基于PSR模型的土壤环境承载力综合评价——以黄河三角洲高效生态经济区为例

李念春

(山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014)



基于PSR模型的土壤环境承载力综合评价
——以黄河三角洲高效生态经济区为例

李念春

(山东省地矿工程勘察院，山东 济南 250014)

根据PSR概念模型建立起黄河三角洲高效生态经济区土壤环境承载力评价指标体系，利用熵值法确定指标权重，对研究区土壤环境承载力进行评价分析。结果显示：土壤环境条件整体较好，环境承载力以中等区为主，占土地总面积的59.3%；处于较弱承载力的地区为西部邹平县、高青县、无棣县和庆云县4个行政区，主要原因是该区域人口增长率较高，工业污染物排放量大，且土壤重金属较为富集；无弱承载力区存在。最后根据各区影响因素特征提出相关对策建议。

PSR模型；土壤环境承载力；熵值法；黄河三角洲高效生态经济区

ecological economic zone

黄河三角洲地区作为我国东部沿海土地后备资源最多的地区，土地资源优势突出，随着国民经济增长热点区域逐步向北扩展和区域经济一体化战略的深入实施，黄河三角洲地区的优势和发展潜力日益剧增，但是，由此而带来的环境问题也不容乐观，土壤污染、土壤重金属元素对居民健康和生态平衡产生严重威胁的同时，也限制了黄三角地区经济的长足发展。尤其是被定位为高效生态经济区对土壤环境的要求更为苛刻，由此，开展土壤环境承载力研究对区域可持续发展具有重要意义。开展土壤环境容量测算与承载力评价可以为黄三角地区土壤环境质量评价和污染物总量控制，加强环境科学管理，保护生态环境平衡，提高农田土壤生产力水平，保障人体健康提供技术支持和科学依据。

1 研究区背景

1.1 研究区范围

黄河三角洲高效生态经济区位于山东省北部沿海地区，由东营市、滨州市、德州市(庆云县、乐陵市)、潍坊市(寒亭区、寿光市、昌邑市)、烟台市(莱州市)、淄博市(高青县)等19个县(市)组成，陆域面积2.65×104km2(图1)。2009年12月，国务院批复《黄河三角洲高效生态经济区发展规划》，标志着其上升为国家战略[1]。

图1 研究区范围示意

1.2 土壤类型

黄河三角洲地区属于黄河北部冲积平原，黄河历年决口改道，形成沉积物交错分布，黄土母质有成层性，粗粘相间很不一致，区内土壤类型主要为潮土和盐碱土，有少量砂姜黑土。潮土土壤生产潜力较大，是粮、棉主要生产土类；盐碱土、砂姜黑土多为旱作，农业生产水平较低，是低产土壤类型，此外尚有少量水稻土和风沙土。

1.3 土壤盐渍化

黄河三角洲地区土壤盐碱化广泛分布。通过遥感解译，结合实地验证和以往资料分析区内盐碱地总面积为12 000km2。工作区盐碱地主要分布于黄河三角洲滨海平原区，地貌类型为冲积海积平原和黄河三角洲平原区，地面标高小于10m[2]。

1.4 土壤石油污染现状

工作区为胜利油田的主产地，油田的生产活动必然会导致土壤的石油污染，其污染源主要为采集原油的储油罐抛撒、石油钻探中钻井岩屑及泥浆的污染、落地原油污染、开采过程中油井附近石油原油抛撒、输油管线泄漏等点线污染源。根据本次对石油开采区取得的石油类检测数据和收集以往土壤石油污染资料，区内土壤石油污染与油气田分布范围基本一致，主要分布在滨海地区的秦口河—河口—孤岛、黄河—小清河流域的滨南—东营—广饶—羊角沟和莱州湾南岸的潍北油田一带，不同区域土壤中石油类含量的差别较大。

