環(huán)首都綠色經(jīng)濟圈土地生態(tài)安全評價研究

李榮華 張凌愷 劉欣 秦彥杰

[摘要]環(huán)首都綠色經(jīng)濟圈土地生態(tài)安全對京津冀區(qū)域生態(tài)平衡與可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。根據(jù)環(huán)首都經(jīng)濟圈土地利用特點，從經(jīng)濟、社會和自然因素三方面構(gòu)建了生態(tài)安全評價體系，并通過層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，對環(huán)首都綠色經(jīng)濟圈2000～2015年土地生態(tài)安全進(jìn)行了分析評價。結(jié)果發(fā)現(xiàn)環(huán)首都經(jīng)濟圈2000年的土地生態(tài)安全均處于良好級，2015年處于敏感級，土地生態(tài)安全的風(fēng)險在增大，有惡化的趨勢。

[關(guān)鍵詞]環(huán)首都綠色經(jīng)濟圈;土地;生態(tài)安全;指標(biāo)權(quán)重;層次分析法

[中圖分類號] F061.6[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

在京津冀協(xié)同發(fā)展大背景下，隨著北京市非首都功能的轉(zhuǎn)移，北京的輻射作用加強，環(huán)首都綠色經(jīng)濟圈區(qū)域作為北京輻射的第一受益區(qū)，承接北京非首都功能具有得天獨厚的優(yōu)勢。在未來的發(fā)展期間，該區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、土地格局受北京的輻射面臨巨大契機和挑戰(zhàn)。首先，區(qū)域經(jīng)濟快速發(fā)展過程中會帶來快速城市化、土地利用強度增大、變化速率加快等效應(yīng)，增大的人口壓力和相對有限的資源，在急劇的城市化和經(jīng)濟發(fā)展壓力下，給資源環(huán)境帶來巨大壓力，對區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn);其次，區(qū)域內(nèi)山地丘陵占區(qū)域總面積的65%以上，而山地丘陵區(qū)為生態(tài)脆弱區(qū)，對環(huán)境變化敏感，經(jīng)濟活動可能對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生更大的且不可逆影響，因此，環(huán)首都綠色經(jīng)濟圈生態(tài)安全對京津冀區(qū)域生態(tài)平衡與可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

“環(huán)首都綠色經(jīng)濟圈”行政范圍包括保定市的涿州市、淶水縣，張家口的涿鹿縣、懷來縣、赤城縣，承德的豐寧縣、灤平縣、興隆縣（增補），廊坊的廣陽區(qū)、安次區(qū)、三河市、大廠縣、香河縣、固安縣等14個縣（市、區(qū)）。平均高程1016.55m，整體地形起伏較和緩?？偯娣e30233.93km2，截止至2015年底，總?cè)丝?16.63萬人，地區(qū)生產(chǎn)總值1306.25億元。水資源總量為30.85億m3，水資源總量嚴(yán)重不足，氣候為大陸性季風(fēng)氣候特征，冬日寒冷少雪，夏日炎熱多雨。春日干燥，風(fēng)沙盛行，秋日晴朗，冷暖適中。土壤類型主要有褐土、棕壤、潮土、石質(zhì)圖、粗骨土等17種類型，其中褐土分布范圍最廣，占45.07%。礦產(chǎn)資源豐富，種類多、儲量大。

1.2 數(shù)據(jù)來源

矢量數(shù)據(jù)均來源于河北省科學(xué)院地理科學(xué)研究所“河北省生態(tài)本底數(shù)據(jù)庫”，2000年和2015年的土地利用數(shù)據(jù)來源根據(jù)遙感影像的解譯。其中，2000年的數(shù)據(jù)選用美國陸地衛(wèi)星 Landsat-5 星和 Landsat-7 星上的2、3、4波段數(shù)據(jù)，并分別賦予紅、綠、藍(lán)三種顏色，建立每個波段的灰度與彩色的變換關(guān)系，再將變換結(jié)果合成得到假彩色合成圖像。2015年的數(shù)據(jù)采用中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心提供的中巴地球資源衛(wèi)星01星數(shù)據(jù)。

