何巖巖， 南 靈

(西北農(nóng)林科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，陜西楊凌 712100)

全球氣候變暖引發(fā)各種環(huán)境問題，制約經(jīng)濟(jì)社會長足發(fā)展已經(jīng)成為不爭的事實(shí)，進(jìn)行碳排放安全評價(jià)和預(yù)測不僅是應(yīng)對氣候變化、環(huán)境治理的需要，也是國家發(fā)展戰(zhàn)略的要求。土地利用碳排放對大氣二氧化碳含量增加的影響僅次于化石燃料燃燒，其安全問題關(guān)乎著區(qū)域、國家乃至世界范圍內(nèi)的和諧、穩(wěn)定以及可持續(xù)發(fā)展。目前，關(guān)于土地利用碳排放的研究主要集中于土地利用碳排放的測算[1]、時(shí)空特征分析[2]、碳效率分析[3]、影響因素分解[4]以及脫鉤效應(yīng)分析[5]等方面，碳排放安全評價(jià)是在研究碳排放的基礎(chǔ)上，基于生態(tài)安全評價(jià)理論拓展出來的新研究領(lǐng)域，目前處于起步階段，具體到土地利用碳排放安全評價(jià)及預(yù)測的研究則更為少見。根據(jù)相關(guān)研究[6-8]，土地利用碳排放安全可以理解為土地利用所產(chǎn)生的碳排放在人類自身生產(chǎn)、生活等各個(gè)方面的必要需求得以滿足的前提下，與區(qū)域人口、環(huán)境、社會、經(jīng)濟(jì)、資源系統(tǒng)保持協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)。

對指標(biāo)合理賦權(quán)在評價(jià)中具有舉足輕重的作用，指標(biāo)權(quán)重確定(criteria importance through intercriteria correlation，簡稱CRITIC)賦權(quán)法既考慮指標(biāo)內(nèi)部差異性，又兼顧指標(biāo)間的沖突性，比熵值法等更科學(xué)合理[9-10]，但常規(guī)的CRITIC賦權(quán)法在計(jì)算權(quán)重時(shí)仍有帶量綱的標(biāo)準(zhǔn)差不能直接反映指標(biāo)內(nèi)部的差異程度以及負(fù)相關(guān)系數(shù)不能合理反映指標(biāo)獨(dú)立性權(quán)數(shù)的問題須要改進(jìn)。評價(jià)方法的選擇和參照標(biāo)準(zhǔn)的制定是評價(jià)中的關(guān)鍵，灰靶模型在對復(fù)雜的、模糊的、信息不完全的灰色系統(tǒng)進(jìn)行評價(jià)時(shí)，具有顯著的優(yōu)勢[11]，已被成功應(yīng)用于適宜性評價(jià)[12]、資源稀缺性評價(jià)[13]、可持續(xù)性評價(jià)[14]等領(lǐng)域，但在生態(tài)系統(tǒng)安全評價(jià)方面的應(yīng)用還很少且其等權(quán)不合理問題仍須要改進(jìn)。

鑒于此，本研究采用融合資源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會等系統(tǒng)的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(pressure-state-response，簡稱PSR)模型構(gòu)建土地利用碳排放安全評價(jià)指標(biāo)體系，引入變異系數(shù)和相關(guān)系數(shù)的絕對值對常規(guī)CRITIC賦權(quán)法進(jìn)行改進(jìn)，并將改進(jìn)后的CRITIC權(quán)引入傳統(tǒng)灰靶模型，以解決等權(quán)不合理問題，建立基于CRITIC權(quán)的改進(jìn)灰靶模型并以陜西省為例進(jìn)行土地利用碳排放安全評價(jià)，旨在為相關(guān)部門開展土地利用碳減排，促進(jìn)陜西省土地低碳綠色可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 指標(biāo)體系與研究方法

