生态文明视角下的伊犁河谷绿洲土地生态安全评价及障碍因子诊断

2022-04-02刘志有曲秀武闵廷冬

水土保持通报 2022年1期

刘志有, 曲秀武, 魏冉, 闵廷冬, 宁静

〔1. 新疆农业大学公共管理学院(法学院)，新疆乌鲁木齐 830052； 2.新疆农业大学 MPA教育中心，新疆乌鲁木齐 830000〕

土地生态安全包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全[1]，其中自然生态安全是保障，经济生态安全是动力，社会生态安全是目标。土地生态安全评价，以坚持可持续发展为评价原则，以研究区域土地生态系统与社会经济发展的协调性作为立脚点，综合评价土地生态安全问题[2]。诸多学者对土地生态安全评价问题展开了深入的研究，其中在评价指标的建立、评价方法的选取、评价尺度的衡量等方面有所差异。评价指标主要从经济、社会、生态等方面通过PSR，DPSIR，EES等模型构建指标体系[3-4]。目前的评价方法较为多元化，主要有主成分分析法、层次分析法、生态足迹法、灰色关联度法、熵权物元评价法以及TOPSIS评价法等方法[5-8]。评价的尺度，时间尺度方面主要以长时间序列的评价为主[9]，空间尺度上研究区域较为广泛，城市群落、乡镇农村、河流水域、高原山区、沿海地区、农牧林区等研究地域均有涉及[10-14]，但对于河谷绿洲地区的土地生态安全研究较少。伊犁河谷作为新疆北部绿洲重要的生态屏障区, 对其土地生态安全问题研究, 有利于区域绿洲土地生态环境屏障建设, 促进绿洲生态文明可持续发展建设。本研究以新疆伊犁河谷地区为研究区域, 从生态文明视角对区域土地生态安全进行研究, 采用PSR—熵权TOPSIS模型对2000—2018年伊犁河谷绿洲土地生态安全进行评价分析，审视伊犁河谷绿洲土地生态安全演变情况，建立障碍因子诊断模型，揭示影响土地生态安全的主要因素，提出对策建议，科学合理开发利用土地，促进区域土地生态环境的改善，以期为干旱区绿洲土地的可持续利用和生态文明建设提供参考依据。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

伊犁河谷地处伊犁哈萨克自治州行政辖区，位于新疆维吾尔自治区西北角，地理范围为80°09′—84°56′E，42°14′—44°50′N，西与哈萨克斯坦接壤，是“丝绸之路”的要冲关隘，战略地理位置重要。地形复杂，东、南、北三面环山，地势东高西低，自东向西为河谷，总体上呈现出“三山夹两谷”的特殊地形特征。2018年末，伊犁河谷地区总人口为2.64×106人，民族组成包括汉族、哈萨克族、维吾尔族等47个民族，少数民族人口占总人口的71.30%；伊犁河谷所辖县市GDP为7.98×1010元，人均GDP为30 243元；农牧业发展水平较高，农林牧渔业产值为2.75×1010元，农牧民人均纯收入为13 212元。随着社会经济的发展，伊犁河谷地区土地利用情况具有明显的变化，城镇化率为42.21%，建设用地与耕地不断扩张，耕地与建设用地面积与2000年相比分别增加了19.94%和30.05%，土地生态安全的压力不断加大，土地生态安全状况不容乐观。

1.2 数据来源

本研究中的社会经济原始数据主要源于《伊犁哈萨克自治州统计年鉴》(2001—2018年)，《新疆统计年鉴》(2001—2019年)，伊犁哈萨克自治州国民经济社会发展和统计公报等。土地利用现状数据来源于新疆国土资源调查统计数据。

2 研究方法

2.1 指标体系

2.1.1 指标体系构建土地生态安全是一个结构复杂的综合系统，是自然、经济和社会因素影响综合作用下的稳定状态。自然是土地生态安全的基础，保证了土地生态系统的正常运行。经济是土地生态系统和谐发展的主要动力，为土地生态安全提供了良好的经济保障和经济支持。社会因素主要反映了土地安全保障社会和谐发展所能应对的人口与土地资源承载状况[15]。因此本研究选择PSR框架模型构建伊犁河谷绿洲土地生态安全评价及障碍因素指标体系，综合自然、经济、社会因素指标从土地生态安全压力、土地生态安全状态和土地生态安全响应3个层面对指标进行筛选分类。结合伊犁河谷地区2000—2018年的经济发展状况、生态环境状况、社会发展状况以及土地利用状况方面的数据，依据科学性、系统性、层次性、可计量性等原则，选取了18项指标构建伊犁河谷绿洲土地生态安全评价及障碍因素指标体系(表1)。

