基于CRITIC 权灰靶模型的云南省土地生态安全评价

包艳丽，张 洪

（云南财经大学城市与环境学院，云南·昆明 650221）

20 世纪80 年代后期，由于人为因素造成的区域性环境灾难使得生态安全问题得到了首次关注[1]。随着各国之间的经济、政治联系日益密切，全面爆发了如工业化导致的环境污染等全球性的环境问题，使得人类的生存环境面临极大的威胁，再次引起了国内外学者及世界各国政府对“生态安全”问题的高度重视[2-5]。

当前，生态安全研究主要集中在基因工程生物的生态风险与安全、生态入侵风险、食品安全、水资源安全、生态系统健康等方面，国外还没有形成确切的土地生态安全评价，国内关于土地生态安全的研究主要集中在评价方法、指标体系的构建以及生态安全等级划分等方面[6-17]，但各方面仍然存在不足。其中确定权重的方法主要有熵值法、主成分法、德尔菲法等，但均主观性太强。评价体系的构建主要是“压力—状态—响应”（pressure-state-response，PSR）和自然—经济—社会（nature-economy-society，NES），指标体系各有优缺点。评价模型主要有数字模型法、生态模型法、景观生态模型法、数字地面模型等[18-20]，也各有优势与不足。本文从土地生态安全内涵出发，把PSR与环境—经济—社会（environment-economy-society）EES模型框架相结合，从生态负荷、生态保护、生态功能及生态经济四个角度构建云南省土地生态安全评价指标体系，运用改进后的灰靶模型确定评价等级，采用改进的CRITIC法确定综合权重，在权重计算、指标构建、模型上更加贴合云南省实际，从空间上看出区别，对于解决云南省土地生态安全问题更具有针对性和准确性。

根据原云南省国土资源厅调查，云南省大于1 km2坝子1699 个，面积3680.22 万亩（24534.8 km2），仅占全省土地面积的6.41%，其余是山地（约占84%）和丘陵（约占10%）。全省耕地中，坡度在15°以上的耕地面积占44.9%；中低产田329.3 万hm2，占耕地面积的52.7%。这些山地耕地普遍存在田块畸零不整，田坎系数较高，坡地比重较大，土地生态脆弱，存在土壤侵蚀、水土流失等问题。适宜发展的城镇土地和乡村土地少且脆弱，加上人为干扰（毁林开荒、陡坡耕作、采矿伐薪等不合理利用资源）等多种原因，生态退化问题严重，导致系统的生产力、恢复能力下降，生态环境十分脆弱，土地生态安全问题非常严峻。因此，云南省作为典型的西南脆弱区，其土地生态安全研究对于改善西南地区生态环境、缓解人地矛盾及促进区域的可持续发展有着重要的意义。

1 研究区概况及数据来源

1.1 研究区概况

云南省地处我国西南边陲，北回归线横贯本省南部。全省土地面积中，山地约占84%，高原、丘陵约占10%，盆地、河谷占6.41%。最高海拔6740 m，最低海拔76.4 m，地势起伏大。云南省生态环境脆弱，水土流失严重，自然灾害频发，严重危害土地生态安全的稳定和经济社会的协调持续发展。云南省辖昆明市、普洱市、保山市、丽江市、曲靖市、临沧市、昭通市和玉溪市等8 个省辖市及西双版纳傣族自治州、怒江傈僳族自治州、德宏傣族景颇族自治州、迪庆藏族自治州、大理白族自治州、楚雄彝族自治州和红河哈尼族彝族自治州等8 个民族自治州，共计16 个州（市）。国民经济稳中有进，据《云南省2017 年国民经济和社会发展统计公报》，2017 年全省生产总值(GDP)达16531.34 亿元，比上年增长9.5%，高于全国2.6 个百分点。其中，第一产业完成增加值2310.73 亿元，增长6.0%；第二产业完成增加值6387.53 亿元，增长10.7%；第三产业完成增加值7833.08 亿元，增长9.5%。三次产业结构由上年的14.8:38.5:46.7 调整为14.0:38.6:47.4。全省人均生产总值达34545 元，比上年增长8.8%。

1.2 数据来源

本文数据主要来源于《云南省统计年鉴（2018 年）》《2018 年云南省水土公报》《云南省2017 年国民经济和社会发展统计公报》及自然资源部的土地调查成果共享应用平台。

