甘肃省土地生态安全空间差异评价

马小林，侯庆丰

（甘肃农业大学管理学院，甘肃兰州730070）

引言

土地生态安全是指一定时空范围内，土地生态系统能够保持自身结构、功能稳定或不受干扰的状态[1]。土地生态安全作为生态安全的基石，是实现粮食安全、经济安全和社会安全的基础和保障。然而随着社会经济的快速发展和土地资源的不合理利用，森林植被破坏、土壤污染、水土流失等生态问题日益突出，直接威胁着土地资源的生态安全，同时也制约了社会经济的可持续发展。土地生态安全问题不仅受到决策者的重视，也成为当前学术界研究的热点。对区域土地生态安全[2]进行科学评价，有助于了解土地健康状况，可为土地利用规划管理和土地生态安全预警提供科学依据，对于实现土地可持续利用[3]具有重要的现实意义。

国外土地生态安全评价的研究主要围绕生态风险和生态系统健康展开[4]，对于不同的生态系统，有不同的评价模型。国内土地生态安全评价研究[5]目前尚处于实践和探索阶段，在评价指标模型上，运用较为广泛的主要有“压力—状态—响应”模型[6]和“自然—经济—社会”模型；在评价方法上，逐步从定性为主转为定量为主，物元模型[7]、主成分分析法[8]、综合指数法、生态足迹、RBF 模型[9]等方法逐渐被运用到评价中，同时，随着空间信息技术的发展，基于GIS[10-12]技术的土地生态安全评价方法[13]正逐步发展起来；在研究尺度上，省域尺度、地市级尺度以及生态敏感区均展开过实证研究。以上研究极大地丰富了我国土地生态安全评价的理论与方法，且存在以下特点：第一，指标权重的计算多采用层次分析法、特尔菲法，熵值法，理论经验丰富；第二，大多数学者关注的是某区域的土地生态安全在时间序列上的变化，而针对区域内部的空间差异进行研究的不多；第三，已有的研究倾向于以东部发达地区为研究对象，而以中西部为研究对象的尚不多见。鉴于以上各方面，本文运用熵值法对甘肃省土地生态安全空间差异及其影响因素进行研究，并提出针对性的对策建议，以期为甘肃省土地资源的合理开发利用提供科学依据，也可为类似区域的土地生态安全评价提供借鉴。

1 研究区概况

甘肃省位于我国西北部，黄河上游，位于92°13′～108°46′E、32°11′～42°57′N 之间，地处黄土高原、内蒙古高原和青藏高原的交汇地带，地势自西南向东北倾斜，地貌基本涵盖了山地、高原、平原、河谷、沙漠、戈壁等多种类型，地域辽阔。东西宽约1659 km，南北长约530 km，面积约453700 km2，约占我国国土总面积的4.72%。现辖12个地级市2个自治州，分别为兰州市、嘉峪关市、金昌市、白银市、天水市、酒泉市、张掖市、武威市、定西市、陇南市、平凉市、庆阳市、临夏回族自治州和甘南藏族自治州。

甘肃气候类型复杂多样，各地气候差别很大，冬春干旱而少酷寒，夏季多暴雨而冷暖变化大，年均气温-3～16℃，年降水量在36.6～734.9 mm 左右，大致从东南向西北递减，乌鞘岭以西降水明显减少，陇南山区和祁连山东段降水偏多，受季风影响，降水多集中在6～8月份，占全年降水量的50%～70%。境内主要河流有黄河、泾河、洮河、渭河、白龙江等。生态环境十分脆弱，往往一经破坏很难恢复原状，并直接影响全国环境格局，因此是我国生态保护的第一线、环境治理的前沿阵地。人均土地资源、矿产资源较丰富，但人均水资源、森林资源等较短缺，土地利用类型多样，近年来随着建筑用地的增多，草地和林地的减少，以及部分地区不合理的土地开发、过度的放牧导致大量地区因超过环境承载力而土地“三化”现象日益严峻[14]。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

2.1.1 指标权重确定方法。熵最初来源于物理学中的热力学概念，主要反映系统的混乱程度。熵值法[15-18]是一种客观赋权方法，它通过计算指标的信息熵，根据指标的相对变化程度对系统整体的影响来决定指标的权重，相对变化程度大的指标具有较大的权重。在由n个地区、m个评价指标所构成的指标数据矩阵X={xij}n×m中，数据的离散程度越大，信息熵越小，其提供的信息量越大，该指标对综合评价的影响越大，其权重也应越大；反之其权重则越小。用熵值法确定指标权重，可以克服主观赋权法无法避免的随机性、臆断性问题，有效解决多指标变量间信息的重叠问题，增强指标权重的客观性、准确性和可信度。所以，本文尝试根据15年甘肃省各地州市的数据中抽取的样本数据，用信息熵来确定20 项指标的权重，对甘肃省各地进行评价。计算步骤如下：

