劉凌冰, 李世平

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

西北荒漠化地區(qū)土地生態(tài)安全評價
——以酒泉市為例

劉凌冰, 李世平

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 經(jīng)濟管理學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

選擇酒泉市作為研究區(qū)域，結(jié)合西部荒漠化地區(qū)的特點，利用PSR框架模型構(gòu)建土地生態(tài)安全評價指標體系。通過熵權(quán)法和綜合評價法計算土地生態(tài)安全值，對酒泉市土地生態(tài)安全狀況進行動態(tài)評價和對比分析。結(jié)果表明：2000—2011年間酒泉市土地生態(tài)安全一直在敏感級別波動，生態(tài)問題顯著。其中2002年土地安全狀況最差，接近風(fēng)險級別，2011年土地安全狀況最好，接近良好級別。整體上酒泉市土地生態(tài)安全狀況呈正向發(fā)展，人口增長率降低、環(huán)境污染負荷下降、農(nóng)耕水平提高、社會經(jīng)濟增長等因素是土地狀況改善的主因。

土地生態(tài); 安全評價; 指標體系; PSR模型; 酒泉市

土地是人類一切生產(chǎn)活動和生活行為的空間載體，具有經(jīng)濟效益和自然資源的雙重屬性[1]。工業(yè)化以來，土地自然環(huán)境受到人類活動的嚴峻挑戰(zhàn)，水土流失嚴重，土壤污染加劇，土地生態(tài)環(huán)境惡化，20世紀90年代開始，土地生態(tài)問題成為學(xué)者們的研究熱點[2-3]。土地生態(tài)安全研究作為生態(tài)環(huán)境研究的重要一環(huán)，對于人類合理開發(fā)和有效利用土地資源，緩解人地矛盾，促進人地關(guān)系協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。土地生態(tài)安全是指土地生態(tài)系統(tǒng)在外界因素的影響下，通過系統(tǒng)自身調(diào)節(jié)和恢復(fù)能力能夠使其處于不受或者少受損害的狀態(tài)，保持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的完整健康，同時能夠提供滿足人類發(fā)展需要的服務(wù)[4-6]。土地生態(tài)安全評價能夠有效衡量一個地區(qū)的土地狀態(tài)和功能。

本文在吸取國內(nèi)外相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，選取目前應(yīng)用最為廣泛、相對成熟的PSR模型對酒泉市土地生態(tài)安全進行評價。酒泉市作為我國西部典型的土地荒漠化地區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，有必要對該地區(qū)進行土地生態(tài)安全評價研究，也以此為西部荒漠化較為嚴重的其他地區(qū)提供經(jīng)驗和借鑒。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 酒泉市概況

酒泉市位于甘肅省西北部，河西走廊西端，介于祁連山、阿爾金山與馬鬃山之間。地理坐標上處于東經(jīng)92°09′—100°20′，北緯37°58′—42°48′，東西長680 km，南北寬550 km，總面積19.39萬km2。全市轄一區(qū)兩市四縣，總?cè)丝?10萬人。酒泉市氣候?qū)侔肷衬珊敌詺夂?，主要特征為干旱少雨，日照較長，晝夜溫差大，且多風(fēng)沙。其年均降水量低于100 mm，不足蒸發(fā)量的十分之一。年平均日照時數(shù)3 056.4 h，日照百分率達到69%。年平均氣溫3.9～9.3℃。地勢上南高北低，南部多山地，北部多礫漠，高質(zhì)量土地面積較小，可利用土地不多。未利用的鹽堿地、石礫地、裸土、裸巖、沙地和沼澤地占全區(qū)總土地面積的72%，已利用的川地、園地、林地、草地、城鄉(xiāng)居民點、工礦交通用地和水域面積占總土地面積的28%。被巴丹吉林、庫姆塔格兩大沙漠包圍的北部地區(qū)，從東到西形成了近千公里的風(fēng)沙帶，戈壁荒漠及沙化土地面積達到1 270萬hm2，綠洲面積僅有167萬hm2。全市森林面積36萬hm2，森林覆蓋率僅為1.87%，是全省乃至全國沙漠化最為嚴重的地區(qū)之一。同時土地沙漠化以每年1.8萬hm2的速度擴張，每年成災(zāi)的風(fēng)沙危害在10次以上，因風(fēng)沙危害造成的直接經(jīng)濟損失以及污染、耕地沙化、土地生產(chǎn)力下降等間接經(jīng)濟損失每年近億元，惡劣的生態(tài)環(huán)境威脅著全市人民的生存[7-8]。近年來，酒泉市政府加大了對荒漠化的治理，堅持“南護水源、中調(diào)結(jié)構(gòu)、北治風(fēng)沙”的方針，以治沙造林為重點，組織實施綠色生態(tài)屏障建設(shè)綜合治理行動[9]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文研究數(shù)據(jù)來源于甘肅年鑒(2001—2012年)、甘肅農(nóng)村年鑒(2001—2012年)，中國城市統(tǒng)計年鑒(2001—2012年)，中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒(2001—2012年)，《新中國60年·甘肅》。

