基于熵權(quán)TOPSIS法的湖北省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)

馬艷

摘要：為了有效地開(kāi)展土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)與演變趨勢(shì)預(yù)測(cè)，以湖北省為例，基于PSR指標(biāo)體系，運(yùn)用熵權(quán)TOPSIS法測(cè)算研究區(qū)土地生態(tài)安全的發(fā)展?fàn)顟B(tài)，并基于測(cè)算結(jié)果，運(yùn)用分?jǐn)?shù)階GM（1，1）模型對(duì)湖北省2017—2019年土地生態(tài)安全的演變趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析。結(jié)果表明，2000—2016年湖北省土地生態(tài)安全總體水平不斷提高，經(jīng)歷了較不安全-臨界安全-較安全的演變過(guò)程，但2016年的較安全水平不高，具有不穩(wěn)定性。壓力子系統(tǒng)總體呈下降趨勢(shì)，狀態(tài)與響應(yīng)子系統(tǒng)保持逐年增加態(tài)勢(shì)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境和土地集約利用水平是土地生態(tài)安全提升的關(guān)鍵因素;2017—2019年湖北省土地生態(tài)安全區(qū)水平將保持上升趨勢(shì)，處于較安全狀態(tài)。研究證明分?jǐn)?shù)階GM（1，1）模型具有較高的預(yù)測(cè)精度，能夠較好地預(yù)測(cè)湖北省土地生態(tài)安全綜合值。

關(guān)鍵詞：熵權(quán)TOPSIS法;分?jǐn)?shù)階GM（1，1）模型;土地生態(tài)安全評(píng)價(jià);預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)：F301? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：0439-8114（2019）08-0028-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.08.007? ? ? ? ? ?開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract： The purpose was to effectively evaluate values and predict the trend of land ecological security in Hubei province. Based on the PSR （pressure-state-response） model， the land ecological security assessment index system of Hubei province was built by entropy method and TOPSIS method， and the land ecological security situation of the province were evaluated. Meanwhile， according to the performance evaluation result， comprehensive performance change trend of Hubei province land ecological security in 2017—2019 were predicted and analyzed by using GM（1，1） model with fractional order. The research results showed that the land ecological security comprehensive value in Hubei province was gradually improved from risk stage to critically safe and to safer stage during 2000 to 2016， but the stage of safer was not high in 2016. The pressure index showed a downward trend， while the state and response indexes showed a generally upward trend. Crucial constraints on the improvement of land ecological security included the development of society and economic， the ecological environment and intensive land use. The land ecological security in Hubei province would show a steady upward trend from 2017 to 2019. GM（1，1） model with fractional order had high simulation precision and was able to predict the land ecological security stage.

Key words： methods of entropy-weight and TOPSIS; GM（1，1） model with fractional order; evaluation of land ecological security; prediction

土地作為一切人類活動(dòng)的基石，是一切存在和發(fā)展的先決條件，人類社會(huì)要實(shí)現(xiàn)其自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展必須依托健康穩(wěn)定的土地生態(tài)環(huán)境。然而，中國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)程中由于忽略外部經(jīng)濟(jì)性造成的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，出現(xiàn)的土壤污染、土地質(zhì)量下降、耕地占用、生態(tài)價(jià)值補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題無(wú)不與土地生態(tài)安全息息相關(guān)。由此可見(jiàn)，土地生態(tài)是否安全，將對(duì)人類經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生活等各個(gè)方面產(chǎn)生根本性的影響，土地生態(tài)安全問(wèn)題的研究也顯得尤為重要。

