西北荒漠化地区土地生态安全评价——以酒泉市为例

刘凌冰, 李世平

(西北农林科技大学 经济管理学院, 陕西 杨凌 712100)

西北荒漠化地区土地生态安全评价
——以酒泉市为例

刘凌冰, 李世平

(西北农林科技大学 经济管理学院, 陕西 杨凌 712100)

选择酒泉市作为研究区域，结合西部荒漠化地区的特点，利用PSR框架模型构建土地生态安全评价指标体系。通过熵权法和综合评价法计算土地生态安全值，对酒泉市土地生态安全状况进行动态评价和对比分析。结果表明：2000—2011年间酒泉市土地生态安全一直在敏感级别波动，生态问题显著。其中2002年土地安全状况最差，接近风险级别，2011年土地安全状况最好，接近良好级别。整体上酒泉市土地生态安全状况呈正向发展，人口增长率降低、环境污染负荷下降、农耕水平提高、社会经济增长等因素是土地状况改善的主因。

土地生态; 安全评价; 指标体系; PSR模型; 酒泉市

土地是人类一切生产活动和生活行为的空间载体，具有经济效益和自然资源的双重属性[1]。工业化以来，土地自然环境受到人类活动的严峻挑战，水土流失严重，土壤污染加剧，土地生态环境恶化，20世纪90年代开始，土地生态问题成为学者们的研究热点[2-3]。土地生态安全研究作为生态环境研究的重要一环，对于人类合理开发和有效利用土地资源，缓解人地矛盾，促进人地关系协调可持续发展具有重要指导意义。土地生态安全是指土地生态系统在外界因素的影响下，通过系统自身调节和恢复能力能够使其处于不受或者少受损害的状态，保持系统结构和功能的完整健康，同时能够提供满足人类发展需要的服务[4-6]。土地生态安全评价能够有效衡量一个地区的土地状态和功能。

本文在吸取国内外相关研究成果的基础上，选取目前应用最为广泛、相对成熟的PSR模型对酒泉市土地生态安全进行评价。酒泉市作为我国西部典型的土地荒漠化地区，生态环境脆弱，有必要对该地区进行土地生态安全评价研究，也以此为西部荒漠化较为严重的其他地区提供经验和借鉴。

1 研究区概况及数据来源

1.1 酒泉市概况

酒泉市位于甘肃省西北部，河西走廊西端，介于祁连山、阿尔金山与马鬃山之间。地理坐标上处于东经92°09′—100°20′，北纬37°58′—42°48′，东西长680 km，南北宽550 km，总面积19.39万km2。全市辖一区两市四县，总人口110万人。酒泉市气候属半沙漠干旱性气候，主要特征为干旱少雨，日照较长，昼夜温差大，且多风沙。其年均降水量低于100 mm，不足蒸发量的十分之一。年平均日照时数3 056.4 h，日照百分率达到69%。年平均气温3.9～9.3℃。地势上南高北低，南部多山地，北部多砾漠，高质量土地面积较小，可利用土地不多。未利用的盐碱地、石砾地、裸土、裸岩、沙地和沼泽地占全区总土地面积的72%，已利用的川地、园地、林地、草地、城乡居民点、工矿交通用地和水域面积占总土地面积的28%。被巴丹吉林、库姆塔格两大沙漠包围的北部地区，从东到西形成了近千公里的风沙带，戈壁荒漠及沙化土地面积达到1 270万hm2，绿洲面积仅有167万hm2。全市森林面积36万hm2，森林覆盖率仅为1.87%，是全省乃至全国沙漠化最为严重的地区之一。同时土地沙漠化以每年1.8万hm2的速度扩张，每年成灾的风沙危害在10次以上，因风沙危害造成的直接经济损失以及污染、耕地沙化、土地生产力下降等间接经济损失每年近亿元，恶劣的生态环境威胁着全市人民的生存[7-8]。近年来，酒泉市政府加大了对荒漠化的治理，坚持“南护水源、中调结构、北治风沙”的方针，以治沙造林为重点，组织实施绿色生态屏障建设综合治理行动[9]。

1.2 数据来源

本文研究数据来源于甘肃年鉴(2001—2012年)、甘肃农村年鉴(2001—2012年)，中国城市统计年鉴(2001—2012年)，中国环境统计年鉴(2001—2012年)，《新中国60年·甘肃》。

2 区域土地生态安全评价

2.1 构建评价指标体系

本文基于全面性、代表性、科学性和可操作性的原则，利用PSR模型建立酒泉市土地生态安全4层评价指标体系。PSR模型从压力、状态、响应3个有逻辑关联的角度选取评价指标，具有系统性强的优势[10]。其中压力指标反映人类活动给资源环境造成的负荷，状态指标反映自然资源、环境质量与生态系统的状况，响应指标表征人类面临资源环境问题采取的对策和措施[11-12]。指标体系如表1所示。

表1 酒泉市土地生态安全评价指标体系

2.2 设置基准值

目前基准值的设置主要从三个方面选取，包括国家、行业和地方规定标准，相似环境类比标准和科学研究已判定的生态效应标准[13]。本文主要采用国际公认值和全国平均值作为指标基准值。