2 區(qū)域土地生態(tài)安全評價

2.1 構(gòu)建評價指標體系

本文基于全面性、代表性、科學(xué)性和可操作性的原則，利用PSR模型建立酒泉市土地生態(tài)安全4層評價指標體系。PSR模型從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個有邏輯關(guān)聯(lián)的角度選取評價指標，具有系統(tǒng)性強的優(yōu)勢[10]。其中壓力指標反映人類活動給資源環(huán)境造成的負荷，狀態(tài)指標反映自然資源、環(huán)境質(zhì)量與生態(tài)系統(tǒng)的狀況，響應(yīng)指標表征人類面臨資源環(huán)境問題采取的對策和措施[11-12]。指標體系如表1所示。

表1 酒泉市土地生態(tài)安全評價指標體系

2.2 設(shè)置基準值

目前基準值的設(shè)置主要從三個方面選取，包括國家、行業(yè)和地方規(guī)定標準，相似環(huán)境類比標準和科學(xué)研究已判定的生態(tài)效應(yīng)標準[13]。本文主要采用國際公認值和全國平均值作為指標基準值。

2.3 計算指標安全指數(shù)

計算指標安全指數(shù)先要確定指標的趨向性。本文根據(jù)指標對土地生態(tài)系統(tǒng)安全的影響情況將指標分為正趨向指標和負趨向指標，前者越大越安全，后者越小越安全。指標安全指數(shù)按下式計算：

正向指標：xi≥yi時，si=1；xi

負向指標：xi≤yi時，si=1；xi>yi時，si=yi/xi

式中：si——各項指標的安全指數(shù)，且0≤si≤1；xi——各指標的實際值；yi——各指標的基準值。

2.4 確定指標權(quán)重

確定權(quán)重的方法有主觀賦權(quán)和客觀賦權(quán)兩種，客觀賦權(quán)法可以盡量減少主觀因素對各指標重要程度的影響[14]。本文采用熵權(quán)法確定權(quán)重。結(jié)果如表2所示，計算方法如下：

① 標準化指標數(shù)據(jù)

式中：xi——某項指標的實際值；xmax，xmin——評價對象內(nèi)該指標的最大值和最小值；ei——標準化后該指標的實際評價值。

② 計算熵值：熵值是對系統(tǒng)信息無序程度的度量，熵值越大，信息的無序度越高，信息的效用價值越小，反之亦然。假設(shè)具有m個樣本，n個指標，原始數(shù)據(jù)矩陣表示為X={xij}m×n，其中xij表示第i個樣本第j個指標的實際數(shù)值。按照標準化過程進行處理，得到標準化矩陣E={eij}m×n，eij表示第i個樣本第j個指標標準化后的評價數(shù)值，則第j項指標的熵值定義為：

③ 計算權(quán)重：利用指標的熵值衡量指標的信息效用價值，進一步通過信息效用價值的比重計算指標權(quán)重。第j項指標的權(quán)重定義為：

2.5 計算土地生態(tài)綜合安全值

選取具有邏輯性強，目標明確，計算簡便優(yōu)點的綜合指數(shù)法進行土地生態(tài)安全綜合評價。結(jié)果如表3所示，計算公式如下：

式中：z——土地生態(tài)系統(tǒng)綜合值；si——某一指標的安全值；wi——該指標的權(quán)重；n——指標總數(shù)。

表2 酒泉市生態(tài)安全評價指標基準值、趨向性及指標權(quán)重

表3 酒泉市2000-2011年土地生態(tài)系統(tǒng)安全值

續(xù)表3：

項目2006年2007年2008年2009年2010年2011年人口承載壓力0.10740.10700.11880.10850.11660.1191環(huán)境污染壓力0.09960.10540.10300.11930.12340.1240社會經(jīng)濟壓力0.04350.04440.04560.05080.05350.0616土地生態(tài)壓力安全值0.24840.25470.26520.27620.29100.3018土地利用結(jié)構(gòu)0.12220.12200.12140.12160.12160.1213土地利用質(zhì)量0.10780.10800.10950.10990.11160.1116土地生態(tài)狀態(tài)安全值0.23000.23000.23090.23150.23320.2329環(huán)境治理響應(yīng)0.04900.05060.04210.04000.04560.0456社會經(jīng)濟響應(yīng)0.08950.09280.09840.10130.10190.1029土地生態(tài)響應(yīng)安全值0.13840.14340.14050.14120.14750.1485土地生態(tài)系統(tǒng)綜合安全值0.61690.62810.63660.64890.67170.6832