近年來(lái)，學(xué)術(shù)界對(duì)土地生態(tài)安全的研究已由簡(jiǎn)單的定性描述階段發(fā)展到以各種模型為主的定量評(píng)價(jià)階段，在指標(biāo)體系的構(gòu)建、權(quán)重確定、評(píng)價(jià)方法的探討和預(yù)測(cè)研究上均取得了一定的成果。在指標(biāo)體系構(gòu)建上，大致可歸納為2種，一種是FAO（1995）在其《土地質(zhì)量指標(biāo)》研究項(xiàng)目中提出的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（P-S-R）指標(biāo)體系;另一種是自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)（N-E-S）指標(biāo)體系;也有學(xué)者將二者結(jié)合起來(lái)，以發(fā)揮其各自優(yōu)勢(shì)[1，2]。在權(quán)重確定方面，通常包括靜態(tài)賦權(quán)和動(dòng)態(tài)賦權(quán)2類。靜態(tài)賦權(quán)以熵值法、AHP法等運(yùn)用較為普遍。由于土地生態(tài)安全的影響因素多樣化，土地生態(tài)安全狀態(tài)隨時(shí)序變化，因此近年來(lái)以物元法、變權(quán)思想為代表的動(dòng)態(tài)賦權(quán)法[3-6]逐步受到重視。目前多采用指數(shù)型變權(quán)函數(shù)，然而權(quán)重調(diào)整效果一般，大部分變權(quán)后的結(jié)果與變權(quán)前的結(jié)果類似于普遍意義上的向下調(diào)整，幅度較為一致，此種變權(quán)方法是否有效還有待進(jìn)一步認(rèn)證。在評(píng)價(jià)方法方面，目前較為常用的評(píng)價(jià)方法是綜合指數(shù)法，因其計(jì)算簡(jiǎn)單應(yīng)用最為廣泛，但該方法也存在無(wú)法識(shí)別單指標(biāo)的生態(tài)安全狀態(tài)水平、遺漏指標(biāo)間分異信息的缺陷。因此，主成分分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、物元分析、TOPSIS法、突變基數(shù)法、集對(duì)分析法等在后續(xù)研究中廣為運(yùn)用[7，8]，力圖解決綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法的不足。在預(yù)測(cè)預(yù)警方法上，灰色模型法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法在生態(tài)安全領(lǐng)域均有運(yùn)用[9-15]。雖然有學(xué)者采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對(duì)土地生態(tài)安全預(yù)測(cè)取得了一定的成果，但該方法對(duì)建模條件要求苛刻，存在模型精度難以控制的缺陷。此后也有學(xué)者采用RBF模型對(duì)土地生態(tài)安全進(jìn)行預(yù)測(cè)[16，17]，但該模型不適用于研究小樣本數(shù)據(jù)，其預(yù)測(cè)方法選擇的合理性有待商榷。鑒于此，本研究選取湖北省為研究區(qū)域進(jìn)行實(shí)證，采用相對(duì)成熟的PSR框架構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用熵權(quán)法計(jì)算客觀權(quán)重，TOPSIS法測(cè)度相對(duì)貼近度作為湖北省土地生態(tài)安全水平的代表值，選取對(duì)信息量要求較小、預(yù)測(cè)精度較高的分?jǐn)?shù)階GM（1，1）模型預(yù)測(cè)全省土地生態(tài)安全綜合指數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，以期為改善區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)狀況，優(yōu)化區(qū)域土地利用方式，提高土地生態(tài)安全水平提供一定的參考依據(jù)。

1? 湖北省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型

1.1? 研究區(qū)域概況

湖北省地處長(zhǎng)江中游，東鄰安徽，南界江西、湖南，西連重慶，西北與陜西接壤，北與河南毗鄰。東西長(zhǎng)約740 km，南北寬約470 km。全省國(guó)土總面積18.59萬(wàn)km2，占全國(guó)總面積的1.94%。豐富的土地資源、優(yōu)越的自然條件為全省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。近年來(lái)在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)與中部崛起戰(zhàn)略背景的發(fā)展契機(jī)下，湖北省社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到了迅猛推進(jìn)與快速發(fā)展，2016年全省GDP達(dá)到32 297.91億元，城鎮(zhèn)化率由42.6%增至58.1%，人口自然增長(zhǎng)率從2000年的0.37%持續(xù)增長(zhǎng)至2016年的0.51%。然而，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，土地資源開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度加大，使得全省人均耕地面積常年處于0.053～0.055 hm2，接近聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織確定的人均耕地0.053 hm2的警戒線，更低于0.059 hm2的全國(guó)平均水平，人地矛盾較為突出，土地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況亟待改善。

