基于PSR模型的三峽庫區生態經濟區土地生態安全評價

張軍以,蘇維詞,2*,張鳳太 (.重慶師范大學地理科學學院,重慶400047；2.貴州科學院山地資源研究所,貴州貴陽 55000；.貴州師范學院地理與旅游系,貴州 貴陽 55000)

基于PSR模型的三峽庫區生態經濟區土地生態安全評價

張軍以1,蘇維詞1,2*,張鳳太3(1.重慶師范大學地理科學學院,重慶400047；2.貴州科學院山地資源研究所,貴州貴陽 550001；3.貴州師范學院地理與旅游系,貴州 貴陽 550003)

針對三峽庫區生態經濟區土地資源的特點及所面臨的主要問題,基于PSR框架模型的發展,構建了一套評價指標體系.采用熵權賦權法確定權重,運用土地生態安全綜合模型,對該區域2003～2006年的土地生態安全綜合指數進行了計算.結果表明,區域土地生態安全綜合指數由2003年的0.134(敏感級)升高至2006年的0.269(臨界安全級),整體生態安全狀態呈好轉趨勢,土地所受的生態壓力整體上有所加大.現有土地生態安全狀況的改善主要依賴于對現有土地生態問題的治理.現階段土地的生態壓力依然嚴峻.對 2003～2006年的土地生態安全變化進行分析顯示,土地生態安全綜合狀況已進入快速改善階段.

土地生態安全；評價；指標體系；三峽庫區生態經濟區

土地生態安全是指陸地表層由各種有機物和無機物構成的土地生態系統的結構不受破壞,并且,該系統提供服務的質量和數量能夠持續滿足人類生存和發展的需要[1].國內學者從不同角度、在不同區域進行了土地質量評價及土地可持續利用評價[2-5],主要研究領域集中在區域土地、水資源等生產要素[6-8]、城市[9-10]、農業[11-12]、小流域[13]、湖泊濕地[14-15]等方面.

三峽庫區生態經濟區位于長江流域生態屏障的咽喉地帶,同時又是中國最具有全球保護意義的生物多樣性區域之一,生態地位極其重要.其土地生態環境的優劣,不僅直接關系到重慶長江上游生態屏障的建設,更關系到三峽水庫的水源安全,并對經濟區的可持續發展產生影響.經濟區土地生態安全的研究主要集中在經濟區土地利用/土地覆被變化[16]、移民安置區土地生態安全

[17]、消落帶生態安全[18]等方面,并從經濟區土地的水土流失、土壤侵蝕敏感性等方面[19-20]對經濟區的土地生態安全進行了評價研究,但缺乏整體綜合研究.本研究以三峽庫區生態經濟區為對象,對該區土地生態安全進行評價,目的在于摸清土地生態環境的現狀及基本的影響因素,為制定有效的保護措施,提高土地生態環境質量奠定基礎.

1 研究區概況

三峽庫區生態經濟區位于三峽庫區和武陵山區及大巴山區,主要包括萬州、長壽、城口等3區16個縣,總面積5.8102萬km2,占重慶市國土面積的70.5%.2006年全區人口1607.58萬人,其中農業人口占83.6%.GDP總量1016.45億元,人均GDP7747元.該區屬亞熱帶季風性濕潤氣候區,年均氣溫15～18℃,降雨量為1150.26mm.地貌以山地、丘陵為主.河谷平壩地只占總面積的4.3%,丘陵占21.7%、山地占74%[21].土壤類型多樣,主要有紫色土(紫色濕潤雛形土)、黃壤(鐵質常濕淋溶土)、黃棕壤(鐵質濕潤淋溶土)等[22],地帶性植被以亞熱帶常綠闊葉林、暖性針葉林為主.

2 研究方法與指標體系

2.1 研究方法

土地生態安全評價的關鍵是建立科學的評價指標體系和確定各指標的權重.確定指標的權重是獲得客觀準確評價結果的重要基礎,常用的權重確定方法有Delphi法、主成分分析法、層次分析法(AHP)等.為克服主觀賦權法主觀因素的影響,將熵的概念應用到指標權重的確定中.熵權法是一種客觀的賦權法,避免了個人的主觀影響[23].

