基于物元分析的土地利用系统健康诊断

郑华伟，张 锐，刘友兆

（南京农业大学公共管理学院，江苏南京210095）

随着人地矛盾的日益突出，特别是社会经济可持续发展战略实施以来，如何实现土地资源的永续利用已成为人们普遍关注的热点问题，土地利用系统健康是随之兴起的重点研究内容之一[1]。中国人多地少，土地资源退化较为普遍，开展土地利用系统健康研究，为土地资源可持续利用提供理论基础和实践指导，是中国土地资源管理的一项紧迫任务[1-2]。

目前关于土地利用系统健康的研究主要集中在土地利用系统健康内涵、土地利用系统健康评价、土地利用系统健康影响因素以及土地利用系统健康调控等方面[2-9]。总体来看，土地利用系统健康评价研究尚属起步阶段，定性分析多、定量研究少；评价方法比较单一，多采用综合评价法，较少揭示单个指标的评价信息，不能有效挖掘系统健康存在的具体问题；评价指标多集中于资源与环境状况，很少综合考虑人类活动、社会经济等对系统健康评价的作用。物元分析法通过计算单个指标与各标准等级的关联系数得到综合评价结果，能够揭示更加丰富的评价信息，有效诊断土地利用系统健康状况，但尚未被应用到土地利用系统健康评价研究中；PSR模型综合考虑社会、经济、资源与环境，突出了人地关系。鉴于此，笔者在界定土地利用系统健康内涵的基础上，构建了基于PSR模型的土地利用系统健康评价指标体系，并引入物元分析法对土地利用系统健康评价进行实证研究，分析土地利用系统健康的障碍因子，为土地利用系统实施可持续性管理和合理利用提供依据。

1 土地利用系统健康评价指标体系构建

1.1 土地利用系统健康内涵

土地利用系统健康是以人类社会的可持续发展为目的，促进经济、社会和生态三者之间和谐统一，其内涵可以概括为：一是土地利用系统自身是否健康，即其自身结构是否合理，功能是否得到正常发挥；二是土地利用系统对人类是否健康，即土地利用系统所产生的综合效益是否满足人类的需要[6-8]。土地利用系统健康评价是以整个土地利用系统为评价对象，对特定时刻、特定区域的自然生态要素和社会经济要素进行的综合诊断评价；它本质上是一种诊断评价，目的是诊断由人类活动与自然因素引起的系统破坏与退化程度，以便发出预警，为管理者提供决策[6]。

1.2 评价指标体系构建

笔者借鉴PSR概念模型[8，10-14]构建了土地利用系统健康评价指标体系的基本框架（图1）：人口增长、社会经济发展给土地利用系统带来巨大的压力（P）；人类不断开发资源，通过社会经济活动作用于土地利用系统，改变了土地利用系统结构与功能状态（S）；压力之下，土地利用系统在原有状态基础上做出反应，同时回馈于社会经济的发展过程；人类对土地利用系统的反馈进一步做出响应（R），进行政策调整、环境保护等，改善土地利用系统状态，使之保持良好的结构与功能，进而实现可持续发展[14]。

图1 土地利用系统健康评价指标体系的PSR模型框架Fig.1 PSR framework on health evaluation index system of land use system

表1 土地利用系统健康评价指标体系及权重Tab.1 The evaluation index system and weight of health on land use system

从土地利用系统健康评价指标体系的基本框架出发，遵循指标选取的科学性、系统性、可比性和可获取性等原则，在参考相关文献的基础上[6-9]，构建了4个层次的土地利用系统健康评价指标体系（表1）。

2 物元评价模型及经典域的确定

2.1 土地利用系统健康评价的物元模型

本文运用物元分析[16-18]的理念，建立土地利用系统健康评价模型，同时采用改进的熵值法确定指标的权重，可以比较全面、客观地对土地利用系统健康状况进行诊断。根据物元分析方法构建土地利用系统健康物元评价模型，主要步骤如下[16-18]：

（1）确定土地利用系统健康物元；（2）确定土地利用系统健康的经典域；（3）确定土地利用系统健康的节域；（4）确定待评物元；（5）确定关联函数及关联度；（6）确定权重[19-20]；（7）计算综合关联度确定评价等级。

2.2 土地利用系统健康评价经典域、节域的确定

经典域（评价等级的取值区间）的确定是物元评价的基础。本研究依据土地利用系统健康的可拓性，将其划分为5个等级，即N01→N05，定性描述为：健康→亚健康→临界状态→不健康→病态。评价经典域的确定主要参考国家、地方、行业及国际相关标准，研究区域本底背景值，全国平均水平等，具体取值区间见表2。

表2 土地利用系统健康评价指标经典域、节域的取值范围Tab.2 The valuing range on the classic field and section domain of evaluation index