1.2? 指標(biāo)體系構(gòu)建

參考土地生態(tài)安全研究的相關(guān)成果[2，12-14]，結(jié)合湖北省土地利用的實(shí)際情況，按照指標(biāo)選取的科學(xué)性、動(dòng)態(tài)性、實(shí)用性、可操作性等原則，基于PSR模型構(gòu)建湖北省土地生態(tài)安全綜合指標(biāo)體系（表1）。目標(biāo)層旨在反映湖北省土地生態(tài)安全的總體水平;系統(tǒng)層用于反映壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3個(gè)子系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)層的影響程度。其中壓力子系統(tǒng)表征土地生態(tài)安全惡化的不利因素，狀態(tài)子系統(tǒng)說(shuō)明土地生態(tài)系統(tǒng)在不利因素的影響下所處的狀態(tài)，響應(yīng)子系統(tǒng)表征政府保護(hù)土地生態(tài)安全所施行的可量化的措施以及政策效果。指標(biāo)層中各項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)來(lái)源于2001—2017年《湖北統(tǒng)計(jì)年鑒》《湖北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》和湖北省歷年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)。為剔除價(jià)格變動(dòng)因素的影響，與GDP相關(guān)的指標(biāo)均采用基期為2000年的不變價(jià)格進(jìn)行現(xiàn)價(jià)換算。由于2012、2015年的旱澇保收率數(shù)據(jù)缺失，為保證數(shù)據(jù)的完整性，采用5年移動(dòng)平均法，補(bǔ)充缺失數(shù)據(jù)。

1.3? 評(píng)價(jià)方法

1.3.1? 熵權(quán)TOPSIS法? TOPSIS法又稱雙基點(diǎn)法，是系統(tǒng)工程中常用的一種決策方法[18]。其基本原理如下：首先針對(duì)指標(biāo)體系中的每一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分別確定正理想解與負(fù)理想解，作為該評(píng)價(jià)指標(biāo)的最優(yōu)和最劣水平;其次，計(jì)算被評(píng)價(jià)對(duì)象與之前所選定的正理想解、負(fù)理想解的歐式距離;最后，根據(jù)公式計(jì)算被評(píng)價(jià)對(duì)象的相對(duì)貼近度，以此代表被評(píng)價(jià)對(duì)象相對(duì)于理想解的優(yōu)劣程度。鑒于此，本研究借助該思路分析土地生態(tài)安全與理想狀態(tài)的差距，系統(tǒng)分解土地生態(tài)安全問(wèn)題。具體步驟如下：

3）確定評(píng)估目標(biāo)的正、負(fù)理想解。

4）計(jì)算被評(píng)價(jià)對(duì)象與正、負(fù)理想解的歐式距

1.3.2? 分?jǐn)?shù)階GM（1，1）預(yù)測(cè)模型? 灰色模型具有小樣本、貧信息的特點(diǎn)，可通過(guò)研究已知的部分信息中有價(jià)值的部分，認(rèn)知未知信息，實(shí)現(xiàn)不確定系統(tǒng)的科學(xué)預(yù)測(cè)[19]。GM（1，1）模型作為灰色系統(tǒng)理論最為核心和基礎(chǔ)的模型，自創(chuàng)立以來(lái)得到了廣泛應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)GM（1，1）預(yù)測(cè)模型對(duì)高增長(zhǎng)序列往往有較大的滯后誤差。而分?jǐn)?shù)階GM（1，1）預(yù)測(cè)模型能基于新信息優(yōu)先原理，借助分?jǐn)?shù)階所蘊(yùn)含的in between思想，通過(guò)選擇合適的累加階數(shù)，使高增長(zhǎng)序列變平緩，從而提高模型的預(yù)測(cè)精度[20，21]。分?jǐn)?shù)階GM（1，1）模型的建模步驟與基礎(chǔ)GM（1，1）模型基本一致，兩者區(qū)別在于灰色生成算子類型，前者為分?jǐn)?shù)階累加生成算子，后者為一次累加生成算子，模型效果也因灰色生成序列性質(zhì)不同而存在差異。分?jǐn)?shù)階GM（1，1）模型的建模步驟如下：

1）收集原始數(shù)據(jù)形成非負(fù)序列X（0），對(duì)原始序列作r階累加生成處理，得到新序列X（r）;

