基于PSR 模型及熵權法的土地生態安全評價研究
——以蘭州市為例

馬 婷，邵戰林

（新疆農業大學管理學院，烏魯木齊 830052）

生態安全是指在人的生活、健康、安樂、基本權利、生活保障來源、必要資源、社會次序和人類適應環境變化的能力等方面不受威脅的狀態［1］，土地生態安全則是強調在土地生態系統內部，在時空范圍內保持健康、平衡，從而提供給人類經濟社會以均衡且穩定的自然資源，使得土地在自然和經濟社會日漸快速發展中不斷協調［2］。2016年國務院發布的《十三五生態環境保護規劃》中，重點強調了要對土地生態環境進行修護和治理。2017年習總書記在十九大報告中指出，滿足人民日益增長美好生活需求的同時，對生態環境和生態文明的要求也隨之提高［3］。然而，盡管人們在不斷加強生態保護，但生態安全問題依然存在，根據有關數據統計，2012年中國水土流失面積占37%，土地鹽堿化面積達12.24%，并呈不斷上升的態勢［4］。2018年農作物受災面積高達20 814 khm2。

蘭州市地處中國幾何中心，是西北地區的重要樞紐，在工業和交通等方面占據重要地位，其土地生態安全對于本地區的發展有著極其重要的意義，近年來隨著社會經濟水平的加快和城鎮化進程的推進，蘭州市土地退化、水土流失和沙塵暴等土地問題頻頻發生。解決對土地資源的強烈需求與合理改善生態環境之間的矛盾成為城市發展需要考慮的首要問題，本研究運用PSR 模型和熵權法，選取2007—2016年的面板數據，對蘭州市近10年的土地生態安全進行評價，旨在為蘭州市改善土地生態安全問題提供一定的參考。

1 研究區概況

蘭州市地處隴西黃土高原的西部，介于北緯35°34'20″—37°07'07″，東經102°35'58″—104°34'29″，全年平均氣溫11.4 ℃，平均降水量332.2 mm。全市總面積13 085.6 km2，轄5 個區3 個縣，市區面積1 631.6 km2，2016年末，全市戶籍人口324.23 萬人，常住人口370.55 萬人，比上年末增加1.24 萬人［5］，市區南北皆為高山，黃河橫穿市區中心。地勢自西南向東北傾斜，地形狹長，地貌復雜多樣，干旱區域廣，植被較少且分布不均，受地理環境和人為影響，土地退化、水土流失等問題嚴重。在此基礎上，對蘭州市的土地生態安全進行評價就顯得尤為重要。

2 數據來源與研究方法

2.1 指標選取與數據來源

指標體系既要體現研究區域本身的經濟現狀，也要體現其區域內特有的、具有代表性的土地生態現狀，從而使土地生態安全評價更準確、嚴謹。PSR模型從土地生態壓力系統、土地生態狀態系統以及土地生態響應系統3 個方面作為評價的準則層，在該評價指標體系中，壓力層指人口增長和產業活動對土地的影響，狀態層指城鎮化及各類用地活動的基本狀態，響應層指為了改變土地生態安全狀態社會所做的各種努力。

本研究遵循了指標選擇的科學性、可比性和可獲取性等原則，參考有關研究成果［6，7］，結合蘭州市具體實際情況，選取了人口密度、人均耕地面積、旱澇保收面積等16 個指標，根據指標與土地生態安全的影響關系將其安全趨向性分為“+”和“-”。其中，正向指標指數值越大會對當地的土地生態安全產生積極作用；負向指標指數值越大會對當地的土地生態安全產生消極影響（表1）。

表1 蘭州市土地資源生態安全評價指標體系

研究數據來源于《甘肅發展年鑒》（2008—2017年）、《蘭州市統計年鑒》（2008—2017年）。

2.2 方法

2.2.1 研究方法 20 世紀80年代末，PSR 模型由經濟合作和開發組織（OECD）與聯合國環境署（UNEP）提出，經過多年的發展和學者們的運用，目前已經成為生態安全評價方面成熟的模型之一［8］。PSR 模型即壓力（Pressure）-狀態（State）-響應（Response）模型，該模型不僅能體現人類社會與生態系統的關系，又能將自然資源、社會、經濟有效聯系起來，因此，本研究選取該模型對蘭州市的土地生態安全進行評價。

