基于PSR模型的城郊接合部土地利用健康評(píng)價(jià)及障礙因子診斷
——以武漢市蔡甸區(qū)為例

■ 張凱瑞 ，向婉婷 ，曹瀚文 ，趙澤平 ，徐偉青

（1.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.自然資源部城市國土資源監(jiān)測與仿真重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 深圳 518040)

在我國土地資源逐年減少，以及社會(huì)各界對(duì)土地需求矛盾持續(xù)惡化的狀況下，土地矛盾日益凸顯，特別是在我國實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略以來，如何做到土地資源、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今土地利用系統(tǒng)的重點(diǎn)研究問題之一。

生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)三者之間的平衡取決于土地利用系統(tǒng)的健康程度[1]。所以只有從多個(gè)方面綜合研究土地利用系統(tǒng)的健康狀況才有具體的作用和意義。城郊接合部是銜接農(nóng)村與城市的過渡區(qū)域，既具有城市的土地利用特點(diǎn)也具有農(nóng)村的土地利用特點(diǎn)，該區(qū)域受中心城區(qū)快速城鎮(zhèn)化影響，其土地資源不合理利用現(xiàn)象嚴(yán)重，人地矛盾更激烈[2]。

因此，本文以特大中心城市——武漢市的城郊接合部區(qū)域蔡甸區(qū)為例，基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(pressure state response，PSR)評(píng)價(jià)模型，對(duì) 2009—2018 年的土地利用健康進(jìn)行評(píng)價(jià)，并診斷影響該區(qū)域土地利用系統(tǒng)健康發(fā)展的障礙因子。本研究對(duì)構(gòu)建合理的土地結(jié)構(gòu)，以及對(duì)城郊接合部土地資源可持續(xù)利用有重要參考意義。

一、材料與方法

（一）研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

武漢市是位于我國華中地區(qū)唯一的副省級(jí)都市，西接江漢平原，坐落于兩江交匯處[3]。優(yōu)越的地理位置，造就了武漢城區(qū)的快速發(fā)展。然而經(jīng)濟(jì)的迅速增長、人口的急速膨脹，周邊農(nóng)村人口向城市圈的遷移，導(dǎo)致武漢城市圈向周邊區(qū)域急劇擴(kuò)散，進(jìn)而影響了武漢城區(qū)邊緣地區(qū)——城郊接合部的土地利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境，對(duì)接合部內(nèi)土地資源的可持續(xù)利用與土地利用系統(tǒng)的健康狀況造成不利影響。

本研究所使用的土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)主要來源于《武漢市統(tǒng)計(jì)年鑒2009—2018》《武漢市蔡甸區(qū)國民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)2009—2018》《武漢市蔡甸區(qū)環(huán)境狀況公報(bào)2009—2018》以及土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)等。

（二）評(píng)價(jià)模型與體系構(gòu)建

壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(pressure state response，PSR)模型被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署 (UNEP)和經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織(OECD)歸為主要應(yīng)用于世界環(huán)境狀況評(píng)價(jià)模型，最早由加拿大統(tǒng)計(jì)學(xué)家Rapport和Friend于1979年提出[4]。借助PSR模型構(gòu)建土地利用系統(tǒng)健康性評(píng)價(jià)體系可衡量人口增長和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素給城市土地利用施加的壓力，描述在當(dāng)前狀況下的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和土地生態(tài)質(zhì)量等土地產(chǎn)出水平，分析土地利用系統(tǒng)對(duì)壓力的適應(yīng)能力以及環(huán)境保護(hù)措施的成效性。環(huán)境變化與環(huán)境壓力之間的關(guān)系體現(xiàn)在壓力、響應(yīng)、狀態(tài)之間的相互制約和相互影響[5]。

