江苏省土地生态安全预警演变与空间格局分析*

沈 萍

(中国社科院上海研究院,上海 200072)

0 引言

21世纪以来，由于人口剧增且过度追求工业化和城镇化高速发展而导致了土地承载力压力上涨，大量生活废水及农业废水渗入地下，造成了土地质量下降、水土流失、土地荒漠化等生态问题[1-2]，据相关数据统计，我国仅土地沙化以2 460km2的速度蔓延，高居世界前三，由此可见，应该高度关注土地生态问题。土地生态安全预警是指由于生态环境变化以及生态环境与社会经济不协调发展而进行的警告，是对危机或者危险的一种超前警告[3]，它能够为保护生态环境和提高区域生态质量提供有效依据。

20世纪以来，各领域专家学者一直致力于研究土地生态安全预警，并取得了一定成效[4]。现有研究基本集中于土地生态安全预警指标、模型及预测3方面，如张利等[5]基于P(压力)-S(状态)-R(响应)模型从土地生态变化压力、土地生态安全状态、土地生态调控响应3方面选取了8个指标进行分析； 吴冠岑等[6]以淮安市为研究区，基于惩罚变权评价模型分析其1996～2010年土地生态安全预警的动态变化； 徐美等[7]采用RBF神经网络模型预测湖南省土地生态安全系统将不会出现恶化迹象。也有其他学者从土地生态安全预警实现路径进行分析，如赵兴国等[8]认为应该基于3S技术途径来实现维系土地生态安全。江苏省位于我国有名的长三角地区，交通便利，经济发达，同时也是我国人口密集区，土地承载力较大，人地矛盾日益突出[9-10]。总体来看，现有研究比较单一，且研究相对成熟，但关于江苏省的土地生态安全问题研究较少，现有研究基本上针对江苏省某一地区进行分析，并未分析江苏省整体土地生态安全，也未分析其空间区域土地生态安全变化特征，而宏观分析及把握更具有实用性的时空演变规律是协调人地关系，维系良好的土地生态安全的基础。

研究选取江苏省为研究区，利用熵权法确定指标权重，并利用预警模型测算2005～2015年土地生态安全指数值，在此基础上，利用GIS技术划分土地生态安全预警的空间分异，旨在为缓解江苏省土地生态安全问题提供有效建议。

1 研究区及研究方法

1.1 研究区概况

江苏省(30°45′N～35°20′N， 116°18′E～121°57′E)位于我国长江下游、大陆东部沿海地区，东临黄海，东南毗邻上海和浙江，西接安徽，北接山东[11]，包括13个地级市，分别为南京市、无锡市、徐州市、常州市、苏州市、南通市、连云港市、淮安市、盐城市、扬州市、镇江市、泰州市及宿迁市，总面积为10.72万km2。江苏属温向亚热带过渡性气候，年均气温13～16℃。江苏省是有名的“鱼米之乡”，农业生产条件得天独厚， 2016年江苏省播种面积为543.3hm2，粮食产量达3 466万t，第一产业就业人口为841.85万人，地区生产总值为7.608 6万亿元，人均生产总值为9.525 9万元。

1.2 指标体系构建及数据来源

关于土地生态安全预警的指标有多个学者做出评定，但均未达成统一的定义，该研究参考李春燕[12]、王鹏[13]专家的文献，秉着科学性、重要性及指导性等多个原则基于土地生态压力、状态、响应3方面选取16个指标构建江苏省土地生态安全预警指标体系(表1)。

表1 江苏省生态安全预警指标体系

1.3 研究方法

预警模型是基于江苏省土地生态安全预警指标利用熵权法求得各指标权重，再利用综合指数法求得预警值的方法，具体步骤如下。

(1)数据标准化

为了消除数据差别化太大带来的影响，该研究使用极值法对原数据进行归一化处理，公式如下[14-15]：

(1)

(2)

(2)求权重系数

(3)

式(3)中，i的值为1～m;j的值为1～n。

(3)求解预警值

(4)

2 结果分析

2.1 江苏省土地生态安全预警指数评价

图1 江苏省土地生态安全预警图

图1所示，江苏省土地生态安全预警指数总体上呈波动上升态势，表明近10年来江苏省土地生态环境较为乐观，且效果明显； 土地生态安全指数平均水平为0.53，处于安全状态。江苏省土地生态安全总体上呈上升趋势，但其中间出现两个转折点，分别为2007年和2012年，这与江苏省重大环境污染事件有重要关系， 2007年太湖蓝藻危机使得江苏省水域出现大面积蓝藻， 2012年镇江水域受到苯酚污染均致使臭水流入农田及土地，造成土地质量严重下降，生态环境遭受破坏。而其他年份土地生态安全指数均呈现上涨趋势，生态系统服务功能逐渐完善，土地生态安全得到保证，这主要是由于农药化肥使用量在不断减少、农业机械投入量增多，与此同时，江苏省作为经济发达城市，第三产业发展迅速，产业的发展要求基础设施不断完善，公共绿地面积也不断增多，这都在一定程度上推动了江苏省生态环境的发展，提高了其土地生态安全指数。其中， 2007～2012年江苏省土地生态安全指数上升幅度较大，这主要是由于2005年以来为提高土地生态安全奠定了良好基础，据相关数据统计， 2009年江苏省实施了600多项主要污染物减排项目，培育了较多循环经济试点企业，大大提高了江苏省土地生态安全。而2012～2015年，虽然其土地生态安全依旧朝较好方向发展，但其速度相对放缓，这主要是由于2012年以来，城镇化发展及人口速度增长较快，江苏省土地承载力压力剧涨，故其土地生态安全指数发展放缓。

