基于熵权可拓物元模型土地利用系统健康诊断
——以河西走廊为例

路正，陈英，魏苹，王东

（甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃兰州730070）

基于熵权可拓物元模型土地利用系统健康诊断
——以河西走廊为例

路正，陈英，魏苹，王东

（甘肃农业大学资源与环境学院，甘肃兰州730070）

通过构建PSR模型的指标体系，运用熵权可拓物元模型对河西走廊的土地利用系统健康进行评价。研究结果：2000—2014年这15年期间，根据可拓物元模型经典域取值区间，河西走廊整体土地利用系统健康水平处于N03，健康等级为临界状态，健康水平保持稳定；河西走廊的土地系统健康水平分布具有一定的规律性，呈现出由中间向两边逐渐降低的趋势；河西走廊生态环境脆弱，森林覆盖率、水土流失程度和土壤盐渍化率是制约土地利用系统健康水平提升的重要因素。研究表明，将熵权可拓物元模型应用于土地利用系统健康评价，可以有效地避免人为因素的干扰，客观地评价研究区域土地利用系统健康的各要素之间的关系，揭示各个指标的水平状态，挖掘土地利用系统健康存在的具体问题，适用于土地利用系统健康的评价。

土地利用；可拓物元模型；熵权法；健康诊断；河西走廊

随着人地矛盾的日益突出，生态环境的恶化和自然生态的失衡，影响了土地资源的可持续利用。土地利用系统是一个以土地利用为基础的资源环境、人类活动、社会经济复合系统，其较为能够集中地反映人口增长、经济发展与资源短缺三者之间的矛盾。为此，土地利用系统健康是随之兴起的重点研究内容之一［1］。结合我国人多地少、土地资源退化较为普遍的实际情况，开展土地利用系统健康研究，为土地资源可持续利用提供理论基础和实践指导，是中国土地资源管理的一项紧迫任务［1－2］。

近年来，土地利用系统健康方面的研究尚处于起步阶段，其研究内容主要集中在土地利用系统健康的内涵、评价和影响因素等几个方面。蔡为民等较为全面地界定了土地利用系统健康的内涵，并相应地构建了土地利用系统健康评价的框架与指标［3］。郭杰等诊断了兰州市的土地利用系统健康的状态［4］。郑华伟等运用物元分析法诊断了四川省的土地利用系统健康状况并分析该区域的土地利用系统健康的影响因素［5］。以上学者的研究取得了一定的成果，但也存在以下不足之处：定性分析多、定量研究少；评价指标较多侧重于资源与环境状况，较少考虑人类活动、社会经济等方面对土地利用系统健康的作用；评价指标权重多采用主观赋权法，主观性较强，缺乏客观性和科学性。

因此，本文通过构建PSR（Pressure－State－Response）模型建立土地利用系统健康评价指标体系，可以综合地考虑社会、经济、资源与环境对土地利用系统健康的作用。同时，引入熵权法和可拓物元模型对河西走廊进行实证研究，通过计算单个指标与各标准等级的关联系数得到综合评价结果，准确全面地分析河西走廊土地利用系统健康的障碍因子，有效挖掘土地利用系统存在的具体问题，为可持续性管理和合理利用土地利用系统提供依据。

1 研究方法

1.1 评价指标体系的构建

借鉴PSR指标体系模型的基础上，结合河西走廊的特点及实际情况，对PSR模型进行了改进，建立了适合河西走廊土地利用系统健康评价的评价体系。在PSR模型土地利用系统健康评价体系中，P为系统压力，即社会经济发展和人口活动对土地利用系统的压力；S为系统状态，即人类开发资源和社会经济活动对土地利用系统结构与功能状态的影响；R为系统压力，即土地利用系统根据系统压力和系统状态所作出的反应，并反馈到社会经济的发展过程中，从土地利用系统健康评价指标体系的基本框架出发，遵循指标选取的科学性、系统性、可比性和可获取性等原则，在参考相关文献［6］～［8］的基础上，结合河西走廊的特点及实际情况，构建土地利用系统健康评价指标体系。

1.2 熵权法确定权重系数

熵值法是一种客观赋权法，其根据各项指标观测值的不确定性来确定指标权重。通过对传统的熵值法进行修正，将土地利用系统作为一个研究系统，各个评价指标作为其子系统，各被评价对象在该指标（子系统）下的取值则可视为子系统的可能出现结果，若其概率可以确定，则该指标的熵权就能计算出来［9］。

