基于PSR—TOPSIS模型的三峡库区土地生态安全评价

2016-01-12陈静刘秀华刘勇

湖北农业科学 2015年24期

陈静　刘秀华　刘勇

摘要：在土地生态安全概念的基础上，基于PSR模型，从压力、状态、响应3方面构建三峡库区土地生态安全评价指标体系，并运用TOPSIS法对丰都县2003-2012年的土地生态安全水平进行综合评价研究。结果表明，人口密度、人均耕地面积、城市人均公园绿地面积、第三产业比重、农民人均纯收入、水土流失治理面积、环保治理投资占GDP比重是影响丰都县土地生态安全的主要因素；丰都县土地生态安全状况整体呈波动上升趋势，从不安全状态过渡到较不安全状态，但距离安全状态仍有较大差距；从各子系统看来，丰都县土地生态安全的压力系统呈下降趋势，状态系统2003-2010年基本处于稳定状态，2011年好转达到较安全状态，而2012年又降到临界安全状态，响应系统呈波动上升趋势。

关键词：PSR-TOPSIS模型；土地生态安全；评价；三峡库区；丰都县

中图分类号：X821 文献标识码：A 文章编号：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

土地是人类赖以生存和发展的基础[1]，人类通过开发利用土地获得所必需的物质财富来实现长远发展。但随着人口的增长和社会经济的发展，人们对土地资源利用方式的不合理和破坏程度的加深，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态问题频频发生，同时这些问题又反过来制约着社会经济的发展，导致人地矛盾突出。因此，土地生态安全问题成为国内外学者研究的热点，也是为实现可持续发展必须解决的问题。近年来，不同学者从不同角度、不同尺度对土地生态安全问题进行研究，主要集中在土地生态安全评价、预警和设计等方面[2-5]，而评价工作则是各项研究的基础。目前，土地生态安全评价体系的构建和方法处于探索阶段，从现有的研究成果看来，比较常用的方法有综合指标体系评价法、土地资源承载力分析方法、生态足迹分析法、层次分析法和景观生态学方法等。关于评价指标模型，主要有“压力-状态-响应（PSR）”模型和“自然-经济-社会”模型两种。“自然-经济-社会”模型不能全面反映系统之间相互作用的过程；PSR模型从人类与环境系统的相互作用与影响出发对环境指标进行分类[6]，强调人类活动、经济运作和环境之间的相互影响关系和作用机理，从多角度反映土地生态安全各指标之间的反馈机制。此外，优劣解距离法（TOPSIS）是管理学研究中所常用的一种多目标决策分析方法，其对数据分布、样本量、指标多寡无严格限制，具有广泛的应用性、计算量小、信息相对准确以及几何意义直观等特点[7]，有利于系统分析土地生态安全与理想状态的差距，有利于系统分解土地生态安全问题[8]。

重庆市丰都县位于三峡库区腹心地带，是三峡库区跨江全淹全迁城市，是三峡工程重点移民大县，属于三峡库区水源涵养重要区和长江流域绿色生态屏障重点建设区，也是典型的生态脆弱区，生态环境的恶化制约可持续发展，表现在水土流失加剧、土地污染加重、自然灾害日趋频繁等方面，其土地生态安全显得尤为重要。因此，本研究在压力-状态-响应（PSR）模型框架下，结合TOPSIS法，构建三峡库区土地生态安全评价体系，拟以丰都县为例进行实证分析，以期为丰都县社会经济可持续发展提供参考。

1 研究区域概况

丰都县位于东经107°28′03″-108°12′37″，北纬29°33′18″-30°16′25″之间，境内地貌为一系列褶皱山系构成，长江横贯中部。全县幅员面积2 900.86 km2，山脉和丘陵、山间平坝（槽谷）相间分布，形成南高北低、“四山夹三槽”的地形，丘陵占31.7%，低山占39.4%，中山占28.9%。丰都县属于中亚热带湿润季风气候，雨量充沛，热量丰富，年平均气温18.8 ℃，年平均降水量823.8 mm。2012年末，全县总人口83.62万人，其中农业人口60.10万人，非农业人口23.52万人。2012年全县实现地区国民生产总值111.08亿元，比上年增长11.33%；人均生产总值17 519元，比上年提高2 035元。

2 研究方法

2.1 评价方法

TOPSIS法的基本原理是通过求解评价对象与最优解、最劣解的距离进行分析，若评价对象最靠近最优解同时又最远离最劣解，则为最好。采用改进的TOPSIS法对丰都县土地生态安全状况进行评价[9，10]。