2）運(yùn)用OLS估計(jì)模型辨識(shí)參數(shù)和，將新序列的變化趨勢(shì)用微分方程描述。

5）精度檢驗(yàn)（殘差檢驗(yàn)、后驗(yàn)差檢驗(yàn)）

較為常用的精度檢驗(yàn)為殘差檢驗(yàn)和后驗(yàn)差檢驗(yàn)。殘差檢驗(yàn)的實(shí)質(zhì)在于了解絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差的水平和分布。一般給定檢驗(yàn)的顯著性水平？琢為0.01、0.05、0.10，當(dāng)相對(duì)誤差小于？琢?xí)r，模型等級(jí)為優(yōu)、良、中、差。后驗(yàn)差檢驗(yàn)的實(shí)質(zhì)在于計(jì)算方差比與小誤差概率，依據(jù)方差比C和小誤差概率P的具體水平，可參照表2進(jìn)行判斷模型是否通過(guò)檢驗(yàn)適用于預(yù)測(cè)。

1.3.3? 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分? 按照等分的原則，參考相關(guān)文獻(xiàn)分級(jí)方法[22]，依據(jù)安全綜合指數(shù)將湖北省土地生態(tài)安全狀態(tài)分為5個(gè)等級(jí)，確定其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

2? 結(jié)果與分析

根據(jù)熵值法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重（表4），調(diào)整歸一化矩陣得到湖北省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)加權(quán)決策矩陣，依據(jù)TOPSIS法計(jì)算各子系統(tǒng)、安全綜合值系統(tǒng)的正負(fù)理想解及相對(duì)貼近度（表5）。

2.1? 土地生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

從表5來(lái)看，2000—2016年湖北省土地生態(tài)安全狀態(tài)基本保持不斷上升的趨勢(shì)，d+逐漸變小，逐步趨于正理想解，d-則呈波動(dòng)性上升趨勢(shì)，逐漸偏離負(fù)理想解，土地生態(tài)安全綜合值由2000年的0.33上升至2016年的0.62，17年間全省土地生態(tài)安全狀態(tài)經(jīng)歷了較不安全-臨界安全-較安全的發(fā)展過(guò)程。結(jié)合圖1趨勢(shì)走向，以2006年為分水嶺，將變化過(guò)程分為兩個(gè)階段：第一階段（2000—2006年），湖北省土地生態(tài)安全水平處于較不安全階段。土地生態(tài)安全綜合指數(shù)在波動(dòng)中呈緩慢增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。在2006年前，重經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、輕環(huán)境保護(hù)的發(fā)展思路導(dǎo)致土地生態(tài)系統(tǒng)受到較大的人為干擾和破壞，由于人口基數(shù)大，人多地少造成的人地關(guān)系緊張、資源緊缺的現(xiàn)狀沒(méi)有得到根本上的重視與改善，人與自然和諧相處的目標(biāo)短期內(nèi)難以達(dá)成。第二階段（2007—2016年），湖北省土地生態(tài)安全水平開(kāi)始好轉(zhuǎn)，土地生態(tài)安全綜合指數(shù)呈較快增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，從2007年的0.43上升到2016年的0.62，安全等級(jí)由較不安全轉(zhuǎn)化為較安全狀態(tài)，整體較第一階段有明顯增長(zhǎng)。主要原因在于經(jīng)濟(jì)水平的持續(xù)提升，生態(tài)環(huán)境保護(hù)逐步成為社會(huì)共識(shí)，森林覆蓋率的提高和城市綠化率增加，與此同時(shí)環(huán)保治理的投入加大，改善了生態(tài)環(huán)境。值得注意的是，雖然近3年（2014—2016年）研究區(qū)土地生態(tài)安全綜合值進(jìn)入了較安全狀態(tài)，但土地生態(tài)安全屬于低層次的較安全狀態(tài)，存在不穩(wěn)定性，土地生態(tài)問(wèn)題仍然值得重視。

