基于EES模型的廣州市土地生態安全評價分析

張曉露 呂明超 鄧一榮 莊長偉 劉麗麗

(廣東省環境科學研究院/廣東省污染場地環境管理與修復重點實驗室和粵港澳環境質量協同創新聯合實驗室，廣東 廣州 510045)

引言

生態安全是指一個國家或地區的生態環境資源狀況少受或不受資源和環境的限制和威脅，是體現國家安全和社會穩定的一個因素[1]。隨著社會和經濟的快速發展、人口的不斷增加以及越來越頻繁的人類活動，人類對土地的需求日益增長，人地矛盾也在不斷加劇，研究區域的土地生態安全對其土地可持續發展和生態環境保護具有一定的參考意義[2]。為此，國家高度關注生態安全問題。黨的十八大把生態文明建設放在突出地位；黨的十九大報告提出了“積極參與全球環境治理，落實減排承諾”、“為全球生態安全作出貢獻”的要求；黨的十九屆五中全會再次明確，要堅持“綠水青山就是金山銀山”理念，守住自然生態安全邊界。

廣州作為改革開放的先行區和習近平生態文明思想的踐行區，近年來，市、區兩級投入近7億元，建成了19個公園，面積達240萬m2；廣州的城市綠化覆蓋率從2000年的31.6%增加到2019年的45.5%。廣州在城市生態建設上獨具匠心，其中一大亮點是打造“空中花廊”。此外，廣州全力實施新一輪綠化廣東大行動和“花城綠城水城”戰略，重點保護好面積達2066.67hm2的“北肺”白云山風景名勝區和866.66hm2的“南肺”海珠湖國家濕地公園，打造環境、經濟及社會協調發展的城市。

近年來，土地生態安全越來越受到國內外學者的關注，國外對生態安全的研究可追溯到20世紀40年代[3]，國內的研究在20世紀90年代逐漸開始。在研究尺度上，涉及國家[4]、流域[5]、省域[6]、市域[7]、縣域[8]等，整體中小尺度的研究偏多。在研究模型上，涉及PSR[9]、EES[7]以及混合模型[10]等，以這3類模型為基礎，在研究中逐漸衍生出DPSIR、REES以及NEES等模型[11-13]。在評價方法上，熵值法[6]、主成分分析[12]、物元分析法[5,11]等也得到廣泛使用。

1 研究區域概況

廣州市位于廣東省的中南部，地勢東北高，西南低，屬于低山丘陵地區，土地總面積為7434km2，轄11個區縣，是廣東省政治、經濟、文化、教育和科技中心，也是粵港澳大灣區中心城市之一。2020年，廣州市實現地區生產總值25019.11億元，據第七次人口普查數據，廣州市常住人口1867.66萬人，占全省總人口的14.82%。

在環境方面，廣州市2020年PM2.5年平均值為23μg·m-3，空氣質量達標天數為331d，空氣質量明顯改善；10個城市集中式飲用水水源地水質達標率均穩定保持在100%。

2 研究方法及數據來源

2.1 數據來源

研究數據主要來源于《廣東省統計年鑒2000—2020》、《廣州市統計年鑒2000—2020》以及廣州市國民經濟和社會發展統計公報(2000—2020)，部分數據來源于廣東省自然資源廳、農業農村廳官方網站公開數據。

2.2 指標體系構建

EES模型是多屬性的協同模型，具有環境、經濟和社會屬性的復合系統，綜合反映區域生態安全的影響因素[7,14]。在遵循科學性、系統性、代表性和完整性等原則的基礎上，根據研究區域的特點與實際情況，參考國內已有研究[8,14]，以EES模型為框架，選取23個指標構建廣州土地生態安全評價指標體系。

2.3 無綱量化處理

由于評價指標性質各不相同不具可比性，先對其進行無綱量化處理，正向和負向指標的處理公式如下。

正向指標：

(1)

負向指標：

(2)

式中，Xij為i年第j項指標無綱量化后的值；xij為某項評價指標的實際值；maxxj和minxj分別為指標的最大值和最小值；k為平移距離。

2.4 熵值法確定權重

計算第j項指標的第i年樣本值的比重pij：

(3)

計算第j項指標的熵值ej：

(4)

計算第j項指標差異系數gj：

gj=1-ej

(5)

計算指標權數wj：

(6)

根據熵值法計算可得廣州市土地生態安全各項指標權重，見表1。

表1 廣州市土地生態安全評價指標及權重

2.5 土地生態安全綜合指數

運用加權求和的方法獲得廣州市土地生態安全評價的綜合分值，計算公式：

(7)

