山地城鎮化進程中土地生態安全動態評價研究
——以貴陽市為例

熊 勇, 趙翠薇

(貴州師范大學 地理與環境科學學院, 貴陽 550001)

山地城鎮化進程中土地生態安全動態評價研究
——以貴陽市為例

熊 勇, 趙翠薇

(貴州師范大學 地理與環境科學學院, 貴陽 550001)

為促進其土地資源可持續利用及其未來生態環境質量改善和生態安全規劃管理提供依據，對貴陽市近20 a來的土地資源生態安全狀況進行動態評價研究?；赑-S-R模型構建城市化驅動力下土地生態安全評價指標體系，采用多指標綜合評價法計算土地資源生態安全水平，利用SPSS軟件和GM(1,1)模型進行相關性分析與短時間序列預測。結果表明：近20 a貴陽市土地生態安全指數1992—2000年處于惡化級、2001—2009年處于風險級、2010—2011年處于敏感級，總體呈波動上升趨勢，但基本處于不安全狀態；人類社會經濟活動的響應對土地資源生態安全的影響較大；預測在2011年后5 a內該區域壓力值、狀態值、響應值和綜合值均呈上升趨勢，土地生態環境良性循環發展潛力具大,但生態系統脆弱且敏感性顯著等問題一直存在?？刂迫丝谠鲩L，優化人口結構，加快轉型發展，構建綠色經濟生態體系，統籌城鄉協調發展，優化合理利用土地，探索節約集約用地的新型城鎮化模式，加大環境保護力度，建立生態補償機制是保護貴陽市土地資源生態安全的合理性對策。

PSR模型; 土地生態安全; 熵權法; 城鎮化; 貴陽市

土地是各種社會經濟和生態功能的載體。土地生態安全強調土地生態系統自身的健康和可持續性、對人類提供穩定的生態服務質量或保障能力。改革開放以來，工業化、城鎮化進程不斷加快，城市化水平不斷提升，人口不斷向城市集聚并膨脹，導致人地矛盾日益尖銳，土地生態質量不斷下降，嚴重影響了土地資源的可持續利用和人類社會的可持續發展。因此，研究城市化背景下土地生態安全對緩和人地矛盾，促進人口、資源、環境和社會經濟協調發展具有重要意義。

國內目前對土地資源生態安全的研究，主要表現在以下幾個方面：一是從土地可持續利用與土地資源生態安全角度進行評價研究，主要研究領域集中在區域土地[1-2]、城市及經濟核心區[3-4]、農業[5]、小流域[6]、水資源[7]、湖泊濕地[8]等方面；二是對土地生態系統、土地生態安全問題進行結構性診斷及預警機制等研究[9-10]；三是土地資源生態安全設計，主要包括以生態安全為前提的土地利用結構優化和土地利用安全格局方面的設計[11-12]。

以城鎮化驅動力為背景的區域土地生態安全評價研究相對較少[13-14]。山地城市生態脆弱，對山地型城市的貴陽市土地生態安全的評價和研究鮮見報道。在貴州省大力推進城鎮化建設的背景下，土地生態安全形勢更加嚴峻。以貴陽市土地資源生態安全作為研究對象，構建評價指標體系，探討城鎮化進程中土地資源生態安全問題，為貴陽市土地資源的可持續利用提供參考。

1 研究區概況

貴陽市地處黔中山原丘陵中部，長江與珠江分水嶺地帶。地理位置介于東經106°07′—107°07′，北緯26°11′—27°22′。地貌屬山地丘原盆地地區，其中，山地面積4 218 km2，占全市總面積的52.5%；丘陵面積2 842 km2；壩地較少，僅912 km2，是一個典型的山城。屬亞熱帶濕潤溫和型氣候，具有明顯的高原性季風氣候特點，年平均氣溫15.3℃左右，年均降水量1 197～1 248 mm?？偟貏菸髂细?、東北低，苗嶺橫延市境，崗阜起伏，剝蝕丘陵與盆地、谷地、洼地相間。市中心平均海拔1 000 m，海拔高差達1 256 m。

