江蘇省土地生態安全預警演變與空間格局分析*

沈 萍

(中國社科院上海研究院,上海 200072)

0 引言

21世紀以來，由于人口劇增且過度追求工業化和城鎮化高速發展而導致了土地承載力壓力上漲，大量生活廢水及農業廢水滲入地下，造成了土地質量下降、水土流失、土地荒漠化等生態問題[1-2]，據相關數據統計，我國僅土地沙化以2 460km2的速度蔓延，高居世界前三，由此可見，應該高度關注土地生態問題。土地生態安全預警是指由于生態環境變化以及生態環境與社會經濟不協調發展而進行的警告，是對危機或者危險的一種超前警告[3]，它能夠為保護生態環境和提高區域生態質量提供有效依據。

20世紀以來，各領域專家學者一直致力于研究土地生態安全預警，并取得了一定成效[4]。現有研究基本集中于土地生態安全預警指標、模型及預測3方面，如張利等[5]基于P(壓力)-S(狀態)-R(響應)模型從土地生態變化壓力、土地生態安全狀態、土地生態調控響應3方面選取了8個指標進行分析； 吳冠岑等[6]以淮安市為研究區，基于懲罰變權評價模型分析其1996～2010年土地生態安全預警的動態變化； 徐美等[7]采用RBF神經網絡模型預測湖南省土地生態安全系統將不會出現惡化跡象。也有其他學者從土地生態安全預警實現路徑進行分析，如趙興國等[8]認為應該基于3S技術途徑來實現維系土地生態安全。江蘇省位于我國有名的長三角地區，交通便利，經濟發達，同時也是我國人口密集區，土地承載力較大，人地矛盾日益突出[9-10]。總體來看，現有研究比較單一，且研究相對成熟，但關于江蘇省的土地生態安全問題研究較少，現有研究基本上針對江蘇省某一地區進行分析，并未分析江蘇省整體土地生態安全，也未分析其空間區域土地生態安全變化特征，而宏觀分析及把握更具有實用性的時空演變規律是協調人地關系，維系良好的土地生態安全的基礎。

研究選取江蘇省為研究區，利用熵權法確定指標權重，并利用預警模型測算2005～2015年土地生態安全指數值，在此基礎上，利用GIS技術劃分土地生態安全預警的空間分異，旨在為緩解江蘇省土地生態安全問題提供有效建議。

1 研究區及研究方法

1.1 研究區概況

江蘇省(30°45′N～35°20′N， 116°18′E～121°57′E)位于我國長江下游、大陸東部沿海地區，東臨黃海，東南毗鄰上海和浙江，西接安徽，北接山東[11]，包括13個地級市，分別為南京市、無錫市、徐州市、常州市、蘇州市、南通市、連云港市、淮安市、鹽城市、揚州市、鎮江市、泰州市及宿遷市，總面積為10.72萬km2。江蘇屬溫向亞熱帶過渡性氣候，年均氣溫13～16℃。江蘇省是有名的“魚米之鄉”，農業生產條件得天獨厚， 2016年江蘇省播種面積為543.3hm2，糧食產量達3 466萬t，第一產業就業人口為841.85萬人，地區生產總值為7.608 6萬億元，人均生產總值為9.525 9萬元。

1.2 指標體系構建及數據來源

關于土地生態安全預警的指標有多個學者做出評定，但均未達成統一的定義，該研究參考李春燕[12]、王鵬[13]專家的文獻，秉著科學性、重要性及指導性等多個原則基于土地生態壓力、狀態、響應3方面選取16個指標構建江蘇省土地生態安全預警指標體系(表1)。

表1 江蘇省生態安全預警指標體系

1.3 研究方法

預警模型是基于江蘇省土地生態安全預警指標利用熵權法求得各指標權重，再利用綜合指數法求得預警值的方法，具體步驟如下。

(1)數據標準化

為了消除數據差別化太大帶來的影響，該研究使用極值法對原數據進行歸一化處理，公式如下[14-15]：

(1)

(2)

(2)求權重系數

(3)

式(3)中，i的值為1～m;j的值為1～n。

(3)求解預警值

(4)

2 結果分析

2.1 江蘇省土地生態安全預警指數評價

圖1 江蘇省土地生態安全預警圖

圖1所示，江蘇省土地生態安全預警指數總體上呈波動上升態勢，表明近10年來江蘇省土地生態環境較為樂觀，且效果明顯； 土地生態安全指數平均水平為0.53，處于安全狀態。江蘇省土地生態安全總體上呈上升趨勢，但其中間出現兩個轉折點，分別為2007年和2012年，這與江蘇省重大環境污染事件有重要關系， 2007年太湖藍藻危機使得江蘇省水域出現大面積藍藻， 2012年鎮江水域受到苯酚污染均致使臭水流入農田及土地，造成土地質量嚴重下降，生態環境遭受破壞。而其他年份土地生態安全指數均呈現上漲趨勢，生態系統服務功能逐漸完善，土地生態安全得到保證，這主要是由于農藥化肥使用量在不斷減少、農業機械投入量增多，與此同時，江蘇省作為經濟發達城市，第三產業發展迅速，產業的發展要求基礎設施不斷完善，公共綠地面積也不斷增多，這都在一定程度上推動了江蘇省生態環境的發展，提高了其土地生態安全指數。其中， 2007～2012年江蘇省土地生態安全指數上升幅度較大，這主要是由于2005年以來為提高土地生態安全奠定了良好基礎，據相關數據統計， 2009年江蘇省實施了600多項主要污染物減排項目，培育了較多循環經濟試點企業，大大提高了江蘇省土地生態安全。而2012～2015年，雖然其土地生態安全依舊朝較好方向發展，但其速度相對放緩，這主要是由于2012年以來，城鎮化發展及人口速度增長較快，江蘇省土地承載力壓力劇漲，故其土地生態安全指數發展放緩。

