基于PSR模型—熵权法的土地生态安全时序评价——以衡阳市为例

张楚楚，王鹏，熊平生，张玉

(衡阳师范学院 城市与旅游学院，湖南 衡阳 421002)

土地资源作为一个自然—经济—社会复合资源生态系统，是人类生存与社会发展的基础。经济快速增长、城市化进程加快、人口膨胀问题等导致了人类对于土地资源的需求愈烈，一些不合理的土地利用方式暴露出潜在的土地生态安全问题。人类生产活动不可避免的对生态环境施加“压力”，而过度的“压力”就会导致生态环境“状态”的恶化，影响到人类的生存。为了防止土地生态环境继续恶化、保护珍贵的土地资源，人类开始寻求提升土地生态环境质量的办法，研究人类如何从经济、社会以及政策等方面对生态环境做出“响应”，这也就是PSR模型的基本理论框架[1]。本文以衡阳市为例，运用熵值法，选用PSR模型，选取了衡阳市的森林覆盖率、污水处理率等20个指标，计算出了衡阳市2007年到2018年的土地生态安全综合值，并对其进行一个整体量化评价与动态研究，为衡阳市土地资源的可持续利用提供一些参照意见。

1 研究区概况[2]

衡阳市位于湖南省中南部，湘江中游，现辖五县二市五区，总面积15 310 km2，是湖南省第二大城市。衡阳市属中亚热带季风湿润气候，四季分明，水热充足，早涝灾害发生频率高。衡阳市境内矿产资源富集，是全国“有色金属之乡”。衡阳市产业基础雄厚，是全国26个老工业基地之一。衡阳市总人口739万人，2018年全市实现地区生产总值3 046.03亿元，按可比价计算，比上年增长8.3%。经济快速发展，影响着土地的生态安全。

2 数据来源与评价方法

2.1 数据来源与指标体系

本文数据主要来源于《湖南统计年鉴》、《衡阳市统计年鉴》、《衡阳统计信息网》、《湖南省环境状况公报》、《衡阳市政府公报》、《衡阳市统计公报》等[3]。

本文运用PSR模型,考虑了影响土地生态安全的各种因素，借鉴了国内关于构建土地生态安全评价指标体系的已有成果，选取了20个指标构建出构建出衡阳市土地生态安全评价指标体系(表1)。指标的选取以2007-2018年衡阳市的土地资源现状、社会经济发展条件为研究对象,根据指标体系选取的完整性、综合性、系统性、以及数据获取的可得性原则，根据其实际情况分为目标层、准则层和指标层三个维度，运用PSR模型来评价衡阳市土地生态安全性[4]。

表1 衡阳市土地生态安全评价指标体系

在表1中，结合指标对衡阳市土地资源生态安全的影响，将指标划分为正向指标和负向指标，正向指标表达为“+”说明该指标有正向的影响，其指数越大说明该指数对土地生态安全状况影响越有利，其中正向指标有15个，分别是森林覆盖率、人均生产总值、污水处理率等；负向指标表达为“-”表示该项指标的影响属性为消极，负向指标值越大，表示该指数对土地生态安全的影响越消极，其中负向指标有5项，分别是人口密度、人口自然增长率、城镇登记失业率等。

2.2 指标数据的标准化处理

数据的标准化是指选取极差标准化而对指标进行标准化处理形成研究区即衡阳市n年m个指标的原始数据矩阵。

公式中：Xij表示每项指标标准化后的值(其中i=1,2,3...,n;j=1,2,3...,m)；Xj：表示第i年第j个指标的值；Xjmin，Xjmax分别表示第j个指标的最大值与最小值。

数据标准化处理后的矩阵数据表格(表2)：

2.3 指标权重的赋值

指标权重法运用客观赋值法中的熵权法确定，避免了赋值的主观性与不准确性，提高精度和客观性。根据熵权法的理论，首先计算出m个评价对象，n个评价指标的熵。

定义Pij为第j项指标下第i个被评价的指标比重，指标熵值为ei，采用公式：

式中：当Pij=0时Pijln Pij=0；在指标熵值确定后，第i个指标的熵权Wi可根据下列计算公式来确定：

经过一系列计算得到指标权重(表2)

2.4 衡阳市生态安全综合指数

通过上述计算过程与步骤,对各评价指标进行的标准化处理以及指标权重计算,由公式(6)得到土地生态安全综合值(表3)。

在上述公式中，V评价区域的综合评价值；Wi表示每个指标的权重值；Xij为表示每个指标的标准化值；其中i=1,2,3...,n;j=1,2,3...,m。

表2土地生态安全指标标准化数据

表3 2007—2018年衡阳市土地生态安全综合指数

表4 2007—2018年衡阳市土地生态安全评价等级[5]

