陶曉燕

（1.中原工學(xué)院經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，鄭州450007；2.四川大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，成都610065）

0 引言

目前，對(duì)土地生態(tài)安全的評(píng)價(jià)研究主要集中在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建和評(píng)價(jià)方法的選擇方面。所建立的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系或者包括土地資源壓力、土地資源狀態(tài)和人文環(huán)境響應(yīng)三個(gè)因素；或者包括自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)三個(gè)因素。土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法的研究還處在實(shí)踐和探索階段，比較常見(jiàn)的方法包括：綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法、土地承載力分析法、景觀生態(tài)學(xué)方法等等。土地生態(tài)系統(tǒng)的安全與否具有模糊性，對(duì)其評(píng)價(jià)是一個(gè)多指標(biāo)決策過(guò)程，評(píng)價(jià)指標(biāo)間可能有不相容問(wèn)題，這使得評(píng)價(jià)存在著不確定性和模糊性。上述評(píng)價(jià)方法在實(shí)際評(píng)價(jià)過(guò)程中，均在處理級(jí)別區(qū)間內(nèi)部差異、白化信息和確定權(quán)重方面存在不足。20世紀(jì)80年代，蔡文教授提出的物元分析理論是用于解決矛盾和不相容問(wèn)題的有力工具，模糊數(shù)學(xué)則是解決模糊問(wèn)題的利器[3]。目前，模糊物元理論已經(jīng)應(yīng)用于水質(zhì)評(píng)價(jià)、城市生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)、區(qū)域環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)、耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)、預(yù)警分析等領(lǐng)域中。本文在物元分析的基礎(chǔ)上結(jié)合模糊集概念和熵權(quán)理論，建立基于模糊物元理論和熵權(quán)法的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型，與傳統(tǒng)方法相比，此模型能有效避免評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不確定性帶來(lái)的影響，更全面、客觀地評(píng)價(jià)土地生態(tài)安全狀況，從而為土地生態(tài)安全的綜合評(píng)價(jià)提供一條新途徑。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

土地生態(tài)安全受到多種因素的影響，因此，確定土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)是一項(xiàng)探索性很強(qiáng)、很復(fù)雜的工作，迄今為止還沒(méi)有一個(gè)明確的、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇不僅要考慮生態(tài)環(huán)境狀態(tài)，也要反映出對(duì)土地生態(tài)安全有潛在影響的重要因素的變化以及人類(lèi)活動(dòng)的影響，還要考慮指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲得性。本文根據(jù)PSR（即壓力（Pressure）—狀態(tài)（State）—響應(yīng)（Response））模型，遵循科學(xué)性、整體性、可度量性、可操作性等原則，從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三個(gè)方面選取相應(yīng)的指標(biāo)，從而構(gòu)成土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（如表1所示）。

表1 土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

由于各個(gè)指標(biāo)對(duì)土地生態(tài)安全影響的性質(zhì)不相同，因此本文將其分為正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)兩大類(lèi)。正向指標(biāo)的值越大，表明土地生態(tài)安全狀況越好。負(fù)向指標(biāo)的值越大，表明土地生態(tài)安全狀況越差。各指標(biāo)的安全趨向性見(jiàn)表1。

指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的制定是土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，至今為止還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)評(píng)價(jià)決策的實(shí)際需要，本文將土地生態(tài)安全劃分為5級(jí)：安全、較安全、臨界安全、較不安全、不安全。本文確定各項(xiàng)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的各個(gè)級(jí)別的分界點(diǎn)（如表1所示）。

2 基于模糊物元理論的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型

2.1 模糊物元

2.1.1 模糊物元與復(fù)合模糊物元

模糊物元就是以有序的三元組“事物，特征，模糊量值”作為描述事物的基本元[7]。若用R表示模糊物元，M表示事物，C表示事物M的特征，x表示與事物特征C相應(yīng)的模糊量值，則有模糊有序物元R=(M,C,x)。若事物M有n個(gè)特征C1C2,…,Cn及其相應(yīng)的模糊量值x1,x2,…,xn，則稱(chēng)R為n維模糊物元。如果m個(gè)事物用其共同的n個(gè)特征及其相應(yīng)的模糊量值來(lái)描述，則構(gòu)成m個(gè)事物的n維復(fù)合模糊物元Rmn，即

