基于PSR模型的城郊接合部土地利用健康评价及障碍因子诊断——以武汉市蔡甸区为例

■ 张凯瑞 ，向婉婷 ，曹瀚文 ，赵泽平 ，徐伟青

（1.三峡大学水利与环境学院，湖北 宜昌 443002；2.自然资源部城市国土资源监测与仿真重点实验室，广东 深圳 518040)

在我国土地资源逐年减少，以及社会各界对土地需求矛盾持续恶化的状况下，土地矛盾日益凸显，特别是在我国实施可持续发展战略以来，如何做到土地资源、生态环境、社会经济的可持续发展是当今土地利用系统的重点研究问题之一。

生态、社会、经济三者之间的平衡取决于土地利用系统的健康程度[1]。所以只有从多个方面综合研究土地利用系统的健康状况才有具体的作用和意义。城郊接合部是衔接农村与城市的过渡区域，既具有城市的土地利用特点也具有农村的土地利用特点，该区域受中心城区快速城镇化影响，其土地资源不合理利用现象严重，人地矛盾更激烈[2]。

因此，本文以特大中心城市——武汉市的城郊接合部区域蔡甸区为例，基于压力-状态-响应(pressure state response，PSR)评价模型，对 2009—2018 年的土地利用健康进行评价，并诊断影响该区域土地利用系统健康发展的障碍因子。本研究对构建合理的土地结构，以及对城郊接合部土地资源可持续利用有重要参考意义。

一、材料与方法

（一）研究区概况与数据来源

武汉市是位于我国华中地区唯一的副省级都市，西接江汉平原，坐落于两江交汇处[3]。优越的地理位置，造就了武汉城区的快速发展。然而经济的迅速增长、人口的急速膨胀，周边农村人口向城市圈的迁移，导致武汉城市圈向周边区域急剧扩散，进而影响了武汉城区边缘地区——城郊接合部的土地利用系统结构和生态环境，对接合部内土地资源的可持续利用与土地利用系统的健康状况造成不利影响。

本研究所使用的土地利用系统健康评价指标数据主要来源于《武汉市统计年鉴2009—2018》《武汉市蔡甸区国民经济与社会发展统计公报2009—2018》《武汉市蔡甸区环境状况公报2009—2018》以及土地利用调查数据等。

（二）评价模型与体系构建

压力-状态-响应(pressure state response，PSR)模型被联合国环境规划署 (UNEP)和经济合作发展组织(OECD)归为主要应用于世界环境状况评价模型，最早由加拿大统计学家Rapport和Friend于1979年提出[4]。借助PSR模型构建土地利用系统健康性评价体系可衡量人口增长和社会经济发展等因素给城市土地利用施加的压力，描述在当前状况下的经济发展水平和土地生态质量等土地产出水平，分析土地利用系统对压力的适应能力以及环境保护措施的成效性。环境变化与环境压力之间的关系体现在压力、响应、状态之间的相互制约和相互影响[5]。

根据指标数据的可获得性和特点，遵循指标数据选取的相关基本原则，对土地利用系统健康评价指标进行分析[6]。PSR模型建立了压力系统(人口压力、土地压力、社会经济发展压力)、状态系统(社会经济发展水平、土地集约化状态)以及响应系统(环境治理力度、政策管理力度)三个目标层，共28项相关指标。

（三）结果与分析

根据公式，计算出2009—2018年武汉市蔡甸区土地利用系统P、S、R三个子系统的评价得分和健康综合指数值，结果见图1。

图1 2009—2018年武汉蔡甸区土地利用系统健康评价结果

由图1可以看出，在2009-2018年蔡甸区的土地利用系统的压力、状态、响应指数和综合指数曲线均持续上升，说明该地区土地利用系统健康状况正在逐年好转。状态指数上升幅度最大，说明近年来土地管理部门对生态环境的重视和保护初见成果，有利于该区土地利用系统健康发展。土地利用系统健康综合指数由2009年的0.067221上升到2018年的0.290939，表明土地利用系统健康等级由病态上升到不健康状态，且接近亚健康。究其原因是土地利用管理部门在土地的规划和利用方面更加注重生态保护，大力发展生态企业；提升了土地利用系统的健康状况。根据土地利用系统健康分级标准判断，得出蔡甸区2009—2014年土地利用系统处于“病态”，2014—2018年土地利用系统逐渐好转为“不健康状态”。以上土地利用健康评价的结果与蔡甸区近年来经济、社会的持续发展，对生态环境造成影响的实际情况相吻合。

在2009—2016年，压力指数一直在0.05附近波动，但总体来看，呈现先波动后增大的趋势，2018年的压力指数是2009年的1.24倍。压力指数数值越小代表着生态压力越大[7]，因此压力指数是一个负向指标。由图1还可以看出，在2009—2016年，压力指数呈现波动状态，其中最大值为0.05358，最小值为0.04251，说明武汉市蔡甸区的土地利用压力状况和土地利用的干扰程度都维持在一个相对稳定的状态。在2016—2018年，压力指数呈上升趋势，增长率分别为14.59%和28.12%，增长率在逐年提升，表明土地利用系统的压力在逐年减小，这有利于土地利用系统的恢复和发展。压力指数的上升代表了生态压力的减小，说明武汉市蔡甸区土地利用压力状况逐渐好转。主要原因是2016年后国家制定的一系列生态保护政策的严格实施，加强了对生态企业和生态旅游的支持，同时城市的快速发展吸引了农村的年轻人，使农村的耕地利用率逐年减小，农村的耕地退化使林地和草地的比重逐年上升，这也提升了士地利用系统的恢复和发展速度。

