基于DPSIR修正模型下的土地生態安全評價

摘要：提出基于物元可拓理論與耦合協調性分析相結合的DPSIR修正模型對土地生態安全進行評價，以舟山市為例進行了實證研究。研究結果表明：①2001-2005年，經濟的迅猛和粗放式發展使舟山市土地生態不斷惡化，并在2005年集中爆發。②自2009年始，經濟進一步發展帶來的問題使得單一的措施難以解決復雜的實際問題。本次研究采用的模型，既保留了物元分析能夠無丟失、全面評價對象現狀的特點，又有耦合協調分析能夠對對象做出動態評價的特點。該修正模型對城市土地生態安全的現狀與對策研究具有積極意義。

關鍵詞：土地生態安全；DPSIR修正模型；物元分析法；耦合協調分析；舟山市

中圖分類號：X24；X826；F301 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）16-4158-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.16.021

土地作為人類生存發展的重要基礎和不可再生的主要資源，是一個國家或區域發展的根本性制約因素。20世紀70年代以來，隨著中國城鎮化進程的迅猛推進，社會經濟快速發展，早期粗放式經濟發展模式帶來的土地生態安全問題逐漸顯露并持續惡化。學界關于土地生態安全問題的研究也日益增加。土地生態安全是生態安全領域下屬的一個概念，目前并沒有一個公認的界定，但一般意義上包括以下3點：一是土地生態系統自身的健康和可持續，二是土地資源（或土地生態系統）為人類的生存和發展提供穩定的生態服務或保障，三是在確保土地生態系統自身健康和可持續的前提下，土地生態系統能夠提供給人類生態服務[1]。本研究基于第三點對土地生態安全展開研究。在當前中國大力推進城鎮化并以此拉動內需的大背景下，城鎮化對土地資源的需求急劇增長。準確評價一個城市的土地生態安全并以此做出對策分析，對科學推進城鎮化進程具有重要意義。

土地生態安全指標評價體系構建和各指標權重科學確定是評價工作的基礎，科學的評價方法是研究結果是否全面、科學、準確的決定性因素。在指標體系構建方面學界目前主要采用EES模型、PSR模型、DPSIR模型，其中DPSIR模型是由聯合國糧食與農業組織基于原有PSR模型存在不能把握系統結構和決策過程、人類活動對環境的影響只能通過環境狀態指標間接地表述等缺點，對PSR模型進行進一步修正所提出[2]。基于EES模型，部分學者采用熵權法與物元分析法相結合、熵權法與集對分析法相結合或層次分析法與物元分析法相結合的模型對土地生態安全進行評價[3-5]。在PSR模型方面，有學者基于熵權法、層次分析法或熵權法與層次分析法相結合的權重計算方法，分別與綜合指數法或物元分析法相結合得到評價模型[6-9]。另有學者基于DPSIR模型提出DPSIR模型與TM影像或TOPSIS模型相結合的修正模型[10-11]。在綜合考量各個模型的優劣后，本研究提出基于物元可拓理論與耦合協調分析的DPSIR修正模型對土地生態安全進行評價。DPSIR模型構建的指標體系充分、全面地反映了土地生態安全現狀及各指標間的聯系，使指標具有準確的評價能力。采用熵權法對權重進行計算能夠保證其客觀性和科學性[12，13]。物元分析法與耦合協調分析相結合的評價模型兼具物元分析法能夠無丟失地準確反映實際情況的特點和耦合協調分析能夠對各系統間聯系做出動態評價的特點。模型全面、準確地反映了土地生態安全現狀，并能夠基于各系統間的動態聯系提出科學的應對建議。本研究嘗試采用該修正模型對舟山市土地生態安全做出評價。

