黑龍江省土地生態(tài)安全空間差異評(píng)價(jià)

王蘭霞等

摘要以黑龍江省為例，選取13個(gè)典型評(píng)價(jià)因子，對(duì)2013年黑龍江省12個(gè)地級(jí)市土地生態(tài)安全進(jìn)行主成分分析，得出牡丹江市、黑河市的土地生態(tài)安全綜合值較高，分別為0.540、0.530，大慶市和七臺(tái)河市的土地生態(tài)安全綜合值最低，分別為-0.768、-0.665。對(duì)黑龍江省土地生態(tài)安全的空間差異進(jìn)行評(píng)價(jià)，為提高黑龍江省土地生態(tài)安全整體水平提供建議。

關(guān)鍵詞土地生態(tài)安全；空間差異；主成分分析；黑龍江省

中圖分類號(hào)S28文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2015）29-312-04

基金項(xiàng)目黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（12531599）；黑龍江省社會(huì)科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目（12B069）。

作者簡(jiǎn)介王蘭霞（1969- ），女，黑龍江哈爾濱人，副研究員，博士，從事土地利用生態(tài)環(huán)境、土地復(fù)墾與生態(tài)重建研究。

收稿日期20150828

土地作為關(guān)乎人類生存與發(fā)展必不可少的自然資源之一，是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。土地生態(tài)安全作為生態(tài)安全的重要內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)糧食安全、經(jīng)濟(jì)安全與社會(huì)安全的基礎(chǔ)和保障，是關(guān)系到合理配置和科學(xué)管理土地資源、構(gòu)建環(huán)境友好型社會(huì)、創(chuàng)建生態(tài)文明、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。土地生態(tài)安全源于生態(tài)安全，謝正峰認(rèn)為土地生態(tài)安全應(yīng)包括土地生態(tài)系統(tǒng)自身安全和對(duì)人類的安全兩方面。徐麗等認(rèn)為土地生態(tài)安全是指在一定的時(shí)空范圍內(nèi)土地生態(tài)系統(tǒng)能夠保持其結(jié)構(gòu)和功能不受或少受威脅的狀態(tài)，土地生態(tài)系統(tǒng)能夠?yàn)槿祟愄峁┓?wù)的數(shù)量與質(zhì)量能持續(xù)滿足人類生存和發(fā)展的需求，從而達(dá)到土地環(huán)境與社會(huì)和經(jīng)濟(jì)復(fù)合體的長(zhǎng)期協(xié)調(diào)發(fā)展。土地生態(tài)安全可定義為土地生態(tài)作為一個(gè)系統(tǒng)在特定時(shí)空范圍內(nèi)既能保持自身的平穩(wěn)狀態(tài)又能持續(xù)不斷地為人類發(fā)展提供服務(wù)的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的復(fù)合體。在國(guó)外，與土地生態(tài)安全相關(guān)的研究主要體現(xiàn)在土地質(zhì)量評(píng)價(jià)、可持續(xù)土地管理評(píng)價(jià)以及土地利用政策評(píng)價(jià)等方面[3-6]。國(guó)內(nèi)對(duì)于省級(jí)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的研究較多，大致分為動(dòng)態(tài)研究[7-9]、靜態(tài)研究、理論研究以及評(píng)價(jià)方法研究[2，11-12]。評(píng)價(jià)視角有土地生態(tài)承載力和生態(tài)足跡[11，13]，也有學(xué)者從生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)角度進(jìn)行研究[14-16]，根據(jù)區(qū)域生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)特征，提出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控策略。隨著黑龍江省經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展及城市化和工業(yè)化進(jìn)程加快，區(qū)域生態(tài)環(huán)境與國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人民生活密切相關(guān)，特別是煤炭資源型城市的土地生態(tài)安全更應(yīng)受到關(guān)注，學(xué)者對(duì)黑龍江省土地生態(tài)安全的評(píng)價(jià)多以具體地級(jí)市為例進(jìn)行[17-19]，有通過熵值理論與物元相結(jié)合對(duì)黑龍江省土地安全在時(shí)間序列上進(jìn)行評(píng)判，也有對(duì)地級(jí)市所轄縣進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià)。筆者構(gòu)建了包括13個(gè)指標(biāo)的黑龍江省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用主成分分析方法對(duì)黑龍江省土地生態(tài)安全空間差異進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1指標(biāo)選取、數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1研究區(qū)概況