根據(jù)指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲得性和特點(diǎn)，遵循指標(biāo)數(shù)據(jù)選取的相關(guān)基本原則，對(duì)土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析[6]。PSR模型建立了壓力系統(tǒng)(人口壓力、土地壓力、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力)、狀態(tài)系統(tǒng)(社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、土地集約化狀態(tài))以及響應(yīng)系統(tǒng)(環(huán)境治理力度、政策管理力度)三個(gè)目標(biāo)層，共28項(xiàng)相關(guān)指標(biāo)。

（三）結(jié)果與分析

根據(jù)公式，計(jì)算出2009—2018年武漢市蔡甸區(qū)土地利用系統(tǒng)P、S、R三個(gè)子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)得分和健康綜合指數(shù)值，結(jié)果見圖1。

圖1 2009—2018年武漢蔡甸區(qū)土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)結(jié)果

由圖1可以看出，在2009-2018年蔡甸區(qū)的土地利用系統(tǒng)的壓力、狀態(tài)、響應(yīng)指數(shù)和綜合指數(shù)曲線均持續(xù)上升，說明該地區(qū)土地利用系統(tǒng)健康狀況正在逐年好轉(zhuǎn)。狀態(tài)指數(shù)上升幅度最大，說明近年來土地管理部門對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視和保護(hù)初見成果，有利于該區(qū)土地利用系統(tǒng)健康發(fā)展。土地利用系統(tǒng)健康綜合指數(shù)由2009年的0.067221上升到2018年的0.290939，表明土地利用系統(tǒng)健康等級(jí)由病態(tài)上升到不健康狀態(tài)，且接近亞健康。究其原因是土地利用管理部門在土地的規(guī)劃和利用方面更加注重生態(tài)保護(hù)，大力發(fā)展生態(tài)企業(yè)；提升了土地利用系統(tǒng)的健康狀況。根據(jù)土地利用系統(tǒng)健康分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)判斷，得出蔡甸區(qū)2009—2014年土地利用系統(tǒng)處于“病態(tài)”，2014—2018年土地利用系統(tǒng)逐漸好轉(zhuǎn)為“不健康狀態(tài)”。以上土地利用健康評(píng)價(jià)的結(jié)果與蔡甸區(qū)近年來經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響的實(shí)際情況相吻合。

在2009—2016年，壓力指數(shù)一直在0.05附近波動(dòng)，但總體來看，呈現(xiàn)先波動(dòng)后增大的趨勢(shì)，2018年的壓力指數(shù)是2009年的1.24倍。壓力指數(shù)數(shù)值越小代表著生態(tài)壓力越大[7]，因此壓力指數(shù)是一個(gè)負(fù)向指標(biāo)。由圖1還可以看出，在2009—2016年，壓力指數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)，其中最大值為0.05358，最小值為0.04251，說明武漢市蔡甸區(qū)的土地利用壓力狀況和土地利用的干擾程度都維持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。在2016—2018年，壓力指數(shù)呈上升趨勢(shì)，增長率分別為14.59%和28.12%，增長率在逐年提升，表明土地利用系統(tǒng)的壓力在逐年減小，這有利于土地利用系統(tǒng)的恢復(fù)和發(fā)展。壓力指數(shù)的上升代表了生態(tài)壓力的減小，說明武漢市蔡甸區(qū)土地利用壓力狀況逐漸好轉(zhuǎn)。主要原因是2016年后國家制定的一系列生態(tài)保護(hù)政策的嚴(yán)格實(shí)施，加強(qiáng)了對(duì)生態(tài)企業(yè)和生態(tài)旅游的支持，同時(shí)城市的快速發(fā)展吸引了農(nóng)村的年輕人，使農(nóng)村的耕地利用率逐年減小，農(nóng)村的耕地退化使林地和草地的比重逐年上升，這也提升了士地利用系統(tǒng)的恢復(fù)和發(fā)展速度。