1996年前全市轄6區(云巖區、南明區、花溪區、烏當區、白云區、小河區)，1996年后行政區調整新增3縣1市(開陽縣、息烽縣、修文縣、清鎮市)，全市土地總面積8 034 km2。2011年，貴陽市年末總人口為439.33萬人，人口密度達546.84 人/km2；完成國內生產總值1 383.07億元,GDP增速為17.1%，人均GDP為31 481元,三次產業結構為4.6∶42.4∶53。城鎮化水平69.20%，從近10 a看，2000年貴州省城鎮化率為23.96%，而同期貴陽市為61.19%；再從各地區比較看，以2010年為例，全省城鎮化水平為33.81%，排名第一的貴陽為68.13%，第二位遵義35.02%，第三位安順30.04%，其余6市(地、州)均在30%以下，可以看出貴陽市城鎮化進程速度一直在全省處于快速領先地位。

2 研究方法

2.1 指標體系的建立

土地資源安全是指一個國家或地區可以持續地獲取，并能保障生物群落(人類)健康和高效能生產及高質量生活的土地資源狀態或能力[15]。城鎮化內涵豐富，包括經濟、產業結構、人口、空間、生活方式以及文明程度城鎮化等多層面內容[16]。土地資源是生態環境系統的重要組成部分，城鎮化進程中不可避免會對土地資源生態系統帶來影響，同時，土地問題作為城鎮化進程中的核心問題，城鎮化過程的任何一個層面和階段又都會受到土地生態環境不同程度的限制和約束。因此，土地生態安全評價指標體系是一個人口、經濟、資源、環境和社會等方面的復合系統。本研究有針對性的根據城鎮化這一背景進行土地生態安全動態分析，因此在構建評價指標體系時，不僅要考慮土地生態環境狀態，還要具體地反映城鎮化進程中對土地生態安全有重要影響的經濟、社會各方面的因素。

20世紀80年代末，聯合國環境規劃署(UNEP)和經濟合作與發展組織(OECD)共同提出了環境指標的P-S-R概念模型，即“壓力(Pressure)—狀態(State)—響應(Response)”模型[3]。在P-S-R框架內，環境問題可以表述為3個不同但又相互聯系的指標類型：壓力指標反映人類活動給環境造成的負荷；狀態指標表征環境質量、自然資源與生態系統的狀況；響應指標表征人類面臨環境問題所采取的對策與措施。P-S-R模型從人類與環境系統的相互作用與影響出發，對環境評價指標進行組織分類，不僅強調人類活動和經濟發展及其對環境的影響，還深刻的反映了生態系統在自然生態系統、社會經濟系統之間的相互作用機理，具有較強的系統性，是評價人類活動與資源環境可持續發展方面比較完善、權威的體系[17]。

表1 城鎮化驅動力下土地生態安全評價指標體系建立

注：1)文中城鎮化水平采取綜合指標法：(非農人口比重和非農GDP比重運用特爾菲法各賦予權重0.8和0.2加權平均計算[19]；2)指標權重計算方法見2.2.2。

本文基于P-S-R模型，結合貴陽市土地生態環境現狀和在城鎮化進程中對土地生態環境有重要影響的自然、社會、經濟等各方面實際因素，依據指標選取的科學性、系統性、全面性、動態性和數據易獲得性等原則，參考和學習借鑒其他學者在區域生態安全評價研究相關成果[10,13-14,18]的基礎上，構建了以土地生態安全為目標、共42個指標的城鎮化驅動力下土地生態安全評價指標體系框架模型(表1)。其中，“壓力”即指人類活動對環境所造成的負荷，包括自然和人為原因，從人口、社會經濟、自然、工業化城市化壓力等方面構建；“狀態”即在上述壓力下土地生態安全所處的狀態，從資源、環境、利用、城市化與城市發展狀態等方面構建；“響應”則是為延續土地生態可持續發展所采取的策略措施，從環境、經濟、人文、城市化與城市發展響應等方面構建。

2.2 評價方法

2.2.1 數據來源 研究主要以1993—2012年《貴陽(統計)年鑒》、《貴州六十年》、貴陽市統計信息網(http∥:www.gygov.gov.cn)、貴陽市水利局(http∥:jjzd.gygov.gov.cn)、貴陽市生態文明建設委員會(http∥:www.ghb.gov.vn)統計公報等為主要數據來源。

