基于DPSIR-TOPSIS 模型的耕地安全评价及障碍因子诊断

张彦军

（山东财经大学 公共管理学院，山东 济南 250014）

耕地作为万物之本，是人类赖以生存的根基和保障[1]。随着当前社会工业化和城市化进程的加快，对于粮食的需求增大的同时，让有限的耕地资源承受着越来越大的压力[2]。为了协调经济与环境的发展关系，缓和尖锐的人地矛盾，在此情形下，耕地安全已经成为国内外专家学者们热议的话题。

当前，耕地安全的研究主要集中在耕地安全内涵[3-4]，耕地安全时空格局的构建[5-7]，耕地安全项目的实施与绩效评价[8-10]及耕地安全的未来展望[11-12]等方面，已经取得丰富理论成果。耕地安全的内涵是构建耕地安全格局的理论支撑，耕地安全项目的实施是采取积极措施保障耕地安全的具体表现，耕地安全的未来展望则与经济社会的可持续发展遥相呼应。匡丽花等从耕地数量、质量、生态“三位一体”的系统角度出发，来分析评价耕地安全系统演化状况[13]；谭术魁等采用系统动力学的研究方法，从耕地面积、粮食产量等的变化趋势来研究湖北省耕地安全的变化情况[14]；Rosell等学者通过遥感和实地观察等研究方法分析了埃塞俄比亚典型地区的耕地安全变化情况[15]；范胜龙等通过障碍度模型确定影响福建省耕地安全的障碍因子[16]。但是国内对于耕地安全研究仍然处于探索阶段，且大多数研究都是从自然基础和人文社会的角度来分析，鲜有从耕地安全自身角度进行研究。

鉴于此，本文在借鉴国内外丰富的理论成果基础上，以山东省为研究对象，从系统性和整体性的角度出发，选用DPSIR 模型构建评价指标体系以及改进的TOPSIS 模型，评价山东省2000—2020 年耕地安全状况，结合障碍度模型对山东省耕地安全现状进行障碍因子诊断，旨在为耕地安全的可持续发展提供参考。

一、研究方法

（一）耕地安全评价指标体系的构建

耕地安全是指在一定的时空范围内，耕地系统能够保持自身结构系统并稳定产出可以满足社会经济发展的粮食作物。DPSIR 概念模型主要反映人类社会经济活动对生态的影响[17-18]。其中，驱动力子系统（D）指标即推动耕地安全变化的指标，是最原始关键的指标，如农业机械总动力、地均GDP、人均GDP 等；压力子系统（P）指标是生产及生活活动对耕地安全造成的影响，主要指人类直接作用于耕地资源环境系统使其产生变化的力，如建设用地增长率、化肥使用量、农药使用量等；状态子系统（S）指标是指耕地系统在驱动力和压力共同作用下的表现，主要是指耕地的本底质量状况，如有效灌溉面积、农作物播种面积、农村发电量等；影响子系统（I）指标即是耕地系统的状态对农业产业与发展的影响，如一产比例、人均粮食产量、地均粮食产量等；响应子系统（R）指标是人类针对耕地安全变化所采取的措施和对策，如农业生产结构、除涝面积等，因此综合已有研究成果[19-20]，结合现有的耕地安全的内涵，确定指标体系（表1）。

表1 耕地安全评价指标体系

（二）指标权重的计算

计算第i项功能第j个指标的样本值比率[21]：

计算第i项指标的熵值ei：

计算第i项指标的权重，即熵权，公式如下：

式（2）（3）中：ei为评价指标信息熵；n为研究年份数，研究中取20；wi为评价指标权重；m为指标数量，研究中取25。

（三）加权TOPSIS 综合评价法

加权TOPSIS 核心内容是计算加权的评价指标与正负理想解之间的欧式距离，比较指标层与理想解之间的贴近程度，并依据最终值分析耕地安全的时序变化[22-23]，通过最终值排序和分级，对耕地安全的状态进行测度。步骤如下:

