基于三角模型的關(guān)中5市土地生態(tài)安全區(qū)域差異分析

黃美菱 黃露滴 龍飛利

摘要選取關(guān)中平原5市為研究區(qū)，根據(jù)其土地資源利用現(xiàn)狀和經(jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)，以2009、2012和2015年《陜西統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，從經(jīng)濟(jì)可行性、社會(huì)可接受性和資源環(huán)境合理性三方面選取16項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，運(yùn)用熵權(quán)法確定權(quán)重，構(gòu)建土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，計(jì)算綜合指數(shù)。運(yùn)用Grapher軟件從3個(gè)時(shí)間斷面構(gòu)建三角模型，對(duì)關(guān)中平原5市土地生態(tài)安全進(jìn)行現(xiàn)狀和趨勢(shì)分析。結(jié)果表明：三角模型能夠客觀清晰地反映其現(xiàn)狀和變化趨勢(shì)；關(guān)中平原五市總體呈現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)和資源環(huán)境合理性指數(shù)不斷增加，社會(huì)可接受性指數(shù)降低；土地生態(tài)安全狀態(tài)向較好的方向發(fā)展，西安市由弱安全轉(zhuǎn)向一般安全，其余4市由不安全轉(zhuǎn)向弱安全；區(qū)域內(nèi)部發(fā)展不均衡，西安市與其余4市差距不斷加大。

關(guān)鍵詞三角模型；土地生態(tài)安全；狀態(tài)及趨勢(shì)；關(guān)中平原

中圖分類號(hào)X826；F301文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2018）05-0062-04

AbstractTaking five cities of Guanzhong Plain as the research area according to the present situation of the land resources and the characteristics of economic development， based on Shanxi Statistical Yearbook and China City Statistical Yearbook in 2009， 2012 and 2015， selected 16 indexes to build land ecological security evaluation index system from the economic feasibility， social acceptability and resource environment rationality through standardizing， determine the weight， and calculating comprehensive index by some mathematical formulas. Building a triangle mode by the software of Grapher from three years to analyze land ecological security status and trend on the Guanzhong Plain. The results showed that： The triangle model could objectively reflect its present situation and the trend clearly； It presented the economic feasibility and rationality resources environment index increased， and social acceptability decreased； The land ecological security status development to the great direction， Xian form weak security to general safety， and the rest of the 4 cities from unsafe to weak security； The regional internal development uneven， there was a great gap in Xian and other 4 cities.

Key wordsTriangle mode；Ecosecurity of land；Status and trend；Guanzhong Plain

隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，人類對(duì)自然資源的索取大于其承載力，不注重對(duì)資源環(huán)境的保護(hù)，由此就引發(fā)了一系列的土地生態(tài)安全問(wèn)題，例如環(huán)境污染、水土流失等問(wèn)題[1]。土地生態(tài)安全指某一區(qū)域在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，土地生態(tài)系統(tǒng)能夠保持本身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和不受干擾的狀態(tài)[2]。土地生態(tài)系統(tǒng)的安全與整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的安全密切相關(guān)，是社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的關(guān)鍵。土地生態(tài)安全問(wèn)題日益明顯，受到社會(huì)各界的關(guān)注[3]。對(duì)某一區(qū)域土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠了解該區(qū)域土地利用是否合理，為進(jìn)一步研究土地生態(tài)安全和土地利用規(guī)劃提供依據(jù)[4]。

綜合目前土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的方法，主要有綜合指數(shù)法、生態(tài)足跡法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、物元分析法等[5-6]。張銳等[7]從土地利用方面建立PSR模型對(duì)耕地生態(tài)安全進(jìn)行物元分析；張松男等[8]采用物元法構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)資源型城市進(jìn)行土地生態(tài)評(píng)價(jià)；裴婷婷等[9]運(yùn)用PSR模型和層次分析法、綜合指數(shù)法對(duì)白銀市土地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)；杜忠潮等[10]從自然、社會(huì)和人文三方面選取指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，利用主成分分析法對(duì)陜西省土地生態(tài)安全進(jìn)行分析。上述研究為土地生態(tài)安全研究現(xiàn)狀提供了一些理論參考，但是土地生態(tài)安全狀況在不斷變化，不能揭示出其演變趨勢(shì)。該研究通過(guò)建立三角模型，構(gòu)建關(guān)中平原五市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系，以此分析研究關(guān)中平原土地生態(tài)安全的狀態(tài)和趨勢(shì)。

