基于PSR模型的土地利用系统健康评价r——以银川市为例

基于PSR模型的土地利用系统健康评价r——以银川市为例范丽娟;田广星
【摘要】土地利用系统健康评价为土地资源的可持续利用提供了理论依据和现实指导,是土地资源管理的一项紧迫任务.构建了"压力-状态-响应"(PSR)模型的土地利用系统健康评价体系,运用熵值法和灰色关联度法对2006—2015年银川市土地利用系统健康进行了评价.结果表明,银川市土地利用系统健康综合指数从2006年的0.4505增加至2015年的0.5259,城市土地利用系统健康状况总体上呈现不断改善的发展态势;健康综合指数与系统压力、系统响应关联度最高,与系统状态的关联度相对较低;从单项指标来看,健康综合评价指数与城市化水平、人口增长率的关联度高,与地均GDP、城镇居民人均可支配收入的关联度相对低.城市土地利用系统健康状况的提高必须要依据土地利用系统健康的综合评价结果,结合研究区的现状特点,进一步转变其经济增长方式,加大环境治理力度,进而持续改善土地利用系统的健康状况.
【期刊名称】《宁夏工程技术》
【年(卷),期】2017(016)004
【总页数】5页(P372-376)
【关键词】银川市;土地利用系统;PSR模型;熵权法;灰色关联度
【作者】范丽娟;田广星
【作者单位】宁夏大学资源环境学院,宁夏银川 750021;宁夏大学资源环境学院,宁夏银川 750021
【正文语种】中文
【中图分类】F301
随着社会经济的不断发展，人地矛盾问题日益显著，土地资源的可持续利用备受关注，土地利用系统健康状况成为国内外学者研究的热点问题[1]。

土地利用系统健
康以社会的可持续发展为目的，不断促进其经济、生态以及社会效益的和谐统一。

开展土地利用系统健康评价研究，对于提高土地利用系统健康状况、保障国家生态安全、促进社会经济可持续发展具有重要的理论意义和现实指导。

目前，对于土地利用系统健康状况的研究内容主要侧重于土地利用系统健康的基本内涵、土地利用系统健康的综合评价、土地利用系统健康的影响因素等方面。

张小虎[2]等运用三
角模型定量方法对土地利用系统健康状态及趋势进行分析。

刘宝涛[3]等构建DPSIR框架，结合TOPSIS算法与障碍度模型综合诊断吉林省2000—2013年土
地健康状况及障碍因子。

在土地健康评价方法上，有层次分析法、多指标综合评价法、土地健康位理论、集对分析模型、模糊综合评判法、三角模型、TOPSIS方法、寻踪投影模型、物元分析法[4—8]。

总的来看，有关土地利用生态系统健康状况评价的研究相对而言还不够成熟，其评价指标的选取较多地偏重于生态环境方面，很少考虑经济活动以及人类活动对于土地利用系统健康状况所产生的影响。

鉴于此，本研究在PSR（Pressure-State-Response）模型的基础之上，构建银川市土地
利用系统健康评价的指标体系，同时引入熵权法和灰色关联度法对银川市2006—2015年土地利用系统健康状况进行综合分析。

本研究方法和研究结果可为银川市土地的科学管理和规划利用提供参考依据。

1 研究区概况与数据来源
银川市位于宁夏回族自治区北部的宁夏平原中部，地域范围在105°45′E～
107°00′E、37°20′N～39°00′N，东、西与内蒙古自治区毗邻，南与青铜峡市接壤，北与平罗县相邻。

现辖三区两县一市（即兴庆区、金凤区、西夏区、永宁县、贺兰县和灵武市)，是整个自治区的经济、政治以及交通中心。

据2015年统计，银川
市年末常住总人口219.11万人，区划面积为9 025.38km2，其中市区面积2 310.53km2。

银川市在社会经济高速发展的同时，出现了诸如水土流失、土地污染、土地质量退化等一系列的问题，对土地生态系统健康状况产生了一定的影响。

因此，采用科学的评价方法对该地区土地利用系统健康状况进行评价，对于促进土地资源的可持续利用具有重要的意义，同时也是银川市社会经济发展的重要课题。

研究数据主要来源于《宁夏统计年鉴（2007—2016）》、《银川市统计年鉴（2007—2016）》、《银川市国民经济与社会发展统计公报（2006—2015）》、《土地利用变更调查报告（2006—2015）》等资料，部分缺失数据通过插补方法和简单计算获得。

