辽宁省土地利用生态安全评价

范 津

(海城市水利事务服务中心，辽宁 鞍山 114200)

0 引 言

在一种少受或者不受破坏和威胁的生态环境中，土地所处的平衡、健康状态就是土地生态安全。换而言之，土地生态安全是指通过合理利用和管理一定时空范围内的土地资源，使其少受或不受威胁保持土地生态系统功能与结构所处的平衡、健康状态，并提供充裕、均衡、稳定的自然资源保障农业与社会经济可持续发展，维持经济、社会、土地自然的长期协调发展[1]。

土地是人类活动衣食住行的基本来源和赖以生存的最基本条件，健康的土地生态功能关系着人民生存、国防建设、社会经济和国家政治安全，也是决定社会稳定和维系经济安全的关键因素[2]。目前，土地生态安全已成为土地资源可持续利用研究和生态安全问题研究的前沿课题[3-5]，对保障农业粮食生产及社会经济发展具有重要作用。其中，GIS技术、物元模型、主成分分析、PSR模型等土地生态安全评价常用的方法[6-12]。依据评价分析土地生态安全的相关资料，中国现有研究还处于初级阶段，现存的问题如下：评价方法单一，参评因子繁多，缺乏系统全面的指标体系，尚未形成普遍适用的等级划分标准，权重值与标准值确定时具有较大主观性等。文章依据土地生态压力-状态-响应(PSR)框架模型，选择18项典型参评因子构建评价体系，并运用综合指数模型和灰色系统GM(1,1)模型评价预测了辽宁省2010-2019年的土地生态安全状况及其未来9a的变化趋势，在此基础上判定制约土地生态安全的关键因子，为制定科学的调控措施、促进区域农业生产和社会经济发展提供决策依据，维持经济、社会与土地自然的协调可持续发展。

1 研究方法

1.1 区域概况

辽宁省位于E118°53′-125°46′、N38°43′-43°26′，东与韩国、日本隔海相望，南与渤海、黄海相邻，也是既沿边又沿海的省份，其总面积14.8万km2，下辖沈阳、铁岭、大连、葫芦岛、朝阳等14个地级市和2个省管县，地势大致为自东西两侧向中部、自北向南倾斜，地貌形态大体为“六山一水三分田”。该区域分布有大凌河、太子河、饶阳河、浑河和辽河等河流，水文特征为河道平缓、泄洪能力差、易发生洪涝、含沙量高、河床狭窄、径流量年内分配不均等，比较适合中小水电站建设。辽宁省水资源匮乏、人口密度较高且降水量时空分布不均，水资源利用存在边际效益低、开发难度大、开采成本高、可利用总量少等特点，加之用水浪费严重及局部地下水过度开采等问题，使得生态环境压力和水资源可持续利用更加突出。研究区属于中国重要的畜牧业、重工业和农业粮食生产基地，其对社会经济发展和农业生产占据着重要地位。因此，非常有必要探究其土地生态安全现状及其变化趋势，维持经济快速发展与土地生态安全的协调关系，这也是关系到东北地区兴衰及国家战略安全的关键因素。

1.2 数据来源

PSR框架模型有机融合了环境响应、经济运作和人类活动的相互联系，涵盖自然环境与人类活动两大体系，比较适用于环境现象的评判。因此，文章利用土地生态压力-状态-响应(PSR)模型，选择经济密度、人均耕地面积、城市化水平、森林覆盖率、GDP增长率等18项典型因子构建评价体系，并运用综合指数法和灰色预测GM(1,1)模型评价预测了辽宁省土地生态安全现状及其变化趋势。

研究数据来源于辽宁省2010-2019年社会发展和国民经济统计公报、官方网站公布的数据信息，以及辽宁调查年鉴、统计年鉴、城市统计年鉴等[13-16]。

2 土地利用生态安全评价

2.1 评价指标体系

文章对辽宁省生态安全因子进行综合分析，遵循区域性、可比性、可操作性和科学性等原则选取18项参评指标，并运用PSR框架模型建立土地生态安全评价体系。土地生态安全评价体系与指标权，见表1。

