甘肅省土地生態(tài)安全空間差異評價

馬小林，侯慶豐

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，甘肅蘭州730070）

引言

土地生態(tài)安全是指一定時空范圍內(nèi)，土地生態(tài)系統(tǒng)能夠保持自身結(jié)構(gòu)、功能穩(wěn)定或不受干擾的狀態(tài)[1]。土地生態(tài)安全作為生態(tài)安全的基石，是實現(xiàn)糧食安全、經(jīng)濟安全和社會安全的基礎(chǔ)和保障。然而隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和土地資源的不合理利用，森林植被破壞、土壤污染、水土流失等生態(tài)問題日益突出，直接威脅著土地資源的生態(tài)安全，同時也制約了社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。土地生態(tài)安全問題不僅受到?jīng)Q策者的重視，也成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界研究的熱點。對區(qū)域土地生態(tài)安全[2]進行科學(xué)評價，有助于了解土地健康狀況，可為土地利用規(guī)劃管理和土地生態(tài)安全預(yù)警提供科學(xué)依據(jù)，對于實現(xiàn)土地可持續(xù)利用[3]具有重要的現(xiàn)實意義。

國外土地生態(tài)安全評價的研究主要圍繞生態(tài)風(fēng)險和生態(tài)系統(tǒng)健康展開[4]，對于不同的生態(tài)系統(tǒng)，有不同的評價模型。國內(nèi)土地生態(tài)安全評價研究[5]目前尚處于實踐和探索階段，在評價指標模型上，運用較為廣泛的主要有“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”模型[6]和“自然—經(jīng)濟—社會”模型；在評價方法上，逐步從定性為主轉(zhuǎn)為定量為主，物元模型[7]、主成分分析法[8]、綜合指數(shù)法、生態(tài)足跡、RBF 模型[9]等方法逐漸被運用到評價中，同時，隨著空間信息技術(shù)的發(fā)展，基于GIS[10-12]技術(shù)的土地生態(tài)安全評價方法[13]正逐步發(fā)展起來；在研究尺度上，省域尺度、地市級尺度以及生態(tài)敏感區(qū)均展開過實證研究。以上研究極大地豐富了我國土地生態(tài)安全評價的理論與方法，且存在以下特點：第一，指標權(quán)重的計算多采用層次分析法、特爾菲法，熵值法，理論經(jīng)驗豐富；第二，大多數(shù)學(xué)者關(guān)注的是某區(qū)域的土地生態(tài)安全在時間序列上的變化，而針對區(qū)域內(nèi)部的空間差異進行研究的不多；第三，已有的研究傾向于以東部發(fā)達地區(qū)為研究對象，而以中西部為研究對象的尚不多見。鑒于以上各方面，本文運用熵值法對甘肅省土地生態(tài)安全空間差異及其影響因素進行研究，并提出針對性的對策建議，以期為甘肅省土地資源的合理開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)，也可為類似區(qū)域的土地生態(tài)安全評價提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

甘肅省位于我國西北部，黃河上游，位于92°13′～108°46′E、32°11′～42°57′N 之間，地處黃土高原、內(nèi)蒙古高原和青藏高原的交匯地帶，地勢自西南向東北傾斜，地貌基本涵蓋了山地、高原、平原、河谷、沙漠、戈壁等多種類型，地域遼闊。東西寬約1659 km，南北長約530 km，面積約453700 km2，約占我國國土總面積的4.72%?，F(xiàn)轄12個地級市2個自治州，分別為蘭州市、嘉峪關(guān)市、金昌市、白銀市、天水市、酒泉市、張掖市、武威市、定西市、隴南市、平?jīng)鍪?、慶陽市、臨夏回族自治州和甘南藏族自治州。

甘肅氣候類型復(fù)雜多樣，各地氣候差別很大，冬春干旱而少酷寒，夏季多暴雨而冷暖變化大，年均氣溫-3～16℃，年降水量在36.6～734.9 mm 左右，大致從東南向西北遞減，烏鞘嶺以西降水明顯減少，隴南山區(qū)和祁連山東段降水偏多，受季風(fēng)影響，降水多集中在6～8月份，占全年降水量的50%～70%。境內(nèi)主要河流有黃河、涇河、洮河、渭河、白龍江等。生態(tài)環(huán)境十分脆弱，往往一經(jīng)破壞很難恢復(fù)原狀，并直接影響全國環(huán)境格局，因此是我國生態(tài)保護的第一線、環(huán)境治理的前沿陣地。人均土地資源、礦產(chǎn)資源較豐富，但人均水資源、森林資源等較短缺，土地利用類型多樣，近年來隨著建筑用地的增多，草地和林地的減少，以及部分地區(qū)不合理的土地開發(fā)、過度的放牧導(dǎo)致大量地區(qū)因超過環(huán)境承載力而土地“三化”現(xiàn)象日益嚴峻[14]。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

