土地生态安全时空演变特征研究

刘炫含 李芹芳 徐银婉

摘 要：本文以关中—天水经济区为研究区域，基于PSR模型和相关统计数据，从“压力—状态—响应”3个方面选取15个评价指标，构建关中—天水经济区土地生态安全评价指标体系，采用层次分析法确定权重，开展土地生态安全状况评价，在此基础上探究土地生态安全的时空演变特征。研究得出：关中—天水经济区土地生态安全具有时空差异性;时间上，2011—2018年，关中—天水经济区土地生态安全水平呈明显增长趋势，年际间呈现正向增长态势，土地生态安全状况逐渐改善;空间上，关中—天水经济区土地生态安全总体上呈现中心高、四周低，由中心向四周逐渐递减的阶梯分布态势，土地生态安全高值在宝鸡市和咸阳市（含杨凌区），低值在西安市和天水市。

关键词：土地生态安全评价;PSR模型;关中—天水经济区

中图分类号：S2

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201115018

收稿日期：2020-10-02

作者簡介：刘炫含（1995-），女，硕士。研究方向：土地整治、土地利用与规划。

绪论

土地资源是人类生产生活不可或缺的自然资源，土地资源的可持续利用，关系到国家和地区的粮食生产和安全、经济的有序增长和社会的稳定发展[1]。改革开放以来，中国经济迅速崛起，随之而来的还有环境污染、物种灭绝、资源枯竭和生态破坏等一系列生态问题;现阶段中国正处在高速发展到高质量发展的转型期，正所谓“绿水青山就是金山银山”，未来发展不仅要保持良好的经济发展势头，还要重视生态文明建设，加快生态文明体制改革，积极建设美丽中国[2]。生态安全作为生态文明建设的重要一环，通过开展生态安全评价了解研究区域土地安全状态，及时调整生态环境等相关政策刻不容缓。

随着西部大开发战略的发起与实施，关中—天水经济区的社会经济进入了飞速发展的阶段，西北内陆地区生态环境本就脆弱，在西部大开发战略的带动发展下，生态环境面临着巨大的挑战[3]。本文从“压力—状态—响应”3个方面研究关中—天水经济区的土地生态安全，进而探究土地生态安全的时空演变特征，期望能找出该经济区土地生态安全的相关问题，在保护、提高生态安全水平的同时为相关部门制定方针政策提供依据。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域

关中—天水经济区于2009年由国务院批复通过成立，位于欧亚大陆桥中心、丝绸之路的起点，是华夏文明的发祥地之一，是国家“两横三纵”城市化战略格局中陆桥通道横轴和包昆通道纵轴的交汇处，并在《全国主体功能区规划》中列为国家层面的重点开发区域[4]，其范围包括甘肃省天水市以及陕西省的关中平原地区，总共7个市和1个区，以西安市及咸阳市为中心城市，以宝鸡市为副中心城市，以铜川、天水、商洛、渭南等为次核心城市;由于杨凌区在历史上属于咸阳市管辖，空间上与咸阳市相邻，商洛市部分区县在关中—天水经济区内，部分资料收集困难，故将杨凌区并入咸阳市，商洛市所有区县纳入此次研究。

1.2 数据来源

本文所使用的统计数据来源于《陕西省统计年鉴》、《西安市统计年鉴》、《咸阳市统计年鉴》、《铜川市统计年鉴》、《宝鸡市统计年鉴》、《商洛市统计年鉴》、《国民经济与社会发展统计公报》等;网络资料主要来源于陕西省统计局、甘肃省统计局、陕西省生态环境厅、西安市统计局、铜川市统计局、宝鸡市统计局及关中—天水经济区政府部门相关网站公开资料;文献图书资料来源于与本研究相关已发表的文献及学者专著或研究报告等;调研收集资料有土地利用数据，来源于各市区年度土地利用现状调查变更数据库。

1.3 数据缺失值处理

由于本文所研究的区域较大、时间跨度较长、指标数量较多，在进行数据收集时，部分市区统计年鉴数据和统计局网站的数据有部分缺失，需要对缺失数据进行拟合补充[5]。本文采用了线性趋势法对缺失的数据进行拟合并验证，以符合研究的需求和标准。

2 评价指标体系构建

2.1 构建评价指标体系

立足关中—天水经济区环境现状、生态系统现状、社会经济条件和资源本体条件，借鉴已有成果的基础[6-9，13]，遵循科学性、全面性、系统性、协调性、安全性和数据可获得性等原则，基于PSR模型在压力、状态、响应3个方面选取15个评价指标，构建关中—天水经济区土地生态安全评价指标体系（表1），指标能够基本反映评价地区生态安全状况。

2.2 评价指标标准化

对选取的指标进行矩阵构造，以评价年份作为一个对象集，设为N集={N1，N2，…，Nm}，以评价指标作为一个对象集，设为O集={O1，O2，…，On}，评价年份Ni对评价指标Oj的值则记为xij（i=1，2，…，m;j=1，2，…，n;m=8，n=15），对指标aij构造矩阵A：