1.1 評價(jià)指標(biāo)體系

PSR模型強(qiáng)調(diào)社會經(jīng)濟(jì)運(yùn)作與環(huán)境變化的互動關(guān)系，具有可測定性、可評價(jià)性、可預(yù)測性的特點(diǎn)[15]。為保證指標(biāo)體系的科學(xué)性、完備性、適用性，首先將目標(biāo)層分為壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)準(zhǔn)則層；其次，從研究土地利用碳排放影響因素的文獻(xiàn)[共48篇，其中10篇學(xué)位論文，20篇中文社會科學(xué)引文索引(Chinese social science citation index，簡稱CSSCI)期刊文獻(xiàn)，5篇中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(Chinese science citation database，簡稱CSCD)期刊，13篇核心期刊]中提取高頻影響因素，分別為經(jīng)濟(jì)發(fā)展(38次)、人口增長(38次)、土地利用變化(30次)、能源效率(28次)、能源結(jié)構(gòu)(25次)、森林覆蓋率(20次)等，并參考現(xiàn)有土地評價(jià)指標(biāo)文獻(xiàn)(52篇關(guān)于土地生態(tài)安全評價(jià)的文獻(xiàn)、38篇關(guān)于土地利用系統(tǒng)健康評價(jià)的文獻(xiàn)、20篇關(guān)于土地可持續(xù)利用評價(jià)的文獻(xiàn)、14篇關(guān)于低碳發(fā)展評價(jià)的文獻(xiàn)等)，初步選擇44個(gè)相關(guān)指標(biāo)構(gòu)建備選指標(biāo)集；再次，選擇31位專家(6位教授，6位副教授，12位專業(yè)學(xué)者，7位行業(yè)從業(yè)者)發(fā)放問卷進(jìn)行2輪指標(biāo)篩選，確定27個(gè)具體指標(biāo)構(gòu)成初步體系；最后，通過CRITIC賦權(quán)法初步賦權(quán)，將權(quán)重小于0.01的影響較小的指標(biāo)篩去，確定24個(gè)指標(biāo)構(gòu)成評價(jià)指標(biāo)體系(表1)。其中，壓力是指土地利用碳排放安全受到威脅的原因；狀態(tài)是指在各方面壓力的影響下，土地利用系統(tǒng)所維持的樣貌以及土地利用碳排放狀態(tài)；響應(yīng)是指預(yù)防土地利用碳排放安全惡化、維護(hù)土地利用碳排放安全所采取的措施。

表1 土地利用碳排放安全評價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

注：“+”表示正項(xiàng)指標(biāo)，數(shù)值越大越利于安全；“-”表示負(fù)向指標(biāo)，數(shù)值越大越威脅安全。

1.2 研究方法

1.2.1 改進(jìn)的CRITIC賦權(quán)法 基于指標(biāo)相關(guān)性的CRITIC法，是由Diakoulaki提出的一種綜合獨(dú)立性權(quán)數(shù)和信息量權(quán)數(shù)的客觀賦權(quán)法[9]。獨(dú)立性權(quán)數(shù)和信息量權(quán)數(shù)分別采用相關(guān)系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差表示，將二者結(jié)合構(gòu)成綜合權(quán)數(shù)，綜合權(quán)數(shù)越大，相對重要性越大[10]，其表達(dá)式為

(1)

式中：Ck為常規(guī)的綜合權(quán)數(shù)；Sk為第k個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差；rik表示第i個(gè)評價(jià)指標(biāo)與第k個(gè)評價(jià)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)。

但常規(guī)的CRITIC賦權(quán)法存在2個(gè)問題，(1)帶量綱的標(biāo)準(zhǔn)差不能直接反映指標(biāo)內(nèi)部的差異程度；(2)出現(xiàn)負(fù)相關(guān)時(shí)，用相關(guān)系數(shù)反映指標(biāo)獨(dú)立性權(quán)數(shù)不合理，因此采用變異系數(shù)和相關(guān)系數(shù)的絕對值對上述公式進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的綜合權(quán)數(shù)表達(dá)式為

(2)

式中：Ck′表示改進(jìn)后的綜合權(quán)數(shù)，Sk為標(biāo)準(zhǔn)差；uk為平均數(shù)；|rik|為第i個(gè)評價(jià)指標(biāo)與第k個(gè)評價(jià)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)的絕對值。因此，第j個(gè)指標(biāo)的CRITIC權(quán)重表示為

(3)

1.2.2 改進(jìn)的灰靶模型 灰靶模型的核心是在沒有統(tǒng)一評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的情況下，通過對比將灰色系統(tǒng)內(nèi)部最重要的指標(biāo)數(shù)據(jù)優(yōu)選出來構(gòu)造灰靶及其靶心，然后將評價(jià)對象分為一系列待評模式并通過與靶心的比較來計(jì)算靶心度，進(jìn)而進(jìn)行模式分級，具體步驟見參考文獻(xiàn)[11]。傳統(tǒng)灰靶模型靶心度的計(jì)算公式為

(4)

傳統(tǒng)的灰靶模型在計(jì)算靶心度時(shí)，靶心系數(shù)采用等權(quán)疊加得到，與實(shí)際情況不符，因此本研究將改進(jìn)后的CRITIC權(quán)重引入靶心度計(jì)算公式中，增加客觀性的同時(shí)使模型更符合實(shí)際。改進(jìn)后的靶心度計(jì)算公式為

