江蘇省土地生態(tài)安全預警演變與空間格局分析*

沈 萍

(中國社科院上海研究院,上海 200072)

0 引言

21世紀以來，由于人口劇增且過度追求工業(yè)化和城鎮(zhèn)化高速發(fā)展而導致了土地承載力壓力上漲，大量生活廢水及農(nóng)業(yè)廢水滲入地下，造成了土地質(zhì)量下降、水土流失、土地荒漠化等生態(tài)問題[1-2]，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國僅土地沙化以2 460km2的速度蔓延，高居世界前三，由此可見，應(yīng)該高度關(guān)注土地生態(tài)問題。土地生態(tài)安全預警是指由于生態(tài)環(huán)境變化以及生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟不協(xié)調(diào)發(fā)展而進行的警告，是對危機或者危險的一種超前警告[3]，它能夠為保護生態(tài)環(huán)境和提高區(qū)域生態(tài)質(zhì)量提供有效依據(jù)。

20世紀以來，各領(lǐng)域?qū)＜覍W者一直致力于研究土地生態(tài)安全預警，并取得了一定成效[4]?，F(xiàn)有研究基本集中于土地生態(tài)安全預警指標、模型及預測3方面，如張利等[5]基于P(壓力)-S(狀態(tài))-R(響應(yīng))模型從土地生態(tài)變化壓力、土地生態(tài)安全狀態(tài)、土地生態(tài)調(diào)控響應(yīng)3方面選取了8個指標進行分析； 吳冠岑等[6]以淮安市為研究區(qū)，基于懲罰變權(quán)評價模型分析其1996～2010年土地生態(tài)安全預警的動態(tài)變化； 徐美等[7]采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預測湖南省土地生態(tài)安全系統(tǒng)將不會出現(xiàn)惡化跡象。也有其他學者從土地生態(tài)安全預警實現(xiàn)路徑進行分析，如趙興國等[8]認為應(yīng)該基于3S技術(shù)途徑來實現(xiàn)維系土地生態(tài)安全。江蘇省位于我國有名的長三角地區(qū)，交通便利，經(jīng)濟發(fā)達，同時也是我國人口密集區(qū)，土地承載力較大，人地矛盾日益突出[9-10]?？傮w來看，現(xiàn)有研究比較單一，且研究相對成熟，但關(guān)于江蘇省的土地生態(tài)安全問題研究較少，現(xiàn)有研究基本上針對江蘇省某一地區(qū)進行分析，并未分析江蘇省整體土地生態(tài)安全，也未分析其空間區(qū)域土地生態(tài)安全變化特征，而宏觀分析及把握更具有實用性的時空演變規(guī)律是協(xié)調(diào)人地關(guān)系，維系良好的土地生態(tài)安全的基礎(chǔ)。

研究選取江蘇省為研究區(qū)，利用熵權(quán)法確定指標權(quán)重，并利用預警模型測算2005～2015年土地生態(tài)安全指數(shù)值，在此基礎(chǔ)上，利用GIS技術(shù)劃分土地生態(tài)安全預警的空間分異，旨在為緩解江蘇省土地生態(tài)安全問題提供有效建議。

1 研究區(qū)及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

江蘇省(30°45′N～35°20′N， 116°18′E～121°57′E)位于我國長江下游、大陸東部沿海地區(qū)，東臨黃海，東南毗鄰上海和浙江，西接安徽，北接山東[11]，包括13個地級市，分別為南京市、無錫市、徐州市、常州市、蘇州市、南通市、連云港市、淮安市、鹽城市、揚州市、鎮(zhèn)江市、泰州市及宿遷市，總面積為10.72萬km2。江蘇屬溫向亞熱帶過渡性氣候，年均氣溫13～16℃。江蘇省是有名的“魚米之鄉(xiāng)”，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得天獨厚， 2016年江蘇省播種面積為543.3hm2，糧食產(chǎn)量達3 466萬t，第一產(chǎn)業(yè)就業(yè)人口為841.85萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值為7.608 6萬億元，人均生產(chǎn)總值為9.525 9萬元。

1.2 指標體系構(gòu)建及數(shù)據(jù)來源

關(guān)于土地生態(tài)安全預警的指標有多個學者做出評定，但均未達成統(tǒng)一的定義，該研究參考李春燕[12]、王鵬[13]專家的文獻，秉著科學性、重要性及指導性等多個原則基于土地生態(tài)壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3方面選取16個指標構(gòu)建江蘇省土地生態(tài)安全預警指標體系(表1)。