關(guān)中平原是陜西經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要區(qū)域，經(jīng)歷新中國(guó)成立以來(lái)60多年的建設(shè)，如今是西北地區(qū)比較優(yōu)勢(shì)區(qū)域[11]。在絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶等國(guó)家戰(zhàn)略下，關(guān)中地區(qū)的經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展。目前城市化和工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，土地結(jié)構(gòu)和布局也發(fā)生了相應(yīng)的變化，勢(shì)必對(duì)土地生態(tài)安全造成一定影響。關(guān)中地區(qū)土地生態(tài)安全關(guān)系到整個(gè)西北地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，研究結(jié)果對(duì)該區(qū)域經(jīng)濟(jì)、城市持續(xù)健康發(fā)展有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。

1數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1研究區(qū)概況

關(guān)中平原位于渭北山系和秦嶺之間，面積3.6萬(wàn)km2，海拔323～800 m。屬于溫帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫6～13 ℃，年降水量500～800 mm，冬春季降水少，春旱和伏旱天氣頻繁。關(guān)于平原是我國(guó)人口密集區(qū)之一，人口密度超過(guò)500人/km2。2014年末道路面積114.26 km2，綠地面積266.32 km2，工業(yè)廢水排放量20 344萬(wàn)t，工業(yè)二氧化硫排放量305 013萬(wàn)t。人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的加快給土地生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大壓力，而土地生態(tài)環(huán)境持續(xù)健康發(fā)展對(duì)關(guān)中平原社會(huì)可持續(xù)發(fā)展有著重要意義，因此很有必要研究關(guān)中平原的土地生態(tài)安全問(wèn)題。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2009、2012和2015年《陜西統(tǒng)計(jì)年鑒》[12]，以及2009、2012和2015年《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》[13]。

1.3研究方法

1.3.1三角模型。

三角模型最初是由美國(guó)農(nóng)業(yè)部在確定土壤類型時(shí)提出的，在環(huán)境科學(xué)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[14]。三角模型對(duì)3個(gè)相互聯(lián)系的體系進(jìn)行可視化的描述，不僅能夠反映現(xiàn)狀，還能夠揭示其演變趨勢(shì)。土地生態(tài)系統(tǒng)是自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)相互作用的結(jié)果[15]，保證土地生態(tài)安全的目標(biāo)是建立和維護(hù)完善的土地生態(tài)系統(tǒng)，因此研究土地生態(tài)安全必須考慮土地利用的自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益[16]。該研究利用三角模型的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合關(guān)中平原土地利用的特點(diǎn)，選取經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)（EI）、非社會(huì)可接受性指數(shù)（NSI）和非資源環(huán)境合理性指數(shù)（NREI）3組相互關(guān)聯(lián)的指數(shù)構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，對(duì)關(guān)中平原西安、銅川、寶雞、咸陽(yáng)和渭南等5市的土地生態(tài)安全狀態(tài)和趨勢(shì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

圖1是通過(guò)Grapher軟件構(gòu)建的三角圖，此三角形為等邊三角形。經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)（EI）位于三角形頂點(diǎn)，非社會(huì)可接受性指數(shù)（NSI）以及非資源環(huán)境合理性指數(shù)（NREI）分別位于兩個(gè)底點(diǎn)。X軸表示非資源合理性指數(shù)（NREI），Y軸表示經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)（EI），Z軸表示非社會(huì)可接受性指數(shù)（NSI）。3個(gè)軸沿逆時(shí)針?lè)较驈?～1.0分別被平分為5個(gè)指數(shù)范圍，0～0.2表示非常低，0.2～0.4表示較低，0.4～0.6

表示中等，0.6～0.8表示較高，0.8～1.0表示非常高（圖1、

表1），三角形從上到下又被分成 5個(gè)區(qū)域，分別表示 5 種不

同的土地生態(tài)安全狀態(tài)水平。在三角圖中根據(jù)3個(gè)指數(shù)的變化情況可以確定7種土地生態(tài)安全變化趨勢(shì)（圖1、表2）。

2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)可操作性原則和數(shù)據(jù)可獲得性原則選取評(píng)價(jià)指標(biāo)[17-19]，根據(jù)參考文獻(xiàn)[20]和關(guān)中平原土地利用的特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)可行性、社會(huì)可接受性、資源環(huán)境合理性選取16個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)可行性選取人均GDP、經(jīng)濟(jì)密度、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重等指標(biāo)，社會(huì)可接受性選取人口密度、城市化水平等指標(biāo)，資源環(huán)境合理性選取建設(shè)用地比重、固廢綜合利用率等指標(biāo)（表3）。

