刘 梦， 姜世中

( 1.西南土地资源评价与监测教育部重点实验室，四川师范大学,四川成都 610101；2.四川师范大学地理与资源科学学院,四川成都 610101)



基于熵权物元模型的重庆市土地生态安全评价

刘 梦1， 姜世中2*

( 1.西南土地资源评价与监测教育部重点实验室，四川师范大学,四川成都 610101；2.四川师范大学地理与资源科学学院,四川成都 610101)

以重庆市为研究对象，构建了由压力、状态和响应3个要素组成的土地生态安全评价指标体系，采用熵权法和物元模型对重庆市2005～2013年的土地生态安全作出分析和评价。结果表明，2005～2013年重庆市土地生态安全综合关联度都为负值，均在(-1，0)区间，表明重庆市土地生态安全状况均未达到所在的等级，但都具备转化为所在评价等级的条件，2005～2007、2009～2013年的土地生态安全能够向安全转化，2008年的土地生态安全能够向基本安全转化，重庆市土地生态安全的大致发展趋势是向较安全级别转化，与重庆市社会经济快速发展、生态环境保护良好有密切关系。

重庆市；熵权法；物元法；土地生态安全

土地为人类提供了生存和发展最基本的物质基础，它对一个国家或者区域的社会经济发展起着决定性的作用。随着经济的快速发展和人口的急速增长，人们在获得巨大的经济利益的同时，水土流失、土地盐碱化、森林减少等一系列土地生态环境问题日渐加剧，人地矛盾日益突出。在土地资源有限的承载力下，如果人类继续毫无节制地利用土地，终有一天土地将不再能满足人们的各种需求。因此，对土地生态安全的研究日益迫切[1-2]。

土地生态安全是一个全新的概念，它是指陆地表层由各种有机物和无机物构成的土地生态系统结构不受破坏，同时土地生态系统为人类提供服务的质量和数量，能够持续满足人类生存和发展的需要[3-5]。我国正处于全面建成小康社会、加快推进社会主义现代化建设的关键时期，土地生态安全是实现我国社会经济可持续健康发展的重要保障，具有研究的现实意义和理论意义。笔者利用物元模型和熵权法，对重庆市2005～2013年的土地生态安全作出分析和评价，以期能为重庆市的经济发展提供参考依据。

1　数据来源与研究方法

1.1研究区概况重庆市位于中国西南部，地处长江上游，地跨105°11′～110°11′E、28°10′～32°13′N的青藏高原与长江中下游平原的过渡地带，以低山、丘陵为主。辖区东西长470 km，南北宽450 km，总面积8.24万km2。重庆市气候温和，属亚热带季风性湿润气候，年平均降水量丰富，年平均相对湿度大，在我国属高湿区。重庆是国家重要的现代制造业基地，现已形成了电子信息、汽车、装备制造、综合化工、材料、能源和消费品制造等千亿级产业集群。2014年全市实现工业增加值5 175.80亿元，占全市地区生产总值的36.3%。截至2014年末，重庆市常住人口2 991.40万，城镇化率为59.6%。伴随着工业化和城市化进程的不断加快，2002～2011年建成区面积的年平均增长率达到13.6%，全市人均耕地面积已接近联合国粮农组织确定的最低人均耕地面积0.053 hm2，人地矛盾突出[6]。

1.2数据来源数据来源于2005～2013年《重庆统计年鉴》《中国统计年鉴》《中国环境统计年鉴》以及2010～2013年重庆市国民经济社会发展统计公报。

1.3研究方法

1.3.1物元分析法。物元分析是研究解决不相容问题的规律和方法的新兴学科，由我国学者蔡文于20世纪80年代提出[7]。其主要步骤如下。

(1)确定土地生态安全物元。在物元模型中，对于所描述的事物N、事物的特征C以及量值V可以组成物元R[8-9]，表达式为：

R=(N，C，V)。

(1)

(2)确定土地生态安全的经典域物元矩阵。公式为：

(2)

式中,R0j为经典域物元；N0j为所划分的第j等级，j=(1,2,…,n)；ci为第i个评价指标；(a0j1,b0j1)为对应评价等j级的量值范围，即经典域。

(3)确定土地生态安全的节域物元矩阵。公式为：

(3)

式中,Rp为经典域物元;ci为第i个评价指标；(api,bpi)为关于评价指标ci的量值范围。

(4)确定待评物元。把待评对象Nx的物元表示为Rx:

(4)

(5)确定关联度及关联函数。公式为：

(5)

1.3.2用熵权法确定权重[10-11]。

(1) 设定在m项评价指标、n个被评价对象的评价体系中，原始矩阵为Dmn：

(6)

(2)利用以下公式对其进行标准化处理，得到归一化矩阵Rmn。

指数值越大越好型：

(7)

指数值越小越好型：

(8)

(3)计算各项指标的熵值，公式为：

(9)

(4)计算各项指标的权重。公式为：

(10)

1.3.3综合关联度的确定。待评对象Nx关于等级j的综合关联度Kj(Nx)为：

(11)

式中，Kj(Ni)为待评价对象Nx关于等级j的单指标关联度;ωi为指标权重值。若Kji=max[kj(xi)]，j=1,2,…,n，则评价对象第i个指标属于等级j,Kji为评价对象中指标i在等级j中的单指标最大关联度；若Kjx=max[kj(Nx)],j=1,2,…,n，则评价对象Nx属于等级j，Kjx为评价对象中指标Nx在等级j中的最大综合关联度。

