环首都绿色经济圈土地生态安全评价研究

李荣华 张凌恺 刘欣 秦彦杰

[摘要]环首都绿色经济圈土地生态安全对京津冀区域生态平衡与可持续发展具有重要意义。根据环首都经济圈土地利用特点，从经济、社会和自然因素三方面构建了生态安全评价体系，并通过层次分析法确定指标权重，对环首都绿色经济圈2000～2015年土地生态安全进行了分析评价。结果发现环首都经济圈2000年的土地生态安全均处于良好级，2015年处于敏感级，土地生态安全的风险在增大，有恶化的趋势。

[关键词]环首都绿色经济圈;土地;生态安全;指标权重;层次分析法

[中图分类号] F061.6[文献标识码]A

在京津冀协同发展大背景下，随着北京市非首都功能的转移，北京的辐射作用加强，环首都绿色经济圈区域作为北京辐射的第一受益区，承接北京非首都功能具有得天独厚的优势。在未来的发展期间，该区域产业结构、土地格局受北京的辐射面临巨大契机和挑战。首先，区域经济快速发展过程中会带来快速城市化、土地利用强度增大、变化速率加快等效应，增大的人口压力和相对有限的资源，在急剧的城市化和经济发展压力下，给资源环境带来巨大压力，对区域的可持续发展和生态环境提出了严峻的挑战;其次，区域内山地丘陵占区域总面积的65%以上，而山地丘陵区为生态脆弱区，对环境变化敏感，经济活动可能对生态环境产生更大的且不可逆影响，因此，环首都绿色经济圈生态安全对京津冀区域生态平衡与可持续发展具有重要意义。

1 研究区概况及数据来源

1.1 研究区概况

“环首都绿色经济圈”行政范围包括保定市的涿州市、涞水县，张家口的涿鹿县、怀来县、赤城县，承德的丰宁县、滦平县、兴隆县（增补），廊坊的广阳区、安次区、三河市、大厂县、香河县、固安县等14个县（市、区）。平均高程1016.55m，整体地形起伏较和缓。总面积30233.93km2，截止至2015年底，总人口516.63万人，地区生产总值1306.25亿元。水资源总量为30.85亿m3，水资源总量严重不足，气候为大陆性季风气候特征，冬日寒冷少雪，夏日炎热多雨。春日干燥，风沙盛行，秋日晴朗，冷暖适中。土壤类型主要有褐土、棕壤、潮土、石质图、粗骨土等17种类型，其中褐土分布范围最广，占45.07%。矿产资源丰富，种类多、储量大。

1.2 数据来源

矢量数据均来源于河北省科学院地理科学研究所“河北省生态本底数据库”，2000年和2015年的土地利用数据来源根据遥感影像的解译。其中，2000年的数据选用美国陆地卫星 Landsat-5 星和 Landsat-7 星上的2、3、4波段数据，并分别赋予红、绿、蓝三种颜色，建立每个波段的灰度与彩色的变换关系，再将变换结果合成得到假彩色合成图像。2015年的数据采用中国资源卫星应用中心提供的中巴地球资源卫星01星数据。

2 研究方法

2.1 土地生态安全评价体系的构建

依据环首都绿色经济圈土地利用特点，从经济、社会和自然因素三方面构建评价体系，如表1所示。

2.2 土地生态安全评价指标权重

在土地生态安全的评价中，一般研究多采用层次分析法来确定指标权重，土地生态安全评价指标体系的递阶层次结构分为三层。其顶层为目标层;第二层次为因素层，分为经济因素、社会因素和自然因素三个次级目标;第三层次为指标层，为体现因素各个方面的指标。

在构造判断矩阵中，研究对AHP方法进行了改进，对每一层次分别构造判断矩阵，即对因素层建立判断矩阵;为便于指标间可比性的表达以及实现专家的准确性判断，以土地生态安全评价的次级目标作为一个独立的体系，即分经济安全，社会安全与自然安全3个因素层次构建判断矩阵。

其方法为：设有n项指标，要确定各项指标的相对重要性，请专家对任何两项指标进行重要性比较判断，并以b或1/b表示比较的相对重要性，b为整数，且b∈[1，9]。以i，j 表示两个指标，若相对重要性的值aij = b，表示i指标比j指标重要b倍，则aij = 1/aji。由此可以构造判断矩阵A：

