福建省土地生態(tài)安全動態(tài)評價

徐道煒，劉金福，洪 偉，吳承禎

（福建農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)院，福建 福州350002）

土地是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，為人類社會經(jīng)濟(jì)與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供穩(wěn)定、均衡、充裕的自然資源。如何通過對土地資源的合理利用和管理，使土地生態(tài)系統(tǒng)能保持其結(jié)構(gòu)與功能不受威脅或少受威脅的健康平衡狀態(tài)［1］，成為學(xué)者們廣泛關(guān)注的問題。目前有關(guān)土地生態(tài)系統(tǒng)安全評價的理論和方法尚未成熟，主要集中在3點：（1）評價指標(biāo)體系不統(tǒng)一，多數(shù)評價體系從“自然—經(jīng)濟(jì)—社會”指標(biāo)體系［2］，“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”指標(biāo)體系［3］以及土地資源“數(shù)量—質(zhì)量—承載力”［4］等體系展開評價。（2）安全等級標(biāo)準(zhǔn)判定尚未達(dá)成一致，主要有基準(zhǔn)值法和等級標(biāo)準(zhǔn)法［5－6］，但多數(shù)學(xué)者只是簡單地將［0，1］按等間距或不等間距方法劃分為5個等級作為土地生態(tài)安全等級標(biāo)準(zhǔn)，缺乏理論依據(jù)。（3）目前主要利用加權(quán)函數(shù)法、層次分析法［5－6］、模糊評價法等［7］對一個區(qū)域或幾個區(qū)域進(jìn)行橫向評價［6］，評價理論缺乏系統(tǒng)突變特性。生態(tài)系統(tǒng)是一個動態(tài)過程，系統(tǒng)受到外界干擾而具有累加性，當(dāng)累加達(dá)到一定程度或某一要素產(chǎn)生重大干擾超過系統(tǒng)臨界值，系統(tǒng)將會崩潰［8］。為此，筆者應(yīng)用突變理論探討土地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況，動態(tài)評價2000—2008年福建省土地生態(tài)安全，探討土地生態(tài)安全發(fā)展趨勢，科學(xué)地揭示土地生態(tài)安全演變規(guī)律。

1 突變理論與突變級數(shù)法

突變理論主要由結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的拓?fù)涓拍畎l(fā)展而來，用來描述、評價、預(yù)測自然現(xiàn)象與社會活動中事物連續(xù)性中斷的質(zhì)變過程。由突變理論中突變模型衍生出來的突變級數(shù)法廣泛應(yīng)用于多準(zhǔn)則決策問題［9］。

1.1 構(gòu)建突變模型評價指標(biāo)體系

依評價系統(tǒng)總體要求，對評價總指標(biāo)進(jìn)行多層次矛盾分解，排列成倒樹狀目標(biāo)層次結(jié)構(gòu)，分解到可計量的子指標(biāo)時，分解就可停止，由于一般突變系統(tǒng)的控制變量不超過4個，則相應(yīng)各層指標(biāo)（單指標(biāo)的子指標(biāo)）分解不能超過4個。

1.2 確定突變模型類型進(jìn)行綜合評價

尖點突變模型、燕尾突變模型、蝴蝶突變模型是3種常見突變模型，各種模型的具體內(nèi)容及特點如表1所示。

表1 突變模型相關(guān)公式

依突變理論，聯(lián)立f′（x）＝0和f″（x）＝0得到突變系統(tǒng)分歧點集方程，當(dāng)諸控制變量滿足此方程時，系統(tǒng)會發(fā)生突變。通過分解形式的分歧點集方程導(dǎo)出歸一公式，由此得到不同層次狀態(tài)變量的隸屬函數(shù)。若同一對象控制變量之間存在明顯相互關(guān)聯(lián)，該對象各控制變量為互補型，對應(yīng)狀態(tài)變量按平均值法取得，否則各控制變量為非互補型，狀態(tài)變量按“大中取小”原則取得。對系統(tǒng)進(jìn)行量化遞歸運算，求出系統(tǒng)總隸屬函數(shù)值，對各評價對象按其總隸屬函數(shù)值大小進(jìn)行優(yōu)劣排序。

