基于EES模型的廣州市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)分析

張曉露 呂明超 鄧一榮 莊長(zhǎng)偉 劉麗麗

(廣東省環(huán)境科學(xué)研究院/廣東省污染場(chǎng)地環(huán)境管理與修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和粵港澳環(huán)境質(zhì)量協(xié)同創(chuàng)新聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510045)

引言

生態(tài)安全是指一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的生態(tài)環(huán)境資源狀況少受或不受資源和環(huán)境的限制和威脅，是體現(xiàn)國(guó)家安全和社會(huì)穩(wěn)定的一個(gè)因素[1]。隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人口的不斷增加以及越來越頻繁的人類活動(dòng)，人類對(duì)土地的需求日益增長(zhǎng)，人地矛盾也在不斷加劇，研究區(qū)域的土地生態(tài)安全對(duì)其土地可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有一定的參考意義[2]。為此，國(guó)家高度關(guān)注生態(tài)安全問題。黨的十八大把生態(tài)文明建設(shè)放在突出地位；黨的十九大報(bào)告提出了“積極參與全球環(huán)境治理，落實(shí)減排承諾”、“為全球生態(tài)安全作出貢獻(xiàn)”的要求；黨的十九屆五中全會(huì)再次明確，要堅(jiān)持“綠水青山就是金山銀山”理念，守住自然生態(tài)安全邊界。

廣州作為改革開放的先行區(qū)和習(xí)近平生態(tài)文明思想的踐行區(qū)，近年來，市、區(qū)兩級(jí)投入近7億元，建成了19個(gè)公園，面積達(dá)240萬m2；廣州的城市綠化覆蓋率從2000年的31.6%增加到2019年的45.5%。廣州在城市生態(tài)建設(shè)上獨(dú)具匠心，其中一大亮點(diǎn)是打造“空中花廊”。此外，廣州全力實(shí)施新一輪綠化廣東大行動(dòng)和“花城綠城水城”戰(zhàn)略，重點(diǎn)保護(hù)好面積達(dá)2066.67hm2的“北肺”白云山風(fēng)景名勝區(qū)和866.66hm2的“南肺”海珠湖國(guó)家濕地公園，打造環(huán)境、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的城市。

近年來，土地生態(tài)安全越來越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注，國(guó)外對(duì)生態(tài)安全的研究可追溯到20世紀(jì)40年代[3]，國(guó)內(nèi)的研究在20世紀(jì)90年代逐漸開始。在研究尺度上，涉及國(guó)家[4]、流域[5]、省域[6]、市域[7]、縣域[8]等，整體中小尺度的研究偏多。在研究模型上，涉及PSR[9]、EES[7]以及混合模型[10]等，以這3類模型為基礎(chǔ)，在研究中逐漸衍生出DPSIR、REES以及NEES等模型[11-13]。在評(píng)價(jià)方法上，熵值法[6]、主成分分析[12]、物元分析法[5,11]等也得到廣泛使用。

1 研究區(qū)域概況

廣州市位于廣東省的中南部，地勢(shì)東北高，西南低，屬于低山丘陵地區(qū)，土地總面積為7434km2，轄11個(gè)區(qū)縣，是廣東省政治、經(jīng)濟(jì)、文化、教育和科技中心，也是粵港澳大灣區(qū)中心城市之一。2020年，廣州市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值25019.11億元，據(jù)第七次人口普查數(shù)據(jù)，廣州市常住人口1867.66萬人，占全省總?cè)丝诘?4.82%。

在環(huán)境方面，廣州市2020年P(guān)M2.5年平均值為23μg·m-3，空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)為331d，空氣質(zhì)量明顯改善；10個(gè)城市集中式飲用水水源地水質(zhì)達(dá)標(biāo)率均穩(wěn)定保持在100%。

2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來源于《廣東省統(tǒng)計(jì)年鑒2000—2020》、《廣州市統(tǒng)計(jì)年鑒2000—2020》以及廣州市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2000—2020)，部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于廣東省自然資源廳、農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳官方網(wǎng)站公開數(shù)據(jù)。