1 基于DPSIR模型的評價指標體系構建

研究基于DPSIR模型的內涵構建指標體系，并按照模型對各系統間應具有內在聯系的要求，分別從生態敏感地減少、土地污染壓力增大與生物多樣性棲息地減少3個方面選取指標。在具體指標的選取思路上，以土地污染壓力增大方向為例，以單位土地廢水負荷作為土地污染壓力增大的替代指標，并以此為核心選取鏈式的5個指標：工業總產值、廢水排放總量、單位土地廢水負荷、糧食作物總產量、企事業單位污染治理資金。工業的發展會引起廢水的增加。因此，工業總產值為驅動力，廢水排放總量增加為驅動力造成的壓力。在土地面積不變的情況下廢水排放總量增加會導致單位土地廢水負荷的加大，即壓力改變狀態。土地狀態的變化會影響糧食作物的產量，并直接影響人類的生存，即狀態產生影響。人類在感知到影響后采取措施，加大污染的治理力度，增加治理資金以作為響應，即影響帶來響應。此外，在生態敏感地減少方面，研究選用水土流失面積作為生態敏感地減少的替代指標，以此為核心指標選取5個鏈式指標：全社會固定資產投資、除綠地外建設用地面積、水土流失面積、治理水土流失面積、當年圍墾已利用面積。在生物多樣性棲息地減少方面，選取建成區綠化覆蓋率作為生物多樣性棲息地減少的替代指標，以此為核心選取5個鏈式指標：總人口增長率、城市征用土地面積、建成區綠化覆蓋率、人均公園綠地面積、造林面積。在指標性質上，正向安全性指標定義為指標值越大土地生態越安全，負向安全性指標定義為指標值越大土地生態越不安全。在指標權重的確定上，研究選用熵權法進行計算。具體權重的計算不再做過多的介紹。基于上述說明，得到土地評價體系（表1）。

3 舟山市土地生態安全實證研究

3.1 研究區域概況及研究數據來源

舟山市位于浙江省東北部，地處北緯29°32′-31°04′，東經121°30′-123°25′。行政區劃為全部舟山群島，有大小島嶼1 391個，其中有人居住的島嶼103個，礁3 306座。全市東西長182 km，南北寬169 km，區域總面積2.22萬km2，其中海域面積2.08萬km2，土地面積1 440.12 km2，海岸線總長2 444 km。歷年平均降水量1 356.3 mm。2010年舟山市地區生產總值為644.3億，其中第一產業占9.6%，第二產業占44.5%，第三產業占44.9%，工業與服務業發達。2010年第六次人口普查，全市常住人口為112.13萬人。

舟山市毗鄰上海，處于長江三角洲城市群的核心區位。其行政區劃內的洋山深水港憑借其得天獨厚的區位優勢和自然優勢成為上海自貿區的核心組成部分。2011年3月14日，舟山群島新區正式寫入全國十二五規劃，成為首個以海洋經濟為主題的國家級新區。隨著上海自貿區的蓬勃發展和舟山群島新區規劃的不斷落實，舟山市正進入發展的黃金時期。與此同時，舟山市土地生態安全也面臨著重大壓力。如何合理、因地制宜地對舟山市城市建設做出規劃顯得日益迫切和重要。因此，對舟山市的土地生態安全進行評價與發展對策研究對新區的可持續發展和海洋經濟的發展有著重要意義。

本次研究的數據主要來源于2002-2013年《舟山市統計年鑒》、《浙江省統計年鑒》、《中國城市建設統計年鑒》、《中國城市統計年鑒》、《長江和珠江三角洲及港澳特別行政區統計年鑒》等。