2 研究方法

2.1 土地生態(tài)安全評價體系的構(gòu)建

依據(jù)環(huán)首都綠色經(jīng)濟圈土地利用特點，從經(jīng)濟、社會和自然因素三方面構(gòu)建評價體系，如表1所示。

2.2 土地生態(tài)安全評價指標(biāo)權(quán)重

在土地生態(tài)安全的評價中，一般研究多采用層次分析法來確定指標(biāo)權(quán)重，土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系的遞階層次結(jié)構(gòu)分為三層。其頂層為目標(biāo)層;第二層次為因素層，分為經(jīng)濟因素、社會因素和自然因素三個次級目標(biāo);第三層次為指標(biāo)層，為體現(xiàn)因素各個方面的指標(biāo)。

在構(gòu)造判斷矩陣中，研究對AHP方法進(jìn)行了改進(jìn)，對每一層次分別構(gòu)造判斷矩陣，即對因素層建立判斷矩陣;為便于指標(biāo)間可比性的表達(dá)以及實現(xiàn)專家的準(zhǔn)確性判斷，以土地生態(tài)安全評價的次級目標(biāo)作為一個獨立的體系，即分經(jīng)濟安全，社會安全與自然安全3個因素層次構(gòu)建判斷矩陣。

其方法為：設(shè)有n項指標(biāo)，要確定各項指標(biāo)的相對重要性，請專家對任何兩項指標(biāo)進(jìn)行重要性比較判斷，并以b或1/b表示比較的相對重要性，b為整數(shù)，且b∈[1，9]。以i，j 表示兩個指標(biāo)，若相對重要性的值aij = b，表示i指標(biāo)比j指標(biāo)重要b倍，則aij = 1/aji。由此可以構(gòu)造判斷矩陣A：

各指標(biāo)的權(quán)重值wi的計算公式為：

然后由次級目標(biāo)的權(quán)重值與各個次級目標(biāo)所包含指標(biāo)的權(quán)重值相乘，計算各指標(biāo)的權(quán)重總排序。

初步完成權(quán)重值計算后，必須進(jìn)行一致性檢驗，在本研究中要對各個判斷矩陣分別進(jìn)行一致性檢驗，即判斷矩陣的最大特征根必須通過一致性檢驗，以判斷矩陣A為例，其一致性檢驗過程為：

由下式求出W的排序權(quán)重

式中：A為判斷矩陣;為最大特征根;W為最大特征根對應(yīng)的特征向量。

由歸一化的初值向量，計算直至收斂，則，于是當(dāng)CI和RI值比較可檢驗結(jié)果的一致性，矩陣滿足認(rèn)為判斷矩陣滿足一致性檢驗，根據(jù)層次分析法確定的各評價指標(biāo)的權(quán)重值見表1。

2.3 評價指標(biāo)安全指數(shù)

Y（ i）、X（ i） 和P（ i）分別為第i 個評價指標(biāo)的基準(zhǔn)值、實際值和安全指數(shù)，0 ≤P（ i） ≤1，則：

正安全趨向性指標(biāo)：當(dāng)X（ i） ≥Y（ i），則P（ i）= 1;當(dāng)X（ i） < Y（ i），則P（ i） = X（ i）/Y（ i） ×100 %;負(fù)安全趨向性指標(biāo)：當(dāng)X（ i） ≤Y（ i），則P（ i）= 1，當(dāng)X（ i） > Y（ i），則P（ i） = Y（ i）/X（ i） ×100 %。

據(jù)此，分別計算2000和2015年各指標(biāo)的土地生態(tài)安全指數(shù)（見表2）。

2.4 土地生態(tài)安全評價

采用加權(quán)求和的方法，確定土地生態(tài)綜合安全值的計算模型：

式中：T 為土地生態(tài)安全值;n為指標(biāo)項數(shù);Pi為各指標(biāo)安全指數(shù);W i為各指標(biāo)權(quán)重。