2.3 计算指标安全指数

计算指标安全指数先要确定指标的趋向性。本文根据指标对土地生态系统安全的影响情况将指标分为正趋向指标和负趋向指标，前者越大越安全，后者越小越安全。指标安全指数按下式计算：

正向指标：xi≥yi时，si=1；xi

负向指标：xi≤yi时，si=1；xi>yi时，si=yi/xi

式中：si——各项指标的安全指数，且0≤si≤1；xi——各指标的实际值；yi——各指标的基准值。

2.4 确定指标权重

确定权重的方法有主观赋权和客观赋权两种，客观赋权法可以尽量减少主观因素对各指标重要程度的影响[14]。本文采用熵权法确定权重。结果如表2所示，计算方法如下：

① 标准化指标数据

式中：xi——某项指标的实际值；xmax，xmin——评价对象内该指标的最大值和最小值；ei——标准化后该指标的实际评价值。

② 计算熵值：熵值是对系统信息无序程度的度量，熵值越大，信息的无序度越高，信息的效用价值越小，反之亦然。假设具有m个样本，n个指标，原始数据矩阵表示为X={xij}m×n，其中xij表示第i个样本第j个指标的实际数值。按照标准化过程进行处理，得到标准化矩阵E={eij}m×n，eij表示第i个样本第j个指标标准化后的评价数值，则第j项指标的熵值定义为：

③ 计算权重：利用指标的熵值衡量指标的信息效用价值，进一步通过信息效用价值的比重计算指标权重。第j项指标的权重定义为：

2.5 计算土地生态综合安全值

选取具有逻辑性强，目标明确，计算简便优点的综合指数法进行土地生态安全综合评价。结果如表3所示，计算公式如下：

式中：z——土地生态系统综合值；si——某一指标的安全值；wi——该指标的权重；n——指标总数。

表2 酒泉市生态安全评价指标基准值、趋向性及指标权重

表3 酒泉市2000-2011年土地生态系统安全值

续表3：

项目2006年2007年2008年2009年2010年2011年人口承载压力0.10740.10700.11880.10850.11660.1191环境污染压力0.09960.10540.10300.11930.12340.1240社会经济压力0.04350.04440.04560.05080.05350.0616土地生态压力安全值0.24840.25470.26520.27620.29100.3018土地利用结构0.12220.12200.12140.12160.12160.1213土地利用质量0.10780.10800.10950.10990.11160.1116土地生态状态安全值0.23000.23000.23090.23150.23320.2329环境治理响应0.04900.05060.04210.04000.04560.0456社会经济响应0.08950.09280.09840.10130.10190.1029土地生态响应安全值0.13840.14340.14050.14120.14750.1485土地生态系统综合安全值0.61690.62810.63660.64890.67170.6832

2.6 区域土地生态安全综合评判标准

根据目前相关研究文献[15-18]，综合考虑设定酒泉市土地生态安全评判标准，该表采用非等间距法将综合安全值分为5个档次，综合安全值越大，土地生态安全状况越好，具体见表4。

表4 酒泉市土地生态安全综合评判标准

注：表中安全值包括上限不包含下限，如0.4～0.6，包含0.6但不包含0.4。

3 土地生态安全评价

3.1 评价结果

酒泉市2000—2011年土地生态系统安全状况一直处于敏感级别，说明酒泉市土地生态环境较差，系统服务功能已退化，受干扰后易恶化，生态问题显著。在这12 a中，虽然一直处于敏感级，但是不同年份土地生态安全值仍有较大差别，其中2002年土地生态安全状况最差，为0.610 8，接近风险级别，2011年土地生态安全状况最好，为0.682 3，接近良好级别。从趋势上看，2000—2005年土地生态安全状况处于波动状态，2006年之后持续好转(图1—4)。

图1 酒泉市土地生态安全值走势

3.2结果分析

(1)目标层变化趋势。2002年酒泉市土地生态安全状况开始下降，这是因为在土地生态系统状态层和响应层安全值有所上升的情况下，压力层安全值下降迅速。2003年土地生态安全状况小幅升高之后，2004年快速增长，主要由于当年土地生态响应安全状况大幅好转。2005年土地生态安全状况回归到2003年的水平，但之后土地生态安全值变化平稳，保持着缓慢上升趋势，到2011年已经达到0.683 2，比最低值高出12%。土地生态系统压力安全值增长是土地安全状态改善的主要推动力。

图2 土地生态系统压力安全值趋势

图3 土地生态系统状态安全值趋势

图4 土地生态系统响应安全值趋势

(2) 准则层变化趋势。土地生态系统压力安全值波动较大。2002年开始单位耕地面积农用化肥施用量大幅增长，从2001年的185 kg/hm2增长到2002年的470.9 kg/hm2，之后历年均高于450 kg/hm2。这导致环境污染压力迅速增加，压力安全值下降明显。2002年之后安全值逐步上升，主要因为废水排放负荷减小，环境污染压力下降，经济增长和城镇化发展又增强了维护和改善土地生态安全状况的能力。同时人口压力虽然呈现波动状态，但是人口自然增长率在2011年已下降到全国平均水平以下。