2009—2018年状态指数逐年上升，说明十年间武汉市蔡甸区的经济水平正在提升。2018年状态指数是2009年的20.9倍，年增长率为35.55%，而且年增长率持续升高，表明有诸多有利因素使蔡甸区土地利用系统状态指数呈上升趋势。说明武汉市蔡甸区在系统状态方面做了很多的工作，这一时期的主要影响因素中的第三产业占GDP比重、城镇人均可支配收入和农民人均收入等指标的比重都在升高，说明了土地利用系统健康正处在一个持续自身修复、加速自身恢复的状态。

武汉市蔡甸区的士地利用系统响应指数在2009—2018年都呈上升趋势，发展水平正在逐渐提升，2018年系统响应指数是2009年的4.83倍，年均增长17.1%。说明系统响应指数呈上升趋势，但年增长速率最初比较高后又逐渐下降，因此武汉市蔡甸区应该需要对响应系统的工作加大力度，特别是在生活污水处理率、造林面积等一些方面加大力度。

二、土地利用系统障碍因素诊断

根据土地利用系统健康障碍因素诊断的计算方法，计算出2009、2013和2018年武汉蔡甸区土地利用系统健康障碍度，结果见表1。由表1可知，2009、2013和2018年阻碍其健康状况改善的障碍因素均主要体现在压力系统和状态系统两个方面。2009年的障碍因素主要是响应子系统中的垃圾无害化处理率、工业废水排放达标率和环保投资强度，其中工业废水排放达标率是最大阻碍因子，说明蔡甸区2009年的土地利用系统健康状况主要受环境治理和政策管理制约；2013年的主要障碍因素包括地均GDP、人口密度和第三产业占GDP比重，其中第三产业占GDP比重是最大阻碍因子；2018年的主要障碍因素包括人均建设用地、人口自然增长率和人口密度，其中人均建设用地是最大阻碍因子。虽然每年的主要障碍因素不尽相同，但每年都以状态子系统中的社会发展状态等指标因子为主。

表1 2009、2013和2018年武汉蔡甸区土地利用系统健康障碍度因素排序

从单项指标变化趋势上看，2009—2018年的人口压力的指标因子升高幅度增大，响应子系统中的指标因子降幅增大，说明近10年蔡甸区在人居环境方面有所改善。近10年，蔡甸区区域面积增大，促进了当地建设用地的发展，但同时也导致基本农田保护不到位以及建设用地效率不高、产出效益过低等问题。

在表1的基础上，得到各类指标对土地利用系统健康的障碍度，结果见图2。状态和响应系统的障碍度都在持续下降，其中状态系统下降幅度较大，降幅为50.1%，响应系统降幅为17.7%，而压力系统障碍度变化幅度不大，2009—2018年下降4.9%。由此可知，2016年之前状态系统的障碍度最大，其次是压力系统和响应系统，说明2016年以前，其第三产业占GDP比重、地均GDP和地均固定资产投资等障碍度虽有所减小，但依然是阻碍土地利用健康发展的重要因素；2016年之后，压力指数的障碍度最大，状态和响应指数的障碍度均低于10%，其中人口密度、人口自然增长率和土地垦殖率对土地利用健康发展的阻碍度最大。可见，提升土地利用系统健康水平的关键在于提升状态指标层，与此同时要保护压力指标层。从2009—2018年的土地利用系统障碍因素诊断来看，状态指标层是影响蔡甸区土地利用系统健康的主要因素，所以接下来必须将状态指标层作为重要的研究对象，使武汉市蔡甸区土地利用系统进一步改善和恢复。

图2 2009—2018年蔡甸区分类指标障碍度

三、结论

（1）运用PSR模型对武汉市蔡甸区2009—2018年的土地利用系统健康水平进行综合评价，显示其综合指数由2009年的0.0672增长至2018年的0.291，总体呈上升趋势，主要表现为2018年的综合指数是2009年的4.33倍，健康水平持续上升；压力指数总体先稳定波动后缓慢上升，状态指数和响应指数总体上持续上升。响应指数的增长率最高，其中水土流失治理率、造林面积和环保投资等指标的上升趋势明显，使响应指数由0.0081上升到0.039，表明近十年武汉市蔡甸区的环境治理和生态修复工作开展得十分顺利。因土地垦殖率、人口密度和城市化水平等正向和负向指标阻碍度持续升高，使压力指数在0.05附近波动，可见武汉市蔡甸区土地生态压力较大。状态指数因城镇化率、人均GDP、地均GDP、农村人均纯收入和城镇人均可支配收入的增加，由0.00903上升全0.18916，也体现了武汉市蔡甸区的经济、工业在发展。武汉蔡甸区位于华中地区，地形主要以平原和丘陵为主，工业较发达，然而人口日益增多，使政府部门对土地的相关规划产生矛盾，因此要合理规划土地资源，就必须要实现土地资源可持续利用。

（2）通过对障碍度的计算和分析，2009—2018年影响武汉市蔡甸区土地利用健康的障碍度存在时间差异特征。2009—2016年，系统状态指数对土地利用系统的障碍度最大，2016—2018年，系统压力指数对土地利用系统的障碍度最大。整个期间状态指数和响应指数的障碍度在持续下降，压力指数的障碍度在20%左右稳定波动。总体来看，系统压力障碍度的主要影响因素为人口增长率、土地利用率和城市化水平。因此，武汉市蔡甸区今后应该从压力指标等方面提高土地利用系统的健康水平。