2.1.1 指標權(quán)重確定方法。熵最初來源于物理學(xué)中的熱力學(xué)概念，主要反映系統(tǒng)的混亂程度。熵值法[15-18]是一種客觀賦權(quán)方法，它通過計算指標的信息熵，根據(jù)指標的相對變化程度對系統(tǒng)整體的影響來決定指標的權(quán)重，相對變化程度大的指標具有較大的權(quán)重。在由n個地區(qū)、m個評價指標所構(gòu)成的指標數(shù)據(jù)矩陣X={xij}n×m中，數(shù)據(jù)的離散程度越大，信息熵越小，其提供的信息量越大，該指標對綜合評價的影響越大，其權(quán)重也應(yīng)越大；反之其權(quán)重則越小。用熵值法確定指標權(quán)重，可以克服主觀賦權(quán)法無法避免的隨機性、臆斷性問題，有效解決多指標變量間信息的重疊問題，增強指標權(quán)重的客觀性、準確性和可信度。所以，本文嘗試根據(jù)15年甘肅省各地州市的數(shù)據(jù)中抽取的樣本數(shù)據(jù)，用信息熵來確定20 項指標的權(quán)重，對甘肅省各地進行評價。計算步驟如下：

建立數(shù)據(jù)矩陣：

其中Xij為第i 市第j個指標的數(shù)值。

將原始數(shù)據(jù)標準化：

將各指標同度量化，計算第j 項指標下，第i城市占該指標比重（Pij）：

計算第j 項指標熵值（ej）：

計算第j 項指標的差異系數(shù)（gj）：gj=1-ej

對差異系數(shù)歸一化，計算第j 項指標的權(quán)重（Wj）：得到各項指標權(quán)重。

2.1.2 評價標準。依據(jù)以往各地在當(dāng)?shù)剡M行土地生態(tài)安全評價時的評價標準，參考情況相近地區(qū)的土地生態(tài)安全評價實例，結(jié)合目前甘肅省生態(tài)建設(shè)目標對甘肅省土地生態(tài)提出更高的要求（即提高土地生態(tài)等級的閾值），設(shè)置甘肅省土地生態(tài)安全標準綜合評價表，將土地生態(tài)安全綜合值Si（范圍：0＜Si＜1）非等距的分為5個等級，土地生態(tài)安全綜合值越高，土地生態(tài)安全程度也就越高；反之，土地生態(tài)安全綜合值越低，土地生態(tài)安全程度越低。甘肅省5個等級的土地生態(tài)安全狀況描述詳見表1。

表1 甘肅省土地生態(tài)安全標準綜合評價表

2.1.3 數(shù)據(jù)來源。本文數(shù)據(jù)主要包括統(tǒng)計資料和文獻資料，其中統(tǒng)計資料來自2016年《甘肅發(fā)展年鑒》和《甘肅統(tǒng)計年鑒》，文獻資料來自中國知網(wǎng)。

2.2 評價方法

目前土地生態(tài)安全的評價方法主要有綜合指數(shù)法[19，20]、主成分分析法[21]、層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)法[22]、模糊分析法[23，24]和物元評判法[25]，各自評價方法都有自己的優(yōu)點和不足之處。運用綜合指數(shù)法，將多個指標安全值與其對應(yīng)的權(quán)重進行計算綜合指數(shù)法將單項指標的安全值通過一定的數(shù)學(xué)運算方法進行計算，從而得出綜合值，模型公式為：

其中，z 為土地生態(tài)安全綜合值，Si為第i個指標的安全指數(shù)，Wi為第i個指標的權(quán)重，n 為指標總數(shù)。

3 結(jié)果與分析

3.1 評價指標構(gòu)建

評價土地生態(tài)安全必須要有一套明確的量化指標，指標體系的建立是土地生態(tài)安全評價的核心部分，是關(guān)系到評價結(jié)果可信度的關(guān)鍵因素，為了構(gòu)建科學(xué)合理的評價指標體系，遵循科學(xué)性、可比性、可操作性、層次性、區(qū)域性、簡潔性等基本原則，結(jié)合甘肅省實際情況以及指標數(shù)據(jù)的可獲取性，同時借鑒前人對省域土地安全評價的研究成果，力求評價指標能夠準確反映甘肅省的社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境，以及人類活動對土地生態(tài)安全的影響。