2 福建省土地生態(tài)安全動態(tài)評價

2.1 土地生態(tài)安全指標(biāo)體系構(gòu)建

結(jié)合福建省土地資源狀況、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和專家建議，依據(jù)科學(xué)性、可操作性、相對完備性、相對獨立性等原則，從自然環(huán)境系統(tǒng)（包括土地利用結(jié)構(gòu)、環(huán)境壓力2個方面7個指標(biāo)）、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)（包括經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、人口壓力2個方面7個指標(biāo)）、環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)（包括環(huán)境治理、環(huán)境調(diào)整2個方面5個指標(biāo)）共19個指標(biāo)構(gòu)建評價體系（見表2）。

采用德爾菲法分別確定第Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ級指標(biāo)重要性，重要指標(biāo)在前面，次要指標(biāo)在后面。指標(biāo)分為正安全趨向性指標(biāo)和負(fù)安全趨向性指標(biāo)，用“＋”和“－”表示。正安全趨向性指標(biāo)值越大，表明土地生態(tài)安全狀況越好；負(fù)安全趨向性指標(biāo)值越大，表明土地生態(tài)安全狀況越差。

2.2 各層指標(biāo)等級標(biāo)準(zhǔn)劃分

自然環(huán)境方面的等級標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)國家、行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)以及科學(xué)研究判定的生態(tài)效應(yīng)等確定；社會經(jīng)濟(jì)方面的等級標(biāo)準(zhǔn)參照國家、地區(qū)、行業(yè)的平均水平以及國際通行標(biāo)準(zhǔn)等確定。將土地生態(tài)安全評價指標(biāo)的等級標(biāo)準(zhǔn)分為5個等級，即Ⅰ很不安全，Ⅱ較不安全，Ⅲ一般安全，Ⅳ較安全，Ⅴ很安全。具體各指標(biāo)等級標(biāo)準(zhǔn)見表3。

根據(jù)歸一公式特點，將底層各指標(biāo)5個等級相對隸屬度范圍分別取為［0，0.2），［0.2，0.4），［0.4，0.6），［0.6，0.8），［0.8，1］，則當(dāng)?shù)讓又笜?biāo)隸屬度均為x（x＝0，0.2，0.4，0.6，0.8，1）時，可計算各層指標(biāo)隸屬度及總隸屬度［10］（見表4）。

2.3 原始數(shù)據(jù)及其隸屬度矩陣建立

數(shù)據(jù)主要來源于《福建省統(tǒng)計年鑒》（2000—2008年）、《中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計年鑒》（2000—2008年）、《福建省農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》（2000—2008年），表2部分指標(biāo)由各年鑒數(shù)據(jù)計算而得。

突變級數(shù)法要求指標(biāo)在0～1范圍內(nèi)取值，初始級數(shù)絕對值需按照“越大越好”原則，底層指標(biāo)初始級數(shù)可用相對隸屬函數(shù)取得。假設(shè)指標(biāo)值x落在第i個等級范圍 （Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ）內(nèi)，該等級對應(yīng)相對隸屬度范圍為［0.2（i－1），0.2i），則正趨向性指標(biāo)和負(fù)趨向性指標(biāo)的相對隸屬度計算公式分別為：

由此可得原始數(shù)據(jù)隸屬度矩陣。

2.4 評價結(jié)果與分析

由原始數(shù)據(jù)隸屬度矩陣，可得福建省2000—2008年土地生態(tài)安全總隸屬度和二級隸屬度（見表5）。

從表5中A指標(biāo)可得，2000—2008年福建省土地生態(tài)安全趨勢（見圖1）。由B1，B2，B3指標(biāo)可得第Ⅱ級指標(biāo)變化趨勢（見圖2）；由Ⅲ級指標(biāo)隸屬度（略）可得第Ⅲ級指標(biāo)變化趨勢（見圖3）。

表2 土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系

表3 土地生態(tài)安全評價等級及指標(biāo)取值范圍

表4 土地生態(tài)安全評價等級標(biāo)準(zhǔn)

