基于PSR模型—熵權(quán)法的土地生態(tài)安全時(shí)序評(píng)價(jià)
——以衡陽市為例

張楚楚，王鵬，熊平生，張玉

(衡陽師范學(xué)院 城市與旅游學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

土地資源作為一個(gè)自然—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)復(fù)合資源生態(tài)系統(tǒng)，是人類生存與社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)。經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)、城市化進(jìn)程加快、人口膨脹問題等導(dǎo)致了人類對(duì)于土地資源的需求愈烈，一些不合理的土地利用方式暴露出潛在的土地生態(tài)安全問題。人類生產(chǎn)活動(dòng)不可避免的對(duì)生態(tài)環(huán)境施加“壓力”，而過度的“壓力”就會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境“狀態(tài)”的惡化，影響到人類的生存。為了防止土地生態(tài)環(huán)境繼續(xù)惡化、保護(hù)珍貴的土地資源，人類開始尋求提升土地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的辦法，研究人類如何從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)以及政策等方面對(duì)生態(tài)環(huán)境做出“響應(yīng)”，這也就是PSR模型的基本理論框架[1]。本文以衡陽市為例，運(yùn)用熵值法，選用PSR模型，選取了衡陽市的森林覆蓋率、污水處理率等20個(gè)指標(biāo)，計(jì)算出了衡陽市2007年到2018年的土地生態(tài)安全綜合值，并對(duì)其進(jìn)行一個(gè)整體量化評(píng)價(jià)與動(dòng)態(tài)研究，為衡陽市土地資源的可持續(xù)利用提供一些參照意見。

1 研究區(qū)概況[2]

衡陽市位于湖南省中南部，湘江中游，現(xiàn)轄五縣二市五區(qū)，總面積15 310 km2，是湖南省第二大城市。衡陽市屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，四季分明，水熱充足，早澇災(zāi)害發(fā)生頻率高。衡陽市境內(nèi)礦產(chǎn)資源富集，是全國(guó)“有色金屬之鄉(xiāng)”。衡陽市產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)雄厚，是全國(guó)26個(gè)老工業(yè)基地之一。衡陽市總?cè)丝?39萬人，2018年全市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值3 046.03億元，按可比價(jià)計(jì)算，比上年增長(zhǎng)8.3%。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，影響著土地的生態(tài)安全。

2 數(shù)據(jù)來源與評(píng)價(jià)方法

2.1 數(shù)據(jù)來源與指標(biāo)體系

本文數(shù)據(jù)主要來源于《湖南統(tǒng)計(jì)年鑒》、《衡陽市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《衡陽統(tǒng)計(jì)信息網(wǎng)》、《湖南省環(huán)境狀況公報(bào)》、《衡陽市政府公報(bào)》、《衡陽市統(tǒng)計(jì)公報(bào)》等[3]。

本文運(yùn)用PSR模型,考慮了影響土地生態(tài)安全的各種因素，借鑒了國(guó)內(nèi)關(guān)于構(gòu)建土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的已有成果，選取了20個(gè)指標(biāo)構(gòu)建出構(gòu)建出衡陽市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。指標(biāo)的選取以2007-2018年衡陽市的土地資源現(xiàn)狀、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件為研究對(duì)象,根據(jù)指標(biāo)體系選取的完整性、綜合性、系統(tǒng)性、以及數(shù)據(jù)獲取的可得性原則，根據(jù)其實(shí)際情況分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層三個(gè)維度，運(yùn)用PSR模型來評(píng)價(jià)衡陽市土地生態(tài)安全性[4]。

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

在表1中，結(jié)合指標(biāo)對(duì)衡陽市土地資源生態(tài)安全的影響，將指標(biāo)劃分為正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)，正向指標(biāo)表達(dá)為“+”說明該指標(biāo)有正向的影響，其指數(shù)越大說明該指數(shù)對(duì)土地生態(tài)安全狀況影響越有利，其中正向指標(biāo)有15個(gè)，分別是森林覆蓋率、人均生產(chǎn)總值、污水處理率等；負(fù)向指標(biāo)表達(dá)為“-”表示該項(xiàng)指標(biāo)的影響屬性為消極，負(fù)向指標(biāo)值越大，表示該指數(shù)對(duì)土地生態(tài)安全的影響越消極，其中負(fù)向指標(biāo)有5項(xiàng)，分別是人口密度、人口自然增長(zhǎng)率、城鎮(zhèn)登記失業(yè)率等。