本文以人口自然增長率、城市化水平、人均耕地面積、人均日生活用水量、城市用水普及率、城市燃氣普及率、農(nóng)林水利事務(wù)支出占財政總支出比重反映社會狀況，人口增長、人均資源占有量減少以及城市擴張，都會對土地生態(tài)安全造成很大壓力；用人均GDP、GDP 增長率、第三產(chǎn)業(yè)占GDP 比重反映經(jīng)濟建設(shè)狀況，土地經(jīng)濟供給是建立在土地自然供給的基礎(chǔ)之上的，土地自然供給是經(jīng)濟供給的前提，因此，經(jīng)濟穩(wěn)定發(fā)展離不開土地生態(tài)系統(tǒng)的安全協(xié)調(diào)發(fā)展，同時，土地生態(tài)安全維持相對穩(wěn)定狀態(tài)又能夠促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展；年降水量、年蒸發(fā)量、自然災(zāi)害受災(zāi)面積、工業(yè)廢水排放總量等反映生態(tài)環(huán)境狀況，工業(yè)廢水的排放、降水量等都會影響土地的質(zhì)量和區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)安全程度。因此，本文選取20 項評價指標對甘肅省土地生態(tài)安全進行研究。具體指標詳見表2。

表2 甘肅省土地生態(tài)安全評價指標

3.2 指標權(quán)重的確定

按照已經(jīng)構(gòu)建好的評價指標體系，將原始數(shù)據(jù)進行標準化，結(jié)果見表3。

表3 甘肅省土地生態(tài)安全評價指標數(shù)據(jù)標準化值

最終確定出各指標的權(quán)重值，詳見表5。

3.3 評價結(jié)果分析

綜合利用表5 各項指標的權(quán)重，計算第i 市的土地生態(tài)安全綜合值（Si），并進行排名得到表6。

按照變異系數(shù)公式計算出各指標的變異系數(shù)值，結(jié)果見表4。

表4 土地安全評價指標差異系數(shù)表

將評價得到的土地生態(tài)安全綜合值與等級判別標準對應(yīng)起來，得到2015年甘肅省14個地州市土地生態(tài)安全等級結(jié)果及其土地生態(tài)安全狀態(tài)，詳見表7。并據(jù)此利用ArcGIS 軟件制作出甘肅省土地生態(tài)安全地圖，見圖1 和圖2。

表5 甘肅省土地生態(tài)安全各項評價指標權(quán)重

表6 甘肅省土地生態(tài)安全評價綜合值與排名

由表7、圖1、圖2 可看出，2015年甘肅省的蘭州市、嘉峪關(guān)市、金昌市、白銀市、張掖市、平?jīng)鍪?、酒泉市、慶陽市的土地安全狀態(tài)都在較安全狀態(tài)以上，其面積約占甘肅省土地總面積的64.71%，其中理想安全狀態(tài)的約占49.61%，其他地區(qū)的土地生態(tài)安全狀態(tài)均處在臨界安全狀態(tài)以下，約占甘肅省土地總面積的31.58%，全省僅約3.57%的土地生態(tài)安全等級處于安全級別，約46.68%的土地生態(tài)安全在預(yù)警級別以下，甘肅省共計14個地州市中僅有28.57%的地區(qū)的土地生態(tài)安全級別是良好級以上，甘肅省土地生態(tài)安全狀況整體上不容樂觀。

