基于DPSIR-TOPSIS模型的安徽省耕地資源利用系統健康診斷

王 歡, 鄭華偉, 劉友兆

(1.南京農業大學 公共管理學院, 江蘇 南京 210095; 2.南京農業大學 人文與社會發展學院, 江蘇 南京 210095; 3.南京農業大學 資源與環境科學學院, 江蘇 南京 210095)

土地資源保護一直以來都是中國高度重視的問題，因為土地是農民生產生活之本，農業改革之需，農村發展之剛。安徽省作為糧食大省，耕地資源顯得尤為重要，但是由于一些人為、自然因素的影響，不可避免地造成了耕地減少、耕地污染、耕地生態系統破壞等一系列的問題，直接限制了安徽省的可持續發展。因此開展耕地資源利用系統的健康診斷刻不容緩，它可以直觀的展示安徽省耕地資源利用系統的健康水平，更好地為政府相關部門提供政策依據。

而關于耕地資源利用系統健康的診斷，目前相關研究還沒有全面深入的進行。王鵬飛等[1]運用PSR模型，從壓力系統、狀態系統、響應系統3方面對北京市耕地利用系統進行了健康評價，趙青等[2]對環京津地區72個縣(市)耕地資源利用系統健康進行了評價，林航[3]以福建省閩侯、荔城、同安和新羅區(縣)耕地為研究對象，利用GIS與物元模型開展耕地資源利用系統健康評價。大部分學者在土地可持續發展的基礎上，闡釋了土地健康評價的具體含義。謝俊奇[4]提出社會、環境、經濟的評價指標體系，蔡為民等[5]，姚嵐等[6]構建了系統結構指數、系統功能指數、系統效益指數3個層面的評價體系，同時以PSR為模型的指標體系逐漸流行[7-9]。之后有學者根據PSR模型形成了DPSIR模型[10-11]，增加了驅動力與影響指標，使指標體系更加完整。總的來說，當前土地系統健康診斷的指標框架主要有4種：①“環境—社會—經濟”指標體系[12-13]；②“結構一功能一效益”指標體系[14]；③“壓力—狀態—響應”指標體系[15-16]；④“驅動力—壓力—狀態—影響—響應”指標體系。不同的指標體系側重點不盡相同，均從不同的角度闡釋了土地利用系統健康情況。

綜上所述，大部分學者都集中在對整個土地利用系統的健康評價研究，而對于其中耕地資源利用系統的健康研究還比較少。鑒于此，本文在前人研究的基礎上以安徽省耕地資源為研究對象，2007—2016年為研究期，構建DPSIR模型指標體系，利用TOPSIS算法計算出每一年的健康水平并進行排序，以便更直觀地看到安徽省這10 a間的耕地資源利用系統健康變化趨勢，最后運用障礙度模型分析影響系統健康狀況的障礙因子，更有針對性地為安徽省政府提供政策建議。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究指標體系

1.1.1 DPSIR概念模型 由于耕地資源利用系統是一個包含多種系統的混合系統，各子系統相互作用、相互影響，它們的起源、發展過程、結果共同影響著耕地資源利用系統的健康狀況。故本文引入DPSIR模型[17]，從系統論的角度來體現耕地資源利用系統健康問題的起源與結果之間相互關系的因果鏈。用DPSIR體系進行分析，不僅能夠反映影響耕地資源利用系統健康的驅動力與壓力、耕地資源利用系統狀態、影響、響應系統五者之間的循環協調機制，還能夠闡釋耕地資源利用系統健康狀況的最終效果。驅動力表示引起安徽省耕地資源利用系統健康狀況發生變化的原因(如人口增長，城市發展等)；壓力表示安徽省城市的社會發展和經濟活動對耕地資源利用系統健康產生的壓力因子；狀態表示耕地資源利用系統在城市發展壓力下所處的狀態水平；影響表示在人為作用和自然因素影響下的改變情況；響應表示安徽省政府為改善和恢復耕地資源利用系統健康所采取的對策措施(圖1)。

圖1 安徽省耕地資源利用系統健康診斷的DPSIR概念模型

1.1.2 評價指標體系的構建 從驅動力—壓力—狀態—影響—響應基本框架出發，遵循科學性、可比性、系統性等原則，在參考相關研究成果的基礎上，并結合安徽省的實際情況，從驅動力維度、壓力維度、狀態維度、影響維度、響應維度出發構建了5個層次的耕地資源利用系統健康評價指標體系。