黑龍江省位于我國(guó)東北部，地處121°11′～135°05′E、43°26′～53°33′N。地域遼闊，南北相距1 120 km，東西寬930 km，北部和東部與俄羅斯相鄰，邊境線長(zhǎng)3 045 km，西部與南部分別與內(nèi)蒙古自治區(qū)和吉林省相鄰。屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，轄區(qū)內(nèi)土地資源豐富，土質(zhì)肥沃，自然肥力較高，是國(guó)家重要的商品糧生產(chǎn)基地、重要的能源工業(yè)基地，也是亞洲與太平洋地區(qū)陸路通往俄羅斯和歐洲大陸的重要通道。黑龍江省土地調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，全省土地總面積45.25萬km2，其中林地面積21.84萬km2，耕地15.87萬km2，占全省總面積的83.3%，城鎮(zhèn)村及工礦用地、交通運(yùn)輸用地、水域及水利設(shè)施用地等其他土地約占16.7%。

1.2評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

在土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取上，根據(jù)科學(xué)性、可比性、可操作性、簡(jiǎn)潔性等原則[18]，結(jié)合黑龍江省的實(shí)際情況以及指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲取性，力求評(píng)價(jià)指標(biāo)能夠反映人類活動(dòng)對(duì)土地生態(tài)安全的影響，同時(shí)借鑒前人對(duì)省域土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的研究成果[23-24]，充分考慮能夠反映黑龍江省社會(huì)發(fā)展、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和土地生態(tài)環(huán)境狀況的指標(biāo)。人口綜合增長(zhǎng)率、人口密度、城鎮(zhèn)登記失業(yè)率反映社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r，人口數(shù)量的增多使土地非農(nóng)化進(jìn)程加快，建設(shè)用地迅速擴(kuò)張，對(duì)土地生態(tài)安全造成壓力；人均GDP、第三產(chǎn)業(yè)比重、農(nóng)村居民人均純收入、萬元GDP能耗反映經(jīng)濟(jì)建設(shè)狀況，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開與土地生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，反過來，土地生態(tài)安全的發(fā)展又促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)；單位土地廢水排放量、除澇面積占易澇面積比例、工業(yè)固體廢物利用率、城市人均綠地面積、人均環(huán)保支出、污水集中處理率反映與土地質(zhì)量密切相關(guān)的生態(tài)環(huán)境狀況。因此，選取13項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)黑龍江省土地生態(tài)安全進(jìn)行研究，具體見表1。

1.3數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要來自《黑龍江省統(tǒng)計(jì)年鑒2014》，《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒2014》，或通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)推算得出。

1.4研究方法

運(yùn)用主成分分析法對(duì)黑龍江省土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，主成分分析是設(shè)法將原來眾多具有一定相關(guān)性的指標(biāo)重新組合成一組新綜合指標(biāo)來代替原來的指標(biāo)。綜合指標(biāo)保留了原始變量的絕大多數(shù)信息，并且彼此間互不相關(guān)，能夠使復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化，減少了數(shù)據(jù)冗余。主成分分析的一般步驟為：①為排除量綱的影響，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化；②計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化后的樣本相關(guān)矩陣R，并求R的特征值λ1，λ2，…，λi；③計(jì)算累計(jì)貢獻(xiàn)率，一般按累計(jì)貢獻(xiàn)率的原則確定主成分?jǐn)?shù)；④計(jì)算主成分的特征向量和表達(dá)式；⑤以各主成分大于等于85%的信息貢獻(xiàn)率為權(quán)數(shù)，對(duì)土地生態(tài)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2結(jié)果與分析

