汪雨琴 余敦 劉慶芳
摘要:在尋求經(jīng)濟最大化的同時,對土地、資源、生態(tài)、環(huán)境等進行保護以使社會經(jīng)濟處在可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài),而對土地生態(tài)安全進行評價并為其提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和研究方向。運用專家咨詢法和壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型構(gòu)建評價指標(biāo)體系,結(jié)合層次分析法和熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重,使用逼近理想點排序法對2004—2012年間神農(nóng)架林區(qū)及其壓力-狀態(tài)-響應(yīng)等3個子系統(tǒng)的土地生態(tài)安全狀況進行研究與分析。結(jié)果顯示,神農(nóng)架林區(qū)的土地生態(tài)狀態(tài)在2004—2008年呈波動下降趨勢,2008—2012年呈上升趨勢。就各子系統(tǒng)而言,壓力層于2004—2008年急劇下降,2008—2012年回升,狀態(tài)層呈“W”形,2007年達(dá)到頂峰,2006年和2008年為谷底;響應(yīng)層波動上升。影響評價結(jié)果的指標(biāo)因素主要有單位面積化肥施用量、第一產(chǎn)業(yè)增長速度、人均GDP、城市生活污水處理率、工業(yè)污染治理項目投資額等。通過對神農(nóng)架林區(qū)的土地生態(tài)安全進行評價和研究,可為神農(nóng)架林區(qū)的平衡持續(xù)發(fā)展提供理論參考。
關(guān)鍵詞:TOPSIS方法;土地生態(tài)安全評價;壓力層;層次分析法;熵權(quán)法;神農(nóng)架林區(qū);生態(tài)文明建設(shè)
中圖分類號: X821 文獻標(biāo)志碼: A 文章編號:1002-1302(2017)19-0285-04
收稿日期:2016-08-10
基金項目:國家自然科學(xué)基金(編號:41561107);江西省自然科學(xué)基金(編號:20151BAB203039);江西省教育廳科技項目(編號:GJJ13263);江西農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)研究基金自由申請項目。
作者簡介:汪雨琴(1995—),女,江西樂平人,碩士研究生,主要從事土地資源管理研究。E-mail:1768815643@qq.com。
通信作者:余 敦,博士,副教授,主要從事土地資源管理研究。E-mail:jxauyd@163.com。 土地生態(tài)安全評價研究是土地資源管理和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的一項重要研究課題,是生態(tài)安全的重要組成部分[1]。充分且集約節(jié)約的利用資源會帶來經(jīng)濟效益,而與此同時若造成對資源的過度利用以及對環(huán)境的過度破壞則會導(dǎo)致經(jīng)濟發(fā)展的不可持續(xù)性[2]。因此,在保證經(jīng)濟、資源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展條件下尋求資源的最大化利用以及維持環(huán)境破壞度在其自我修復(fù)限制值內(nèi)具有十分重要的研究意義。通過土地生態(tài)安全評價,能夠相對科學(xué)全面地評價人類活動對土地生態(tài)安全的影響,從而更好地推動生態(tài)文明建設(shè)[3]。有許多學(xué)者以不同區(qū)域為例,運用不同的模型和方法對此進行評價與研究。葉達(dá)等運用正態(tài)云模型以寧夏孫家灘國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)為例對半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)進行評價[4];畢安平等運用壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(pressure-state-response,PSR) 模型對朱溪河流域的生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)進行研究[5];劉小波等基于改進的SPA方法對四川省樂山市進行研究[6];榮慧芳等基于熵權(quán)物元模型以皖江城市帶研究區(qū)域展開了研究[7];肖玲等基于生態(tài)壓力指數(shù)以江西省為對象進行研究[8];羅文斌等運用物元分析法以浙江省杭州市為例進行了評價和分析[9]。