基于PSIR模型的廣州市花都區墾造水田成效評估

曾 曉，凌宇豪

（1.廣東省土地開發整治中心，廣東廣州 510635；2.華南農業大學資源環境學院，廣東廣州 510642）

土地是重要的自然資源，是人類主要社會經濟活動的空間載體[1]，具有顯著的區域性和稀缺性。隨著社會經濟和工業化的快速發展，我國土地資源的有限性已成為區域用地矛盾的重要因素，人均耕地資源低于世界平均水平，耕地后備資源不足，使得人地矛盾不斷加劇[2-3]。保護耕地、守住18 億畝耕地紅線，成為維護我國糧食生產的重要戰略[4]。針對這種現象，我國采取了最嚴格耕地保護制度的一系列措施，包括全面實行“占優補優、占水田補水田”的耕地占補平衡制度[5-6]。實施墾造水田不僅能挖掘土地資源潛力，有效破解用地指標緊缺和耕地占補平衡難題，還能切實保障經濟社會發展項目建設用地需求，還優化了土地資源配置，實現土地利用效益最大化[7]。

目前墾造水田成效評估指標體系中準則層仍比較傳統，不能有效體現新時期人地關系的沖突和全域土地綜合整治的要求[8-10]，同時，墾造水田對社會、經濟和環境的影響具有持續性，因此不能用傳統的指標體系。本文將參考前人的方法和結果，將PSR（Pressure-State-Response）模型進行改良，引入“Impact”構建PSIR 模型對墾造水田進行成效評價。該模型的優點是：

1）能從研究者自身角度出發，把指標按照一定的原則進行分類組合，從而形成側重點不同的評價指標體系；

2）指標體系中壓力、狀態、影響、響應4個方面的指標能對墾造水田的狀態、影響、發展趨勢3 個內容進行全面的評價；

3）隨著社會的不斷發展，該模型可以根據評價指標和因素隨地域、時間變化而做出相應的變化，實施動態評價[11-18]。

本研究基于PSIR模型，構建壓力層、狀態層、影響層和響應層4 個準則層共14 個指標的指標體系，采用組合確權法對指標賦權，利用模糊綜合評價法對花山鎮的墾造水田項目的成效進行評價，以期為廣東省推進墾造水田評估和土地增減掛鉤評估提供科學的參考依據。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

廣州市是用地矛盾突出的地區之一，需要通過實施土地整治來實現區域內用地指標的騰挪和區外指標周轉實現耕地占補平衡?；ǘ紖^是廣州市耕地資源儲備較為豐富的地區之一，是實施土地整治補充耕地指標的重要區域之一，因此，以花都區作為研究區具有現實意義?；ㄉ芥偽挥趶V州市花都區東部，面積116.40 km2，西與花都區中心城區相連，北與芙蓉渡假區、王子山公園接壤?；ㄉ芥偟匦屋^為平坦，地形坡度＜3°，起伏較小?；ㄉ芥倢倌蟻啛釒Ъ撅L雨林赤紅壤帶，主要土壤有赤紅壤、水稻土、菜園土、潮沙泥土和石質土。

墾造水田項目分布于花山鎮的平西村、永樂村，結合廣州市花都區2016年耕地質量年度更新成果分析可知，整治前項目區國家利用等為5 等和6 等，國家自然等為2 等和3 等，國家經濟等為6 等和7 等，地類為水澆地和可調整果園，土壤質地為砂壤土，土壤剖面構型為通體壤和壤/粘/粘類型。

2018年花山鎮實際完成地區生產總值48億元，同比增長5%；完成規模以上工業總產值102億元，同比增長5%；完成實際固定資產投資4 億元，同比增長3%；鎮級財政收入1.38 億元，同比增長5%；農業生產總值9.9 億元，同比基本持平；完成稅收收入9.58億元，同比增長27%；由于受轄區內主干道施工的影響，限額以上社會消費品零售總額1.1 億元，同比下降25%。

1.2 數據來源

本文主要數據有：高分廣東中心獲取2017 年12月和2019 年12 月分辨率為0.8 m 的花都區花山鎮高分2 號（GF-2）遙感數據，廣州市花都區墾造水田實施項目數據，2016年和2018年耕地質量年度更新成果數據，2016 年和2018 年廣州市統計年鑒及廣東省國土資源公報數據。

2 研究內容與方法

2.1 PSIR模型

采用PSIR 模型，即壓力-狀態-影響-響應模型，源于PSR（壓力-狀態-響應）框架，PSIR 模型強調了外部環境變化對土地的影響。由于鄉村城市化進程的加快以及人口的增長，原有耕地面臨越來越大的壓力[19-20]，在壓力之下，經過墾造水田的建設，區域內耕地的狀態會發生改變，同時研究區的外部條件也會對墾造水田的建設造成影響，最終，政府或者村民通過墾造水田做出相應的響應，緩解耕地的壓力。PSIR 模型通過“作用-反饋-再作用”的循環過程[21]，不斷提高耕地的質量，從而最終達到保護耕地的目標。

