四季分明，雨量充沛，年平均氣溫18.2 ℃，年日照時數(shù)1 380.6 h，年降水總量1 178.3 mm。地形以丘陵、山地為主，地貌復(fù)雜多樣，地勢西高東低。截至2021年，該地區(qū)年生產(chǎn)總值達2 461.5億元，年末常住人口646.83萬人，耕地面積39.5 hm2。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于研究區(qū)統(tǒng)計年鑒與國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報，部分指標數(shù)據(jù)可直接獲取，其他指標數(shù)據(jù)根據(jù)原始數(shù)據(jù)計算得出。

1.3 研究方法

1.3.1 指標體系構(gòu)建? 構(gòu)建科學(xué)的指標體系是開展土地生態(tài)安全評價的基礎(chǔ)，同時也是確保評價結(jié)果準確、客觀的重要保障。PSR模型是在一種用于生態(tài)環(huán)境研究的模型。該模型被廣泛用于構(gòu)建土地生態(tài)安全評價指標體系，研究人類生產(chǎn)生活和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)之間的相互作用關(guān)系[11]。本研究根據(jù)PSR模型框架，遵循指標選取系統(tǒng)性、科學(xué)性和可操作性等原則，充分考慮自然、經(jīng)濟和社會的影響因素，并參考相關(guān)研究成果[12-13]，結(jié)合研究區(qū)實際情況，選取了人口密度、人口自然增長率和城鎮(zhèn)化率等18項指標，構(gòu)建研究區(qū)土地生態(tài)安全評價指標體系，詳見表1。

1.3.2 指標權(quán)重的確定

1.3.2.1 數(shù)據(jù)標準化處理? 通過極差標準化消除原始數(shù)據(jù)因不同量綱和變異范圍帶來的影響。極差標準化使各個指標數(shù)據(jù)按照一定比例轉(zhuǎn)換后落入0～1區(qū)間內(nèi)且處于同一數(shù)量級上，從而便于比較與分析各個指標的影響力。

式（1—2）中，xij指第j項指標第i年的指標值；x'ij表示xij的標準化值；max（xij）和min（xij）分別表示第j項指標的最大值和最小值。

1.3.2.2 熵權(quán)法? 采用熵權(quán)法進行客觀賦權(quán)，通過信息熵越大攜帶的信息量越多，不確定性就越小原理來確定各個指標的權(quán)重，為科學(xué)、準確地評價研究區(qū)土地生態(tài)安全狀況提供依據(jù)。具體計算步驟如式（3—6）。

首先，計算第j項指標在第i年的所占比重：

其次，確定第j項指標的熵值：

其中，k=1/ln（rn），且k>0。

再次，確定第j項指標的信息效用值：

[gj=1-ej] （5）

最后，計算各指標的權(quán)重：

1.3.3 土地生態(tài)安全綜合指數(shù)計算及等級劃分

1.3.3.1 綜合指數(shù)計算? 在對各指標進行標準化處理和權(quán)重計算后，選擇綜合指數(shù)法對研究區(qū)2006—2021年的土地生態(tài)安全值進行測算。計算公式如下。

式（7）中，Vi指研究區(qū)域土地生態(tài)安全值，當Vi越趨近于1時，表明該研究區(qū)域土地生態(tài)安全水平越高，反之則越低。

1.3.3.2 安全等級劃分? 為保證土地生態(tài)安全等級判定客觀，結(jié)合相關(guān)研究成果[14-15]以及研究區(qū)生態(tài)環(huán)境實際狀況，采用等間距劃分法將研究區(qū)土地生態(tài)安全等級劃分為5個等級，安全等級及對應(yīng)指數(shù)區(qū)間見表2。

1.3.4 障礙因子診斷? 使用障礙度診斷模型分析影響研究區(qū)土地生態(tài)安全的主要障礙因子，計算公式如下。

式（8—10）中，Pij為指標偏離度，即單項指標標準化值與最優(yōu)值的差距；Mij為第i年各單項指標對該年土地生態(tài)安全的障礙度；Nij為準則層指標障礙度。

2 結(jié)果與分析

2.1 土地生態(tài)安全綜合狀況分析

將18項指標數(shù)據(jù)的標準化值，通過加權(quán)計算，得到研究區(qū)2006—2021年土地生態(tài)安全壓力、狀態(tài)、響應(yīng)和綜合指數(shù)結(jié)果，并根據(jù)綜合指數(shù)值確定土地生態(tài)安全等級，如表3所示。

從圖1可以看出，2006—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全綜合指數(shù)和安全等級呈先緩慢下降后迅速上升趨勢，綜合指數(shù)整體上有較大提升。由表3可知，2006—2012年綜合指數(shù)呈下降趨勢，由0.440下降至0.310，在2008年安全等級由Ⅲ級降至Ⅱ級；2013—2021年綜合指數(shù)總體呈上升趨勢，從0.317上升到0.761，安全等級也由Ⅱ級提高到Ⅳ級，其中在2016年安全等級達到Ⅲ級，處于臨界安全水平，2020年則進一步提高至Ⅳ級，達到較安全水平。