各指标的权重值wi的计算公式为：

然后由次级目标的权重值与各个次级目标所包含指标的权重值相乘，计算各指标的权重总排序。

初步完成权重值计算后，必须进行一致性检验，在本研究中要对各个判断矩阵分别进行一致性检验，即判断矩阵的最大特征根必须通过一致性检验，以判断矩阵A为例，其一致性检验过程为：

由下式求出W的排序权重

式中：A为判断矩阵;为最大特征根;W为最大特征根对应的特征向量。

由归一化的初值向量，计算直至收敛，则，于是当CI和RI值比较可检验结果的一致性，矩阵满足认为判断矩阵满足一致性检验，根据层次分析法确定的各评价指标的权重值见表1。

2.3 评价指标安全指数

Y（ i）、X（ i） 和P（ i）分别为第i 个评价指标的基准值、实际值和安全指数，0 ≤P（ i） ≤1，则：

正安全趋向性指标：当X（ i） ≥Y（ i），则P（ i）= 1;当X（ i） < Y（ i），则P（ i） = X（ i）/Y（ i） ×100 %;负安全趋向性指标：当X（ i） ≤Y（ i），则P（ i）= 1，当X（ i） > Y（ i），则P（ i） = Y（ i）/X（ i） ×100 %。

據此，分别计算2000和2015年各指标的土地生态安全指数（见表2）。

2.4 土地生态安全评价

采用加权求和的方法，确定土地生态综合安全值的计算模型：

式中：T 为土地生态安全值;n为指标项数;Pi为各指标安全指数;W i为各指标权重。

据此，分别计算2000和2015年的土地生态安全综合指数，结果如表3所示。

借鉴同类研究基础，将环首都绿色经济圈土地生态安全分为安全级（>0.80）、良好级（0.60-0.80）、敏感级（0.50-0.60）、风险级（0.40-0.50）和恶劣级（≤0.40）五个等级。

3 土地生态安全评价结果分析

分析上述计算结果，环首都经济圈2000年的土地生态安全均处于良好级，2015年处于敏感级，土地生态安全的风险在增大，有恶化的趋势。

环首都经济圈各县2000年土地生态安全处于恶劣级有2个，分别为香河县和三河市，2015年处于恶劣级分别是香河县和涿州市;2000年土地生态安全处于风险级有5个，分别是固安县、大厂县、廊坊市、涿州市、涞水县，2015年减少为4个，分别是固安县、大厂县、三河市、廊坊市;2000年土地生态安全处于敏感级有1个，为兴隆县，2015年增加为2个，分别是兴隆县、涞水县;2000年土地生态安全处于良好级有5个，分别是滦平县、丰宁县、怀来县、涿鹿县、赤城县，2015年未发生变化。与2000年相比，2015年共有3个县市土地生态安全级别发生变化，分别为涿州市、涞水县、三河市。

从区域角度分析，环首都经济圈各区县土地生态安全程度相差较大。2015年，位于北京市西部和北部的几个山区县，如兴隆县（0.593）、滦平县（0.649）、丰宁县（0.639）、涞水县（0.509）、怀来县（0.621）、涿鹿县（0.658）和赤城县（0.691）等，土地生态程度明显较好，土地生态安全指数绝大部分在0.6以上，属于良好级，这与该地区生态环境较好，森林和草地面积较大，人口密度小，土地利用程度较低等因素有直接的关系。位于北京市南部和东部的几个平原县（市、区），如固安县（0.406）、香河县（0.389）、大厂县（0.436）、三河市（0.449）、廊坊市区（0.500）和涿州市（0.377）等，土地生态安全程度则普遍较差，土地生态安全指数均处在≤0.5的风险级，香河县和涿州市甚至处于≤0.40的恶劣级，说明这些地区的土地面临较大的生态安全风险，原因是该区域地处平原区，土地开发较早，森林、草地等自然植被很少，耕地、建设用地面积较大，人口稠密，经济发达，土地利用程度很高，土壤污染问题严重，土地生态安全面临较大的威胁。

4 结论

通过对环首都绿色经济圈土地生态安全评价的研究发现，环首都绿色经济圈整体土地生态安全的风险在慢慢增大，有恶化的趋势。且各区域之间土地生态安全程度有明显差异，部分土地生态程度明显较好，部分土壤污染问题严重，土地生态安全面臨较大威胁。因此不仅要注重环首都绿色经济圈生态安全对京津冀区域生态平衡与可持续发展，还要注重区域协同绿色发展，土地生态安全是环首都绿色经济圈发展的关键所在。

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