2.3數(shù)據(jù)處理

2.3.1標(biāo)準(zhǔn)化處理。

在不同的領(lǐng)域中，指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系具有不同的量綱和數(shù)量級(jí)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理減小誤差。

正向指標(biāo)：

Xij=xij/max（xij）（1）

負(fù)向指標(biāo)：

Xij=min（xij）/xij（2）

式中，Xij表示第 i個(gè)準(zhǔn)則層第j個(gè)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，i=1，2，3，j=1，2，…，16；xij表示某指標(biāo)原始值；max（xij）表示標(biāo)準(zhǔn)化前某項(xiàng)指標(biāo)最大值；min（xij）表示標(biāo)準(zhǔn)化前某項(xiàng)指標(biāo)最小值。

2.3.2確定指標(biāo)權(quán)重。

指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后確定指標(biāo)權(quán)重，方法有層次分析法、主成分分析法等?；谥笜?biāo)的層次性和數(shù)據(jù)的完整性，選取熵權(quán)法計(jì)算權(quán)重，克服了專家經(jīng)驗(yàn)、視角等主觀因素的影響。

計(jì)算第i個(gè)準(zhǔn)則層第j個(gè)指標(biāo)值的比重：

Yij=Xij/Xij（3）

計(jì)算信息熵：

Eij=-k×（Yij×lnYij）（4）

計(jì)算信息熵冗余度：

Dj=1-Eij（5）

計(jì)算指標(biāo)權(quán)重：

Wi=Dj/Dj（6）

式中，k=1/lnm，m為年數(shù)，n為指標(biāo)數(shù)，i=1，2，3，j=1，2，…，16。確定的指標(biāo)權(quán)重值見(jiàn)表3。

2.3.3計(jì)算綜合指數(shù)。

確定指標(biāo)權(quán)重之后計(jì)算綜合指數(shù)，用加權(quán)平均法計(jì)算經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)（EI），社會(huì)可接受性指數(shù)（SI）和資源環(huán)境合理性指數(shù)（REI），計(jì)算公式如下：

EIy=Xij×Wi（i=1，2，3，j=1，2，…，5）（7）

SIy=Xij×Wi（i=1，2，3，j=6，7，…，10）（8）

REIy=Xij×Wi （i=1，2，3，j=11，12，…，16）（9）

式中，y表示第y個(gè)研究對(duì)象。根據(jù)三角模型的特點(diǎn)，選取經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)（EI），非社會(huì)可接受性指數(shù)（NSI）和非資源環(huán)境合理性指數(shù)（NREI），NSI=1-SI，NREI=1-REI。經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)（EI）越大，非社會(huì)可接受性指數(shù)（NSI）和非資源環(huán)境合理性指數(shù)（NREI）越小，土地生態(tài)安全性越高，反之則越低。

2結(jié)果與分析

2.1土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果

由表4可知，關(guān)中平原5市在2008、2011、2014年3個(gè)時(shí)間斷面經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)（EI）不斷增加，尤其是西安和咸陽(yáng)在經(jīng)濟(jì)上保持較高的增長(zhǎng)速度，增幅分別為50%、81%。自從國(guó)家實(shí)施西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略和《關(guān)中—天水經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)展規(guī)劃》后，關(guān)中平原各市人均GDP、人均可支配收入和固定資產(chǎn)投資等快速增加，西安市經(jīng)濟(jì)密度達(dá)到5 439萬(wàn)元/km2。5市非社會(huì)可接受性指數(shù)（NSI）總體上有所增加，增幅為60%，表明隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大量勞動(dòng)力進(jìn)入城市，從而推動(dòng)城市化進(jìn)程加快，帶給社會(huì)民生和土地生態(tài)安全等問(wèn)題較大壓力。社會(huì)可接受性在整體上呈現(xiàn)出緩慢減小。非資源環(huán)境合理性指數(shù)（NREI）5市都在不斷下降，下降幅度較大，說(shuō)明生態(tài)環(huán)境不斷提高。在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，增加城市綠化率，進(jìn)行土地整治等措施治理水土流失。工業(yè)廢水處理率、固廢綜合利用率、生活垃圾處理率達(dá)到80%，各市注重節(jié)能減排，促進(jìn)城市土地生態(tài)環(huán)境良性發(fā)展。