依據(jù)熵權(quán)法的基本原理，如果某個(gè)指標(biāo)的權(quán)重越大則其在綜合評(píng)價(jià)中所起的作用也越大[16]。由此可通過(guò)分析湖北省土地生態(tài)安全各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重來(lái)探析影響生態(tài)安全狀況的主要原因。結(jié)合表4可知，響應(yīng)子系統(tǒng)的權(quán)重值增高，說(shuō)明人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)響應(yīng)能力的增強(qiáng)，有助于改善土地生態(tài)安全的水平。壓力和狀態(tài)子系統(tǒng)的權(quán)重值相對(duì)較低，應(yīng)成為今后一段時(shí)間持續(xù)改善與重點(diǎn)關(guān)注的方面。從具體指標(biāo)來(lái)看，n1人口自然增長(zhǎng)率、n3城鎮(zhèn)化水平、n5單位耕地化肥負(fù)荷、n11森林覆蓋率、n15單位播種耕地糧食產(chǎn)量、n16環(huán)保治理投資額、n17農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、n18耕地旱澇保收率、n19經(jīng)濟(jì)密度、n20人均GDP、n21第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、n22工業(yè)固體廢棄物綜合利用量、n23水土流失治理面積等指標(biāo)的權(quán)重值較大，均大于0.03，是影響湖北省土地生態(tài)安全水平的主要因素。其中，n1、n3、n16、n19、n20、n21為社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，n5、n11、n22、n23為環(huán)境因素，n15、n17、n18為土地集約利用水平。說(shuō)明持續(xù)提升湖北省土地生態(tài)安全水平的等級(jí)需要重視以下方面：①控制人口增長(zhǎng)、優(yōu)化人口結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，降低經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)土地資源的過(guò)度消耗;②重視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，加強(qiáng)對(duì)水土流失和水患嚴(yán)重地區(qū)的土地綜合治理力度，提高處理工業(yè)固體廢棄物的綜合利用率，減輕環(huán)境污染對(duì)水土資源的侵害;③加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，合理施用化肥、農(nóng)藥，加強(qiáng)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)，提高土地集約利用的能力。

2.2? 子系統(tǒng)土地生態(tài)安全水平分析

土地生態(tài)安全綜合值僅代表了評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合效果，圖1還反映了研究區(qū)內(nèi)土地生態(tài)安全3個(gè)子系統(tǒng)17年（2000—2016年）的變化情況，從圖1可以發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)土地生態(tài)安全系統(tǒng)在壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)子系統(tǒng)上的表現(xiàn)因發(fā)展的側(cè)重不同而表現(xiàn)出差異。

2.2.1? 壓力子系統(tǒng)? 由表5可知，壓力子系統(tǒng)指標(biāo)與正理想解的歐式距離在不斷擴(kuò)大，與負(fù)理想解的歐式距離在不斷減小，相對(duì)貼近度也在不斷降低，說(shuō)明土地生態(tài)系統(tǒng)受到外界帶來(lái)的壓力在不斷增加。從圖1可以看出，2000—2016年湖北省土地生態(tài)安全壓力子系統(tǒng)安全指數(shù)呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，壓力子系統(tǒng)指數(shù)由2000年的0.64下降至2016年的0.33，安全等級(jí)從臨界安全下降至較不安全，在2007年以前，壓力子系統(tǒng)指數(shù)在0.6～0.7，呈小幅波動(dòng)態(tài)勢(shì)，而2007年以后，壓力子系統(tǒng)指數(shù)開(kāi)始逐年遞減，直到2015年才有略微提升。這表明湖北省土地生態(tài)安全壓力面臨的形勢(shì)不容樂(lè)觀，研究期內(nèi)人類活動(dòng)對(duì)土地生態(tài)的干擾強(qiáng)度并未減輕。究其原因：一是人口快速增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)顯示，湖北省人口自然增長(zhǎng)率從2000年的3.7‰持續(xù)增長(zhǎng)至2016年的5.07‰，人口密度由303.72人/km2增加到316.57人/km2，人口壓力增大;二是城鎮(zhèn)化的推進(jìn)加劇了資源需求與供給的矛盾。近年來(lái)，湖北省城鎮(zhèn)化的發(fā)展速度已由研究期初的42.66%升至期末的58.1%，城鎮(zhèn)化綜合水平的不斷攀升也造成了環(huán)境污染和生態(tài)破壞。如，2000—2016年，單位耕地化肥負(fù)荷由0.751 t/hm2增加到1.024 t/hm2，單位土地廢水負(fù)荷由12 538.2 t/km2增加到16 894.2 t/km2，城市生活垃圾清運(yùn)量由650.57 t增加到827.13 t，人類活動(dòng)對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)的干擾增加，破壞了土地生態(tài)系統(tǒng)原有的平衡，給土地生態(tài)壓力子系統(tǒng)造成了巨大的壓力。