2.6 區(qū)域土地生態(tài)安全綜合評判標準

根據(jù)目前相關(guān)研究文獻[15-18]，綜合考慮設(shè)定酒泉市土地生態(tài)安全評判標準，該表采用非等間距法將綜合安全值分為5個檔次，綜合安全值越大，土地生態(tài)安全狀況越好，具體見表4。

表4 酒泉市土地生態(tài)安全綜合評判標準

注：表中安全值包括上限不包含下限，如0.4～0.6，包含0.6但不包含0.4。

3 土地生態(tài)安全評價

3.1 評價結(jié)果

酒泉市2000—2011年土地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況一直處于敏感級別，說明酒泉市土地生態(tài)環(huán)境較差，系統(tǒng)服務(wù)功能已退化，受干擾后易惡化，生態(tài)問題顯著。在這12 a中，雖然一直處于敏感級，但是不同年份土地生態(tài)安全值仍有較大差別，其中2002年土地生態(tài)安全狀況最差，為0.610 8，接近風(fēng)險級別，2011年土地生態(tài)安全狀況最好，為0.682 3，接近良好級別。從趨勢上看，2000—2005年土地生態(tài)安全狀況處于波動狀態(tài)，2006年之后持續(xù)好轉(zhuǎn)(圖1—4)。

圖1 酒泉市土地生態(tài)安全值走勢

3.2結(jié)果分析

(1)目標層變化趨勢。2002年酒泉市土地生態(tài)安全狀況開始下降，這是因為在土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)層和響應(yīng)層安全值有所上升的情況下，壓力層安全值下降迅速。2003年土地生態(tài)安全狀況小幅升高之后，2004年快速增長，主要由于當年土地生態(tài)響應(yīng)安全狀況大幅好轉(zhuǎn)。2005年土地生態(tài)安全狀況回歸到2003年的水平，但之后土地生態(tài)安全值變化平穩(wěn)，保持著緩慢上升趨勢，到2011年已經(jīng)達到0.683 2，比最低值高出12%。土地生態(tài)系統(tǒng)壓力安全值增長是土地安全狀態(tài)改善的主要推動力。

圖2 土地生態(tài)系統(tǒng)壓力安全值趨勢

圖3 土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)安全值趨勢

圖4 土地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)安全值趨勢

(2) 準則層變化趨勢。土地生態(tài)系統(tǒng)壓力安全值波動較大。2002年開始單位耕地面積農(nóng)用化肥施用量大幅增長，從2001年的185 kg/hm2增長到2002年的470.9 kg/hm2，之后歷年均高于450 kg/hm2。這導(dǎo)致環(huán)境污染壓力迅速增加，壓力安全值下降明顯。2002年之后安全值逐步上升，主要因為廢水排放負荷減小，環(huán)境污染壓力下降，經(jīng)濟增長和城鎮(zhèn)化發(fā)展又增強了維護和改善土地生態(tài)安全狀況的能力。同時人口壓力雖然呈現(xiàn)波動狀態(tài)，但是人口自然增長率在2011年已下降到全國平均水平以下。

土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)安全值變動最小，曲線平緩，整體變化不顯著，這可以通過因素層進行解釋。在土地利用狀況上，由于酒泉市特殊的荒漠化地理條件，砂石地、沙地、裸土、裸巖等未利用的土地占比達到70%以上，并且難以開發(fā)利用，而耕地、林地、草地等農(nóng)用地和水域面積比重較小，且受自然地理條件的限制變動幅度不大；在土地利用質(zhì)量上，因為2002年開始水土協(xié)調(diào)度從之前的低于40%增長到90%以上，導(dǎo)致狀態(tài)安全值有一定程度的上升，但之后農(nóng)業(yè)成災(zāi)率、水土協(xié)調(diào)度和單位面積糧食產(chǎn)量指標基本優(yōu)于全國平均值，因而其正面影響雖較大，但變化微弱。

土地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)安全值波動明顯，2004年顯著升高是由于當年工業(yè)SO2排放量僅為2 464 t，不足其他年份的一半，SO2去除率接近100%，導(dǎo)致環(huán)境治理響應(yīng)安全值上升顯著。但2005年之后工業(yè)污染治理投入強度降低，SO2去除率下降，環(huán)境治理響應(yīng)明顯下滑。相反，社會經(jīng)濟響應(yīng)因為農(nóng)業(yè)機械化水平和農(nóng)民人均收入的提高呈現(xiàn)出增長走勢。整體上響應(yīng)安全值2011年比2000年增長了9.24%。