式中，Rmn表示m個(gè)事物的n維復(fù)合模糊物元，Mj(j=1,2,…,m)為第j個(gè)事物，Ci(i＝1,2,…,n)為第i個(gè)特征，xij為第 j個(gè)事物第i個(gè)特征對(duì)應(yīng)的模糊量值。本研究將評(píng)價(jià)對(duì)象的土地生態(tài)安全狀況作為物元的事物，以各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)及其相應(yīng)的模糊量值構(gòu)造復(fù)合模糊物元，即以“土地生態(tài)安全，評(píng)價(jià)指標(biāo)，安全指數(shù)”作為描述土地生態(tài)安全狀況的基本元，安全指數(shù)的計(jì)算見(jiàn)下文。

2.1.2 土地生態(tài)安全參照標(biāo)準(zhǔn)

土地生態(tài)安全參照標(biāo)準(zhǔn)是判定土地生態(tài)系統(tǒng)中交互脅迫效應(yīng)產(chǎn)生警報(bào)情況的依據(jù)，應(yīng)當(dāng)按照從優(yōu)隸屬度的原則進(jìn)行設(shè)定，即各單項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)相應(yīng)的模糊量值，從屬于標(biāo)準(zhǔn)方案各對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)相應(yīng)的模糊量值隸屬程度。在上文劃分的5級(jí)安全級(jí)別內(nèi)，確定各個(gè)級(jí)別的取值范圍（見(jiàn)表2）。其中，正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)的取值范圍不同，見(jiàn)表2。

表2 土地生態(tài)安全級(jí)別劃分與指標(biāo)范圍的對(duì)應(yīng)關(guān)系

d1＞d2＞d3＞d4，分別表示對(duì)應(yīng)不同安全級(jí)別指標(biāo)的臨界值。

2.1.3 標(biāo)準(zhǔn)模糊物元矩陣

正向指標(biāo)的安全指數(shù)的計(jì)算公式為

安全：

較安全：

臨界狀態(tài)：

較不安全

不安全：

負(fù)向指標(biāo)的安全指數(shù)的計(jì)算公式為：

安全：

較安全：

臨界狀態(tài)：

較不安全：

不安全：

若計(jì)算后得到的uij＜0，則指標(biāo)的安全指數(shù)取值為0；若uij＞10，則指標(biāo)的安全指數(shù)取值為10[10]。根據(jù)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的安全指數(shù)，建立標(biāo)準(zhǔn)模糊物元矩陣：

式中，Rij(i＝1,2,…,n；j=1,2,…,m)為事物 j的 Ci項(xiàng)特征的標(biāo)準(zhǔn)模糊物元。

2.2 確定指標(biāo)權(quán)重

評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定方法有很多種，分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩種。為避免主觀因素的影響，本文使用熵權(quán)法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，從而得到指標(biāo)權(quán)重的集合Wi(W1,W2,…,Wn)。熵權(quán)法的計(jì)算步驟見(jiàn)文獻(xiàn)[11]。

2.3 土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模糊物元矩陣和指標(biāo)權(quán)重，可以計(jì)算土地生態(tài)安全總指數(shù)，計(jì)算模型為：

式中，Ii為土地生態(tài)安全總指數(shù)，Wi為指標(biāo)權(quán)重集，Rij為標(biāo)準(zhǔn)模糊物元矩陣[10]。這樣，依據(jù)安全參照標(biāo)準(zhǔn)中與安全級(jí)別相對(duì)應(yīng)的指數(shù)區(qū)間，就可以判斷土地生態(tài)系統(tǒng)的安全狀況。

