基于PSR模型的土地生态安全评价——以淮南市为例

陈广宇

(1.河海大学，江苏南京 210098； 2.河海大学社会稳定风险评估研究中心，江苏南京 211100)

进入21世纪以来，我国城市化进程加速发展，对土地需求量极大，但土地面积在某种程度上是固定不变的，因此对土地进行了高强度的开发与利用，与此同时土地生态环境也遭到严重破坏，造成了土地污染、土地荒漠化以及盐渍化等一系列问题，极大阻碍了我国经济社会的长远发展[1]。2016年国土资源部审议并通过《全国土地整治规划(2016—2020年)》(送审稿)，其中指出保护土地生态环境对于保护我国土地资源、建设生态国土具有重要意义，是生态文明建设的必然选择。在此背景下，如何保护城市土地生态的安全，发挥城市土地潜力，协调人口增长与用地缺乏之间的矛盾，已经成为城市生态建设重点要关注的方向。

土地生态安全一般被理解为由不同类型有机物、无机物构成的土地生态系统不受人类活动的影响或损坏，并且能为人类生存和发展提供长久保障[2]。近年来对土地的生态安全评估，很多专家和学者都提出了自己的意见和看法。纵观这些研究，在研究区域上多是集中在省级层面[3-4]。在研究对象的时空分布上，多是集中在西部[5-6]。在研究方法上多是采用熵权模糊物元、物元分析等方法[7-8]。然而采用压力-状态-响应(pressure-state-response，简称PSR)模型对中部地区以煤炭资源为主要能源消耗城市的土地生态安全进行分析评价的研究不是很多，通过不同子系统的协调度来分析影响土地生态安全变化的研究还比较缺乏，具有较大研究拓展空间。

在深入了解国内土地生态安全评价基本情况的基础上，以安徽省淮南市为例，参考PSR的模型构建适合当地的土地生态安全评价体系，综合利用层次分析法和熵值法对权重进行确定，对淮南市2006—2015年的土地生态安全进行评估分析，为保护土地生态环境、城市长远的发展以及当地土地利用的科学决策提供意见和建议。

1 研究区域简介

淮南市地处安徽省中部、淮河沿岸，地理位置非常优越。地形以淮河为界，淮河以北为平原，地形平坦开阔，以南是低山丘陵，地表起伏不平；气候温和湿润，降水量丰富，年均降水量893.4 mm左右，2015年总人口380万人，面积5 571 km2，研究区域的生产总值(GDP)达788.84亿元，比2014年上升 3.7%。淮南因开采煤炭闻名，煤炭资源十分丰富，已发现63种矿产，煤矿产地488处，煤炭储量高达500亿t，占安徽省总煤炭产量的70%左右[9]。在煤炭资源开采的作用下，土地污染、损坏十分严重，特别是矿区塌陷面积日益增加，据2014年《淮南市采煤塌陷区治理利用规划》，2013年年底，研究区域的塌陷面积约为220 km2，占地面积高达该市总面积的 8.5%，据有关专家预测，淮南市到2020年塌陷面积将达到369 km2。煤炭塌方造成土地存量面积不断缩减，土地生态环境受到严重影响，土地可持续发展面临巨大挑战。因此，对研究区域的土地生态环境评价有着重要的意义。

2 研究方法

2.1 数据来源

数据主要来源于2006—2015年《淮南市统计年鉴》2006—2015年《中国煤炭工业年鉴》、以及2006—2015年《中国城市统计年鉴》和2006—2015年《淮南市环境卫生公报》等资料。

2.2 研究方法

2.2.1 评价指标体系的构建 PSR模型即压力-状态-响应模型，是由经济合作与发展组织(organization for economic co-operation and development，简称OECD)为评估世界不同地域的环境状况提出的，其基本思想是人类通过活动对生态环境施加压力(pressure)，进而改变了环境的状态(state)，人类再根据这些变化进行反应(response)[10]。本研究参考其他学者的研究成果，基于PSR模型，并结合淮南市土地利用基本情况，选取20个指标构建适合当地的评价指标体系(表1)。

2.2.2 指标的同方向化和度量化 不同指标间有着不同的量纲，要对其进行标准化，而且指标的方向也不是完全相同的，指标对评价目标有积极的影响即为正方向指标，反之为负方向指标，为了能将评价指标之间进行分析和比较，必须将其统一在同一量纲和方向下，才能进行评价计算[11]。