2 研究方法
2.1 评价指标体系构建
压力-状态-响应（pressure state response，PSR）模型最早由加拿大统计学家Rapport和Friend于1979年提出，之后被联合国环境规划署（UNEP）和经济
合作发展组织（OECD）改进成主要应用于世界环境状况评价模型[9]。

此模型中
的3个不同系统之间相互影响和制约，充分展现出环境压力和环境变化之间的一
系列因果关系，其中，P代表了人类活动对土地资源的压力，S代表了压力对土地质量状态的影响，R代表了社会对这些影响的响应。

该模型重点反映了人地关系，综合了社会、经济和环境等各个因素，因此，本研究借助PSR框架模型，可以建
立一个相对健全的评价指标体系。

参考相关文献[10—13]，从PSR模型出发，结合研究区的地域特点，遵循指标选
取的系统性、科学性、代表性、可获得性和可比性等原则，构建了土地利用系统健
康评价指标体系（表1）。

表1 银川市土地利用系统健康评价指标体系准则层因素层指标层指标释义熵权值社会经济发展压力城市化水平（%）X1（+）GDP 增长率（%）X2（+）固定资产投资增长率（%）X3（+）城镇人口/总人口当年GDP增量/上一年GDP总量投资增量/上年投资总量系统压力（P）0.486 0 0.025 9 0.024 2 0.021 6人口压力人口自然增长率（%）X4（-）人口密度（人/km2）X5（-）当年增长人口/上一年户籍人口市区常住人口/建成区面积0.030 9 0.026 4土地利用压力土地垦殖率（%）X6（+）土地利用率（%）X7（+）建设用地（万 m2）X8（-）建设用地比例（%）X9（-）耕地面积/土地总面积农用地和建设用地和/土地总面积—建设用地规模/建成区面积0.041 4 0.055 6 0.224 0 0.035 9社会经济发展状态人均GDP（元/人）X10（+）城镇居民人均可支配收入（元/人）X11（+）恩格尔系数（%）X12（-）农民人均纯收入（元/人）X13（+）当年GDP总量/当年总人口反映城镇居民的收入状况—反映农民的收入状态0.032 0 0.031 9 0.031 2
0.040 1系统状态（S）0.306 0土地集约利用状态0.049 8 0.033 2 0.014 9
0.026 6资源环境状态城市绿化率（%）X18（+）城市污水排放量（万 t/a）X19（-）地均 GDP（万元/km2）X14（+）人均建设用地（m2/人）X15（-）人均拥有城市道路面积（m2/人）X16（-）人均公园绿地面积（m2/人）X17（+）当年GDP总量/建成区面积建设用地面积/市区常住人口道路面积/市区常住人口城市公园绿地/市区常住人口城市绿地/建成区面积包括工业排放和生活污水排放0.015 7 0.030 7政策管理响应城市维护建设资金支出（万元/km2）X20（+）城市维护建设资金投资/建成区面积 0.044 3环境保护响应系统响应（R）0.208 0工业废水排放总量（万 t）X21（-）城市生活污水处理率（%）X22（+）生活垃圾无公害化处理量（万 t）X23（+）环境污染治理投资额（万 t）X24（+）—污水处理量/污水排放总量——0.027 3 0.039 7 0.037 0 0.059 7
2.2 评价模型的建立
2.2.1 数据标准化处理由于各个指标具有不同的量纲及单位，为了消除量纲及单位对于评价结果可靠性的影响，需要对各个指标进行标准化处理。

式中：Xij和Xij′分别表示指标的原始值和标准化值，max（Xj）和 min（Xj）分
别表示第 j项指标的最大值和最小值。

2.2.2 指标权重的确定为了有效避免主观赋值法带来的一系列偏差，选择采用熵值法来确定指标权重。

熵值法作为一种经典的客观赋权法，其指标的离散度越大，熵值越小，指标的权重就越大，反之权重越小[14]。

（1）计算熵值。

设有m个指标，n个被评价对象，把第i个指标的熵值定义为Ei，则
（2）计算差异性系数。

将第i个指标的差异性系数定义为ei，则
（3）确定指标的权重。

将第i个指标的权重定义为Wi，则
式中：Wi的值应满足。

经计算得出银川市土地利用系统健康评价指标权重见表1。

2.2.3 评价综合指数的确定依据指标标准化后的矩阵Xij′={Xij′}m×n 和指标权重矩阵 Wi={Wi}m，采用线性加权的方法得出研究区域的土地利用系统健康综合指数
模型为
式中：S代表土地利用生态健康综合指数；X ij′为标准化的指标值；Wi为熵权值。