式中，Xij為i年第j項指標無綱量化后的值；wj為j項指標的權重值。

為科學合理地反映區域土地生態安全水平狀況，參考已有研究[8,14]并結合區域實際情況，將土地生態安全大致劃分為5個等級，見表2。

表2 土地生態安全評價劃分標準

3 結果及分析

3.1 土地生態安全綜合指數分析

2000—2019年，廣州市土地生態安全綜合指數從29.94上升至77.49，見表3，整體呈現向好發展趨勢,見圖1，生態安全等級顯著提升，生態環境得到明顯改善。其中可以分為2個階段，2000—2008年，呈現波浪式上升趨勢，生態安全指數普遍較低，安全等級處于Ⅴ和Ⅳ級，2000年、2004年及2006年均為Ⅴ級，在2006年出現最低值29.52；2009—2019年，呈現穩步上升趨勢，綜合指數不斷提高，安全等級逐步提升，在2016年開始達到較為安全狀態，全市土地生態安全等級從Ⅳ級向Ⅱ級改善。

表3 2000—2019年廣州市土地生態安全評價結果

環境指數前期表現突出，但由于經濟和社會指數過低，廣州市的土地生態安全等級總體較低，這一時期的環境指數下降速率大于經濟指數增長速率。2009年以后，經濟指數顯著增長，環境指數呈穩定略升趨勢，到2011年，經濟指數開始超越環境指數，至2019年增長為環境指數的2.08倍；社會指數與環境指數的差距也在不斷縮小。由此可見，廣州市的經濟實力不斷提高，經濟發展從犧牲環境的發展模式逐漸轉變為綠色發展的模式，綜合競爭力顯著提升。

3.2 環境、經濟和社會指數分析

廣州市土地生態安全環境指數呈現先下降后上升走勢，見圖1。2000—2009年波動下降，2009年開始逐漸回升，緩慢上漲。土地墾殖率下降、一般工業固體廢物產生量、工業廢水、二氧化硫和粉塵的排放量增加，是影響環境指數增長的主要因素。由于2000—2009年是廣州市重工業的大幅增長時期，工業發展對環境造成了一定的負擔，在2007年，廣州發布了《關于廣州市區產業“退二進三”工作實施意見》的意見，隨著“退二進三”工作的推進，大量重工業企業關停搬遷，有助于廣州市提升總體環境質量。

圖1 2000—2019年廣州市土地生態安全狀態

廣州市土地生態安全經濟指數呈現持續上升趨勢，整體先緩后快，由2000年的0.46上升到2019年的39.9，在3項指數中增幅最大，達到85.61%。其中，農民純收入、地方財政收入以及社會消費品零售3項指標在經濟指數中所占綜合權重最大，7項指標均呈上升趨勢。

廣州市土地生態安全社會指數呈現小幅波動但總體平穩的趨勢，2000—2006年平緩上升，2007—2010年經歷波動階段，2010開始平穩增長。科研、教育投入指標表現最為突出，也是23個指標中權重最大的指標，對社會指數的影響較大。

綜上，要提高廣州市土地生態安全狀況，在保持經濟社會持續健康發展的同時，也要加強生態文明建設，繼續鞏固經濟和社會層面的建設，重視環境方面存在的問題，促進環境、經濟與社會三者協調發展[7]。

4 結論

2000—2019年，廣州市土地生態安全呈穩中向好的發展趨勢，綜合指數從29.94上升至77.49，安全等級從Ⅴ級向Ⅱ級提升，生態安全有明顯改善。其中，2000—2008年，安全等級較低，整體處于Ⅴ級及Ⅳ級；2009年開始不斷上升，在2016年達到Ⅱ級水平。

環境指數呈現先下降后回升走勢，上升速度較為平緩，地墾殖率下降、一般工業固體廢物產生量、工業廢水、二氧化硫和粉塵等指標影響增長。經濟指數持續上升，增幅最大，增長速度先緩后快，各項指標均呈上升趨勢。社會指數呈現小幅波動總體平穩上升趨勢，其中科研、教育投入指標影響最為突出。

在未來的發展中，廣州市要進一步處理好經濟發展與生態環境的關系，在鞏固經濟和社會發展的同時，也要增強環境建設，以實現土地資源的可持續發展。

生態安全問題涉及多項因素，是一項復雜的問題，由于數據的可獲得性、連續性以及研究方法本身的局限性，指標體系在一定程度上存在不完善，在后續的研究中將繼續完善指標體系的建立、改進生態安全的評價方法。