基于物元分析的土地利用系統健康診斷

鄭華偉，張 銳，劉友兆

（南京農業大學公共管理學院，江蘇南京210095）

隨著人地矛盾的日益突出，特別是社會經濟可持續發展戰略實施以來，如何實現土地資源的永續利用已成為人們普遍關注的熱點問題，土地利用系統健康是隨之興起的重點研究內容之一[1]。中國人多地少，土地資源退化較為普遍，開展土地利用系統健康研究，為土地資源可持續利用提供理論基礎和實踐指導，是中國土地資源管理的一項緊迫任務[1-2]。

目前關于土地利用系統健康的研究主要集中在土地利用系統健康內涵、土地利用系統健康評價、土地利用系統健康影響因素以及土地利用系統健康調控等方面[2-9]。總體來看，土地利用系統健康評價研究尚屬起步階段，定性分析多、定量研究少；評價方法比較單一，多采用綜合評價法，較少揭示單個指標的評價信息，不能有效挖掘系統健康存在的具體問題；評價指標多集中于資源與環境狀況，很少綜合考慮人類活動、社會經濟等對系統健康評價的作用。物元分析法通過計算單個指標與各標準等級的關聯系數得到綜合評價結果，能夠揭示更加豐富的評價信息，有效診斷土地利用系統健康狀況，但尚未被應用到土地利用系統健康評價研究中；PSR模型綜合考慮社會、經濟、資源與環境，突出了人地關系。鑒于此，筆者在界定土地利用系統健康內涵的基礎上，構建了基于PSR模型的土地利用系統健康評價指標體系，并引入物元分析法對土地利用系統健康評價進行實證研究，分析土地利用系統健康的障礙因子，為土地利用系統實施可持續性管理和合理利用提供依據。

1 土地利用系統健康評價指標體系構建

1.1 土地利用系統健康內涵

土地利用系統健康是以人類社會的可持續發展為目的，促進經濟、社會和生態三者之間和諧統一，其內涵可以概括為：一是土地利用系統自身是否健康，即其自身結構是否合理，功能是否得到正常發揮；二是土地利用系統對人類是否健康，即土地利用系統所產生的綜合效益是否滿足人類的需要[6-8]。土地利用系統健康評價是以整個土地利用系統為評價對象，對特定時刻、特定區域的自然生態要素和社會經濟要素進行的綜合診斷評價；它本質上是一種診斷評價，目的是診斷由人類活動與自然因素引起的系統破壞與退化程度，以便發出預警，為管理者提供決策[6]。

1.2 評價指標體系構建

筆者借鑒PSR概念模型[8，10-14]構建了土地利用系統健康評價指標體系的基本框架（圖1）：人口增長、社會經濟發展給土地利用系統帶來巨大的壓力（P）；人類不斷開發資源，通過社會經濟活動作用于土地利用系統，改變了土地利用系統結構與功能狀態（S）；壓力之下，土地利用系統在原有狀態基礎上做出反應，同時回饋于社會經濟的發展過程；人類對土地利用系統的反饋進一步做出響應（R），進行政策調整、環境保護等，改善土地利用系統狀態，使之保持良好的結構與功能，進而實現可持續發展[14]。

圖1 土地利用系統健康評價指標體系的PSR模型框架Fig.1 PSR framework on health evaluation index system of land use system

表1 土地利用系統健康評價指標體系及權重Tab.1 The evaluation index system and weight of health on land use system

從土地利用系統健康評價指標體系的基本框架出發，遵循指標選取的科學性、系統性、可比性和可獲取性等原則，在參考相關文獻的基礎上[6-9]，構建了4個層次的土地利用系統健康評價指標體系（表1）。

2 物元評價模型及經典域的確定

2.1 土地利用系統健康評價的物元模型

本文運用物元分析[16-18]的理念，建立土地利用系統健康評價模型，同時采用改進的熵值法確定指標的權重，可以比較全面、客觀地對土地利用系統健康狀況進行診斷。根據物元分析方法構建土地利用系統健康物元評價模型，主要步驟如下[16-18]：

（1）確定土地利用系統健康物元；（2）確定土地利用系統健康的經典域；（3）確定土地利用系統健康的節域；（4）確定待評物元；（5）確定關聯函數及關聯度；（6）確定權重[19-20]；（7）計算綜合關聯度確定評價等級。

2.2 土地利用系統健康評價經典域、節域的確定

經典域（評價等級的取值區間）的確定是物元評價的基礎。本研究依據土地利用系統健康的可拓性，將其劃分為5個等級，即N01→N05，定性描述為：健康→亞健康→臨界狀態→不健康→病態。評價經典域的確定主要參考國家、地方、行業及國際相關標準，研究區域本底背景值，全國平均水平等，具體取值區間見表2。

表2 土地利用系統健康評價指標經典域、節域的取值范圍Tab.2 The valuing range on the classic field and section domain of evaluation index