(1) 驅動力維度。選取了“城市化率，人口自然增長率，人均GDP，GDP增長率”4個指標。其中城市化率(即安徽省城鎮總人口與常住總人口的比重)、人均GDP(即安徽省GDP總量除以總人口)、GDP增長率(即GDP增長量除以基期水平)，這3個指標反映了安徽省社會經濟發展水平對耕地資源利用系統的潛在驅動力；其中人口自然增長率(即安徽省年度人口自然増長的數量除以該段時間內人口總數)反映了由于人口變化對耕地資源利用系統健康產生的驅動力，該項指標為負向指標。

(2) 壓力維度。選取了“建設占用耕地面積、人口密度、農藥使用量、農用化肥施用折純量、農用塑料薄膜使用量”5個指標。其中建設占用耕地面積(即年度因安徽省城市建設占用的耕地總面積)和人口密度(即安徽省總的人口數量除以總的耕地面積)，這兩個指標反映了城市建設和人口增長對耕地資源數量產生的壓力；其中農藥使用量、農用化肥施用折純量、農用塑料薄膜使用量這3個指標反映了由于農業污染而造成的耕地資源利用系統的健康壓力。以上5個指標均為負向指標。

(3) 狀態維度。選取了“人均耕地面積、土地墾殖率、有效灌溉面積、農作物受災面積”4個指標。其中“人均耕地面積(即耕地面積除以總人口)、土地墾殖率(即安徽省年度耕地面積除以總面積)、有效灌溉面積(即相關相關配套設施齊全能夠正常進行灌溉的耕地面積)”這3個指標反映了耕地資源利用的程度與結構情況。其中農作物受災面積(即安徽省年度農作物受到自然災害的面積)，反映了耕地資源利用系統健康的安全狀態，該項指標為負向指標。

(4) 影響維度。選取了“人均糧食產量、糧食單產、農民家庭人均純收入、農業收入占比、農業機械總動力”5個指標。其中人均糧食產量(即安徽省年度糧食總產量除以總人口)、糧食單產(即安徽省年度糧食總產量除以實際耕地面積)，這兩個指標反映了耕地資源利用系統的農業生產效果；其中農民家庭人均純收入、農業收入占比，這兩個指標反映了安徽省耕地資源利用所帶來的經濟效益；其中農業機械總動力(即主要用于農業的各種機械的動力之和)反映了耕地資源利用的規模化和機械程度。

(5) 響應維度。選取了“水土流失綜合治理面積、堤防保護耕地面積、土地整治總面積、新增節水灌溉面積”5個指標。其中“水土流失綜合治理面積(即對水土流失的土地進行綜合治理的面積)、堤防保護耕地面積(即年度內為保護耕地耕地面積建設的堤防面積)、土地整治總面積(即安徽省年度土地整治項目實施的總面積)，這3個指標反映了安徽省政府部門為提高耕地資源利用的合理性、加強耕地利用系統健康所采取的綜合治理措施；其中新增節水灌溉面積(即安徽年度新增加的能最大限度提高單位灌溉水量的農作物產量和產值的灌溉措施)這個指標反映了安徽省政府為促進耕地資源的利用率而進行的水利工程建設。

綜上所述，本文從“耕地資源利用系統驅動力—耕地資源利用系統壓力—耕地資源利用系統狀態—耕地資源利用系統影響—耕地資源利用系統響應”5個維度出發，構建了一套含有22項指標的健康評價指標框架(表1)。

1.2 研究方法

1.2.1 改進的熵值法 由于評價指標的不同對耕地資源利用系統健康的影響有很大差異，故需要對每個指標賦予權重，本文采用的是改進的熵值法來確定權重[18-19]：

(1) 指標標準化處理。

(1)

(2) 測算每項指標的比重、熵值與系數。

(2)

(3)

gj=1-ej

(4)

式中：pij——第j項評價指標下的i個樣本值的比重；ej——第j項評價指標熵值；gj——差異性系數，i= 1，2，…，m;j= 1，2，…，n。

(3) 計算每項指標的所占有的權重(wj)。

1.2.2 TOPSIS綜合評價法 為了將很多分散的數據放在一個統一的模型里計算最后的診斷結果，本文采用TOPSIS法建立模型。TOPSIS 法通過建立一個理想模型確立最優和最劣的水平，最終計算出健康值，明確安徽省耕地資源利用系統健康的狀態[20-21]。

(1) 構建加權的決策矩陣。

(5)

式中：i=1，…，n；j=1，2，…，m。wj——第j個指標的權重。

(2) 確定正、負理想解并計算距離。

(6)

(7)

式中：Z+——各指標值達到的一個最優狀態，Z-——各指標值達到的一個最劣狀態。

(8)

(9)

(3) 測算貼近度C，也即健康評價值。

(10)

