基于熵權可拓物元模型土地利用系統(tǒng)健康診斷
——以河西走廊為例

路正，陳英，魏蘋，王東

（甘肅農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，甘肅蘭州730070）

基于熵權可拓物元模型土地利用系統(tǒng)健康診斷
——以河西走廊為例

路正，陳英，魏蘋，王東

（甘肅農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，甘肅蘭州730070）

通過構建PSR模型的指標體系，運用熵權可拓物元模型對河西走廊的土地利用系統(tǒng)健康進行評價。研究結果：2000—2014年這15年期間，根據(jù)可拓物元模型經(jīng)典域取值區(qū)間，河西走廊整體土地利用系統(tǒng)健康水平處于N03，健康等級為臨界狀態(tài)，健康水平保持穩(wěn)定；河西走廊的土地系統(tǒng)健康水平分布具有一定的規(guī)律性，呈現(xiàn)出由中間向兩邊逐漸降低的趨勢；河西走廊生態(tài)環(huán)境脆弱，森林覆蓋率、水土流失程度和土壤鹽漬化率是制約土地利用系統(tǒng)健康水平提升的重要因素。研究表明，將熵權可拓物元模型應用于土地利用系統(tǒng)健康評價，可以有效地避免人為因素的干擾，客觀地評價研究區(qū)域土地利用系統(tǒng)健康的各要素之間的關系，揭示各個指標的水平狀態(tài)，挖掘土地利用系統(tǒng)健康存在的具體問題，適用于土地利用系統(tǒng)健康的評價。

土地利用；可拓物元模型；熵權法；健康診斷；河西走廊

隨著人地矛盾的日益突出，生態(tài)環(huán)境的惡化和自然生態(tài)的失衡，影響了土地資源的可持續(xù)利用。土地利用系統(tǒng)是一個以土地利用為基礎的資源環(huán)境、人類活動、社會經(jīng)濟復合系統(tǒng)，其較為能夠集中地反映人口增長、經(jīng)濟發(fā)展與資源短缺三者之間的矛盾。為此，土地利用系統(tǒng)健康是隨之興起的重點研究內(nèi)容之一［1］。結合我國人多地少、土地資源退化較為普遍的實際情況，開展土地利用系統(tǒng)健康研究，為土地資源可持續(xù)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］。

近年來，土地利用系統(tǒng)健康方面的研究尚處于起步階段，其研究內(nèi)容主要集中在土地利用系統(tǒng)健康的內(nèi)涵、評價和影響因素等幾個方面。蔡為民等較為全面地界定了土地利用系統(tǒng)健康的內(nèi)涵，并相應地構建了土地利用系統(tǒng)健康評價的框架與指標［3］。郭杰等診斷了蘭州市的土地利用系統(tǒng)健康的狀態(tài)［4］。鄭華偉等運用物元分析法診斷了四川省的土地利用系統(tǒng)健康狀況并分析該區(qū)域的土地利用系統(tǒng)健康的影響因素［5］。以上學者的研究取得了一定的成果，但也存在以下不足之處：定性分析多、定量研究少；評價指標較多側重于資源與環(huán)境狀況，較少考慮人類活動、社會經(jīng)濟等方面對土地利用系統(tǒng)健康的作用；評價指標權重多采用主觀賦權法，主觀性較強，缺乏客觀性和科學性。

因此，本文通過構建PSR（Pressure－State－Response）模型建立土地利用系統(tǒng)健康評價指標體系，可以綜合地考慮社會、經(jīng)濟、資源與環(huán)境對土地利用系統(tǒng)健康的作用。同時，引入熵權法和可拓物元模型對河西走廊進行實證研究，通過計算單個指標與各標準等級的關聯(lián)系數(shù)得到綜合評價結果，準確全面地分析河西走廊土地利用系統(tǒng)健康的障礙因子，有效挖掘土地利用系統(tǒng)存在的具體問題，為可持續(xù)性管理和合理利用土地利用系統(tǒng)提供依據(jù)。