2.2 指標體系構建

在評價指標選取中,注重科學性、指標數據的可得性和可操作性,充分考慮評價指標的相互影響.本研究結合世界經合組織(OECD)提出的“壓力-狀態-響應”框架(Press-State-Response, P-S-R)(圖 1),建立了一套評價土地生態安全的指標體系(表 1),并以熵權賦權法確定指標權重,計算出土地生態安全的綜合得分.

2.3 數據獲取

原始數據主要來自《重慶市統計年鑒》(2004～2007),《重慶市水資源公報》(2003～2007),重慶市水利局發布的《2005年重慶市土壤侵蝕數據表》,《重慶市水土流失變化情況表》及重慶市水利局部分資料.

2.4 土地生態安全計算模型

標準值及主要計算模型主要根據已有研究成果[23-25],部分為目前國際公認值、聯合國環境規劃署的相關標準,發達國家平均值(美國)、全國平均值和部分國家行業標準,如《土壤侵蝕分類分級標準》(SL190—96),《國家生態市建設標準》,國家環保總局制定的《生態縣、生態市、生態省建設指標(試行)》.同時,考慮到研究區域土地生態環境的特點和重慶市的實際情況,在咨詢專家的基礎上對部分指標標準值作了修正.

2.4.1 數據標準化 對原始數據矩陣進行標準化,評價某區域n年的包括m個評價指標的土地生態安全情況,則其原始指標數據矩陣為:

為消除指標間不同量綱的影響,對X進行標準化處理,得到指標標準化矩陣.標準化公式為:

表1 土地生態安全評價指標及其標準值Table 1 Evaluation indicators of regional land eco-security and their standard values

正向指標:指數值越大越好的指標,則選用式(1).負向指標:指數值越小越好的指標,則選用式(2),其中,minxj為標準最小值,maxxj為標準最大值,對于原始數據中超出值域范圍的值,根據指標的類型分別取值為0或1.標準化后,樣本矩陣轉化為矩陣Y, Y =(yij)n×m,其中 yij∈[0,1].

2.4.2 指標權重的確定 采用熵權賦權法,在有m個指標,n個評價對象的評估問題中,第j個指標的熵值Hj定義為:

2.4.3 土地生態安全綜合得分計算 雖然各指標可以從不同的方面反映出區域土地生態安全的狀態,但區域土地生態安全是各因素作用綜合疊加的結果.因此,必須在指標標準化和權重確定的基礎上對區域生態安全進行計算.本研究中定義土地生態安全綜合指數T,數學模型為:

式中: T為土地生態安全綜合指數; wj為j指標的權重系數; Yij為第i年第j指標的標準化值;m為指標數.

3 土地生態安全評價結果

根據上述指標體系和評價方法,計算得出了三峽庫區生態經濟區2003～2006年的土地生態安全綜合指數及各類型影響指標的結果(表2).

表2 土地生態安全分級評價結果Table 2 Evaluation results of the classification of land eco-security

表3 土地生態安全分級標準Table 3 Classification criterion of land eco-security

[24-26]和生態經濟區特殊的自然、社會、經濟條件的基礎上,設計了一個5級土地生態安全標準評判表(表3).

3.1 壓力安全評價

從表2可以看出,三峽庫區生態經濟區的土地生態壓力指數處于不斷下降的趨勢,從2003年的0.0849下降到2006年的0.0258,年均降幅為14.8%.這表明經濟區的土地生態壓力現狀有所惡化(負向指標,數值越小,生態壓力相對越大),人類對土地的自然生態狀況的干擾有所強化.如在人口增長的情況下,人均耕地面積增加了3.8×10-3hm2(數據為耕地總面積/常住人口,2006年與 2003年的差值).其主要原因是三峽庫區移民后,新開墾了部分耕地及常年外出務工人員增加,造成常住人口減少,表明人類對土地的開墾壓力增大.經濟壓力的比重最高,反映出經濟區農民收入結構單一,主要依賴于農業的生產活動.單位耕地面積農藥使用量由2003年的12.6kg/hm2增加到2006年的13kg/hm2,人口密度由2003年的227人/km2增加到2006的277人/km2,土地生態壓力指數對土地生態安全的貢獻率由2003年的63.4%下降到2006年的9.6%,生態壓力不斷增大.

