肥城市土地利用生態(tài)安全評價與利用調(diào)控研究

王曉，朱偉亞，董錦

(1.肥城市國土資源局，山東 泰安　271600；2.山東省土地勘測規(guī)劃院，山東 濟南　250000)

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肥城市土地利用生態(tài)安全評價與利用調(diào)控研究

王曉1，朱偉亞2，董錦1

(1.肥城市國土資源局，山東 泰安271600；2.山東省土地勘測規(guī)劃院，山東 濟南250000)

在總結(jié)國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，以肥城市為例，采用RS和GIS技術(shù)對研究區(qū)地形地貌、植被覆蓋、地質(zhì)災(zāi)害、土地利用景觀格局等土地生態(tài)安全影響因子進行提取和分析，同時結(jié)合當(dāng)前在生態(tài)安全評價中廣泛使用的PSR框架模型，分別從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三方面選取18個對土地生態(tài)安全影響密切的因子構(gòu)建土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，采用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，對該地區(qū)土地生態(tài)安全狀況進行評價和分析。最后，提出土地利用優(yōu)化調(diào)控措施。

土地生態(tài)安全；評價；利用調(diào)控；肥城市

引文格式：王曉，朱偉亞，董錦.肥城市土地利用生態(tài)安全評價與利用調(diào)控研究[J].山東國土資源，2015，31(9)：94-99.WANG Xiao, ZHU Weiya, DONG Jin.Study on Land Ecological Security Evaluation and Land Utilizaton and Optimization in Feicheng City[J].Shandong Land and Resources,2015，31(9)：94-99.

土地生態(tài)安全是指一個國家或地區(qū)發(fā)展所需的環(huán)境處于不受破壞和威脅的狀態(tài)，且土地生態(tài)系統(tǒng)能夠維持經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展[1]。土地生態(tài)安全作為生態(tài)安全問題研究的重要組成部分，已成為當(dāng)前學(xué)者研究的前沿課題[2-5]。在綜合分析肥城市土地利用狀況及土地生態(tài)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，科學(xué)篩選指標(biāo)，合理建立評價體系，對肥城市土地生態(tài)安全狀況進行評價和分析，根據(jù)評價結(jié)果，提出具有針對性、可操作性、科學(xué)性的土地利用優(yōu)化調(diào)控措施和對策，以期為肥城市土地生態(tài)系統(tǒng)不斷完善，土地利用格局逐步優(yōu)化，實現(xiàn)人口、資源、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展服務(wù)。

1　土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1評價指標(biāo)體系建立的原則

(1)科學(xué)性原則。建立的土地生態(tài)安全指標(biāo)體系，要盡可能地考慮經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境等多方面內(nèi)容。因此在所建立體系中的評價指標(biāo)要盡可能有機地聯(lián)系起來，形成一個測定方式規(guī)范、指標(biāo)含義明確、統(tǒng)計方法科學(xué)、層次清楚明朗的整體。

(2)綜合性原則。評價指標(biāo)的選取需考慮全面而又均衡，要突出評價區(qū)域的特征，包涵經(jīng)濟社會、自然環(huán)境等多方面的評價指標(biāo)，生態(tài)安全各因子間既相互聯(lián)系又相互制約，選取的評價指標(biāo)要盡可能綜合反映評價區(qū)域本質(zhì)特征的信息因子。

(3)可操作性原則。在實際應(yīng)用中，評價指標(biāo)的可操作性是評測選取的指標(biāo)是否合理的標(biāo)準(zhǔn)之一。評價指標(biāo)選取要具備可比較性和可測性。建立的指標(biāo)體系要盡可能精簡次要性指標(biāo)，使指標(biāo)體系中的指標(biāo)少而精?？刹僮餍栽谶x擇指標(biāo)時是要必須進行考慮的。

(4)層次性原則。土地生態(tài)系統(tǒng)可劃分為若干個子系統(tǒng)，且每個子系統(tǒng)可通過多個具體的指標(biāo)進行表征，它是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，因而，為便于研究，建立的指標(biāo)體系要具有良好的層次性。

(5)獨立性原則。在構(gòu)建土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系時，所選的指標(biāo)相互之間應(yīng)減少冗雜疊加，保持相對獨立性的指標(biāo)，以使評價的結(jié)果具有更高的準(zhǔn)確性及科學(xué)性。