2.2 指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化是指選取極差標(biāo)準(zhǔn)化而對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理形成研究區(qū)即衡陽市n年m個(gè)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)矩陣。

公式中：Xij表示每項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值(其中i=1,2,3...,n;j=1,2,3...,m)；Xj：表示第i年第j個(gè)指標(biāo)的值；Xjmin，Xjmax分別表示第j個(gè)指標(biāo)的最大值與最小值。

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理后的矩陣數(shù)據(jù)表格(表2)：

2.3 指標(biāo)權(quán)重的賦值

指標(biāo)權(quán)重法運(yùn)用客觀賦值法中的熵權(quán)法確定，避免了賦值的主觀性與不準(zhǔn)確性，提高精度和客觀性。根據(jù)熵權(quán)法的理論，首先計(jì)算出m個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵。

定義Pij為第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)被評(píng)價(jià)的指標(biāo)比重，指標(biāo)熵值為ei，采用公式：

式中：當(dāng)Pij=0時(shí)Pijln Pij=0；在指標(biāo)熵值確定后，第i個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)Wi可根據(jù)下列計(jì)算公式來確定：

經(jīng)過一系列計(jì)算得到指標(biāo)權(quán)重(表2)

2.4 衡陽市生態(tài)安全綜合指數(shù)

通過上述計(jì)算過程與步驟,對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)化處理以及指標(biāo)權(quán)重計(jì)算,由公式(6)得到土地生態(tài)安全綜合值(表3)。

在上述公式中，V評(píng)價(jià)區(qū)域的綜合評(píng)價(jià)值；Wi表示每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值；Xij為表示每個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；其中i=1,2,3...,n;j=1,2,3...,m。

表2土地生態(tài)安全指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)

表3 2007—2018年衡陽市土地生態(tài)安全綜合指數(shù)

表4 2007—2018年衡陽市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)[5]

3 結(jié)果分析

3.1 土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分

本文結(jié)合衡陽市生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)與土地生態(tài)安全程度，參考其他相關(guān)著作和資料，確定了該城市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的劃分標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)該市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)綜合值將城市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)劃分為5級(jí)。土地生態(tài)安全值越高，則表明土地生態(tài)安全等級(jí)越高；反之，如果土地生態(tài)安全值越低，則說明該地區(qū)土地安全等級(jí)越低(表4)。

3.2 衡陽市土地生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)

由表3和圖1可知，2007年-2018年衡陽市的土地生態(tài)的安全水平屬于整體上升的趨勢(shì)，土地生態(tài)安全程度從不安全等級(jí)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榘踩燃?jí)，說明此12年內(nèi)衡陽市土地生態(tài)安全健康狀態(tài)在不斷地提升。但這10年各安全等級(jí)都有出現(xiàn)，以不安全等級(jí)和較不安全等級(jí)為主，只有2017和2018年處于安全等級(jí)。其中土地生態(tài)安區(qū)綜合值以2007年的0.298 0的不安全等級(jí)為起點(diǎn)，到2013年以前一直屬于較不安全和不安全等級(jí)，到了2014年達(dá)到臨界安全等級(jí)，說明從這一年開始衡陽市土地生態(tài)狀況開始往健康的方向發(fā)展，直到2017年達(dá)到了0.765 3，2018年達(dá)到最高值0.839 2，均為安全等級(jí)。