2.2.2? 狀態(tài)子系統(tǒng)? 2000—2016年，湖北省土地生態(tài)安全狀態(tài)子系統(tǒng)安全指數(shù)整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，由2000年的0.27大幅上升至2016年的0.86，安全等級(jí)從較不安全上升為安全。相比于壓力子系統(tǒng)逐年下降的趨勢(shì)，狀態(tài)子系統(tǒng)的警情呈現(xiàn)較好態(tài)勢(shì)的原因主要在于一方面人居環(huán)境的不斷改善，森林覆蓋率和水土協(xié)調(diào)度不斷提高，分別由研究期初的25.98%和63.05%上升至期末的38.4%和68.67%;另一方面在于耕地利用效率的提升，單位耕地糧食產(chǎn)出持續(xù)增加所致。狀態(tài)子系統(tǒng)指數(shù)的變動(dòng)主要分為兩個(gè)階段：第一階段（2000—2006年）為波動(dòng)下降期。土地生態(tài)安全狀態(tài)子系統(tǒng)的狀況不斷惡化，于2006年達(dá)到最低值，主要由于當(dāng)年湖北省遭遇50年不遇的大旱，降水量偏少，水資源緊缺所致。第二階段（2007—2016年）為快速上升期。森林覆蓋率持續(xù)增加，城市綠化工作力度不斷增強(qiáng)，人居環(huán)境逐步改善。隨著科技投入的增加，土地綜合整治力度逐年加大，有效耕地面積得到了增加，單位播種耕地糧食產(chǎn)量穩(wěn)步提升，由2000年的5.34 t/hm2增加到2016年的6.071 t/hm2，大大提升了土地利用的產(chǎn)出水平，使得狀態(tài)系統(tǒng)安全指數(shù)逐漸上升。

2.2.3? 響應(yīng)子系統(tǒng)? 2000—2015年湖北省土地生態(tài)安全響應(yīng)子系統(tǒng)警情指數(shù)波動(dòng)上升，整體上保持上漲的趨勢(shì)，由2000年的0.07上升至2014年的0.74，2016年跌至0.65，但仍處于較安全區(qū)間內(nèi)，從整個(gè)研究期來(lái)看，警情等級(jí)從最初不安全逐步好轉(zhuǎn)至較安全區(qū)域。結(jié)合表4各指標(biāo)權(quán)重分析，壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3系統(tǒng)的權(quán)重對(duì)土地生態(tài)安全綜合指數(shù)貢獻(xiàn)率的比重分別為0.275、0.270、0.445，響應(yīng)系統(tǒng)對(duì)安全值起到了重要作用，說(shuō)明湖北省在治理和改善土地生態(tài)安全方面采取了積極有效的政策與措施。研究期內(nèi)全省經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，區(qū)域經(jīng)濟(jì)密度由2000年的190.71萬(wàn)/km2增長(zhǎng)到2016年的991.25萬(wàn)/km2，人均GDP同期內(nèi)也由6 293.41元/人飆升至55 038.4元/人;此外，環(huán)保治理的重視程度逐年加強(qiáng)，環(huán)保治理投資額2016年已達(dá)到262 884萬(wàn)元，較2000年增長(zhǎng)了3倍;工業(yè)固體廢棄物綜合利用量由1 514.30萬(wàn)t提升至5 253.00萬(wàn)t，水土流失治理和除澇工作力度也在增強(qiáng)。以上措施的實(shí)施都大大提高了研究區(qū)土地生態(tài)安全的經(jīng)濟(jì)效益和集約利用能力，間接緩減了土地的生態(tài)壓力，提升了湖北省土地資源生態(tài)安全的響應(yīng)能力。

2.3? 模型預(yù)測(cè)結(jié)果

利用表5中所得2000—2016年湖北省土地生態(tài)安全綜合指數(shù)作為原始數(shù)據(jù)，構(gòu)建原始序列x（0），在此基礎(chǔ)上利用MATLAB軟件，采用試錯(cuò)法，通過(guò)不斷的嘗試，確定階數(shù)為1.182，對(duì)原始序列的r階累加生成序列x（r），構(gòu)造矩陣B與Y。

