高明美，孫濤，趙天燕,3，戴紅軍,4，張坤,5

(1.南京航空航天大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院，江蘇 南京 211106；2.青島大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266071；3.首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)會計學(xué)院，北京 100070；4.淮南師范學(xué)院經(jīng)濟與管理學(xué)院，安徽 淮南232001；5.山東政法學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)系，山東 濟南250014)

中國人口眾多，土地利用結(jié)構(gòu)不合理，對生態(tài)用地及其維護重視不夠，土地荒漠化、土地污染、水土流失、非農(nóng)用地的生態(tài)破壞性加劇等土地生態(tài)失調(diào)問題較為嚴重，使得土地生態(tài)安全問題成為一個亟待解決的問題。目前，關(guān)于土地生態(tài)安全問題的研究方法主要有模糊綜合評價法[1]、模糊物元法[2–7]、綜合指數(shù)法[8–9]等。這些方法為探索土地生態(tài)安全健康狀態(tài)奠定了理論基礎(chǔ)，但也存在如下缺陷：雖然能夠確定出評價對象的土地生態(tài)安全等級，但不能說明等級之間的轉(zhuǎn)化狀態(tài)[2]；只關(guān)注了指標定量描述的模糊性和分級區(qū)間界定的模糊性，而忽視了土地生態(tài)系統(tǒng)安全評價實際操作過程中評價指標定性描述、指標值定量確定以及評價等級判定的隨機性。云模型因為能同時兼顧隨機性和模糊性而被廣泛應(yīng)用[10–15]，但將云模型應(yīng)用于土地生態(tài)安全評價中的研究[16–20]相對較少。為解決土地生態(tài)安全健康狀態(tài)評價中模糊性與隨機性共存的問題，筆者將正態(tài)云模型應(yīng)用于皖江地區(qū)土地安全評價研究中，旨在探尋區(qū)域土地生態(tài)安全評價的新方法。

1 研究區(qū)概況

皖江地區(qū)是安徽省經(jīng)濟發(fā)展最快、經(jīng)濟總量規(guī)模最大的最具有發(fā)展?jié)摿Φ膮^(qū)域。根據(jù)皖江地區(qū)區(qū)域規(guī)劃，該地區(qū)包含了合肥、蕪湖、銅陵、馬鞍山、池州、宣城、安慶、巢湖、滁州等9個市，其規(guī)劃面積6.3萬km2。2011年，皖江地區(qū)生產(chǎn)總值為10 348.53億元，約占安徽省生產(chǎn)總值的67.6%。初步核算，2013年前3個季度皖江地區(qū)生產(chǎn)總值為8 724.3億元，按可比價格計算，比2012年同期增長11.4%，增幅比安徽省均值高0.7個百分點。與中國中部其他地區(qū)相比，皖江地區(qū)地處長三角的西緣，與長三角人緣相親，地緣相近，是長三角經(jīng)濟圈的重要腹地和自然延伸地帶，是安徽省最發(fā)達的制造業(yè)基地。近50年來，隨著粗放型經(jīng)濟增長模式的推行，化工廠、鑄鍛廠和建材廠等的大肆引進導(dǎo)致皖江地區(qū)土地安全發(fā)展不平衡，人口密度明顯增加，耕地面積日漸減少，森林覆蓋率顯著降低，皖江9個市內(nèi)部的差異較大。

2 研究方法

2.1 正態(tài)云模型評價方法的建立

云模型是用語言值表示的某個定性概念和定量表示之間的不確定性的模型，可用來刻畫多指標評價中大量存在的不確定性現(xiàn)象。設(shè)U 是一個用精確數(shù)值表示的定量論域，C 是U 上的定性概念，若定量值 Ux∈ ，且x 是定性概念C 的一次隨機實現(xiàn)，x 對C 的隸屬度是有穩(wěn)定傾向的隨機數(shù)則x 在論域U 上的分布稱為隸屬云。若隸屬云x 服從正態(tài)分布其中且x對C的確定度是有穩(wěn)定傾向的隨機數(shù)對C 的確定度滿足

則稱x 在論域U 上的分布為正態(tài)云[10]。

正態(tài)云確定度將隨機性和模糊性關(guān)聯(lián)在一起，相對于傳統(tǒng)的模糊隸屬度更具有優(yōu)勢。正態(tài)云的3個數(shù)字特征(期望Ex、熵En、超熵He)反映了定性知識的定量特征，它把模糊性和隨機性完全集成在一起，構(gòu)成了定性和定量相互間的映射。正態(tài)云模型的3個數(shù)字特征的計算方法如下：