表1 伊犁河谷绿洲土地生态安全评价指标体系

2.1.2 指标性质解析本研究指标性质的选取主要从研究的整体性、系统性、层次性角度考虑，按照对土地生态安全影响的最大可能性进行选取设定。其中压力层面指标反映了人口与土地资源承载压力以及生态环境压力。综合来看，其中人口密度、人口自然增长率、人均林草地面积、人均耕地面积反映土地资源承载的人口压力以及人地供需水平，依据最大影响程度分别确定其正负指向；农业化肥施用量、工业废弃物排放等指标体现了对土地生态环境的污染程度，值越大污染越严重，指标设为负向(表1)。

状态层面指标反映了经济社会发展对于土地生态安全的影响程度。其中城镇化率、固定资产投资总额以及农林牧渔业产值是社会经济发展水平的重要指标，体现出经济发展状态对土地生态安全的支撑程度，属正向指标；第一产业就业人口比例指从事农业生产活动人口的比例，以此反映农业用地的利用效率，依据指标影响结果设为负向指标；建设用地面积与未利用地面积从正反两方面体现了土地开发利用程度，土地开发利用一定程度上会影响土地生态环境，因此将其分别设为负向与正向指标(表1)。

响应层面指标反映了提升土地生态安全的经济、社会、生态响应状况。人均GDP、农牧民纯收入、第三产业占GDP比例是经济高质量发展，产业结构完善的重要表象，设为正向指标，体现了土地生态安全提升的经济与社会响应；当年造林面积与工业固体废弃物综合利用率指标代表提升植被覆盖水平，减少污染排放做出的生态响应，设为正向指标(表1)。

2.1.3 指标标准化处理由于指标量纲与性质指向存在差异，采用极差法进行指标标准化处理。

2.1.4 指标权重确定为减小主观赋权的人为干扰，本研究采用客观赋权法中的熵权法对指标进行赋权。

(1) 计算第j项指标在第i年的比重fij：

(2) 计算第j项指标的熵ej：

式中：当fij=0时,fijlnfij=0。

(3) 计算第j项指标的权重Wj：

2.2 熵权TOPSIS模型

TOPSIS模型在多因素评价决策中运用广泛，通过找出各项指标的“最优解”与“最劣解”，计算各指标与理想解距离，对比找出最优解[16]。本文基于熵权法对TOPSIS模型进行了改进，对伊犁河谷地区土地生态安全进行测度评价。

(1) 计算加权规范化决策矩阵Zij：

(2) 计算正、负理想解A+和A-：

A+={maxZij∣i=1,2,3,…,m}

A-={minZij∣i=1,2,3,…,m}

(6)

(4) 计算指标贴进度C：

依据本研究，指标贴进度值越大，该年份地土地生态安全状况越好，反之则越差。参考张洪等[17]研究成果，结合伊犁河谷绿洲土地生态评价情况，对指标贴近度C值按照等间距划分法将土地生态安全评价标准分为5个等级(表2)。

表2 伊犁河谷绿洲土地生态安全评价等级标准

2.3 障碍因子诊断模型

设置障碍因子诊断模型[18]，分别对准则层与指标层指标进行障碍度测算，揭示阻碍伊犁河谷绿洲土地生态安全状况改善提升的主要障碍因子。

Mij=∑Nij

(10)

式中：Vij=1-Xij，Qij=Wi，Vij为指标偏离度；Qij为因子贡献度；Nij为指标层障碍度；Mij为准则层障碍度。

3 结果与分析

3.1 伊犁河谷绿洲土地生态安全整体状况

根据熵权TOPSIS模型计算结果得出如图1—3，依次从整体角度与子系统角度反映了伊犁河谷绿洲土地生态安全状况的演变趋势。

图1 2000-2018年犁河谷绿洲指标贴进度C变化趋势

从图1可以看出伊犁河谷土地生态安全等级基本上都处于Ⅲ级，土地生态安全为一般的情况，仅有2007年指标贴进度低于0.4，处于Ⅱ级，土地生态安全较危险的情况。整体上来看伊犁河谷土地生态安全状况呈现缓慢上升趋势，指标贴进度C由2000年的0.429上升到2018年的0.559，增长了0.13。具体来看2000—2001，2004—2005，2007—2009，2010—2015，2016—2018年均呈现上升趋势，在2001—2004，2005—2007，2009—2010，2015—2016年均有小幅度的下降。