经计算得出，银川市土地利用系统健康评价综合指数见表2。

2.2.4 评价标准划分本研究在参考相关研究成果[15—17]的基础之上，结合研究区实际状况，将土地利用系统健康级别划分为以下5个等级，详见表3。

表2 银川市土地利用系统健康评价综合指数年份 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015压力指数 0.346 9 0.335 1 0.328 0 0.377 0 0.330 8 0.337 3 0.242 3 0.187 6 0.125 3 0.105 4状态指数 0.059 0 0.071 7 0.123 2 0.139 5 0.162 1 0.193 7 0.198 9 0.195 7 0.227 1 0.253 1响应指数 0.044 6 0.031 7 0.020 3 0.019 2 0.073 6 0.074 3 0.106 8 0.127 3 0.147 2 0.167 5综合指数 0.450 5 0.438 5 0.471 5 0.535 7 0.566 6 0.605 3 0.548 0 0.510 6 0.499 6 0.525 9
表3 土地利用系统健康分级判断标准综合指数（0.8～1.0]（0.6～0.8]（0.4～0.6]（0.2～0.4]（0～0.2]健康级别健康亚健康临界状态不健康病态
2.3 土地利用系统灰色关联度分析
灰色关联度法是依据变量间发展趋势的相似性来寻求各个子系统之间的数量关系，从而确定影响因子在整个评价系统中的重要性[18]。

灰色关联系数的计算公式为
式中：ξoi为关联系数；Δ（min）和Δ（max）分别代表参考序列与比较序列差值绝对值的最小值与最大值；Δo i（K）是数据点差值的绝对值；ρ指分辨系数，通常取ρ=0.5。

关联度的计算公式为
式中：ri为灰色关联度，灰色关联度越大，表明两者的几何曲线形状越接近，关联性越好。

3 结果与分析
基于PSR模型，结合上述研究方法，测算银川市2006—2015年土地利用系统健
康的变化趋势和各影响因子与综合指数的关联程度，包括综合评价结果、分类指标评价结果和各影响因子与综合指数的关联度大小。

3.1 综合评价结果
图1反映了银川市的土地利用系统健康综合指数、压力指数、系统指数和响应指数随年份的变化情况。

从整体上看，除了压力指数曲线外，其他3个指数曲线均呈现出上升的趋势。

2006—2015年综合指数从2006年的0.450 5提高到2015年的0.525 9，年均增长率为1.73%，这说明银川市土地利用系统健康状况呈现了逐年改善的态势。

依据系统健康分级标准（表3）可知，2006—2010年间综合指数从0.450 5上升到0.566 6，银川市土地利用系统健康处于临界状态；2011年城市土地利用系统健康综合指数增加至0.605 3，土地利用系统健康等级转至亚健康状态；2012—2015年健康综合指数呈现出波动趋势，土地健康状态维持在临界水平。

银川市城市化进程不断加快，固定资产投资额不断增加，其建设用地面积从2006年的105.66万m2增加至2015年的166.80万m2，随着建设用地的增加，部分地区出现土地利用粗放、土地集约利用水平较低的现象。

图1 银川市土地利用系统健康评价结果
3.2 分类指标对比
3.2.1 压力指数 2006—2010年压力指数均在0.3280以上，2009年呈现最大值点为0.3770，2011—2015年系统压力开始急剧下降，从2011年的0.337 3下降到2015年的0.105 4。

银川市土地利用系统健康压力指数在2006—2015年变化幅度相对较大，系统压力年均值为0.27。

近10年间，银川市土地利用系统压力变化呈现出不稳定的状态，说明人口增长和城市土地利用给银川市土地利用系统造成了一系列的压力。

3.2.2 状态指数从图1可以看出，2009年起城市土地利用系统健康状态指数呈现明显增加，尤其在2015年其增长幅度出现最大值。

城市土地利用系统健康状态指
数从2006年的0.059 0增加至2015年的0.253 1，年均增长率为17.56%。

近
10年间，银川市的土地利用系统状态呈现出逐年提高的趋势，这与当地的社会经
济发展水平的提高和资源环境状态的改善密不可分。

3.2.3 响应指数土地利用系统健康响应指数从2006年的0.044 6增加至2015年
的0.167 5，年均增长率为15.82%，响应指数总体上呈现了不断增高的态势，这
说明银川市在面对城市环境压力方面采取了一系列积极的对策与方略，土地利用系统健康状况得到明显改善。