3.2 研究區各評價指標經典域與節域的確定

在所選指標經典域和節域的確定上，研究主要參照國家環保總局《生態縣、生態市、生態省建設指標（試行）》、浙江省平均水平與國家平均水平。此外，研究還參考了相關研究中對一些指標經典域的劃分情況[18-20]。部分資料缺失的指標參考2001年至2012年全國與浙江在相關指標上的數值，該部分指標經典域與值域的確定方法如下。在比較安全、臨界安全、較不安全3個等級上按照全國、浙江與舟山市的平均數值來確定，不安全與安全等級按照舟山市的實際情況做出調整。以總人口增長率（單位為%）為例，2001-2012年全國人口增長率區間為[4.80，6.47），平均增長率為0.548%。浙江省人口增長率區間為[2.46，32.41），平均人口增長率為1.25%。舟山市的人口增長率區間為[-6.48，57.63），平均增長率為1.17%。因此，以全國、浙江與舟山市的平均增長率為參考，取較安全與臨界安全等級分別為[0，10）、[10，20），并依此取較不安全等級為[20，30）。但是，考慮到舟山市人口增長率的最小值為-6.48，最大值為57.63，取安全等級為[-5，0），取不安全等級為[30，50）。得到各指標經典域與值域（表3）。

3.3 結果與分析

3.3.1 數據處理結果 基于已得到的各指標權重（表2）和各指標經典域與值域（表3），對舟山市2001-2012年相關數據進行如公式（1）-（7）的計算，得到2001-2012年舟山市土地生態安全特征值變化趨勢圖（圖1）。對數據進行如公式（1）-（4）及公式（8）-（9）的處理，得到歷年各指標特征值。結合各指標節域對各指標實際值進行如公式（10）-（11）的處理，得到各指標標準值。取經公式（12）處理的標準特征值與已得到的各指標標準值進行如公式（13）-（17）的計算，得到2001-2012年舟山市五系統耦合度變化趨勢圖（圖2）與2001-2012年舟山市分系統耦合協調度變化趨勢圖（圖3）。

3.3.2 土地生態安全變化過程特征 基于得到的2001-2012年舟山市土地生態安全特征值變化趨勢（圖1）與歷年各指標特征值（具體特征值數據未給出）得到以下結論：①2001-2012年間舟山市土地生態安全總體處于不穩定的波動變化中。特征值主要在不安全和臨界安全之間波動。由歷年各指標特征值可知，2001-2012年全部指標的平均特征值為3.04，其中除綠地外建設用地面積的平均特征值為4.33，造林面積的平均特征值為3.55，當年圍墾已利用面積的平均特征值為3.47，企事業單位污染治理資金的平均特征值為3.37，糧食作物總產量的平均特征值為3.34。因此，以上5個指標為主要限制因素。舟山市以群島立市，土地資源存在天然限制，大規模的城鎮化推進難以實現。隨著經濟的不斷發展，城市建設對土地資源的需求與土地資源緊缺現狀之間的矛盾日益突出，表現為土地資源的過度開發和污染加劇。同時，土地資源緊缺也導致了舟山市的傳統農業不斷萎縮與生物多樣性棲息地持續減少。②舟山市土地生態安全主要分為3個階段。2001-2005年，處于波動上升狀態。2006-2009年，處于下降態勢。2009-2011年，處于快速上升態勢。此外，2012年對污染的治理力度加大（企事業單位污染治理資金投入5 457.85萬元），使土地生態安全得到一定程度的緩解。前期生態安全惡化的主要影響因素有全社會固定資產投資、除綠地外建設用地面積、治理水土流失面積、人均綠地面積與企事業單位污染治理資金（5個指標于2001-2005年的平均特征值分別為4.30、4.41、4.23、4.05與4.36），說明20世紀初舟山市存在的主要問題集中在投資力度不足與環境保護意識不足上。之后，在長三角經濟圈的大框架下，舟山市作為毗鄰上海的核心區域，經濟呈現飛躍式的發展，12年間全社會固定資產投資增長13.5倍（根據2002-2013年《舟山市統計年鑒》中的相應數據計算得到）。同時，經濟的迅猛發展也導致了人口增長過快，城市垃圾不斷增加與土地無節制開發等問題。生態敏感地與生物多樣性棲息地的減少及環境污染等問題共同導致了土地生態壓力升級與傳統農業的不斷萎縮。2006年至2009年舟山土地生態安全有較大的緩解，主要表現在人口增長率、廢水排放量、水土流失面積與人均公園綠地面積上（2006-2009年該4個指標特征值為2.35、2.44、2.28與2.20），說明舟山在前期土地生態不斷惡化的情況下已經認識到生態環境的重要性，嘗試保護生態敏感地和增加生物多樣性棲息地。然而，隨后包括工業總產值、除綠地外建設用地面積、廢水排放總量、單位土地廢水負荷、糧食作物總產量與造林面積等在內的指標全面惡化（特征值均超過3.4），說明隨著經濟的深入發展，單一的措施難以起到有效作用。