2.2 土地生態(tài)安全子系統(tǒng)分析

2.2.1 土地生態(tài)安全壓力系統(tǒng)分析? 從表3和圖1可以看出，2006—2015年研究區(qū)土地生態(tài)安全壓力指數(shù)呈下降趨勢，由2006年的0.256下降至2015年的0.070；2016—2021年壓力指數(shù)整體呈上升趨勢，在2021年回升至0.205。其主要原因可能是2006—2015年研究區(qū)人口數(shù)量增大，建設(shè)用地擴張等因素促進了城市化進程，在一定程度上導(dǎo)致農(nóng)用地面積減少，且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥施用量的增加也給土地生態(tài)帶來了一定負荷。2016—2021年壓力指數(shù)有所回升，主要原因可能是隨著社會的發(fā)展和進步，研究區(qū)人口增速放緩，人口密度逐漸穩(wěn)定，更加注重高質(zhì)量發(fā)展，全面實施化肥、農(nóng)藥減量增效技術(shù)，化肥、農(nóng)藥施用量逐年減少，土地生態(tài)安全狀況有了較大程度改善。

2.2.2 土地生態(tài)安全狀態(tài)系統(tǒng)分析? 由表3和圖1可知，2006—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)總體呈穩(wěn)步上升趨勢，由2006年的0.043上升至2021年的0.229，狀態(tài)指數(shù)提升較大。其原因可能是隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值增長迅速，農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力不斷提高，土地集約利用水平進一步提升；此外，以打造“宜居、宜業(yè)、宜行、宜游”山水園林城市和創(chuàng)建國家園林城市為目標，大力實施公園提質(zhì)工程，建設(shè)林蔭小區(qū)，公園綠地面積逐年增加，有效提高了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

2.2.3 土地生態(tài)安全響應(yīng)系統(tǒng)分析? 從表3和圖1可以看出，研究區(qū)土地生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)總體呈波動上升趨勢。其中，2006—2012年響應(yīng)指數(shù)波動較大；2008年響應(yīng)指數(shù)下降幅度較大，其主要原因可能是罕見的低溫雨雪冰凍災(zāi)害導(dǎo)致農(nóng)作物受災(zāi)，糧食產(chǎn)量有所下降；2009—2012年由于第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重和一般工業(yè)固體廢物綜合利用率不高，響應(yīng)指數(shù)呈下降趨勢；2013—2021年研究區(qū)經(jīng)濟發(fā)展迅速，固定資產(chǎn)投資和第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重大幅提高，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，農(nóng)村居民可支配收入穩(wěn)定增漲，響應(yīng)指數(shù)穩(wěn)步上升，土地生態(tài)安全健康發(fā)展。

2.3 障礙因子診斷分析

2.3.1 準則層障礙度分析? 在上述評價結(jié)果的基礎(chǔ)上，通過障礙因子診斷模型計算出2006—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全準則層障礙度，具體如表4所示。

由表4可知，2006—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全3個準則層的障礙度都有較為明顯的變化?？傮w上來看，2006—2021年壓力層障礙度持續(xù)上升，由22.59%增長到74.35%，障礙度增加了51.76個百分點；而狀態(tài)層和響應(yīng)層障礙度整體呈下降趨勢，其中狀態(tài)層障礙度減少了28.78個百分點，響應(yīng)層障礙度減少了22.99個百分點。具體來說，2006—2008年，響應(yīng)層和狀態(tài)層障礙度相對較高，對土地生態(tài)安全的影響較大；2008—2021年，壓力層障礙度增長迅速，逐漸成為影響土地生態(tài)安全的主要障礙因素，而狀態(tài)層障礙度呈下降趨勢，響應(yīng)層障礙度在2009—2019年較為穩(wěn)定，在2020—2021年下降較為明顯。

總體來說，準則層障礙度呈由狀態(tài)層、響應(yīng)層向壓力層逐漸轉(zhuǎn)移的發(fā)展態(tài)勢，這在一定程度上與當今社會的發(fā)展趨勢相符。隨著社會進步和高質(zhì)量發(fā)展理念的提出，研究區(qū)既大力發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟，同時注重生態(tài)文明建設(shè)，不斷完善和優(yōu)化污染防治措施，積極推進山水林田湖草沙一體化保護和系統(tǒng)治理。實踐中，部分城市擴張和人口增長使土地資源需求增加，增大了土地生態(tài)負荷，因此，對土地資源進行合理規(guī)劃和利用是土地生態(tài)安全進一步提升的關(guān)鍵。

2.3.2 指標層障礙因子分析? 為進一步確定影響研究區(qū)土地生態(tài)安全的障礙因子，本研究選取2006—2021年每年障礙度排名前5的指標作為主要障礙因子進行分析，障礙因子排序及障礙度見表5。