2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

EES模型是多屬性的協(xié)同模型，具有環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)屬性的復(fù)合系統(tǒng)，綜合反映區(qū)域生態(tài)安全的影響因素[7,14]。在遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、代表性和完整性等原則的基礎(chǔ)上，根據(jù)研究區(qū)域的特點(diǎn)與實(shí)際情況，參考國(guó)內(nèi)已有研究[8,14]，以EES模型為框架，選取23個(gè)指標(biāo)構(gòu)建廣州土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2.3 無綱量化處理

由于評(píng)價(jià)指標(biāo)性質(zhì)各不相同不具可比性，先對(duì)其進(jìn)行無綱量化處理，正向和負(fù)向指標(biāo)的處理公式如下。

正向指標(biāo)：

(1)

負(fù)向指標(biāo)：

(2)

式中，Xij為i年第j項(xiàng)指標(biāo)無綱量化后的值；xij為某項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)際值；maxxj和minxj分別為指標(biāo)的最大值和最小值；k為平移距離。

2.4 熵值法確定權(quán)重

計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的第i年樣本值的比重pij：

(3)

計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值ej：

(4)

計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)差異系數(shù)gj：

gj=1-ej

(5)

計(jì)算指標(biāo)權(quán)數(shù)wj：

(6)

根據(jù)熵值法計(jì)算可得廣州市土地生態(tài)安全各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，見表1。

表1 廣州市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重

2.5 土地生態(tài)安全綜合指數(shù)

運(yùn)用加權(quán)求和的方法獲得廣州市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的綜合分值，計(jì)算公式：

(7)

式中，Xij為i年第j項(xiàng)指標(biāo)無綱量化后的值；wj為j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值。

為科學(xué)合理地反映區(qū)域土地生態(tài)安全水平狀況，參考已有研究[8,14]并結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況，將土地生態(tài)安全大致劃分為5個(gè)等級(jí)，見表2。

表2 土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)劃分標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果及分析

3.1 土地生態(tài)安全綜合指數(shù)分析

2000—2019年，廣州市土地生態(tài)安全綜合指數(shù)從29.94上升至77.49，見表3，整體呈現(xiàn)向好發(fā)展趨勢(shì),見圖1，生態(tài)安全等級(jí)顯著提升，生態(tài)環(huán)境得到明顯改善。其中可以分為2個(gè)階段，2000—2008年，呈現(xiàn)波浪式上升趨勢(shì)，生態(tài)安全指數(shù)普遍較低，安全等級(jí)處于Ⅴ和Ⅳ級(jí)，2000年、2004年及2006年均為Ⅴ級(jí)，在2006年出現(xiàn)最低值29.52；2009—2019年，呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)，綜合指數(shù)不斷提高，安全等級(jí)逐步提升，在2016年開始達(dá)到較為安全狀態(tài)，全市土地生態(tài)安全等級(jí)從Ⅳ級(jí)向Ⅱ級(jí)改善。

表3 2000—2019年廣州市土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果

環(huán)境指數(shù)前期表現(xiàn)突出，但由于經(jīng)濟(jì)和社會(huì)指數(shù)過低，廣州市的土地生態(tài)安全等級(jí)總體較低，這一時(shí)期的環(huán)境指數(shù)下降速率大于經(jīng)濟(jì)指數(shù)增長(zhǎng)速率。2009年以后，經(jīng)濟(jì)指數(shù)顯著增長(zhǎng)，環(huán)境指數(shù)呈穩(wěn)定略升趨勢(shì)，到2011年，經(jīng)濟(jì)指數(shù)開始超越環(huán)境指數(shù)，至2019年增長(zhǎng)為環(huán)境指數(shù)的2.08倍；社會(huì)指數(shù)與環(huán)境指數(shù)的差距也在不斷縮小。由此可見，廣州市的經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷提高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展從犧牲環(huán)境的發(fā)展模式逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色發(fā)展的模式，綜合競(jìng)爭(zhēng)力顯著提升。

