遼寧省土地利用生態安全評價

范 津

(海城市水利事務服務中心，遼寧 鞍山 114200)

0 引 言

在一種少受或者不受破壞和威脅的生態環境中，土地所處的平衡、健康狀態就是土地生態安全。換而言之，土地生態安全是指通過合理利用和管理一定時空范圍內的土地資源，使其少受或不受威脅保持土地生態系統功能與結構所處的平衡、健康狀態，并提供充裕、均衡、穩定的自然資源保障農業與社會經濟可持續發展，維持經濟、社會、土地自然的長期協調發展[1]。

土地是人類活動衣食住行的基本來源和賴以生存的最基本條件，健康的土地生態功能關系著人民生存、國防建設、社會經濟和國家政治安全，也是決定社會穩定和維系經濟安全的關鍵因素[2]。目前，土地生態安全已成為土地資源可持續利用研究和生態安全問題研究的前沿課題[3-5]，對保障農業糧食生產及社會經濟發展具有重要作用。其中，GIS技術、物元模型、主成分分析、PSR模型等土地生態安全評價常用的方法[6-12]。依據評價分析土地生態安全的相關資料，中國現有研究還處于初級階段，現存的問題如下：評價方法單一，參評因子繁多，缺乏系統全面的指標體系，尚未形成普遍適用的等級劃分標準，權重值與標準值確定時具有較大主觀性等。文章依據土地生態壓力-狀態-響應(PSR)框架模型，選擇18項典型參評因子構建評價體系，并運用綜合指數模型和灰色系統GM(1,1)模型評價預測了遼寧省2010-2019年的土地生態安全狀況及其未來9a的變化趨勢，在此基礎上判定制約土地生態安全的關鍵因子，為制定科學的調控措施、促進區域農業生產和社會經濟發展提供決策依據，維持經濟、社會與土地自然的協調可持續發展。

1 研究方法

1.1 區域概況

遼寧省位于E118°53′-125°46′、N38°43′-43°26′，東與韓國、日本隔海相望，南與渤海、黃海相鄰，也是既沿邊又沿海的省份，其總面積14.8萬km2，下轄沈陽、鐵嶺、大連、葫蘆島、朝陽等14個地級市和2個省管縣，地勢大致為自東西兩側向中部、自北向南傾斜，地貌形態大體為“六山一水三分田”。該區域分布有大凌河、太子河、饒陽河、渾河和遼河等河流，水文特征為河道平緩、泄洪能力差、易發生洪澇、含沙量高、河床狹窄、徑流量年內分配不均等，比較適合中小水電站建設。遼寧省水資源匱乏、人口密度較高且降水量時空分布不均，水資源利用存在邊際效益低、開發難度大、開采成本高、可利用總量少等特點，加之用水浪費嚴重及局部地下水過度開采等問題，使得生態環境壓力和水資源可持續利用更加突出。研究區屬于中國重要的畜牧業、重工業和農業糧食生產基地，其對社會經濟發展和農業生產占據著重要地位。因此，非常有必要探究其土地生態安全現狀及其變化趨勢，維持經濟快速發展與土地生態安全的協調關系，這也是關系到東北地區興衰及國家戰略安全的關鍵因素。

1.2 數據來源

PSR框架模型有機融合了環境響應、經濟運作和人類活動的相互聯系，涵蓋自然環境與人類活動兩大體系，比較適用于環境現象的評判。因此，文章利用土地生態壓力-狀態-響應(PSR)模型，選擇經濟密度、人均耕地面積、城市化水平、森林覆蓋率、GDP增長率等18項典型因子構建評價體系，并運用綜合指數法和灰色預測GM(1,1)模型評價預測了遼寧省土地生態安全現狀及其變化趨勢。

研究數據來源于遼寧省2010-2019年社會發展和國民經濟統計公報、官方網站公布的數據信息，以及遼寧調查年鑒、統計年鑒、城市統計年鑒等[13-16]。

2 土地利用生態安全評價

2.1 評價指標體系

文章對遼寧省生態安全因子進行綜合分析，遵循區域性、可比性、可操作性和科學性等原則選取18項參評指標，并運用PSR框架模型建立土地生態安全評價體系。土地生態安全評價體系與指標權，見表1。