2.2 土地生態安全預警空間格局分析

在進行預警分析調控前應該要建立土地生態安全預警標準，劃定預警界線，結合江蘇省土地生態安全現狀，并參考余敦等學者的文獻，將其劃分為3個等級(表2)，其中，預警值越高，表明該區域土地生態安全狀況越好，其預警程度越低，反之，則表明該區域生態環境質量越差，預警程度越高。

圖2 江蘇省各地級市土地生態安全預警圖

總體來看， 2005年江蘇省各地級市生態安全都處于二、三等級，即生態安全等級較低，預警風險大，東部沿海地區地級市多數處于第三等級，包括連云港市、宿遷市、淮安市、鹽城市、泰州市、南通市、鎮江市及常州市8個地區，主要是由于這8個地區位于長江中下游地區，交通便利，吸引了大量企業進行工廠投資，吸引外來勞動力，土地承載力增大，另一方面，工廠及工業的迅速發展導致了大量工業廢水、廢氣的排放，土地質量急劇下降，土地生態安全度低。而南京市、揚州市、無錫市、蘇州市及徐州市土地生態安全相對較好，主要是由于這5市是江蘇省經濟發展較好的地區，且除徐州市外均位于太湖生態保護圈內，區域生態環境指數和綠色發展指數較高，同時，蘇州市、無錫市、南京市3市在2005年經濟發展水平超過全國平均水平，經濟的發展帶動了生態環境的建設，故土地生態安全度高，預警程度低。

從2010年來看，江蘇省土地生態安全預警度呈現西低東高，南北低中間高的特性，其中，鎮江市、宿遷市、泰州市、連云港市4個地級市土地生態安全指數上升較快，鎮江市主要是由于自2006年以來，《鎮江生態市建設規劃》的頒布，確定了鎮江生態市創建工作，生態環境得到改善，土地生態安全度也不斷提高； 而連云港市主要是位于江蘇省北部地區，是江蘇省與山東省的樞紐，地理位置優越，且2005～2010年是江蘇省對外經濟發展的重要階段，也是連云港經濟發展的大階段，經濟的發展帶來了環境的建設，因此，連云港市土地生態安全指數上漲較快； 而宿遷和泰州土地生態安全度的提高得益于生態農業的發展，自2005年以來，該兩市致力于發展生態農業，創造“農林牧漁循環生態農業”模式，大量地減少了農業化肥和農藥的使用，提高土地質量、增加農業收入，故提高了土地生態安全度。

從2015年來看，江蘇省土地生態安全預警度僅呈現南低北高的特性，且其北部差異縮小。江蘇省南部地區經濟一直處于領頭羊地位，且交通條件優越，南部地區的絕大多數地級市在2014年入選了全國生態文明城市，生態環境優越，而且，依托太湖、陽澄湖等湖域資源，帶動了其他產業發展； 就農業發展而言，綠色有機農業、無肥無藥的綠色產品均提高了其南部區域的生態環境； 就基礎設施而言，江蘇省政策針對南京、無錫、蘇州等南部區域，拆除、遷移了大部分工廠，新建了綠色公園，增加綠地面積，提高土地生態安全指數； 就政府而言，江蘇省著力打造“一圈、一帶、一網、兩區”的生態保護格局，而生態保護格局絕大多數設計江蘇省南部地區，以確保南部區域優越的生態環境。

3 結論與討論

該文首先利用熵權法確定指標權重，并利用土地生態安全預警模型測算2005～2015年江蘇省土地生態安全指數，在此基礎上劃分預警類型，分析江蘇省土地生態安全預警空間格局，得出如下結論。

從時間上來看， 2005～2015年江蘇省土地生態安全指數總體上呈上升趨勢， 2008年之后均處于中警和無警狀態，但出現過兩次轉折點，分別為2007年和2012年，這主要和江蘇省重大環境污染事件有關，造成土地質量嚴重下降。

從空間格局來看， 2005年江蘇省預警程度呈現東高西低， 2010年呈現西低東高，南北低中間高， 2015年呈現南低北高的特性； 總體而言，江蘇省土地生態系統不斷完善，土地生態安全指數越來越高，預警程度越來越低，而且江蘇省各地級市空間內部差異性越來越小。

該文通過構建土地生態安全預警指標體系和采用劃分預警級別等探討了江蘇省土地生態安全預警及空間格局分析，有利于促進區域土地利用生態環境的保護和改善，為今后土地生態安全調控提供有效依據，但土地生態安全預警指標及劃分評定是一項復雜且長久的工程，研究尚未成熟，基于預警指標的測算還有待進一步探討和完善。