2.2 確定指標貢獻度

2.2.1 層次分析法確定權重

層次分析法的基本思想是以系統方法為指導，在對問題充分研究后首先分析問題內在因素間的聯系，并把它劃分為若干層次，然后通過兩兩比較確定同一層次元素相對上一層次元素的數量關系，最后進行簡單的數學運算確定方案的排序。層次分析法主要包括以下步驟：

1）明確問題，建立遞階層次結構；

2）構建兩兩比較判斷矩陣；

3）層次單排序及一致性檢驗的一致性比率CR；

一致性檢驗由一致性指標CI與隨機一致性指標RI（表1）的比值表示，當比值小于0.10 時，表示矩陣具有滿意的一致性。具體計算公式為[22]：

表1 隨機一致性指標表

式中：λmax為判斷矩陣最大特征根值，n為指標數量。

式中：CI為一致性指標，RI為隨機一致性指標。

2.2.2 熵權法確定差異性系數

熵值法的基本思路是根據指標變異性的大小來確定客觀權重，通過熵值法得到各指標的信息熵[23]，熵權法計算差異性系數的過程如下：

1）假設有m個采樣點，n項指標，構建n×m階的原始矩陣X，

2）對原始數據歸一化處理，即計算第j個指標下第i個采樣點的原始值所占的比例，計算公式為[24]：

式中：pij為采樣點的原始值所占的比例，xij為指標的水平值。

3）計算第j項指標的熵值，計算公式為[24]：

式中：ej為指標的熵值，pij為采樣點的原始值所占的比例。

4）計算第j項指標的差異性系數，計算公式為[24]：

式中：gj為指標的差異性系數，ej為指標的熵值。

2.2.3 組合權重計算

組合權重是運用熵值法的差異性系數對層次分析法計算出反映專家主觀意志的主觀權重進行修正，得到優化組合權重。

2.3 確定評價模型

1）確定評語等級標準集合V={v1,v2,v3…vn}。本文將設5個評價等級，分別為優、良、一般、較差、差。

2）建立權重集A={a1,a2,a3…an}，其中ai為第i個評價指標的權重。

3）構建評價指標隸屬度矩陣：采用相對客觀的隸屬度函數來計算指標評語集，選用應用較為廣泛的半梯形函數作為隸屬度函數。

4）綜合評價的隸屬度矩陣，計算公式為：

式中：rij是第i個因素在Vj上的隸屬度。

5）確定模糊算子：選取加權平均型算法作為模糊評價算子進行上下級運算。

6）建立評價模型，計算公式為：

式中：B為結果，W為權重，R為隸屬度矩陣。

按照最大隸屬度原則，確定評估結果對應的等級，計算公式為：

式中：bvn為模糊綜合評價結果，maxB為隸屬度矩陣中最大的值。

3 結果與分析

3.1 構建評價指標表

根據評價指標的全面性、可操作性、動態性原則，本文從壓力、狀態、影響、響應4 個方面選取了14個具有綜合性的成效評估指標，該指標體系分為目標層、準則層、指標層3個層次，如表2所示。

表2 墾造水田成效評估指標體系

3.2 貢獻度確定

根據目標層、準則層、指標層的遞階層次結構，依次構建準則層判斷矩陣進行判斷矩陣一致性檢驗。在所有判斷矩陣都具有一致性的基礎上，對所有指標權重進行總排序，得出墾造水田成效評估的準則層和指標層的主觀權重，并根據層次分析法計算出指標的主觀權重和熵值法計算出指標的差異性系數計算出組合權重，如表3所示。

表3 墾造水田成效評估指標權重表

由表3 可得，通過結合層次分析法和熵值法的組合權重降低了權重最大值和最小值的差值，降低了個別指標的重要性，減少了主觀意見對結果的干擾，使結果相比主觀權重更加平滑和切合實際。

3.3 構建評價模型

3.3.1 確定評價標準

本研究評語等級采用5 級，即V={v1,v2,v3,v4,v5}，分別對應優、良、一般、較差、差5 個等級。本文依據項目的立項書、規劃設計報告和評價報告，依據相關文獻和項目區的實際情況和專業意見，制定出墾造水田成效評價的指標評判標準，如表4所示。

表4 墾造水田成效評估指標評判標準值

3.3.2 隸屬函數確定

以耕地質量等級提升值為例，按照5 級標準構建隸屬函數公式：

根據上述公式，將耕地質量等級提高值代入，得到r1=0；r2=0；r3=1；r4=0；r5=0，因此耕地質量等級提高值隸屬度為（0，0，1，0，0）。

3.3.3 構建隸屬度矩陣

按照上述的公式計算方法，計算出每個指標的隸屬度得到表5。

表5 各評價因子隸屬度一覽表

3.4 運用模型計算

根據上述的各指標組合權重和所對應的準則層隸屬度矩陣帶入公式(7)，運用模糊綜合評價法的模型B=W×R，對PSIR 模型的準則層（壓力層B1、狀態層B2、影響層B3、響應層B4）和綜合效益B5進行模糊評價：