1 研究方法

1.1 評價指標體系的構建

借鑒PSR指標體系模型的基礎上，結合河西走廊的特點及實際情況，對PSR模型進行了改進，建立了適合河西走廊土地利用系統(tǒng)健康評價的評價體系。在PSR模型土地利用系統(tǒng)健康評價體系中，P為系統(tǒng)壓力，即社會經(jīng)濟發(fā)展和人口活動對土地利用系統(tǒng)的壓力；S為系統(tǒng)狀態(tài)，即人類開發(fā)資源和社會經(jīng)濟活動對土地利用系統(tǒng)結構與功能狀態(tài)的影響；R為系統(tǒng)壓力，即土地利用系統(tǒng)根據(jù)系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)狀態(tài)所作出的反應，并反饋到社會經(jīng)濟的發(fā)展過程中，從土地利用系統(tǒng)健康評價指標體系的基本框架出發(fā)，遵循指標選取的科學性、系統(tǒng)性、可比性和可獲取性等原則，在參考相關文獻［6］～［8］的基礎上，結合河西走廊的特點及實際情況，構建土地利用系統(tǒng)健康評價指標體系。

1.2 熵權法確定權重系數(shù)

熵值法是一種客觀賦權法，其根據(jù)各項指標觀測值的不確定性來確定指標權重。通過對傳統(tǒng)的熵值法進行修正，將土地利用系統(tǒng)作為一個研究系統(tǒng)，各個評價指標作為其子系統(tǒng)，各被評價對象在該指標（子系統(tǒng)）下的取值則可視為子系統(tǒng)的可能出現(xiàn)結果，若其概率可以確定，則該指標的熵權就能計算出來［9］。

1.3 可拓物元評價模型

運用物元分析的理念，建立可拓物元模型對土地利用系統(tǒng)健康進行診斷，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(tǒng)健康狀況進行診斷，主要步驟如下［10－12］：

（1）確定土地利用系統(tǒng)健康物元；（2）確定土地利用系統(tǒng)健康的經(jīng)典域；（3）確定土地利用系統(tǒng)健康的節(jié)域；（4）確定待評物元；（5）確定關聯(lián)函數(shù)及關聯(lián)度；（6）確定權重；（7）計算綜合關聯(lián)度確定評價等級。

2 實證分析

2.1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

河西走廊位于甘肅省西北部，通常指烏鞘嶺以西、甘肅和新疆兩省交界處以東地區(qū)，祁連山、合黎山南北對峙，東西長約1 100 km，南北寬約幾公里到數(shù)百公里。包括張掖、酒泉、嘉峪關、金昌和武威5個地級市，總面積約27.6萬km2，占甘肅省總面積的60.6%。

河西走廊氣候干旱，許多地方年降水量不足200mm，但祁連山冰雪融水豐富，自東向西形成石羊河、黑河和疏勒河三大內(nèi)流水系。三大水系均發(fā)源于祁連山，由冰雪融水和雨水補給。河水大部分滲入戈壁灘形成潛流，或被綠洲利用灌溉，較大河流的下游注入終端湖。河西走廊是西北地區(qū)最主要的商品糧基地和經(jīng)濟作物集中產(chǎn)區(qū)。

土地利用系統(tǒng)健康評價指標數(shù)據(jù)主要來源于《甘肅發(fā)展年鑒》［13］，《甘肅農(nóng)村年鑒》［14］、《中國統(tǒng)計年鑒》［15］、《中國國土資源年鑒》［16］和甘肅省土地利用變更數(shù)據(jù)等。

2.2 模型應用

2.2.1 指標體系的構建在PSR概念模型的基礎上，根據(jù)河西走廊的實際情況，確定了其土地利用系統(tǒng)健康的評價指標，再結合改進的熵值法確定各評價指標的權重（表1）。

2.2.2 土地利用系統(tǒng)健康評價經(jīng)典域、節(jié)域的確定

經(jīng)典域（評價等級的取值區(qū)間）的確定是可拓物元模型的基礎。本研究依據(jù)土地利用系統(tǒng)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(tài)→不健康→病態(tài)。評價經(jīng)典域的確定主要參考國家地方行業(yè)及國際相關標準，研究區(qū)域本底背景值，全國平均水平等［6，17］，具體取值見表2。

表1 土地利用系統(tǒng)健康評價指標體系和權重Table 1 The evaluation index system and weightof health on land use system

表2 土地利用系統(tǒng)健康評價指標經(jīng)典域和節(jié)域的取值范圍Table 2 The valuing range on the classic field and section domain of evaluation index of land use system

2.3 結果與分析

將整理出的河西走廊土地利用系統(tǒng)健康評價指標數(shù)據(jù)組成的待評物元代入可拓物元模型，得到河西走廊土地利用系統(tǒng)健康的綜合評價結果。