(5)

式中：γ(x0，xi)表示待評模式Xi的靶心度；ωk表示待評模式Uk指標(biāo)的權(quán)重；γ[x0(Uk)，xi(Uk)]表示待評模式xi的靶心系數(shù)；n表示指標(biāo)個(gè)數(shù)。

2 數(shù)據(jù)來源與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測算

2.1 研究區(qū)域選擇

陜西省地處我國內(nèi)陸腹地，是通往西北、西南的門戶，具有明顯的地理區(qū)位優(yōu)勢。作為國家“一帶一路”戰(zhàn)略安排的重要區(qū)域和西部生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重點(diǎn)區(qū)域，近年來，陜西省工業(yè)化、城市化水平得到了很大的提高。然而，在城市化進(jìn)程中土地生態(tài)系統(tǒng)受到了人類活動的較大影響，土地利用強(qiáng)度不斷加強(qiáng)，土地利用碳排放壓力逐年增大，土地利用碳排放與區(qū)域人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展受到威脅。因此，進(jìn)行區(qū)域土地利用碳排放安全評價(jià)并提出土地利用碳排放安全調(diào)控對策具有必要性和緊迫性。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本研究所使用的土地利用數(shù)據(jù)來源于2005—2014年陜西省土地利用變更詳查資料，國民經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于2006—2015年《陜西統(tǒng)計(jì)年鑒》，森林覆蓋率來自于全國森林清查成果資料，環(huán)境保護(hù)投資、濕地面積等環(huán)境數(shù)據(jù)來源于2005—2014年《陜西省環(huán)境狀況公報(bào)》《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》，文中部分?jǐn)?shù)據(jù)通過原始數(shù)據(jù)計(jì)算得到。需要說明的是：(1)本研究中所用GDP數(shù)據(jù)以2005年為基期進(jìn)行平減，能源消耗按等價(jià)值計(jì)算；(2)參考Costanza等的研究[16-17]，本研究中的生態(tài)用地包括耕地、園地、林地、草地、水域和濕地6種類型；(3)由于水域及未利用地面積在陜西省土地總面積中的占比均不超過1.5%，因此只計(jì)算耕地、園地、林地和草地的碳吸收，耕地碳吸收量為其上農(nóng)作物光合作用所固定的碳[2]，園地、林地、草地碳吸收采用碳吸收系數(shù)法測算[18]；(4)農(nóng)用地碳排放量包括農(nóng)地利用中農(nóng)用機(jī)械使用、化肥施用、灌溉活動、地膜使用等4個(gè)方面主要碳源產(chǎn)生的碳排放，建設(shè)用地碳排放量通過單位GDP能耗間接計(jì)算[2]。

3 評價(jià)過程

3.1 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)模式

3.2 進(jìn)行灰靶變換

令x0為灰靶變換，則x0=TX0=(1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1，1)，則對待評模式X1中的24個(gè)指標(biāo)進(jìn)行灰靶變換可得：

?

則x1={x1(U1)，x1(U2)，…，x1(U24)}=(0.920，1.000，1.000，1.000，1.000，1.000，0.690，0.537，0.584，0.909，1.000，0.911，0.958，1.000，1.000，0.854，0.957，0.855，0.848，0.378，0.778，0.503，0.559，0.746)，同理可得由(x1，x2，x3，…，x10)組成的矩陣。

3.3 確定灰關(guān)聯(lián)差異信息空間

令差異信息集Δ={Δ0i(Uk)|i∈I={1，2，3，…，10}，k∈K={1，2，3，…，24}}，則Δ0i(Uk)=|x0(Uk)-xi(Uk)|=|1-xi(Uk)|，其中 Δ0i(Uk) 為待評模式Xi與標(biāo)準(zhǔn)模式X0在Uk指標(biāo)下的差異信息，因此，Δ01(Uk)={Δ01(U1)，Δ01(U2)，…，Δ01(U24)}=(0.080，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000，0.310，0.462，0.416，0.091，0.000，0.089，0.042，0.000，0.000，0.146，0.043，0.145，0.152，0.622，0.222，0.497，0.441，0.254)，同理可求出由(Δ01，Δ02，Δ03，…，Δ010)組成的矩陣。最終可得Δ0i(max)=0.674，Δ0i(min)=0。

3.4 計(jì)算靶心系數(shù)

由此，可以得到靶心系數(shù)γ{x0(U1)，x1(U1)}=0.809，γ{x0(U2)，x1(U2)}=1.000，…，γ{x0(U24)，x1(U24)}=0.571，同理可得由靶心系數(shù)γ{x0(Uk)，xi(Uk)}組成的矩陣。