表1 江蘇省生態(tài)安全預警指標體系

1.3 研究方法

預警模型是基于江蘇省土地生態(tài)安全預警指標利用熵權(quán)法求得各指標權(quán)重，再利用綜合指數(shù)法求得預警值的方法，具體步驟如下。

(1)數(shù)據(jù)標準化

為了消除數(shù)據(jù)差別化太大帶來的影響，該研究使用極值法對原數(shù)據(jù)進行歸一化處理，公式如下[14-15]：

(1)

(2)

(2)求權(quán)重系數(shù)

(3)

式(3)中，i的值為1～m;j的值為1～n。

(3)求解預警值

(4)

2 結(jié)果分析

2.1 江蘇省土地生態(tài)安全預警指數(shù)評價

圖1 江蘇省土地生態(tài)安全預警圖

圖1所示，江蘇省土地生態(tài)安全預警指數(shù)總體上呈波動上升態(tài)勢，表明近10年來江蘇省土地生態(tài)環(huán)境較為樂觀，且效果明顯； 土地生態(tài)安全指數(shù)平均水平為0.53，處于安全狀態(tài)。江蘇省土地生態(tài)安全總體上呈上升趨勢，但其中間出現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)折點，分別為2007年和2012年，這與江蘇省重大環(huán)境污染事件有重要關(guān)系， 2007年太湖藍藻危機使得江蘇省水域出現(xiàn)大面積藍藻， 2012年鎮(zhèn)江水域受到苯酚污染均致使臭水流入農(nóng)田及土地，造成土地質(zhì)量嚴重下降，生態(tài)環(huán)境遭受破壞。而其他年份土地生態(tài)安全指數(shù)均呈現(xiàn)上漲趨勢，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能逐漸完善，土地生態(tài)安全得到保證，這主要是由于農(nóng)藥化肥使用量在不斷減少、農(nóng)業(yè)機械投入量增多，與此同時，江蘇省作為經(jīng)濟發(fā)達城市，第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展要求基礎(chǔ)設(shè)施不斷完善，公共綠地面積也不斷增多，這都在一定程度上推動了江蘇省生態(tài)環(huán)境的發(fā)展，提高了其土地生態(tài)安全指數(shù)。其中， 2007～2012年江蘇省土地生態(tài)安全指數(shù)上升幅度較大，這主要是由于2005年以來為提高土地生態(tài)安全奠定了良好基礎(chǔ)，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計， 2009年江蘇省實施了600多項主要污染物減排項目，培育了較多循環(huán)經(jīng)濟試點企業(yè)，大大提高了江蘇省土地生態(tài)安全。而2012～2015年，雖然其土地生態(tài)安全依舊朝較好方向發(fā)展，但其速度相對放緩，這主要是由于2012年以來，城鎮(zhèn)化發(fā)展及人口速度增長較快，江蘇省土地承載力壓力劇漲，故其土地生態(tài)安全指數(shù)發(fā)展放緩。

2.2 土地生態(tài)安全預警空間格局分析

在進行預警分析調(diào)控前應(yīng)該要建立土地生態(tài)安全預警標準，劃定預警界線，結(jié)合江蘇省土地生態(tài)安全現(xiàn)狀，并參考余敦等學者的文獻，將其劃分為3個等級(表2)，其中，預警值越高，表明該區(qū)域土地生態(tài)安全狀況越好，其預警程度越低，反之，則表明該區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越差，預警程度越高。

圖2 江蘇省各地級市土地生態(tài)安全預警圖

總體來看， 2005年江蘇省各地級市生態(tài)安全都處于二、三等級，即生態(tài)安全等級較低，預警風險大，東部沿海地區(qū)地級市多數(shù)處于第三等級，包括連云港市、宿遷市、淮安市、鹽城市、泰州市、南通市、鎮(zhèn)江市及常州市8個地區(qū)，主要是由于這8個地區(qū)位于長江中下游地區(qū)，交通便利，吸引了大量企業(yè)進行工廠投資，吸引外來勞動力，土地承載力增大，另一方面，工廠及工業(yè)的迅速發(fā)展導致了大量工業(yè)廢水、廢氣的排放，土地質(zhì)量急劇下降，土地生態(tài)安全度低。而南京市、揚州市、無錫市、蘇州市及徐州市土地生態(tài)安全相對較好，主要是由于這5市是江蘇省經(jīng)濟發(fā)展較好的地區(qū)，且除徐州市外均位于太湖生態(tài)保護圈內(nèi)，區(qū)域生態(tài)環(huán)境指數(shù)和綠色發(fā)展指數(shù)較高，同時，蘇州市、無錫市、南京市3市在2005年經(jīng)濟發(fā)展水平超過全國平均水平，經(jīng)濟的發(fā)展帶動了生態(tài)環(huán)境的建設(shè)，故土地生態(tài)安全度高，預警程度低。