2.2 指標權重

總體上，可以將常用的權重計算方法劃分為主、客觀賦權兩類，前者考慮了決策者的個人偏好和知識經驗，所以該方法很容易引起評價結果存在偏差；后者以完善、系統的理論體系和運算流程為依據，并且能夠以客觀實際為載體獲取有效的數據信息，由于未考慮決策者的主觀判斷使得評判結果易出現明顯誤差。因此，文章綜合考慮客觀的數據信息和主觀的經驗判斷，將AHP法和主成分分析法求解的主、客觀權重相集成，由此保證權重計算的合理性和可靠性。該方法存在運算量少、客觀性強、原理清晰、精準度高等優點，詳細流程見文獻[17-18]。

評價過程中能否合理的確定土地生態安全基準，將對評價結果產生直接的影響。通常情況下，應考慮以下方面科學確定評價基準：①評價標準值選取區域土地生態環境本底值與背景值；②參考已有國家標準、國際標準或者發展良好地區的現狀值，結合區域實際情況確定標準值；③針對個別統計數據不完整但非常重要的參數，可以選用相近指標暫時替代。充分考慮遼寧地區土地利用現狀及生態環境特征，選用全國平均值替代部分指標基準值。評價指標實際值，見表2。

表1 土地生態安全評價體系與指標權重

2.3 無量綱化處理

無量綱化處理是將不同單位的初始參數值利用數學的方法，統一轉化為標準的數據，由此消除不同指標之間的不可通透性，并以各種無量綱指標相對值的形式反映土地生態安全狀況。

針對參數值越大則土地生態越安全的正向指標，若設定標準值為“安全值”，則有pi=0、xi≥yi；pi=1-xi/yi；若設定標準值為“不安全值”，則有pi=1、xi≤yi；pi=yi/xi、xi>yi。

針對參數值越小則土地生態越安全的負向指標，若設定標準值為“安全值”，則有pi=0、xi≤yi；pi=1-yi/xi；若設定標準值為“不安全值”，則有pi=1、xi>yi；pi=xi/yi，xi

其中，xi、yi為參評因子i的實際值和基準值，pi為土地生態安全指數。采用上述計算方法，對2010-2019年各項指標實際值(表2)統一處理，由此獲取相應的安全指數，遼寧省2010-2019年土地生態安全指數，見表3。

表2 評價指標實際值

續表2 評價指標實際值

表3 遼寧省2010-2019年土地生態安全指數

2.4 生態安全綜合指數

根據上述運算流程確定各指標權重及其標準化值，綜合評價值Ai的計算公式為：

(1)

式中：xj、wj為參評因子j的標準化值與權重值；Ai為區域i的土地生態安全綜合評價值。

2.5 生態安全等級

為了能夠定性描述土地生態系統的定量評價結果，按照不同等級和實際情況綜合判斷生態系統安全態勢。結合遼寧省土地利用實際情況和相關研究成果，在咨詢有關專家的基礎上劃定生態安全評判標準。等級劃分標準，見表4。

表4 等級劃分標準

續表4 等級劃分標準

然后按照等級判別標準和綜合評價結果，確定遼寧省2010-2019年土地生態安全狀況及其等級，遼寧省2010-2019年土地生態安全等級，見表5。

表5 遼寧省2010-2019年土地生態安全等級

為了能夠更加直觀的反映土地生態壓力、狀態、響應子系統和綜合指數的變化趨勢，將以上評價值繪制成圖，土地生態安全變化特征，見圖1。

圖1 土地生態安全變化特征

2.6 生態安全動態預測

原始數據選取遼寧省2010-2019年生態安全綜合指數，并對研究區未來9a生態安全變化趨勢利用灰色系統法進行預測。生態安全值的時間動態模型運用灰色系統GM(1,1)預測法和Matlab2012軟件構建，表達式如下：

x(t+1)=48.2670-47.8152exp(0.0098t)

(2)

