基于DPSIR模型的济南市土地生态安全评价

李 凌

（山东农业工程学院国土资源与测绘工程学院，山东 济南 250100）

土地生态系统是生态系统的重要组成部分，土地生态安全是生态环境保护及区域生态文明建设的基础[1]。随着社会、经济快速发展，土地开发利用程度不断加大，对土地生态安全造成了一定的威胁，通过构建合理的土地生态安全评价指标体系，选用合适的评价方法对区域土地生态安全进行评价，有利于掌握区域土地生态安全状况及变化趋势、影响土地生态安全的因素，并提出保障土地生态安全的措施，对保障区域土地生态系统处于安全状态，促进土地可持续利用、区域生态文明建设具有重要意义。

1 研究区概况

济南市位于山东省中部，山东省省会，地理位置介于北纬 36°01'至 37°32',东经 116°11'至 117°44'，面积10244平方公里。南依泰山，北跨黄河，地处鲁中南低山丘陵与鲁西北冲积平原的交接带上，地势南高北低。济南市因泉水而闻名，被称作“泉城”，南部山区树木茂盛，景色秀丽，是济南的后花园。济南地处中纬度地带，属于温带季风气候。年平均气温13.8℃，无霜期178天，年平均降水量685毫米。

根据第七次人口普查数据，截至2020年11月1日零时，济南市常住人口为9202432人。2019年，济南地区生产总值9443.37亿元，比上年增长7.0%。三次产业构成为3.6：34.6：61.8。人均地区生产总值106416元，增长5.7%。

2 济南市土地生态安全评价

2.1 土地生态安全评价指标体系构建

DPSIR模型是在经济合作和发展组织（OECD）与联合国环境规划署 （UNWP）提出的PSR模型的基础上发展演化而来，是在生态环境系统中广泛使用的评价指标体系[2]。概念模型包括驱动力（DrivingForce）、压力（Pressure）、状态（State）、影响（Impact）、响应（Response）五大方面[2]。 土地生态安全评价所选取的指标要立足于自然、经济和社会各方面。基于DPSIR模型，按照科学性、全面性、层次性、区域性、可操作性原则，本文结合济南市土地生态现状，参考国内外学者研究成果[1-9]，以土地生态安全评价综合指标作为目标层，以土地生态驱动力、压力、状态、影响、响应作为准则层，从自然、经济、社会三方面的因素选取了17个指标构建指标层。济南市土地生态安全评价指标体系见表1。

表1 济南市土地生态安全评价指标体系

指标体系中分为正向、负向指标，正向指标代表了正向的土地生态安全趋向，其值越大越安全;负向指标代表了逆向的土地生态安全趋向，其值越大越不安全[4]。

2.2 指标安全基准值确定

土地生态安全评价指标基准值确定的方法主要有国际、国内与行业标准值法、相对值法、借鉴值法、理想值法等，本文在确定指标基准值时优先采用国际、国内或相关行业已经制定或颁布的具体标准；没有标准的，采用相对值、借鉴值和理想值标准。具体见表1。

2.3 指标实际值确定

收集济南市土地生态评价指标2008—2018年数据，确定各评价指标的实际值。研究数据主要来源于《济南市国民经济和社会发展统计公报》（2008—2018 年）、《济南市统计年鉴》（2009—2019）、济南市调查年份相关的土地利用变更数据及济南市生态环境局发布的相关数据，其中部分数据通过查找《山东省统计年鉴》《中国统计年鉴》中的相关数据转换计算得来。济南市土地生态评价指标实际值见表2。

表2 2008—2018年济南市土地生态评价指标实际值

2.4 指标标准化处理

因选取的评价指标不具有统一量纲和单位，无法直接比较，利用极差标准化方法，分正向指标和负向指标分别进行标准化处理，从而消除各指标间的量纲差异，使其具有可比性[4]。标准化公式如下：

Xij为指标标准值，xij为第i年的第j项指标的实际值，xmax为第j项指标实际值的最大值，xmin为第j项指标实际值的最小值。

济南市土地生态评价指标标准化值见表3。

表3 2008—2018年济南市土地生态评价指标标准化值

2.5 指标权重确定

指标权重的确定方法有主观赋值法和客观赋值法，主要有AHP层次法、优序图法、熵值法、CRITIC权重法、因子分析法、主成分分析法。本文采用熵值法对土地生态评价各指标权重进行确定。首先将各个指标的原始数据进行标准化，计算各指标的比重，计算各指标的信息熵及信息熵冗余度，然后计算其权重。指标比重、熵值、信息熵冗余度、权重具体计算公式如下：

计算得到的济南市土地生态安全评价指标权重见表4。

表4 济南市土地生态安全评价指标权重表

从计算出的权重结果可知，对土地生态安全影响较大的指标有污水处理率、人口自然增长率、人均耕地面积、工业固体废弃物处置利用率、森林覆盖率。

2.6 计算指标生态安全指数

当评价指标为正向指标时，指标实际值大于指标基准值时，指标生态安全指数为1；指标实际值小于指标基准值时，指标生态安全指数为实际值与基准值的比值。当评价指标为负向指标时，指标实际值小于指标基准值时，指标生态安全指数为1；指标实际值大于指标基准值时，指标生态安全指数为实际值与基准值比值的倒数。