表1 安徽省耕地資源利用系統健康評價指標體系

注：帶“*”為負向指標，權重計算方法見下文。

1.2.3 障礙度模型 在評價安徽省耕地資源利用系統健康值之后,構建障礙度模型,找出最主要的制約因素,以便更好地為制定相關政策提供一些依據。障礙度模型通過各項指標因子的貢獻程度,各項指標的偏離程度、以及障礙度3個指標來評價各項指標的耕地資源利用系統的健康的存在多大的制約[24-25]。

Xij=1-Xij′

(11)

(12)

Yi=∑yi

(13)

式中：Vj——每一個指標對耕地資源利用系統健康的影響程度；Xij′——各項指標與耕地資源利用系統健康目標之間的差距；障礙度(Yi，yi)——每一年的指標層指標和維度層指標對耕地資源利用系統健康的影響，是耕地資源利用系統健康障礙診斷最終得出的結果。

1.3 數據來源

本文選擇安徽省為研究對象,以2007—2016年為研究期,數據主要來源于《中國國土資源年鑒》《中國農業年鑒》《安徽統計年鑒》。2007—2016年安徽省國民經濟與社會發展統計公報以及統計局網站數據等。

2 結果與分析

2.1 健康等級劃分

根據相關專家對評級標準的研究設定[22-23]，并依據安徽省耕地資源利用的實際狀況，將安徽省耕地資源利用系統分成4個健康等級(表2)。

表2 安徽省耕地資源利用系統健康級別劃分

2.2 耕地資源利用系統健康狀況綜合分析

本文通過相關年鑒收集了關于安徽省2007—2016年這10 a間有關耕地資源利用系統健康的評價指標數據，經分析整理后，按照改進的熵值法計算出了耕地資源利用系統各項評價指標的所占的權重(表1)。最后通過構建的Topsis評價模型,對2007—2016年10 a間安徽省耕地資源利用系統健康進行測算，得出計算結果(表3)。

表3 2007-2016年安徽省耕地資源利用系統健康評價運算結果

總體而言，安徽省在2007—2016年這10 a間，耕地資源利用系統健康值逐年增加，健康狀況由不健康等級逐步轉為亞健康等級。具體有以下幾點：

(1) 2007—2011年這5 a間，安徽省耕地資源利用系統健康值處于0.38～0.49之間，雖然這5 a均為不健康等級，但是每一年的健康值相比較上一年均有不同程度的增加，由2007年的0.384 9增加到2011年的0.499 2，年均增長率為6.7%。在2012—2016年之后5 a間，安徽省耕地資源利用系統健康值處于0.50～0.60之間，健康狀況提高到亞健康等級，年均增長率為4.1%。

(2) 安徽省總體健康狀況一直處于穩步上升的良好發展態勢，健康值由2007年的0.384 9上升到2016年的0.592 4，年均增長率達到4.9%。并由不健康水平提高為亞健康水平，表明過去10 a內安徽省的耕地資源利用系統健康狀況有了明顯好轉。這說明安徽省政府出臺的相關耕地保護政策起到了積極的調控作用，嚴格控制城鄉增減掛鉤指標等工作真正落到了實處。

2.3 DPSIR子系統健康狀況分析

安徽省耕地資源利用各子系統的健康值呈現了不同的變化情況。

(1) 驅動力子系統。2007—2016年10 a間，安徽省驅動力子系統的貼近度整體處于下降的態勢，由2007年的0.683 1降低為2016年0.281 9，健康狀態由亞健康等級轉為不健康等級。這主要在于安徽省經濟發展的速度逐漸放緩，如GDP增長率由2007年的20%下降到2016年的10%，另一方面由于產業布局的調整與改變，第一產業占據的比重越來越少，導致對耕地資源利用系統健康的驅動能力漸漸下降。

(2) 壓力子系統。2007—2016年10 a間，安徽省壓力子系統的貼近度呈現“M”形變化趨勢，壓力子系統健康狀況很不穩定。這說明在經濟發展的同時，還需要進一步注意農藥、化肥、薄膜等物質給耕地資源帶來的污染等問題，嚴格控制好城市建設用地進一步擴張的速度，減輕對耕地資源利用系統健康造成的壓力。

(3) 狀態子系統。2007—2011年5 a間，狀態子系統的呈現波動變化趨勢，自2 012后開始呈現快速上升趨勢，由2007年的0.371 6增長到2016年的0.754 0，健康狀況甚至達到了健康等級。這說明人均耕地面積、土地墾殖率和有效灌溉面積的增加，對于提升耕地資源利用系統的健康水平具有積極意義。