3 结果分析

3.1 土地生态安全评价标准划分

本文结合衡阳市生态环境特点与土地生态安全程度，参考其他相关著作和资料，确定了该城市土地生态安全评价的划分标准。根据该市土地生态安全评价综合值将城市土地生态安全评价划分为5级。土地生态安全值越高，则表明土地生态安全等级越高；反之，如果土地生态安全值越低，则说明该地区土地安全等级越低(表4)。

3.2 衡阳市土地生态安全综合评价

由表3和图1可知，2007年-2018年衡阳市的土地生态的安全水平属于整体上升的趋势，土地生态安全程度从不安全等级逐渐转变为安全等级，说明此12年内衡阳市土地生态安全健康状态在不断地提升。但这10年各安全等级都有出现，以不安全等级和较不安全等级为主，只有2017和2018年处于安全等级。其中土地生态安区综合值以2007年的0.298 0的不安全等级为起点，到2013年以前一直属于较不安全和不安全等级，到了2014年达到临界安全等级，说明从这一年开始衡阳市土地生态状况开始往健康的方向发展，直到2017年达到了0.765 3，2018年达到最高值0.839 2，均为安全等级。

原因分析：由于12年来衡阳市经济的快速发展，财政实力有所进步，各权重因子如农林牧渔业总产值从2007年的328.52亿元增长到2018年的582.04亿元；地区生产总值从2007年的823.51亿元提升到2018年的2 046.03亿元；国内旅游总收入从2007年的41.42亿元上升到2018年的643.33亿元；产品结构优化升级，第一二三产业的增长值分别从192.44亿元、347.69亿元、286.68亿元攀升到337.01亿元、1 023.59亿元、1 685.43亿元，第一产业农业的基础地位不减弱，以工业为主的第二产业快速发展，第三产业也得到蓬勃发展；在环境保护领域取得的成效也很显著，如森林覆盖率从2007年的44.67%上升到2018年的59.82%；污水处理率从2007年的24.42%优化到2018年的91%。

(1)土地生态压力P指标

由图2可知，从2007-2018年中衡阳市土地的生态安全压力呈波动递减再上升趋势，说明衡阳市的土地生态安全状况正在逐渐好转。第一阶段：从2007年至2010年，土地生态压力P指标呈下降趋势；第二阶段：从2010至2013年，压力P指标呈平稳变化；第三阶段：从2013年至2018年，土地生态压力P指标呈现逐年增加的趋势。

原因分析：人口密度从2007年的467人/km²上升2013年的524人/km²再减到2018年的477人/km²；人口自然增长率从2007年的5%到2012年的7.96%再减到2018年的5.18%，从2013年开始人口密度和自然增长率的减小，适当减轻了对环境的压力；其中人口密度与人口自然增长率下降的主要原因是2012年开始衡阳市政府推行了流动人口计划生育管理服务。耕地面积由2007年的3.492×105hm2上升到2018年的4.502×105hm2，农林牧渔业总产值从2007年的328.52亿元上升到582.04亿元，城镇化率从2007年的41.22上升到53.61等这些指标的上升导致生态环境承载压力的逐渐增加，P指标的走向开始上扬。虽然其中也有个别指标如城镇登记失业率趋于稳定，变幅不大，对整体影响不大。

(2)土地生态状态S指标

由图3可知,衡阳市的生态安全状态指标从2007到2018年各土地生态安全状态指标呈波动上升趋势。第一、第二、第三产业增加值、人均财政收入与地方财政总收入、旅游总收入、森林覆盖率等等指标都起着重要作用，森林覆盖率的增加有效改善了衡阳市的土地生态安全情况。

原因分析：2008到2009年，S指标下降的原因在于从2009年开始森林覆盖率的减少，2009年衡阳市的森林覆盖率位于12年最低，从2009到2014年森林覆盖率基本无波动。由于2015年《中华人民共和国环境保护法》的颁布，政府号召人们环保意识增强，积极种树育林，从2015年起，森林覆盖率呈提升趋势。从2009年至2018年土地生态压力S指标呈现不断上升的趋势。

(3)土地生态响应R指标

由图4可知,从2007到2018年中衡阳市土地生态响应指标整体呈波动上升趋势，第一阶段：从2007年至2009年，土地生态响应R指标呈现下降趋势，12年中，2009年的R指标值达到所有年限中的极点最小值；第二阶段：从2009到2013年，呈现了波浪式稳定的局面，说明该5年内各项指标稳定；第三阶段：从2013年到2018年，其中2014年达到一个小高峰，2018年成为这12年内的最大值。