表7 2015年甘肅省14 地州市土地生態(tài)安全評價結(jié)果

圖1 甘肅省土地生態(tài)安全等級地圖

圖2 甘肅省土地生態(tài)安全狀態(tài)地圖

根據(jù)上述結(jié)果進行分析發(fā)現(xiàn)，土地生態(tài)安全狀況較好的蘭州市、張掖市、慶陽市等地區(qū)，除去慶陽市本身的自然條件基礎(chǔ)較好以外，其余地區(qū)的自然條件并不是很完備，而相反的是，類似天水市、隴南市、甘南藏族自治州等這些自然條件基礎(chǔ)在甘肅省來說相對優(yōu)越的地區(qū)，土地生態(tài)安全狀態(tài)反而不是很安全，有的土地安全級別處在風(fēng)險級甚至危險級。通過查閱相關(guān)資料，結(jié)合甘肅省各地區(qū)特點發(fā)現(xiàn)，土地生態(tài)安全級別處在風(fēng)險級以下的甘南州、臨夏州等地區(qū)，多位于甘肅省中南部，這些地區(qū)有的雖自然條件很好，但地形復(fù)雜，交通多有不便，經(jīng)濟上較為單純的依靠第三產(chǎn)業(yè)，未形成有效的綜合產(chǎn)業(yè)鏈，應(yīng)對市場環(huán)境突變的能力較弱，且多位于少數(shù)民族聚居區(qū)或貧困地區(qū)，政府財政支出多用于扶貧改善民生工作，結(jié)余才用于進行土地整治和生態(tài)改善，人口城市化水平不是很高，人口密度不是很大，部分地區(qū)人民生產(chǎn)生活能源來源較為傳統(tǒng)。而蘭州市、慶陽市、張掖市等土地生態(tài)安全狀況較好的地區(qū)，多位于甘肅省東部、西部和中北部，這些城市有的歷史悠久，交通條件較便利，經(jīng)濟較發(fā)達，第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展平穩(wěn)，第二產(chǎn)業(yè)自建國以來依托國家政策一直占有重要地位，第三產(chǎn)業(yè)的比重迅速上升，形成綜合經(jīng)濟模式，人口城市化水平較高，以外來企業(yè)職工為主且人口多集中在城鎮(zhèn)的嘉峪關(guān)市最為顯著，并積極響應(yīng)國家政策大力改善區(qū)域內(nèi)環(huán)境生態(tài)狀況，在環(huán)境治理改善工程方面的財政支出較大。因此，可總結(jié)得出，社會狀況和經(jīng)濟狀況是影響甘肅省土地生態(tài)安全狀況及空間上差異的主要因素，生態(tài)環(huán)境是重要的影響因素。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

4.1.1 推進土地整治工程的開展，優(yōu)化用地結(jié)構(gòu)和規(guī)模。同時將土地生態(tài)價值納入經(jīng)濟核算的制度，逐步完善土地生態(tài)補償機制，使土地利用朝著生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)可持續(xù)的方向發(fā)展。

4.1.2 調(diào)整城市工業(yè)布局和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，并控制人口增長，提高城市化水平。抓住國家政策機遇，形成綜合經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)鏈，增強地區(qū)經(jīng)濟對市場的應(yīng)變能力，加強環(huán)境保護教育宣傳，各地區(qū)向土地生態(tài)治理成果突出的地區(qū)學(xué)習(xí)經(jīng)驗，互相協(xié)作，統(tǒng)籌兼顧，共同發(fā)展。

4.1.3 控制三廢的排放及農(nóng)藥化肥的過量使用，嚴守耕地紅線，提高耕地質(zhì)量。在控制建設(shè)用地增長基礎(chǔ)上，嚴格監(jiān)督建設(shè)用地在開發(fā)過程中對耕地的占用，推進對廢棄地的復(fù)墾和生態(tài)修復(fù)工程。

4.1.4 加強重要生態(tài)功能保護區(qū)的保護，提高植被覆蓋率。土地生態(tài)安全較差的地區(qū)，政府應(yīng)努力為當(dāng)?shù)鼐用裾业叫碌纳a(chǎn)能源。

4.1.5 繼續(xù)倡導(dǎo)藍天工程和增加綠植工程，各地區(qū)及時抓住政策機遇，經(jīng)濟狀況較差地區(qū)要繼續(xù)加大民生改善財政支出，并努力為人民謀得新興生活能源和生產(chǎn)來源，適當(dāng)加大土地生態(tài)改造的財政支出，可以邊發(fā)展邊保護和治理。

4.2 討論

本文結(jié)合以往其他省的土地生態(tài)安全評價實例，對甘肅省土地生態(tài)安全分析指標的選取和權(quán)重的確定及劃分等級的標準值做了初步的嘗試，并綜合考慮了甘肅省經(jīng)濟建設(shè)和生態(tài)發(fā)展社會目標，初步建立了甘肅省土地生態(tài)安全評價指標體系，在一定程度上是能夠真實反映出評價時段內(nèi)甘肅省土地生態(tài)安全總體情況的，對目前土地利用規(guī)劃和土地生態(tài)安全研究具有一定的借鑒意義。由于部分數(shù)據(jù)的獲取難度和標準確定較難，因此本文中的甘肅省土地生態(tài)安全分析指標體系的構(gòu)建和評價標準的劃分區(qū)間選取有待進一步完善。