式中：t、x為預測時間和土地生態安全水平。設P、C代表最小誤差概率和實際觀測值與模型計算的初始數列還原值之間的殘差值方差，若滿足C<0.65、P>0.7則判定為合格，依據模型檢驗結果P=0.9000、C=0.4846，可認為該模型符合精度要求。因此，對遼寧省2020-2028年的生態安全態勢利用生成的時間動態模型進行預測。土地生態安全變化趨勢，見圖2。

圖2 土地生態安全變化趨勢

3 結果與分析

3.1 生態安全變化趨勢

從圖2可知，遼寧省2010-2019年土地生態安全表現出波動變化的趨勢，且總體處于較低水平。2010-2011年土地生態壓力和響應曲線均表現出明顯的減少趨勢，該時段為下降期，進一步分析，該時段工業廢氣單位排放量的增多以及固體廢物綜合利用率、農民人均收入、人均GDP、環保支出占GDP比例的減少使得生態安全水平有所下降；2011-2012生態安全響應曲線明顯上升，該時段為上升期，可見土地生態安全受人為因素的影響比較明顯，依據表2可知，此時段固體廢棄物利用率和工業廢水排放達標率總體維持在較高水平，并且呈不斷上升趨勢，這主要與加大環境治理投入、第三產業占比明顯增大等因素相關，顯著提升了土地生態安全水平和環境質量；2012-2013年人均GDP、農民人均收入、固體廢物利用率和工業廢水排放達標率等正向指標安全指數減少，在一定程度上降低了生態安全水平，所以此時段為下降期；2013-2014年第三產業占比、自然保護區面積占比、固體廢物綜合利用率、工業廢水排放達標率和城市化水平等貢獻較大的正向指標增加，對提高生態安全水平發揮著積極作用，因此該時段為上升期；2014-2019年土地生態安全受人為干擾的程度下降，治理工程改善生態安全的作用減弱，所以該時段為下降期，結合表2可知單位耕地農藥施用量、化肥施用量、經濟密度、人口自然增長率、人口密度等負向指標呈增大趨勢，這些因素增大了土地生態的壓力負荷，加之第三產業占比和環保支出占GDP比的減少，在一定程度上降低了土地生態安全水平[19-20]。

3.2 生態安全評價

從表5可知，遼寧省2010-2019年土地生態安全綜合指數總體處于0.42-0.48，安全等級達到Ⅲ級臨界安全狀態，10a間綜合指數的波動幅度較小，雖然個別年份的生態安全值有所增加，但整體變化并不明顯，可見該區域土地生態系統尚可維持基本功能、系統結構有變化、生態環境受到一定破壞、服務功能已有退化、生態問題顯著、受干擾后發生惡化、時有發生生態災害。將未來9a的生態安全狀態運用灰色系統GM(1,1)模型進行預測，結果顯示2020-2028年生態安全值呈明顯的減少趨勢，安全等級下降至Ⅳ級較不安全狀態，對區域經濟發展和土地資源合理利用產生明顯的制約。

4 結 論

文章以遼寧省為例，對其2010-2019年的土地生態安全水平利用PSR框架模型和綜合指數法科學評價，并對其未來變化趨勢運用灰色系統GM(1,1)法預測。結果顯示，遼寧省土地生態安全水平呈波動下降的趨勢，未來的土地生態安全狀況將達到Ⅳ級較不安全等級。

由于人均耕地面積的逐年減少及人口自然增長率、人口承載量、化肥使用量、單位耕地農藥等指標的逐年增大，在一定程度上加大了生態安全壓力指數；水土流失比重、工業廢氣單位排放量、固體廢物綜合利用率、工業廢水排放達標率等指標的逐年增大，對生態狀態指數起到負面作用；第三產業占比、自然保護區面積比重、環保支出占GDP比的逐年減少，對降低生態響應指數發揮著顯著作用。因此，為提高區域生態環境的服務功能、促進土地生存環境的健康發展及土地資源的高效利用，建議繼續加大環保投入、加強水土流失治理、提倡土地的高效集約利用、提高森林覆蓋率和農藥化肥利用率。