关联度的数值表示评价单元符合某标准范围的隶属程度，当K(x)≥1.0时，表示被评价对象超过标准对象上限，数值越大，开发潜力越大；当0≤K(x)≤1.0时，表示被评价对象符合标准对象要求的程度，数值越大，越接近标准上限；当-1.0≤K(x)≤0时，表示被评价对象不符合标准对象要求,但具备转化为标准对象的条件,数值越大，越容易转化；当K(x)≤0时，表示被评价对象不符合标准对象要求，且又不具备转化为标准对象的条件。

2　结果与分析

2.1土地生态安全评价指标体系构建影响土地生态安全的因素众多，因此在对评价指标进行选取时就需要考虑到与其相关的自然因素、社会因素、经济因素，基于这些因素，采用了“压力—状态—响应”模式构建了重庆市土地生态安全评价指标体系，并利用熵权法计算出权重，结果见表1。

2.2土地生态安全评价经典域、节域的确定根据土地生态安全的可拓性，本着科学性、客观性的原则，将重庆市土地生态安全划分为5个等级，分别是安全(R1)、较安全(R2)、临界安全(R3)、较不安全(R4)、不安全(R5)。参照环保部颁布的《生态县、生态市、生态省建设指标(试行)》标准[12]、全国平均水平、以及重庆市平均水平等，确定了重庆市土地生态安全评价的经典域和节域，结果见表2。

表1　重庆市土地生态安全评价指标体系及各指标权重

接下表

注：在指标性质中，正向指标表示数值越大，土地生态安全状况越良好，数值越小，土地生态安全状况越恶劣；逆向指标与之相反。

Note：In the property of index, the positive index indicates that the greater the value, the better the land ecological security is, the smaller the value, the worse the land ecological security is; the negative index is on the contrary.

表2　重庆市土地生态安全评价评判标准

2.3评价结果与分析运用熵权物元模型计算2005～2013年重庆市的土地生态安全指标关联度以及每年土地生态安全评价等级，结果见表3～5。

从表3～4可以看出，2005～2013年重庆市人口自然增长率、人均耕地面积、人口密度、城镇化率、单位面积耕地化肥施用量、单位面积耕地农药施用量、第三产业占GDP比重、环保投资占GDP比重等指标生态安全等级整体呈现上升趋势，主要原因是重庆市社会经济持续发展快速，第三产业所占比重合理，人口发展战略和生态环境保护政策合理实施；生活垃圾无害化处理率、工业固体废物综合利用率、农村居民恩格尔系数、建成区绿化面积等指标生态安全等级整体偏低。主要原因一是重庆市人口基数大；二是重庆市地处亚热带季风气候，降水主要集中在夏季，容易引发自然灾害。

表3　2005年土地生态安全关联度及安全等级

表4　2006～2013年土地生态安全单指标评价等级

从表5可以看出，重庆市土地生态安全评级等级处于“临界安全”，2005～2007、2009～2013年的土地生态安全等级具有转化为“较安全”的条件，2008年的土地生态安全等级具有转化为“临界安全”的条件，整体上呈现出由“临界安全”向“较安全”转变的趋势。从每年同等级中对比分析可以发现：N2(2013)>N2(2011)>N2(2010)>N2(2012)>N2(2009)>N2(2007)>N2(2006)>N2(2005)。

2005～2013年重庆市土地生态安全综合关联度都为负值，均在(-1，0)区间，表明重庆市土地生态安全状况均未达到所在的等级，但都具备转化为所在评价等级的条件。从整体上来看，虽然是由“临界安全”向“较安全”转化，但是从具体综合关联度上看，2013、2011、2010年较其他几年更容易向“较安全”转化。

表5　重庆市土地生态安全评价结果

3　结论

基于上述分析可以看出，2005～2013年重庆市土地生态安全总体上趋于向良好状态转变。综合每年各指标土地生态安全关联度和综合关联度不难看出，农民人均纯收入、森林覆盖率、建成区绿化面积、生活垃圾无害化处理率、工业固体废物综合利用率、人均GDP、农村居民恩格尔系数对于重庆市土地生态安全起着重要作用。因此，加强对环境污染的治理和生态坏境的保护、增强抵御自然灾害的能力是重庆市土地生态安全发展的重点方向。

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The Evaluation of Land Ecological Security of Chongqing City Based on the Entropy Matter Element Mode

LIU Meng1, JIANG Shi-zhong2*

(1. Key Lab of Land Resources Evaluation and Monitoring in Southwest, Ministry of Education, Sichuan Normal University, Chengdu, Sichuan 610101; 2. The Faculty Geography Resource Sciences, Sichuan Normal University,Chengdu, Sichuan 610101)

Taking Chongqing as the research object, land ecological safety evaluation index system was established including pressure, state and response, land ecological safety of Chongqing during 2005-2013 was analyzed and evaluated by entropy method and matter element method. The results showed that the comprehensive correlation degree of land ecological safety in Chongqing during 2005-2013 was negative(-1, 0), indicating land ecological security situation of Chongqing failed to meet the level, but all have conditions transforming into the evaluation grades. The general development trend of land ecological security in Chongqing City is converted to a more secure level, which is closely related to social and economic rapid development and eco-environment protection in Chongqing City.

Chongqing City; Entropy method; Matter element method; Land ecological security

刘梦(1992- ),女，重庆人，硕士研究生，研究方向：资源开发与区域发展。*通讯作者，教授，博士，硕士生导师，从事水资源可持续利用、气候变化、人工神经网络应用等研究。

2016-06-29

F 301.2

A

0517-6611(2016)24-204-05