在上述研究的基礎(chǔ)上,本試驗采用逼近理想點排序法(technique for order preference by similarity to ideal solution,TOPSIS)對湖北省神農(nóng)架林區(qū)進行土地生態(tài)安全評價研究。神農(nóng)架林區(qū)于1970年建制,屬湖北省管轄,境內(nèi)森林覆蓋率超過85%,是著名的旅游景區(qū),面臨著經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護的矛盾和壓力[10]。TOPSIS是多屬性決策的一種方法[11],通過各年份與正理想解(各年份中最理想的目標(biāo)值)和負(fù)理想解(各年份中最不理想的目標(biāo)值)的距離來計算土地生態(tài)安全狀況值。本研究選取了單位面積化肥施用量、城鎮(zhèn)化水平、人口密度等17個指標(biāo),通過PSR方法和指標(biāo)數(shù)據(jù)可獲取性構(gòu)建了指標(biāo)體系,對神農(nóng)架林區(qū)的土地生態(tài)安全進行評價,以期為神農(nóng)架林區(qū)的生態(tài)文明建設(shè)提供有益參考。
1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源
神農(nóng)架坐落在湖北省西部,轄5鎮(zhèn)3鄉(xiāng),地跨31°15′~31°75′N、109°56′~110°58′E,總面積3 253 km2,其中林地占85%以上,近幾年森林覆蓋率甚至超過90%。2014年戶籍人口為79 248人,男女性別比為114.4 ∶100,城鎮(zhèn)化率為4735%,地區(qū)生產(chǎn)總值為20.24億元,其中第三產(chǎn)業(yè) 10.18 億元,占比達(dá)50.3%,旅游發(fā)展、生態(tài)保護、民生保障是當(dāng)?shù)孛媾R的3項重點工作。本研究所涉及的數(shù)據(jù)來源于2004—2012年的神農(nóng)架林區(qū)統(tǒng)計年鑒,指標(biāo)可分為原始指標(biāo)和計算指標(biāo)。原始指標(biāo)如森林覆蓋率等直接由查閱統(tǒng)計年鑒獲得,計算指標(biāo)如第三產(chǎn)業(yè)比重[12]等由統(tǒng)計年鑒中的指標(biāo)計算得出。
2 研究方法
2.1 PSR模型法
PSR模型法是目前比較主流的構(gòu)建評價指標(biāo)體系的方法之一,該指標(biāo)相對更偏向于人類活動和社會經(jīng)濟的影響[13]。最初由加拿大統(tǒng)計學(xué)家提出,后由OECD(經(jīng)濟合作與發(fā)展組織)和UNEP(聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署)[14-15]用于研究環(huán)境問題。該模型的系統(tǒng)、靈活和可操作性使得其在生態(tài)環(huán)境評價研究中被普遍應(yīng)用[12]。
2.2 Yaahp軟件層次分析法
層次分析法由美國運籌學(xué)家Saaty所提出[16],是一種偏主觀的賦權(quán)方法,其原理是:先把問題按照相互包含的關(guān)系建立幾個層次,然后逐層對同一層次的要素兩兩進行比較,一致性檢驗通過后,再計算確定各指標(biāo)在該層的權(quán)重,并結(jié)合上一層的權(quán)重確定最終權(quán)重[17]。Yaahp是一款輔助層次分析法的軟件,輸入數(shù)據(jù)后,軟件會自動檢驗一致性并且輸出計算結(jié)果。在節(jié)省時間和人力的同時[18],保證計算的正確性。
2.3 熵權(quán)法
熵權(quán)法的基本原理是:通過一系列的計算來確定指標(biāo)變異性的大小,并以此來代表該指標(biāo)在所有指標(biāo)中的權(quán)重[19]。本研究運用熵權(quán)法的步驟為:(1)把指標(biāo)中的負(fù)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為正指標(biāo),負(fù)指標(biāo)是指數(shù)值越大、生態(tài)安全狀況值越小的指標(biāo),正指標(biāo)則相反。本研究絕對數(shù)x采用倒數(shù)法(100/x),相對數(shù)x使用差值法(1-x)。endprint