熵權法是一種客觀賦權方法，可以有效避免主觀賦權法的部分不足，因此，本研究基于PSR 模型選取了16 個指標，并結合熵權法對蘭州市2007—2016年土地生態安全進行評價。

2.2.2 評價指標權重的確定

1）數據標準化。為消除指標間不同量綱的影響，對原始數據矩陣進行標準化處理，對于趨向性不同的指標有不同的公式，如下所示。

式中，yij代表第j年第i個評價指標原始值；y'ij代表第j年第i個評價指標標準化后的數值；yijmax代表第i個評價指標的最大值，yijmin代表第i個評價指標的最小值。

2）計算指標權重。依據標準化數據，用熵權法確定各個指標的權重，步驟如下。

當Fij=0 時，令FijlnFij= 0

各指標的權重值如表1 所示。

3）土地生態安全指數計算。安全指數分為準則層安全指數和目標層安全指數，公式如下。

式中，Yij是單個指標的標準化值；Wj為單項指標權重；U總為安全綜合指數，為0～1，安全綜合指數越靠近1，表明研究區域土地生態安全度越高，安全綜合指數越接近0，則表明研究區域土地生態安全度越低。

4）土地生態安全級別劃分。結合蘭州市土地生態安全指數，參考已有研究成果［9，10］，本研究將蘭州市土地生態安全分為不安全、較不安全、臨界安全、較安全、安全5 個等級，安全等級劃分結果見表2。并根據表2 確定2007—2016年蘭州市土地生態安全綜合指數的安全等級。

表2 蘭州市土地生態安全評價標準和安全等級

3 結果與分析

3.1 土地生態安全壓力系統分析

由圖1 可以看出，①整體而言，2007—2016年蘭州市的土地生態安全壓力指數呈下降趨勢，從研究期初的0.287 0 下降到研究期末的0.206 9。②其具體變化趨勢為先下降后上升再下降。2007—2014年壓力指數從0.287 0 下降到0.126 1；2014—2015年壓力指數從0.126 1 上升到0.238 3；2015—2016年壓力指數從0.238 3 下降到0.206 9。③依據土地生態安全等級來看，2007—2010年壓力指數皆處于較不安全的狀態，而2011—2014年除2012年壓力指數處于較不安全的狀態外，其余年份壓力指數皆處于不安全的狀態，2015—2016年壓力指數上升至較不安全的狀態。

圖1 蘭州市2007—2016年土地生態安全壓力指數變化情況

2007—2016年蘭州市的土地生態安全壓力指數整體處于較不安全及不安全狀態的原因如下。①2007—2014年蘭州市處于社會經濟快速發展的階段，人口密度從期初的244 人/km2增長到期末的286人/km2，人口自然增長率更是在2014年達8.14‰，2014年蘭州市的人口壓力和土地承載壓力達到研究期內最大值，因此，2014年的土地生態壓力指數下降至研究期內最低值。②2015—2016年人口密度和人口自然增長率皆有所下降，其對土地的壓力有所減緩，且第一產業比重不斷下降、第三產業比重不斷增加，但在2015—2016年第二產業的比重由期初的45.87%下降至期末的34.75%，使得土地生態壓力指數稍有下降，但依然處于較不安全的狀態。

3.2 土地生態安全狀態系統分析

由圖2 可以看出，①整體而言，2007—2016年蘭州市的土地生態安全狀態指數呈波動下降趨勢，且波動不大，從2007年的0.164 8 下降到2016年的0.073 4。②其具體變化趨勢為先下降后上升再下降。2007—2012年狀態指數由0.164 8 下降到0.111 4；2012—2014年土地狀態指數由0.111 4上升到0.135 8；2015—2016年狀態指數由0.135 8 下降到0.073 4。③依據土地生態安全等級來看，2007—2016年狀態指數皆處于不安全的狀態。