图2 2000-2018年伊犁河谷绿洲正理想距离L+变化趋势

图3 2000-2018年伊犁河谷绿洲负理想距离L-变化趋势

3.2 伊犁河谷绿洲土地生态安全准则层状况

3.2.1 土地生态安全压力层面由图1—3可知，2000—2018年伊犁河谷绿洲压力层面土地生态安全整体状况呈现下降趋势，具体来看，L+数值波动增加，偏离正理想解，L-数值逐渐减少，趋近负理想解，指标贴近度C由2000年的0.867下降为2018年的0.280，土地生态安全等级由Ⅴ级降为Ⅱ级，土地生态安全状况由安全变为较危险。2002—2005年和2006—2013年压力层面土地生态安全状况呈现快速下降趋势，首先由Ⅴ级降为Ⅳ级，然后由Ⅳ级降为Ⅰ级，土地生态安全处于危险状态。主要是由于人口大量增加，林草地面积减少，农业化肥不合理施用，建设用地增加等影响加剧了土地生态负荷，致使土地生态安全压力逐年增加。2013—2018年，压力层面的土地生态安全状况有了小幅度持续性地改善，土地生态安全等级由Ⅰ级提升为Ⅱ级，一定程度上，土地生态安全压力有了小幅度的减轻。其主要原因是随着社会的进一步发展，人口增速开始放缓，政府不断加强生态环境建设力度，2013年，伊犁州被确定为全国第六批生态文明建设试点地区，退耕还林还草力度进一步加大，土地覆被状况逐渐改善，但是土地生态安全压力状况仍然不容乐观。

3.2.2 土地生态安全状态层面状况由图1—3可知，2000—2018年伊犁河谷绿洲状态层面土地生态安全等级整体上呈现上升趋势，其中，正理想距离L+数值波动下降，向正理想解靠拢，负理想距离L-数值增大，远离负理想解，指标贴近度C由2000年的0.019上升为2018年的0.855，土地生态安全等级由Ⅰ级提升为Ⅴ级，土地生态安全状况由危险提升到安全状态。2000—2005年，状态层面土地生态安全呈现上升趋势，土地生态安全等级由Ⅰ级上升到Ⅱ级，主要原因是经济发展增速明显，城市化率的迅速提升，加快了土地的集约化利用。到了2006—2015年和2016—2018年土地生态安全状况开始快速提升，土地生态安全状态等级由Ⅱ级上升为Ⅴ级，土地生态安全由较危险变为安全状态。该阶段是经济飞速发展的时期，固定资产投资总额、农林牧渔业产值增长迅速，第一产业比重人口逐渐减少，由2006年的58.84%下降为2018年的40.85%，经济发展水平逐渐趋向高质量方向发展，农业规模化水平不断提升，进一步提高了土地利用效率，促进了土地生态安全水平的提升。

3.2.3 土地生态安全响应层面状况由图1—3可知，2000—2018年伊犁河谷地区响应层面土地生态安全等级整体上呈现上升趋势，其中，正理想距离L+数值总体上减少，倾近于正理想解，负理想距离L-数值呈现增加趋势，逐渐脱离负理想解，指标贴近度C由2000年的0.072上升为2018年的0.745，土地生态安全等级由Ⅰ级提升为Ⅳ级，响应层面土地生态安全状况由危险提升为较安全。2000—2003年，响应层面土地生态安全呈现上升趋势，土地生态安全响应等级由Ⅰ级上升到Ⅱ级，原因主要是造林规模不断扩大，2000—2003年植树造林共计41 992 hm2，植被覆盖面积不断增大对土地生态安全的维护具有积极作用。2004—2015年和2017—2018年响应层面土地生态安全呈现快速上升趋势，土地生态安全响应等级由Ⅰ级上升为Ⅳ级，响应层面土地生态安全状况由危险提升为较安全。该阶段经济朝向高质量高水平方向发展，产业结构不断完善，减少了农业发展对土地的过度损耗以及工业发展对生态环境造成的污染破坏，另一方面，生态文明建设成果初步展现，2018年伊犁州已创建国家生态文明建设示范县1个(昭苏县)、自治区级生态县2个(巩留县和特克斯县)，多个自治区级生态乡镇村落，伊犁河谷绿洲土地生态环境质量不断提升。

3.3 障碍因子诊断分析

3.3.1 准则层障碍度分析通过障碍因子诊断模型计算得出2000—2018年伊犁河谷绿洲土地生态安全准则层指标障碍度。具体如图4所示。

图4 2000-2018年伊犁河谷绿洲土地生态安全准则层指标障碍度

由图4可以看出，伊犁河谷绿洲土地生态安全准则层障碍度变化较为显著。总体上压力层障碍度呈现出不断增大趋势，状态层与响应层障碍度呈现下降趋势。2000—2018年，压力层指标障碍度增长了73.48%，状态层与相应层指标障碍度分别减少了34.51%，38.96%。具体来看，2000—2007年，土地生态安全的提升受状态层与响应层的影响较大，在2007年以前，响应层指标障碍度一直高于40%，状态层指标障碍度处于波动下降的趋势，而压力层指标障碍度处于不断上升的趋势。2008年之后压力层指标障碍度成为土地生态安全的主要影响因素，增至39.61%，且呈现向上增加趋势，而状态层与响应层障碍度开始波动下降，对于土地生态安全的影响逐渐变小。