3.2 狀態安全評價

狀態安全指數從 2003年的 0.0433上升到2006年的0.2205,說明三峽庫區生態經濟區的土地生態安全現狀趨于好轉.在安全綜合指數中的貢獻率不斷增大,由2003年的32.3%升高到2006年的 82.0%,其中資源狀態持續好轉,資源狀態指數由2003年的0.0003增加到2006年的0.1170 (表2).主要得益于年均耕地減少率的下降和人均糧食產量的降低,糧食單產下降的主要原因為常住人口減少,外出務工人員增加,播種面積減少,部分耕地進行了休耕造成的.

環境狀態指數由0.0069增長到0.0576(表2),環境狀態得到改善.原因主要是2003年三峽水庫開始蓄水,政府進一步強化了對庫區的治理力度.2004年僅林業和水利部門就治理水土流失面積 15088.45km2,退耕還林 643.3km2,面上造林207 km2,水土流失面積比重由2003年的49.1%下降到2006年的34.2%,森林覆蓋率由2003年的27%增加到2006年的32%.上述措施很大程度上改善了三峽生態經濟區的土地生態安全現狀.

3.3 響應安全評價

響應指數在土地安全綜合指數中的比重最小,貢獻率最低,但呈波動上升趨勢,2003年、2006年貢獻率分別為 3.9%、8.4%,年均增幅僅為1.13%.從響應指數看,其中經濟響應指數由 2003年的0.0005增加到2006年的0.0068,年均增幅315%.同期政策響應指數由0.0025增長到0.0032,社會響應指數增長了5.64倍(表2).通過分析可以得出經濟發展水平和產業結構調整對土地生態環境改善的貢獻較大.此外,在三峽水庫蓄水后,國家及重慶市都加大了對庫區的投入力度,如2001～2005年國家投入庫區的生態保護工程資金11.5億元[27],重慶市環保投入占GDP比重也由2003年的1.97%增加到2006年的2.42%.社會響應指數的增長主要得益于非農業人口比重的升高,由2003年的17.0%增加到2006年的20.1%.

3.4 綜合安全評價

對 2003～2006年的土地生態安全綜合指數變化走勢分析表明,土地生態安全綜合指數處于改善上升趨勢,土地生態安全未來將會不斷得到改善.三峽庫區生態經濟區的土地生態安全綜合指數由2003年的0.134上升到2006年的0.269,土地生態環境不斷好轉,年均增長率為 25.2%,表明區域整體土地生態安全水平不斷提高.根據土地生態安全分級標準(表3),整體土地生態安全狀態2006年仍處于臨界安全范圍,表明三峽庫區生態經濟區的土地生態系統結構已在人類活動的影響下,發生了一定的變化,但尚在許可范圍內,土地生態系統的主要服務功能尚能發揮,極個別生態壓力已超出了土地生態系統的承載能力.

從土地生態系統壓力指數看,人口壓力增大,人口自然增長率升高,由2003年的5.9‰增加到2006年的10.4‰,人口密度由2003年的227人/ km2增加到2006的277人/km2,使得人地矛盾更加尖銳,對土地生態安全構成了很大壓力.從環境狀態看,萬元 GDP能耗不降反增,由 2003年的1.19/ SCE增長到2006年的1.4/SCE,同期森林覆蓋率僅增長了 5%.2003年的土壤侵蝕模數4185.2t/(km2·a),2004年全區的水土流失面積高達 43.2%,水土流失問題嚴重.這都對土地生態安全構成了威脅.響應狀態處于波動上升趨勢,但貢獻率小,2006的貢獻率為 8.4%,對區域土地生態安全影響較小.此外,土地生態安全的狀態指數貢獻率最高,表明土地生態安全的提高主要依賴于對現有水土流失等環境問題的治理及森林覆蓋率的提高.