從河西走廊整體土地利用系統(tǒng)健康的變化來看，2000—2014年河西走廊土地利用健康系統(tǒng)狀況變化不大，一直處于臨界狀態(tài)。因此可以看出，該區(qū)域一方面經(jīng)濟得到了發(fā)展，同時不斷加強生態(tài)環(huán)境保護建設，加強了對土壤鹽漬化和水土流失的治理，并沒有繼續(xù)使生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化，該區(qū)域的土地利用系統(tǒng)健康水平一直處于臨界狀態(tài)。

從空間上分析，該區(qū)域的土地系統(tǒng)健康水平分布具有一定的規(guī)律性，即河西走廊的土地利用健康水平由中間向兩邊逐漸降低的趨勢。亞健康和臨界狀態(tài)主要分布在張掖市和金昌市；臨界狀態(tài)和不健康主要分布在嘉峪關市、酒泉市和武威市。

從時間跨度來看，該區(qū)域的土地利用系統(tǒng)健康水平變化情況不一。在2000—2014年這15年期間，嘉峪關市、酒泉市和金昌市土地利用系統(tǒng)健康水平呈現(xiàn)上升趨勢，這主要是由于城市化水平、固定資產(chǎn)投資率、土地復墾率、復墾指數(shù)、第三產(chǎn)業(yè)比重、工業(yè)廢水排放達標率和環(huán)保投資強度等指標有所上升的趨勢。張掖市土地利用系統(tǒng)健康水平并沒有太大變化，一直處于亞健康狀態(tài)，說明張掖市經(jīng)濟發(fā)展的同時，不斷加強生態(tài)環(huán)境保護建設。而武威市的土地利用系統(tǒng)健康水平卻出現(xiàn)下降趨勢，一方面是因為土地利用程度粗放，人均GDP和地均GDP的健康水平均處于病態(tài)，另一方面生態(tài)環(huán)境極其脆弱，森林覆蓋率低，水土流失和土壤鹽漬化嚴重，雖然武威市一直致力于水土流失及土壤鹽漬化的綜合治理，但由于易水土流失區(qū)域較大且土壤鹽漬化嚴重，且存在反復的現(xiàn)象，因此還需加大治理力度，有效保護土地資源。

3 結論與討論

1）PSR模型可以有效地將社會經(jīng)濟與資源環(huán)境有機結合起來，其指標體系更加完善，通過分析資源環(huán)境、人類活動、社會經(jīng)濟等之間的關系，更準確地體現(xiàn)出土地利用系統(tǒng)健康的各要素之間的關系。運用改進的熵值法，通過數(shù)據(jù)本身所反映的信息無序化效用值來計算權重系數(shù)，可以有效地避免人為因素的干擾，提高權重的客觀性。同時，可拓物元模型可以獲得單個指標的診斷結果，以揭示各指標的水平狀態(tài)，揭示系統(tǒng)健康問題的具體原因。可以看出，熵權可拓物元模型適用于土地利用系統(tǒng)健康診斷，有利于促進土地利用系統(tǒng)健康狀況改善。

2）實證結果表明，2000—2014年河西走廊土地利用系統(tǒng)健康水平處于穩(wěn)定狀態(tài)，且一直處于“臨界狀態(tài)”，尤其是嘉峪關市、酒泉市和武威市土地利用系統(tǒng)健康水平堪憂。森林覆蓋率、水土流失程度和土壤鹽漬化率是制約土地利用系統(tǒng)健康狀況改善的關鍵因素。因此，加大環(huán)境治理力度，加強生態(tài)安全保護，通過有效地控制水土流失程度和土壤鹽漬化，持續(xù)改善土地利用系統(tǒng)健康狀況。同時，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，轉變經(jīng)濟發(fā)展方式，提高土地集約利用程度，降低經(jīng)濟增長對土地資源的過度消耗。

表3 土地利用系統(tǒng)健康評價結果Table 3 Evaluation results of health on land use system

3）運用改進的熵權可拓物元模型對土地利用系統(tǒng)進行健康評價，在土地健康評價領域屬有益嘗試，但由于土地利用系統(tǒng)本身的復雜性，所選擇的評價指標不夠完善，因此評價指標還有待進一步檢驗和深入研究。

［1］陳美球，劉桃菊.土地健康與土地資源可持續(xù)利用［J］.中國人口資源與環(huán)境，2003，13（4）：64-67.

［2］陳美球，吳次芳.土地健康研究進展［J］.江西農(nóng)業(yè)大學學報，2002，24（3）：324-329.

［3］蔡為民，唐華俊，陳佑啟，等.土地利用系統(tǒng)健康評價的框架與指標選擇［J］.中國人口·資源與環(huán)境，2004，14（1）：31-35.