3 實證研究

3.1 區域概況與數據來源

四川省地處長江上游，位于中國中西部的結合部，東與重慶市接壤，南與云南、貴州省相連，西鄰西藏自治區，北接青海、甘肅、陜西省。轄區東西長約1075 km，南北寬約921 km，幅員面積48.5×104km2，為中國第5大省區，現轄18個地級市和3個自治州。四川省資源豐富，光熱條件好，是中國重要的農業經濟區和糧食主產區，承擔著國家糧食安全的重任。然而隨著經濟社會的發展，建設用地規模持續擴張，耕地資源數量銳減，土地生態功能減弱，水土流失嚴重，土壤污染加劇，土地利用系統健康狀況亟待改善。

土地利用系統健康評價指標數據主要來源于《四川統計年鑒》、《四川農村統計年鑒》、《中國統計年鑒》、《中國農村統計年鑒》、《中國農業年鑒》、《中國國土資源年鑒》和四川省土地利用變更調查數據等。

表3 四川省2010年土地利用系統健康評價指標關聯度Tab.3 Relevancy of health on land use system for Sichuan province in 2010

表4 土地利用系統健康評價結果Tab.4 Evaluation results of health on land use system

3.2 結果分析

分析整理四川省有關土地利用系統健康評價指標數據后，按照改進的熵值法確定各評價指標的權重（表1）。將四川省土地利用系統健康評價指標數據組成的待評物元帶入評價模型，得到評價指標關聯度與綜合關聯度的測算結果（表3、表4）。表3中，Kj（xi）（i=1，2，…，22）即第i個指標對應各評價等級的關聯度，以評價指標人口密度（x1）為例，其對應5個評價等級的關聯系數分別為K1（x1）=-0.2534、K2（x1）=0.1798、K3（x1）=-0.6076、K4（x1）=-0.7477、K5（x1）=-0.8528，因此可以判定該指標屬于級別N02，即“亞健康”。同理，可以得到其他指標評價結果。

Kj（Nx）是多指標加權求和的綜合等級關聯系數，K1（N2010）=-0.2615、K2（N2010）=-0.0922、K3（N2010）=-0.1030、K4（N2010）=-0.2988、K5（N2010）=-0.4921，說明土地利用系統健康等級為“亞健康”。同理可知，2000年、2004年等級分別為“不健康”、“臨界狀態”。從區域整體土地利用系統健康的變化來看，2000—2010年四川省土地利用系統健康狀況有所改善，整體水平有變好的趨勢，研究發現該區域經濟持續發展，不斷加強生態環境保護建設，加大了對廢水、廢氣污染的控制力度，加強了對水土流失的治理，使得相關指標發生了不同程度等級提升，促進了土地利用系統健康水平提高。

雖然2010年土地利用系統健康等級為“亞健康”，但K2（N2010）=-0.0922，說明等級關聯度很弱，接近“亞健康”等級的“門檻線”，原因主要是某些指標還沒有達到“亞健康”等級所致。從單個指標評價結果來看，2010年四川省有12個指標未達到“亞健康”，而人均耕地面積、土地墾殖率、水土流失程度、工業固體廢物綜合利用率等指標只達到“不健康”等級。雖然四川省一直致力于水土流失的綜合治理，但由于易水土流失區域較大，且存在反復的現象，目前水土流失程度仍較大，還需加大治理力度，有效保護土地資源。隨著經濟社會的發展，四川省固定資產投資增長速度明顯提升、國內生產總值持續增長，但這種高速增長是以資源高消耗為代價的，建設用地規模不斷擴大，耕地面積持續減少，土地集約利用水平較低，地均GDP僅為3.55萬元/hm2，與發達地區相比差距較大。

4 結論與討論

（1）PSR模型從社會經濟與資源環境有機統一的觀點出發，將資源環境、人類活動、社會經濟等聯系起來并考慮它們之間的相互作用，改變現有研究主要關注資源環境的狀況，能更準確地反映土地利用系統健康的各要素之間的關系；物元分析法不僅能夠獲取土地利用系統健康水平的綜合診斷結果，而且能夠獲得單個指標的診斷結果，揭示各指標的水平狀態，揭示系統健康問題的具體原因；基于PSR模型的評價指標體系和物元分析法適用于土地利用系統健康診斷，有利于促進土地利用系統健康狀況改善。

（2）實證結果表明，2000—2010年四川省土地利用系統健康水平不斷提高，健康狀況有所改善，但2010年“亞健康”等級關聯度很弱，人均耕地面積、土地墾殖率、固定資產投資增長率、工業固體廢物綜合利用率和水土流失程度是制約土地利用系統健康狀況改善的關鍵因素。因此，應進一步轉變經濟發展方式，優化產業結構，降低經濟增長對土地資源的過度消耗，以較少的土地資源消耗支撐更大規模的經濟增長；加大環境治理力度，提高工業固體廢物綜合利用率，有效控制水土流失程度，持續改善土地利用系統健康狀況。

（3）構建基于PSR模型的土地利用系統健康評價指標體系，并將物元分析法運用到土地利用系統健康評價中，在土地健康評價領域屬有益嘗試，但此類研究尚不多，評價指標選擇、評價等級標準確定等問題還有待進一步檢驗和深入研究。

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