3.3.3 分系統及總體土地生態安全之間的耦合協調分析 基于得到的2001-2010年舟山市土地生態安全五系統耦合度變化趨勢圖（圖2）與分系統耦合協調度變化趨勢圖（圖3）可以分析得到以下結論：①2001-2010年舟山市五系統耦合度總體上處于一般耦合階期，有波動上升的態勢但是不明顯。說明各系統仍處于一個不斷磨合、完善的階段。在土地生態安全的可承受范圍內，舟山市的經濟發展能夠給各個方面都帶來發展機遇。②20世紀初經濟粗放式發展的惡果在2005-2011年相繼爆發，說明單一的、僅針對某一方面的措施對土地生態安全的調節作用逐漸減小。由圖3可知，2005-2011年耦合協調度有一個突變式的下降。查閱相關指標的年鑒數據得知，2005年的影響因素主要集中在人口增長率的爆發（5.76%），當年圍墾已利用面積的急劇減少（95 hm2）與城市征用土地面積的激增（3 836 hm2）。人口增長帶來的城市建設需求與社會資源不足的根本矛盾促使了土地的緊缺和過度開發。而在2011年，包括總人口增長率、工業總產值、廢水排放總量、單位土地廢水負荷、當年圍墾已利用面積、水土流失面積、造林面積等在內的眾多指標均呈現惡化趨勢。說明雖然舟山市已經意識到環境保護的重要性，但是隨著經濟發展進入深水區，其給舟山市帶來的影響是全面而深遠的。單一的補救措施難以對土地生態安全帶來有效的緩解，應將目光投向包括產業結構升級、農村新型化建設等綜合的、全面的、因地制宜的宏觀性戰略。

4 小結與討論

本研究基于舟山市案例，將DPSIR模型、熵權法、物元分析法與耦合協調分析有機結合。在指標的選取方面采用DPSIR模型對指標體系進行構建。選取的指標科學、合理，對舟山市土地生態安全具有準確的評價能力。采用熵權法對指標的權重進行計算。熵權法基于信息論的基本原理，在指標權重的計算上有著客觀準確的優勢。在評價方法上，本研究提出了結合物元分析法與耦合協調分析的綜合評價模型對對象進行評價，得到如下結論。

1）研究利用該模型全面地分析了舟山市土地生態安全現狀及各系統間的動態聯系，研究結果與舟山市土地生態安全現狀基本吻合。對于舟山市現存的發展困境，建議制訂系統的、全面的宏觀性戰略，尤其要重視土地的污染問題和生物多樣性棲息地的保護重建工作。此外，在產業結構上舟山市應大力發展第三產業并減少工業的比例。

2）該模型既保留了物元分析能夠無丟失地全面評價對象現狀的特點又有耦合協調分析能夠對對象做出動態評價的特點。在處理生態安全問題上，將抽象的、難以界定的土地生態安全系統化、簡單化，將定性的生態安全量化、數據化。同時，將一個個單獨的問題納入一個整體，從整體上考慮處理方案，這對發現問題和解決問題起到很大的助力。但是，就目前而言，中國在一些指標上缺少完善和準確的評定標準。因此，該模型在構建經典域與節域方面存在缺陷和遺憾，部分指標在經典域和節域的劃分上只能參考以往學者在相關方面的研究以及其他地區在這些指標上的實際值。經典域與節域的不完善會對土地生態安全的評價產生一定的影響，但是相信隨著學界對土地生態安全研究的深入，對指標的評價標準將會愈加明確，而該修正模型也將更具借鑒意義。

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