式中：mij为标准化的值；max{bij}为第j个指标中的最大值；min{bij}为第j个指标中的最小值。

表1 淮南市土地生态安全评价指标体系

2.2.3 权重确定 指标权重的计算是评价中的一个重要步骤，其确定的好坏直接影响评价结果。当前对于权重的确定，主要类型是主观赋值、客观评估。本研究综合利用层次分析法和熵值法确定权重。

2.2.3.1 层次分析法 层次分析法(analytic hierarchy process，简称AHP)是一种可以充分发挥定量和定性优点的一种决策方法[12]。按照评估的目标建立一个层次分析模型，在决策过程中利用所得信息对评价指标进行量化，随后对一致性进行检验，AHP促进了目标复杂、多样化的决策问题的解决与发展。评价步骤：

首先，构建比较矩阵和求解。将评价指标的因数和因子进行分层，然后对照普通采用的9分位比例标度(表2)对影响集约程度的各项指标进行相对重要性评级，最后依据分级成果构建比较矩阵A(m×n)。

表2 相对重要性的比例尺度

注：量化值取8、6、4、2、1/2、1/4、1/6、1/8为表中相对重要性的中间值。

2.2.3.2 熵值法 熵原是物理学上的概念，后被科学家引用到信息论上，被用来表示信息量的大小，即信息量越大，熵值与其正相关性越大，而权重与其负相关性越小。首先设有m个评价对象，n项评价指标，然后构成数据矩阵Y={yij}m×n。对于某项指标yj，与其对应的指标值yij的差距愈大，该项指标权重愈大[13]。

表3 平均随机指标SI值

评价步骤：第一步，计算第j项指标下第i个评价对象指标值所占的比例，即指标同度量化，公式如下：

第二步，求取各项指标的熵值：

式中：r为评价对象数m对数的倒数，r不为0，并且r=1/lnm。

第三步，求取Cj即指标差异性系数：

Cj=1-e。

对于某一项指标，其Cj愈大，表示指标值的差异性愈大，指标权重越大。

第四步，计算权数：

2.2.3.3 综合权重的确定 综合权重计算公式如下：

式中：Zi为综合权重；Qi、Wi分别为层次分析法、熵值法所求得的权重。计算结果见表4。

表4 淮南市土地生态评价体系权重

2.2.4 评价方法 土地的生态安全是由多因素共同形成的结果，单个指标不能完全反映研究地域的生态安全状态，因此必须在对指标进行同方向化、标准化及权重明确的基础上对研究地域的生态安全进行评估。本研究中评价计算公式如下：

式中：Si为土地生态安全系数；bij为各个指标的标准化值；Zi为综合权重。

2.2.5 评价标准 通过参考其他关于土地生态安全的评价标准，制定符合淮南市的评价标准，将标准分为5个等级，取值范围为[0，1](表5)。

表5 土地生态安全评价等级

3 评价结果与分析

根据上述评价方法和标准，计算出淮南市2006—2015年土地生态安全评价综合指数和不同准则层的评价结果。

2006—2015年，淮南市的土地生态安全程度呈现波动上升的态势(表6)，按照生态安全分级标准(表5)，2006年研究区域土地生态安全处于评价等级中的恶劣级，2007—2010年是敏感级，2012年及以后，研究区域土地资源生态安全状态处于“比较安全”的状态。在一定程度上说明，研究区域的土地生态环境受人类活动影响，生态环境受到破坏，但仍然处于比较安全的状态，土地的生态服务功能尚待开发。本研究从压力、状态、响应3个方面对研究区域土地生态安全进行动态分析。