1.5 土壤重金属背景

重金属高背景值沿河流分布特征较为明显，砷的地球化学高背景、在黄河以南主要分布沿小清河流域分布，黄河以北沿徒骇河流域和马颊河流域分布；镉的地球化学高背景分布局限，主要分布在马颊河流域的乐陵市、庆云县和无棣县，徒骇河流域的沾化县，小清河流域的高青县、博兴县；铬的地球化学高背景值普遍较高，其中沿徒骇河流域的无棣县、庆云县，小清河流域的博兴县，寿光市、寒亭区部分地区浓度最高；铜的地球化学高背景值一是沿现代黄河分布，二是分布在小清河流域的邹平县、高青县、博兴县一带，三是沿其他流域分布，如徒骇河流域的沾化县，马颊河流域的乐陵市、庆云县、无棣县，弥河流域的寿光市等地；汞的地球化学高背景分布，一是分布在小清河流域的邹平县—广饶县一带，黄河以北的惠民县、阳信县，马颊河流域的乐陵市、庆云县，潍河流域的昌邑市、二是黄河入海口的垦利县、莱州市地区；铅的地球化学高背景分布比较广泛，一是分布在黄河以南的小清河流域邹平—广饶县一带和寿光县等山前地带；二是沿马颊河流域的乐陵市—无棣县一带；三是分布在莱州市大部分地区。

2 土壤环境承载力评价方法

本研究选用“压力-状态-响应”(PSR)结构模型来评价土壤环境承载力，该模型以反映一定的逻辑关系，即人类活动对环境施加了一定的压力，环境在一定范围内进行自我调节，而社会根据环境调节的状况做出响应，以维持环境系统的健康稳定状态[3]。其中，土壤污染现状及其纳污能力相当于PSR框架模型的状态，环境污染控制措施相当于PSR框架模型的响应，环境所承载的主要污染物排放量相当于PSR框架模型的压力，三者共同构成了土壤环境承载力评估指标体系的PSR框架模型。通过对该框架PSR模型的压力和响应状况分析，判断环境系统的发展变化趋势，研究环境压力所对应的环境状态，评估土壤环境的承载程度。

2.1 建立指标体系

表1 土壤环境承载力评价指标体系

2.2 数据标准化处理

为了将基础数据统一到一个数量级便于评价，采用极差标准化方法进行标准化预处理，使其无量纲化。对于土壤环境有利型指标，其指标值越大越好，按如下公式进行标准化处理；对于不利型指标，即指标值越小越好，按下式进行标准化处理[8-9]。

(1)

2.3 指标权重确立

指标权重的确定，一般采用层次分析法、主成分分析法、模糊数综合评判法等，尤其以层次分析法最为常用。层次分析法从本质上讲它是一种思维方式，它是把复杂问题分解成各组成因素，又将这些组成因素按支配关系形成递阶层次结构，通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性，建立起比较判断矩阵，然后结合决策者的判断，确定各指标相对重要性的总排序，它较全面地兼顾了定性和定量两方面，但是主观色彩较为强烈[10]。熵值法是一种客观赋权方法，它通过计算指标的信息熵，根据指标的相对变化程度对系统整体的影响来决定指标的权重[11]。影响土壤环境承载力的主要因素也是指标体系中变化程度大的因素。因此采用熵值法确定权重对土壤环境承载力进行评价是比较适合的，并且应用客观赋权方法可以减少评价者的主观成份，具有更大的客观性和科学性。本文在确定权重时，将两种方法有机结合，准则层较容易从主观上把握，因此采用层次分析法；指标层指标数量较多，主观难于把握，采用熵值法。

2.4 综合评价模型

综合评价值的计算是在求出权重的基础上，用处于最末端指标中的某项指标的无量纲效用值乘以该指标对目标层的相应权重，用下列公式表达：

(2)

式中：Y为土壤环境承载力总得分；Pi为第i个指标的效用值；Wi为第i个指标对目标层的权重。

3 评价过程

3.1 指标权重

根据上面建立的评价指标体系，对研究区土壤环境承载力水平进行评价研究。各指标的权重值如表2所示。其中指标层的随机一致性比例CR=0.053<0.1，具有较好的一致性。

从指标层来看，环境容量指数对土壤环境承载水平的影响最大，人均GDP、第二产业产值比重等要素对结果影响相对较小，这与现实情况也是相符的。人口密度、人口自然增长率、人均GDP、第二产业比重、工业“三废”排放强度、化肥使用强度、农药使用强度、生活污水排放量、生活垃圾排放量、万元GDP能耗、公路客运强度等13指标与土壤环境承载力呈负相关，环境容量指数、土壤肥力指数、环保投入占GDP比例、重点污染源工业废水排放达标率、工业固废弃综合利用率、城市生活污水处理率、城市生活垃圾无害化处理率等7个指标与土壤环境承载力呈正相关。