2.1評(píng)價(jià)過程和結(jié)果通過將逆指標(biāo)取負(fù)作正向化處理，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Z標(biāo)準(zhǔn)化，即用各項(xiàng)指標(biāo)減去均值后除以標(biāo)準(zhǔn)差，公式如下：

Zij=（Xij-Xj）/S（Xj） （1）

式中，Zij為第i個(gè)城市的標(biāo)準(zhǔn)化值；Xij為第i個(gè)城市第j項(xiàng)指標(biāo)原始值；Xj為第j項(xiàng)指標(biāo)的平均值；S（xj）為第j項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差。

標(biāo)準(zhǔn)化后結(jié)果見表2。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行計(jì)算，通過降維分析確定主成分個(gè)數(shù)n，根據(jù)指標(biāo)特征值與貢獻(xiàn)率以及指標(biāo)因子載荷矩陣，形成各個(gè)主成分Fi表達(dá)式，構(gòu)造土地

生態(tài)安全評(píng)價(jià)綜合得分函數(shù)，根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行排序。

由相關(guān)系數(shù)矩陣（表3）可看出各個(gè)指標(biāo)之間的相關(guān)性比較小，指標(biāo)之間重合的信息較少，適合利用選取的13項(xiàng)指標(biāo)對(duì)黑龍江省土地生態(tài)安全進(jìn)行主成分分析。

特征值在某種程度上可以被看成是表示主成分影響度大小的指標(biāo)，如果特征值小于1，說明該主成分的解釋力度還不如直接引入一個(gè)原變量的平均解釋力度大，因此一般可以用特征值大于1作為納入標(biāo)準(zhǔn)。表4中前5個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率為86.02%，說明提取5個(gè)主成分是可以反映全部指標(biāo)86.02%的信息量，因此采用5個(gè)新變量代替原來的13個(gè)變量。安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2015年

由于因子載荷矩陣主要反映各因子的貢獻(xiàn)率大小，由表5可以得出，在第一主成分（F1）中，人口密度、人口綜合增長(zhǎng)率兩項(xiàng)指標(biāo)所占比重較大，對(duì)土地生態(tài)安全值的影響較大，因此將其命名為人口壓力主成分；在第二主成分（F2）中城鎮(zhèn)登記失業(yè)率最大，因此將其命名為就業(yè)壓力主成分；人均GDP、農(nóng)村居民人均純收入的占比在第三主成分（F3）作用明顯，因此將其命名為經(jīng)濟(jì)推動(dòng)主成分；同理將第四主成分（F4）和第五主成分（F5）分別命名為生態(tài)環(huán)境主成分和土地質(zhì)量主成分。

用表5的因子載荷矩陣中的數(shù)據(jù)除以主成分相對(duì)應(yīng)的特征值開平方根，得到5個(gè)主成分中每個(gè)指標(biāo)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)；再將得到的特征向量與標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)相乘，得出主成分表達(dá)式如下：

F1=0.201X1+0.227X2-0.111X3-0.030X4+0.051X5-0.050X6+0.197X7-0.097X8-0.091X9+0.153X10+0.190X11-0.119X12-0.046X13 （2）

F2=0.093X1+0.004X2-0.013X3+0.172X4+0.119X5+0.257X6+0.133X7-0.114X8+0.017X9-0.243X10-0.133X11-0.157X12+0.309X13 （3）

F3=-0.011X1+0.122X2+0.395X3-0.280X4+0.389X5+0.062X6+0.046X7-0.130X8+0.168X9+0.045X10-0.14X11-0.2X12+0.050X13 （4）

F4=0.022X1+0.135X2+0.067X3-0.369X4-0.275X5+0.462X6+0.329X7+0.218X8+0.028X9+0.155X10-0.095X11+0.352X12+0.145X13 （5）

F5=0.330X1-0.027X2-0.218X3-0.104X4+0.039X5-0.113X6+0.047X7+0.580X8+0.476X9-0.089X10-0.168X11-0.275X12-0.170X13 （6）

式中，F(xiàn)i為第i個(gè)主主成分得分；Xi為第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

