基于熵权法的区域土地利用生态安全评价
——以安徽省池州市为例

王文琴，纪凯婷，张 也

（池州学院 地理与规划学院，安徽 池州 247000）

土地是人类生活和工作的场所，同时土地本身也是重要的劳动对象，人类的衣食住行均离不开土地资源。因此土地资源生态安全对人类来说至关重要。生态安全是人类生存与发展非常重要的安全需求之一，土地资源生态安全是新时代生态文明建设的重要任务之一，同时土地资源生态安全也是生态文明建设的基础[1]。生态安全不仅关系到人类社会的可持续发展，而且也关系到国家的战略安全和社会稳定[2]。生态安全与国家安全、区域安全同等重要。党的十九大报告中提出绿水青山就是金山银山，因此维护土地资源生态安全，促进土地资源可持续发展具有重要的战略意义。

1 土地利用生态安全内涵界定

生态安全是指一个地区或国家的生态环境资源状况能持续满足社会经济发展需要，社会经济发展少受或不受来自于生态环境和资源的制约与威胁的状态[3]。生态安全它包含两个方面的含义：一方面是生态系统自身的安全，生态系统受到到外界因素干扰下是否还能保持结构完整和功能健康的状态。另一方面是生态系统对于人类的安全，生态系统提供的服务是否满足人类生存和发展的要求[3]。高桂芹通过对研究区域内土地所处的特定的生态环境进行研究与分析，认为土地生态安全是一种受污染影响较小的、健康的、可持续的状态[4]。李玉平、蔡运龙从生态学的角度阐述了土地生态安全的概念，他们认为土地表层的各种有机物与无机物所组成土地生态系统未受到外界因素的影响与破坏时维持土地生态安全的前提，同时人类的生产生活在土地生态系统的运行下达到一个健康与可持续的状态[5]。孙峰华、朱传耿从人地关系的角度得出，土地生态安全是一种人类与生态环境之间的相互影响、相互作用共同发展的过程，需要达到人与自然协同并进的状态[6]。张军以通过构建P-S-R模型，在此基础上研究三峡库区2003—2006年生态经济区的生态安全变化，并根据研究结论提出了相应的建议与对策[7]。本论文研究的土地利用生态安全指人类的土地利用活动与生态环境协调发展，土地的生态系统具有健康完整的结构，自我恢复和调节能力强，人地关系和谐的一种状态。

2 区域土地利用生态安全评价指标体系构建

2.1 P-S-R模型简介

P-S-R是Pressure-State-Response的缩写，即压力-状态-响应模型。P-S-R模型是在1979年加拿大统计学家Tony Friend和J.Rapport共同提出的，后由OECD （Organization for Economic Co-operation and Development,联合国经济合作开发署）和 UNEP（United Nations Environment Programme，联合国环境规划署）于20世纪八九十年代共同发展起来的。P-S-R框架模型包含3个模块，每个模块反映的指标各不相同。首先是“压力”指标，它指人类不合理的经济和社会活动对环境造成的后果，如土壤质量恶化、资源开采等。“状态”反映的是社会经济发展进程中各个部分所呈现出来的现象，包括生态系统状况、资源环境状况，也涉及人类自身的健康状况等。“响应”指人类采取措施将自身活动对环境带来的负面影响扭转为正面效应。“状态”是不断变化的，不仅仅只与某个或特定的因素有关，也不只是与某个或特定的反应有关，它包括自然、经济、社会等多种相关因素，各因素之间的相互关系也相当复杂，而P-S-R模型则可以清晰明了地揭示这一过程[8]。

2.2 评价指标选取原则

2.2.1 科学性原则

土地生态系统内部较为复杂，因此在指标选取的过程中要有充分的科学依据，所选取的指标不仅要能够反映土地生态安全的现况，而且要体现土地生态内部系统的演变规律[9]。

2.2.2 全面性与区域性原则

在构建指标体系的过程中，应该考虑到指标的普遍适用，指标的涉及面应该广泛，人口、社会、经济、自然环境都应该考虑。由于不同研究区域具有差异化的区域特征，因此在保证选取指标覆盖面广的前提下考虑研究区的特点，选取能够代表区域特征的指标[10]。

