基于PSR模型的袁州区土地生态安全评价

曹丽萍，罗志军*，段美儿，冉凤维

(1.江西农业大学 国土资源与环境学院，江西 南昌 330045；2.江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室，江西 南昌 330045；3.江西同致土地规划勘测设计有限公司，江西 南昌 330038)

基于PSR模型的袁州区土地生态安全评价

曹丽萍1,2，罗志军1,2*，段美儿3，冉凤维1,2

(1.江西农业大学 国土资源与环境学院，江西 南昌 330045；2.江西省鄱阳湖流域农业资源与生态重点实验室，江西 南昌 330045；3.江西同致土地规划勘测设计有限公司，江西 南昌 330038)

土地生态安全是区域可持续发展的重要保证。针对袁州区土地资源的利用状况和所面临的主要生态问题，应用改进的PSR模型框架，构建了袁州区土地生态安全评价指标体系，并引入相对熵理论计算贴近度的方法确定权重，采用综合指数模型，计算了该区域2005～2014年的土地生态安全综合分值。结果表明：2005～2014年区域土地生态安全整体水平逐渐提高，安全级别由临界级改善至良好级，但土地生态安全问题仍然严峻。另外，土地生态内部压力不协调，应从根本上减少土地生态压力。

土地生态安全；PSR模型；相对熵理论；贴近度；袁州区

土地资源是人类赖以生存的重要条件之一，是一切生产和生活的必要条件，土地资源具有两重性，自然属性和社会经济属性[1]。受人类活动的影响，土地资源属性发生了改变，土地的生态结构和功能不断下降，进而引起生态系统退化，这正是普遍存在的全球性问题，使得土地生态安全逐渐成为各级政府及国内外专家学者所关注的热点。土地生态安全是指在一定的区域内，土地生态系统在受到外界不同程度的干扰或胁迫下始终能保持自身生态健康，且能够满足人类所需的社会经济效益和生态效益[2-3]。指标体系的选择是土地生态安全评价的核心。目前，大多数研究采用PSR模型来构建指标体系。本文将对PSR模型的指标体系做了一定的改进，P(压力)将从环境、人口和经济3个方面筛选指标，S(状态)从环境、和经济3个方面筛选指标，R(响应)具体从经济和政策3个方面筛选指标。并从“原因-效应-反应” 3个方面，清晰反映出生态安全状况变化之间的因果关系和变化过程，使指标体系的构建更加科学合理。土地生态安全评价的难点之一就是如何科学合理地确定指标的权重，在已有研究中，大部分确定权重的方法都是单一赋权法，极少数是组合赋权法[4]，但其科学合理性有待商榷。为此，本研究将引入相对熵理论计算贴近度的方法，以科学合理地确定权重。

本文以江西省宜春市袁州区为例，构建了基于改进的PSR模型的袁州区土地生态安全评价指标体系和评价模型，对该区域2005～2014年的土地生态安全状况进行评价，在此基础上探讨了提升土地生态安全的对策，以期为袁州区环境、社会和经济的可持续发展提供参考。

1 研究区域概况

袁州区属江西省宜春市市辖区，是宜春市的政治、经济、商业、教育、文化、交通中心，地处东经113°54′～114°37′，北纬27°33′～28°05′，东连分宜，西接上栗、芦溪，南临安福，北界万载、上高和湖南省浏阳市，现辖9个街道、16个镇、6个乡，土地总面积2532.36 km2，总人口约106.23万人，实现地区生产总值209.83亿元。袁州区南西北三面地势较高，边缘多山环抱，中东部较低，丘陵广布，间有狭窄河谷平原，属亚热带季风性湿润气候。受自然环境以及人类活动对土地资源的影响，袁州区易发生洪涝灾害，水土流失频繁，土地退化严重，土地生态承载力降低。

2 基于PSR模型的土地生态安全评价方法

2.1 PSR模型

土地生态安全是实现社会可持续发展的核心，安全的生态系统能促进人类的生存和发展。依据PSR模型来构建土地生态安全评价指标体系，从可持续发展角度对土地生态系统安全进行评价，不但有助于改善当地土地质量和生态环境，而且对社会经济的发展、城镇化进程起着巨大的推进作用。目前，PSR模型广泛应用于资源环境保护[5-7]、可持续发展评价[8]、城市土地集约利用[9]等方面。PSR模型能较好地反映土地生态安全的内涵，阐明因人口增加和人类活动的影响，通过给自然环境和社会经济施加压力(P)，从而改变了自然资源、环境和社会经济的状态(S)，继而影响决策者、管理者和使用者针对当前状态采取一定的政策和经济措施来做出响应(R)；PSR模型从“原因-效应-反应”3个方面，清晰反映出生态安全状况变化之间的因果关系和变化过程，为区域环境保护和可持续发展对策的制定，奠定了基础。