3.5 計(jì)算靶心度

將計(jì)算所得的靶心系數(shù)和指標(biāo)權(quán)重(表1)代入公式(5)得到待評模式X1～X10的靶心度；同理，可按照上述方法求出壓力系統(tǒng)、狀態(tài)系統(tǒng)、響應(yīng)系統(tǒng)3個(gè)子系統(tǒng)的靶心度(表2)。

表2 陜西省土地利用碳排放安全評價(jià)結(jié)果

注：γ(A1)、γ(A2)、γ(A3)分別表示壓力、狀態(tài)、響應(yīng)等3個(gè)準(zhǔn)則層的靶心度；γ(A1～3)表示綜合靶心度。

4 結(jié)果與分析

根據(jù)γ的取值范圍，按照自然斷點(diǎn)法將其劃分成5個(gè)等級。γ的值介于0.444～0.904之間，則其等級劃分結(jié)果為高安全(Ⅰ級，γ>0.812)、較安全(Ⅱ級，0.720<γ≤0.812)、一般安全(Ⅲ級，0.628<γ≤0.720)、較不安全(Ⅳ級，0.536<γ≤0.628)、不安全(Ⅴ級，γ≤0.536)。

4.1 土地利用碳排放安全總體評價(jià)

總體趨勢來看，2005—2014年陜西省土地利用碳排放安全經(jīng)歷了“下降—波動—上升”3個(gè)階段(圖1)，綜合靶心度最高為0.784(2014年)，最低為0.602(2011年)，安全等級橫跨較安全(Ⅱ級)至較不安全(Ⅳ級)。具體來說，2005—2007年陜西省土地利用碳排放安全綜合靶心度快速下降，從各指標(biāo)具體數(shù)值和變化趨勢來看，由于碳排放增長率的大幅提高導(dǎo)致狀態(tài)系統(tǒng)的急劇惡化。2007—2012年，綜合靶心度在平穩(wěn)中上下波動，此時(shí)，壓力、狀態(tài)、響應(yīng)系統(tǒng)相互博弈達(dá)到相對均衡。2012—2014年，綜合靶心度持續(xù)上升且上升幅度逐漸增大，土地利用碳排放安全系統(tǒng)面臨的壓力減小且維護(hù)安全所采取的措施略有成效，這一階段碳排放增長率降低、能源利用效率提高且國家對林業(yè)和環(huán)境保護(hù)投資比例逐年增大。

4.2 壓力系統(tǒng)安全評價(jià)

2005—2012年土地利用碳排放安全壓力系統(tǒng)靶心度曲折下降，之后呈上升趨勢(圖1)，安全程度整體上先降低后提高。壓力系統(tǒng)指標(biāo)均為負(fù)(表1)，說明影響土地利用碳排放安全的驅(qū)動力因素在2012年之前逐漸增強(qiáng)，2012年之后有所減弱。2005—2012年期間，陜西省的城市化率和人均GDP逐年提高，城市化進(jìn)程中的土地利用碳排放也隨之增加，使得建設(shè)用地碳排放安全威脅不斷增大；此外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜的不當(dāng)使用也對土地利用碳排放安全構(gòu)成威脅。2012—2014年，科技的進(jìn)步促進(jìn)能源使用效率大幅度提高，單位GDP能耗、單位工業(yè)增加值能耗等隨之降低，壓力系統(tǒng)靶心度提高。在整個(gè)研究時(shí)段內(nèi)，單位面積地膜使用量、單位面積農(nóng)藥使用量呈逐年遞增趨勢，平均農(nóng)用地地膜使用量增長79.6 kg/hm2，說明須進(jìn)一步引導(dǎo)農(nóng)民對農(nóng)資的科學(xué)合理使用；單位工業(yè)增加值能耗、單位GDP能耗在整個(gè)研究時(shí)段內(nèi)呈逐年減少趨勢，這是一個(gè)利好因素，今后更應(yīng)該加快科技進(jìn)步，提高能源利用效率。

4.3 狀態(tài)系統(tǒng)安全評價(jià)

