基于三角模型的关中5市土地生态安全区域差异分析

2018-05-14黄美菱黄露滴龙飞利

安徽农业科学 2018年5期

黄美菱黄露滴龙飞利

摘要选取关中平原5市为研究区，根据其土地资源利用现状和经济发展特点，以2009、2012和2015年《陕西统计年鉴》《中国城市统计年鉴》为基础数据，从经济可行性、社会可接受性和资源环境合理性三方面选取16项评价指标，进行标准化处理，运用熵权法确定权重，构建土地生态安全评价指标体系，计算综合指数。运用Grapher软件从3个时间断面构建三角模型，对关中平原5市土地生态安全进行现状和趋势分析。结果表明：三角模型能够客观清晰地反映其现状和变化趋势；关中平原五市总体呈现出经济可行性指数和资源环境合理性指数不断增加，社会可接受性指数降低；土地生态安全状态向较好的方向发展，西安市由弱安全转向一般安全，其余4市由不安全转向弱安全；区域内部发展不均衡，西安市与其余4市差距不断加大。

关键词三角模型；土地生态安全；状态及趋势；关中平原

中图分类号X826；F301文献标识码A文章编号0517-6611（2018）05-0062-04

AbstractTaking five cities of Guanzhong Plain as the research area according to the present situation of the land resources and the characteristics of economic development， based on Shanxi Statistical Yearbook and China City Statistical Yearbook in 2009， 2012 and 2015， selected 16 indexes to build land ecological security evaluation index system from the economic feasibility， social acceptability and resource environment rationality through standardizing， determine the weight， and calculating comprehensive index by some mathematical formulas. Building a triangle mode by the software of Grapher from three years to analyze land ecological security status and trend on the Guanzhong Plain. The results showed that： The triangle model could objectively reflect its present situation and the trend clearly； It presented the economic feasibility and rationality resources environment index increased， and social acceptability decreased； The land ecological security status development to the great direction， Xian form weak security to general safety， and the rest of the 4 cities from unsafe to weak security； The regional internal development uneven， there was a great gap in Xian and other 4 cities.

Key wordsTriangle mode；Ecosecurity of land；Status and trend；Guanzhong Plain

随着人类社会经济迅速发展，人类对自然资源的索取大于其承载力，不注重对资源环境的保护，由此就引发了一系列的土地生态安全问题，例如环境污染、水土流失等问题[1]。土地生态安全指某一区域在一定的时间范围内，土地生态系统能够保持本身结构稳定和不受干扰的状态[2]。土地生态系统的安全与整个生态系统的安全密切相关，是社会经济健康发展的关键。土地生态安全问题日益明显，受到社会各界的关注[3]。对某一区域土地生态安全进行评价，能够了解该区域土地利用是否合理，为进一步研究土地生态安全和土地利用规划提供依据[4]。

综合目前土地生态安全评价的方法，主要有综合指数法、生态足迹法、BP神经网络法、物元分析法等[5-6]。张锐等[7]从土地利用方面建立PSR模型对耕地生态安全进行物元分析；张松男等[8]采用物元法构建评价指标体系对资源型城市进行土地生态评价；裴婷婷等[9]运用PSR模型和层次分析法、综合指数法对白银市土地生态安全进行评价；杜忠潮等[10]从自然、社会和人文三方面选取指标构建评价体系，利用主成分分析法对陕西省土地生态安全进行分析。上述研究为土地生态安全研究现状提供了一些理论参考，但是土地生态安全状况在不断变化，不能揭示出其演变趋势。该研究通过建立三角模型，构建关中平原五市土地生态安全评价体系，以此分析研究关中平原土地生态安全的狀态和趋势。

关中平原是陕西经济发展的重要区域，经历新中国成立以来60多年的建设，如今是西北地区比较优势区域[11]。在丝绸之路经济带等国家战略下，关中地区的经济迅猛发展。目前城市化和工业化进程不断加快，土地结构和布局也发生了相应的变化，势必对土地生态安全造成一定影响。关中地区土地生态安全关系到整个西北地区社会经济的发展，研究结果对该区域经济、城市持续健康发展有重要的指导和借鉴意义。

1数据来源与研究方法

1.1研究区概况

关中平原位于渭北山系和秦岭之间，面积3.6万km2，海拔323～800 m。属于温带季风气候，年平均气温6～13 ℃，年降水量500～800 mm，冬春季降水少，春旱和伏旱天气频繁。关于平原是我国人口密集区之一，人口密度超过500人/km2。2014年末道路面积114.26 km2，绿地面积266.32 km2，工业废水排放量20 344万t，工业二氧化硫排放量305 013万t。人类经济活动的加快给土地生态环境带来巨大压力，而土地生态环境持续健康发展对关中平原社会可持续发展有着重要意义，因此很有必要研究关中平原的土地生态安全问题。