表2 指标体系权重分配

3.2 数据标准化及综合评价

评价中指标因子，环境容量指数由6种重金属的静态环境容量值标准归一化得到，土壤肥力综合指数由土壤肥力综合指数标准归一化得到，其他各指标值由统计年鉴数据标准归一化得到。由各指标权重与各县市数据归一化值乘积得到各地区土壤环

表3 研究区土壤环境承载力评价指标标准化结果

4 评价结果

根据黄三角地区各县市土壤环境承载力综合得分情况，本次研究制定5个承载力等级见表4。

通过对黄三角地区土壤环境承载力综合评价，如表5所示可知，在评价的19个县市中，邹平县、高青县、无棣县、庆云县土壤环境处于较弱承载力状态；利津县、寒亭区、河口区处于较强承载力状态；昌邑市处于强承载力状态；其他大部分县市处于中等承载力状态(图2)。

表4 研究区土壤环境承载力评判标准

表5 研究区土壤环境承载力综合评价各县市排名

图2 土壤环境承载力评价分区

(1)土壤环境处于较弱承载力状态的区域。处于较弱承载力的地区为邹平县、高青县、无棣县、庆云县。其中邹平县、高青县压力项目层排名最低，邹平县人口密度大、工业经济增长快速，第二产业比重大，工业烟尘、工业废水和工业固体废弃物排放强度高，城市生活污水和生活垃圾排放量也较大，这些因素综合起来对土壤环境承载力施加了很大压力。高青县同样人口密度较大，工业烟尘和工业废水排放强度最大，工业固体废弃物排放强度也较大，同时交通方面公路客运量大。同时，邹平县和高青县状态项目层排名也较低，土壤重金属环境容量较低。无棣县和庆云县状态项目层排名最低，由于其环境容量指数小，即现状土壤污染严重，土壤环境中重金属静态环境容量低，导致其综合承载力较低。

(2)土壤环境处于中等承载力状态的区域。研究区19个县市中有11个县市处于中等承载力状态。滨城区、东营区压力和响应项目层排名低，滨城区压力方面，第二产业比重较高，工业烟尘、工业废水和工业固体排放强度较高，生活污水和生活垃圾排放量较高，万元GDP能耗高；响应方面，环保投入较少。东营区压力方面，人口自然增长率较高、生活污水和生活垃圾排放量大。以上因素对土壤环境承载力施加了一定压力。

博兴县状态项目层排名低，土壤环境容量指数小，土壤重金属污染较严重。广饶县状态和响应项目层排名略低，主要受环保投入少、土壤肥力和环境容量指数一般的影响。阳信县、莱州市响应项目层排名最低，阳信县环保投入少、城市生活垃圾无害化处理率低，莱州市受工业废物综合利用率低影响。沾化县状态层得分较低，受环境容量指数影响，土壤重金属含量略高。寿光市压力层排名低，主要受化肥、农药使用强度大影响，其次人口密度较大、工业三废排放强度较大，生活污水、生活垃圾排放量大，公路客运强度高。乐陵县、垦利县、惠民县各项目层排名整体一般，其中垦利县响应项目层排名较低，受环保投入少的影响；乐陵市虽然工业废水排放达标率和城市垃圾无害化处理率低，但由于环保投入多，导致其响应层排名处于中等水平。

(3)土壤环境处于较强承载力状态的区域。利津县、寒亭区、河口区土壤环境承载力处于较强状态。利津县压力、状态项目层排名较高，但响应层排名略低，主要受环保投入少的影响。寒亭区状态层排名高，但压力层排名略低，受人口密度大、工业三废排放强度较高影响。河口区压力、状态层排名高，但响应层排名很低，受环保投入少影响。

(4)土壤环境处于强承载力状态的区域。昌邑市土壤环境承载力处于强承载力状态，各项目层排名均较强，状态层排名最高，由于其环境容量指数最高，即土壤受重金属污染程度最轻，同时土壤肥力综合指数较高。

5 土壤环境保护对策

黄三角洲高效生态经济区土壤环境承载力以中等区为主，面积合计15 632.2km2，占土地总面积的59.3%；土壤环境承载力较弱区为区内最弱水平，面积为4 561.7 km2，占土地总面积的17.3%。针对土壤环境存在的问题提出以下对策：