據(jù)此，分別計算2000和2015年的土地生態(tài)安全綜合指數(shù)，結(jié)果如表3所示。

借鑒同類研究基礎(chǔ)，將環(huán)首都綠色經(jīng)濟圈土地生態(tài)安全分為安全級（>0.80）、良好級（0.60-0.80）、敏感級（0.50-0.60）、風(fēng)險級（0.40-0.50）和惡劣級（≤0.40）五個等級。

3 土地生態(tài)安全評價結(jié)果分析

分析上述計算結(jié)果，環(huán)首都經(jīng)濟圈2000年的土地生態(tài)安全均處于良好級，2015年處于敏感級，土地生態(tài)安全的風(fēng)險在增大，有惡化的趨勢。

環(huán)首都經(jīng)濟圈各縣2000年土地生態(tài)安全處于惡劣級有2個，分別為香河縣和三河市，2015年處于惡劣級分別是香河縣和涿州市;2000年土地生態(tài)安全處于風(fēng)險級有5個，分別是固安縣、大廠縣、廊坊市、涿州市、淶水縣，2015年減少為4個，分別是固安縣、大廠縣、三河市、廊坊市;2000年土地生態(tài)安全處于敏感級有1個，為興隆縣，2015年增加為2個，分別是興隆縣、淶水縣;2000年土地生態(tài)安全處于良好級有5個，分別是灤平縣、豐寧縣、懷來縣、涿鹿縣、赤城縣，2015年未發(fā)生變化。與2000年相比，2015年共有3個縣市土地生態(tài)安全級別發(fā)生變化，分別為涿州市、淶水縣、三河市。

從區(qū)域角度分析，環(huán)首都經(jīng)濟圈各區(qū)縣土地生態(tài)安全程度相差較大。2015年，位于北京市西部和北部的幾個山區(qū)縣，如興隆縣（0.593）、灤平縣（0.649）、豐寧縣（0.639）、淶水縣（0.509）、懷來縣（0.621）、涿鹿縣（0.658）和赤城縣（0.691）等，土地生態(tài)程度明顯較好，土地生態(tài)安全指數(shù)絕大部分在0.6以上，屬于良好級，這與該地區(qū)生態(tài)環(huán)境較好，森林和草地面積較大，人口密度小，土地利用程度較低等因素有直接的關(guān)系。位于北京市南部和東部的幾個平原縣（市、區(qū)），如固安縣（0.406）、香河縣（0.389）、大廠縣（0.436）、三河市（0.449）、廊坊市區(qū)（0.500）和涿州市（0.377）等，土地生態(tài)安全程度則普遍較差，土地生態(tài)安全指數(shù)均處在≤0.5的風(fēng)險級，香河縣和涿州市甚至處于≤0.40的惡劣級，說明這些地區(qū)的土地面臨較大的生態(tài)安全風(fēng)險，原因是該區(qū)域地處平原區(qū)，土地開發(fā)較早，森林、草地等自然植被很少，耕地、建設(shè)用地面積較大，人口稠密，經(jīng)濟發(fā)達(dá)，土地利用程度很高，土壤污染問題嚴(yán)重，土地生態(tài)安全面臨較大的威脅。

4 結(jié)論

通過對環(huán)首都綠色經(jīng)濟圈土地生態(tài)安全評價的研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)首都綠色經(jīng)濟圈整體土地生態(tài)安全的風(fēng)險在慢慢增大，有惡化的趨勢。且各區(qū)域之間土地生態(tài)安全程度有明顯差異，部分土地生態(tài)程度明顯較好，部分土壤污染問題嚴(yán)重，土地生態(tài)安全面臨較大威脅。因此不僅要注重環(huán)首都綠色經(jīng)濟圈生態(tài)安全對京津冀區(qū)域生態(tài)平衡與可持續(xù)發(fā)展，還要注重區(qū)域協(xié)同綠色發(fā)展，土地生態(tài)安全是環(huán)首都綠色經(jīng)濟圈發(fā)展的關(guān)鍵所在。

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