基于PSR—TOPSIS模型的三峽庫區(qū)土地生態(tài)安全評價

陳靜　劉秀華　劉勇

摘要：在土地生態(tài)安全概念的基礎(chǔ)上，基于PSR模型，從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3方面構(gòu)建三峽庫區(qū)土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，并運(yùn)用TOPSIS法對豐都縣2003-2012年的土地生態(tài)安全水平進(jìn)行綜合評價研究。結(jié)果表明，人口密度、人均耕地面積、城市人均公園綠地面積、第三產(chǎn)業(yè)比重、農(nóng)民人均純收入、水土流失治理面積、環(huán)保治理投資占GDP比重是影響豐都縣土地生態(tài)安全的主要因素；豐都縣土地生態(tài)安全狀況整體呈波動上升趨勢，從不安全狀態(tài)過渡到較不安全狀態(tài)，但距離安全狀態(tài)仍有較大差距；從各子系統(tǒng)看來，豐都縣土地生態(tài)安全的壓力系統(tǒng)呈下降趨勢，狀態(tài)系統(tǒng)2003-2010年基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，2011年好轉(zhuǎn)達(dá)到較安全狀態(tài)，而2012年又降到臨界安全狀態(tài)，響應(yīng)系統(tǒng)呈波動上升趨勢。

關(guān)鍵詞：PSR-TOPSIS模型；土地生態(tài)安全；評價；三峽庫區(qū)；豐都縣

中圖分類號：X821 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）24-6226-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.24.032

Abstract： Based on the concept of land ecological security， 21 indicators from the three aspects （pressure， state， response）were selected to build land ecological security assessment index system in the Three Gorges reservoir region based on PSR model， and the entropy weight method and improved TOPSIS method were used to evaluate the land ecological security situation of Fengdu from 2003 to 2012. The results showed that， the main factors affecting the land ecological security in Fengdu included population density， per capita area of arable land， per capita area of urban green space，the proportion of the tertiary industry， rural per capita net income，control area of soil erosion， environmental management investment share of GDP. Land ecological security in Fengdu showed a rising trend in volatility as a whole，and transited from insecurity state to less security state，but it was still far from security state. From each subsystem，the pressure system of land ecological security in Fengdu was decreasing， the state system was basically in steady state from 2003 to 2010，improved in 2011 to reach safer state，and in 2012 they dropped to critical security status， the response system showed a fluctuating and rising trend.

Key words：PSR-TOPSIS model；land ecological security；evaluation；Three Gorges reservoir region；Fengdu county

土地是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)[1]，人類通過開發(fā)利用土地獲得所必需的物質(zhì)財富來實現(xiàn)長遠(yuǎn)發(fā)展。但隨著人口的增長和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對土地資源利用方式的不合理和破壞程度的加深，致使水土流失、土地沙化和荒漠化、土地污染等一系列土地生態(tài)問題頻頻發(fā)生，同時這些問題又反過來制約著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，導(dǎo)致人地矛盾突出。因此，土地生態(tài)安全問題成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點，也是為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須解決的問題。近年來，不同學(xué)者從不同角度、不同尺度對土地生態(tài)安全問題進(jìn)行研究，主要集中在土地生態(tài)安全評價、預(yù)警和設(shè)計等方面[2-5]，而評價工作則是各項研究的基礎(chǔ)。目前，土地生態(tài)安全評價體系的構(gòu)建和方法處于探索階段，從現(xiàn)有的研究成果看來，比較常用的方法有綜合指標(biāo)體系評價法、土地資源承載力分析方法、生態(tài)足跡分析法、層次分析法和景觀生態(tài)學(xué)方法等。關(guān)于評價指標(biāo)模型，主要有“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）”模型和“自然-經(jīng)濟(jì)-社會”模型兩種?！白匀?經(jīng)濟(jì)-社會”模型不能全面反映系統(tǒng)之間相互作用的過程；PSR模型從人類與環(huán)境系統(tǒng)的相互作用與影響出發(fā)對環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行分類[6]， 強(qiáng)調(diào)人類活動、經(jīng)濟(jì)運(yùn)作和環(huán)境之間的相互影響關(guān)系和作用機(jī)理，從多角度反映土地生態(tài)安全各指標(biāo)之間的反饋機(jī)制。此外，優(yōu)劣解距離法（TOPSIS）是管理學(xué)研究中所常用的一種多目標(biāo)決策分析方法，其對數(shù)據(jù)分布、樣本量、指標(biāo)多寡無嚴(yán)格限制，具有廣泛的應(yīng)用性、計算量小、信息相對準(zhǔn)確以及幾何意義直觀等特點[7]，有利于系統(tǒng)分析土地生態(tài)安全與理想狀態(tài)的差距，有利于系統(tǒng)分解土地生態(tài)安全問題[8]。