土地利用碳排放安全狀態(tài)系統(tǒng)靶心度經(jīng)歷了先快速下滑后趨于平穩(wěn)再快速上升的變化過程(圖1)，變化趨勢與綜合靶心度基本吻合，但變化幅度較之更大。2005—2007年碳排放增長率快速提高，導(dǎo)致狀態(tài)系統(tǒng)靶心度快速下降。2007—2012年?duì)顟B(tài)系統(tǒng)靶心度波動變化，先小幅上升再小幅下降，總體波動較為平穩(wěn)，但這一階段狀態(tài)系統(tǒng)始終處于較不安全、不安全等級，安全級別較低，碳排放強(qiáng)度、碳排放增長率的波動變化導(dǎo)致了狀態(tài)系統(tǒng)靶心度的波動變化。2012—2014年?duì)顟B(tài)系統(tǒng)靶心度快速上升，主要是由于碳排放增長率的快速下降?？傮w來說，狀態(tài)系統(tǒng)靶心度的變化與土地利用碳排放增長率、碳排放強(qiáng)度的變化密切相關(guān)，而土地利用碳排放增長率的變化又由建設(shè)用地碳排放和農(nóng)用地碳吸收的博弈引起，因此，降低建設(shè)用地碳排放的同時(shí)，提高農(nóng)用地的碳匯能力對保證土地利用碳排放安全顯得至關(guān)重要。

4.4 響應(yīng)系統(tǒng)安全評價(jià)

土地利用碳排放安全響應(yīng)系統(tǒng)靶心度在曲折中上升，從0.444提高到0.904，最高值0.904出現(xiàn)在2014年(圖1)，由于響應(yīng)系統(tǒng)的指標(biāo)性質(zhì)全部為正(表1)，說明預(yù)防土地利用碳排放安全惡化、維護(hù)土地利用碳排放安全所采取的措施成效逐年顯現(xiàn)出來。狀態(tài)系統(tǒng)靶心度逐年提高的主要原因包括3個(gè)方面，(1)科技進(jìn)步帶來的能源加工轉(zhuǎn)換效率、固體廢物綜合利用率的穩(wěn)步提升；(2)森林覆蓋率、建成區(qū)綠化覆蓋率的提高帶來植被固碳能力的提高；(3)國家對于林業(yè)投資、環(huán)境污染治理投資的增加，而狀態(tài)系統(tǒng)靶心度的波動主要由糧食單產(chǎn)和環(huán)境污染治理投資比例的波動引起。

5 結(jié)論

借鑒土地生態(tài)安全評價(jià)理論進(jìn)行土地利用碳排放安全評價(jià)研究，從土地利用碳排放安全的內(nèi)涵出發(fā)，基于PSR模型設(shè)計(jì)指標(biāo)體系，采用改進(jìn)的CRITIC賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，并將CRITIC權(quán)賦予灰靶模型對其進(jìn)行改進(jìn)，客觀有效地反映了評價(jià)期內(nèi)陜西省土地利用碳排放安全的變化特征。

陜西省土地利用碳排放安全評價(jià)結(jié)果表明，2005—2014年，影響土地利用碳排放安全的驅(qū)動力因素在增強(qiáng)，但壓力子系統(tǒng)惡化的同時(shí)，響應(yīng)子系統(tǒng)發(fā)生明顯好轉(zhuǎn)，狀態(tài)子系統(tǒng)的變化趨勢與綜合變化趨勢基本相吻合，其靶心度經(jīng)歷“下降—波動—上升”3個(gè)階段，雖然2012年以后綜合靶心度呈上升趨勢，但土地利用碳排放安全仍處于低層次且不穩(wěn)定狀態(tài)，安全情況不容樂觀。

為促進(jìn)陜西省土地利用碳排放與區(qū)域人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，相關(guān)部門可從人均GDP、單位面積農(nóng)藥使用量、單位工業(yè)增加值能耗、碳排放增長率、林業(yè)投資以及環(huán)境污染治理投資占GDP的比重等相對敏感的指標(biāo)入手，采取針對性的措施。決策者應(yīng)該提高解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)之間矛盾的綜合決策能力；推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)，引導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)合理地使用農(nóng)藥、農(nóng)膜，進(jìn)行測土配方施肥并逐步以農(nóng)家肥替代化肥；提高能源利用效率，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高清潔能源使用率；通過財(cái)政轉(zhuǎn)移加大林業(yè)投資、環(huán)境保護(hù)資金投入，逐步建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制；加大宣傳力度，提高公眾對土地利用碳排放安全保護(hù)重視程度以及參與和監(jiān)督的積極性。

土地利用碳排放安全評價(jià)是一項(xiàng)復(fù)雜而系統(tǒng)的工作，在指標(biāo)篩選、評價(jià)體系構(gòu)建等方面還須進(jìn)一步研究完善，此外，研究的重點(diǎn)應(yīng)該向時(shí)間和空間相結(jié)合方向發(fā)展，并將評價(jià)與預(yù)測相結(jié)合。