(2)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。用i指代指標(biāo)、j指代年份,xij表示第j個年份的第i個指標(biāo)的值。由于負(fù)指標(biāo)已經(jīng)轉(zhuǎn)化為正指標(biāo),因此標(biāo)準(zhǔn)化處理后,有
2.4 TOPSIS分析方法
TOPSIS是一種經(jīng)典的多屬性決策方法,首先被Hwang和Yoon用來研究多屬性決策問題,現(xiàn)已在各種領(lǐng)域被廣泛運用。本研究的操作步驟為:(1)歸一化處理。設(shè)某一決策問題的決策矩陣為A,其元素為fij,則
3 土地生態(tài)評價指標(biāo)體系的構(gòu)建
3.1 構(gòu)建指標(biāo)體系
本研究使用PSR模型構(gòu)建指標(biāo)體系,從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個方面通過專家咨詢法構(gòu)建出8個二級指標(biāo)、17個三級指標(biāo)。該體系有3個層次(表1),其中在壓力層下分為人口壓力、社會經(jīng)濟壓力和環(huán)境壓力3個二級指標(biāo),下面又分有人口密度、城鎮(zhèn)化率等6個三級指標(biāo);狀態(tài)層下分為環(huán)境狀態(tài)、資源狀態(tài)、經(jīng)濟狀態(tài)3個二級指標(biāo),下面又分有森林覆蓋率、人均耕地面積等5個三級指標(biāo);響應(yīng)層下分為經(jīng)濟響應(yīng)和環(huán)境治理響應(yīng)2個二級指標(biāo),下面又分有農(nóng)民人均純收入、工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率等6個三級指標(biāo)。
3.2 確定權(quán)重
本研究結(jié)合定量的熵權(quán)法和偏定性的層次分析法來確定權(quán)重,具體操作方法為:首先計算出2種方法下各自的權(quán)重值,然后求其平均值,以此作為最終的權(quán)重(表1)。 表1 神農(nóng)架林區(qū)土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系
目標(biāo)層準(zhǔn)則層A準(zhǔn)則層B指標(biāo)層C權(quán)重屬性土地生態(tài)安全土地生態(tài)壓力人口壓力人口密度(人/km2)0.064 -人口自然增長率(‰)0.031 - 社會經(jīng)濟壓力城鎮(zhèn)化率(%)0.035 - 經(jīng)濟密度(萬元/km2)0.057 + 環(huán)境壓力單位面積化肥施用量(kg/hm2)0.104 - 有效灌溉面積占耕地面積(%)0.077 + 土地生態(tài)狀態(tài)環(huán)境狀態(tài)森林覆蓋率(%)0.084 + 資源狀態(tài)人均耕地面積(hm2/人)0.058 + 經(jīng)濟狀態(tài)人均GDP(元)0.048 + 第一產(chǎn)業(yè)增長速度(%)0.034 + 第三產(chǎn)業(yè)占比(%)0.037 + 土地生態(tài)響應(yīng)經(jīng)濟響應(yīng)第三產(chǎn)業(yè)增長速度(%)0.050 + 農(nóng)民人均純收入(元)0.054 + 環(huán)境治理響應(yīng)工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率(%)0.063 + 工業(yè)用水重復(fù)利用率(%)0.059 + 城市生活污水處理率(%)0.065 + 工業(yè)污染治理項目投資額(萬元)0.080 + 注:“+”“-”分別表示指標(biāo)與目標(biāo)呈正相關(guān)或負(fù)相關(guān)。
4 結(jié)果與分析
4.1 神農(nóng)架林區(qū)生態(tài)安全評價分析
利用上述TOPSIS按步驟計算出神農(nóng)架林區(qū)的S1、S2、C值,根據(jù)計算得出的神農(nóng)架林區(qū)土地生態(tài)安全評價結(jié)果(圖1),可直觀看出,C值的總體趨勢是波動上升。2004—2006年C值一直是下降的,2007年小幅反彈,2008年落至2004—2012年的最低值,2008—2011年一直增長,但增長速度呈遞減趨勢,2012年增長強勁,增長速度、增長數(shù)量和土地生態(tài)安全狀態(tài)都居2004—2012年之最。S1在 2012年急劇減小,S2在2012年急劇增加,2012年C、S2等2個指標(biāo)的值均居2004—2012年之首。S2在2004—2011年間波動變化較S1更為明顯,它與C值的變化趨勢相同。這表明在2004—2011年間,相對于S1,S2對C值的貢獻率更大。在2004—2011年間,2008年的S2最小,為0.02,2008年最接近負(fù)理想解。