重慶市豐都縣位于三峽庫區(qū)腹心地帶，是三峽庫區(qū)跨江全淹全遷城市，是三峽工程重點移民大縣，屬于三峽庫區(qū)水源涵養(yǎng)重要區(qū)和長江流域綠色生態(tài)屏障重點建設(shè)區(qū)，也是典型的生態(tài)脆弱區(qū)，生態(tài)環(huán)境的惡化制約可持續(xù)發(fā)展，表現(xiàn)在水土流失加劇、土地污染加重、自然災(zāi)害日趨頻繁等方面，其土地生態(tài)安全顯得尤為重要。因此，本研究在壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）模型框架下，結(jié)合TOPSIS法，構(gòu)建三峽庫區(qū)土地生態(tài)安全評價體系，擬以豐都縣為例進(jìn)行實證分析，以期為豐都縣社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)域概況

豐都縣位于東經(jīng)107°28′03″-108°12′37″，北緯29°33′18″-30°16′25″之間，境內(nèi)地貌為一系列褶皺山系構(gòu)成，長江橫貫中部。全縣幅員面積2 900.86 km2，山脈和丘陵、山間平壩（槽谷）相間分布，形成南高北低、“四山夾三槽”的地形，丘陵占31.7%，低山占39.4%，中山占28.9%。豐都縣屬于中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，雨量充沛，熱量豐富，年平均氣溫18.8 ℃，年平均降水量823.8 mm。2012年末，全縣總?cè)丝?3.62萬人，其中農(nóng)業(yè)人口60.10萬人，非農(nóng)業(yè)人口23.52萬人。2012年全縣實現(xiàn)地區(qū)國民生產(chǎn)總值111.08億元，比上年增長11.33%；人均生產(chǎn)總值17 519元，比上年提高2 035元。

2 研究方法

2.1 評價方法

TOPSIS法的基本原理是通過求解評價對象與最優(yōu)解、最劣解的距離進(jìn)行分析，若評價對象最靠近最優(yōu)解同時又最遠(yuǎn)離最劣解，則為最好。采用改進(jìn)的TOPSIS法對豐都縣土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行評價[9，10]。

2.1.1 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理 由于各項指標(biāo)實際值沒有統(tǒng)一的量綱，不能統(tǒng)一對比計算，會影響運(yùn)算的結(jié)果，故對各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，處理方法如下：

2.2 評價指標(biāo)體系的建立

2.2.1 評價指標(biāo)體系的建立 評價指標(biāo)體系的確定是一個探索性的過程，也是土地生態(tài)安全評價的關(guān)鍵。由于三峽庫區(qū)內(nèi)土地生態(tài)安全受多種因素影響，具有系統(tǒng)性、復(fù)雜性，所以構(gòu)建的指標(biāo)體系既要體現(xiàn)區(qū)域內(nèi)土地生態(tài)自身現(xiàn)狀及未來發(fā)展，又要體現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會對其影響過程。PSR模型是20世紀(jì)80年代末聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)合作開發(fā)署提出的，它表征一個評價指標(biāo)系統(tǒng)分成壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3類不同指標(biāo)類型，并且反映各指標(biāo)之間的相互作用和反饋機(jī)制。其中壓力指標(biāo)反映人類活動給環(huán)境造成惡化的原因，從人口、自然、社會經(jīng)濟(jì)等方面選取指標(biāo)；狀態(tài)指標(biāo)表征在上述壓力下所處的狀況，主要從自然資源、環(huán)境狀況等方面選取指標(biāo)；響應(yīng)指標(biāo)則表征人們面臨環(huán)境生態(tài)問題所采取的措施，主要從環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)等方面選取指標(biāo)[4]。因此，本研究基于PSR模型，按照指標(biāo)選取的科學(xué)性、簡潔性、實用性、可操作性等原則[11，12]，參考相關(guān)研究成果[13-15]，針對三峽庫區(qū)的實際情況，并考慮數(shù)據(jù)的可得性，構(gòu)建豐都縣土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系（表1）。