原因分析：由于12年來衡陽市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，財(cái)政實(shí)力有所進(jìn)步，各權(quán)重因子如農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值從2007年的328.52億元增長(zhǎng)到2018年的582.04億元；地區(qū)生產(chǎn)總值從2007年的823.51億元提升到2018年的2 046.03億元；國(guó)內(nèi)旅游總收入從2007年的41.42億元上升到2018年的643.33億元；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，第一二三產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)值分別從192.44億元、347.69億元、286.68億元攀升到337.01億元、1 023.59億元、1 685.43億元，第一產(chǎn)業(yè)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)地位不減弱，以工業(yè)為主的第二產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，第三產(chǎn)業(yè)也得到蓬勃發(fā)展；在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域取得的成效也很顯著，如森林覆蓋率從2007年的44.67%上升到2018年的59.82%；污水處理率從2007年的24.42%優(yōu)化到2018年的91%。

(1)土地生態(tài)壓力P指標(biāo)

由圖2可知，從2007-2018年中衡陽市土地的生態(tài)安全壓力呈波動(dòng)遞減再上升趨勢(shì)，說明衡陽市的土地生態(tài)安全狀況正在逐漸好轉(zhuǎn)。第一階段：從2007年至2010年，土地生態(tài)壓力P指標(biāo)呈下降趨勢(shì)；第二階段：從2010至2013年，壓力P指標(biāo)呈平穩(wěn)變化；第三階段：從2013年至2018年，土地生態(tài)壓力P指標(biāo)呈現(xiàn)逐年增加的趨勢(shì)。

原因分析：人口密度從2007年的467人/km2上升2013年的524人/km2再減到2018年的477人/km2；人口自然增長(zhǎng)率從2007年的5%到2012年的7.96%再減到2018年的5.18%，從2013年開始人口密度和自然增長(zhǎng)率的減小，適當(dāng)減輕了對(duì)環(huán)境的壓力；其中人口密度與人口自然增長(zhǎng)率下降的主要原因是2012年開始衡陽市政府推行了流動(dòng)人口計(jì)劃生育管理服務(wù)。耕地面積由2007年的3.492×105hm2上升到2018年的4.502×105hm2，農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值從2007年的328.52億元上升到582.04億元，城鎮(zhèn)化率從2007年的41.22上升到53.61等這些指標(biāo)的上升導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境承載壓力的逐漸增加，P指標(biāo)的走向開始上揚(yáng)。雖然其中也有個(gè)別指標(biāo)如城鎮(zhèn)登記失業(yè)率趨于穩(wěn)定，變幅不大，對(duì)整體影響不大。

(2)土地生態(tài)狀態(tài)S指標(biāo)

由圖3可知,衡陽市的生態(tài)安全狀態(tài)指標(biāo)從2007到2018年各土地生態(tài)安全狀態(tài)指標(biāo)呈波動(dòng)上升趨勢(shì)。第一、第二、第三產(chǎn)業(yè)增加值、人均財(cái)政收入與地方財(cái)政總收入、旅游總收入、森林覆蓋率等等指標(biāo)都起著重要作用，森林覆蓋率的增加有效改善了衡陽市的土地生態(tài)安全情況。

原因分析：2008到2009年，S指標(biāo)下降的原因在于從2009年開始森林覆蓋率的減少，2009年衡陽市的森林覆蓋率位于12年最低，從2009到2014年森林覆蓋率基本無波動(dòng)。由于2015年《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法》的頒布，政府號(hào)召人們環(huán)保意識(shí)增強(qiáng)，積極種樹育林，從2015年起，森林覆蓋率呈提升趨勢(shì)。從2009年至2018年土地生態(tài)壓力S指標(biāo)呈現(xiàn)不斷上升的趨勢(shì)。

(3)土地生態(tài)響應(yīng)R指標(biāo)

由圖4可知,從2007到2018年中衡陽市土地生態(tài)響應(yīng)指標(biāo)整體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，第一階段：從2007年至2009年，土地生態(tài)響應(yīng)R指標(biāo)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，12年中，2009年的R指標(biāo)值達(dá)到所有年限中的極點(diǎn)最小值；第二階段：從2009到2013年，呈現(xiàn)了波浪式穩(wěn)定的局面，說明該5年內(nèi)各項(xiàng)指標(biāo)穩(wěn)定；第三階段：從2013年到2018年，其中2014年達(dá)到一個(gè)小高峰，2018年成為這12年內(nèi)的最大值。