2.2.2 數據處理

(1) 數據標準化。將貴陽市1996年前的土地總面積統一到1996年后調整的行政區土地面積標準上來。根據指標因子對土地生態安全的影響，將選取的指標劃分為正安全趨向性指標和負安全趨向性指標，正趨向性指標值越大，表征土地安全狀況越好；負趨向性指標值越大，表征土地安全狀況越差。(指標解析及性質(正/逆)見表1)為消除不同的評價指標數據性質帶來的正負取向、量綱和數量級等差異影響，文中采用極差變換法進行標準化處理，具體計算公式為：

設原始數據矩陣為：

式中：Xij——第n年第m個指標的數值。

(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)

(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)

式中：Xij′和Xij——第i(i=1,2,…,n)年第j(j=1,2,…,m)個指標標準化后的數據和指標原始值；maxXij，minXij——第j指標的最大值和最小值。

(2) 指標權重的確定。評價指標權重的確定是進行生態安全評價的關鍵，它關系到評價結果的準確性。目前確定權重的方法較多，主要有AHP法、PCA法、專家評分法、經驗估算法、聚類分析法等，文中采用客觀的熵權法確定各評價指標的權重。熵權法是一種在綜合考慮各因素提供信息量的基礎上計算一個綜合指標的數學方法，主要依據各指標傳遞給決策者的信息量大小來確定權重，消除了人為因素的影響。

(3) 土地生態安全綜合指數。定義土地生態安全綜合指數為ESI，數學模型為：

式中：ESI——土地生態安全綜合指數；Hj——第j個指標的熵值；wj——第j個指標的權重；Xij′——第i(i=1,…,n)年第j(j=1,…,m)個指標標準化后的數據。

2.2.3 土地生態安全等級標準確定 依據計算所得的土地生態安全綜合指數，參考相關文獻[13-14,20]分級方法，在0～1區間擬定用5個等級作為貴陽市土地生態安全評價標準，具體等級劃分及其意義見(表2)。

3 評價結果分析與預測

3.1 評價結果分析

根據上述指標體系和評價方法，計算出貴陽市1992—2011年的土地生態安全壓力、狀態、響應系統的安全值及土地生態安全綜合指數，參照(表2)評價標準對其進行安全等級劃分結果見表3。

3.1.1 壓力安全分析 由表3可知，1992—2011年，貴陽市土地生態安全壓力指數整體呈小幅波動趨勢。由1992年的0.153 84減小到2011年的0.137 79，尤其是1994—2006年期間，指數一直在0.130 0水平以下，直到2007年有所上升但2009年后又緩慢下降。這表明貴陽市土地生態壓力面臨不穩定的現狀趨勢，研究期內人類對土地生態的干擾強化局面并未減輕(負向指標，數值越小，生態壓力相對越大)。究其原因：第一，人口增長快。數據顯示，1992—2011年，貴陽市人口由259.58萬增加到439.33萬，凈增人口179.75萬人，人口密度由367.91人/km2增加到546.84人/km2，人口壓力增大；第二，由于貴陽獨特的地理位置和高原性季風氣候特點，自然災害時有發生，1992年受災面積比重僅為6.53%，而后1996，2006，2008，2010，2011年受災面積比重分別達到了44.63%，44.59%，73.85%，73.39%和91%，受災程度呈現逐年加深的趨勢；第三，貴陽市作為貴州省會，工業化、城鎮化發展速度明顯快于其他市(地、州)，工業化率、城市化綜合水平不斷攀升，但同時也造成了環境污染和生態破壞，如1992—2011年，單位耕地面積化肥負荷由0.26t/hm2增到0.68t/hm2，工業固體廢棄物由185.59t/km2到1 420.71t/km2，城市生活垃圾產生量由4.25×105t到7.58×105t等，土地資源在經濟發展、城市化進程背景下壓力增大。