（1）构建加权规范化决策矩阵

式（4）中：Wi为权重，Zij为权重与相应指标标准化后的数值所组成的矩阵的乘积。

（2）确定正理想解Z+和负理想解Z-

式（5）（6）中：Z+是各指标的最优状态，Z-是各指标的最劣状态。

（3）计算各目标值与正理想解和负理想解的距离D+和D-

（4）计算各年份评价对象与理想解的贴近度

式（9）中：Cj为评价对象与理想解的贴近度即评价指数。Cj值越大，表明第j年耕地安全状况越好。

（四）耕地安全等级划分

为了更加直观的了解研究区域耕地安全现状，对耕地安全评价指数进行等级划分。参考相关文献[24]，将耕地安全等级划分为5 个等级，分别为不安全、临界安全、一般安全、较安全、安全（表2）。

表2 耕地安全评判标准

（五）障碍度诊断模型

为有针对性地影响耕地安全的主要因素，引入为障碍度诊断模型[25]，探寻不同时期影响山东省耕地安全的主要障碍因子。

式（10）（11）中：Oij为耕地安全的各项评价指标的偏离度，Xij为评价指标的标准值，Fi j表示研究中评价指标的贡献程度，本次研究直接采用各项指标权重表示，vij为评价指标的障碍度指数。

在分析单项因子障碍度的基础上，分析各准则层对总目标的障碍度，公式为：

式（12）中：Vij为总目标障碍度。

（六）研究区概况与数据来源

1.研究区概况

山东省陆域总面积为15.58×104km2，海洋面积15.96×104km2，山东省地势中间高、四周低，省内土壤类型多样，仅为全国人均水资源占有量的 1/6，水资源相对缺乏；人均森林蓄积0.91 m3，仅为全国平均水平的8%。2020 年山东省GDP 为7.1 万亿元，第一、二、三产业结构为7.2∶39.8∶53.0，常住人口超过1.0 亿人，城镇化率达到61.51%。山东省耕地资源禀赋优越，社会经济发展需求旺盛，区域特色优势明显；同时又面临耕地资源空间分布不均、供需错配等威胁社会经济可持续发展的潜在风险。因此，围绕山东省耕地资源来分析与所处的自然环境开展系统研究具有典型性和迫切性，对调节区域人地关系和谐与可持续发展具有重要的现实指导意义。

2.数据来源

经济和社会生活数据来源于《中国统计年鉴(2000—2020)》《山东省统计年鉴(2000—2020)》以及2000—2020 年山东省国民经济和社会发展统计公报，土地利用数据来源于《中国农村统计年鉴(2000—2020)》。

二、研究结果

（一）指标权重

通过熵权法对反映山东省耕地安全状况2000—2020 年25 项指标进行处理，得到各指标权重结果如表3 所示。

表3 指标权重

在上述指标中，权重不小于0.04 的指标有10 项，且在各个准则层均有分布。其中响应层权重（0.144）明显低于其他准则层，说明山东省整体面临的耕地安全形势较为严峻。而影响层（0.243 1）的权重最大，说明在驱动力层和压力层的双重作用下，对耕地安全状态产生了强烈的影响，直接体现在影响层中，其中粮食产量（I4）指数获得了最大权重，说明该项指标是反映耕地安全状态最敏感的指标。上述结果一方面表明影响层指标对耕地安全的评价有着重要意义，另一方面表明响应层指标的权重较低，反映出山东省在过去20 年的时间里，尽管已经采取各种措施来保障耕地安全，但实施效果可能还未达到预期水平。

（二）耕地安全评价结果分析

对山东省2000—2020 年的25 个指标的数据进行收集，并进一步整理来分析山东省耕地安全现状。山东省耕地安全评价指数在20 年间虽然总体是上升趋势，但耕地安全评价指数一直低于0.6，现将其评价指数分阶段进行分析（图1）。

图1 耕地安全综合评价结果

第一阶段是2000—2005 年耕地安全评价指数虽有略微上升但总体在较低的水平，评价指数介于0.36～0.39 之间，处于临界安全状态；2006—2010 年耕地安全评价指数总体上呈下降趋势，评价指数介于0.39～0.52 之间，由一般安全变化为临界安全状态；2011—2015 年耕地安全评价指数总体上呈现上升趋势，评价指数介于0.42～0.48之间，年均增长0.01 左右，处于一般安全状态；2016—2020 年耕地安全评价指数总体上也呈现上升趋势，评价指数介于0.5～0.56 之间，也处于一般安全状态。