由于各等級劃分的區(qū)間端點值是相鄰2個等級過渡的邊界值，故區(qū)間端點值應(yīng)同時屬于相鄰的等級，具有一定的模糊性，故得

一般情況下，Heij的大小依據(jù)經(jīng)驗來確定，Heij越小，正態(tài)云的離散程度越小。

2.2 熵權(quán)法確定指標權(quán)重

熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)方法，其原理是根據(jù)各值的差異程度，先利用信息熵算出各指標的熵值，再計算差異系數(shù)，從而得到各指標的熵權(quán)[2,13]。為避免人為主觀干擾，本研究中選取熵權(quán)法來確定土地生態(tài)安全評價指標的權(quán)重。

2.3 正態(tài)云模型綜合評價過程

步驟1：首先建立合理的評價指標體系(X1，X2，X3，…，Xn)，制定評價等級標準

步驟4：就每個待評價對象，根據(jù)各指標值，利用正向云發(fā)生器，由公式(1)確定出其指標i 對應(yīng)等級j 的云確定度矩陣Z=(Zij)n×m。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地生態(tài)安全評價指標體系的建立

土地生態(tài)安全評價指標的選擇，不僅要考慮生態(tài)環(huán)境狀態(tài)，體現(xiàn)土地生態(tài)系統(tǒng)自身的安全性和為人類提供生態(tài)服務(wù)的可持續(xù)性，又要遵循科學(xué)性、可操作性、完備性、數(shù)據(jù)可獲性等原則。針對皖江地區(qū)自然地理狀況及社會經(jīng)濟發(fā)展，特別是土地資源及土地利用的具體狀況，余健[2]從自然屬性、社會屬性、經(jīng)濟屬性三方面選取了17個指標，將土地生態(tài)安全標準分為5個等級，分別是安全級(I級)、較安全級(II 級)、臨界安全級(III 級)、較不安全級(IV級)和極不安全級(V 級)。為體現(xiàn)云模型評價方法上的優(yōu)勢，便于和余健[2]的模糊物元評價結(jié)果進行比較，本研究中采用與其相同的生態(tài)安全評價指標及評價標準，各等級標準范圍見表1。

表1 評價指標和評價等級劃分標準[2] Table 1 Evaluation indicators andgrade standards for land eco-security

3.2 指標權(quán)重的確定

根據(jù)余健[2]提供的皖江9個市的17 項指標數(shù)據(jù)，得指標(X1，X2，X3，…，X17)的權(quán)重W={0.004 7，0.075 0，0.0884，0.037 1，0.136 3，0.069 2，0.145 0，0.000 5，0.048 1，0.017 6，0.279 6，0.000 4，0.058 2， 0.010 0，0.001 0，0.027 2，0.001 4}。由權(quán)重計算結(jié)果可以看出：坡度大于25°陡坡耕地面積比重、森林覆蓋率、地區(qū)之間的地理分布特點對地區(qū)土地的生態(tài)安全具有較大的影響。

3.3 正態(tài)云綜合評價模型的評價結(jié)果

在土地生態(tài)安全評價過程中，由于抽樣的隨機性和測量人員主觀因素的影響，指標值的獲取和評價等級的劃分范圍具有模糊性和隨機性，使得最終得到的評價結(jié)果欠精確。正態(tài)云確定度是用一個具有穩(wěn)定傾向的隨機確定數(shù)代替精確隸屬度，既體現(xiàn)了隨機性，又考慮了模糊性，故可借助正態(tài)云模型的3個數(shù)字特征刻畫第i個指標對應(yīng)于第j個等級這一定性概念。根據(jù)正態(tài)云的3個數(shù)字特征的計算公式(2)、(3)，將表1 中各指標對應(yīng)的等級劃分范圍表示為正態(tài)云(表2)。

表2 皖江9個市評價指標正態(tài)云模型的等級標準 Table 2 Grade standards in normal cloud model for land eco–security evaluation of nine cities in Wanjiang district

根據(jù)余健[2]提供的皖江9個市的17個評價指標數(shù)據(jù)，按照正態(tài)云模型綜合評價步驟4 和步驟5，得皖江9個市的土地生態(tài)安全綜合評價等級結(jié)果(表3)。

表3 皖江9個市土地生態(tài)安全的綜合評價結(jié)果 Table 3 Evaluation results for land eco–security evaluation of nine cities in Wanjiang district

表3 結(jié)果表明：

1) 滁州、合肥、宣城土地生態(tài)安全處于I 級，蕪湖、銅陵和巢湖處于II 級，安慶處于III 級，池州處于IV 級，馬鞍山處于V 級。這表明馬鞍山、池州的土地生態(tài)系統(tǒng)已被嚴重破壞，生態(tài)服務(wù)功能已經(jīng)嚴重退化。這種結(jié)果的出現(xiàn)與當?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟定位和環(huán)保目標都有直接的關(guān)系。

2) 皖江9個市中大部分城市的土地生態(tài)安全狀況整體良好，生態(tài)系統(tǒng)較穩(wěn)定，說明這些地區(qū)土地生態(tài)功能正常，土地生態(tài)環(huán)境保持完好，土地生態(tài)結(jié)構(gòu)基本合理。