表5 2000一2008年福建省土地生態(tài)安全總隸屬度和Ⅱ級隸屬度

圖1 2000－2008年福建省土地生態(tài)安全趨勢

由圖1可知，福建省土地生態(tài)安全總隸屬度逐年提高，土地生態(tài)安全不斷改善，從Ⅲ一般安全轉(zhuǎn)變?yōu)棰糨^安全。從圖2變化趨勢可見，土地生態(tài)安全不斷改善主要依賴于社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)推動作用，而自然環(huán)境系統(tǒng)生態(tài)安全未見改觀。

自然環(huán)境系統(tǒng)始終在Ⅲ一般安全等級間波動。由圖3a，3b可知，土地利用結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)逐年改善，主要得益于建成區(qū)綠化覆蓋率和森林覆蓋率不斷提高，分別由2000年32.5%和60.5%提高到2008年38.86%和63.11%；但環(huán)境壓力子系統(tǒng)從2003年開始迅速下降，主要由于化肥和農(nóng)藥大量施用，以及隨著工業(yè)快速發(fā)展工業(yè)三廢排放密度驟增，導(dǎo)致大量土地受到污染，嚴(yán)重影響土地可持續(xù)利用，即農(nóng)藥施用量由2000年19 kg/h m2增加到2008年26 kg/h m2，工業(yè)固廢排放密度由2003年240.39 t/k m2提高到2008年433.13 t/k m2。2個子系統(tǒng)相互作用使自然環(huán)境系統(tǒng)生態(tài)安全始終上下波動，且有下降趨勢。

圖2 2000一2008年福建省土地生態(tài)安全第Ⅱ級指標(biāo)變化趨勢

圖3 2000一2008年福建省土地生態(tài)安全第Ⅲ級指標(biāo)變化趨勢

社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)逐年遞增趨勢明顯，由Ⅲ一般安全提升為Ⅳ較安全。從圖3c，3d可知，社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)改善主要依賴于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和經(jīng)濟(jì)快速增長，2000—2008年福建省GDP平均每年以11.8%速度增長，經(jīng)濟(jì)密度和人均GDP分別由2000年303.59元/k m2和11 194元提高到2008年872.82元/k m2和30 123元，分別增長2.87和2.69倍。而人口壓力始終處于上下波動，沒有明顯改善，主要由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展所導(dǎo)致的大量外來勞動力涌入和耕地被大量占用，以及人口自然增長率提高導(dǎo)致土地生態(tài)安全的人口壓力加大。

環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)安全狀況改變非常明顯，由II較不安全提升為Ⅳ較安全。圖3e，3f可知，得益于環(huán)境治理和環(huán)境調(diào)整子系統(tǒng)的生態(tài)安全不斷改善。政府對環(huán)境保護(hù)日益重視，環(huán)保投資逐年大幅增加，企業(yè)原材料和能源利用率大幅提高，即工業(yè)固廢綜合利用率由2000年41.6%提高到2008年72.86%，有效減少了環(huán)境污染。不斷提高農(nóng)業(yè)機械化水平，由2000年3.13 k W/h m2提高到2008年5 k W/h m2。改革傳統(tǒng)耕作方式，大力發(fā)展保護(hù)性耕作和保護(hù)性農(nóng)業(yè)，取得顯著經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。

3 結(jié)論

突變級數(shù)法避免了主觀判斷健康標(biāo)準(zhǔn)的不確定性對評價結(jié)果客觀性影響，無需對指標(biāo)賦權(quán)重值，很大程度減少了人為賦權(quán)的主觀性。結(jié)果表明：福建省土地生態(tài)安全逐年不斷改善，從Ⅲ一般安全轉(zhuǎn)變?yōu)棰糨^安全，主要建立在社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)安全不斷改善基礎(chǔ)上，而自然環(huán)境系統(tǒng)始終在Ⅲ一般安全等級間波動。其中，人口壓力子系統(tǒng)始終處于上下波動，沒有明顯改善，環(huán)境壓力子系統(tǒng)生態(tài)安全從2003年開始迅速下降，經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展導(dǎo)致土地資源環(huán)境壓力不斷增加。一旦社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需自然資源超出土地供給能力范圍，福建省土地生態(tài)安全將面臨嚴(yán)峻考驗。