1.3 可拓物元评价模型

运用物元分析的理念，建立可拓物元模型对土地利用系统健康进行诊断，同时采用改进的熵值法确定指标的权重，可以比较全面客观地对土地利用系统健康状况进行诊断，主要步骤如下［10－12］：

（1）确定土地利用系统健康物元；（2）确定土地利用系统健康的经典域；（3）确定土地利用系统健康的节域；（4）确定待评物元；（5）确定关联函数及关联度；（6）确定权重；（7）计算综合关联度确定评价等级。

2 实证分析

2.1 研究区概况和数据来源

河西走廊位于甘肃省西北部，通常指乌鞘岭以西、甘肃和新疆两省交界处以东地区，祁连山、合黎山南北对峙，东西长约1 100 km，南北宽约几公里到数百公里。包括张掖、酒泉、嘉峪关、金昌和武威5个地级市，总面积约27.6万km2，占甘肃省总面积的60.6%。

河西走廊气候干旱，许多地方年降水量不足200mm，但祁连山冰雪融水丰富，自东向西形成石羊河、黑河和疏勒河三大内流水系。三大水系均发源于祁连山，由冰雪融水和雨水补给。河水大部分渗入戈壁滩形成潜流，或被绿洲利用灌溉，较大河流的下游注入终端湖。河西走廊是西北地区最主要的商品粮基地和经济作物集中产区。

土地利用系统健康评价指标数据主要来源于《甘肃发展年鉴》［13］，《甘肃农村年鉴》［14］、《中国统计年鉴》［15］、《中国国土资源年鉴》［16］和甘肃省土地利用变更数据等。

2.2 模型应用

2.2.1 指标体系的构建在PSR概念模型的基础上，根据河西走廊的实际情况，确定了其土地利用系统健康的评价指标，再结合改进的熵值法确定各评价指标的权重（表1）。

2.2.2 土地利用系统健康评价经典域、节域的确定

经典域（评价等级的取值区间）的确定是可拓物元模型的基础。本研究依据土地利用系统健康的可拓性，将其划分为5个等级，即N01→N05，定性描述为：健康→亚健康→临界状态→不健康→病态。评价经典域的确定主要参考国家地方行业及国际相关标准，研究区域本底背景值，全国平均水平等［6，17］，具体取值见表2。

表1 土地利用系统健康评价指标体系和权重Table 1 The evaluation index system and weightof health on land use system

表2 土地利用系统健康评价指标经典域和节域的取值范围Table 2 The valuing range on the classic field and section domain of evaluation index of land use system

2.3 结果与分析

将整理出的河西走廊土地利用系统健康评价指标数据组成的待评物元代入可拓物元模型，得到河西走廊土地利用系统健康的综合评价结果。

从河西走廊整体土地利用系统健康的变化来看，2000—2014年河西走廊土地利用健康系统状况变化不大，一直处于临界状态。因此可以看出，该区域一方面经济得到了发展，同时不断加强生态环境保护建设，加强了对土壤盐渍化和水土流失的治理，并没有继续使生态环境持续恶化，该区域的土地利用系统健康水平一直处于临界状态。

从空间上分析，该区域的土地系统健康水平分布具有一定的规律性，即河西走廊的土地利用健康水平由中间向两边逐渐降低的趋势。亚健康和临界状态主要分布在张掖市和金昌市；临界状态和不健康主要分布在嘉峪关市、酒泉市和武威市。

从时间跨度来看，该区域的土地利用系统健康水平变化情况不一。在2000—2014年这15年期间，嘉峪关市、酒泉市和金昌市土地利用系统健康水平呈现上升趋势，这主要是由于城市化水平、固定资产投资率、土地复垦率、复垦指数、第三产业比重、工业废水排放达标率和环保投资强度等指标有所上升的趋势。张掖市土地利用系统健康水平并没有太大变化，一直处于亚健康状态，说明张掖市经济发展的同时，不断加强生态环境保护建设。而武威市的土地利用系统健康水平却出现下降趋势，一方面是因为土地利用程度粗放，人均GDP和地均GDP的健康水平均处于病态，另一方面生态环境极其脆弱，森林覆盖率低，水土流失和土壤盐渍化严重，虽然武威市一直致力于水土流失及土壤盐渍化的综合治理，但由于易水土流失区域较大且土壤盐渍化严重，且存在反复的现象，因此还需加大治理力度，有效保护土地资源。