对相关数据研究发现，近几年来银川市加大了对环境保护资金的投入，城市的绿化率也得到了进一步的提高。

3.3 评价指标的灰色关联度
本文借助灰色关联度软件，计算得出银川市土地利用系统健康评价中的各个指标与其综合指数的关联度值（表4）。

从单向指标来看，城市化水平与土地健康综合评价指数间的关联度最高，其次是人口自然增长率、土地垦殖率、土地利用率以及城市生活污水处理率，关联度相对较低的是系统状态水平的各类指标，如地均GDP、城镇居民人均可支配收入以及人均GDP等。

银川市土地利用系统健康评价的综合指数与系统压力、系统响应关联度最高，与系统状态关联度相对较低。

从表4可
以得出，城市化水平和人口增长率对银川市土地利用系统健康状况有着重要的影响，良好的城市经济社会环境和合理的人口增长对于促进城市土地利用系统健康状况有极为重要的作用。

4 结论与讨论
4.1 结论
（1）土地生态利用系统健康状况关系到整个城市社会经济的发展，因此评价城市土地生态利用系统的健康状况是一项十分重大的系统工程。

本文结合了国内外学者的研究成果，在PSR模型的框架基础之上构建了银川市土地利用系统健康评价指
标体系，运用熵值法计算得出指标权重，确保了指标的客观性，同时运用灰色关联
度模型揭示了各指标的相关程度，客观诊断了银川市2006—2015年的土地利用
系统健康水平。

（2）实证结果表明，银川市2006—2015年银川市的土地利用健康综合指数从2006年的0.450 5增长到2015年的0.525 9，城市的社会生态环境不断地改善，其土地利用的综合效益逐步凸显，但是土地利用系统健康等级处于临界状态、亚健康状态，等级水平相对较低；土地利用系统健康评价的综合指数与系统压力、系统响应关联度最高，与系统状态的关联度相对较低；从单项指标来看，健康综合评价指数与城市化水平、人口增长率的关联度高，与地均GDP、城镇居民人均可支配
收入的关联度相对较低。

（3）依据土地利用系统健康状况的评价结果，结合银川市的土地利用现状特点，银川市需要进一步转变经济增长的方式，不断优化产业布局，加强土地利用方面的监管力度，从而不断提高土地集约利用程度，降低经济增长对于土地资源的过度消耗；还需要进一步加强环境保护的投入，加大环境治理力度，减少经济发展和人类活动对于环境的不良影响，持续改善土地利用系统的健康状况。

表4 银川市土地利用系统健康影响因子的灰色关联度分析数量指标 X1 X4 X6 X7
X22 X5 X16 X8 X18 X12 X15 X21 ri 0.992 9 0.985 7 0.985 2 0.984 7 0.983 7 0.983 1 0.982 1 0.981 4 0.977 3 0.976 8 0.976 5 0.973 2数量指标 X2 X19 X3 X23 X17 X24 X13 X9 X20 X10 X11 X14 ri 0.969 5 0.969 5 0.954 1 0.947 1
0.935 5 0.929 3 0.924 7 0.920 4 0.914 8 0.904 2 0.857 9 0.826 7
4.2 讨论
（1）城市土地利用系统健康状况评价是一项十分重大的系统工程，本文采用了银川市2006—2015年土地利用相关数据对其土地利用系统健康状况进行了评价，
由于数据可获得性等原因，使得评价时期较短，不能更为宏观地反映出整个研究区的土地利用系统健康状况。

因此，今后有待开展深入研究，以此来更为系统全面地
反映城市土地利用系统健康状况。

（2）本文建立了基于“压力-状态-响应”（RSR）模型的评价指标体系，但受到
数据可获得性等因素的影响，本研究的指标体系并非一定健全，在选取指标、涉及模型等方面有待后续进一步研究改进。

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