土地生態安全時空演變特征研究

劉炫含 李芹芳 徐銀婉

摘 要：本文以關中—天水經濟區為研究區域，基于PSR模型和相關統計數據，從“壓力—狀態—響應”3個方面選取15個評價指標，構建關中—天水經濟區土地生態安全評價指標體系，采用層次分析法確定權重，開展土地生態安全狀況評價，在此基礎上探究土地生態安全的時空演變特征。研究得出：關中—天水經濟區土地生態安全具有時空差異性;時間上，2011—2018年，關中—天水經濟區土地生態安全水平呈明顯增長趨勢，年際間呈現正向增長態勢，土地生態安全狀況逐漸改善;空間上，關中—天水經濟區土地生態安全總體上呈現中心高、四周低，由中心向四周逐漸遞減的階梯分布態勢，土地生態安全高值在寶雞市和咸陽市（含楊凌區），低值在西安市和天水市。

關鍵詞：土地生態安全評價;PSR模型;關中—天水經濟區

中圖分類號：S2

文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201115018

收稿日期：2020-10-02

作者簡介：劉炫含（1995-），女，碩士。研究方向：土地整治、土地利用與規劃。

緒論

土地資源是人類生產生活不可或缺的自然資源，土地資源的可持續利用，關系到國家和地區的糧食生產和安全、經濟的有序增長和社會的穩定發展[1]。改革開放以來，中國經濟迅速崛起，隨之而來的還有環境污染、物種滅絕、資源枯竭和生態破壞等一系列生態問題;現階段中國正處在高速發展到高質量發展的轉型期，正所謂“綠水青山就是金山銀山”，未來發展不僅要保持良好的經濟發展勢頭，還要重視生態文明建設，加快生態文明體制改革，積極建設美麗中國[2]。生態安全作為生態文明建設的重要一環，通過開展生態安全評價了解研究區域土地安全狀態，及時調整生態環境等相關政策刻不容緩。

隨著西部大開發戰略的發起與實施，關中—天水經濟區的社會經濟進入了飛速發展的階段，西北內陸地區生態環境本就脆弱，在西部大開發戰略的帶動發展下，生態環境面臨著巨大的挑戰[3]。本文從“壓力—狀態—響應”3個方面研究關中—天水經濟區的土地生態安全，進而探究土地生態安全的時空演變特征，期望能找出該經濟區土地生態安全的相關問題，在保護、提高生態安全水平的同時為相關部門制定方針政策提供依據。

1?研究區域與數據來源

1.1?研究區域

關中—天水經濟區于2009年由國務院批復通過成立，位于歐亞大陸橋中心、絲綢之路的起點，是華夏文明的發祥地之一，是國家“兩橫三縱”城市化戰略格局中陸橋通道橫軸和包昆通道縱軸的交匯處，并在《全國主體功能區規劃》中列為國家層面的重點開發區域[4]，其范圍包括甘肅省天水市以及陜西省的關中平原地區，總共7個市和1個區，以西安市及咸陽市為中心城市，以寶雞市為副中心城市，以銅川、天水、商洛、渭南等為次核心城市;由于楊凌區在歷史上屬于咸陽市管轄，空間上與咸陽市相鄰，商洛市部分區縣在關中—天水經濟區內，部分資料收集困難，故將楊凌區并入咸陽市，商洛市所有區縣納入此次研究。

1.2?數據來源

本文所使用的統計數據來源于《陜西省統計年鑒》、《西安市統計年鑒》、《咸陽市統計年鑒》、《銅川市統計年鑒》、《寶雞市統計年鑒》、《商洛市統計年鑒》、《國民經濟與社會發展統計公報》等;網絡資料主要來源于陜西省統計局、甘肅省統計局、陜西省生態環境廳、西安市統計局、銅川市統計局、寶雞市統計局及關中—天水經濟區政府部門相關網站公開資料;文獻圖書資料來源于與本研究相關已發表的文獻及學者專著或研究報告等;調研收集資料有土地利用數據，來源于各市區年度土地利用現狀調查變更數據庫。

1.3?數據缺失值處理

由于本文所研究的區域較大、時間跨度較長、指標數量較多，在進行數據收集時，部分市區統計年鑒數據和統計局網站的數據有部分缺失，需要對缺失數據進行擬合補充[5]。本文采用了線性趨勢法對缺失的數據進行擬合并驗證，以符合研究的需求和標準。