(1)积极防治土地污染。对重金属污染严重的无棣南部、庆云县以及黄河三角洲南部一线范围进行集中治理，促进地区产业结构升级，限制、减少形成污染源的工业活动用地，预防开发建设对生态环境可能造成的不利影响。在土地利用总体布局中，将污染源与生活、农业生产用地进行适当隔离。积极调整农用地布局，避免重度污染的土地继续用于粮食生产。采取积极措施治理已污染土地，逐步提高土地自净能力。

(2)控制化肥农药使用强度。黄河三角洲地区近年每年各种农药使用量高达1×107～1.2×107kg，化肥年使用量5.2×108～5.5×108kg，大量农药和化肥的使用，严重破坏力土壤生态环境，并造成了一定次生污染。鉴于此，要加强农药废弃物的回收转换，政府可根据地方实际情况制定相关政策，鼓励企业和个人回收利用农药废弃物，推广农业新技术，逐渐减少化肥农药使用强度，改善农田环境。

(3)加大对生活及工业废弃物的治理力度。研究区居民生活消费水平不断提高，生活垃圾产生量也随之升高，大量的生活垃圾如果不及时处理，容易通过向下渗透造成土壤表层污染，尤其是庆云、乐陵、阳信、无棣等地区生活垃圾处理率较低，建议加大环保投入，提高生活垃圾处理率；黄河三角洲高效生态经济区特色农业是发展重点，工业发展要以“新型生态工业”为主，通过抓工业结构调整、清洁生产来实现黄河三角洲地区工业污染物的消减，按照谁污染谁负担的原则进行专业管理及分区治理。

总之，土壤环境系统是一个开放系统，要从各方卖共同努力才能提高其承载能力，为发展高效生态农业、维持良好人居环境等提供良好平台载体。

[1]国家发改委.黄河三角洲高效生态经济区发展规划[R].2009.

[2]李念春，彭玉明，赵振华，等.黄河三角洲地区资源环境承载力评价与区划[R].济南: 山东省地矿工程勘察院， 2015．

[3]郭秀锐，杨居荣，毛显强.城市生态系统健康评价初探[J].中国环境科学，2002，22(6):525-529.

[4]李玉平，蔡运龙.河北省土地生态安全评价[J].北京大学学报：自然科学版，2007，43(6):784-788.

[5]李静，李子君，吕建树，等.聊城市土地生态安全评价[J].水土保持通报，2011，31(2)：198-202.

[6]计琳， 赵林，方东明.基于土壤环境承载力的郑州市经济发展模式研究湖南农业科学[J].湖南农业科学，2012，(5)：41-43.

[7]周涛，息朝庄，戴塔根，等.湖南长沙城市土壤地质环境综合评价[J].广东微量元素科学，2008，15(6)：32-38.

[8]焦立新.评价指标标准化处理方法的探讨[J].安徽农业技术师范学院学报，1999，13(3):7-10.

[9]唐宽金， 郑新奇.济南市农用地集约利用水平10年变化研究[J].农机化研究，2008，(5)：10-15.

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Comprehensive Evaluation Based on Soil Environment Carrying Capacity PSR Model:A Case Study in Yellow River Delta Efficient Ecological Economic Zone

LINian-chun

(Shandong Geology and Mineral Resources Engineering Investigation Institute,Jinan,250014,China)

According to the bearing capacity of soil environmental evaluation system which is based on PSR conceptual model,to establish the Yellow River Delta efficient ecological economic zone by using entropy method to determine the index weight,the study focuses on analysis of soil environment carrying capacity .The results showed that:soil environmental conditions overall has better environmental carrying capacity to moderate area,accounting for 59.3 percent of the total land area.In a weak bearing capacity of the area to the west of Zouping County,Gaoqing,Wudi County and Qingyun,four administrative regions,the reasons are mainly due to higher population growth rates,emissions from large industrial pollutants and heavy metals in soil.The weak bearing capacity area exists.Finally,relevant suggestions are put forward based on characteristics of these districts.

PSR model;Soil environmental carrying capacity;entropy method;Yellow River Delta efficient

10.3969/j.issn.1009-4210.2016.05.017

2015-11-26；改回日期：2016-09-13

中国地质调查局全国资源环境调查综合研究专项资金资助项目(1212011120080)

李念春(1981—)，男，工程师，从事土地利用、水工环等研究。E-mail：532201305@qq.com

F301

A

1009-4210-(2016)05-117-09