總體來說，2000—2011年間酒泉市土地生態(tài)狀況沒有突破敏感級別，土地生態(tài)安全狀況既沒有嚴重惡化也沒有顯著好轉(zhuǎn)。分析認為：酒泉市特殊的荒漠化地理條件限制了土地生態(tài)狀況的改善，加上氣候條件一般，降水量稀少，自然恢復(fù)能力不強；同時人為生產(chǎn)活動帶來環(huán)境污染，但污染治理投入強度卻在下降，這些對土地生態(tài)安全造成一定的負面影響。但值得注意的是，酒泉市未利用土地面積占比雖然很大，但在有限的農(nóng)用地面積中，耕地的質(zhì)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件還是得到了保證，有效灌溉程度、農(nóng)業(yè)機械化水平、單位耕地面積糧食產(chǎn)量均高于全國平均水平；同時人口增長率降低減小了土地的承載壓力，經(jīng)濟條件的改善增強了土地生態(tài)保護與治理的投資能力。

4 對策與建議

(1) 保持人口低增長，提高人口素質(zhì)。嚴格實施國家的人口控制政策，加強環(huán)境保護宣傳力度，使公眾意識到土地生態(tài)狀況對自身生活有重要影響，提高公眾對土地生態(tài)保護與防治活動的支持力度，激發(fā)公眾主動參與意愿，使保護土地生態(tài)切實成為全民參與的行動。

(2) 推廣節(jié)水型農(nóng)業(yè)，建設(shè)高效綠洲。通過發(fā)展塑料溫室及滴灌技術(shù)，利用豐富光能，在綠洲之內(nèi)合理種植，與新型農(nóng)業(yè)技術(shù)相結(jié)合，在盡量減少化肥施用的同時，努力提高單位耕地產(chǎn)出，提高綠洲內(nèi)部土地利用效率。

(3) 加大環(huán)境治理力度，提高廢棄物回收利用率。加大環(huán)境污染治理的資金投入，在控制工業(yè)廢水、廢氣、廢物排放的基礎(chǔ)上提高回收利用率和處理率，以有效緩解工業(yè)生產(chǎn)造成的污染，同時施用高效低殘留農(nóng)藥和有機肥，避免“先污染后治理”。

(4) 增加資金投入，整治荒漠化土地。加強防護林體系建設(shè)，大力推廣沙拐棗、紅柳等沙生灌木混交造林技術(shù)，建立防沙治沙示范點，通過封沙封灘、育林育草等途徑防止耕地沙漠化，保護綠洲不受邊緣沙丘侵襲，遏制非沙化土地向沙化轉(zhuǎn)變。實施生態(tài)改造和建設(shè)項目，通過生物治理等手段對荒漠化土地進行整治。

(5) 建立長效機制，鞏固土地治理成果。在酒泉市政府努力推進“北部防沙治沙及生態(tài)恢復(fù)、中部綠洲綠色生態(tài)屏障建設(shè)、南部祁連山水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)環(huán)境保護”的綜合治理項目的同時，建立科學(xué)合理的長期規(guī)劃，保證和監(jiān)督項目有效實施，做到“治理一片，鞏固一片”，切實推進土地生態(tài)安全建設(shè)工作，改善土地生態(tài)狀況。

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EvaluationonLandEcologicalSecurityinDesertificationAreasofNorthwestChina—ACaseStudyofJiuquanCity

LIU Ling-bing, LI Shi-ping

(SchoolofEconomicsandManagement,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

Given characteristics of the western desertification areas, this paper established the evaluation index system of land ecological security for Jiuquan City by employing PSR model. Based on this, this paper evaluated and analyzed Jiuquan City′s land ecological security by using weighted method and comprehensive evaluation method. The results show that between 2000 and 2011, the level of Jiuquan City′s land ecological security fluctuated around sensitive level, demonstrated obvious ecological problems. Among these years, the year of 2002 was the worst one with risky level, however, the year of 2011 was the best one with favorable level. Overall, decreased growth rate of population, reducing environmental pollution, increased farming level and enhancing social economic development commonly contribute to the improvements of Jiuquan City′s land ecological security.

land ecology; evaluation of security; index; PSR frame; Jiuquan City

2013-10-11

：2013-11-09

劉凌冰(1990—),女,河北承德人,碩士研究生,研究方向:資源經(jīng)濟與環(huán)境管理。E-mail:llbrita@163.com

李世平(1963—),男,甘肅武威人,教授,博士生導(dǎo)師,研究方向:資源經(jīng)濟與環(huán)境管理。E-mail: lishiping68@126.com

X171.1

：A

：1005-3409(2014)04-0190-05