圖2 蘭州市2007—2016年土地生態安全狀態指數變化情況

分析2007—2016年狀態指數處于不安全狀態的原因。①人均耕地面積和耕地面積占總面積的比重不斷下降，人均耕地面積從期初的0.065 8 hm2/人下降到期末的0.062 7 hm2/人，耕地面積占總面積的比重從期初的15.93%下降到期末的15.40%，由此可見，耕地面積越來越少，使得原本就不高的土地生態安全狀態指數越來越低。②城鎮化率和房屋施工面積分別越來越高、越大，城鎮化率從期初的62.18%增加到期末的68.70%，房屋施工面積由期初的1 205.57 hm2增加到期末的4 877.02 hm2，可見，隨著城鎮化的加快，各類建設用地面積增加速度加快的同時，使得土地生態安全狀態愈發緊張。③2014年人均耕地面積達到了研究期內最大值0.066 2 hm2/人，且該年城鎮化率為62.53%，較研究期內其他年份低，因此，2014年土地生態安全狀態指數有所上升；2016年城鎮化率達到了研究期內最大值，而人均耕地面積達到研究期內最小值，因此2016年的土地生態安全狀態指數為研究期內最小值。

3.3 土地生態安全響應系統分析

由圖3 可以看出，①整體而言，2007—2016年蘭州市的土地生態安全響應指數呈波動上升趨勢。②具體變化趨勢為先上升后下降再上升，2007—2010年響應指數從0.045 9 上升到0.138 9；2010—2012年響應指數從0.138 9 下降到0.098 3，2012—2016年響應指數從0.098 3 上升到0.329 0。③依據土地生態安全等級來看，2007—2013年蘭州市的土地生態響應指數處于不安全的狀態，2014—2016年蘭州市的土地生態響應指數處于較不安全的狀態。

圖3 蘭州市2007—2016年土地生態安全響應指數變化情況

分析2007—2016年蘭州市土地生態響應指數處于不安全或較不安全狀態的原因。①隨著產業結構的轉型和經濟水平的快速發展，城市居民人均收入和農民人均收入增長較快，城市居民人均收入由期初的10 271 元增加到期末的29 661 元，農民人均收入由期初的3 103 元增加到期末的10 391 元，在人均收入整體提高的前提下，人們對于土地安全的保護意識也會越來越高。②旱澇保收面積、有效灌溉面積占耕地面積比重及荒山荒（沙）地造林面積都在增加，旱澇保收面積從期初的85.99 hm2增加到期末的116.45 hm2，有效灌溉面積占耕地面積比重從期初的36.12%增加到期末的40.15%，荒山荒（沙）地造林面積由期初的7.38 hm2增加到期末的8.95 hm2，這表明在2007—2016年，蘭州市為了改變土地生態安全狀態而做的各種努力越來越多，因此，土地生態安全響應指數越來越高。③2011年旱澇保收面積為研究期內最低值，僅為82.28 hm2，且有效灌溉面積和荒山荒（沙）地造林面積較研究期內其他年份低，因此，2011年的土地生態安全響應指數有所下降。

3.4 土地生態安全系統綜合分析

2007—2016年蘭州市土地生態綜合安全指數呈波動式上升趨勢，且波動幅度較小，如圖4 所示。2007—2009年綜合指數從0.497 7 下降到0.477 7，安全等級處于臨界安全的狀態，2009—2010年綜合指數由0.477 7 增加到0.500 0，安全等級仍然處于臨界安全的狀態，2011—2016年綜合指數由0.353 7 增加到0.629 3，安全等級由較不安全變為較安全狀態。