2.2.2 評價等級劃分 參考相關(guān)的研究成果[1，10，16]，從土地生態(tài)環(huán)境惡劣程度、生態(tài)壓力是否超出其承載能力、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是否合理、抗外界干擾的能力以及系統(tǒng)自身的功能及自我恢復(fù)能力等方面，結(jié)合豐都縣實際，以非等間距的形式將豐都縣土地生態(tài)安全狀況分為5個等級（表2）。

2.2.3 數(shù)據(jù)來源 本研究數(shù)據(jù)主要來自于2003 — 2012年《豐都縣統(tǒng)計年鑒》、《重慶市統(tǒng)計年鑒》、《豐都縣國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》以及豐都縣國土局、農(nóng)業(yè)局、林業(yè)局等部門公布的信息。

3 結(jié)果與分析

經(jīng)上述方法處理得到2003 — 2012年豐都縣生態(tài)安全評價結(jié)果。

3.1 豐都縣生態(tài)安全狀況分析

由表3可知豐都縣土地生態(tài)安全在人口密度、人均耕地面積、城市人均公園綠地面積、第三產(chǎn)業(yè)比重、農(nóng)民人均純收入、水土流失治理面積、環(huán)保治理投資占GDP比重等指標(biāo)上的權(quán)重較大，這些指標(biāo)是影響近年來豐都縣土地生態(tài)安全狀況的主要因素，其中響應(yīng)系統(tǒng)的指標(biāo)對土地生態(tài)安全的影響最大。

豐都縣的土地生態(tài)安全指數(shù)整體呈波動上升趨勢，階段性顯著（圖1）。其中，2003-2004年生態(tài)安全指數(shù)雖有所下降，但幅度不大，2004-2005年土地生態(tài)安全狀況處于快速好轉(zhuǎn)階段，主要原因是環(huán)保治理投資占GDP比重從2004年的1.54%上升到2005年的19.62%，另外單位耕地糧食產(chǎn)量、農(nóng)民人均收入、經(jīng)濟(jì)密度、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、污水處理率等幾個指標(biāo)2005年相比2003年均有所增加，同時可以看出政府對土地生態(tài)安全處于不安全級的重視，加大對生態(tài)維護(hù)的力度；2005-2007年土地生態(tài)安全突然惡化，主要是因為來自人口、社會經(jīng)濟(jì)、自然環(huán)境方面的壓力都有所增加，而土地利用狀態(tài)有所下降，同時政府對環(huán)保治理投資比例下降幅度巨大，從2005年的19.62%下降到2006年的3.79%，2007年進(jìn)一步降為2.29%；2007-2012年生態(tài)安全指數(shù)逐步上升，生態(tài)安全狀況顯著提升，逐漸趨近于臨界安全，說明對土地生態(tài)保護(hù)的重視程度有所提高，豐都縣土地生態(tài)安全狀況逐漸好轉(zhuǎn)。

雖然豐都縣土地生態(tài)安全狀況逐漸好轉(zhuǎn)，但是10年來土地生態(tài)安全狀況不容樂觀，仍然處于較不安全水平。工業(yè)“三廢”污染、農(nóng)藥化肥的廣泛使用、耕地質(zhì)量下降、水土流失嚴(yán)重等問題一直存在且十分明顯，人地矛盾突出，土地生態(tài)狀態(tài)與安全狀態(tài)仍有較大差距。因此，今后在新型城鎮(zhèn)化推進(jìn)的進(jìn)程中，應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)生態(tài)重要性，加大對土地生態(tài)的保護(hù)力度，早日實現(xiàn)人地協(xié)調(diào)。