1.2数据来源

数据主要来源于2009、2012和2015年《陕西统计年鉴》[12]，以及2009、2012和2015年《中国城市统计年鉴》[13]。

1.3研究方法

1.3.1三角模型。

三角模型最初是由美国农业部在确定土壤类型时提出的，在环境科学和区域经济等领域得到广泛应用[14]。三角模型对3个相互联系的体系进行可视化的描述，不仅能够反映现状，还能够揭示其演变趋势。土地生态系统是自然、经济和社会相互作用的结果[15]，保证土地生态安全的目标是建立和维护完善的土地生态系统，因此研究土地生态安全必须考虑土地利用的自然、经济、社会效益[16]。该研究利用三角模型的优势，结合关中平原土地利用的特点，选取经济可行性指数（EI）、非社会可接受性指数（NSI）和非资源环境合理性指数（NREI）3组相互关联的指数构建评价体系，对关中平原西安、铜川、宝鸡、咸阳和渭南等5市的土地生态安全状态和趋势进行评价。

图1是通过Grapher软件构建的三角图，此三角形为等边三角形。经济可行性指数（EI）位于三角形顶点，非社会可接受性指数（NSI）以及非资源环境合理性指数（NREI）分别位于两个底点。X轴表示非资源合理性指数（NREI），Y轴表示经济可行性指数（EI），Z轴表示非社会可接受性指数（NSI）。3个轴沿逆时针方向从0～1.0分别被平分为5个指数范围，0～0.2表示非常低，0.2～0.4表示较低，0.4～0.6

表示中等，0.6～0.8表示较高，0.8～1.0表示非常高（图1、

表1），三角形从上到下又被分成 5个区域，分别表示 5 种不

同的土地生态安全状态水平。在三角图中根据3个指数的变化情况可以确定7种土地生态安全变化趋势（图1、表2）。

2.2评价指标体系

根据可操作性原则和数据可获得性原则选取评价指标[17-19]，根据参考文献[20]和关中平原土地利用的特点，从经济可行性、社会可接受性、资源环境合理性选取16个评价指标。经济可行性选取人均GDP、经济密度、第三产业占GDP比重等指标，社会可接受性选取人口密度、城市化水平等指标，资源环境合理性选取建设用地比重、固废综合利用率等指标（表3）。

2.3数据处理

2.3.1标准化处理。

在不同的领域中，指标的评价体系具有不同的量纲和数量级，通过标准化处理减小误差。

正向指标：

Xij=xij/max（xij）（1）

负向指标：

Xij=min（xij）/xij（2）

式中，Xij表示第 i个准则层第j个指标标准值，i=1，2，3，j=1，2，…，16；xij表示某指标原始值；max（xij）表示标准化前某项指标最大值；min（xij）表示标准化前某项指标最小值。

2.3.2确定指标权重。

指标标准化后确定指标权重，方法有层次分析法、主成分分析法等。基于指标的层次性和数据的完整性，选取熵权法计算权重，克服了专家经验、视角等主观因素的影响。

计算第i个准则层第j个指标值的比重：

Yij=Xij/Xij（3）

计算信息熵：

Eij=-k×（Yij×lnYij）（4）

计算信息熵冗余度：

Dj=1-Eij（5）

计算指标权重：

Wi=Dj/Dj（6）

式中，k=1/lnm，m为年数，n为指标数，i=1，2，3，j=1，2，…，16。确定的指标权重值见表3。

2.3.3计算综合指数。

确定指标权重之后计算综合指数，用加权平均法计算经济可行性指数（EI），社会可接受性指数（SI）和资源环境合理性指数（REI），计算公式如下：

EIy=Xij×Wi（i=1，2，3，j=1，2，…，5）（7）

SIy=Xij×Wi（i=1，2，3，j=6，7，…，10）（8）

REIy=Xij×Wi （i=1，2，3，j=11，12，…，16）（9）

式中，y表示第y个研究对象。根据三角模型的特点，选取经济可行性指数（EI），非社会可接受性指数（NSI）和非资源环境合理性指数（NREI），NSI=1-SI，NREI=1-REI。经济可行性指数（EI）越大，非社会可接受性指数（NSI）和非资源环境合理性指数（NREI）越小，土地生态安全性越高，反之则越低。