2.2.3 可操作性原则

考虑选择的指标需要量化并且指标获取的难易程度问题，因此选择的指标不能太复杂，并且指标数据的来源需要可靠和真实[10]。

2.3 评价指标体系构建

研究区域土地利用生态安全所选取的指标要立足于自然、经济和社会各方面。本文基于研究区概况以及国内外学者的研究成果，以土地利用生态安全的自然、社会、经济三方面因素为基础，选取了15个指标，以这15个指标为基础构成区域土地利用生态安全评价指标体系。其中以土地利用生态安全评价综合指标作为目标层；以土地利用生态压力、状态、响应作为准则层；选取的15个评价指标作为指标层。针对这15个指标，本文还为各个指标制定了标准值，标准值来源于国际公认值或者全国平均值。区域土地利用生态安全评价指标体系如下表1：

表1 区域土地利用生态安全评价指标体系

以上15个指标的说明：评价指标是影响土地生态安全的因素，指标的安全趋向分为正、负两种。正指标是指指标数值越大土地利用生态越安全，负指标则相反，指标数值越小土地利用生态越安全。

人口密度：单位土地面积可以承载的人口数量。指标为负，越小越安全。

人口自然增长率：一定时期内人口自然增加数与同期平均总人数之比。指标为负，越小越安全。

单位耕地面积化肥施用量：指区域内化肥年施用总量与播种面积的比重。指标为负，越小越安全。

单位耕地面积农药施用量：指区域内农药年施用总量与播种面积的比重。指标为负，越小越安全。

城市化水平：即城市化率，指区域内城镇人口占总人口的比重。指标为正，越大越安全。

人均耕地面积：指区域内总耕地面积与人口总量之比。指标为正，越大越安全。

人均建设用地面积：指区域内建设用地总面积与城市人口总量之比。指标为负，越小越安全。

土地复种指数：指农作物总播种面积与耕地总面积之间的比值。指标为正，越大越安全。

森林覆盖率：区域内森林面积占土地总面积的比率。指标为正，越大越安全。

水土协调度：指区域内有效灌溉面积与耕地总面积之间的比值。指标为正，越大越安全。

人均GDP：区域内GDP总产值与人口总数之比，体现区域内经济发展水平。指标为正，越大越安全。

环保投入占GDP比重：体现了对环境保护的重视程度。指标为正，越大越安全。

教育投资强度：指教育支出占区域财政总支出的比重。指标为正，越大越安全。

空气指数≥2级的天数比例：空气质量越高，说明环境越好。指标为正，越大越安全。

污水处理率：指区域内污水排放量与污水处理量之比。指标为正，越大越安全。

3 池州市土地利用状况

3.1 池州市区域概况

池州市坐落于安徽省西南部，与江西省九江市接壤。区域土地总面积83.99万公顷，境内常驻人口约为148.5万人。池州市地处亚热湿润气候区，以山地和丘陵地形为主，得天独厚的自然条件使得池州市植被覆盖率较高，达57%。区域内气候温暖且湿润，年均气温在17.2℃左右，年降水量约为1400～2200mm；日照时间长，年均日照率45%；四季分明且无霜期长，年无霜期220天，最长286天。区域内水系发达，水资源充沛。境内有三大水系十条河流，江河湖水面积348.4平方公里。

池州市经济条件较为落后，主要靠发展生态旅游业。2019年池州市GDP达到831.7亿元，位居全省第15位，增速为7.9%，增幅居全省第8名。其中第一产业为83.9亿元，第二产业为367.4亿元，第三产业为380.5亿元，增长率分别为3.3%、9.7%、7.1%。