表2 土地生態安全指數分級評價標準

表3 1992-2011年貴陽市土地生態安全指數變化

3.1.2 狀態安全分析 1992—2011年，狀態指數由0.117 29上升到0.253 13，整體呈上升趨勢，其間1997年最低為0.093 41，之后基本逐年上升。究其原因：一是研究期內森林覆蓋率由14.5%提升到42.3%、水土協調度由35.22%提升到77.47%，生態環境質量有所提升；二是加大科技投入，糧食單產量不斷增加，由1992年的低于3.0 t/hm2增加到2006年后的5.0 t/hm2以上，大大提升了土地利用的產出水平；三是城市化與城市發展水平的不斷提高，1992—2011年，人均GDP由2 844元增加到31481元、城市人均住房面積由7.1 m2/人增加到22.27 m2/人、城市人均鋪裝道路面積由0.82 m2/人到4.43 m2/人，相關城市基礎醫療保障和公共設施等也得到了大力的提升和完善。然而，由于人口快速增長和非農建設加快，直接導致了耕地面積比重由1992年13.59%下降到2011年的12.04%、城區人均綠地面積逐年減小，加之貴陽受特殊的山地地形影響，城鎮擴展所占土地多為地勢平坦且質量較高的耕地，隨著工業化、城鎮化進程的不斷推進，城郊及鄉村菜田、良田沃土以及草地林地等也不斷被占用或破壞。此外,城鄉收入比系數的日益擴大等，都在一定程度上降低了土地生態安全狀態指數對綜合指數數值的貢獻率。

3.1.3 響應安全分析 1992年—2011年，響應指數由0.047 81上升到0.298 28，呈不斷上升趨勢，再通過分析系統層壓力、狀態、響應3個指標的權重對土地生態安全綜合指數貢獻率的大小看，三者的權重比例為0.26∶0.36∶0.38，響應起到了核心作用。說明了貴陽市各縣區各部門積極采取措施和政策對生態環境污染進行治理和改善，持續加大了人為控制土地生態問題的力度，努力改善土地生態環境。目前除R&D經費占GDP比例和城鎮從業人員占從業人員比重數值比較偏低外，其他方面效果顯著，研究期內：工業廢水排放達標率由48.6%提升到90%以上、工業固體廢棄物利用率由28%提升到56.63%、城市生活垃圾無害化處理率由28.2%到93.71%，環保投資額比重方面也不斷加強；此外，隨著經濟持續快速發展，研究區域經濟密度由103.72萬/km2到1 721.51萬/km2、第三產業比重由35.4%增加到53%、地均固定資產投資水平由30.12萬/km2到1 992.27萬/km2、農業機械化水平由2.68%到13.57%,大大提高了土地利用的經濟效益和集約度，間接減緩了對土地的壓力；在社會人文和城市發展方面，1992—2011年，公共教育經費占GDP比重由0.83%增加到4.09%、萬人高等學校在校生人數由63.61人增加到630.28人、城市綠化率由31.4%提升到42.8%，城市用氣普及率由13.64%提升到81.24%。以上措施的實施都大大的提升了貴陽市土地資源生態安全的響應能力。

3.1.4 綜合生態安全分析 從表2、表3可看出，近20 a貴陽市土地生態安全綜合指數變化較大，總體呈波動上升趨勢。其中，1992—2000年處于惡化級、2001—2009年處于風險級、2010—2011年處于敏感級。綜合指數從1992年的0.318 94增至2011年的0.689 20，表明該區域土地資源生態安全水平整體朝著有利、逐步變好的方向發展，但總體來看土地生態安全等級較低，目前處于Ⅲ級(敏感)狀態，生態環境破壞、生態系統服務功能退化和生態恢復重建難度大等生態問題還十分突出。通過SPSS20.0軟件對各指標與土地生態安全綜合指數進行主成分相關性分析，根據相關系數繪出相關性玫瑰圖(圖1)。