2 研究方法

2.1 构建土地生态评价体系

目前国内还未形成统一的土地生态安全评价指标体系，本文将PSR 与EES 框架相结合，借鉴国内其他研究者关于构建土地生态安全评价指标体系的相关研究成果[20-25]。结合云南省具体情况（水土流失、旅游业发展等）从生态负荷、生态保护、生态功能及生态经济四个角度构建云南省土地生态安全评价指标体系（见表1）。

2.2 研究方法

（1）改进的CRITIC 赋权

CRITIC 法，是由Diakoulaki 提出的一种综合独立性权数和信息量权数的客观赋权法[19]。相关系数和标准差分别用来表示独立性权数和信息量权数，二者结合构成的综合权数越大，则相对重要性越高。本文同时引入变异系数和相关系数的平方值改进后的CRITIC 赋权法，有效地规避了带量纲的标准差不能直接反映指标内部的差异程度和出现负相关时用相关系数反映指标独立性权数不合理的两个问题。

改进后的表达式：

表1 土地生态安全评价指标体系及权重Table 1 Index system and weight of land ecological security evaluation

式中：Ck'表示改进后的综合权数，Sk为标准差，Uk为平均数，rik2 为第i 个评价指标与第k 个评价指标相关系数的平方。

第j 个指标的CRITIC 权重表示为：

（2）改进的灰靶模型

灰靶模型的核心是在没有统一评价标准的情况下，通过对比将灰色系统内部最重要的指标数据优选出来构造灰靶及其靶心，然后将评价对象分为一系列待评模式并通过与靶心的比较来计算靶心度，最后进行模式分级，具体步骤见参考文献[26]。传统的灰靶模型在计算靶心度时，采用等权叠加得到靶心系数，没有考虑各项因子的重要性差异。因此本研究将改进后的CRITIC 权重引入靶心度计算公式中，既增加了客观性也更符合实际。改进后的靶心度计算公式为：

式中：γ(X0,X1)表示待评模式Xi的靶心度；ωk表示待评模式Uk指标的权重；γ[X0(Uk),Xi(Uk)]表示待评模式Xi的靶心系数；n 表示指标个数。

2.3 评价过程

（1）构建标准模式

首先，每一个州市为一个独立的待评价模式，设定16个地市州为待评模式X1-X16，对于每个指标Uk，正向指标的标准模式为：

X0(k)=max{X1(k),X2(k),X3(k),…X19(k)}

负向指标的标准模式为：

X0(k)=min{X1(k),X2(k),X3(k),…X19(k)}

式中：X0(k)为指标原始值的标准化值；Xik为第i 年的第k 个指标的原始值。

（2）进行灰靶变换

令灰靶变换为T，靶心X0=TX=(1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1)，对19 个指标进行灰靶变换，其公式为：

Xi(k)=min{Xi(k),X0(k)}/max{Xi(k),X0(k)}

X1={TX1(1),TX1(2),TX1(3),…,TX1(19)}=(0.055042953,0.084349098,0.111039795,…,0.142152835,0.152422907,0.4650 53763,1)

同理，灰靶变换可求得X2-X19，最终得到由(X1-X19)组成的灰靶变换矩阵。

（3）确定灰关联差异信息空间

令差异信息，其公式为：

Δ={Δ0i(k)|i∈I={1,2,3,…,16}, k∈1,2,3…,19}, Δ0i(k)=|1-Xi(k)|}

从而求出（Δ01,Δ02,Δ03,...,Δ19）构成的矩阵，其中：

Δ01=(0.944957047,0.899999136,0.7132235,…,0.01335141,0,0.040123457,0,0)

同理，可求出其他全部的灰色差异空间矩阵，其中Δ0i(max)=0.999386，Δ0i(min)=0。

（4）计算靶心系数

待评模式Xi在土地生态安全水平评价指标k 下的靶心系数是：

γ(X0(1),Xi(1))=(0.900776302,0.833246811,0.63536221,0…,0.342356418,0.33319686,0.3331967)