2009—2018年?duì)顟B(tài)指數(shù)逐年上升，說明十年間武漢市蔡甸區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平正在提升。2018年?duì)顟B(tài)指數(shù)是2009年的20.9倍，年增長率為35.55%，而且年增長率持續(xù)升高，表明有諸多有利因素使蔡甸區(qū)土地利用系統(tǒng)狀態(tài)指數(shù)呈上升趨勢(shì)。說明武漢市蔡甸區(qū)在系統(tǒng)狀態(tài)方面做了很多的工作，這一時(shí)期的主要影響因素中的第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、城鎮(zhèn)人均可支配收入和農(nóng)民人均收入等指標(biāo)的比重都在升高，說明了土地利用系統(tǒng)健康正處在一個(gè)持續(xù)自身修復(fù)、加速自身恢復(fù)的狀態(tài)。

武漢市蔡甸區(qū)的士地利用系統(tǒng)響應(yīng)指數(shù)在2009—2018年都呈上升趨勢(shì)，發(fā)展水平正在逐漸提升，2018年系統(tǒng)響應(yīng)指數(shù)是2009年的4.83倍，年均增長17.1%。說明系統(tǒng)響應(yīng)指數(shù)呈上升趨勢(shì)，但年增長速率最初比較高后又逐漸下降，因此武漢市蔡甸區(qū)應(yīng)該需要對(duì)響應(yīng)系統(tǒng)的工作加大力度，特別是在生活污水處理率、造林面積等一些方面加大力度。

二、土地利用系統(tǒng)障礙因素診斷

根據(jù)土地利用系統(tǒng)健康障礙因素診斷的計(jì)算方法，計(jì)算出2009、2013和2018年武漢蔡甸區(qū)土地利用系統(tǒng)健康障礙度，結(jié)果見表1。由表1可知，2009、2013和2018年阻礙其健康狀況改善的障礙因素均主要體現(xiàn)在壓力系統(tǒng)和狀態(tài)系統(tǒng)兩個(gè)方面。2009年的障礙因素主要是響應(yīng)子系統(tǒng)中的垃圾無害化處理率、工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率和環(huán)保投資強(qiáng)度，其中工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率是最大阻礙因子，說明蔡甸區(qū)2009年的土地利用系統(tǒng)健康狀況主要受環(huán)境治理和政策管理制約；2013年的主要障礙因素包括地均GDP、人口密度和第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重，其中第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重是最大阻礙因子；2018年的主要障礙因素包括人均建設(shè)用地、人口自然增長率和人口密度，其中人均建設(shè)用地是最大阻礙因子。雖然每年的主要障礙因素不盡相同，但每年都以狀態(tài)子系統(tǒng)中的社會(huì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)等指標(biāo)因子為主。

表1 2009、2013和2018年武漢蔡甸區(qū)土地利用系統(tǒng)健康障礙度因素排序

從單項(xiàng)指標(biāo)變化趨勢(shì)上看，2009—2018年的人口壓力的指標(biāo)因子升高幅度增大，響應(yīng)子系統(tǒng)中的指標(biāo)因子降幅增大，說明近10年蔡甸區(qū)在人居環(huán)境方面有所改善。近10年，蔡甸區(qū)區(qū)域面積增大，促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)用地的發(fā)展，但同時(shí)也導(dǎo)致基本農(nóng)田保護(hù)不到位以及建設(shè)用地效率不高、產(chǎn)出效益過低等問題。