4.2 各子系統(tǒng)生態(tài)評價
神農(nóng)架林區(qū)各子系統(tǒng)生態(tài)安全狀況如圖2 所示。
4.2.1 壓力層 壓力層的C值大致為2004—2008年急劇下降至最低值,2008—2012年回升。導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因有2個:一是人口方面。人口增長率在2004—2008年間大致呈增長態(tài)勢,2008年到達(dá)頂峰,為0.45%;2009—2012年急劇降至不到 0.2%。二是環(huán)境方面。2008年單位面積化肥施用量達(dá)到頂峰339.45 kg/hm2。人口增長率在2004—2012年間
始終低于同年全國人口增長率;而單位面積化肥施用量(化肥施用強度)雖于2004—2007年保持在150 kg/hm2以下,但自2008年達(dá)到頂峰時期的339.45 kg/hm2以來,2008—2012年均高于255 kg/hm2,高于國家生態(tài)縣建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)安全值 200 kg/hm2。
4.2.2 狀態(tài)層 狀態(tài)層的C值趨勢大致呈“W”形。2007年達(dá)到頂峰,2006、2008年為谷底,2008—2012年是回升狀態(tài)。其中,2007年C值到達(dá)頂峰主要是因為該年的第一產(chǎn)業(yè)增長速度為17.9%,遠(yuǎn)高于其他年份,2008—2012年平穩(wěn)回升主要是因為人均GDP逐漸增長。說明當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的增長能帶動狀態(tài)層的C值好轉(zhuǎn)。
4.2.3 響應(yīng)層 響應(yīng)層的生態(tài)安全狀況為波動上升,以2012年的急劇增大最為顯著,這主要是因為2012年城市生活污水處理率和工業(yè)污染治理項目投資額增加幅度非常大。這體現(xiàn)出當(dāng)?shù)卣畬Νh(huán)境治理的重視,帶動響應(yīng)層的生態(tài)安全狀況逐漸好轉(zhuǎn)。而響應(yīng)層的指標(biāo)權(quán)重占比最高,貢獻率最高,兩者帶動神農(nóng)架林區(qū)的生態(tài)安全狀況值在2012年急劇增長。
5 結(jié)論與討論
本試驗以湖北省神農(nóng)架林區(qū)作為研究區(qū)域,構(gòu)建神農(nóng)架林區(qū)土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系,然后運用TOPSIS方法對原始數(shù)據(jù)計算,并從總體層次和壓力狀態(tài)響應(yīng)3個二級層次對計算結(jié)果進行分析。結(jié)果表明,就各子系統(tǒng)而言,壓力層于2004—2008年急劇下降,2008—2012年回升;狀態(tài)層呈“W”形,2007年達(dá)到頂峰,2006、2008年為谷底;響應(yīng)層波動上升。在總體層次上,土地生態(tài)安全狀況于2004—2008年波動下降,2008—2014年逐漸回升,且趨勢明顯。國家和地方政府對環(huán)境治理的重視和投入明顯推動了土地生態(tài)安全狀況的逐步回升,而波動下降的制約點主要在于單位面積化肥施用量等指標(biāo),這些指標(biāo)在今后推進生態(tài)文明建設(shè)中須要得到重視。endprint
本研究結(jié)果與當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況基本相符,且與利用TOPSIS研究其他區(qū)域?qū)W者的研究結(jié)論[23-25]相似,證明使用TOPSIS來研究土地生態(tài)安全評價是可行的。本研究指標(biāo)的選取和其數(shù)據(jù)主要來源于統(tǒng)計年鑒,部分指標(biāo)局限于其數(shù)據(jù)的不可獲取而無法參與到評價過程中,可能導(dǎo)致指標(biāo)體系的不健全。本試驗主要參考其他學(xué)者對其他區(qū)域的研究,而神農(nóng)架林區(qū)與其他區(qū)域略有不同,它屬于旅游區(qū)。本研究并沒有考慮這個特殊性,這也是今后的研究方向。
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