（5）确定指标权重

根据式(1)(2)，计算出各指标的CRITIC 权。

（6）计算靶心度

通过式(3)，分别计算出每个待评模式及各模式生态负荷(A1)、生态保护(A2)、生态功能(A3)和生态经济(A4)4个准则层的靶心度。

3 结果分析

根据上节计算过程得到2017 年云南省各地市州的土地生态安全性评价结果（表2）。

从表2 可见，云南省土地生态安全性在各州市之间存在一定差异，昆明市靶心度全省最高，16 个州市靶心度排序为M1＞M16＞M15＞M13＞M6＞M7＞M5＞M12＞M9＞M2＞M3＞M14＞M4＞M11＞M8＞M10，即由高到低依次为昆明、迪庆、怒江、大理、丽江、普洱、昭通、西双版纳、楚雄、曲靖、玉溪、德宏、保山、文山、临沧、红河。

根据γ 的取值范围，结合土地生态安全综合指数，参考国内外有关标准和已有的相关研究成果，以非等间距的方式确立了I 级不安全（0-0.3）、II 级临界安全（0.3-0.45）、III 级较安全（0.45-0.60）和IV 级安全（0.6-1）4 个等级。其中生态安全值越大，表明区域土地生态安全状况就越好；反之就越差。土地生态安全评价等级与各准则层评价等级结果分别见图1、图2 所示。

表2 云南省2017年各地州土地生态安全指数Table 2 Land ecological security index of Yunnan Province in 2017

由土地生态安全评价结果（图1）可以看出，云南省的土地生态安全水平较好，基本处于安全水平，多为临界安全和较安全等级，但区域之间的差异较为明显，空间格局较高地区为滇中、滇西北、滇西南、滇东北地区，较低地区为滇西及滇东南。具体情况如下：

昆明市的各项靶心度均较高，因此其综合靶心度属于全省最高，土地生态安全明显高于其他市州，属于IV 级安全等级。主要是因为昆明市为省会城市，健康产业、旅游产业、文创产业是优势产业，同时发展新能源汽车产业、生物医药产业等新兴产业发展，经济发展较为突出，昆明市2017 年年生产总值高达4857.64 亿元，相较于云南省其他州市排名第一。同时高度重视土地集约利用及生态环境保护，云南省颁布《云南省滇池保护条例》建立四级河长、五级治理责任体系，综合治理电池流域生态环境，并取得显著成就。

迪庆州、怒江州、丽江市、大理市、楚雄市、普洱市、西双版纳市、昭通市处于III 级较安全状态。昭通市、楚雄州、怒江州、普洱市主要由于生态保护和生态经济方面较差，都位于老少边穷地区，主要体现在它的穷上面，昭通人口达到了500 多万，属于人口较多的城市，由于高山分布的地形和落后农业为主的历史原因，其地区生产总值仅为700 多个亿，全国地级城市中排名倒数第六。丽江市、大理市、西双版纳州由于得天独厚的旅游资源及政府的大力扶持，旅游业较为发达，其中迪庆州最大的优势在生态，最大的潜力也在生态，政府高度重视生态文明建设，出台《关于推进全国藏区生态文明建设排头兵的意见》，迪庆森林覆盖率达74%。迪庆是云南省唯一藏治族自州，有金沙江、澜沧江、怒江三江并流国家级风景名胜区，有香格里拉、梅里雪山等著名景点，以旅游业为主的第三产业极为发达，2017 年的旅游总收入达到298.86 亿元，第三产业比重达到55.7%，在16 个州市中位于第二位，仅次于昆明。但生态负荷处于临界安全阶段，主要由于迪庆市地广人稀人口密度仅为17.3 人/km2，土地闲置严重，土地利用率较低，同时主要以放牧业为主，草地破坏严重。丽江市位于三江源，高低起伏较大，山地面积较大，且水土流失严重。大理市的生态负荷和生态功能位于不安全区，主要农用地比重较少，人均耕地面积为62.85059 人/hm2，单位播种面积的农药负荷很重，为7.817754 kg/hm2，土壤污染严重。

德宏州、保山市、临沧市、曲靖市、玉溪市、红河州、文山州处于II 级临界安全状态。曲靖市、玉溪市以环境污染严重的重工业为主导，造成严重的环境污染和生态负荷，随着国家环境治理的不断加强，目前面临着转型的重大问题，许多曾经的高产值企业倒闭，经济产值减产。德宏州、保山市位于滇西南，红河州和文山州位于滇东南这些地区多为山地地区，存在着基础设施薄弱、土地资源紧缺、农业生产环境恶劣，因此产业多为农产业及粗放型生产加工产业，小而分散且布局不合理，没有将资源优势转为经济优势。同时生态保护方面也较差，文山州超过一半的国土面积属于喀斯特地貌，土地贫瘠、水土流失严重、耕地后备资源不足，农业生产条件较差，土地承载能力有限。德宏州的地质状况非常特殊，80%的国土面积分布着大量的花岗岩和片麻岩，极易被风化，易形成滑坡泥石流。