圖4 蘭州市2007—2016年土地生態安全綜合指數變化情況

結合2007—2016年的數據分析，考慮蘭州市的土地生態系統綜合指數由土地生態壓力系統、土地生態狀態系統以及土地生態響應系統共同影響，分析其原因如下。

1）2007—2009年蘭州市人口密度和總人口數增加，且第二產業比重上升，土地壓力隨之加大，土地生態安全綜合指數由0.497 7 下降至0.477 7；與此同時，人均耕地面積不斷減少，城鎮化率不斷升高，使得土地生態狀態指數也在下降，盡管2007—2009年土地生態響應指數在增加，但是極大的破壞與較少部分的努力保護依舊不能平衡，因此，土地生態安全總指數在下降。

2）2010年蘭州市的人口自然增長率為2007—2016年最低值，與2009年相比，人口密度、總人口數有所下降，因此其土地生態安全壓力指數下降，且2010年土地生態響應指數明顯上升，這就使得土地生態安全總指數上升。

3）2011年蘭州市土地生態壓力指數、狀態指數及響應指數都比較低，且2011年土地生態綜合指數受響應指數影響較大，2011年旱澇保收面積和荒山荒（沙）地造林面積為研究期內最低值，因此，2011年的土地生態綜合指數下降較明顯。

4）2011—2016年第一產業比重和第二產業比重在不斷降低，第三產業比重在穩定增加，完成了產業轉型的同時，人口總數增加緩慢，相對研究期初，土地承載壓力有所下降，土地生態安全壓力指數上升，盡管土地生態安全狀態指數在緩慢下降，但是社會為改變土地生態安全問題進行了越來越多的努力，土地生態安全響應指數在2016年達到了最高值（0.329 0），因而2010—2016年土地生態安全綜合指數在不斷上升，且在2016年達到了研究期內最高值（0.629 3）。

4 小結與討論

本研究對2007—2016年的數據進行分析，可以看出蘭州市土地安全生態綜合指數呈波動上升趨勢，安全等級由臨界安全變為較不安全再變為較安全的狀態。①2007—2010年蘭州市的土地生態安全綜合指數由0.497 7 上升至0.500 0，皆處于臨界安全的狀態。②2011年土地生態安全綜合指數明顯下降，由2010年的0.500 0 降至2011年的0.353 7，處于較不安全的狀態。③2012—2015年蘭州市的土地生態綜合指數呈上升趨勢，由2012年的0.428 0上升至2015年的0.548 5，處于臨界安全的狀態。④2016年蘭州市的土地生態安全綜合指數由2015年的0.548 5 上升至2016年的0.629 3，安全等級變為較安全。

可以看出，2007—2016年蘭州市的土地生態安全狀況已經在社會努力的影響下有所好轉，土地生態安全壓力指數有所上升，表明土地安全生態壓力在不斷減小，土地生態安全狀態指數依舊在緩慢下降，其生態安全狀態系統依舊存在較嚴重的問題，但土地生態安全響應指數在穩定增加，表明社會為了改變土地生態安全方面的問題采取的努力越來越多。總體來看，蘭州市的土地功能整體狀態形勢向好，相信經過生態系統的自我調節和社會的不斷努力，未來蘭州市的土地生態安全狀態會更好。

盡管2016年蘭州市土地生態安全綜合指數已經處于較安全的等級，但人口壓力依舊在增加，耕地面積減少等問題仍然存在，為了保證蘭州市社會經濟能夠在穩定的生態環境中繼續發展，首要任務就是確保土地生態安全問題得到解決，并且要防患于未然，這就要求在推進城市化與經濟增長的過程中，要進一步控制人口的快速增長，減緩人口壓力，繼續推進產業優化，引導合理利用各類土地，嚴格落實各級土地利用規劃，加大政府對土地生態安全問題的整治力度和財政投入，加強宣傳教育，提高公民的素質。

PSR 模型在土地生態評價中已經是運用較為成熟的模型，但是由于選取指標的不同會對最終的結果造成一定的影響；而本研究只運用了熵權法確定各項指標的權重，對最終的結果也有一定程度的影響，且研究期只是2007—2016年，若研究期更長，蘭州市的土地生態安全變化規律會更加清晰；本研究只是對研究區整體進行了時間上的評價，若加上空間上的對比會更加完整。