原因分析：總的來看，從2007年到2018年衡陽市土地的生態(tài)響應(yīng)R各指標(biāo)基本呈逐年勻速遞增狀態(tài)，其中擾動(dòng)幅度稍大的屬于2014年，但是總體趨勢(shì)平滑上升；究其原因，響應(yīng)模型所選指標(biāo)較少，一個(gè)數(shù)據(jù)的波動(dòng)很容易引起整體趨勢(shì)的走向，2014年達(dá)到小高峰的主要原因?yàn)樵撃甑目諝赓|(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)相較于相鄰兩年較為突出，而建成區(qū)綠化面積也是在2014年突增，而建成區(qū)綠化覆蓋面積與污水處理率等指標(biāo)則一直處于增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。根本原因在于2013年我國(guó)的政策導(dǎo)向，制定了一系列環(huán)保政策，如《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，《中共中央關(guān)于深化改革若干重大問題的決定》等，明確提出加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，加強(qiáng)大氣污染的防治，加大綜合治理等等，有效減少了土地資源的環(huán)境承載的壓力，即對(duì)土地的壓力大大減小。

圖1 土地生態(tài)綜合值PSR指標(biāo)曲線

圖2 土地生態(tài)壓力狀態(tài)P指標(biāo)曲線

圖3 土地生態(tài)安全狀態(tài)S指標(biāo)曲線

圖4 土地生態(tài)安全狀態(tài)R指標(biāo)曲線

3.3 衡陽市土地生態(tài)安全結(jié)果分析

(1)前7年衡陽市的土地生態(tài)安全情況不容樂觀。從2007年到2013期間，生態(tài)安全綜合指數(shù)從0.298 0提升到0.411 3，各項(xiàng)指標(biāo)皆呈上升趨勢(shì)，但生態(tài)安全等級(jí)基本處于不安全等級(jí)和較不安全等級(jí)；這表明人類活動(dòng)對(duì)土地資源施加壓力，同時(shí)試圖減輕擾動(dòng)土地資源的生態(tài)安全干擾程度，表明人類已逐漸認(rèn)識(shí)到生態(tài)安全的重要性，努力使它朝著一個(gè)有利的方向發(fā)展。衡陽市從2007年到2013年的7年時(shí)間內(nèi)土地生態(tài)質(zhì)量有所提高，區(qū)域的經(jīng)濟(jì)正在發(fā)展，三大產(chǎn)業(yè)的增加值、地區(qū)生產(chǎn)總值、旅游總收入、固定資產(chǎn)投資總量、城鎮(zhèn)綠化覆蓋率等各項(xiàng)指標(biāo)均呈大致波動(dòng)上升趨勢(shì)。但相比后5年的程度較小。從起點(diǎn)的不安全程度來看,土地生態(tài)安全水平仍處于不樂觀的狀態(tài)。

(2)后5年土地生態(tài)安全狀態(tài)明顯好轉(zhuǎn)并不斷健康發(fā)展。從2013年到2018年期間，土地生態(tài)安全綜合值快速增長(zhǎng)，由2013年綜合值為0.411 3增長(zhǎng)為2018的0.839 2，這與人口自然增長(zhǎng)率、綠地覆蓋面積、耕地面積所占比重的動(dòng)態(tài)變化等有密切關(guān)系，表明該段時(shí)期衡陽市土地生態(tài)安全狀態(tài)明顯好轉(zhuǎn)。各項(xiàng)指標(biāo)的整體波動(dòng)上升，其中個(gè)別指標(biāo)數(shù)量下降，但不影響總的趨勢(shì)，表明衡陽市近5年的土地壓力系統(tǒng)沒有增壓，而狀態(tài)系統(tǒng)與響應(yīng)系統(tǒng)的反響較好。第三產(chǎn)業(yè)所占比重上升，維護(hù)土地安全能力增強(qiáng)，可更好地提高土地生態(tài)安全水平。隨著經(jīng)濟(jì)和科技的進(jìn)步，衡陽市引進(jìn)了高科技設(shè)施用于工業(yè)“三廢”的處理與凈化，廢水廢渣廢氣的排放量逐步減少，達(dá)標(biāo)率顯著增高，土地得到了有效的保護(hù)。在政府的宣傳教育下，人們的環(huán)保意識(shí)有了明顯進(jìn)步，人們回收利用舊電池，緩解了土地重金屬污染程度。大中小企業(yè)及個(gè)人紛紛轉(zhuǎn)為使用可降解產(chǎn)品，塑料使用率有明顯減少的趨勢(shì)，這使衡陽市土地的生態(tài)安全指數(shù)提升不少。