(4) 影響子系統。2007—2016年10 a間，安徽省影響子系統的貼近度總體呈現穩步上升趨勢，由2007年的0.235 8增長到2016年的0.862 8，年均增長率達到了15.5%，健康水平有了大幅度的提升。這說明糧食產量和農民收入等方面的提高對耕地資源利用系統的健康起到了重要作用。

(5) 響應子系統。2007—2016年響應子系統呈現逐步上升趨勢，由2007年的0.302 4增長到2016年的0.730 9，由不健康等級轉為亞健康等級，健康狀況得到了強有力的改善。說明安徽省在耕地保護、土地整治等工作上重視程度越來越高，工作效果越來越凸顯，這些強大的政府方針、措施給安徽省耕地資源利用系統的健康狀況改善提供了堅實的保障。

2.4 障礙因素診斷

為了更有效地提高耕地資源利用系統健康水平，還需要進一步剖析影響耕地資源利用系統健康的主要影響因素，才能更有目的性的解決問題。本文利用障礙度模型，具體分析各維度層和各指標層的主要障礙因子。

(1) 準則層指標的障礙度。總體來看(表4)，2007—2016年10 a間影響安徽省耕地資源利用系統健康的最重要障礙為壓力子系統，壓力子系統的障礙度在2015年和2016年達到了最高值，均超過了30%。說明安徽省的城市發展和人口等方面的壓力限制了耕地資源利用系統的健康發展。

表4 耕地資源利用系統健康準則層指標障礙度%

(2) 指標層重要因子的障礙度。由于本文設計的指標數量比較多，為了便于觀察和歸納，本文提取了均值排名前5位的主要指標因子(表5)。根據結果可知，影響安徽省耕地資源利用系統健康水平的障礙因子主要表現在GDP增長率、農作物受災面積、農藥使用量、建設占用耕地面積、農用塑料薄膜使用量中。這說明，伴隨著城市社會和經濟的雙重發展，安徽省所占用的耕地越來越多；同時在農業生產中，大量化學農藥、薄膜等污染物質的使用破壞了耕地資源利用系統的生態安全，直接影響著耕地資源利用系統的健康，而自然災害的頻發進一步動搖了耕地資源利用系統的健康水平。

表5 耕地資源利用系統健康指標層重要障礙因子障礙度

3 結論和建議

3.1 結 論

2007—2016年安徽省耕地資源利用系統健康水平由不健康轉為亞健康，總體狀況有明顯的好轉；驅動力子系統健康水平處于下降態勢，壓力子系統健康狀況呈現“M”形發展趨勢，狀態、影響、響應子系統均呈現不同程度的增長趨勢；在5個子系統中，2007—2016年安徽省耕地資源利用系統的主要的障礙子系統為壓力子系統；制約安徽省耕地資源利用系統健康的主要因素為GDP增長率、農作物受災面積、農藥使用量、建設占用耕地面積、農用塑料薄膜使用量等。

3.2 建 議

為了提高安徽省耕地資源利用系統健康水平，根據本文的研究結果，主要提出幾點建議：

(1) 安徽省應積極采取經濟、行政、技術等不同的手段來更好的保護耕地資源的數量和質量，如加大對耕地保護的資金投入，完善行政規劃的管理機制，探索健康長效的耕地保護鼓勵機制，運用遙感等新技術實現耕地保護的信息化與智能化。

(2) 隨著社會經濟發展進程的加快，安徽省應進一步落實耕地保護責任制與考核機制，嚴格保護永久基本農田，重點推進高標準農田建設，并在城鄉統籌發展過程中認真貫徹耕地占補平衡與增減掛鉤政策，積極利用市場指標交易等手段在不改變耕地資源數量的情況下滿足不同地區耕地資源的需求。

(3) 學習其他省份的先進經驗，如江蘇省耕地保護的“雙+”機制，云南、甘肅等試點省份的耕地輪作休耕等創新方式等。

(4) 針對農藥、化肥、農用薄膜的污染情況，應在全省范圍內開展全面調查，及時了解各市(區)耕地資源的污染程度，根據污染現狀積極加強宣傳教育工作，統一回收處理污染物，并推廣使用新型環保農用產品等。

(5) 針對自然災害問題，應加強水土流失、旱澇洪澇災害的治理，提前做好預警準備工作，并做好后續保障工作，盡力將災害損失降為最低。

(6) 為促進耕地利用的合理性、提高耕地利用效率，在全省范圍內加大土地整治等工程的投入，進而推動農村規模化經營，為發展新型、特色農業提供有力保障。并配套實行人地掛鉤新機制，探索農村宅基地與經營性用地改革，促進農村建設用地與耕地資源的優化配置。