3 應(yīng)用舉例

3.1 研究區(qū)概況

安徽沿江地區(qū)（合肥、馬鞍山、蕪湖、銅陵、池州、安慶、宣城、巢湖、滁州9個(gè)城市）是安徽省發(fā)展條件最優(yōu)、發(fā)展活力最強(qiáng)、發(fā)展?jié)摿ψ罴训闹匾獏^(qū)域。隨著“沿江開(kāi)發(fā)”戰(zhàn)略的實(shí)施，人口迅速增加，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化水平快速提高，耕地面積顯著減少，人多地少的矛盾日益尖銳，土地生態(tài)質(zhì)量不斷下降。因此，評(píng)價(jià)沿江地區(qū)的土地生態(tài)安全具有重要的意義。文中所需數(shù)據(jù)來(lái)源于2007年安徽省和以上9個(gè)城市的統(tǒng)計(jì)年鑒、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、環(huán)境質(zhì)量報(bào)告等。

3.2 計(jì)算過(guò)程及結(jié)果

根據(jù)式(1)，將9個(gè)城市的土地生態(tài)安全狀況作為9個(gè)事物，共有18個(gè)特征（指標(biāo)），構(gòu)建復(fù)合模糊物元。計(jì)算各指標(biāo)的安全指數(shù)時(shí)，對(duì)于正向指標(biāo)，按照式(2)～(6)計(jì)算其安全指數(shù)；對(duì)于負(fù)向指標(biāo)，按照式(7)～(11)計(jì)算其安全指數(shù)，從而建立標(biāo)準(zhǔn)模糊物元矩陣。利用熵權(quán)法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，從而得到指標(biāo)權(quán)重集合Wi=(0.0567,0.0482,0.0501,0.0667,0.0537,0.0625,0.0528,0.0590,0.0531,0.0712,0.0610,0.0558,0.0523,0.0504,0.0520,0.0506,0.0539,0.0502)。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模糊物元矩陣和指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算得到2008年9個(gè)城市的土地生態(tài)安全總指數(shù)。根據(jù)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型，對(duì)各城市的土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，見(jiàn)表3。

表3 安徽省沿江地區(qū)土地生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

按照同樣的方法，可計(jì)算得到各城市各評(píng)價(jià)要素的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果，見(jiàn)圖1。

3.3 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)表3，9個(gè)城市土地生態(tài)安全的排序結(jié)果為：宣城＞合肥＞馬鞍山＞銅陵＞蕪湖＞滁州＞池州＞巢湖＞安慶。9個(gè)城市都屬于“臨界安全”級(jí)，表明土地生態(tài)安全狀況處于臨界水平，土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能已有退化，土地生態(tài)環(huán)境受到一定破壞，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有變化。總體上看，安徽省9個(gè)沿江城市的土地生態(tài)安全狀況總體上不容樂(lè)觀，有待于進(jìn)一步改善。

從3個(gè)評(píng)價(jià)要素看，在9個(gè)城市中，狀態(tài)要素的安全狀況最好，屬于“較安全”級(jí)或“臨界安全”級(jí)。壓力要素中，宣城屬于“臨界安全”級(jí)，而其他城市都屬于“較不安全”級(jí)。在響應(yīng)要素中，安徽、馬鞍山、蕪湖、銅陵4個(gè)城市屬于“臨界安全”級(jí)，而其他5個(gè)城市屬于“較不安全”級(jí)。對(duì)9個(gè)城市而言，壓力要素和響應(yīng)要素應(yīng)該引起足夠的重視。

圖1 9個(gè)城市各評(píng)價(jià)要素安全評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)論

本文采用模糊物元理論對(duì)安徽省沿江9個(gè)城市（合肥、馬鞍山、蕪湖、銅陵、池州、安慶、宣城、巢湖、滁州）2007年的土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)。9個(gè)城市都屬于“臨界安全”級(jí)（臨界安全）?？傮w上看，安徽省9個(gè)沿江城市的土地生態(tài)安全狀況總體上不容樂(lè)觀，有待于進(jìn)一步改善。評(píng)價(jià)結(jié)果符合實(shí)際情況，可以為土地環(huán)境規(guī)劃與污染防治決策提供較為科學(xué)的參考依據(jù)。

[1] 任志遠(yuǎn),張艷芳.土地利用變化與生態(tài)安全評(píng)價(jià)[M].北京:科學(xué)出版社,2003.

[2] 肖篤寧,陳文波,郭福良.論生態(tài)安全的基本概念和研究?jī)?nèi)容[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2002,13(3).

[3] 李如忠.基于模糊物元分析原理的區(qū)域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006,29(5).