3.2 環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)指數(shù)分析

廣州市土地生態(tài)安全環(huán)境指數(shù)呈現(xiàn)先下降后上升走勢(shì)，見圖1。2000—2009年波動(dòng)下降，2009年開始逐漸回升，緩慢上漲。土地墾殖率下降、一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量、工業(yè)廢水、二氧化硫和粉塵的排放量增加，是影響環(huán)境指數(shù)增長(zhǎng)的主要因素。由于2000—2009年是廣州市重工業(yè)的大幅增長(zhǎng)時(shí)期，工業(yè)發(fā)展對(duì)環(huán)境造成了一定的負(fù)擔(dān)，在2007年，廣州發(fā)布了《關(guān)于廣州市區(qū)產(chǎn)業(yè)“退二進(jìn)三”工作實(shí)施意見》的意見，隨著“退二進(jìn)三”工作的推進(jìn)，大量重工業(yè)企業(yè)關(guān)停搬遷，有助于廣州市提升總體環(huán)境質(zhì)量。

圖1 2000—2019年廣州市土地生態(tài)安全狀態(tài)

廣州市土地生態(tài)安全經(jīng)濟(jì)指數(shù)呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)，整體先緩后快，由2000年的0.46上升到2019年的39.9，在3項(xiàng)指數(shù)中增幅最大，達(dá)到85.61%。其中，農(nóng)民純收入、地方財(cái)政收入以及社會(huì)消費(fèi)品零售3項(xiàng)指標(biāo)在經(jīng)濟(jì)指數(shù)中所占綜合權(quán)重最大，7項(xiàng)指標(biāo)均呈上升趨勢(shì)。

廣州市土地生態(tài)安全社會(huì)指數(shù)呈現(xiàn)小幅波動(dòng)但總體平穩(wěn)的趨勢(shì)，2000—2006年平緩上升，2007—2010年經(jīng)歷波動(dòng)階段，2010開始平穩(wěn)增長(zhǎng)?？蒲小⒔逃度胫笜?biāo)表現(xiàn)最為突出，也是23個(gè)指標(biāo)中權(quán)重最大的指標(biāo)，對(duì)社會(huì)指數(shù)的影響較大。

綜上，要提高廣州市土地生態(tài)安全狀況，在保持經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展的同時(shí)，也要加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，繼續(xù)鞏固經(jīng)濟(jì)和社會(huì)層面的建設(shè)，重視環(huán)境方面存在的問題，促進(jìn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)三者協(xié)調(diào)發(fā)展[7]。

4 結(jié)論

2000—2019年，廣州市土地生態(tài)安全呈穩(wěn)中向好的發(fā)展趨勢(shì)，綜合指數(shù)從29.94上升至77.49，安全等級(jí)從Ⅴ級(jí)向Ⅱ級(jí)提升，生態(tài)安全有明顯改善。其中，2000—2008年，安全等級(jí)較低，整體處于Ⅴ級(jí)及Ⅳ級(jí)；2009年開始不斷上升，在2016年達(dá)到Ⅱ級(jí)水平。

環(huán)境指數(shù)呈現(xiàn)先下降后回升走勢(shì)，上升速度較為平緩，地墾殖率下降、一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量、工業(yè)廢水、二氧化硫和粉塵等指標(biāo)影響增長(zhǎng)。經(jīng)濟(jì)指數(shù)持續(xù)上升，增幅最大，增長(zhǎng)速度先緩后快，各項(xiàng)指標(biāo)均呈上升趨勢(shì)。社會(huì)指數(shù)呈現(xiàn)小幅波動(dòng)總體平穩(wěn)上升趨勢(shì)，其中科研、教育投入指標(biāo)影響最為突出。

在未來的發(fā)展中，廣州市要進(jìn)一步處理好經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，在鞏固經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，也要增強(qiáng)環(huán)境建設(shè)，以實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)發(fā)展。

生態(tài)安全問題涉及多項(xiàng)因素，是一項(xiàng)復(fù)雜的問題，由于數(shù)據(jù)的可獲得性、連續(xù)性以及研究方法本身的局限性，指標(biāo)體系在一定程度上存在不完善，在后續(xù)的研究中將繼續(xù)完善指標(biāo)體系的建立、改進(jìn)生態(tài)安全的評(píng)價(jià)方法。