從2010年來看，江蘇省土地生態(tài)安全預警度呈現(xiàn)西低東高，南北低中間高的特性，其中，鎮(zhèn)江市、宿遷市、泰州市、連云港市4個地級市土地生態(tài)安全指數(shù)上升較快，鎮(zhèn)江市主要是由于自2006年以來，《鎮(zhèn)江生態(tài)市建設(shè)規(guī)劃》的頒布，確定了鎮(zhèn)江生態(tài)市創(chuàng)建工作，生態(tài)環(huán)境得到改善，土地生態(tài)安全度也不斷提高； 而連云港市主要是位于江蘇省北部地區(qū)，是江蘇省與山東省的樞紐，地理位置優(yōu)越，且2005～2010年是江蘇省對外經(jīng)濟發(fā)展的重要階段，也是連云港經(jīng)濟發(fā)展的大階段，經(jīng)濟的發(fā)展帶來了環(huán)境的建設(shè)，因此，連云港市土地生態(tài)安全指數(shù)上漲較快； 而宿遷和泰州土地生態(tài)安全度的提高得益于生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，自2005年以來，該兩市致力于發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，創(chuàng)造“農(nóng)林牧漁循環(huán)生態(tài)農(nóng)業(yè)”模式，大量地減少了農(nóng)業(yè)化肥和農(nóng)藥的使用，提高土地質(zhì)量、增加農(nóng)業(yè)收入，故提高了土地生態(tài)安全度。

從2015年來看，江蘇省土地生態(tài)安全預警度僅呈現(xiàn)南低北高的特性，且其北部差異縮小。江蘇省南部地區(qū)經(jīng)濟一直處于領(lǐng)頭羊地位，且交通條件優(yōu)越，南部地區(qū)的絕大多數(shù)地級市在2014年入選了全國生態(tài)文明城市，生態(tài)環(huán)境優(yōu)越，而且，依托太湖、陽澄湖等湖域資源，帶動了其他產(chǎn)業(yè)發(fā)展； 就農(nóng)業(yè)發(fā)展而言，綠色有機農(nóng)業(yè)、無肥無藥的綠色產(chǎn)品均提高了其南部區(qū)域的生態(tài)環(huán)境； 就基礎(chǔ)設(shè)施而言，江蘇省政策針對南京、無錫、蘇州等南部區(qū)域，拆除、遷移了大部分工廠，新建了綠色公園，增加綠地面積，提高土地生態(tài)安全指數(shù)； 就政府而言，江蘇省著力打造“一圈、一帶、一網(wǎng)、兩區(qū)”的生態(tài)保護格局，而生態(tài)保護格局絕大多數(shù)設(shè)計江蘇省南部地區(qū)，以確保南部區(qū)域優(yōu)越的生態(tài)環(huán)境。

3 結(jié)論與討論

該文首先利用熵權(quán)法確定指標權(quán)重，并利用土地生態(tài)安全預警模型測算2005～2015年江蘇省土地生態(tài)安全指數(shù)，在此基礎(chǔ)上劃分預警類型，分析江蘇省土地生態(tài)安全預警空間格局，得出如下結(jié)論。

從時間上來看， 2005～2015年江蘇省土地生態(tài)安全指數(shù)總體上呈上升趨勢， 2008年之后均處于中警和無警狀態(tài)，但出現(xiàn)過兩次轉(zhuǎn)折點，分別為2007年和2012年，這主要和江蘇省重大環(huán)境污染事件有關(guān)，造成土地質(zhì)量嚴重下降。

從空間格局來看， 2005年江蘇省預警程度呈現(xiàn)東高西低， 2010年呈現(xiàn)西低東高，南北低中間高， 2015年呈現(xiàn)南低北高的特性； 總體而言，江蘇省土地生態(tài)系統(tǒng)不斷完善，土地生態(tài)安全指數(shù)越來越高，預警程度越來越低，而且江蘇省各地級市空間內(nèi)部差異性越來越小。

該文通過構(gòu)建土地生態(tài)安全預警指標體系和采用劃分預警級別等探討了江蘇省土地生態(tài)安全預警及空間格局分析，有利于促進區(qū)域土地利用生態(tài)環(huán)境的保護和改善，為今后土地生態(tài)安全調(diào)控提供有效依據(jù)，但土地生態(tài)安全預警指標及劃分評定是一項復雜且長久的工程，研究尚未成熟，基于預警指標的測算還有待進一步探討和完善。