圖1 土地生態安全綜合指數與各指標的相關性分析

可以發現：(1) 與土地生態安全綜合指數呈正相關性較高的因子有P1，P9，P11，S3，S4，S7，S8，S10，R4，R5，R6，R7，R8，R10，R12，R14等，可見，響應指標與綜合指數的相關性均較強，對響應指數的貢獻率最高，表明土地生態安全的提高主要依賴于人類社會經濟活動響應能力的增強，從而促進了土地生態安全的改善。(2) 與土地生態安全綜合指數呈負相關性較高的因子有P3，P4，P5，P8，P14，S1，S2，S14，R9。二者表明，近20 a來，當地政府在努力實施節能降耗減排、調整產業結構、提高社會就業率等方面做出了一定的努力工作，但隨著人口的增長，社會經濟效率的追求，工業化城鎮化進程的不斷推進，耕地資源日益被占用或破壞，人地矛盾不斷激化，土地資源生態環境質量改善任重道遠，因此在環保投入、抵抗自然災害能力、人文社會環境響應力方面仍需加強，如目前R&D經費占GDP比重平均僅為0.67%，遠低于全國的平均水平。

3.2 預測分析

本文利用以上研究所得的1992—2011年貴陽市土地生態安全相關原始數據，利用DPS軟件采取灰色系統預測法中的GM(1,1)模型進行建模。GM(1,1)模型是一個短時間序列模型，4維以上數據即可建模，建模數據并非越多越好，建模數據序列越長，老的數據對預測精度貢獻度最小，引起誤差作用較短序列預測大，所以建模時不一定采用全部原始數據，可以從中選擇一部分數據進行。鑒于此，結合1992—2011年貴陽市土地生態安全相關原始數據，考慮到2000年以前的數據起伏波動較后期大，所以本次研究選取2000—2011年的12維原始數據作為預測基礎，對未來5 a內壓力值、狀態值、響應值與綜合值分別進行預測。

GM(1,1)模型的灰微型方程基本形式為：

(k=1,2,…,n)

采用最常用的后驗差檢驗法(C——后驗差比值；P——小誤差概率)檢驗預測精度等級，其中壓力值經過2次殘差序列分析計算得出。預測結果及函數模型見(表4)。

表4 預測結果及函數模型表

表4預測結果可知：未來5 a內壓力值、狀態值、響應值和綜合值均呈上升趨勢，到2016年預測綜合值為0.880 73，達到Ⅱ(較安全)級狀態，說明盡管隨著區域城鎮化進程的不斷推進,尤其是實施西部大開發戰略以來，人類對環境的干擾不斷加強，但隨著人們環保理念的不斷深化、各種技術手段的飛速發展將會為整個生態系統朝著更為和諧、有序的方向發展提供強有力的保障，形成土地生態環境良性循環發展潛力具大。

然而，貴陽屬喀斯特山區，生態脆弱，具有敏感度高、環境容量低、抗干擾能力弱和穩定性差特點，土地生態系統一旦破壞恢復重建十分困難。因此，今后一段時期，在貴州“加速發展、加快轉型、推動跨越”、“工業強省和城鎮化帶動”戰略縱深推進、“黔中經濟圈”迅速崛起日趨明顯的形勢下，做好保護貴陽土地資源生態安全的調控對策尤為重要：(1) 控制人口增長、優化人口結構，推進人口與土地資源、環境、發展之間協調。(2) 堅持加快轉型發展，構建綠色經濟生態體系。要按照轉變經濟發展方式要求，加快推進產業結構調整，堅持產業綠色化、綠色產業化發展理念，把發展綠色經濟作為轉變經濟發展方式的主要途徑、實現可持續發展的戰略取向和建設生態文明城市的重要引擎,提升貴陽城市發展的可持續競爭力。(3) 統籌城鄉協調發展、構筑宜居生態城。貴陽作為“黔中經濟圈”的核心區，要進一步優化城市空間布局，建設科學合理的城鄉規劃體系，實現城鄉統籌發展，促使社會形態由二元結構向城鄉一體化轉變，推進宜居城鎮生態建設。(4) 優化合理利用土地，探索節約集約用地的新型城鎮化模式。合理調整用地結構與布局，盤活閑置土地，規范土地開發利用，保住耕地紅線、保證糧食安全。按照節約用地、保障農民權益的基礎上推進征地制度和土地流轉方式的改革，實行城鎮建設用地增加與農村建設用地減少掛鉤，積極探索節約集約用地的新型城鎮化模式。(5) 加大環境保護力度，建立生態補償機制。在城鎮化進程中除了做好全民節能減排加強環保之外，還需要借鑒國內外生態補償經驗，優化選擇補償區域、多方博弈補償等級和科學核算補償標準，提高資金使用效益[22]。加快建立產權界定清晰、績考管理客觀、責任措施到位、行之有效的生態補償機制，以提高整體區域社會生態綜合響應水平。