2.2 指标权重确定

主观赋值法是根据决策者对指标的认知程度来确定权重，具有很强的主观意识，可能偏离实际情况；客观赋值法确定权重太过依赖实际的问题域，通用性和决策人的参与性较差，甚至可能出现与实际理论经验相悖。因此，采用组合权重能更加科学合理地反映出指标层对目标层的相对重要程度。本文选取主观赋值的层次分析法和客观赋值的标准离差法这2种方法的组合权重作为最终权重，即：

(1)

式(1)中，wi为第i项指标的组合权重，ρj为第j种赋权法的组合权重系数，wji为第j种单一赋值法中第i项指标的权重。

组合权重系数可用贴近度来表示，某一种赋权法的贴近度计算值越小，所对应的组合权重系数就越大。采用相对熵理论来计算贴近度，从熵的角度构造各指标权重之间距离的目标函数，并对目标函数进行优化，可得出目标权重V(v1,v2,…,vi)，即与各单一赋权法取得权重最相近的指标权重。优化目标函数Y如下：

(2)

计算每种赋权法权重wji和目标权重V的贴近度t[wji,v]，然后根据贴近度计算2种赋权法的组合权重系数：

(3)

贴近度用欧氏距离表示：

2.3 数据标准化处理

为了让各项指标具有可比性，必须统一指标的不同量纲，对每项原始指标进行标准化处理。具体的无量纲标准化模型如下：

假设xij(i=1,2,3,…,10;j=1,2,3,…,17)为第i年第j项指标的实际值，yij为第i年第j项指标的标准化数值，Nj为第j项指标的安全值，nj为第j项指标的恶劣值。

(1)对于正向指标：

(4)

(2)对于逆向指标：

(5)

2.4 土地生态安全综合分值计算

根据每个指标的最终权重和标准化之后的数值，采用综合指数法，计算袁州区土地生态安全综合分值，其模型见公式(6)。

(6)

在式(6)中，Si表示第i年的土地生态安全综合分值，wj表示第j项指标的权重值，yij为第i年第j项指标的标准化数值，综合评价值Si在[0,1]之间，其中S值越大，则该区域的土地生态越安全，反之，S值越小，则说明该区域的土地生态安全状况越差。

2.5 土地生态安全等级评判标准

结合袁州区土地生态安全现状，借鉴前人的研究成果[11-13]，将土地生态综合安全分值划分为5个等级，分别为Ⅴ级，恶劣级(0～0.15分)；Ⅳ级，敏感级(0.15～0.25分)；Ⅲ级，临界级(0.25～0.55分)；Ⅱ级，良好级(0.55～0.80分)；Ⅰ级，安全级(0.80～1.00分)。

3 土地生态安全评价过程及结果分析

3.1 数据来源

对于袁州区土地生态安全的评价，其原始数据来主要来源于袁州区2005～2014年国民经济和社会发展统计公报、2005～2014年统计年鉴、2005～2014年土地利用变更数据等资料。

3.2 评价指标体系构建及临界值的确定

考虑袁州区的实际情况，对指标的选取从自然、环境和社会等方面着手，并遵循系统性、实用性、全面性、独立性和数据可获性原则。依托PSR模型，通过压力-状态-响应指标框架[10-14]构建了目标层、准则层和指标层，包括压力指标体系、状态指标体系和响应指标体系3个子系统共17个指标的土地生态安全评价指标体系。

通过查阅文献资料[15-16]，包括已有的国际公认值、全国平均值、地区平均值，综合考虑袁州区生态环境现状，并在相关专家的建议下，对部分指标的临界值进行了修正，本文所选用的指标安全临界值见表1。

表1 袁州区土地生态安全评价指标体系及临界值

3.3 权重的计算

本文运用层次分析法和标准离差法的组合权重来确定最后的权重，通过式(2)和式(3)计算得到的组合权重系数ρ分别为0.5882、0.4118。层次分析法的权重向量为(0.0656，0.0410，0.0410，0.0246，0.0205，0.1189，0.0984，0.0704，0.1152，0.0384，0.0704，0.0256，0.0999，0.0324，0.0486，0.0243，0.0648)；标准离差法的权重向量为(0.0389，0.0511，0.0300，0.0270，0.0343，0.0729，0.0667，0.0272，0.0358，0.0300，0.0478，0.0883，0.0701，0.0506，0.1279，0.1440，0.0574)；最后由式(1)得到最终权重为(0.0546，0.0452，0.0365，0.0256，0.0262，0.1000，0.0853，0.0526，0.0825，0.0349，0.0611，0.0514，0.0876，0.0399，0.0812，0.0736，0.0618)(图1)。