其中，Yij为第i年的第j项指标的安全指数，xij为第i年的第j项指标的实际值，Cj为第 j项指标的基准值。

济南市土地生态安全评价指标生态安全指数见表5。

表5 2008—2018年济南市土地生态安全评价各指标安全指数

2.7 计算指标生态安全分值

利用综合指数法确定土地生态安全分值，计算公式如下：

（1）单项指标安全分值：Tij=Yij×Wj

Tij为第i年的第j项指标的安全分值，Yij为第i年的第j项指标的安全指数，Wj为第j项指标的权重。济南市土地生态评价各指标的安全值见表6。

表6 2008—2018年济南市土地生态安全评价各指标安全分值

Ti为第i年的土地生态安全分值，Tij为第i年的第j项指标的安全值。济南市2008—2018年度土地生态安全分值见表7。

表7 济南市2008-2018年土地生态安全评价安全分值

2.8 土地生态安全等级划定

土地生态安全综合分值为0～1，参考国内外相关专家学者的已有成果，将土地生态安全划分为五个等级，等级划分分值标准见表8。济南市2008—2018年土地生态安全综合分值在0.8286—0.8895之间，根据土地生态安全评价等级标准，济南市土地生态安全等级处于较安全等级。

表8 土地生态安全评价标准等级划分

3 土地生态安全评价结果分析

3.1 济南市生态安全状态趋势及影响因素分析

分析2008-2018年济南市土地生态安全分值可知，2008年土地生态安全状况最低，2008—2013年间土地生态安全整体呈上升趋势，上升的原因有每公顷耕地化肥使用量下降、森林覆盖率不断提升、农民人均可支配收入增加、第三产业GDP占比提高、污水处理率和工业固体废弃物处置利用率提高。2014年土地生态安全状况有所下降，主要原因为人口自然增长率提高、年降水量少。2015年土地生态安全状况最好，从2015年向后又呈下降状态，下降的主要原因是人口自然增长率加大、城镇化水平提高、人均粮食产量下降。

图1 济南市土地生态安全状况趋势图

3.2 济南市土地生态安全各个子系统结果分析

分析2008—2018年济南市土地生态系统驱动力、压力、状态、影响和响应分值可以看出：土地生态系统驱动力分值从2008—2013年相对平稳，2014年后处于整体下降趋势，主要原因为人口增长和城镇化水平提高。土地生态系统压力分值从2008年开始整体呈小幅上升趋势，主要原因为GDP增长率和单位土地面积化肥施用量下降。土地生态系统状态分值2008—2013年小幅上升，2014年因降雨量减少而下降，2015年上升到最高点，2016—2018年有所下降。土地生态系统影响分值2008—2016年整体基本呈上升趋势,2017—2018年略有下降，主要为人均粮食产量下降。土地生态系统响应分值2008—2018年整体基本呈上升趋势，主要表现为第三产业GDP占比、人均公园绿地面积、污水处理率和固体废弃物处置利用率不断提升。

图2 济南市土地生态安全指标分值变化图

4 结论与建议

4.1 结论

通过选取济南市土地生态安全评价指标，利用熵值法确定各指标权重，并利用综合指数法确定济南市土地生态安全综合分值，根据土地生态安全评价标准，划分土地生态安全等级。通过分析得出，济南市土地生态安全等级自2008年以来尚处于较安全级，但每年生态安全综合分值有所变化，2008年土地生态安全状况最低，2008—2013年间土地生态安全整体呈上升趋势，2014年土地生态安全状况有所下降，2015年土地生态安全状况最好，从2015年向后又呈下降状态。影响济南市土地生态安全综合分值的因素主要有人口自然增长率、GDP增长率、污水处理率、森林覆盖率、农民可支配收入、第三产业GDP占比等。

4.2 建议

通过分析评价结果，济南市生态安全等级如果想长期保持较安全或安全等级，必须控制人口自然增长率、GDP增长率，提高森林覆盖度、农民人均可支配收入、污水处理率，提升第三产业GDP占比。具体做法如下：

（1）保持适度人口自然增长率和GDP增长率。根据国家统计数据显示，2008—2018年全国的平均人口自然增长率为4.69‰，济南市为5.57‰；2016—2018年三年全国平均人口自然增长率为4.16‰，济南市为7.96‰，明显高于全国平均水平，同时2016—2018年济南市三年平均人口自然增长率为2008—2013年的平均人口自然增长率3.53‰的两倍。为了土地生态可持续性，未来济南市人口自然增长率不应增长过快。GDP增长速度过快必然造成生态安全压力，济南市应围绕黄河流域生态保护和高质量发展、新旧动能转换等重大国家战略，在生态优先前提下，加快推进新旧动能转换，推动高质量发展。

（2）加大环保治理和造林力度。加强污水源头处理和工业固体废弃物处置利用；大力做好植树造林，打造黄河沿岸生态绿廊和南部山区水源涵养生态林。

（3）加快推进乡村振兴，提高农民可支配收入水平。充分依托济南市农业资源优势和高校、科研部门技术优势，加快建设现代农业产业园、田园综合体项目、农产品研发与加工项目、农产品电商基地，加大农村集体产权制度改革，不断提高农民可支配收入水平。

（4）高质量促进第三产业发展。济南市作为省会城市，虽然近几年第三产业GDP占比不断提高，2018年突破了60%，但在全国省会城市第三产业GDP占比排名相对靠后，2020年第三产业GDP占比在省会城市中排名第十五位，仍有较大的上升空间。济南市今后应加大工业项目引进，把经济发展底盘做大做强，优先发展信息传输、软件和信息技术服务，金融业，商业服务业，科学研究和技术服务，教育、文化、教育和娱乐等第三产业，提升自身软实力，加大竞争力。