（三）耕地安全分维度波动分析

1.驱动力层评价指数稳定增长状态

山东省驱动力评价指数从2000 年的0.21 上升至2010 年的0.46，至2020 年的0.81（图2），其中有2006—2008 年的三年平缓期以及后续有短暂的下降后，其他时间段皆呈现上升趋势。驱动力上升的主要原因是先进的科学技术应用到农业生产中，更加看重规模效益使得农产品更加产业化和规模化，使粮食产量逐年上升。

图2 准则层评价结果

2.压力层评价指数处于一直下降的状态

2000—2010 年评价指数虽然有上下波动，但是总体上处于下降状态，评价指数由较安全下降为一般安全；2011—2020 年虽然下降幅度较小，但是其评价指数由一般安全下降为临界安全。最初压力指数高主要是因为农药、地膜过度使用对耕地安全所造成威胁，但是随着减少对于耕地农药、化肥等的投入，压力指数逐年下降。

3.状态层评价指数变化较为曲折，总体上呈现出先上升而后缓慢下降

2000—2010 年评价指数增长后突然下降，由临界安全状态增长至一般安全后又落入临界安全状态，而此后一直处于一般安全状态；2011—2020年评价指数一直上下波动，但其评价指数一直处于一般安全状态。主要是因为城市化工业化进程中会建设占用耕地，但同时又会在其他地方将占用的耕地找补回来，所以耕地安全处于波动状态。

4.影响层评价指数总体上处于增长状态

2000—2010 年评价指数一直处于增长，并由不安全增长至一般安全状态；2011—2020 年评价指数平稳波动后缓慢增长，年均增长0.15 左右，由一般安全增长至较安全状态。在过去20 年间里随着科技的进步使得耕作效率的大幅提高，这些因素结合起来使得耕地安全评价指数持续上升。

5.响应层评价指数变化也较为曲折，但总体上呈现出上升趋势

2000—2010 年评价指数先平稳波动后缓慢上升处于一般安全状态；2011—2020 年评价指数先下降后上升，处于一般安全状态。响应层评价指数上升的主要原因是政府出台了耕地保护政策以及耕地保护措施的实施。如编制相关的规章制度来遏制了人们对于耕地资源环境的破坏。

（四）山东省耕地安全障碍因素

1.准则层障碍度

从障碍因子数值来看，压力层、状态层和影响层对于山东省耕地安全影响较大，而驱动力层和响应层则影响较小。从变化情况来看，驱动力层和状态层呈下降趋势；压力层呈现出先上升后下降的趋势；影响层则与此相反呈现先下降后上升的趋势；最后响应层则在一定范围内呈现出稳定波动的状态。压力层为负向准则层，且在压力层方面这种负担还在持续增长，近些年才稍有缓解；而状态层和影响层为正向指标层，采取措施增加状态层和影响层的指标数值可以提高耕地安全的预警阈值（图3）。

图3 准则层障碍度

2.指标层障碍度

运用障碍度诊断模型计算出2000—2020 年阻碍山东省耕地安全发展的主要障碍因子以及其障碍度（表4）。指标层障碍因子分为五个阶段分析，2000 年为起始阶段，2005—2020 年的障碍因子分别综合过去几年的障碍因素进行分析。

表4 耕地安全主要障碍因子及障碍度

2000 年起始阶段的主要障碍因子为人均农业产出效益（I3）、农业总产值（S5）、人均GDP（D4）、农村发电量（S4）和农业机械总动力（D6）。由于2000 年中国刚刚达成总体小康水平，农业税还没有取消，经济水平欠发达等因素的影响，I3、S5、D4等经济指标成为影响山东省耕地安全的主要障碍因素。

2005 年的主要障碍因子为人均农业产出效益（I3）、农用薄膜使用量（P4）、农业总产值（S5）、人均GDP（D4）、农作物播种面积（S3）。经过5 年的经济发展，相较于2000 年的障碍因素S4、D6障碍度消减，由于农用薄膜的过量使用，P4成为仅次于I3的障碍因素。因此，I3、P4、S5成为影响该阶段山东省耕地安全的主要障碍因素。