1.2評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

土地生態(tài)安全系統(tǒng)是一個多因素、多層次的系統(tǒng)[6]，需要建立一套完整的、實用的評價指標(biāo)體系，不僅要考慮自然環(huán)境狀況，同時也要考慮到人類的活動因素和對土地生態(tài)安全有潛在影響的變化因素。

20世紀80年代末，經(jīng)濟合作和開發(fā)組織與聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提出壓力(Pressure)-狀態(tài)(State)-響應(yīng)(Response)模型[7]，因其綜合性、靈活性、因果關(guān)系清晰等優(yōu)點，已成為當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展評價和生態(tài)安全評價領(lǐng)域最為常用的方法[8-9]。該文從影響土地生態(tài)安全的壓力因素、自然狀態(tài)因素和人文社會響應(yīng)因素三方面選取有代表性的指標(biāo)，采用PSR模型構(gòu)建肥城市土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，能較好地在該區(qū)域反映土地生態(tài)狀況的真實水平。該文采用層次分析法[10]確定評價指標(biāo)的權(quán)重。由于該方法具有高度的邏輯性、系統(tǒng)性和實用性，且能有效結(jié)合定性分析與定量分析，目前已被廣泛運用于土地相關(guān)領(lǐng)域的評價中[11-12]。

土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系是一個融合社會、經(jīng)濟、資源環(huán)境等方面的復(fù)合系統(tǒng)[13]。指標(biāo)的選擇不僅要考慮土地生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀，更要反映對土地生態(tài)安全有潛在影響的人類活動[14]。該研究參考相關(guān)研究成果[15-16]，結(jié)合肥城市土地生態(tài)系統(tǒng)的實際狀況，構(gòu)建肥城市土地生態(tài)安全評價分區(qū)指標(biāo)體系(表1)。

表1　肥城市土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系

其中“壓力”即造成土地生態(tài)安全狀況惡化的原因，選取的指標(biāo)因子為人口密度、人均耕地面積、大于25°耕地面積比重、工礦用地干擾度指數(shù)；“狀態(tài)”是指土地生態(tài)安全在壓力下所處的狀況，選取的指標(biāo)因子為植被覆蓋度、地形位指數(shù)、水土流失強度、地質(zhì)災(zāi)害程度、洪災(zāi)發(fā)生程度、土壤類型、景觀破碎度指數(shù)、景觀多樣性指數(shù)、土地生態(tài)服務(wù)價值量、道路影響度；“響應(yīng)”是指人們在改善土地生態(tài)安全狀況所采取的對應(yīng)措施[17]，選取的指標(biāo)因子為農(nóng)民人均GDP、土地復(fù)墾率、環(huán)保投資占總產(chǎn)值比重、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重。

1.3指標(biāo)閾值的確定

土地生態(tài)安全評價的標(biāo)準(zhǔn)是土地生態(tài)安全狀況的參照標(biāo)準(zhǔn)，在土地生態(tài)安全評價中，評價標(biāo)準(zhǔn)的確定至關(guān)重要。但由于土地生態(tài)安全評價缺乏統(tǒng)一的等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，且由于環(huán)境目標(biāo)、生態(tài)類型、地域差異的不同也不可能做到完全統(tǒng)一，因此要根據(jù)需求的不同選擇不同的評價標(biāo)準(zhǔn)。

(1)數(shù)值型評價的因子賦值法。當(dāng)評價指標(biāo)為一系列數(shù)值，且這些數(shù)值的變化與土地生態(tài)安全有著良好的函數(shù)關(guān)系時，可通過數(shù)學(xué)的函數(shù)方程，為各個評價單元進行賦值。該類指標(biāo)包括土地景觀空間格局等相關(guān)指數(shù)。

(2)閾值型評價的因子賦值法。當(dāng)評價指標(biāo)為連續(xù)的數(shù)據(jù)，且在一定閾值范圍內(nèi)變化對土地生態(tài)安全不產(chǎn)生影響時，可將該類指標(biāo)值劃分成若干個區(qū)段，并在一定的區(qū)段內(nèi)均賦給同樣的分值，如土壤類型。

1.4指標(biāo)權(quán)重的確定

1.4.1評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理是將具有不同量綱的指標(biāo)轉(zhuǎn)換成無量綱形式的評價值，即通過評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，使得每一個評價指標(biāo)均有統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)。