2.2 指标权重

总体上，可以将常用的权重计算方法划分为主、客观赋权两类，前者考虑了决策者的个人偏好和知识经验，所以该方法很容易引起评价结果存在偏差；后者以完善、系统的理论体系和运算流程为依据，并且能够以客观实际为载体获取有效的数据信息，由于未考虑决策者的主观判断使得评判结果易出现明显误差。因此，文章综合考虑客观的数据信息和主观的经验判断，将AHP法和主成分分析法求解的主、客观权重相集成，由此保证权重计算的合理性和可靠性。该方法存在运算量少、客观性强、原理清晰、精准度高等优点，详细流程见文献[17-18]。

评价过程中能否合理的确定土地生态安全基准，将对评价结果产生直接的影响。通常情况下，应考虑以下方面科学确定评价基准：①评价标准值选取区域土地生态环境本底值与背景值；②参考已有国家标准、国际标准或者发展良好地区的现状值，结合区域实际情况确定标准值；③针对个别统计数据不完整但非常重要的参数，可以选用相近指标暂时替代。充分考虑辽宁地区土地利用现状及生态环境特征，选用全国平均值替代部分指标基准值。评价指标实际值，见表2。

表1 土地生态安全评价体系与指标权重

2.3 无量纲化处理

无量纲化处理是将不同单位的初始参数值利用数学的方法，统一转化为标准的数据，由此消除不同指标之间的不可通透性，并以各种无量纲指标相对值的形式反映土地生态安全状况。

针对参数值越大则土地生态越安全的正向指标，若设定标准值为“安全值”，则有pi=0、xi≥yi；pi=1-xi/yi；若设定标准值为“不安全值”，则有pi=1、xi≤yi；pi=yi/xi、xi>yi。

针对参数值越小则土地生态越安全的负向指标，若设定标准值为“安全值”，则有pi=0、xi≤yi；pi=1-yi/xi；若设定标准值为“不安全值”，则有pi=1、xi>yi；pi=xi/yi，xi

其中，xi、yi为参评因子i的实际值和基准值，pi为土地生态安全指数。采用上述计算方法，对2010-2019年各项指标实际值(表2)统一处理，由此获取相应的安全指数，辽宁省2010-2019年土地生态安全指数，见表3。

表2 评价指标实际值

续表2 评价指标实际值

表3 辽宁省2010-2019年土地生态安全指数

2.4 生态安全综合指数

根据上述运算流程确定各指标权重及其标准化值，综合评价值Ai的计算公式为：

(1)

式中：xj、wj为参评因子j的标准化值与权重值；Ai为区域i的土地生态安全综合评价值。

2.5 生态安全等级

为了能够定性描述土地生态系统的定量评价结果，按照不同等级和实际情况综合判断生态系统安全态势。结合辽宁省土地利用实际情况和相关研究成果，在咨询有关专家的基础上划定生态安全评判标准。等级划分标准，见表4。

表4 等级划分标准

续表4 等级划分标准

然后按照等级判别标准和综合评价结果，确定辽宁省2010-2019年土地生态安全状况及其等级，辽宁省2010-2019年土地生态安全等级，见表5。

表5 辽宁省2010-2019年土地生态安全等级

为了能够更加直观的反映土地生态压力、状态、响应子系统和综合指数的变化趋势，将以上评价值绘制成图，土地生态安全变化特征，见图1。

图1 土地生态安全变化特征

2.6 生态安全动态预测

原始数据选取辽宁省2010-2019年生态安全综合指数，并对研究区未来9a生态安全变化趋势利用灰色系统法进行预测。生态安全值的时间动态模型运用灰色系统GM(1,1)预测法和Matlab2012软件构建，表达式如下：

x(t+1)=48.2670-47.8152exp(0.0098t)

(2)