在表1的基礎(chǔ)上，得到各類指標(biāo)對(duì)土地利用系統(tǒng)健康的障礙度，結(jié)果見圖2。狀態(tài)和響應(yīng)系統(tǒng)的障礙度都在持續(xù)下降，其中狀態(tài)系統(tǒng)下降幅度較大，降幅為50.1%，響應(yīng)系統(tǒng)降幅為17.7%，而壓力系統(tǒng)障礙度變化幅度不大，2009—2018年下降4.9%。由此可知，2016年之前狀態(tài)系統(tǒng)的障礙度最大，其次是壓力系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)，說明2016年以前，其第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、地均GDP和地均固定資產(chǎn)投資等障礙度雖有所減小，但依然是阻礙土地利用健康發(fā)展的重要因素；2016年之后，壓力指數(shù)的障礙度最大，狀態(tài)和響應(yīng)指數(shù)的障礙度均低于10%，其中人口密度、人口自然增長率和土地墾殖率對(duì)土地利用健康發(fā)展的阻礙度最大。可見，提升土地利用系統(tǒng)健康水平的關(guān)鍵在于提升狀態(tài)指標(biāo)層，與此同時(shí)要保護(hù)壓力指標(biāo)層。從2009—2018年的土地利用系統(tǒng)障礙因素診斷來看，狀態(tài)指標(biāo)層是影響蔡甸區(qū)土地利用系統(tǒng)健康的主要因素，所以接下來必須將狀態(tài)指標(biāo)層作為重要的研究對(duì)象，使武漢市蔡甸區(qū)土地利用系統(tǒng)進(jìn)一步改善和恢復(fù)。

圖2 2009—2018年蔡甸區(qū)分類指標(biāo)障礙度

三、結(jié)論

（1）運(yùn)用PSR模型對(duì)武漢市蔡甸區(qū)2009—2018年的土地利用系統(tǒng)健康水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，顯示其綜合指數(shù)由2009年的0.0672增長至2018年的0.291，總體呈上升趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為2018年的綜合指數(shù)是2009年的4.33倍，健康水平持續(xù)上升；壓力指數(shù)總體先穩(wěn)定波動(dòng)后緩慢上升，狀態(tài)指數(shù)和響應(yīng)指數(shù)總體上持續(xù)上升。響應(yīng)指數(shù)的增長率最高，其中水土流失治理率、造林面積和環(huán)保投資等指標(biāo)的上升趨勢(shì)明顯，使響應(yīng)指數(shù)由0.0081上升到0.039，表明近十年武漢市蔡甸區(qū)的環(huán)境治理和生態(tài)修復(fù)工作開展得十分順利。因土地墾殖率、人口密度和城市化水平等正向和負(fù)向指標(biāo)阻礙度持續(xù)升高，使壓力指數(shù)在0.05附近波動(dòng)，可見武漢市蔡甸區(qū)土地生態(tài)壓力較大。狀態(tài)指數(shù)因城鎮(zhèn)化率、人均GDP、地均GDP、農(nóng)村人均純收入和城鎮(zhèn)人均可支配收入的增加，由0.00903上升全0.18916，也體現(xiàn)了武漢市蔡甸區(qū)的經(jīng)濟(jì)、工業(yè)在發(fā)展。武漢蔡甸區(qū)位于華中地區(qū)，地形主要以平原和丘陵為主，工業(yè)較發(fā)達(dá)，然而人口日益增多，使政府部門對(duì)土地的相關(guān)規(guī)劃產(chǎn)生矛盾，因此要合理規(guī)劃土地資源，就必須要實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用。

（2）通過對(duì)障礙度的計(jì)算和分析，2009—2018年影響武漢市蔡甸區(qū)土地利用健康的障礙度存在時(shí)間差異特征。2009—2016年，系統(tǒng)狀態(tài)指數(shù)對(duì)土地利用系統(tǒng)的障礙度最大，2016—2018年，系統(tǒng)壓力指數(shù)對(duì)土地利用系統(tǒng)的障礙度最大。整個(gè)期間狀態(tài)指數(shù)和響應(yīng)指數(shù)的障礙度在持續(xù)下降，壓力指數(shù)的障礙度在20%左右穩(wěn)定波動(dòng)。總體來看，系統(tǒng)壓力障礙度的主要影響因素為人口增長率、土地利用率和城市化水平。因此，武漢市蔡甸區(qū)今后應(yīng)該從壓力指標(biāo)等方面提高土地利用系統(tǒng)的健康水平。