2010 年的主要障碍因子为农用薄膜使用量（P4）、农作物播种面积（S3）、第一产业比率（I1）、化肥使用量（P3）、人均GDP（D4）。2010 年相较于2005 年障碍因子发生了很大的变化，经济因素不再是制约耕地安全的主要障碍因子，相反由于农药、薄膜使用量过高，建设用地占用耕地等因素的影响，P4、S3、I1成为影响该阶段山东省耕地安全的主要障碍因素。

2015 年的主要障碍因子为农村发电量（S4）、第一产业比率（I1）、农业从业人口比率（P1）、农业生产结构（R1）、有效灌溉面积（S2）。2015 年与2010 年相比障碍因素发生变化的原因主要是经济得到进一步的发展，农村大量人口进城，农业在第一、二、三产业中的比率下降等，使得S4、I1、P1成为影响该阶段山东省耕地安全的主要障碍因素。

2020 年的主要障碍因子为第一产业比率（I1）、农业从业人口比率（P1）、地均粮食产量（I6）、农村发电量（S4）、农作物播种面积（S3）。2020 年与前些年相比农业在第一、二、三产业中所占比率持续下降，农业从业人口数的减少以及城镇化率的不断提高，使得I1、P1、I6成为影响该阶段山东省耕地安全的主要障碍因素。

三、结论与讨论

（一）结论

本文基于DPSIR 框架构建耕地安全综合评价指标体系，分析了2000—2020 年山东省耕地安全的评价指数的动态变化，并结合障碍度模型识别出影响山东省耕地安全的主要障碍因子。现得出以下结论。

1.耕地安全评价指数方面

山东省耕地安全评价指数在过去20 年间虽然总体上呈现出上升的趋势，但是综合评价指数一直低于0.6，即处于有一般安全转化为较安全的关键状态；综合评价指数曲线呈现出“M”形走势，2000—2008 年处于缓慢上升时期，在经过2009—2010 年略微下降期后又在此后的时间内处于上升阶段，并且在2020 年达到最高值，说明各项保护耕地的政策实施对山东省耕地安全的正向促进作用有着显著积极影响。

2.耕地安全维度方面

从耕地安全分维度来看，驱动力和影响层总体上处于上升状态，说明人们对于耕地保护采取更加积极的措施，影响也更加积极，耕地安全的状态也越来越好；压力层总体上处于下降状态，说明人们逐渐意识到耕地保护的重要性；而状态层和响应层的不稳定波动则反映出人们活动的不稳定性和非持续性。

3.障碍因子方面

从障碍因子来看，准则层方面的压力层、状态层和影响层是影响山东省耕地安全的主要障碍因素，其余两个方面对于山东省耕地安全的影响较小；指标层方面的障碍因素则处于不断变化之中，由2000 年的人均农业产出效益、农业总产值、人均GDP 等障碍因素向2020 年的第一产业比率、农业从业人口比率、地均粮食产量等转变。说明随着社会经济的发展和科学技术的进步，影响山东省耕地安全的障碍因素也会随之变化。

（二）对策讨论

综上所述，针对山东省耕地安全现状情况，首先要树立全民科学的耕地安全观，摒弃以往用经济效益衡量耕地价值的错误观念，从思想层面扭转大众认知，阻止耕地“非粮化”“非农化”，使有限的耕地资源优先用于粮食生产。其次推进绿色农业的发展，引导农户降低对化肥、农药等化学品的过量使用，根据耕地的实际情况合理施用肥料，大力发展循环农业、绿色农业，切实缓解耕地压力。最后建立耕地保护技术支撑平台，在大数据时代，先进的科技成为推动耕地保护的主要动力，要及时地把有价值的耕地安全成果付诸实践，提高科技对于耕地保护的贡献率，与时俱进的落实耕地保护的各项措施。

研究在山东省过去20 年的耕地安全相关数据的基础上，以DPSIR 概念模型为基本形态，结合TOPSIS 模型与障碍度模型来探讨山东省耕地安全的动态作用机理与系统优化路径。本文的数据主要来自统计年鉴与社会发展统计公报，下一步应该下沉到广大乡村，与村民进行面对面的实地访谈，获取最真实的一手研究数据，提升耕地安全研究的完整性与真实性，使研究更具有实用价值。