式中：t、x为预测时间和土地生态安全水平。设P、C代表最小误差概率和实际观测值与模型计算的初始数列还原值之间的残差值方差，若满足C<0.65、P>0.7则判定为合格，依据模型检验结果P=0.9000、C=0.4846，可认为该模型符合精度要求。因此，对辽宁省2020-2028年的生态安全态势利用生成的时间动态模型进行预测。土地生态安全变化趋势，见图2。

图2 土地生态安全变化趋势

3 结果与分析

3.1 生态安全变化趋势

从图2可知，辽宁省2010-2019年土地生态安全表现出波动变化的趋势，且总体处于较低水平。2010-2011年土地生态压力和响应曲线均表现出明显的减少趋势，该时段为下降期，进一步分析，该时段工业废气单位排放量的增多以及固体废物综合利用率、农民人均收入、人均GDP、环保支出占GDP比例的减少使得生态安全水平有所下降；2011-2012生态安全响应曲线明显上升，该时段为上升期，可见土地生态安全受人为因素的影响比较明显，依据表2可知，此时段固体废弃物利用率和工业废水排放达标率总体维持在较高水平，并且呈不断上升趋势，这主要与加大环境治理投入、第三产业占比明显增大等因素相关，显著提升了土地生态安全水平和环境质量；2012-2013年人均GDP、农民人均收入、固体废物利用率和工业废水排放达标率等正向指标安全指数减少，在一定程度上降低了生态安全水平，所以此时段为下降期；2013-2014年第三产业占比、自然保护区面积占比、固体废物综合利用率、工业废水排放达标率和城市化水平等贡献较大的正向指标增加，对提高生态安全水平发挥着积极作用，因此该时段为上升期；2014-2019年土地生态安全受人为干扰的程度下降，治理工程改善生态安全的作用减弱，所以该时段为下降期，结合表2可知单位耕地农药施用量、化肥施用量、经济密度、人口自然增长率、人口密度等负向指标呈增大趋势，这些因素增大了土地生态的压力负荷，加之第三产业占比和环保支出占GDP比的减少，在一定程度上降低了土地生态安全水平[19-20]。

3.2 生态安全评价

从表5可知，辽宁省2010-2019年土地生态安全综合指数总体处于0.42-0.48，安全等级达到Ⅲ级临界安全状态，10a间综合指数的波动幅度较小，虽然个别年份的生态安全值有所增加，但整体变化并不明显，可见该区域土地生态系统尚可维持基本功能、系统结构有变化、生态环境受到一定破坏、服务功能已有退化、生态问题显著、受干扰后发生恶化、时有发生生态灾害。将未来9a的生态安全状态运用灰色系统GM(1,1)模型进行预测，结果显示2020-2028年生态安全值呈明显的减少趋势，安全等级下降至Ⅳ级较不安全状态，对区域经济发展和土地资源合理利用产生明显的制约。

4 结 论

文章以辽宁省为例，对其2010-2019年的土地生态安全水平利用PSR框架模型和综合指数法科学评价，并对其未来变化趋势运用灰色系统GM(1,1)法预测。结果显示，辽宁省土地生态安全水平呈波动下降的趋势，未来的土地生态安全状况将达到Ⅳ级较不安全等级。

由于人均耕地面积的逐年减少及人口自然增长率、人口承载量、化肥使用量、单位耕地农药等指标的逐年增大，在一定程度上加大了生态安全压力指数；水土流失比重、工业废气单位排放量、固体废物综合利用率、工业废水排放达标率等指标的逐年增大，对生态状态指数起到负面作用；第三产业占比、自然保护区面积比重、环保支出占GDP比的逐年减少，对降低生态响应指数发挥着显著作用。因此，为提高区域生态环境的服务功能、促进土地生存环境的健康发展及土地资源的高效利用，建议继续加大环保投入、加强水土流失治理、提倡土地的高效集约利用、提高森林覆盖率和农药化肥利用率。