建立数据矩阵：

其中Xij为第i 市第j个指标的数值。

将原始数据标准化：

将各指标同度量化，计算第j 项指标下，第i城市占该指标比重（Pij）：

计算第j 项指标熵值（ej）：

计算第j 项指标的差异系数（gj）：gj=1-ej

对差异系数归一化，计算第j 项指标的权重（Wj）：得到各项指标权重。

2.1.2 评价标准。依据以往各地在当地进行土地生态安全评价时的评价标准，参考情况相近地区的土地生态安全评价实例，结合目前甘肃省生态建设目标对甘肃省土地生态提出更高的要求（即提高土地生态等级的阈值），设置甘肃省土地生态安全标准综合评价表，将土地生态安全综合值Si（范围：0＜Si＜1）非等距的分为5个等级，土地生态安全综合值越高，土地生态安全程度也就越高；反之，土地生态安全综合值越低，土地生态安全程度越低。甘肃省5个等级的土地生态安全状况描述详见表1。

表1 甘肃省土地生态安全标准综合评价表

2.1.3 数据来源。本文数据主要包括统计资料和文献资料，其中统计资料来自2016年《甘肃发展年鉴》和《甘肃统计年鉴》，文献资料来自中国知网。

2.2 评价方法

目前土地生态安全的评价方法主要有综合指数法[19，20]、主成分分析法[21]、层次分析法、灰色关联法[22]、模糊分析法[23，24]和物元评判法[25]，各自评价方法都有自己的优点和不足之处。运用综合指数法，将多个指标安全值与其对应的权重进行计算综合指数法将单项指标的安全值通过一定的数学运算方法进行计算，从而得出综合值，模型公式为：

其中，z 为土地生态安全综合值，Si为第i个指标的安全指数，Wi为第i个指标的权重，n 为指标总数。

3 结果与分析

3.1 评价指标构建

评价土地生态安全必须要有一套明确的量化指标，指标体系的建立是土地生态安全评价的核心部分，是关系到评价结果可信度的关键因素，为了构建科学合理的评价指标体系，遵循科学性、可比性、可操作性、层次性、区域性、简洁性等基本原则，结合甘肃省实际情况以及指标数据的可获取性，同时借鉴前人对省域土地安全评价的研究成果，力求评价指标能够准确反映甘肃省的社会、经济和生态环境，以及人类活动对土地生态安全的影响。

本文以人口自然增长率、城市化水平、人均耕地面积、人均日生活用水量、城市用水普及率、城市燃气普及率、农林水利事务支出占财政总支出比重反映社会状况，人口增长、人均资源占有量减少以及城市扩张，都会对土地生态安全造成很大压力；用人均GDP、GDP 增长率、第三产业占GDP 比重反映经济建设状况，土地经济供给是建立在土地自然供给的基础之上的，土地自然供给是经济供给的前提，因此，经济稳定发展离不开土地生态系统的安全协调发展，同时，土地生态安全维持相对稳定状态又能够促进社会经济可持续发展；年降水量、年蒸发量、自然灾害受灾面积、工业废水排放总量等反映生态环境状况，工业废水的排放、降水量等都会影响土地的质量和区域土地生态系统安全程度。因此，本文选取20 项评价指标对甘肃省土地生态安全进行研究。具体指标详见表2。

表2 甘肃省土地生态安全评价指标

3.2 指标权重的确定

按照已经构建好的评价指标体系，将原始数据进行标准化，结果见表3。

表3 甘肃省土地生态安全评价指标数据标准化值

最终确定出各指标的权重值，详见表5。

3.3 评价结果分析

综合利用表5 各项指标的权重，计算第i 市的土地生态安全综合值（Si），并进行排名得到表6。

按照变异系数公式计算出各指标的变异系数值，结果见表4。

表4 土地安全评价指标差异系数表

将评价得到的土地生态安全综合值与等级判别标准对应起来，得到2015年甘肃省14个地州市土地生态安全等级结果及其土地生态安全状态，详见表7。并据此利用ArcGIS 软件制作出甘肃省土地生态安全地图，见图1 和图2。