3) 皖江9個市土地生態(tài)安全風(fēng)險分布不一，地區(qū)之間存在明顯的差異，蕪湖、滁州、合肥、宣城、銅陵和巢湖這幾個城市的土地生態(tài)水平較好，在將來的開發(fā)利用過程中要注意保護。

正態(tài)云模型與模糊物元法的最終評價結(jié)果基本一致，但仍存在一定的差異(表3)，安慶市在云模型評價中的土地安全級別是“臨近安全”，而在物元分析中，安慶市的土地安全級別是“極不安全”。實際上，近來年，安慶市政府大力落實資源節(jié)約優(yōu)先戰(zhàn)略，推進土地節(jié)約、集約利用，加強土地生態(tài)安全健康保護，安慶市土地安全處于臨近安全狀態(tài)是相對合理的。2 種方法的差異主要在于：

1) 正態(tài)云模型是利用具有穩(wěn)定傾向的隨機數(shù)來代替精確隸屬度，在考慮模糊性的同時也兼顧了隨機性，而模糊物元法僅考慮了模糊性，故評價結(jié)果會有一定的差異。

2) 物元分析法強調(diào)對影響因子的分析，正態(tài)云模型更注重綜合評價。

3) 正態(tài)云模型的評價結(jié)果是隨機的，其評價結(jié)果是一次隨機實現(xiàn)，但該評價結(jié)果必然在某一可接受的范圍內(nèi)，這恰恰體現(xiàn)出了評價的不確定性[14]。

3 結(jié)論與討論

利用正態(tài)云模型對皖江9個市的土地生態(tài)安全進行評價，結(jié)果表明皖江地區(qū)土地生態(tài)安全程度在整體上屬于中等偏上，其中滁州、合肥、宣城處于安全級，只有馬鞍山處于極不安全級別。盡管地區(qū)之間土地生態(tài)安全風(fēng)險分布不一，但大部分城市土地生態(tài)安全處于較為健康的狀態(tài)。鑒于以上研究結(jié)果，筆者認為：

1) 蕪湖、滁州、合肥、宣城、銅陵和巢湖的土地生態(tài)安全，在維持現(xiàn)狀的情況下要加強對土地利用規(guī)劃的管理，避免在經(jīng)濟建設(shè)過程中對土地生態(tài)造成破壞。

2) 馬鞍山、池州地區(qū)的土地生態(tài)系統(tǒng)相對比較脆弱，一定要注意保護，不可繼續(xù)加重對土地生態(tài)的破壞。為了保證土地安全利用的可持續(xù)性，此類地區(qū)應(yīng)以遷村并鎮(zhèn)、農(nóng)田整理為重，節(jié)約村莊用地，擴大農(nóng)用地；提倡科學(xué)施肥和施農(nóng)藥制度，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、有機農(nóng)業(yè)、高效低耗的集約化農(nóng)業(yè)。加強對地區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)污染的監(jiān)管，加大環(huán)保投入，引導(dǎo)農(nóng)民發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，促進土地生態(tài)質(zhì)量的改善。

土地生態(tài)安全評價不僅需要構(gòu)建合理的指標體系和評價等級標準，更需要合適的評價方法來支撐。將云模型引入土地生態(tài)安全評價中的主要目的是解決評價過程中隨機性和模糊性共存的問題，以探尋出一種研究土地安全評價這一不確定知識表示的有益方法，但作為解決土地生態(tài)安全評價問題的一種手段，云模型仍存在如下不足：

1) 正態(tài)云模型的3個數(shù)字特征中，期望Ex 最能表征定性概念的值，熵En 的大小決定了可被定性概念所接收的云滴數(shù)，超熵He 大小代表了正態(tài)云的厚度，但現(xiàn)有文獻對這3個參數(shù)的量化一直沒有統(tǒng)一的界定，尤其是超熵He 的數(shù)值選取常常受到經(jīng)驗的影響，不可避免地存在一定的主觀性，有待于進一步完善。

2) 土地生態(tài)安全評價指標體系的構(gòu)建還需進一步的科學(xué)化、合理化。本文中側(cè)重于解決評價過程中存在的隨機性和模糊性共存問題。構(gòu)建合理的、完善的土地生態(tài)安全評價指標體系是評價的基礎(chǔ)，是十分重要的研究工作。為了與模糊物元法對皖江地區(qū)土地生態(tài)安全進行評價的研究結(jié)果[2]進行直觀比較，本研究中借用了文獻[2]中選取的評價指標、指標數(shù)據(jù)和等級劃分標準，這在一定程度上直接制約了本研究的創(chuàng)新性。在以后的工作中需進一步完善指標體系，科學(xué)地劃分等級標準。

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