表6 2006—2015年淮南市土地生态安全评价结果

3.1 压力安全分析

从压力系统安全角度分析，自2006年以来，土地生态压力指数呈波动上升的趋势。从2006年的0.074 86提升到2015年的0.135 80，由此可以看出淮南市土地的生态环境趋于良性发展，由于压力指标作为一个负面型的指标，其值越大，生态压力越小。人类对土地的破坏程度在一定程度上弱化。比如单位面积耕地化肥使用量从2006年的0.129 t/hm2下降到2015年的0.097 2 t/hm2，而且城市化水平也不断的提高，从53.6%上升到67.9%，原因是当地政府在2012年通过了《积极稳妥推进户籍管理制度改革的意见》和《淮南市流动人口服务管理及居住登记暂行规定》，提出积极促进非农业人口进城，放宽并减少在城镇落户的条件，对于进城买房的农户给予政策的支持和补助，有效地推进了当地的城市化进程。总的来说，淮南市土地生态环境得到较大的改观，土地压力在一定程度上得到缓解。

3.2 状态安全评价

从状态系统安全角度来说，状态安全指数由2006年的 0.046 39 上升到2015年的0.273 25。说明淮南市的土地生态安全的状况向好的方面转化。它对综合安全指数的贡献率由2006年的15.3%升高到2016年的38.3%，主要是因为在2006年后当地政府意识到煤炭开采对土地生态环境造成巨大的危害，对工业用地进行重新规划和布局，以煤矿用地为主的工业用地布局得到改善，并在2014年出台《关于加快推进全市小煤矿关闭退出工作的实施意见》，对小型的煤矿进行合并整合，并在2014年年底将该市14个小煤矿全部关闭退出，进一步优化以煤炭为主的工业用地布局，工矿用地占工业用地的比例，从2006年的61.2%降低到2015年的49.8%。采取措施对污染土地进行复垦、生态恢复，淮南市在2015年的土地复垦率达60%，复垦水平不断提高；人均绿地面积也从2006年的11.4 m2/人到2016年的15.76 m2/人，增加了38.25%，绿化水平不断提高。上述举措都极大改善了淮南市土地资源的生态安全现状。

3.3 响应安全评价

从响应系统安全分析，2006—2015年，响应安全系统指数不断上升，从2006年的0.075 78上升到2015年的0.303 91，年均增长率16.67%。说明淮南市意识到土地生态安全的重要性，采取了一些措施改善当地土地的生态环境。经济的快速发展、产业结构优化升级、环保投资力度的加大和政策支持都促进研究区域的土地生态环境不断改善，此外对于以煤炭为主的淮南市来说，采取了一些措施加快循环经济建设，提高煤炭的利用率，在2015年平均采区回收率82.79%，选矿回收率73.92%，煤矸石及粉煤灰综合利用率达到100%，基本在大型煤矿基地实现排放无害化、矿区环境优良化。截至2015年年底，淮北市共实施矿山地质环境保护与治理项目18个，累计治理面积达2 525.94 km2，矿区的环境得到极大的改善。

4 结论和建议

4.1 结论

淮南市是以煤炭为主的能源消耗型城市，土地的生态安全状况对其绿色持续发展有着十分重要的影响。从评价结果来看，2006—2015年，淮南市的土地生态安全程度总体呈现出波动上升的趋势，2006年研究区域的土地生态安全值为 0.207 03，处于评价等级中的恶劣等级，2007—2010年处于敏感等级，2012年开始有明显的改善，位于比较安全等级。利用PSR模型对淮南市的土地生态安全进行分析，能科学全面地反映淮南市土地资源生态安全状况以及变化情况。但指标体系受主客观影响，仍不完善，而且缺乏对社会效应和环境反馈机制的研究。

4.2 建议

4.2.1 完善法律，提高民众的环保意识 完善法律法规，为土地生态安全的保护提供保障。同时，利用多渠道加强环保宣传，如利用报纸、电视、微博、微信等方式对土地生态安全的重要性进行宣传，使土地生态安全的保护意识深入人心。

4.2.2 大力推进对工矿废弃用地的复垦工作 政府在对被煤矿开采破坏、污染的土地进行复垦或生态恢复时，要依据不同地区的条件和特点，采取不同复垦方式进行复垦开发，同时在复垦资金筹集时，可以采取政府和社会资本合作(public-private partnership，简称PPP)模式筹集资金，充分利用不同主体的力量，进一步加强对工矿废弃用地的复垦，提升利用土地的效益。

4.2.3 加大对环境的保护与治理 企业要提高自身的创新能力，促进公司经济结构的升级与优化，制定科学的排污标准，严格控制工业的“三废”排放，提高资源利用效率，推进有机肥和低残留农药的研发和使用，减少耕地的污染。

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