鑒于選擇的評價指標(biāo)既有統(tǒng)計數(shù)據(jù)又有空間數(shù)據(jù)，而各評價指標(biāo)量綱又各不統(tǒng)一，不容易進行統(tǒng)一的運算。因此需對數(shù)據(jù)無量綱化處理，以實現(xiàn)指標(biāo)的可比性。評價指標(biāo)對土地生態(tài)安全存在正面或負面兩種方向的影響。

對于正向指標(biāo)(數(shù)值越大越安全)，需采用：

(1)

對于負向指標(biāo)(數(shù)值越小越安全)，需采用：

(2)

1.4.2評價指標(biāo)權(quán)重的確定

該研究評價采用層次分析法確定評價指標(biāo)的權(quán)重。層次分析法是結(jié)合定性分析與定量分析的方法[18]。把復(fù)雜問題分解成各個組成因素，并按支配關(guān)系分組形成遞階層次結(jié)構(gòu)。通過兩兩比較的方式確定各個因子相對重要性，然后綜合決策判斷，確定相對重要性的總排序(表2)。層次分析法可分為3個主要步驟：①分析系統(tǒng)中各因素間的關(guān)系，構(gòu)造兩兩比較的判斷矩陣；②計算被比較元素的相對權(quán)重，并進行一致性檢驗；③計算各層次對于系統(tǒng)的總排序權(quán)重，并進行排序。

表2　因素與對比因素關(guān)系

通過上述方法依次確定評價體系指標(biāo)層的權(quán)重為(表1)。

1.5土地生態(tài)安全綜合評價指數(shù)的計算

土地生態(tài)安全綜合指數(shù)是評價土地生態(tài)安全程度的指標(biāo)(介于0～1)，可以判斷區(qū)域土地生態(tài)安全狀況。公式：

(3)

(4)

式中：LESI表示土地生態(tài)安全綜合指數(shù);LESIi為壓力、狀態(tài)、響應(yīng)等3個因子的指數(shù);X'ij為該指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;Wi為壓力、狀態(tài)、響應(yīng)等3個因子的權(quán)重;Wj為指標(biāo)j的權(quán)重;LESI越趨于1，表示土地生態(tài)安全程度越高，LESI越趨于0，表示土地生態(tài)安全程度越低。

1.6土地生態(tài)安全評價的等級標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)計算所得的綜合安全值，參考相關(guān)文獻[19-22]，結(jié)合肥城市的實際情況，設(shè)置了土地生態(tài)安全綜合評判等級標(biāo)準(zhǔn)表(表3)。

2　肥城市土地生態(tài)安全評價結(jié)果

原始數(shù)據(jù)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后，根據(jù)文章介紹的評價法和模型，通過ArcGIS9.3空間分析模塊中的Reclass工具，求出肥城市土地生態(tài)安全綜合指數(shù)。并根據(jù)土地生態(tài)安全評價標(biāo)準(zhǔn)表對肥城市土地生態(tài)安全綜合指數(shù)進行分級。

表3　土地生態(tài)安全綜合評判等級標(biāo)準(zhǔn)

2.1單指標(biāo)分析

2.1.1土地生態(tài)安全壓力評價結(jié)果與分析

該文土地生態(tài)安全壓力指標(biāo)包括人口密度、人均耕地面積、大于25°耕地面積比重、工礦用地干擾度指數(shù)，反映各個評價柵格單元收到的社會經(jīng)濟發(fā)展、人口變化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等活動對土地生態(tài)環(huán)境造成的影響。由于該子系統(tǒng)指標(biāo)多為逆向指標(biāo)，數(shù)值越小壓力越大，對土地生態(tài)安全貢獻越低。因各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)自然條件和社會經(jīng)濟發(fā)展程度不同，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地生態(tài)安全壓力情況也有所差異(表4)。

表4　肥城市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地生態(tài)系統(tǒng)壓力分值

其中，新城街道受到的土地生態(tài)安全壓力最大，土地生態(tài)壓力指數(shù)為0.6717，其次為老城街道、王瓜店街道、石橫鎮(zhèn)、邊院鎮(zhèn)，其土地生態(tài)壓力指數(shù)分別為0.6397，0.5117，0.5685，0.5324。汶陽鎮(zhèn)受到的土地生態(tài)安全壓力最小，為0.3405。其中，淶源鎮(zhèn)的人口密度為963人/km2高于全縣平均人口密度759/km2，為全縣最高；工礦用地干擾度指數(shù)為3.11高于肥城市平均工礦用地干擾度指數(shù)1.25；人均耕地面積為0.037hm2僅為全縣平均水平的49.92%，這些均對新城街道土地生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大影響(圖1)。