3.4 土地生态安全评价结果分析

由式(6)计算得出了袁州区2005～2014年土地生态安全综合分值，并对综合分值进行安全等级评判(表2)。

图1 层次分析法和标准离差法的权重及最终权重

3.4.1 压力安全评价 由表2可知，袁州区2005～

2014年土地生态压力分值总体上呈现缓慢上升的趋势，其中人口压力分值处于下降状态，主要原因为该区域老龄化严重，出生率居高不下，人口不断增加。环境压力分值也处于下降状态，表明人类对自然环境的干扰增加。如人均耕地面积由2005年的0.0581 hm2/人减少至2014年的0.0518 hm2/人，单位耕地面积农药使用量、单位耕地面积化肥使用量分别由14.09、307.77 kg/hm2增加至17.54、308.36 kg/hm2；经济压力分值处于持续上升状态，数据表明，农民收入结构从单一逐渐变为多元，不再主要依赖于单一的农业生产活动，且城镇化率也在持续上升。土地生态压力分值由2005年的0.1455分上升至2014年的0.1828分，总体上土地生态压力减少，但其内部压力不协调，还应从根本上减少土地生态压力。

表2 袁州区土地生态安全分级评价结果 分

3.4.2 状态安全评价 由表2可知，土地生态状态分值由2005年的0.1138分缓慢上升至2014年的0.1485分，表明袁州区的土地生态现状有所好转。环境状态分值从2010年开始，一直保持在稳定状态，其中袁州区林地面积比重接近安全值，而水域面积却接近于恶劣值，环境状态分值有待提升。资源状态分值基本接近一个稳定值。经济状态分值处于快速增长趋势，单位土地产值和人均粮食产量逐年上升，主要原因是袁州区政府实行的土地复垦和土地整理措施产生了一定的效果，提高了土地产出率。

3.4.3 响应安全评价 由表2可知，土地生态响应分值处于快速增长阶段，2005年袁州区的土地生态响应分值最低贡献率19.21%升至2014年土地响应分值最高贡献率46.37%。从响应分值来看，经济响应分值和政策响应分值均处于快速上升的状态，这也反映了袁州区近10年来社会经济的快速发展。人均GDP、农民纯收入和第三产业所占比重不断上升。同时，也正是由于人民生活水平的提高，人民意识到保护环境的重要性；另外有关部门采用一系列措施，保护该区域的土地生态安全，加大对该区域生态环境的重视和投入，袁州区土地生态响应分值才得以快速增长。

3.4.4 综合安全评价 由表2可知，2005～2014年袁州区土地生态综合值处于波动上升状态，反映出袁州区的土地生态安全水平总体逐渐提高。根据土地生态安全等级评判标准，安全级别由Ⅲ级(临界级)改善至Ⅱ级(良好级)，表明受人类活动影响，土地生态系统的结构和功能发生微弱变化，生态系统主要服务功能良好，各类生态压力未超出生态系统自身的承载能力。2013年，安全级别由临界级上升至良好级，至2014年的土地综合分值为0.6177分，更接近于0.55～0.80分良好级的下限。根据2005～2014年袁州区土地生态安全综合分值的变化趋势，今后年份的土地生态安全综合分值仍有可能存在下滑的现象，甚至降至临界级。因此，袁州区的土地生态安全问题仍然严峻。

4 结论与讨论

4.1 结论

2005～2014年袁州区土地生态安全水平波动上升，安全级别由Ⅲ级(临界级)改善至Ⅱ级(良好级)。至2014年土地生态安全综合值最高为0.6177分，更接近于Ⅱ级(良好级)的下限，土地生态安全问题仍然严峻。土地生态响应分值从2005年的最小贡献率上升至2014年的最大贡献率，土地生态综合分值的上升主要得益于土地生态响应分值，而土地生态压力和状态响应的分值有待提升。应做好以下几个方面的工作：(1)严格执行计划生育政策，特别是在二孩政策全面放开之后，要严格执行，严禁超生，合理控制人口增长；加大对耕地的数量和质量保护。(2)严格坚守耕地红线，保障耕地数量。(3)科学施用适量化肥、农药，采取适合的耕作制度，有效地利用土地资源，改善土地质量，提升土地产出率，保持良好的农业生态环境。(4)采取强化水资源管理体系、开辟新的水源工程、加大对污水的处理力度以及节约利用水资源等措施。(5)袁州区水资源短缺，随着社会经济的快速发展，水资源供需矛盾日益显现，截至2014年底，袁州区第三产业占主导地位，产业结构逐渐趋向合理，但仍有一些区位条件好、土地收益高但经济效益低下的本土企业和产业。政府应加强监管力度并定期检查，必要时可通过正规的法律途径要求其搬出该地区，为土地集约利用度高的高新技术产业或者土地利用率高的第三产业腾出土地。

4.2 讨论

(1)运用相对熵理论计算贴近度确定权重的方法和综合指数法研究所得结论符合袁州区实际，然而土地生态安全评价工作比较复杂，涉及面很广，在指标的选取、临界值的确定，以及评价指标体系的构建方面还需进一步改进。

(2)由于数据的局限性，仅从时间上研究该区域的土地生态安全状态变化，若能从空间上对该区域进行研究，将能更好地分析区域的土地生态安全的时空动态变化。

[1] 王秋兵.土地资源学[M].北京：中国农业出版社，2011.