2.2 土地生态安全预警空间格局分析

在进行预警分析调控前应该要建立土地生态安全预警标准，划定预警界线，结合江苏省土地生态安全现状，并参考余敦等学者的文献，将其划分为3个等级(表2)，其中，预警值越高，表明该区域土地生态安全状况越好，其预警程度越低，反之，则表明该区域生态环境质量越差，预警程度越高。

图2 江苏省各地级市土地生态安全预警图

总体来看， 2005年江苏省各地级市生态安全都处于二、三等级，即生态安全等级较低，预警风险大，东部沿海地区地级市多数处于第三等级，包括连云港市、宿迁市、淮安市、盐城市、泰州市、南通市、镇江市及常州市8个地区，主要是由于这8个地区位于长江中下游地区，交通便利，吸引了大量企业进行工厂投资，吸引外来劳动力，土地承载力增大，另一方面，工厂及工业的迅速发展导致了大量工业废水、废气的排放，土地质量急剧下降，土地生态安全度低。而南京市、扬州市、无锡市、苏州市及徐州市土地生态安全相对较好，主要是由于这5市是江苏省经济发展较好的地区，且除徐州市外均位于太湖生态保护圈内，区域生态环境指数和绿色发展指数较高，同时，苏州市、无锡市、南京市3市在2005年经济发展水平超过全国平均水平，经济的发展带动了生态环境的建设，故土地生态安全度高，预警程度低。

从2010年来看，江苏省土地生态安全预警度呈现西低东高，南北低中间高的特性，其中，镇江市、宿迁市、泰州市、连云港市4个地级市土地生态安全指数上升较快，镇江市主要是由于自2006年以来，《镇江生态市建设规划》的颁布，确定了镇江生态市创建工作，生态环境得到改善，土地生态安全度也不断提高； 而连云港市主要是位于江苏省北部地区，是江苏省与山东省的枢纽，地理位置优越，且2005～2010年是江苏省对外经济发展的重要阶段，也是连云港经济发展的大阶段，经济的发展带来了环境的建设，因此，连云港市土地生态安全指数上涨较快； 而宿迁和泰州土地生态安全度的提高得益于生态农业的发展，自2005年以来，该两市致力于发展生态农业，创造“农林牧渔循环生态农业”模式，大量地减少了农业化肥和农药的使用，提高土地质量、增加农业收入，故提高了土地生态安全度。

从2015年来看，江苏省土地生态安全预警度仅呈现南低北高的特性，且其北部差异缩小。江苏省南部地区经济一直处于领头羊地位，且交通条件优越，南部地区的绝大多数地级市在2014年入选了全国生态文明城市，生态环境优越，而且，依托太湖、阳澄湖等湖域资源，带动了其他产业发展； 就农业发展而言，绿色有机农业、无肥无药的绿色产品均提高了其南部区域的生态环境； 就基础设施而言，江苏省政策针对南京、无锡、苏州等南部区域，拆除、迁移了大部分工厂，新建了绿色公园，增加绿地面积，提高土地生态安全指数； 就政府而言，江苏省着力打造“一圈、一带、一网、两区”的生态保护格局，而生态保护格局绝大多数设计江苏省南部地区，以确保南部区域优越的生态环境。

3 结论与讨论

该文首先利用熵权法确定指标权重，并利用土地生态安全预警模型测算2005～2015年江苏省土地生态安全指数，在此基础上划分预警类型，分析江苏省土地生态安全预警空间格局，得出如下结论。

从时间上来看， 2005～2015年江苏省土地生态安全指数总体上呈上升趋势， 2008年之后均处于中警和无警状态，但出现过两次转折点，分别为2007年和2012年，这主要和江苏省重大环境污染事件有关，造成土地质量严重下降。

从空间格局来看， 2005年江苏省预警程度呈现东高西低， 2010年呈现西低东高，南北低中间高， 2015年呈现南低北高的特性； 总体而言，江苏省土地生态系统不断完善，土地生态安全指数越来越高，预警程度越来越低，而且江苏省各地级市空间内部差异性越来越小。

该文通过构建土地生态安全预警指标体系和采用划分预警级别等探讨了江苏省土地生态安全预警及空间格局分析，有利于促进区域土地利用生态环境的保护和改善，为今后土地生态安全调控提供有效依据，但土地生态安全预警指标及划分评定是一项复杂且长久的工程，研究尚未成熟，基于预警指标的测算还有待进一步探讨和完善。