2.1.1 指标标准化处理由于各项指标实际值没有统一的量纲，不能统一对比计算，会影响运算的结果，故对各指标原始数据进行无量纲化处理，处理方法如下：

2.2 评价指标体系的建立

2.2.1 评价指标体系的建立评价指标体系的确定是一个探索性的过程，也是土地生态安全评价的关键。由于三峡库区内土地生态安全受多种因素影响，具有系统性、复杂性，所以构建的指标体系既要体现区域内土地生态自身现状及未来发展，又要体现经济社会对其影响过程。PSR模型是20世纪80年代末联合国经济合作开发署提出的，它表征一个评价指标系统分成压力、状态、响应3类不同指标类型，并且反映各指标之间的相互作用和反馈机制。其中压力指标反映人类活动给环境造成恶化的原因，从人口、自然、社会经济等方面选取指标；状态指标表征在上述压力下所处的状况，主要从自然资源、环境状况等方面选取指标；响应指标则表征人们面临环境生态问题所采取的措施，主要从环境、社会经济等方面选取指标[4]。因此，本研究基于PSR模型，按照指标选取的科学性、简洁性、实用性、可操作性等原则[11，12]，参考相关研究成果[13-15]，针对三峡库区的实际情况，并考虑数据的可得性，构建丰都县土地生态安全评价指标体系（表1）。

2.2.2 评价等级划分参考相关的研究成果[1，10，16]，从土地生态环境恶劣程度、生态压力是否超出其承载能力、生态系统结构是否合理、抗外界干扰的能力以及系统自身的功能及自我恢复能力等方面，结合丰都县实际，以非等间距的形式将丰都县土地生态安全状况分为5个等级（表2）。

2.2.3 数据来源本研究数据主要来自于2003 — 2012年《丰都县统计年鉴》、《重庆市统计年鉴》、《丰都县国民经济和社会发展统计公报》以及丰都县国土局、农业局、林业局等部门公布的信息。

3 结果与分析

经上述方法处理得到2003 — 2012年丰都县生态安全评价结果。

3.1 丰都县生态安全状况分析

由表3可知丰都县土地生态安全在人口密度、人均耕地面积、城市人均公园绿地面积、第三产业比重、农民人均纯收入、水土流失治理面积、环保治理投资占GDP比重等指标上的权重较大，这些指标是影响近年来丰都县土地生态安全状况的主要因素，其中响应系统的指标对土地生态安全的影响最大。

丰都县的土地生态安全指数整体呈波动上升趋势，阶段性显著（图1）。其中，2003-2004年生态安全指数虽有所下降，但幅度不大，2004-2005年土地生态安全状况处于快速好转阶段，主要原因是环保治理投资占GDP比重从2004年的1.54%上升到2005年的19.62%，另外单位耕地粮食产量、农民人均收入、经济密度、农业机械化水平、污水处理率等几个指标2005年相比2003年均有所增加，同时可以看出政府对土地生态安全处于不安全级的重视，加大对生态维护的力度；2005-2007年土地生态安全突然恶化，主要是因为来自人口、社会经济、自然环境方面的压力都有所增加，而土地利用状态有所下降，同时政府对环保治理投资比例下降幅度巨大，从2005年的19.62%下降到2006年的3.79%，2007年进一步降为2.29%；2007-2012年生态安全指数逐步上升，生态安全状况显著提升，逐渐趋近于临界安全，说明对土地生态保护的重视程度有所提高，丰都县土地生态安全状况逐渐好转。

虽然丰都县土地生态安全状况逐渐好转，但是10年来土地生态安全状况不容乐观，仍然处于较不安全水平。工业“三废”污染、农药化肥的广泛使用、耕地质量下降、水土流失严重等问题一直存在且十分明显，人地矛盾突出，土地生态状态与安全状态仍有较大差距。因此，今后在新型城镇化推进的进程中，应进一步强调生态重要性，加大对土地生态的保护力度，早日实现人地协调。

3.2 各子系统生态安全状况分析

各子系统的生态安全状况见图2。

1）压力系统方面。丰都县土地生态压力系统安全指数整体呈不断下降的趋势，压力层从2003年的较安全状态逐步变为2012年的不安全状态，说明土地生态安全压力越来越大，也是社会经济发展所带来的结果。在自然环境方面，化肥、农药的施用量有所增加，单位耕地面积化肥施用量从2003年的208.44 kg/hm2增加到2012年的318.42 kg/hm2，从2009年到2012年，单位耕地面积化肥施用量都超过国家生态县建设标准安全值（250 kg/hm2），加重农业面源污染，土壤质量下降。在社会经济方面，人均GDP及城镇化水平均有所提高，主要是因为随着户籍制度改革的推进以及三峡库区移民搬迁安置工作的完成，城镇化率由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。城镇化水平的提高和经济的快速发展，加上三峡移民工程的影响，移民新增人口对耕地的需求，导致土地利用变化加大，局部生态压力加大。