3.2 土地利用现状

根据池州市土地利用现状调查数据，2018年池州市土地总面积约839870公顷。其中农用地总面积约为724030公顷，占土地总面积的85.19%。包括耕地总面积138350公顷，占农用地总面积的19.11%；建设用地总面积约为53378公顷，占土地总面积的6.28%；未利用面积约为62461公顷，占土地总面积的7.35%。各类用途土地占土地资源总面积的比重如图3-1所示。从土地利用结构的数据来看，池州市主要土地利用类型是农用地，以林地为主，属于丘林地区，生态环境在安徽省算比较好的区域，土地利用结构见图1:

图1 池州市土地利用现状结构

4 池州市土地生态安全评价

4.1 原始数据收集

本文通过《安徽省统计年鉴》《池州市国民经济和社会发展统计公报》、池州市自然资源和规划局官网、自然资源部门户网站等相关渠道对原始数据进行收集，经整理，原始数据如表2所示。

表2 池州市土地利用生态安全评价原始数据

4.2 指标标准化

因为选取的评级指标有量纲的差异，直接参与运算会影响评价结果，为使评价结果具有客观性，必须对评价指标进行标准化处理，如表3。本文通过极差法对指标进行标准化处理，其计算公式如下：

表3 池州市土地利用生态安全评价标准化数据

公式中Xij为指标标准值，xij为第i年的第j项指标，xmax为第j项指标的最大值，xmin为第j项指标的最小值。

4.3 指标权重确定

权重针对指标而言，能够衡量该指标在整体评价中的重要程度。本文通过熵权法来确定指标权重。熵权法确定指标的权重具有很强的客观性，它是由评价指标实际值构成的判别矩阵来确定指标权重。其计算公式如下：

计算结果如表4所示，对应指标权重趋势见图2。

表4 池州市土地利用生态安全评价各指标权重

图2 指标权重趋势图

4.4 计算指标生态安全指数

公式中，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,Cj为第j项指标的基准值，计算结果如表5所示。

表5 2008—2018年各指标安全指数

4.5 生态安全值

本文选用综合指数法来确定土地利用生态安全值，其计算过程如下：

（1）单项指标安全值

Tij=Yij×Wj

公式中，Tij为第i年的第j项指标的安全值，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，计算结果如表6所示。

表6 2008—2018年各指标安全值

（2）土地利用生态安全综合值

公式中Ti为第i年的土地利用生态安全综合值，Tij为单项指标安全值，计算结果如表7所示。

表7 2008-2018年土地利用生态安全综合值

5 土地生态安全评价结果与分析

5.1 评价标准

从2008—2018年池州市土地利用生态安全评价结果可知，土地生态安全的综合值在0～1之间，本文参考相关文献[11]，采用非等间距方法，将土地生态安全综合值划分为五个等级，如表8。

表8 池州市土地利用生态安全等级划分

5.2 土地利用生态安全评价结果

池州市土地利用生态安全值在不断增加，即池州市的土地生态安全状况在不断提升，整体变化趋势由图3所示。分阶段来看2008年至2014年池州市的土地生态安全状况处于临界安全阶段，2014年至2018年处于较安全阶段。在这十年间，2010年土地生态安全状况最差，生态安全值为0.6476,2018年土地生态安全状况最优，生态安全值为0.7852，较2010年相比增加了0.1376。

结合图3和图4可以看出池州市土地利用生态安全压力值、状态值、响应值整体变化趋势与综合值较为相似。其中，土地利用生态安全压力值整体在不断增长，从2008年的0.1302增长到2018年的0.1603，增长了0.0301；土地利用生态安全状态值呈波浪式起伏，变化较为复杂，从2008年的0.3885下降到0.3641，下降了0.0244，但中间也有一个小幅度增长；土地利用生态安全响应值增幅较大，从2008年的0.1344增加到2018年的0.2608，增加了0.1264。