2?評價指標體系構建

2.1?構建評價指標體系

立足關中—天水經濟區環境現狀、生態系統現狀、社會經濟條件和資源本體條件，借鑒已有成果的基礎[6-9，13]，遵循科學性、全面性、系統性、協調性、安全性和數據可獲得性等原則，基于PSR模型在壓力、狀態、響應3個方面選取15個評價指標，構建關中—天水經濟區土地生態安全評價指標體系（表1），指標能夠基本反映評價地區生態安全狀況。

2.2?評價指標標準化

對選取的指標進行矩陣構造，以評價年份作為一個對象集，設為N集={N1，N2，…，Nm}，以評價指標作為一個對象集，設為O集={O1，O2，…，On}，評價年份Ni對評價指標Oj的值則記為xij（i=1，2，…，m;j=1，2，…，n;m=8，n=15），對指標aij構造矩陣A：

A=a11a12…a1na21a22…a2n…………am1am2…amn

評價指標存在著矢量差異，需要對矩陣{aij}8x15進行數據標準化處理，根據不同指標的趨向性，選擇對應的標準化公式[10]：

正向指標（越大越優型）：

bij=aij-min（aj）max（aj）-min（aj）（i=1，2，…，8;j=1，2，…，15）

負向指標（越小越優型）：bij=max（aj）-aijmax（aj）-min（aj）?（i=1，2，…，8;j=1，2，…，15）

原始指標矩陣經過標準化后數值在0～1之間，即0≤bij≤1。

2.3?評價指標權重確定

采用層次分析法計算指標權重，用1～9標度值來衡量指標的相對重要性，建立判斷矩陣，從而最終使問題歸結為最低層（供決策的方案、措施等）相對于最高層（總目標）的相對重要權值的確定或相對優劣次序的排定[11]，如表2所示。上界和下界按照指標重要性來確定。在計算權重時采用和積法對矩陣做歸一化處理，最終得到各指標層的權重系數[12]，如表3所示。

2.4?評價結果計算

Si為第i個項目層的評價分值，對應關中—天水經濟區土地生態安全壓力、狀態、響應3個項目的評價分值。

F為目標層的評價分值，由3個項目層評價分值進行加權求得[12]。

si=∑nj=1（wij×vij）×100

F=∑nk=1（wk×sk）

其中wij和vij分別為第i個項目層第j個指標的相對權重和指標值，wk為第k個項目層的權重，sk為第k個項目在項目層中的評價分值。

2.5?土地生態安全判別標準

利用時間序列中期2015年的評價結果，通過自然斷點法將其從高到低分為5類，并推廣至其它8個年份[13]，將土地生態安全狀況分為安全、較安全、臨界安全、較不安全、不安全等5個安全類型，評價標準見表4。

3?結果分析

根據上述模型和方法，測算2011—2018年關中—天水經濟區土地生態安全水平并繪制土地生態安全時空格局演變（見圖1）。

3.1?土地生態安全時間尺度特征分析

關中—天水經濟區土地生態安全水平呈明顯增長趨勢，土地生態安全狀況逐漸改善，從土地生態安全等級變化看（圖2），2011—2013年，除天水市處于不安全狀態外，其余市（區）均處在較不安全狀態，經濟區土地生態安全整體處于較不安全狀態;2013—2015年，處在較不安全狀態的市（區）大幅度減少，臨界安全狀態的市（區）數量小幅度提升，經濟區土地生態安全整體好轉;2015—2016年，處在較不安全狀態的市（區）小幅提升，臨界安全狀態的市（區）數量小幅下降，經濟區土地生態安全狀態有所波動;2016—2018年，經濟區土地生態安全狀態呈現明顯增長趨勢，整體處于較安全狀態，根據2018年土地生態安全狀態顯示，西安市和天水市處在較安全狀態，其余市（區）均處在安全狀態。

關中—天水經濟區土地生態安全年際間呈現正向增長態勢，土地生態安全狀況逐漸改善，從土地生態安全年際增長率看（圖3），各個市（區）以及關中—天水經濟區的增長率的高低與年際長短呈現明顯的正相關關系，其中寶雞市和渭南市年際增長率穩步提升，2018年較2011年增長幅度達到30%;西安市、咸陽市和商洛市年際增長率大幅提升，2018年較2011年增長幅度達到50%;銅川市年際增長率起點高，終點也高，2018年較2011年增長幅度達到80%;天水市土地生態安全自2015年有明顯好轉，2015年較2014年增長幅度達到60%，2018年較2011年增長幅度達到210%。關中—天水經濟區整體年際增長率也穩步提升，2018年較2011年增長幅度達到60%。