［4］郭杰，吳斌.土地利用系統(tǒng)健康評價［J］.中國土地科學，2011，25（4）：71-77.

［5］鄭華偉，張銳，劉友兆.基于物元分析的土地利用系統(tǒng)健康診斷［J］.中國土地科學，2012，26（11）：33-39.

［6］鄭華偉，張銳，楊興典，等.基于PSR模型的土地利用系統(tǒng)健康評價及障礙因子診斷［J］.長江流域資源與環(huán)境，2012，21（9）：1099-1105.

［7］賀翔.上海市土地利用系統(tǒng)健康評價研究［D］.武漢：華中農(nóng)業(yè)大學，2007.

［8］李強，趙燁，嚴金明.城市化驅動機制下的農(nóng)用地健康評價［J］.農(nóng)業(yè)工程學報，2010，26（9）：301-307.

［9］吳冠岑，劉友兆，付光輝.基于熵權可拓物元模型的土地整理項目社會效益評價［J］.中國土地科學，2008，22（5）：40-46.

［10］羅文斌，吳次芳，楊劍.基于“流程邏輯”框架的土地整理項目績效物元評價［J］.中國土地科學，2010，24（4）：55-61.

［11］張虹波，劉黎明，張軍連，等.區(qū)域土地資源生態(tài)安全評價的物元模型構建及應用［J］.浙江大學學報（農(nóng)業(yè)與生命科學版），2007，33（02）：222-229.

［12］張小虎，雷國平，袁磊，等.黑龍江省土地生態(tài)安全評價［J］.中國人口資源與環(huán)境，2009，19（1）：88-93.

［13］甘肅發(fā)展年鑒編委會.甘肅發(fā)展年鑒［M］.北京：中國統(tǒng)計出版社，2000—2014.

［14］甘肅農(nóng)村年鑒編委會.甘肅農(nóng)村年鑒［M］.北京：中國統(tǒng)計出版社，2000—2014.

［15］國家統(tǒng)計局.中國統(tǒng)計年鑒［M］.北京：中國統(tǒng)計出版社，2000—2014.

［16］中國國土資源年鑒編輯部.甘肅國土資源年鑒［M］.北京：中國大地出版社，2000—2014.

［17］鄭華偉，劉友兆.基于PSR模型的耕地集約利用空間差異分析——以四川省為例［J］.農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學與綜合研究，2011，27（3）：257-262.

Health diagnosis of land use system based on entropy-weighted extenticmatter-elementmodel——A case study of Hexi Corridor

LU Zheng，CHEN Yin，WEIPing，WANG Dong
（College of Resourcesɑnd Environmentɑl Sciences，Gɑnsu Agriculturɑl University，Lɑnzhou，Gɑnsu 730070，Chinɑ）

By constructing the index system based on PSRmodel，we used entropy-weighted extenticmatter-element model to evaluate the health of land use system in HexiCorridor.The results are as follows：（1）According to the extension of the classical domain values ofmatter elementmodel，the overall land use system in Hexi Corridor in N03，health level of“critical state”，health level tomaintain stability from 2000 to 2014.（2）The health level of the land system in the HexiCorridor has a certain regularity，showing a trend of decreasing gradually from themiddle to both sides.（3）The Hexi Corridor ecological environment fragile.Forest coverage rate and the degree of soil and water loss and soil salinization rate important factorwhich restricts the healthy level of land use system.Itwas concluded thatentropy-weighted extenticmatter-elementmodecan be applied to land use system health evaluation.It can effectively avoid the interference of human factors，and objectively evaluate the relationship between the various factors of regional land use system health，reveal the level of each index，and mine specific health problems in land use system.

land use；matter-elementmodel；entropy-weighted；health diagnosis；Hexi Corridor

圖1 2000—2014年河西走廊土地利用系統(tǒng)健康變化Fig.1 Change of health level on land use system in HexiCorridor from 2000 to 2014

F301.24

：A

1000-7601（2017）01-0258-06

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.38

2016-01-10

國家自然科學基金“村民關聯(lián)度與農(nóng)地利用的關系研究”（71263003）

路正（1991—），男，河南安陽人，碩士研究生，主要研究方向為土地資產(chǎn)管理。E-mail：461256165＠qq.com。

陳英（1969—），男，甘肅武威人，副教授，主要研究方向為土地資產(chǎn)管理。E-mail：cheny＠gsau.edu.cn。