4 結(jié)論與建議

本文運(yùn)用PSR模型構(gòu)建了衡陽市土地安全生態(tài)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，根據(jù)時(shí)間序列對(duì)衡陽市的土地生態(tài)安全進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，從2007年到2018年，衡陽市的生態(tài)安全等級(jí)從不安全等級(jí)到安全等級(jí)，說明該地區(qū)的生態(tài)安全狀況有明顯好轉(zhuǎn)，根據(jù)研究結(jié)果提出以下幾點(diǎn)對(duì)策：

(1)加強(qiáng)對(duì)衡陽市林地和草地等的保護(hù)，努力維持衡陽市的生態(tài)平衡。明確并堅(jiān)守生態(tài)保護(hù)的一條臨界線，建立健全生態(tài)保護(hù)紅線保護(hù)機(jī)制；立法維護(hù)，堅(jiān)決禁止濫砍亂伐現(xiàn)象；注意對(duì)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在環(huán)境和發(fā)展之間做到統(tǒng)籌協(xié)調(diào)；科學(xué)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)土地集約利用；完善城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施，始終把綠色發(fā)展、健康發(fā)展牢記于心。

(2)控制人口增長(zhǎng)，優(yōu)化人口年齡結(jié)構(gòu)，提高人口素質(zhì)，緩解人地突出的矛盾[6]。衡陽市的可利用土地資源有限，人口的快速增長(zhǎng)導(dǎo)致該區(qū)域土地資源的供需之間失去平衡，會(huì)導(dǎo)致土地承載力和土地生態(tài)系統(tǒng)的壓力劇增；人口數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)是導(dǎo)致土地資源緊張的直接原因，不能忽視土地對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的壓力，良好的土地生態(tài)安全狀況也會(huì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)向前發(fā)展。

(3)發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟(jì)，優(yōu)化三次產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)。合理利用自然資源和區(qū)位優(yōu)勢(shì)，提高農(nóng)業(yè)水平；完善農(nóng)業(yè)設(shè)施配套，防止土地資源污染；應(yīng)將重點(diǎn)企業(yè)有計(jì)劃地轉(zhuǎn)移，對(duì)重工業(yè)的產(chǎn)業(yè)格局進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)；控制石油化工等高污染產(chǎn)業(yè)對(duì)環(huán)境造成的污染和破壞。

(4)因地制宜，根據(jù)土地的不同特點(diǎn)，采用不同土地利用方式。在城市化進(jìn)展過程中，耕地用地與林地用地等農(nóng)用地逐漸被建設(shè)用地所代替，衡陽城市中心土地內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸由多元化向單一化轉(zhuǎn)變。政府和企業(yè)應(yīng)該學(xué)會(huì)因地制宜，根據(jù)土地的差異性采用不同的土地利用方式。

(5)加大生態(tài)安全環(huán)境保護(hù)上的資金投入，加大對(duì)土地生態(tài)安全的宣傳和教育。建立土地利用規(guī)劃評(píng)價(jià)體系與土地生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)效治理機(jī)制,加強(qiáng)有效管理與規(guī)劃治理；構(gòu)建一個(gè)以政府為主導(dǎo)、企業(yè)協(xié)同、多方積極參與、全民自主行動(dòng)的環(huán)境保護(hù)綜合規(guī)劃格局[7]。