3.2 各子系統(tǒng)生態(tài)安全狀況分析

各子系統(tǒng)的生態(tài)安全狀況見圖2。

1）壓力系統(tǒng)方面。豐都縣土地生態(tài)壓力系統(tǒng)安全指數(shù)整體呈不斷下降的趨勢，壓力層從2003年的較安全狀態(tài)逐步變?yōu)?012年的不安全狀態(tài)，說明土地生態(tài)安全壓力越來越大，也是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展所帶來的結(jié)果。在自然環(huán)境方面，化肥、農(nóng)藥的施用量有所增加，單位耕地面積化肥施用量從2003年的208.44 kg/hm2增加到2012年的318.42 kg/hm2，從2009年到2012年，單位耕地面積化肥施用量都超過國家生態(tài)縣建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)安全值（250 kg/hm2），加重農(nóng)業(yè)面源污染，土壤質(zhì)量下降。在社會經(jīng)濟(jì)方面，人均GDP及城鎮(zhèn)化水平均有所提高，主要是因為隨著戶籍制度改革的推進(jìn)以及三峽庫區(qū)移民搬遷安置工作的完成，城鎮(zhèn)化率由2003年的20.9%上升到2012年的37.91%，人均GDP由4 326元/人提高到17 519元/人。城鎮(zhèn)化水平的提高和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，加上三峽移民工程的影響，移民新增人口對耕地的需求，導(dǎo)致土地利用變化加大，局部生態(tài)壓力加大。

2）狀態(tài)系統(tǒng)方面。豐都縣土地生態(tài)狀態(tài)系統(tǒng)安全指數(shù)2003-2010年間波動不大，并且一直處于不安全狀態(tài)，2011年以來態(tài)勢有所好轉(zhuǎn)，并且達(dá)到較安全和臨界安全之間，其中2011年狀態(tài)最好，為較安全狀態(tài)，這與城市人均公園綠地面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前面年份有關(guān)，高達(dá)10.45 m2/人，說明提高城市人均公園綠地面積對提高全縣土地生態(tài)安全狀態(tài)有重要意義。在生態(tài)環(huán)境方面，由于國家對三峽庫區(qū)實施的退耕還林還草工程以及長江中上游水土流失種地防治工程等，森林覆蓋率從34.3%提升至43.9%，在一定程度上改善了區(qū)域生態(tài)環(huán)境，有效控制水土流失等問題。經(jīng)濟(jì)狀態(tài)方面，2003 — 2012年單位耕地糧食產(chǎn)量從3 901.51 kg/hm2提高到4 127.63 kg/hm2。另外隨著耕地保護(hù)政策的貫徹實施，耕地面積比重有一定的提升，到2012年達(dá)到28.15%。在壓力系統(tǒng)的影響下，狀態(tài)系統(tǒng)生態(tài)安全水平提升速度緩慢，有待進(jìn)一步發(fā)展。

3）響應(yīng)系統(tǒng)方面。豐都縣土地生態(tài)響應(yīng)系統(tǒng)安全指數(shù)整體來說有所提高。2003 — 2008年間，除了2005年接近臨界安全狀態(tài)外，均處于不安全的狀態(tài)，而2009年后形勢有所好轉(zhuǎn)，一直到2012年間提高到較不安全的狀態(tài)。經(jīng)濟(jì)密度從97.52萬元/km2逐步提高至382.91萬元/km2，農(nóng)民人均純收入從1925元/人增長至6 932元/人，這些數(shù)據(jù)也說明豐都縣經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。同時，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也會給環(huán)境造成壓力，由于近年生態(tài)環(huán)境問題的日益凸顯，國家和政府對土地生態(tài)環(huán)境的重視，注重在環(huán)保治理方面的投資，尤其是2005年環(huán)保治理投資占GDP比重達(dá)到19.62%，從水土流失治理面積的變化可以看出，水土流失得到有效控制，污水處理的水平也明顯提升，帶動響應(yīng)系統(tǒng)安全狀況逐步好轉(zhuǎn)。

4 結(jié)論

從整體上來說，2003-2012年豐都縣土地生態(tài)安全狀況呈上升趨勢，由不安全狀態(tài)進(jìn)入較不安全狀態(tài)，但距安全狀態(tài)仍有很大差距，形勢仍不容樂觀。就豐都縣土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)而言，土地生態(tài)安全的狀態(tài)系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)的安全狀況均呈逐步上升趨勢，壓力系統(tǒng)則呈下降趨勢，由臨界安全狀態(tài)轉(zhuǎn)為不安全狀態(tài)。影響豐都縣土地生態(tài)安全的主要因素包括人口密度、人均耕地面積、城市人均公園綠地面積、第三產(chǎn)業(yè)比重、農(nóng)民人均純收入、水土流失治理面積、環(huán)保治理投資占GDP比重等，在今后推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)中應(yīng)該得到重視。土地生態(tài)安全狀況得到好轉(zhuǎn)，主要源于國家和地方政府對環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)的重視以及對現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境問題治理的大力投入。