3 结论与讨论

1）PSR模型可以有效地将社会经济与资源环境有机结合起来，其指标体系更加完善，通过分析资源环境、人类活动、社会经济等之间的关系，更准确地体现出土地利用系统健康的各要素之间的关系。运用改进的熵值法，通过数据本身所反映的信息无序化效用值来计算权重系数，可以有效地避免人为因素的干扰，提高权重的客观性。同时，可拓物元模型可以获得单个指标的诊断结果，以揭示各指标的水平状态，揭示系统健康问题的具体原因。可以看出，熵权可拓物元模型适用于土地利用系统健康诊断，有利于促进土地利用系统健康状况改善。

2）实证结果表明，2000—2014年河西走廊土地利用系统健康水平处于稳定状态，且一直处于“临界状态”，尤其是嘉峪关市、酒泉市和武威市土地利用系统健康水平堪忧。森林覆盖率、水土流失程度和土壤盐渍化率是制约土地利用系统健康状况改善的关键因素。因此，加大环境治理力度，加强生态安全保护，通过有效地控制水土流失程度和土壤盐渍化，持续改善土地利用系统健康状况。同时，优化产业结构，转变经济发展方式，提高土地集约利用程度，降低经济增长对土地资源的过度消耗。

表3 土地利用系统健康评价结果Table 3 Evaluation results of health on land use system

3）运用改进的熵权可拓物元模型对土地利用系统进行健康评价，在土地健康评价领域属有益尝试，但由于土地利用系统本身的复杂性，所选择的评价指标不够完善，因此评价指标还有待进一步检验和深入研究。

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［3］蔡为民，唐华俊，陈佑启，等.土地利用系统健康评价的框架与指标选择［J］.中国人口·资源与环境，2004，14（1）：31-35.

［4］郭杰，吴斌.土地利用系统健康评价［J］.中国土地科学，2011，25（4）：71-77.

［5］郑华伟，张锐，刘友兆.基于物元分析的土地利用系统健康诊断［J］.中国土地科学，2012，26（11）：33-39.

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［7］贺翔.上海市土地利用系统健康评价研究［D］.武汉：华中农业大学，2007.

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［13］甘肃发展年鉴编委会.甘肃发展年鉴［M］.北京：中国统计出版社，2000—2014.

［14］甘肃农村年鉴编委会.甘肃农村年鉴［M］.北京：中国统计出版社，2000—2014.

［15］国家统计局.中国统计年鉴［M］.北京：中国统计出版社，2000—2014.

［16］中国国土资源年鉴编辑部.甘肃国土资源年鉴［M］.北京：中国大地出版社，2000—2014.

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Health diagnosis of land use system based on entropy-weighted extenticmatter-elementmodel——A case study of Hexi Corridor

LU Zheng，CHEN Yin，WEIPing，WANG Dong
（College of Resourcesɑnd Environmentɑl Sciences，Gɑnsu Agriculturɑl University，Lɑnzhou，Gɑnsu 730070，Chinɑ）

By constructing the index system based on PSRmodel，we used entropy-weighted extenticmatter-element model to evaluate the health of land use system in HexiCorridor.The results are as follows：（1）According to the extension of the classical domain values ofmatter elementmodel，the overall land use system in Hexi Corridor in N03，health level of“critical state”，health level tomaintain stability from 2000 to 2014.（2）The health level of the land system in the HexiCorridor has a certain regularity，showing a trend of decreasing gradually from themiddle to both sides.（3）The Hexi Corridor ecological environment fragile.Forest coverage rate and the degree of soil and water loss and soil salinization rate important factorwhich restricts the healthy level of land use system.Itwas concluded thatentropy-weighted extenticmatter-elementmodecan be applied to land use system health evaluation.It can effectively avoid the interference of human factors，and objectively evaluate the relationship between the various factors of regional land use system health，reveal the level of each index，and mine specific health problems in land use system.

land use；matter-elementmodel；entropy-weighted；health diagnosis；Hexi Corridor

图1 2000—2014年河西走廊土地利用系统健康变化Fig.1 Change of health level on land use system in HexiCorridor from 2000 to 2014

F301.24

：A

1000-7601（2017）01-0258-06

10.7606／j.issn.1000-7601.2017.01.38

2016-01-10

国家自然科学基金“村民关联度与农地利用的关系研究”（71263003）

路正（1991—），男，河南安阳人，硕士研究生，主要研究方向为土地资产管理。E-mail：461256165＠qq.com。

陈英（1969—），男，甘肃武威人，副教授，主要研究方向为土地资产管理。E-mail：cheny＠gsau.edu.cn。