图3 池州市土地利用生态安全综合发展趋势

图4 池州市土地利用生态安全压力、状态、响应发展趋势

为进一步分析池州市土地利用生态综合发展状况，以及为保护池州市土地利用生态安全提出切实可行的方法，本文对土地利用生态安全压力值、状态值、响应值和综合值进行了相关性分析，结果如表9所示。

表9 土地利用生态安全值相关性分析表

池州市土地利用生态安全综合值与土地利用生态安全响应值相关性最大,为0.964**,其次是土地利用生态安全压力值,为0.724*,和土地利用生态安全状态值相关性最小，如表9所示。由此我们可以认为，土地利用生态安全响应对土地利用生态安全状况影响最大，其次是土地利用生态安全压力，最次是土地利用生态安全状态。

5.3 土地利用生态安全评价结果的原因分析

池州市土地利用生态安全状况发展趋势总体分为两个阶段。

第一阶段是2008年至2015年，这一阶段池州市土地利用生态安全状况处于临界安全，整体发展趋势是不断上升的，但在2009至2010年和2012至2014年这两个时间段池州市土地利用生态安全状况呈下降趋势，尤其是2012年至2014年下降幅度较大。其原因主要有三方面，首先是污水处理力度的下降，各类企业排放的污水直接渗透到地下，严重危害了土地质量，污水处理率由2012年的12.66%下降到2014年的8.06%，下降了4.6%。其次是城市的发展、人口的增多，增加了粮食需求量和人均建设用地面积，在局部区域造成巨大压力，其中城市化水平从2012年的47.5%提升到了2014年的50.06%，人口密度由2012年的 169.1人/km2增加到了 2014年的170.26人/km2，人均建设用地面积从0.0055hm2/人提升到0.0862hm2/人。最后是由于教育投资强度的减弱，与基准值相比还有较大的差距。

第二阶段是2015年至2018年，池州市土地利用生态安全状况提升了一个等级，达到了较安全的状态，其发展趋势是先有一个小幅度下降，后又提升，然后维持在一个较稳定的阶段。2015年至2016年是一个小幅度下降的阶段，与2015年相比，2016年的各指标变化的不是较明显，这也是政府的一个自我调整、自我适应的阶段。2017年的土地利用生态安全状况又回归到正常的发展趋势，与2016年相比政府在环保投入、教育投资和污水处理方面均加大了力度。2018年池州市土地利用生态安全值增长幅度虽然不高但总体而言多项指标均达到了峰值。在自然方面，政府提高了对生态安全的重视，提高污水处理率，加大对生态的维护力度，积极响应国家号召，推动矿山复绿工作，改善空气质量，在此基础上池州市的森林覆盖率达到了59.9%，超出基准值29.3%；在社会经济方面，人均GDP增长到46865元/人，环保投资占GDP的比重上升到1.35%，污水处理率提高到42.07%，这些指标均为十一年来最高值，这些数据足以表明池州市政府两年来在环境方面做出的贡献——大力发展旅游业，加大森林保护力度，推进绿色发展，构建国家森林城市，打造全国生态文化村，做到生态建设产业化，产业、经济、绿色协同发展，带动土地利用生态安全状况迈入新阶段。

6 池州市维护土地资源生态安全对策

6.1 加强生态安全宣传，转变发展理念

首先政府要制定新的发展理念，走绿色可持续发展的道路。池州市未来发展要树立金山银山不如绿水青山的生态观。在社会方面要提高广大民众的生态安全意识，生态环境是人类生存发展的根基，是促进国民经济可持续发展的关键。政府部门可以拓宽宣传渠道，一方面深入基层、联系群众，通过派发宣传手册、举办线下宣讲会等方式进行宣传，增加民众对生态安全的敏感度。另一方面可以运用一些新媒体方式进行宣传，如抖音、微博、微信公众号等，吸引年年轻人参与到保护生态安全的活动中。牢固树立民众的生态安全观念，将维护和改善生态环境作为己任，使保护生态环境的观念深入人心，为土地可持续利用而努力。