云南无土地生态I 级不安全区。

图1 云南省土地生态安全评价等级Fig.1 Grade of land ecological security assessment in Yunnan province

由土地生态安全分层评价结果（图2）可以看出，全省在生态保护和生态经济两个方面做得较为突出，说明云南省在生态建设方面取得显著成就。面对以重工业为主导，造成严重的工业污染问题，云南省积极进行产业结构转型，关停污染严重的企业、淘汰落后的生产工艺、设备等，加强污染治理，重点发展绿色产能，同时发展全域旅游，2017 年旅游收入高达6682.58 亿元，同比增长47.3%。同时推进“森林云南”建设，牢固树立“绿水青山就是金山银山”的理念，实现云南省森林覆盖率提高到59.7%。典型的生态系统及重要物种得到有效保护。重视高原湖泊生态与治理，精准施策系统集成推进九大高原湖泊治理保护。但是在生态负荷和生态功能方面存在着较大的问题，这也反映面对云南省山地为主的地形、严重的水土流失和石漠化及单位化肥、农药、地膜用量相对较高，土地污染较为严重现状，政府应加大土地自然保护。

依据图2 中4 个准则层等级评定结果，以II 级较安全作为分水岭，低于此标准的不同评价层分别对应生态负荷不安全（图2-a：大理州、楚雄州、文山州及西双版纳州）；生态功能不安全（图2-c：怒江州、大理州、保山市、德宏州、临沧市、普洱市、西双版纳州、红河州、文山州、玉溪市、楚雄州、曲靖市、昆明市、昭通市）。

图2 云南省土地生态安全单个层面评价等级Fig.2 Evaluation grade of land ecological security in Yunnan province

4 结论与建议

4.1 主要结论

（1）采用改进的CRITIC 赋权法既考虑指标内部差异性，又兼顾指标间的冲突性，赋权更加科学合理。将PSR与EES 模型结合，综合考虑云南省特色，从生态负荷、生态保护、生态功能及生态经济四个角度构建土地生态安全评价指标体系，更好反映了云南省土地生态安全的空间差异状况，提出的建议更有针对性和说服力。

（2）云南省的土地生态安全水平较好，基本处于安全水平，多为临界安全和较安全等级，但区域之间的差异较为明显，空间格局较高地区为滇中、滇西北、滇西南、滇东北地区，较低地区为滇西及滇东南。就单个层面而言，在生态保护和生态经济两个方面做得较好，但在生态负荷和生态功能方面存在着较大问题。

4.2 对策建议

（1）对于云南省整体而言，着力推进产业优化转型，围绕“绿色能源”“绿色产品”“健康生活目的地”这三张王牌，加快培养新动能，形成产业新优势；坚持人与自然和谐共生，统筹山水田林湖草系统治理，加大生态保护和恢复力度，全面实施蓝天、国土绿化和城乡人居环境提升行动。

（2）进行区域差异化发展，对于由于地形劣势，小农为主，土地利用效率低下地区，重视脱贫攻坚，如加大对昭通、曲靖、红河、普洱、文山等重点深度贫困地区的投入力度，做好交通基础设施建设，结合当地特色，以“一

县一业”“ 一村一品”为依托，实施贫困地区特色产业提升工程；对于落后产业，进行产业转型。曲靖市以高污染的重工业为主导，应重点考虑煤炭产业转型，重视新能源发展，减少土地生态污染。临沧市以农业为主导产业，应做好转型，抓住地理位置优势和“一带一路”政策，重点发展口岸经济。

（3）对于水土流失、石漠化、荒漠化较为严重地区，重点进行生态保护修复，如保山、楚雄、文山、德宏等州市重点考虑营造林、退耕还林、陡坡地生态治理，加强生态修复；对于生态安全水平较好的地区，发展优势产业的同时，做好生态保护，昆明市、玉溪市、大理市、西双版纳、丽江市、普洱市在发展旅游等优势产业时，坚定不移地推进洱海抢救性保护行动，强化滇池、抚仙湖等高原湖泊生态系统保护和治理，深入推进西双版纳州、玉龙县国家主体功能区试点示范和普洱市国家绿色经济试验示范区建设。