A=a11a12…a1na21a22…a2n…………am1am2…amn

评价指标存在着矢量差异，需要对矩阵{aij}8x15进行数据标准化处理，根据不同指标的趋向性，选择对应的标准化公式[10]：

正向指标（越大越优型）：

bij=aij-min（aj）max（aj）-min（aj）（i=1，2，…，8;j=1，2，…，15）

负向指标（越小越优型）：bij=max（aj）-aijmax（aj）-min（aj） （i=1，2，…，8;j=1，2，…，15）

原始指标矩阵经过标准化后数值在0～1之间，即0≤bij≤1。

2.3 评价指标权重确定

采用层次分析法计算指标权重，用1～9标度值来衡量指标的相对重要性，建立判断矩阵，从而最终使问题归结为最低层（供决策的方案、措施等）相对于最高层（总目标）的相对重要权值的确定或相对优劣次序的排定[11]，如表2所示。上界和下界按照指标重要性来确定。在计算权重时采用和积法对矩阵做归一化处理，最终得到各指标层的权重系数[12]，如表3所示。

2.4 评价结果计算

Si为第i个项目层的评价分值，对应关中—天水经济区土地生态安全压力、状态、响应3个项目的评价分值。

F为目标层的评价分值，由3个项目层评价分值进行加权求得[12]。

si=∑nj=1（wij×vij）×100

F=∑nk=1（wk×sk）

其中wij和vij分别为第i个项目层第j个指标的相对权重和指标值，wk为第k个项目层的权重，sk为第k个项目在项目层中的评价分值。

2.5 土地生态安全判别标准

利用时间序列中期2015年的评价结果，通过自然断点法将其从高到低分为5类，并推广至其它8个年份[13]，将土地生态安全状况分为安全、较安全、临界安全、较不安全、不安全等5个安全类型，评价标准见表4。

3 结果分析

根据上述模型和方法，测算2011—2018年关中—天水经济区土地生态安全水平并绘制土地生態安全时空格局演变（见图1）。

3.1 土地生态安全时间尺度特征分析

关中—天水经济区土地生态安全水平呈明显增长趋势，土地生态安全状况逐渐改善，从土地生态安全等级变化看（图2），2011—2013年，除天水市处于不安全状态外，其余市（区）均处在较不安全状态，经济区土地生态安全整体处于较不安全状态;2013—2015年，处在较不安全状态的市（区）大幅度减少，临界安全状态的市（区）数量小幅度提升，经济区土地生态安全整体好转;2015—2016年，处在较不安全状态的市（区）小幅提升，临界安全状态的市（区）数量小幅下降，经济区土地生态安全状态有所波动;2016—2018年，经济区土地生态安全状态呈现明显增长趋势，整体处于较安全状态，根据2018年土地生态安全状态显示，西安市和天水市处在较安全状态，其余市（区）均处在安全状态。

关中—天水经济区土地生态安全年际间呈现正向增长态势，土地生态安全状况逐渐改善，从土地生态安全年际增长率看（图3），各个市（区）以及关中—天水经济区的增长率的高低与年际长短呈现明显的正相关关系，其中宝鸡市和渭南市年际增长率稳步提升，2018年较2011年增长幅度达到30%;西安市、咸阳市和商洛市年际增长率大幅提升，2018年较2011年增长幅度达到50%;铜川市年际增长率起点高，终点也高，2018年较2011年增长幅度达到80%;天水市土地生态安全自2015年有明显好转，2015年较2014年增长幅度达到60%，2018年较2011年增长幅度达到210%。关中—天水经济区整体年际增长率也稳步提升，2018年较2011年增长幅度达到60%。

3.2 土地生态安全空间关联特征分析

关中—天水经济区土地生态安全总体上呈现中心高、四周低，由中心向四周逐渐递减的阶梯分布态势。各区域的空间差异在2011—2015年不断增大，2015—2018年差异持续减小;咸阳市（包杨凌区）为土地生态安全增长核心区，并对四周城市逐步扩散。咸阳市（含杨凌区）土地生态安全状态自2011—2018年均为整体研究区域的最高水平，并在2015—2016年脱颖而出，带动区域生态安全水平持续走高。

关中—天水经济区的土地生态安全高值在宝鸡市和咸阳市（含杨凌区），低值在西安市和天水市。土地生态安全高值区域经济条件较好，城镇开发建设活动适中，土地生态安全的整体水平较好;而西安市在2011—2015年间，土地生态安全水平提高不明显，2016—2018年虽有走高趋势，但人口与工业发展压力制约了土地生态安全水平的提高，和周围市（区）比较仍处低值;天水市由于经济条件较其它市（区）低，土地生态安全响应敏感程度较弱，土地生态系统面临着较大的压力，自2011—2018年均为整体研究区域的最低水平。

4 结论

以2011—2018年关中—天水经济区为研究对象，基于PSR模型，采用层次分析法探索性分析空间数据，开展土地生态安全状况评价，分析关中—天水经济区土地生态安全的时空演变特征，研究结论如下。

关中—天水经济区土地生态安全具有时空差异性，主要体现在时间、空间2个方面。

时间上，2011—2018年关中—天水经济区土地生态安全水平呈明显增长趋势，年际间呈现正向增长态势，土地生态安全状况逐渐改善。

空间上，关中—天水经济区土地生态安全总体上呈现中心高、四周低，由中心向四周逐渐递减的阶梯分布态势，土地生态安全高值在宝鸡市和咸阳市（含杨凌区），低值在西安市和天水市。

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（责任编辑 周康）