根據模糊評價結果和隸屬度最大原則，在基于PSIR 模型構建的指標評價體系中，壓力層、影響層和響應層的評價等級屬于優，狀態層的評價等級屬于良。墾造水田綜合效益是根據壓力層、狀態層、影響層和響應層效益評價后得出的，其判斷矩陣由四者的評價結果構成，最后得出花山鎮墾造水田效益評價等級為優。將評價結果用百分比形式的柱狀圖表示，如圖1所示。

圖1 墾造水田成效評價結果等級圖

3.5 評價結果及分析

經過分析可得，壓力層中水田面積增加率和產值增加率評價等級都達到“優”，這是因為通過整治，將原本種植玉米的水澆地變為水田，促進了項目區所在村農民的收入；耕地質量等級提高值評價等級為“一般”，主要是因為在整治前的水澆地經過多年的耕地改造，耕地質量已經趨于平穩，雖然在整治過程中增施有機肥、秸稈還田等操作，但只能輕微提升耕地質量等級；狀態層中土壤有機質含量提升率、灌排保證提升率和排水條件提升率評價等級達到“優”，植被覆蓋度變化和有效土層厚度增加率評價等級達到“良”，這是因為在整治過程中，通過土壤改良、土壤翻耕、平整土地、新建灌排溝渠等措施，使得土壤有機質含量和有效土層厚度得到提升，同時將項目區耕地的灌排保證率和排水條件提升為最優級，作物常年輪作換茬生長，表土植被恢復，地表常綠，提升了植被的覆蓋率；影響層中景觀形狀指數降低率、道路通達度評價等級達到“優”，節水率評價等級達到“良”，由于在整治過程中，通過田埂修筑、新修田間道路、采用防滲渠道提高了道路通達度和節水率，同時也使得水田形狀比較方整，便于耕作；響應層中產能提升率和投入產出比增加率評價等級達到“優”，單位面積土地承載力增加率評價等級達到“良”，因為項目區內基礎設施水平和耕地質量的提高保證了高品質和高產量，因此，耕地的產能、土地承載力和投入產出比都有會提升，同時優化了田塊破碎化的問題，有效利用和保護了優質耕地資源，避免了撂荒和拋荒的問題。綜上所述，經過墾造水田的建設，增加了優質耕地，提升了耕地質量，增加了農民收入，同時改善了村莊生產生活條件，助力了鄉村振興。

4 結論與討論

1）墾造水田的實施成效不僅會受到項目自身質量的影響，而且還受到后續運行和實施區域對項目認識水平的制約。同時，不同的評價指標也會影響評估結果，為使評估結果更科學地反映實施成效，本文在總結已有研究和咨詢專家的基礎上，結合花山鎮的區域實際情況，選取了“壓力-狀態-影響-響應”模型中4 個子系統為準則層的14 個評價因子對花山鎮墾造水田的成效進行評價，將經濟、社會、生態3 個領域優化成4個準則層，以求評價指標能更全面、更協調、現準確地反映實施成效，給墾造水田項目成效評估工作提供參考和技術支持。

2）墾造水田項目通過實施土地平整工程、灌溉與排水工程和田間道路工程對田、渠、路進行綜合治理，形成了“田成方、路相通、渠相連”格局，美化了農村居住環境；通過補充耕地形成耕地指標，指標交易后可為整治項目所在的鄉鎮增收創收；通過開展農田生態型整治，提升土壤有機質含量，提高生物多樣性，增加有效耕地面積，為提高農民收入、降低農業生產成本、生產高品質高質量的農作物奠定了基礎。

3）墾造水田項目作為全域土地綜合整治的一部分，給項目所在的鄉鎮帶來了較好的社會、生態和經濟效益。墾造水田項目的實施為提高產量、保障耕地占比平衡、提升村民生產生活空間、維護社會穩定帶來顯著成效，這一民生工程為精準扶貧和助力鄉村振興做出了重大貢獻。

4）近年來，我國農田的重金屬污染問題越來越突出，部分地區已經威脅到耕地的質量與糧食安全。在實施墾造水田等土地整治項目時，需充分考慮農田污染等因素，通過多重措施的聯動，既能解決污染問題，又能增加耕地面積和提高耕地質量，有研究表明，水田可以有效提升土壤有機碳含量和降低碳排放。隨著“雙碳戰略”的提出和實施，水田在碳循環中的作用逐步成為新的研究課題，在珠三角地區，在短時間內用地矛盾的問題將持續下去，需通過新的土地整治措施和機制創新統籌解決。