王 鵬, 王亞娟, 劉小鵬, 陳 曉, 孔福星

〔1.寧夏大學 資源環(huán)境學院, 寧夏 銀川 750021; 2.寧夏(中阿)旱區(qū)資源評價與環(huán)境調控重點實驗室, 寧夏 銀川 750021〕

1 研究區(qū)域

青銅峽市位于黃河上游，寧夏平原的中部，地處105°22′—109°09′E，37°41′—38°33′N，隸屬寧夏自治區(qū)吳忠市，南北長約60 km，東西寬約30 km，地勢由西南高東北低，呈現階梯狀分布，屬中溫帶大陸性氣候，四季分明，晝夜溫差較大，全年日照2 955 h，年平均氣溫8.3～8.6 ℃，無霜期176 d，水資源較為豐富，年降水量260.7 mm。地轄8個鎮(zhèn)和2個場，截止2016年底，總人口達30萬人，總面積約2 445 km2，是玉米、水稻、小麥、蔬菜、枸杞等農產品的主要生產基地之一。

2 研究方法與數據來源

采用由聯合國經濟合作開發(fā)署(OECD)提出的PSR模型對青銅峽市土地生態(tài)安全進行評價。PSR模型以人類與自然系統(tǒng)相互制約和依存關系為出發(fā)點建立指標體系，具有較強的系統(tǒng)性，該模型由“壓力—狀態(tài)—響應”三部分指標組成[15]。壓力指標表示環(huán)境承受人類各種生產、生活活動對其造成的壓力；狀態(tài)指標表示自然資源和環(huán)境所處的現狀；響應指標表示人類在面對各種壓力時所采取的手段和措施。該模型較好地反映生態(tài)系統(tǒng)和人類社會間的關系，并將二者緊密聯系起來，具有較強的使用價值[16]。

2.1 數據來源

使用數據全部來源于《寧夏統(tǒng)計年鑒》以及青銅峽市政府報告、官方網站公布的數據和寧夏自治區(qū)官方網站公布的數據、寧夏自治區(qū)國民經濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。

2.2 指標體系的確立

依據指標體系選取的科學性、合理性、可操作性以及數據獲取的可得性原則，運用PSR模型，并結合青銅峽市土地生態(tài)安全特點，在借鑒已有研究成果[8,15-17]的基礎上，構建了青銅峽市土地生態(tài)安全評價指標體系(表1)。

表1 青銅峽市土地生態(tài)安全評價指標體系

2.3 土地生態(tài)安全計算

2.3.1 構建樣本評價矩陣 定義xij指第i年的第j項指標的實際值，從而構建研究區(qū)域生態(tài)安全評價m個評價指標和n個評價對象的樣本矩陣X:

X=(xij)m×n

2.3.2 指標的標準化處理 為了消除量綱影響，本文采用極差法對各項指標進行標準化處理，得到矩陣Y，記為：

Y=(yij)m×n

式中：Yij——指標標準化后的值，Yij∈(0,1)；xijmax，xijmin——第j項指標的最大值和最小值。

2.3.3 熵權法確定權重 定義fij指標準化值占總標準化值的比重，則有公式：

令ej為第j項指標的熵值，則有公式：

本次高峰論壇的第一位主講嘉賓是來自中國航空工業(yè)集團有限公司副總經理張新國，清華大學副校長、教育部高等學校工業(yè)工程類專業(yè)教學指導委員會主任委員鄭力教授，東風日產乘用車公司制造總部總部長陽玉龍，聯想創(chuàng)投集團大數據與物聯網業(yè)務總經理吳越，悠樺林信息科技（上海）有限公司首席優(yōu)化科學家丁偉軍，以及來自京東集團副總裁楊平、上海交通大學中美物流研究院院長江志斌教授、特斯拉汽車公司資深可靠性主管工程師孫鳳斌先生、順豐速運營運副總裁張戟、耐克大中華區(qū)財務總監(jiān)卞敏娜、富士康精密組件（北京）有限公司副總經理劉峰峰以及愛柯迪股份有限公司副總經理何盛華，分別發(fā)表主旨演講。

計算第j項指標的權重wj，公式為：

式中：wj——第j項指標的權重；ej——第j項指標的熵值；m——研究期；j——指標個數。根據熵權法以及以上所給的公式計算得到各指標權重詳見表1。

2.3.4 土地生態(tài)安全綜合指數 本文采用綜合評價法，利用土地生態(tài)安全綜合評價模型計算得到青銅峽市土地生態(tài)安全綜合指數(表2)。

式中：A——土地生態(tài)安全綜合指數；wj——第j項指標的權重；Yij——第i年的第j項指標的標準化值；m——指標個數。

表2 青銅峽市2006-2015年土地生態(tài)安全指數

2.4 生態(tài)安全評價標準的劃分

土地生態(tài)安全評價標準的劃分的科學性、合理性是生態(tài)安全評價的重要環(huán)節(jié)，然而國內對于生態(tài)安全評價標準的研究還處于探索階段，尚無明確、統(tǒng)一的劃分標準[18]。

依據青銅峽市生態(tài)安全指數，參考相關學者的研究成果[19-20]，將青銅峽市土地生態(tài)安全評價標準劃分為5個等級(表3)。

表3 土地生態(tài)安全評價標準與安全等級

2.5 地理探測器分析方法

地理事物空間分布的差異性，深受經濟社會或自然要素影響，探明其機理是地理學研究的重要內容，“地理探測器”研究方法首次應用于地方性疾病形成原因的探測[21]，其模型為：