总体来说，土地生态安全障碍度随着经济社会的发展，由响应层、状态层向压力层转移，符合土地生态安全影响因素发展的态势。①社会经济不断发展，人口数量增长过快，人口密度逐年增大，过载的人类活动使得土地生态负荷压力逐年加大，影响了土地生态安全的提升速度；②生态文明发展理念逐渐深入人心，政府出台了一系列生态环境建设调控政策，人们也越加重视土地生态问题，对于保护土地生态安全采取了一定的行动，土地生态响应层面障碍度不断减小。

3.3.2 指标层障碍因子分析由于指标较多，本研究选取2000—2018年每年指标障碍度排名前5的指标作为伊犁河谷绿洲土地生态安全的主要障碍因子。具体如表3所示。

表3 2000-2018年伊犁河谷绿洲土地生态安全主要障碍因子

由表3可以发现，2000—2008年农牧民人均纯收入(X15)居于障碍因子首位，到2010年障碍度下降为8.09%，退居障碍因子第5位，此后逐渐退出主要障碍因子行列，而人均GDP(X14)和固定资产投资总额(X9)则是在此期间波动位列第2，3位，农林牧渔业产值(X10)处于第4位，均在2010年之后逐渐退出了主要障碍因子行列。伊犁州直政府出台了一系列生态农业发展政策，不断扩展高效农业面积，农牧民人均收入水平提升，土地的经济效益逐年升高，经济因素逐渐不是影响土地生态安全的主要障碍因素。2010—2018年，人均林草地面积(X3)、人均耕地面积(X4)、人口密度(X1)、农业化肥施用量(X5)则是占据了主要障碍因子的前4位，这四项指标均属于准则层中的压力层指标，进一步印证了土地生态压力负荷不断增大，影响到了土地生态安全的提升。主要原因是人口激增，土地的人口承载压力不断加大，再加上不合理的农业生产活动，土地集约化利用程度不高等因素对土地生态安全影响较大。从2000—2018年，当年造林面积(X17)和工业固体废弃物综合利用率(X18)，在主要障碍因子第5位上出现频率较多，说明植树造林工作和工业污染问题对于土地生态安全的提升影响长远，属于长期存在的障碍因子，需要采取持续性的措施加以解决。

总体上看，随着时间的推进，伊犁河谷绿洲土地生态安全的障碍因子呈现出阶段性的演变，2000—2010年，主要障碍因子有农牧民人均纯收入(X15)、人均GDP(X14)、固定资产投资总额(X9)和农林牧渔业产值(X10)；2010—2018年，主要障碍因子变为了人均林草地面积(X3)、人均耕地面积(X4)、人口密度(X1)和农业化肥施用量(X5)；2000—2018年，持续存在的障碍因子有当年造林面积(X17)和工业固体废弃物综合利用率(X18)。综合来看土地生态安全的主要障碍因素不再是经济发展水平，而是转移到了人口增长、工农业污染、土地植被覆盖减少等方面，这些因素加剧了土地生态安全压力，阻碍了土地生态安全水平的提升，须采取针对性的措施加以改进。

4 结论与建议

4.1 结论

(1) 2000—2018年，总体上伊犁河谷绿洲土地生态安全呈现缓慢变好趋势，但是提升幅度较小，土地生态安全数值由0.429仅提升到了0.559，土地生态安全等级基本上都处于Ⅲ级，土地生态安全一般状态。期间有些许的波动变化，2001—2004，2005—2007，2009—2010，2015—2016年出现了小幅度下降。

(2) 准则层土地生态安全状况变化显著，其中压力层面土地生态安全状况整体上呈现下降趋势，由Ⅴ级降位Ⅱ级，土地生态安全处于较危险状态；状态与响应层面土地生态安全状况整体呈现上升趋势，分别由Ⅰ级提升到了Ⅴ级与Ⅳ级，土地生态安全处于安全与较安全状态。

(3) 准则层土地生态安全障碍度变化与其土地生态安全状况变化基本一致，总体上压力层障碍度呈现出不断增大趋势，状态层与响应层障碍度呈现下降趋势。从指标层障碍因子诊断情况来看，呈现出阶段化趋势，由农牧民人均纯收入、人均GDP、固定资产投资总额等经济层面的障碍因素向人均林草地面积、人均耕地、人口密度、农业化肥施用量等土地承载压力层面转移，持续性存在的障碍因子有当年造林面积与工业固体废弃物综合利用率等生态环境因素指标。