圖1　肥城市土地生態(tài)安全評價壓力指數(shù)分值空間分布圖

2.1.2 土地生態(tài)安全狀態(tài)評價結(jié)果與分析

該文土地生態(tài)安全狀態(tài)用植被覆蓋度、地形位指數(shù)、水土流失強度、地質(zhì)災(zāi)害程度、洪災(zāi)發(fā)生程度、土壤類型、景觀破碎度指數(shù)、景觀多樣性指數(shù)、土地生態(tài)服務(wù)價值量、道路影響度10個指標(biāo)來反映肥城市各地區(qū)土地資源自然稟賦狀態(tài)。老城街道、新城街道、邊院鎮(zhèn)的土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)最差(表5)。

表5　肥城市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)安全狀態(tài)壓力分值

從表5可以看出，土地生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)偏低的地區(qū)，即土地生態(tài)安全狀態(tài)相對較差的多為鄉(xiāng)鎮(zhèn)駐地，其中以老城街道為最，該地區(qū)人類活動較為頻繁。這也進一步證實了，人類活動與土地生態(tài)環(huán)境的改變有著密不可分的關(guān)系。同時，肥城市地形地勢變化比較大，且每年極易發(fā)生強降雨天氣，加上不合理的開采礦產(chǎn)資源，當(dāng)?shù)夭糠稚絽^(qū)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害的可能性極大。部分具有礦藏的山區(qū)其土地生態(tài)安全狀態(tài)也較差(圖2)。

圖2　肥城市土地生態(tài)安全評價狀態(tài)指數(shù)分值空間分布圖

2.1.3土地生態(tài)安全響應(yīng)評價結(jié)果與分析

土地生態(tài)安全響應(yīng)指標(biāo)因子分別為農(nóng)民人均GDP、土地復(fù)墾率、環(huán)保投資占總產(chǎn)值比重、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重。將整理統(tǒng)計好的指標(biāo)數(shù)據(jù)輸入到肥城市行政區(qū)矢量數(shù)據(jù)屬性表中，以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為評價基本單元，在ArcGIS9.3中計算出肥城市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地生態(tài)安全人文響應(yīng)指數(shù)值，并得到肥城市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地生態(tài)安全人文響應(yīng)指數(shù)空間分布圖。該子系統(tǒng)指標(biāo)多為正向，數(shù)值越大，對土地生態(tài)安全的貢獻率越大。

肥城市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地生態(tài)安全人文響應(yīng)指數(shù)范圍在0.1614～0.7561之間，平均響應(yīng)值為0.4197。從空間分布上看，新城街道的響應(yīng)指數(shù)最高，為0.7561，其次為老城街道和石橫鎮(zhèn)，分別為0.6524和0.5954(表6)。主要是因為3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)民人均GDP、環(huán)保投資占總產(chǎn)值比重、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重較大。這3個指標(biāo)值越大，表征人類活動對土地生態(tài)安全起到的積極作用越高。響應(yīng)指數(shù)最低的為孫伯鎮(zhèn)，其值為0.1614，主要原因是該鄉(xiāng)農(nóng)民人均GDP和環(huán)保投資占總產(chǎn)值比重均為肥城市最低水平，農(nóng)民收入較低和環(huán)保投資不足導(dǎo)致對改善土地生態(tài)安全的相關(guān)投資不足，這都會使該地區(qū)土地生態(tài)安全狀況得不到好轉(zhuǎn)。其次為安莊鎮(zhèn)和安站鎮(zhèn)，指數(shù)分別為0.2134和0.2236(圖3)。