土地生态系统状态安全值变动最小，曲线平缓，整体变化不显著，这可以通过因素层进行解释。在土地利用状况上，由于酒泉市特殊的荒漠化地理条件，砂石地、沙地、裸土、裸岩等未利用的土地占比达到70%以上，并且难以开发利用，而耕地、林地、草地等农用地和水域面积比重较小，且受自然地理条件的限制变动幅度不大；在土地利用质量上，因为2002年开始水土协调度从之前的低于40%增长到90%以上，导致状态安全值有一定程度的上升，但之后农业成灾率、水土协调度和单位面积粮食产量指标基本优于全国平均值，因而其正面影响虽较大，但变化微弱。

土地生态系统响应安全值波动明显，2004年显著升高是由于当年工业SO2排放量仅为2 464 t，不足其他年份的一半，SO2去除率接近100%，导致环境治理响应安全值上升显著。但2005年之后工业污染治理投入强度降低，SO2去除率下降，环境治理响应明显下滑。相反，社会经济响应因为农业机械化水平和农民人均收入的提高呈现出增长走势。整体上响应安全值2011年比2000年增长了9.24%。

总体来说，2000—2011年间酒泉市土地生态状况没有突破敏感级别，土地生态安全状况既没有严重恶化也没有显著好转。分析认为：酒泉市特殊的荒漠化地理条件限制了土地生态状况的改善，加上气候条件一般，降水量稀少，自然恢复能力不强；同时人为生产活动带来环境污染，但污染治理投入强度却在下降，这些对土地生态安全造成一定的负面影响。但值得注意的是，酒泉市未利用土地面积占比虽然很大，但在有限的农用地面积中，耕地的质量和农业生产条件还是得到了保证，有效灌溉程度、农业机械化水平、单位耕地面积粮食产量均高于全国平均水平；同时人口增长率降低减小了土地的承载压力，经济条件的改善增强了土地生态保护与治理的投资能力。

4 对策与建议

(1) 保持人口低增长，提高人口素质。严格实施国家的人口控制政策，加强环境保护宣传力度，使公众意识到土地生态状况对自身生活有重要影响，提高公众对土地生态保护与防治活动的支持力度，激发公众主动参与意愿，使保护土地生态切实成为全民参与的行动。

(2) 推广节水型农业，建设高效绿洲。通过发展塑料温室及滴灌技术，利用丰富光能，在绿洲之内合理种植，与新型农业技术相结合，在尽量减少化肥施用的同时，努力提高单位耕地产出，提高绿洲内部土地利用效率。

(3) 加大环境治理力度，提高废弃物回收利用率。加大环境污染治理的资金投入，在控制工业废水、废气、废物排放的基础上提高回收利用率和处理率，以有效缓解工业生产造成的污染，同时施用高效低残留农药和有机肥，避免“先污染后治理”。

(4) 增加资金投入，整治荒漠化土地。加强防护林体系建设，大力推广沙拐枣、红柳等沙生灌木混交造林技术，建立防沙治沙示范点，通过封沙封滩、育林育草等途径防止耕地沙漠化，保护绿洲不受边缘沙丘侵袭，遏制非沙化土地向沙化转变。实施生态改造和建设项目，通过生物治理等手段对荒漠化土地进行整治。

(5) 建立长效机制，巩固土地治理成果。在酒泉市政府努力推进“北部防沙治沙及生态恢复、中部绿洲绿色生态屏障建设、南部祁连山水源涵养区生态环境保护”的综合治理项目的同时，建立科学合理的长期规划，保证和监督项目有效实施，做到“治理一片，巩固一片”，切实推进土地生态安全建设工作，改善土地生态状况。

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EvaluationonLandEcologicalSecurityinDesertificationAreasofNorthwestChina—ACaseStudyofJiuquanCity

LIU Ling-bing, LI Shi-ping

(SchoolofEconomicsandManagement,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Given characteristics of the western desertification areas, this paper established the evaluation index system of land ecological security for Jiuquan City by employing PSR model. Based on this, this paper evaluated and analyzed Jiuquan City′s land ecological security by using weighted method and comprehensive evaluation method. The results show that between 2000 and 2011, the level of Jiuquan City′s land ecological security fluctuated around sensitive level, demonstrated obvious ecological problems. Among these years, the year of 2002 was the worst one with risky level, however, the year of 2011 was the best one with favorable level. Overall, decreased growth rate of population, reducing environmental pollution, increased farming level and enhancing social economic development commonly contribute to the improvements of Jiuquan City′s land ecological security.

land ecology; evaluation of security; index; PSR frame; Jiuquan City

2013-10-11

：2013-11-09

刘凌冰(1990—),女,河北承德人,硕士研究生,研究方向:资源经济与环境管理。E-mail:llbrita@163.com

李世平(1963—),男,甘肃武威人,教授,博士生导师,研究方向:资源经济与环境管理。E-mail: lishiping68@126.com

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：1005-3409(2014)04-0190-05