2结果与分析

2.1土地生态安全评价结果

由表4可知，关中平原5市在2008、2011、2014年3个时间断面经济可行性指数（EI）不断增加，尤其是西安和咸阳在经济上保持较高的增长速度，增幅分别为50%、81%。自从国家实施西部大开发战略和《关中—天水经济区发展规划》后，关中平原各市人均GDP、人均可支配收入和固定资产投资等快速增加，西安市经济密度达到5 439万元/km2。5市非社会可接受性指数（NSI）總体上有所增加，增幅为60%，表明随着经济的高速发展，大量劳动力进入城市，从而推动城市化进程加快，带给社会民生和土地生态安全等问题较大压力。社会可接受性在整体上呈现出缓慢减小。非资源环境合理性指数（NREI）5市都在不断下降，下降幅度较大，说明生态环境不断提高。在发展经济的同时，增加城市绿化率，进行土地整治等措施治理水土流失。工业废水处理率、固废综合利用率、生活垃圾处理率达到80%，各市注重节能减排，促进城市土地生态环境良性发展。

2.2评价结果状态与趋势分析

2.2.1土地生态安全状态分析。

由图2可以看出，关中5市土地生态安全状态在3个时间断面呈现出3个阶段，西安市与其余4市之间差距较大。第一阶段，2008年除了西安市处于弱安全状态，其余4市均处于不安全状态。西安市EI值接近0.4，其余4市EI值均小于0.2，NSI值和NREI值相对较高。西安市作为陕西省的省会城市，经济增长迅速而且资源利用比其余各市更加合理，所以西安市与其余4市差距较大。第二阶段，2011年西安市进入一般安全状态，其余4市進入弱安全状态。经济可行性指数增长明显，EI值均达到0.2以上。非社会可接受性指数增加，除了铜川和宝鸡略有波动，在出现一系列环境问题后，注重经济发展的质量，使得资源环境合理性指数加大。第三阶段，2014年经济可行性指数和生态环境合理性指数均快速增加，EI值整体增加到0.4～0.6，NREI值快速下降，NSI值增加，各市之间的差距加大，西安市由于省会条件的优越性，铜川在最近几年赶超渭南。从关中平原5市整体土地生态安全状态来看，由不安全状态到弱安全状态，再到一般安全状态，安全水平不断提高。

2.2.2土地生态安全趋势分析。

从总体趋势看，西安市与铜川市、宝鸡市、咸阳市、渭南市之间存在较大差距。西安市2008—2014年由不安全转变到一般安全趋势，2014年经济可行性指数和非社会可接受性指数达到较高值，非资源环境合理性指数减小到0.118 0。随着经济快速发展，生态环境承载压力加大，居民生活适宜度下降。铜川、宝鸡和咸阳市由不安全转变到弱安全趋势，EI值都有所增加，NSI值波动减小，NREI值减小。这3个城市相比较西安市，经济发展较慢，社会可接受性和生态环境合理性提高。渭南市一直处于不安全趋势，整体水平略低于其他4个城市，所以与其他4市差距不断加大。

3结论与讨论

（1）对于土地生态安全评价，三角模型不仅能够客观地反映其状态，而且能够清晰地反映其总体变化趋势。

（2）2008—2014年，关中5市经济可行性指数不断提高，非社会可接受性指数升高，除了宝鸡市和咸阳市的NSI值略有浮动，非资源环境合理性指数逐渐降低。总体表明关中5市经济可行性指数和资源环境合理性指数稳步提升，社会可接受性指数逆向发展。

（3）总体上关中平原5市土地生态安全趋势向较好的方向发展，西安市由弱安全状态转向一般安全状态。其余4市由不安全状态转向弱安全状态，呈现出2种类型的变化趋势。

（4）区域内部发展不均衡加剧，西安市与其余4市差距加大，5市的社会可接受性指数日趋均衡，资源环境合理性指数和经济可行性指数在5个市之间差异显著。

（5）针对研究结果，结合关中平原五市实际情况，在以后的发展中，注重经济发展与生态效益相结合。西安市作为省会城市，人口密度不断增加，因此在发展经济的同时注重社会基础设施的建设，提升社会可接受度。渭南市提高经济发展的速度，实现经济和环境协调发展，缩小与其余各市的差距。区域内部之间可以相互促进，平衡人口分布，经济上相互交流带动，实现区域内协调发展。土地生态安全随着社会经济的发展不断变化，该研究仅从3个时间断面进行评价，在后续研究中应该在时间尺度上深入研究，为区域经济可持续发展提供科学参考。

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