3 实证研究

3.1 区域概况与数据来源

四川省地处长江上游，位于中国中西部的结合部，东与重庆市接壤，南与云南、贵州省相连，西邻西藏自治区，北接青海、甘肃、陕西省。辖区东西长约1075 km，南北宽约921 km，幅员面积48.5×104km2，为中国第5大省区，现辖18个地级市和3个自治州。四川省资源丰富，光热条件好，是中国重要的农业经济区和粮食主产区，承担着国家粮食安全的重任。然而随着经济社会的发展，建设用地规模持续扩张，耕地资源数量锐减，土地生态功能减弱，水土流失严重，土壤污染加剧，土地利用系统健康状况亟待改善。

土地利用系统健康评价指标数据主要来源于《四川统计年鉴》、《四川农村统计年鉴》、《中国统计年鉴》、《中国农村统计年鉴》、《中国农业年鉴》、《中国国土资源年鉴》和四川省土地利用变更调查数据等。

表3 四川省2010年土地利用系统健康评价指标关联度Tab.3 Relevancy of health on land use system for Sichuan province in 2010

表4 土地利用系统健康评价结果Tab.4 Evaluation results of health on land use system

3.2 结果分析

分析整理四川省有关土地利用系统健康评价指标数据后，按照改进的熵值法确定各评价指标的权重（表1）。将四川省土地利用系统健康评价指标数据组成的待评物元带入评价模型，得到评价指标关联度与综合关联度的测算结果（表3、表4）。表3中，Kj（xi）（i=1，2，…，22）即第i个指标对应各评价等级的关联度，以评价指标人口密度（x1）为例，其对应5个评价等级的关联系数分别为K1（x1）=-0.2534、K2（x1）=0.1798、K3（x1）=-0.6076、K4（x1）=-0.7477、K5（x1）=-0.8528，因此可以判定该指标属于级别N02，即“亚健康”。同理，可以得到其他指标评价结果。

Kj（Nx）是多指标加权求和的综合等级关联系数，K1（N2010）=-0.2615、K2（N2010）=-0.0922、K3（N2010）=-0.1030、K4（N2010）=-0.2988、K5（N2010）=-0.4921，说明土地利用系统健康等级为“亚健康”。同理可知，2000年、2004年等级分别为“不健康”、“临界状态”。从区域整体土地利用系统健康的变化来看，2000—2010年四川省土地利用系统健康状况有所改善，整体水平有变好的趋势，研究发现该区域经济持续发展，不断加强生态环境保护建设，加大了对废水、废气污染的控制力度，加强了对水土流失的治理，使得相关指标发生了不同程度等级提升，促进了土地利用系统健康水平提高。

虽然2010年土地利用系统健康等级为“亚健康”，但K2（N2010）=-0.0922，说明等级关联度很弱，接近“亚健康”等级的“门槛线”，原因主要是某些指标还没有达到“亚健康”等级所致。从单个指标评价结果来看，2010年四川省有12个指标未达到“亚健康”，而人均耕地面积、土地垦殖率、水土流失程度、工业固体废物综合利用率等指标只达到“不健康”等级。虽然四川省一直致力于水土流失的综合治理，但由于易水土流失区域较大，且存在反复的现象，目前水土流失程度仍较大，还需加大治理力度，有效保护土地资源。随着经济社会的发展，四川省固定资产投资增长速度明显提升、国内生产总值持续增长，但这种高速增长是以资源高消耗为代价的，建设用地规模不断扩大，耕地面积持续减少，土地集约利用水平较低，地均GDP仅为3.55万元/hm2，与发达地区相比差距较大。

4 结论与讨论

（1）PSR模型从社会经济与资源环境有机统一的观点出发，将资源环境、人类活动、社会经济等联系起来并考虑它们之间的相互作用，改变现有研究主要关注资源环境的状况，能更准确地反映土地利用系统健康的各要素之间的关系；物元分析法不仅能够获取土地利用系统健康水平的综合诊断结果，而且能够获得单个指标的诊断结果，揭示各指标的水平状态，揭示系统健康问题的具体原因；基于PSR模型的评价指标体系和物元分析法适用于土地利用系统健康诊断，有利于促进土地利用系统健康状况改善。

（2）实证结果表明，2000—2010年四川省土地利用系统健康水平不断提高，健康状况有所改善，但2010年“亚健康”等级关联度很弱，人均耕地面积、土地垦殖率、固定资产投资增长率、工业固体废物综合利用率和水土流失程度是制约土地利用系统健康状况改善的关键因素。因此，应进一步转变经济发展方式，优化产业结构，降低经济增长对土地资源的过度消耗，以较少的土地资源消耗支撑更大规模的经济增长；加大环境治理力度，提高工业固体废物综合利用率，有效控制水土流失程度，持续改善土地利用系统健康状况。

（3）构建基于PSR模型的土地利用系统健康评价指标体系，并将物元分析法运用到土地利用系统健康评价中，在土地健康评价领域属有益尝试，但此类研究尚不多，评价指标选择、评价等级标准确定等问题还有待进一步检验和深入研究。

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