從表5可以看出，2006—2013年，農(nóng)藥施用量（C6）和農(nóng)村居民人均可支配收入（C16）位于障礙因子前列，但障礙度總體呈波動下降趨勢；化肥施用量（C5）在2009年開始邁入主要障礙因子行列，障礙度在8.68%～15.94%波動；而單位耕地糧食產(chǎn)量（C15）和人口密度（C1）障礙度呈上升趨勢，2011年單位耕地糧食產(chǎn)量（C15）障礙度達到12.24%，超過農(nóng)藥施用量（C6）障礙度位列首位。這表明這一時期農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和規(guī)模效益有待提高，粗放經(jīng)營給土地生態(tài)安全帶來了一定壓力，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率有待提高，并且隨著人口增長，糧食和其他農(nóng)產(chǎn)品的需求不斷增大，加大了土地資源的承載壓力。2014—2021年，主要障礙因子集中在人口密度（C1）、單位耕地糧食產(chǎn)量（C15）、化肥施用量（C5）、農(nóng)藥施用量（C6）和一般工業(yè)固體廢物綜合利用率（C18）。其中，人口密度（C1）在2014年躍升至主要障礙因子首位，一般工業(yè)固體廢物綜合利用率（C18）在主要障礙因子第4～5位波動。此外，城鎮(zhèn)化率（C3）在2018年成為主要障礙因子，并且障礙度逐年上升。表明隨著人口數(shù)量的增加、城鎮(zhèn)建設(shè)用地的擴張，土地生態(tài)的壓力負荷越來越大，化肥、農(nóng)藥施用和工業(yè)固體廢物等因子對土地生態(tài)的長期影響不容忽視，需要在化肥、農(nóng)藥零增長的基礎(chǔ)上，持續(xù)推進化肥、農(nóng)藥減量增效，以及固體廢物處置基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，以進一步改善區(qū)域土地生態(tài)安全狀況。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

（1）總的來說，2006—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全綜合指數(shù)呈先緩慢下降后迅速上升趨勢，整體上有較大提升，安全等級從Ⅲ級提高到Ⅳ級，達到較安全水平，有望達到安全水平（V級）。其中2006—2012年綜合指數(shù)小幅下降，由0.440下降至0.310，2013—2021年綜合指數(shù)總體呈上升趨勢，在2021年達到0.761。

（2）從子系統(tǒng)土地生態(tài)安全狀況來看，研究區(qū)土地生態(tài)安全壓力指數(shù)在2006—2015年呈下降趨勢，此后開始回升；狀態(tài)指數(shù)多年來持續(xù)穩(wěn)步上升，呈現(xiàn)出積極的發(fā)展態(tài)勢；響應(yīng)指數(shù)呈波動上升趨勢，自2016年起逐步高于壓力指數(shù)和狀態(tài)指數(shù)，土地生態(tài)安全狀況整體較好。

（3）從土地生態(tài)安全障礙度來看，準則層的障礙度均有較為明顯的變化，其中壓力層障礙度持續(xù)增加，狀態(tài)層和響應(yīng)層障礙度隨之下降，表明障礙度逐漸由狀態(tài)層、響應(yīng)層向壓力層轉(zhuǎn)移；指標層主要障礙因子集中在農(nóng)藥施用量（C6）、化肥施用量（C5）、人口密度（C1）和單位耕地糧食產(chǎn)量（C15）等，且各因子障礙度有向人口密度（C1）、城鎮(zhèn)化率（C3）轉(zhuǎn)移的趨勢。

3.2 建議

（1）緩解土地資源的承載壓力。大力發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，逐步提高農(nóng)村產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化水平，優(yōu)化城鄉(xiāng)產(chǎn)業(yè)用地布局以促進城鄉(xiāng)融合發(fā)展，通過對城鄉(xiāng)人口流動進行科學(xué)引導(dǎo)和管理，有利于減輕人口密集地區(qū)的土地生態(tài)環(huán)境壓力。

（2）發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)和生態(tài)產(chǎn)業(yè)。進一步加強農(nóng)業(yè)面源污染防治，積極推進化肥、農(nóng)藥減量增效，加強耕地保護和質(zhì)量建設(shè)，實現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用；鼓勵發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)，倡導(dǎo)采用節(jié)能減排措施，降低工業(yè)廢棄物的產(chǎn)生和排放，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)向高效、環(huán)保的方向邁進，以促進資源的循環(huán)利用。

（3）進一步健全土地生態(tài)安全監(jiān)管機制。進一步完善土地生態(tài)保護的相關(guān)政策和法律體系，規(guī)范土地開發(fā)和利用行為，運用“3S”等新技術(shù)對土地生態(tài)環(huán)境進行監(jiān)測和評估，切實守住耕地紅線和生態(tài)保護紅線，為可持續(xù)發(fā)展提供有力的支持和保障。

綜上，本研究基于A市自然、經(jīng)濟和社會發(fā)展狀況，采用PSR模型對該地2006—2021年的土地生態(tài)安全進行評價，根據(jù)評價結(jié)果，運用障礙因子診斷模型找出主要障礙因子，針對改善研究區(qū)土地生態(tài)安全狀況提出可行性的建議，為可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)提供參考。

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