最后，根據(jù)各主成分關(guān)于指標(biāo)的線性表達(dá)式代入標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)值，得出各主成分的值，并以每個(gè)主成分的方差貢獻(xiàn)率為權(quán)數(shù)，構(gòu)造綜合得分函數(shù)，公式如下：

F=i1RiFi （7）

式中，F(xiàn)為土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)綜合得分；Ri為各主成分的方差貢獻(xiàn)率。

利用公式（7）計(jì)算得到各地級(jí)市的主成分得分并按照土地生態(tài)安全綜合值進(jìn)行排序（表6）。

2.2評(píng)價(jià)結(jié)果分析

從人口壓力主成分得分排名來看，伊春、佳木斯、黑河排在前3位，其次是雙鴨山、牡丹江、鶴崗，這6個(gè)地市人口壓力主成分得分為正，大于人口壓力主成分的平均值，表明這6個(gè)地市人口壓力相對(duì)較小。而綏化、大慶、哈爾濱得分為負(fù)數(shù)且最低，表明人口壓力較大，應(yīng)實(shí)施適當(dāng)?shù)娜丝谡撸谷丝谠鲩L(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展相適應(yīng)。

從就業(yè)壓力主成分得分來看，牡丹江、黑河排名最高，就業(yè)壓力較小，而鶴崗、七臺(tái)河、大慶、伊春就業(yè)壓力主成分得分為負(fù)，低于各地市就業(yè)壓力主成分得分的平均值，就業(yè)壓力較大。鶴崗、七臺(tái)河、大慶都屬于資源型城市，可充分發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)，對(duì)煤炭、石油等資源進(jìn)行深加工，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，為社會(huì)提供更多工作崗位減少就業(yè)壓力。

經(jīng)濟(jì)推動(dòng)主成分得分排名中，大慶、牡丹江分別位居前2位，表明大慶、牡丹江經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地生態(tài)安全帶動(dòng)力較大；而七臺(tái)河、綏化位居后2位，土地生態(tài)安全的經(jīng)濟(jì)推動(dòng)力較小，應(yīng)發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，在逐步提高國(guó)民生產(chǎn)總值的同時(shí)大力實(shí)施惠民政策，提高農(nóng)村居民人均純收入。

在生態(tài)環(huán)境主成分得分排序中綏化、黑河、雙鴨山得分較高，表明生態(tài)環(huán)境保護(hù)狀況相對(duì)較好，而雞西、七臺(tái)河則排名靠后，表明生態(tài)環(huán)境保護(hù)狀況較差。作為煤炭資源型城市的雞西、七臺(tái)河，由于資源開采對(duì)環(huán)境造成影響較大，需要加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境治理力度，提高污水集中處理水平，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)生態(tài)同步，同時(shí)還應(yīng)借鑒同為煤炭資源型城市——雙鴨山市的環(huán)境保護(hù)與治理經(jīng)驗(yàn)，從而提高生態(tài)效益。

鶴崗在土地質(zhì)量主成分得分排名中最高，在一定程度上反映了該區(qū)域土地質(zhì)量相對(duì)較好，佳木斯、七臺(tái)河、大慶、黑河得分排名較低，土地質(zhì)量相對(duì)較差，需要采取措施，加強(qiáng)林地保護(hù)，防止水土流失，通過土地整理提高土地質(zhì)量，減少并防治土地污染。

3結(jié)論

土地生態(tài)安全綜合得分排序顯示，黑龍江省各地級(jí)市土地生態(tài)安全由強(qiáng)到弱依次是牡丹江、黑河、佳木斯、雞西、伊春、雙鴨山、綏化、鶴崗、齊齊哈爾、哈爾濱、七臺(tái)河、大慶。在12個(gè)地級(jí)市中有8個(gè)地市得分結(jié)果為正數(shù)，有4個(gè)地市得分結(jié)果為負(fù)數(shù)，表明有1/3的城市土地生態(tài)安全在全省平均水平之下。從綜合得分來看，2013年黑龍江省各個(gè)地級(jí)市的土地生態(tài)安全程度空間差異明顯，應(yīng)充分發(fā)揮有利于土地生態(tài)安全的地域優(yōu)勢(shì)，以保證土地生態(tài)能夠處于相對(duì)安全的狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)

[1]

謝正峰.中國(guó)“土地生態(tài)安全”與“土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)”研究比較[J].云南地理環(huán)境研究，2012，24（5）：12-18.