6.2 发展绿色生态产业经济

在池州市未来的发展规划中，要优化产业机构，调整矿业经济发展形势，强化规划引领，积极响应国家号召，牢牢树立“金山银山就是绿水青山”的理念，加大环保投入，充分利用池州市的自然条件，切实发展池州绿色矿业经济。大力实施“旅游兴市”战略，积极创建旅游品牌，加强旅游营销，壮大旅游队伍，完善景区配套基础设施，让旅游业带动池州市经济的发展。利用池州良好的生态环境，发展生态农业，打造生态农业产品的品牌，提高农产品的境内外知名度，让池州的生态农业经济水平跟上来。绿色生态产业经济效益水平提高了，人们自然也就不会用工业文明替代生态文明建设了。因此发展绿色生态产业经济是维护土地资源生态安全的重要手段。

6.3 编制土地资源的生态环境整治规划

池州市以丘陵、山地地形为主，林木葱郁，降水充沛，在今后的发展中应当充分发挥地域优势，发展生态池州，对生态环境进行一个整体的规划。一方面要保持现有的良好生态，因地制宜地开发利用土地，提高主城区的绿化面积。对排污企业实施严格管制，加大污水净化力度、垃圾处理力度，提高土壤质量，保持空气质量。另一方面要在原有的基础上有进一步的提高，加大对矿山的管理力度，对已经废弃的矿山加强复绿工作。建立土地利用生态监管系统，定期对区域内的环境整治工作进行监督管理，掌握其动态变化情况，健全预警机制，以备在突发环境事件来临时能及时采取措施处理。改良化肥、农药生产企业技术，积极研制危害程度更低的化肥，同时提高化肥、农药的使用效率，减少药物残留，做好病虫防治工作。

6.4 划定并坚守生态红线

划定生态保护红线的目的是保护自然资源与生态环境不受破坏，维护国家和区域生态安全和经济社会可持续发展。划定生态红线是保护生态环境与自然资源、走绿色发展道路的重要措施，具有重要的现实意义。生态红线和耕地红线同等重要，也是国家层面的“生命线”。因此划定生态保护红线是维护国家生态安全的重要手段。划定生态保护红线，按照生态系统完整性原则和主体功能区定位，优化国土空间开发格局，理顺保护与发展的关系，从而维护国家生态安全。划定生态保护红线是一项维护生态安全的手段，但是划定后生态红线后，还必须牢牢坚守生态红线。坚守生态红线不能仅仅依靠国家强制手段，还需要每一个公民自觉参与坚守生态红线的活动。在新一轮的国土空间规划中要严格划定生态保护红线，在国土空间规划的实施过程中要严格坚守生态红线。

7 结论与讨论

本文结合池州市的自然、社会、经济和土地利用状况，从土地利用生态安全状态、压力、响应三方面对池州市土地利用生态安全状态进行了评价分析。结果表明：池州市的土地利用生态安全状况整体处于一个较安全的等级，主要是由于池州市生态环境基础好，政府发展生态旅游产业，政府一直制定的保护绿水青山、保护生态环境的政策方针。土地利用生态安全压力值呈现逐年增加的趋势，整体生态安全处于一个较为紧张的状态。主要原因是工业、采矿业的发展，基础设施建设的需要等，大量农用地被建设占用，人地矛盾问题凸显。土地利用生态响应值逐年呈现上升趋势，这可以看出政府在为土地利用生态安全不断付出努力，对生态安全问题的政府响应力度在整体加大。面对池州市逐年增加的生态安全压力，政府要继续响应号召，倡导绿色发展，要从自然、经济、社会等方面采取土地资源生态对策，进而实现经济、生态协调高效发展，人地关系和谐。