表6　肥城市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)分值

圖3　肥城市土地生態(tài)安全評價響應(yīng)指數(shù)分值空間分布圖

2.2綜合指標(biāo)分析

根據(jù)肥城市土地生態(tài)安全評價綜合指數(shù)值的結(jié)果分析(表7)，可知肥城市的土地生態(tài)安全總體狀況處于相對安全的狀態(tài)，安全和良好狀態(tài)土地面積為214.07km2和631.48km2，分別占全縣土地總面積的16.76%和49.46%。處于輕警和中警狀態(tài)的土地面積為297.60km2和133.96km2，分別占全縣土地總面積的23.29%和10.49%(表7)。從空間格局分布上看，區(qū)域土地生態(tài)安全狀況差異較為明顯，肥城市南部土地生態(tài)安全狀況明顯好于北部地區(qū)(圖4)。

表7　肥城市土地生態(tài)安全指數(shù)與土地生態(tài)安全評價結(jié)果

圖4　肥城市土地生態(tài)安全級別空間分布圖

3　土地利用調(diào)控措施

基于土地生態(tài)安全評價的土地利用調(diào)控是指在市場經(jīng)濟原則和背景下，政府為了區(qū)域自然、經(jīng)濟和社會的和諧發(fā)展，根據(jù)區(qū)域社會、經(jīng)濟和環(huán)境的總體發(fā)展要求，對土地利用過程中出現(xiàn)的生態(tài)問題進行有針對性的引導(dǎo)和調(diào)控，從而實現(xiàn)區(qū)域土地資源生態(tài)安全。土地生態(tài)安全評價的最終目的不是得到評價的結(jié)果而關(guān)鍵在于如何針對研究區(qū)域所處的土地生態(tài)安全態(tài)勢做出切實可行的調(diào)控對策。該文從幾方面提出促進肥城市土地可持續(xù)利用、維護土地生態(tài)安全的調(diào)控措施。

(1)編制土地生態(tài)功能區(qū)劃，實施土地生態(tài)保護規(guī)劃。從肥城市土地生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀入手，對土地生態(tài)安全現(xiàn)狀進行科學(xué)評價，掌握土地資源可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵性制約因素。通過土地生態(tài)功能區(qū)劃制定土地生態(tài)保護規(guī)劃，指導(dǎo)經(jīng)濟布局和生態(tài)建設(shè)，將土地生態(tài)和環(huán)境保護目標(biāo)和要求納入“多規(guī)合一”的規(guī)劃體系。并通過實施生態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn)，將地區(qū)土地資源和土地生態(tài)系統(tǒng)控制在土地可持續(xù)發(fā)展的水平上。

(2)制定保護耕地政策，提高耕地生產(chǎn)力。將耕地保護作為肥城市維護生態(tài)安全的重要任務(wù)。首先，按照規(guī)定保存現(xiàn)有耕地，將質(zhì)量好、肥力高的土地劃定為基本農(nóng)田；大力推行復(fù)墾、整治，增加耕地面積。其次，建立土地保護制度，強化耕地質(zhì)量保護。第三，控制農(nóng)田面源污染，保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。

(3)加大土地生態(tài)建設(shè)的投入，建立生態(tài)補償機制。土地生態(tài)環(huán)境保護需要大量資金，尤其是對于被用作生態(tài)涵養(yǎng)的土地要給予一定量的補償資金。所以必須加大資金投入，建立土地生態(tài)補償機制。

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Study on Land Ecological Security Evaluation and Land Utilizaton and Optimization in Feicheng City

WANG Xiao1, ZHU Weiya2, DONG Jin2

(1.Feicheng Bureau of Land and Resources, Shandong Tai'an 271600, China; 2. Shaong Land Surveing and Planning Institute, Shandong Jinan 25000, China)

On the basis of summarizing domestic and foreign related research, taking Feicheng city as an example, by using RS and GIS technologies, some factors which will affect land ecological security have been extracted and analyzed, such as topography, landform,vegetation coverage, geological disasters and landscape pattern. Combining with PSR framework model which is widely used in current ecological security evaluation, selecting 18 factors respectively which has close relation with land ecological safety from the pressure, state and response, evaluation index system of land ecological security has been set up. The index weights have been determined by using AHP method, and land ecological security situation in the region have been evaluated and analyzed. Finally, according to the results of evaluation, countermeasures for optimizing land utilization have been put forward.

Land ecological security；evaluation；utilizaton and optimization; Feicheng city

2014-11-14；

2014-12-01；編輯：陶衛(wèi)衛(wèi)

王曉(1987—),男,山東肥城人,主要從事土地信息與管理研究工作；E-mail:wxguotu@163.com

F301.23

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