（1）加強環(huán)境治理和環(huán)境調(diào)整力度，減輕土地污染。加大原中央蘇區(qū)縣水土流失綜合治理力度，努力改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生態(tài)環(huán)境。落實《福建省固體廢物污染環(huán)境防治若干規(guī)定》，建立重點減排企業(yè)的集體約談制度，開展重點污染源核查。加大農(nóng)資投入管理，大規(guī)模使用有機化肥和生物農(nóng)藥等對土地生態(tài)系統(tǒng)具有良好作用的高新技術(shù)產(chǎn)品，積極建設(shè)無公害農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地，最大程度降低土地的污染。

（2）統(tǒng)籌土地生態(tài)安全與經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實施土地生態(tài)保護(hù)規(guī)劃。進(jìn)一步實施《福建省村莊環(huán)境綜合整治規(guī)劃》，加強土地生態(tài)功能規(guī)劃，指導(dǎo)經(jīng)濟(jì)布局和生態(tài)建設(shè)。堅決放棄高能耗的粗放發(fā)展模式，以“中國·海峽項目成果交易會”為平臺，積極引進(jìn)污染減排、污染防治等領(lǐng)域先進(jìn)技術(shù)，推進(jìn)對外環(huán)保技術(shù)交流與項目合作，根本上解決對土地的破壞及生態(tài)污染問題。

（3）大力開展土地生態(tài)保護(hù)宣傳，提高全民生態(tài)環(huán)境意識。充分利用新聞媒體普及環(huán)保知識，在福建省環(huán)保公益日以及世界環(huán)境日等積極開展系列土地保護(hù)宣教活動，讓環(huán)境教育深入人心。完善城市環(huán)境綜合整治工作定量考核制度，健立健全土地生態(tài)保護(hù)的法律體系，嚴(yán)肅查處環(huán)境違法違紀(jì)案件，嚴(yán)厲打擊環(huán)境違法行為，切實維護(hù)群眾環(huán)境權(quán)益。

［1] 張虹波，劉黎明，張軍連，等.黃土丘陵區(qū)土地資源生態(tài)安全及其動態(tài)評價［J］.資源科學(xué)，2007，29（4）：193－200.

［2] 張小虎，雷國平，袁磊，等.黑龍江省土地生態(tài)安全評價［J］.中國人口·資源與環(huán)境，2009，19（1）：88－93.

［3] 趙鳳琴，湯沽，王晨野，等.生態(tài)脆弱地區(qū)土地生態(tài)環(huán)境安全初探［J］.水土保持通報，2005，25（1）：99－10.

［4] 郭鳳芝.土地資源安全評價的幾個理論問題［J］.山西財經(jīng)大學(xué)學(xué)報，2004，26（3）：61－65.

［5] 張軍以，蘇維詞.三峽庫區(qū)土地生態(tài)安全評價［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（9）：211－214.

［6] 吳開亞，金菊良.區(qū)域生態(tài)安全評價的熵組合權(quán)重屬性識別模型［J］.地理科學(xué)，2008，28（6）：754－758.

［7] 方麗婷，張俊平，胡月明.基于模糊綜合評判法的封開縣土地生態(tài)安全評價［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（10）：179－183.

［8] Costanza R.Towar d an operational definition of ecosystem health［M］∥Cosanza R，Norton B D（eds）.Ecosystem Healt h：New Goals f or Environ mental Management.Washington D C：Island Press，1992：239－256.

［9] Tho m R.Catastrophe theor y［M］∥Tho m R（ed）.Str uct ural Stability and Mor phogenesis. Benjamin：Reading Mass，1972：34－43.

［10] 魏婷，朱曉東，李楊帆.基于突變級數(shù)法的廈門城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價［J］.生態(tài)學(xué)報，2008，28（12）：6312－6320.