本研究基于PSR概念模型，結(jié)合豐都縣實際，從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3方面選取21個指標(biāo)構(gòu)建三峽庫區(qū)豐都縣土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，運(yùn)用基于熵權(quán)的TOPSIS法對豐都縣2003-2012年的土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行了綜合評價，得出的結(jié)論基本符合實際情況，也證實了其他專家學(xué)者的研究結(jié)果，證明本研究方法的可行性，對后續(xù)的相關(guān)研究有一定的參考價值。全面系統(tǒng)的指標(biāo)體系和適當(dāng)?shù)脑u價方法是土地生態(tài)安全評價的基礎(chǔ)，但受多方面因素的影響，本研究的指標(biāo)體系不一定健全，在數(shù)理方法、模型設(shè)計等方面也需要創(chuàng)新與深入分析。同時，本研究僅對豐都縣土地生態(tài)安全的現(xiàn)狀及其影響因素進(jìn)行了時間尺度上的評價，對土地生態(tài)安全的未來發(fā)展方向以及空間變化并未涉及，也是今后的研究方向。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李玉平，蔡運(yùn)龍.河北省土地生態(tài)安全評價[J].北京大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2007，43（6）：784-789.

[2] 范妃妃，程久苗，李 晶.土地生態(tài)安全研究進(jìn)展[J].中國集體經(jīng)濟(jì)，2012（24）：187-188.

[3] 孫尚華，劉建軍，康博文，等.渭北西部丘陵區(qū)小流域土地生態(tài)規(guī)劃與設(shè)計[J].中國水土保持科學(xué)，2009，7（4）：106-111.

[4] 徐 美，朱 翔，劉春臘.基于RBF的湖南省土地生態(tài)安全動態(tài)預(yù)警[J].地理學(xué)報，2012，67（10）：1411-1422.

[5] 余 敦，高 群，歐陽龍華.鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)土地生態(tài)安全警情研究[J].長江流域資源與環(huán)境，2012，21（6）：678-683.

[6] 郭秀銳，楊居榮，毛顯強(qiáng).城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價初探[J].中國環(huán)境科學(xué)，2002，22（6）：46-50.

[7] 張 洪，張 燕.基于加權(quán)TOPSIS法的旅游資源區(qū)際競爭力比較研究——以長江三角洲為例[J].長江流域資源與環(huán)境，2010， 19（5）：500-505.

[8] 徐 美，朱 翔，李靜芝.基于DPSIR-TOPSIS模型的湖南省土地生態(tài)安全評價[J].冰川凍土，2012，34（5）：1265-1272.

[9] 陳西蕊，張蓉珍.基于PSR-TOPSIS法的區(qū)域土地資源生態(tài)安全動態(tài)分析：以陜西省為例[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（1）：223-227.

[10] 陳西蕊，張蓉珍.TOPSIS法在區(qū)域生態(tài)安全動態(tài)評價中的應(yīng)用——以陜西省為例[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011，39（7）：177-184.

[11] 陳彩虹，齊旭明.基于PSR模型的長沙市生態(tài)安全評價[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2010，30（1）：105-109.

[12] 邱 微，趙慶良，李 崧，等.基于“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型的黑龍江省生態(tài)安全評價研究[J].環(huán)境科學(xué)，2008，29（4）：1148-1152.

[13] 董光前，高新才.評價生態(tài)系統(tǒng)健康的指標(biāo)[J].冰川凍土，2012，34（1）：196-200.

[14] 李 靜，李子君，呂建樹.聊城市土地生態(tài)安全評價[J].水土保持通報，2011，31（2）：198-202.

[15] 王 雪，楊慶媛，何春燕，等.基于P-S-R模型的生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展型區(qū)域土地生態(tài)安全評價——以重慶市豐都縣為例[J].水土保持研究，2014，21（3）：169-175.

[16] 左 偉，王 橋，王文杰，等.區(qū)域生態(tài)安全評價指標(biāo)與標(biāo)準(zhǔn)研究[J].地理學(xué)與國土研究，2002，18（1）：67-71.