[2] 彭建，吴健生，潘雅婧，等.基于PSR模型的区域生态持续性评价概念框架[J].地理科学进展，2012，31(7)：933-940.

[3] 黄辉玲，罗文斌，吴次芳，等.基于物元分析的土地生态安全评价[J].农业工程学报，2010，26(3)：316-322.

[4] 张升元，于婧，罗洋洋，等.基于物元分析法的武汉市土地资源安全评价[J].湖北大学学报:自科版，2012，34(4)：405-410.

[5] 何新，姜广辉，张瑞娟，等.基于PSR模型的土地生态系统健康时空变化分析:以北京市平谷区为例[J].自然资源学报，2015(12)：2057-2068.

[6] 史永亮，陈亮，王如松，等.基于PSR模型的大丰市城市生态系统健康综合评价[J].环境科学与技术，2008，31(2)：120-123.

[7] 李成，王让会，申双和.基于PSR模型的乌鲁木齐人工增雨环境效应评价[J].环境科学与技术，2014(10)：171-176.

[8] 彭建，吴健生，潘雅婧，等.基于PSR模型的区域生态持续性评价概念框架[J].地理科学进展，2012，31(7)：933-940.

[9] 李国平，李治，张祚.基于PSR框架的城市土地集约利用评价研究:以陕西省为例[J].华东经济管理，2009，23(10)：32-36.

[10] 张军以，苏维词，张凤太.基于PSR模型的三峡库区生态经济区土地生态安全评价[J].中国环境科学，2011，31(6)：1039-1044.

[11] 李睿康，张红侠，刘燕，等.基于PSR模型的商洛市土地生态安全评价[J].江西农业学报，2015，27(7)：91-95.

[12] 罗志军，聂玲玲，陈兵，等.基于PSR模型的江西省耕地集约利用时空变化特征研究[J].江西农业大学学报，2015，37(1)：183-189.

[13] 张红侠，成忠旭，张孝存.基于投影寻踪模型的安康市土地生态安全评价[J]. 江西农业学报，2016,28(11)：94-98.

[14] 杨康,李睿康,张红侠.关天经济区经济增长与城市土地生态安全评价研究[J].江西农业学报，2016,28(1)：109-113.

[15] 李春燕，南灵.陕西省土地生态安全动态评价及障碍因子诊断[J].中国土地科学，2015，29(4)：72-81.

[16] 杨春红，张正栋，田楠楠，等.基于PSR模型的汕头市土地生态安全评价[J].水土保持研究，2012，19(3)：209-214.

(责任编辑：曾小军)

Assessment of Land Ecological Security in Yuanzhou District Based on PSR Model

CAO Li-ping1,2, LUO Zhi-jun1,2*, DUAN Mei-er3, RAN Feng-wei1,2

(1. College of Land Resources and Environment, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China;2. Jiangxi Provincial Key Laboratory of Agricultural Resources and Ecology in Poyang Lake Basin, Nanchang 330045, China;3. Tongzhi Land Surveying and Planning Limited Company of Jiangxi, Nanchang 330038, China)

Land ecological security is an important guarantee for regional sustainable development. Aiming at the utilization situation of land resources and the main ecological problems in Yuanzhou district, the paper constructed an index system for the assessment of land ecological security in Yuanzhou district based on the improved PSR model, introduced the method of calculating close degree by relative entropy theory to determine the weights of various indexes, and used comprehensive index model to calculate the comprehensive score of land ecological security in this district during 2005～2014. The results indicated that: in Yuanzhou district from 2005 to 2014, the general level of land ecological security was gradually improved, and the security level increased from critical level to good level; but the land ecological safety problems in this district were still severe. In addition, the internal pressure of land ecology in this district was not harmonious, thus the land ecological pressure should be radically reduced.

Land ecological security; PSR model; Relative entropy theory; Close degree; Yuanzhou district

2017-03-10

江西省科技重大专项(20114ABG01100)；江西省教育厅科技项目(GJJ150421)。

曹丽萍(1992─)，女，江西九江人，硕士研究生，主要从事土地管理方面研究。*通讯作者：罗志军。

F323.22

A

1001-8581(2017)07-0117-05