原因分析：总的来看，从2007年到2018年衡阳市土地的生态响应R各指标基本呈逐年匀速递增状态，其中扰动幅度稍大的属于2014年，但是总体趋势平滑上升；究其原因，响应模型所选指标较少，一个数据的波动很容易引起整体趋势的走向，2014年达到小高峰的主要原因为该年的空气质量达标天数相较于相邻两年较为突出，而建成区绿化面积也是在2014年突增，而建成区绿化覆盖面积与污水处理率等指标则一直处于增长态势。根本原因在于2013年我国的政策导向，制定了一系列环保政策，如《大气污染防治行动计划》，《中共中央关于深化改革若干重大问题的决定》等，明确提出加强生态文明建设，加强大气污染的防治，加大综合治理等等，有效减少了土地资源的环境承载的压力，即对土地的压力大大减小。

图1 土地生态综合值PSR指标曲线

图2 土地生态压力状态P指标曲线

图3 土地生态安全状态S指标曲线

图4 土地生态安全状态R指标曲线

3.3 衡阳市土地生态安全结果分析

(1)前7年衡阳市的土地生态安全情况不容乐观。从2007年到2013期间，生态安全综合指数从0.298 0提升到0.411 3，各项指标皆呈上升趋势，但生态安全等级基本处于不安全等级和较不安全等级；这表明人类活动对土地资源施加压力，同时试图减轻扰动土地资源的生态安全干扰程度，表明人类已逐渐认识到生态安全的重要性，努力使它朝着一个有利的方向发展。衡阳市从2007年到2013年的7年时间内土地生态质量有所提高，区域的经济正在发展，三大产业的增加值、地区生产总值、旅游总收入、固定资产投资总量、城镇绿化覆盖率等各项指标均呈大致波动上升趋势。但相比后5年的程度较小。从起点的不安全程度来看,土地生态安全水平仍处于不乐观的状态。

(2)后5年土地生态安全状态明显好转并不断健康发展。从2013年到2018年期间，土地生态安全综合值快速增长，由2013年综合值为0.411 3增长为2018的0.839 2，这与人口自然增长率、绿地覆盖面积、耕地面积所占比重的动态变化等有密切关系，表明该段时期衡阳市土地生态安全状态明显好转。各项指标的整体波动上升，其中个别指标数量下降，但不影响总的趋势，表明衡阳市近5年的土地压力系统没有增压，而状态系统与响应系统的反响较好。第三产业所占比重上升，维护土地安全能力增强，可更好地提高土地生态安全水平。随着经济和科技的进步，衡阳市引进了高科技设施用于工业“三废”的处理与净化，废水废渣废气的排放量逐步减少，达标率显著增高，土地得到了有效的保护。在政府的宣传教育下，人们的环保意识有了明显进步，人们回收利用旧电池，缓解了土地重金属污染程度。大中小企业及个人纷纷转为使用可降解产品，塑料使用率有明显减少的趋势，这使衡阳市土地的生态安全指数提升不少。

4 结论与建议

本文运用PSR模型构建了衡阳市土地安全生态的评价指标体系，根据时间序列对衡阳市的土地生态安全进行了综合评价，从2007年到2018年，衡阳市的生态安全等级从不安全等级到安全等级，说明该地区的生态安全状况有明显好转，根据研究结果提出以下几点对策：

(1)加强对衡阳市林地和草地等的保护，努力维持衡阳市的生态平衡。明确并坚守生态保护的一条临界线，建立健全生态保护红线保护机制；立法维护，坚决禁止滥砍乱伐现象；注意对环境的实时监控，在环境和发展之间做到统筹协调；科学规划，实现土地集约利用；完善城乡基础设施，始终把绿色发展、健康发展牢记于心。

(2)控制人口增长，优化人口年龄结构，提高人口素质，缓解人地突出的矛盾[6]。衡阳市的可利用土地资源有限，人口的快速增长导致该区域土地资源的供需之间失去平衡，会导致土地承载力和土地生态系统的压力剧增；人口数量的持续增长是导致土地资源紧张的直接原因，不能忽视土地对生态环境产生的压力，良好的土地生态安全状况也会推动经济、社会向前发展。

(3)发展绿色循环经济，优化三次产业的结构。合理利用自然资源和区位优势，提高农业水平；完善农业设施配套，防止土地资源污染；应将重点企业有计划地转移，对重工业的产业格局进行优化升级；控制石油化工等高污染产业对环境造成的污染和破坏。

(4)因地制宜，根据土地的不同特点，采用不同土地利用方式。在城市化进展过程中，耕地用地与林地用地等农用地逐渐被建设用地所代替，衡阳城市中心土地内部结构逐渐由多元化向单一化转变。政府和企业应该学会因地制宜，根据土地的差异性采用不同的土地利用方式。

(5)加大生态安全环境保护上的资金投入，加大对土地生态安全的宣传和教育。建立土地利用规划评价体系与土地生态系统长效治理机制,加强有效管理与规划治理；构建一个以政府为主导、企业协同、多方积极参与、全民自主行动的环境保护综合规划格局[7]。