4 討論

評價結果顯示,2003年的土地生態安全屬于“敏感級”,2006年有了明顯的改善,但仍屬于“臨界安全級”.經濟區土地的生態壓力不斷增大,其中,經濟壓力及人口壓力的貢獻率最高,反映出農民收入對農業的依賴性強,與人口的增長共同加劇了經濟區土地的生態壓力.從政策響應方面,現有政策的效果較好,今后需要進一步強化現有政策的力度,尤其應重視農村經濟結構的優化,促進農民收入多元化.充分利用國家對三峽庫區的優惠政策,繼續加大經濟區的環保投入,積極申請國家的財政扶持.總之,要徹底解決經濟區土地的生態安全問題,需要加強各方面措施政策的綜合協調力度.

通過計算得出的結果與實際客觀情況較為吻合,證明了該評價方法具有一定的應用意義.基于P-S-R模型的土地生態安全評價指標體系結構簡明易懂,但模型中標準值的確定會對評價結果造成一定的影響.本研究時段僅為 2003～2006年,若能延長研究的時間序列,將能更好的反映研究區土地生態安全的動態變化規律.土地生態安全是自然及人為因素疊加的結果,不同區域的評價有所差異.因此,建立完善的土地生態安全預測模型,進一步研究土地生態安全的社會經濟效應和生態環境響應是未來研究的重要方向之一.

5 結論

5.1 三峽庫區生態經濟區土地生態安全定量評價結果表明,三峽庫區生態經濟區2003年土地生態安全綜合指數T為0.134,處于“敏感級”安全狀態;2006年土地生態安全綜合指數T為0.269,處于“臨界安全級”安全狀態,土地生態安全狀態水平逐年提高,且呈加速上升趨勢.

5.2 三峽庫區生態經濟區土地生態安全狀態的好轉依賴于對現有生態環境問題的治理,土地生態安全的主要壓力是人口的過快增長及農民收入單純依賴于農業收入.

5.3 三峽庫區生態經濟區應著重控制人口規模,尤其加快農村經濟結構轉變,并進一步加強土地生態安全治理及投入力度.嚴格保護現有植被并加大退耕還林還草的力度,提高植被覆蓋率.

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Regional land ecological security evaluation in the case of Chongqing Three Gorges Reservoir ecological economy area based on the PSR model.

ZHANG Jun-yi1,SU Wei-ci1,2*, ZHANG Feng-tai3(1.Department of Geography, Chongqing Normal University, Chongqing 400047,China；2.Institute of Mountain Resource, Guizhou Academy of Sciences, Guiyang 550001, China；3.Geography and Tourism Department, Guizhou Normal College, Guiyang 550003, China). China Environmental Science, 2011,31(6)：1039～1044

Based on the analysis of the characteristics of land resources and problems of ecological economic zone in the Three Gorges Reservoir Area, the study established a set of evaluation index system with the help of the development of P-S-R framework model. Entropy weight method used to determine the weight, and the integrated model of land ecological security used to calculate the integrated index of land ecological security in this area in 2003～2006. Comprehensive index of regional land ecological security increased from 0.134 in 2003 to 0.269 in 2006, and the land ecological security was in a state of a “sensitivity level” in 2003, and "critical safety level" in 2006. The overall eco-security situation was improving, and the ecological pressure on the whole land was increased, and the improvement of land ecological security mainly depended on the handling of land ecological problems. The land ecological pressure was still severe. The changes of land ecological security in 2003～2006 revealed that the integrated situation of land ecological security has entered a period of rapid improvement.

land ecological security；evaluation；index system；the Three Gorges Reservoir ecological economy area

X 821

A

1000-6923(2011)06-1039-06

2010-10-22

國家“973”項目(2006CB403204); 國家社會科學基金項目(10CJY044);重慶市自然科學基金項目(No.CSTC2007BB7225);貴州省省長基金(黔省專合字[2007]89,[2010]76);貴州省科技攻關項目(黔科合 SY[2010]3015);貴州省科技項目(黔科合院所創能[2010]4001)

* 責任作者, 研究員, suweici@sina.com

張軍以(1985-),男,山東沂南人,重慶師范大學地理科學學院碩士研究生,研究方向為區域可持續發展與生態環境.發表論文5篇.