[2] 徐麗，張立亭.基于土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的研究[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，14（12）：88-90.

[3] BOUMA J.Land quality indicators of sustainable land management across scales[J].Agriculture，ecosystems & environment，2002，88（2）：129-136.

[4] WALTER C，STTZEL H.A new method for assessing the sustainability of landuse systems （II）：Evaluating impact indicators[J].Ecological economics，2009，68（5）：1288-1300.

[5] SHEPHERD K D，SHEPHERD G，WALSH M G.Land health surveillance and response：A framework for evidenceinformed land management[J].Agricultural systems，2015，132：93-106.

[6] REIDSMA P，KNIG H，F(xiàn)ENG S，et al.Methods and tools for integrated assessment of land use policies on sustainable development in developing countries[J].Land use policy，2011，28（3）：604-617.

[7] 朱健，韓會(huì)慶，張朝瓊，等.2000年與2010年貴州省土地生態(tài)安全水平比較[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（5）：228-231.

[8] 張小虎，牛海鵬，郭增長(zhǎng).基于三角模型的城市土地生態(tài)安全區(qū)域差異分析：以河南省為例[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2014（2）：21-30.

[9] 吳濤，任平.基于物元模型的四川省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（6）：53-58.

[10] 張清軍，魯俊娜.河北省土地資源生態(tài)安全評(píng)價(jià)分區(qū)研究[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010（9）：229-232.

[11] 黃海，劉長(zhǎng)城，陳春.基于生態(tài)足跡的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究[J].水土保持研究，2013，20（1）：193-196，201.

[12] 馬志昂，蓋艾鴻，程久苗.基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究：以安徽省為例[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2014（23）：289-295.

[13] 惠志昊，楊錦偉，王冠波.河南省煤炭資源型城市土地生態(tài)承載力的評(píng)價(jià)研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（24）：8383-8385.

[14] 馬彩虹.陜西黃土臺(tái)塬區(qū)土地生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空差異性評(píng)價(jià)[J].水土保持研究，2014（5）：216-220.

[15] 田光進(jìn)，肖琳.天津市土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)雜志，2014（2）：469-476.

[16] 吳劍，陳鵬，文超祥，等.基于探索性空間數(shù)據(jù)分析的海壇島土地利用生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014（7）：2056-2062.

[17] 崔登攀，宋戈.黑龍江省煤炭城市土地生態(tài)效益評(píng)價(jià)研究：以鶴崗市為例[J].水土保持研究，2010，17（5）：114-117.

[18] 孫奇奇，宋戈，齊美玲.基于主成分分析的哈爾濱市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].水土保持研究，2012，19（1）：234-238.

[19] 曾光建，陶軍德，關(guān)國(guó)鋒，等.黑龍江省雞西市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究[J].國(guó)土資源科技管理，2010（3）：39-43.

[20] 張小虎，雷國(guó)平，袁磊，等.黑龍江省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2009，19（1）：88-93.

[21] 李玉清，宋戈，王越，等.基于能值分析的哈爾濱所轄市縣土地資源生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].水土保持研究，2014（3）：267-272.

[22] 李玉平，蔡運(yùn)龍.河北省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)[J].北京大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，43（6）：784-789.

[23] 梅艷，雍新琴，舒幫榮，等.基于信息熵與未確知測(cè)度理論的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)：以江蘇省為例[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013（10）：297-300，301.

[24] 吳開亞.主成分投影法在區(qū)域生態(tài)安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].中國(guó)軟科學(xué)，2003（9）：123-126.

[25] 張清軍，魯俊娜，程從勉.區(qū)域土地資源生態(tài)安全評(píng)價(jià)：以石家莊市為例[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，50（6）：1122-1127.