運(yùn)用式（12）確定原始序列的模型擬合值，由此得到2017—2019年的預(yù)測(cè)值分別為0.663 5、0.706 9和0.750 1，具體變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。由圖2可知，土地生態(tài)安全系統(tǒng)綜合指數(shù)預(yù)測(cè)值與2000—2016年的真實(shí)值曲線基本吻合，保持整體水平向好的趨勢(shì)特征。2017—2018年，湖北省土地生態(tài)安全水平逐步好轉(zhuǎn)，自2014年首次達(dá)到較安全水平，2015年有所回落后，2017—2019年的3年間，始終處于較安全狀態(tài)，安全指數(shù)維持在0.6～0.8。通過(guò)進(jìn)一步的精度檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，分?jǐn)?shù)階GM（1，1）模型的平均相對(duì)誤差為0.040 9，模型整體的預(yù)測(cè)精度達(dá)95.91%，說(shuō)明模型預(yù)測(cè)精度較高。后驗(yàn)差比檢驗(yàn)結(jié)果顯示，方差比為0.244 0，小誤差概率為1，說(shuō)明模型整體效果為優(yōu)，因此，階數(shù)為1.182的分?jǐn)?shù)階GM（1，1）模型效果很好，可運(yùn)用該模型對(duì)湖北省2017—2019年土地生態(tài)安全水平進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3? 小結(jié)與討論

在分析湖北省土地安全現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，構(gòu)建PSR指標(biāo)體系，運(yùn)用熵值法計(jì)算客觀權(quán)重，采用TOPSIS法計(jì)算相對(duì)貼近度作為湖北省土地生態(tài)安全水平的代表值，對(duì)2000—2016年的土地生態(tài)安全子系統(tǒng)與安全綜合系統(tǒng)指數(shù)進(jìn)行分析，根據(jù)指標(biāo)權(quán)重的貢獻(xiàn)，探究土地生態(tài)安全系統(tǒng)的主要影響因素。運(yùn)用分?jǐn)?shù)階GM（1，1）模型，對(duì)2017—2019年的安全系統(tǒng)綜合警情指數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，分析湖北省土地生態(tài)安全的未來(lái)變化趨勢(shì)。實(shí)證結(jié)果符合實(shí)際情況，也驗(yàn)證了其他專家學(xué)者的研究結(jié)果[6，22]。證明本研究方法和思路可行，對(duì)后續(xù)研究有一定的參考價(jià)值。

2000—2016年湖北省土地生態(tài)安全水平不斷提高，經(jīng)歷了較不安全-臨界安全-較安全的演變過(guò)程，壓力子系統(tǒng)指標(biāo)與正理想解的歐氏距離在不斷擴(kuò)大，與負(fù)理想解的歐氏距離在不斷減小，子系統(tǒng)綜合值也在不斷降低。狀態(tài)、響應(yīng)子系統(tǒng)的綜合值基本保持增加態(tài)勢(shì)?，F(xiàn)階段土地生態(tài)安全狀態(tài)雖然轉(zhuǎn)好，但屬于低層次的較安全等級(jí)且存在不穩(wěn)定性，土地生態(tài)問(wèn)題仍然突出，值得重視。影響湖北省土地生態(tài)安全水平的主要因素是社會(huì)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境和土地集約利用水平，包括人口自然增長(zhǎng)率、城鎮(zhèn)化水平、單位耕地化肥負(fù)荷、森林覆蓋率、單位播種耕地糧食產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、耕地旱澇保收率、經(jīng)濟(jì)密度、人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、工業(yè)固體廢棄物綜合利用量、水土流失治理面積等，在今后的土地生態(tài)安全建設(shè)中需要引起重視。

全面系統(tǒng)的指標(biāo)體系和有效的評(píng)價(jià)方法是土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)和保障。受數(shù)據(jù)可得性和連續(xù)性等方面的制約，本研究?jī)H從省域?qū)用鎸?duì)土地生態(tài)安全進(jìn)行了探究，未對(duì)地級(jí)市層面進(jìn)行時(shí)空格局、微觀機(jī)制和風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控等方面深入研究，這是本研究的不足也是今后努力的方向。

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收稿日期：2018-09-14

基金項(xiàng)目：教育部人文社會(huì)科學(xué)青年基金項(xiàng)目（17YJCZH126）

作者簡(jiǎn)介：馬? 艷（1984-），女，湖北武漢人，講師，博士，主要從事土地生態(tài)安全研究，（電話）13026159025（電子信箱）mayan1126@hotmail.com。