4 結論與討論

(1) 近20 a貴陽市土地生態安全指數1992—2000年處于惡化級、2001—2009年處于風險級、2010—2011年處于敏感級，總體上呈波動上升趨勢，基本處于不安全狀態。

(2) 相關性分析表明，人類社會經濟活動的響應對土地資源生態安全的影響較大；預測顯示，該區域在研究期后5 a內壓力值、狀態值、響應值和綜合值均呈上升趨勢，土地生態環境良性循環發展潛力具大，但生態系統脆弱且敏感性顯著等問題一直存在。

(3) 控制人口增長、優化人口結構；堅持加快轉型發展，構建綠色經濟生態體系；統籌城鄉協調發展、構筑宜居生態城；優化合理利用土地，探索節約集約用地的新型城鎮化模式；加大環境保護力度，建立生態補償機制等是保護貴陽市土地生態安全的合理性調控對策。

(4) 土地資源安全研究包括生態安全、經濟安全、產權安全、文化安全、安全戰略選擇、安全保障體系、安全管理[15，23]等內容。本文僅對貴陽市土地生態安全進行了探討，其他相關問題的系統研究以及構建全面的指標體系和等級劃分標準使研究結果更加符合區域實際待于進一步探討；而土地生態安全的時空格局、微觀機制和風險調控等將是今后重要的研究方向。

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DynamicAssessmentonLandEcologicalSecurityintheProcessofUrbanizationinMountainAreas—ACaseStudyofGuiyangCity

XIONG Yong， ZHAO Cui-wei

(SchoolofGeographyandEnvironmentSciences,GuizhouNormalUniversity,Guiyang, 550001,China)

According to a dynamic state evaluation on ecological security of land resources around 20 years in Guiyang city, this paper aimd at improving the ecological environment and providing guidance for planning and management and maintaining sustainable utilization of land resources. Land ecological security evaluation index system of Guiyang city under the background of urbanization based on the PSR model was constructed. The multi-index comprehensive evaluation method was adopted to calculate the level of ecological security of land resources. SPSS statistic software and GM(1,1) model were used to make correlation analysis and short time series estimation. Nearly 20 years， the index of land ecological security in Guiyang city was in the grade of deterioration from 1992 to 2000， at risk level from 2001 to 2009 and sensitive stage from 2010 to 2011. Although the land ecological security index was a rising trend generally， almost at the stage of insecurity ; correlation analysis showed that the response from the social and economic activities of human beings had a great impact on ecological environment of land resources; the prediction showed that the pressure-state-response value and comprehensive value of ecological security of land resources presented a rising trend in 5 years after 2011, there has been a large potential development on good circulation of land eco-environment. Nevertheless, this study area ecosystem is significantly vulnerable and sensitive. Some kinds of reasonable measures were adopted to protect the land ecological environment, such as controlling the population growth, optimizing social population structure, accelerating the upgrade of industrial transformation, constructing green economic system, making overall plan for the coordinate development of town and city, exploreing conservation intensive land use patterns under the new-type urbanization vigorously. Enlarging protection environment and establishing an ecological compensation mechanism are the very urgent task to ensure the ecological security of land resources.

PSR model; land ecological security; entropy weight method; urbanization; Guiyang city

2013-09-27

：2013-11-17

貴州省科技廳社發攻關項目(黔科合SY字[2013]3168號)

熊勇(1987—),男,貴州正安人,在讀碩士研究生,研究方向:城市生態及土地利用。E-mail:893895014@qq.com

趙翠薇(1968—),女(白族),貴州大方人,教授,博士后,主要從事土地利用與生態環境保護研究。E-mail:zhaocuiwei@sohu.com

X171.1

：A

：1005-3409(2014)04-0195-08