3.2?土地生態安全空間關聯特征分析

關中—天水經濟區土地生態安全總體上呈現中心高、四周低，由中心向四周逐漸遞減的階梯分布態勢。各區域的空間差異在2011—2015年不斷增大，2015—2018年差異持續減小;咸陽市（包楊凌區）為土地生態安全增長核心區，并對四周城市逐步擴散。咸陽市（含楊凌區）土地生態安全狀態自2011—2018年均為整體研究區域的最高水平，并在2015—2016年脫穎而出，帶動區域生態安全水平持續走高。

關中—天水經濟區的土地生態安全高值在寶雞市和咸陽市（含楊凌區），低值在西安市和天水市。土地生態安全高值區域經濟條件較好，城鎮開發建設活動適中，土地生態安全的整體水平較好;而西安市在2011—2015年間，土地生態安全水平提高不明顯，2016—2018年雖有走高趨勢，但人口與工業發展壓力制約了土地生態安全水平的提高，和周圍市（區）比較仍處低值;天水市由于經濟條件較其它市（區）低，土地生態安全響應敏感程度較弱，土地生態系統面臨著較大的壓力，自2011—2018年均為整體研究區域的最低水平。

4?結論

以2011—2018年關中—天水經濟區為研究對象，基于PSR模型，采用層次分析法探索性分析空間數據，開展土地生態安全狀況評價，分析關中—天水經濟區土地生態安全的時空演變特征，研究結論如下。

關中—天水經濟區土地生態安全具有時空差異性，主要體現在時間、空間2個方面。

時間上，2011—2018年關中—天水經濟區土地生態安全水平呈明顯增長趨勢，年際間呈現正向增長態勢，土地生態安全狀況逐漸改善。

空間上，關中—天水經濟區土地生態安全總體上呈現中心高、四周低，由中心向四周逐漸遞減的階梯分布態勢，土地生態安全高值在寶雞市和咸陽市（含楊凌區），低值在西安市和天水市。

參考文獻

[1] 石斌.區域土地資源可持續利用的生態安全評價解析[J].甘肅農業，2020（03）：50-51.

[2]倪富靜.也談孔子“知者樂水，仁者樂山”的生態文明觀及其現實意義——從“綠水青山就是金山銀山”說起[J].平頂山學院學報，2019，34（01）：62-69.

[3]丁琳霞.生態環境建設與西部大開發的戰略思考[J].水土保持研究，2002（03）：241-242，248.

[4]苗長虹，胡志強.城市群空間性質的透視與中原城市群的構建[J].地理科學進展，2015，34（03）：271-279.

[5]劉莎，楊有龍.基于灰色關聯分析的類中心缺失值填補方法[J].四川大學學報（自然科學版），2020，57（05）：871-878.

[6]王淼，趙俊三，張萌.基于PSR模型的土地生態安全綜合評價——以祿豐縣為例[J].安徽農業科學，2015，43（26）：270-273.

[7]雍娟茹.洋縣土地利用變化與土地生態安全評價[D].西安：長安大學，2019.

[8]王露梅.絲綢之路經濟帶建設背景下我國西北地區生態安全評價及預警研究[D].西安：陜西師范大學，2018.

[9]邱微，趙慶良，李崧，張建祺.基于“壓力-狀態-響應”模型的黑龍江省生態安全評價研究[J].環境科學，2008（04）：1148-1152.

[10]?李靜.土地評價指標標準化方法研究[D].蘭州：甘肅農業大學，2012.

[11]費智聰.熵權—層次分析法與灰色—層次分析法研究[D].天津：天津大學，2009.

[12]鄧雪，李家銘，曾浩健，陳俊羊，趙俊峰.層次分析法權重計算方法分析及其應用研究[J].數學的實踐與認識，2012，42（07）：93-100.

[13]李玉平，蔡運龍.河北省土地生態安全評價[J].北京大學學報（自然科學版），2007（06）：784-789.

[14]黃烈佳，楊鵬.長江經濟帶土地生態安全時空演化特征及影響因素[J].長江流域資源與環境，2019，28（08）：1780-1790.

（責任編輯?周康）