表5 甘肃省土地生态安全各项评价指标权重

表6 甘肃省土地生态安全评价综合值与排名

由表7、图1、图2 可看出，2015年甘肃省的兰州市、嘉峪关市、金昌市、白银市、张掖市、平凉市、酒泉市、庆阳市的土地安全状态都在较安全状态以上，其面积约占甘肃省土地总面积的64.71%，其中理想安全状态的约占49.61%，其他地区的土地生态安全状态均处在临界安全状态以下，约占甘肃省土地总面积的31.58%，全省仅约3.57%的土地生态安全等级处于安全级别，约46.68%的土地生态安全在预警级别以下，甘肃省共计14个地州市中仅有28.57%的地区的土地生态安全级别是良好级以上，甘肃省土地生态安全状况整体上不容乐观。

表7 2015年甘肃省14 地州市土地生态安全评价结果

图1 甘肃省土地生态安全等级地图

图2 甘肃省土地生态安全状态地图

根据上述结果进行分析发现，土地生态安全状况较好的兰州市、张掖市、庆阳市等地区，除去庆阳市本身的自然条件基础较好以外，其余地区的自然条件并不是很完备，而相反的是，类似天水市、陇南市、甘南藏族自治州等这些自然条件基础在甘肃省来说相对优越的地区，土地生态安全状态反而不是很安全，有的土地安全级别处在风险级甚至危险级。通过查阅相关资料，结合甘肃省各地区特点发现，土地生态安全级别处在风险级以下的甘南州、临夏州等地区，多位于甘肃省中南部，这些地区有的虽自然条件很好，但地形复杂，交通多有不便，经济上较为单纯的依靠第三产业，未形成有效的综合产业链，应对市场环境突变的能力较弱，且多位于少数民族聚居区或贫困地区，政府财政支出多用于扶贫改善民生工作，结余才用于进行土地整治和生态改善，人口城市化水平不是很高，人口密度不是很大，部分地区人民生产生活能源来源较为传统。而兰州市、庆阳市、张掖市等土地生态安全状况较好的地区，多位于甘肃省东部、西部和中北部，这些城市有的历史悠久，交通条件较便利，经济较发达，第一产业发展平稳，第二产业自建国以来依托国家政策一直占有重要地位，第三产业的比重迅速上升，形成综合经济模式，人口城市化水平较高，以外来企业职工为主且人口多集中在城镇的嘉峪关市最为显著，并积极响应国家政策大力改善区域内环境生态状况，在环境治理改善工程方面的财政支出较大。因此，可总结得出，社会状况和经济状况是影响甘肃省土地生态安全状况及空间上差异的主要因素，生态环境是重要的影响因素。

4 结论与建议

4.1 结论

4.1.1 推进土地整治工程的开展，优化用地结构和规模。同时将土地生态价值纳入经济核算的制度，逐步完善土地生态补偿机制，使土地利用朝着生态环境与社会经济协调可持续的方向发展。

4.1.2 调整城市工业布局和产业结构，并控制人口增长，提高城市化水平。抓住国家政策机遇，形成综合经济产业链，增强地区经济对市场的应变能力，加强环境保护教育宣传，各地区向土地生态治理成果突出的地区学习经验，互相协作，统筹兼顾，共同发展。

4.1.3 控制三废的排放及农药化肥的过量使用，严守耕地红线，提高耕地质量。在控制建设用地增长基础上，严格监督建设用地在开发过程中对耕地的占用，推进对废弃地的复垦和生态修复工程。

4.1.4 加强重要生态功能保护区的保护，提高植被覆盖率。土地生态安全较差的地区，政府应努力为当地居民找到新的生产能源。

4.1.5 继续倡导蓝天工程和增加绿植工程，各地区及时抓住政策机遇，经济状况较差地区要继续加大民生改善财政支出，并努力为人民谋得新兴生活能源和生产来源，适当加大土地生态改造的财政支出，可以边发展边保护和治理。

4.2 讨论

本文结合以往其他省的土地生态安全评价实例，对甘肃省土地生态安全分析指标的选取和权重的确定及划分等级的标准值做了初步的尝试，并综合考虑了甘肃省经济建设和生态发展社会目标，初步建立了甘肃省土地生态安全评价指标体系，在一定程度上是能够真实反映出评价时段内甘肃省土地生态安全总体情况的，对目前土地利用规划和土地生态安全研究具有一定的借鉴意义。由于部分数据的获取难度和标准确定较难，因此本文中的甘肃省土地生态安全分析指标体系的构建和评价标准的划分区间选取有待进一步完善。