2）状态系统方面。丰都县土地生态状态系统安全指数2003-2010年间波动不大，并且一直处于不安全状态，2011年以来态势有所好转，并且达到较安全和临界安全之间，其中2011年状态最好，为较安全状态，这与城市人均公园绿地面积远远高于前面年份有关，高达10.45 m2/人，说明提高城市人均公园绿地面积对提高全县土地生态安全状态有重要意义。在生态环境方面，由于国家对三峡库区实施的退耕还林还草工程以及长江中上游水土流失种地防治工程等，森林覆盖率从34.3%提升至43.9%，在一定程度上改善了区域生态环境，有效控制水土流失等问题。经济状态方面，2003 — 2012年单位耕地粮食产量从3 901.51 kg/hm2提高到4 127.63 kg/hm2。另外随着耕地保护政策的贯彻实施，耕地面积比重有一定的提升，到2012年达到28.15%。在压力系统的影响下，状态系统生态安全水平提升速度缓慢，有待进一步发展。

3）响应系统方面。丰都县土地生态响应系统安全指数整体来说有所提高。2003 — 2008年间，除了2005年接近临界安全状态外，均处于不安全的状态，而2009年后形势有所好转，一直到2012年间提高到较不安全的状态。经济密度从97.52万元/km2逐步提高至382.91万元/km2，农民人均纯收入从1925元/人增长至6 932元/人，这些数据也说明丰都县经济的快速发展。同时，经济的发展也会给环境造成压力，由于近年生态环境问题的日益凸显，国家和政府对土地生态环境的重视，注重在环保治理方面的投资，尤其是2005年环保治理投资占GDP比重达到19.62%，从水土流失治理面积的变化可以看出，水土流失得到有效控制，污水处理的水平也明显提升，带动响应系统安全状况逐步好转。

4 结论

从整体上来说，2003-2012年丰都县土地生态安全状况呈上升趋势，由不安全状态进入较不安全状态，但距安全状态仍有很大差距，形势仍不容乐观。就丰都县土地生态安全各子系统而言，土地生态安全的状态系统和响应系统的安全状况均呈逐步上升趋势，压力系统则呈下降趋势，由临界安全状态转为不安全状态。影响丰都县土地生态安全的主要因素包括人口密度、人均耕地面积、城市人均公园绿地面积、第三产业比重、农民人均纯收入、水土流失治理面积、环保治理投资占GDP比重等，在今后推进生态文明建设中应该得到重视。土地生态安全状况得到好转，主要源于国家和地方政府对环境保护和生态建设的重视以及对现有生态环境问题治理的大力投入。

本研究基于PSR概念模型，结合丰都县实际，从压力、状态、响应3方面选取21个指标构建三峡库区丰都县土地生态安全评价指标体系，运用基于熵权的TOPSIS法对丰都县2003-2012年的土地生态安全状况进行了综合评价，得出的结论基本符合实际情况，也证实了其他专家学者的研究结果，证明本研究方法的可行性，对后续的相关研究有一定的参考价值。全面系统的指标体系和适当的评价方法是土地生态安全评价的基础，但受多方面因素的影响，本研究的指标体系不一定健全，在数理方法、模型设计等方面也需要创新与深入分析。同时，本研究仅对丰都县土地生态安全的现状及其影响因素进行了时间尺度上的评价，对土地生态安全的未来发展方向以及空间变化并未涉及，也是今后的研究方向。

参考文献：

[1] 李玉平，蔡运龙.河北省土地生态安全评价[J].北京大学学报（自然科学版），2007，43（6）：784-789.

[2] 范妃妃，程久苗，李晶.土地生态安全研究进展[J].中国集体经济，2012（24）：187-188.

[3] 孙尚华，刘建军，康博文，等.渭北西部丘陵区小流域土地生态规划与设计[J].中国水土保持科学，2009，7（4）：106-111.

[4] 徐美，朱翔，刘春腊.基于RBF的湖南省土地生态安全动态预警[J].地理学报，2012，67（10）：1411-1422.

[5] 余敦，高群，欧阳龙华.鄱阳湖生态经济区土地生态安全警情研究[J].长江流域资源与环境，2012，21（6）：678-683.

[6] 郭秀锐，杨居荣，毛显强.城市生态系统健康评价初探[J].中国环境科学，2002，22（6）：46-50.

[7] 张洪，张燕.基于加权TOPSIS法的旅游资源区际竞争力比较研究——以长江三角洲为例[J].长江流域资源与环境，2010， 19（5）：500-505.

[8] 徐美，朱翔，李静芝.基于DPSIR-TOPSIS模型的湖南省土地生态安全评价[J].冰川冻土，2012，34（5）：1265-1272.

[9] 陈西蕊，张蓉珍.基于PSR-TOPSIS法的区域土地资源生态安全动态分析：以陕西省为例[J].贵州农业科学，2011，39（1）：223-227.

[10] 陈西蕊，张蓉珍.TOPSIS法在区域生态安全动态评价中的应用——以陕西省为例[J].西北农林科技大学学报（自然科学版），2011，39（7）：177-184.

[11] 陈彩虹，齐旭明.基于PSR模型的长沙市生态安全评价[J].中南林业科技大学学报，2010，30（1）：105-109.