2.2評(píng)價(jià)結(jié)果狀態(tài)與趨勢(shì)分析

2.2.1土地生態(tài)安全狀態(tài)分析。

由圖2可以看出，關(guān)中5市土地生態(tài)安全狀態(tài)在3個(gè)時(shí)間斷面呈現(xiàn)出3個(gè)階段，西安市與其余4市之間差距較大。第一階段，2008年除了西安市處于弱安全狀態(tài)，其余4市均處于不安全狀態(tài)。西安市EI值接近0.4，其余4市EI值均小于0.2，NSI值和NREI值相對(duì)較高。西安市作為陜西省的省會(huì)城市，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)迅速而且資源利用比其余各市更加合理，所以西安市與其余4市差距較大。第二階段，2011年西安市進(jìn)入一般安全狀態(tài)，其余4市進(jìn)入弱安全狀態(tài)。經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)增長(zhǎng)明顯，EI值均達(dá)到0.2以上。非社會(huì)可接受性指數(shù)增加，除了銅川和寶雞略有波動(dòng)，在出現(xiàn)一系列環(huán)境問(wèn)題后，注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量，使得資源環(huán)境合理性指數(shù)加大。第三階段，2014年經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)和生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)均快速增加，EI值整體增加到0.4～0.6，NREI值快速下降，NSI值增加，各市之間的差距加大，西安市由于省會(huì)條件的優(yōu)越性，銅川在最近幾年趕超渭南。從關(guān)中平原5市整體土地生態(tài)安全狀態(tài)來(lái)看，由不安全狀態(tài)到弱安全狀態(tài)，再到一般安全狀態(tài)，安全水平不斷提高。

2.2.2土地生態(tài)安全趨勢(shì)分析。

從總體趨勢(shì)看，西安市與銅川市、寶雞市、咸陽(yáng)市、渭南市之間存在較大差距。西安市2008—2014年由不安全轉(zhuǎn)變到一般安全趨勢(shì)，2014年經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)和非社會(huì)可接受性指數(shù)達(dá)到較高值，非資源環(huán)境合理性指數(shù)減小到0.118 0。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境承載壓力加大，居民生活適宜度下降。銅川、寶雞和咸陽(yáng)市由不安全轉(zhuǎn)變到弱安全趨勢(shì)，EI值都有所增加，NSI值波動(dòng)減小，NREI值減小。這3個(gè)城市相比較西安市，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較慢，社會(huì)可接受性和生態(tài)環(huán)境合理性提高。渭南市一直處于不安全趨勢(shì)，整體水平略低于其他4個(gè)城市，所以與其他4市差距不斷加大。

3結(jié)論與討論

（1）對(duì)于土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)，三角模型不僅能夠客觀地反映其狀態(tài)，而且能夠清晰地反映其總體變化趨勢(shì)。

（2）2008—2014年，關(guān)中5市經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)不斷提高，非社會(huì)可接受性指數(shù)升高，除了寶雞市和咸陽(yáng)市的NSI值略有浮動(dòng)，非資源環(huán)境合理性指數(shù)逐漸降低?？傮w表明關(guān)中5市經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)和資源環(huán)境合理性指數(shù)穩(wěn)步提升，社會(huì)可接受性指數(shù)逆向發(fā)展。

（3）總體上關(guān)中平原5市土地生態(tài)安全趨勢(shì)向較好的方向發(fā)展，西安市由弱安全狀態(tài)轉(zhuǎn)向一般安全狀態(tài)。其余4市由不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)向弱安全狀態(tài)，呈現(xiàn)出2種類型的變化趨勢(shì)。

（4）區(qū)域內(nèi)部發(fā)展不均衡加劇，西安市與其余4市差距加大，5市的社會(huì)可接受性指數(shù)日趨均衡，資源環(huán)境合理性指數(shù)和經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)在5個(gè)市之間差異顯著。

（5）針對(duì)研究結(jié)果，結(jié)合關(guān)中平原五市實(shí)際情況，在以后的發(fā)展中，注重經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)效益相結(jié)合。西安市作為省會(huì)城市，人口密度不斷增加，因此在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)注重社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，提升社會(huì)可接受度。渭南市提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，縮小與其余各市的差距。區(qū)域內(nèi)部之間可以相互促進(jìn)，平衡人口分布，經(jīng)濟(jì)上相互交流帶動(dòng)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)協(xié)調(diào)發(fā)展。土地生態(tài)安全隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展不斷變化，該研究?jī)H從3個(gè)時(shí)間斷面進(jìn)行評(píng)價(jià)，在后續(xù)研究中應(yīng)該在時(shí)間尺度上深入研究，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)參考。

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