2.6 土地生態(tài)安全動態(tài)預測

利用灰色系統(tǒng)預測方法對青銅峽市土地生態(tài)安全進行預測，基于灰色建模理論的灰色預測法，按照預測問題的特征，可分為5種基本類型，即數列預測、季節(jié)災變預測、拓撲預測、災變預測以及系統(tǒng)綜合預測，以上5種預測都是地理學中重要且較為常用的預測方法[22-23]。以2006—2016年青銅峽市土地生態(tài)安全綜合指數作為基礎數據源，采用灰色系統(tǒng)預測的數列預測法對其未來9 a土地生態(tài)安全發(fā)展趨勢進行預測。在Matlab 2012軟件中運用GM(1,1)模型程序可以到土地生態(tài)安全值的時間動態(tài)模型為：

x(k+1)=24.402 5exp(0.012 4k)-24.018 2

式中：x——土地生態(tài)安全綜合值；k——預測時間點。

為使預測結果更為準確，對模型預測精度進行檢驗。檢驗結果發(fā)現，原始數列的還原值與實際值之間的殘差值的方差C=0.385 2，最小誤差概率p=0.860 0。在灰色預測模型精度檢驗等級標準中，p>0.8，C<0.5即為合格，因此該預測模型通過檢驗，預測結果合理。運用GM(1,1)預測2017—2025年青銅峽市土地生態(tài)安全態(tài)勢如圖2所示。

3 結果與分析

3.1 土地生態(tài)安全評價結果及總體特征

通過計算得到2006—2016年青銅峽市的綜合土地生態(tài)安全指數(表2)。從表2可以看出，研究期間青銅峽市的土地生態(tài)安全指數介于0.4～0.6之間，土地生態(tài)安全評價值由2006年的0.446 3增加到2016年的0.505 1，其安全等級在研究期間始終處于臨界安全狀態(tài)。由圖1可以看出，研究期間青銅峽市土地生態(tài)安全整體呈波動上升的變化趨勢，土地生態(tài)安全整體狀況得到提升和改善。其中2006—2009年土地生態(tài)安全指數呈現波動下降的態(tài)勢，由2006年的0.446 3下降到2009年的0.419 1；2009—2016年青銅峽市土地生態(tài)安全綜合評價值不斷上升，由2009年的0.419 1上升到2016年的0.505 1。但從壓力指數、狀態(tài)指數以及響應指數來看，研究期間青銅峽市的壓力指數和響應指數呈現出增大的變化趨勢，而狀態(tài)指數則變化不大。尤其2011年以來，土地生態(tài)壓力逐年增大，主要是由于這一時期青銅峽市承接了大量來自南部山區(qū)的貧困移民，使得土地生態(tài)壓力指數增加，基礎設用承載力加大。但由于各級政府對生態(tài)移民工程的實施及移民后的安置區(qū)建設等方面的重視，不斷加大安置區(qū)基礎設施、生態(tài)環(huán)境等方面的建設，使得響應指數逐年增加，青銅峽市土地生態(tài)安全狀況不斷好轉。

圖1 青銅峽市土地生態(tài)安全水平

3.2 土地生態(tài)壓力指數評價分析

土地生態(tài)安全壓力指數表示人類活動對自然生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力。由圖1和表2可知，青銅峽市土地生態(tài)安全壓力指數在研究區(qū)期間整體呈現出先減小后增加的變化趨勢，從2006年的0.209 6下降至2009年的0.206 8，而后壓力指數由2009年的0.206 8增加到2016年的0.220 2。主要有以下幾個原因： ①人口的快速增加。十二五期間寧夏實施生態(tài)移民政策，生態(tài)移民期間青銅峽市承接了大量來自寧夏南部山區(qū)的貧困移民，使得人口密度增加，由111人/km2上升為120人/km2，加大了土地承載壓力； ②研究期間，青銅峽市經濟得到快速增長，工業(yè)化進程加大，城市化水平不斷提高，致使“三廢”排放量增加； ③青銅峽市是寧夏主要的農業(yè)生產區(qū)，農用化肥、農藥以及塑料薄摸的使用加大了土地壓力，研究期間研究區(qū)農用化肥量由2006的7.52×108t增加到2016年的8.95×108t，土壤土質發(fā)生變化，肥力下降，土地資源環(huán)境壓力加大。

3.3 土地生態(tài)狀態(tài)指數評價分析

土地生態(tài)安全狀態(tài)指數反映了自然生態(tài)系統(tǒng)的狀況。由表2可以看出，青銅峽市土地生態(tài)安全狀態(tài)指數幾乎保持不變，基本上呈持平狀態(tài)。研究期間，青銅峽市的農村人均純收入和城鎮(zhèn)居民可支配收入逐年增加，分別由2006年的4 401.03和5 668.22元增加到2016年的10 200.54和21 003.19元；但是其人均糧食產量在不斷減少，由2006年的991.3 kg減少至913.03 kg，主要是人口增加所導致的結果。

3.4 土地生態(tài)響應指數評價分析

土地生態(tài)安全響應指數反映人類在面對各種生態(tài)壓力時所采取的措施和方法。由圖1可以看出研究始末青銅峽市的土地生態(tài)安全響應指數呈現出先下降后上升再下降再上升的W形變化趨勢。2006—2007年響應指數由0.122 8下降至0.118 7，2007—2008年增加至0.129 8，而后下降至2009年的0.109 9；2009—2016年呈現逐年上升的變化趨勢。2006—2009年響應指標波動變化主要是第三產業(yè)占GDP比率、廢氣與廢水處理設施套數和水利環(huán)保投資占GDP比率等指標數據的變化引起的。2009—2016年響應指數逐年增加，主要是政府注重生態(tài)環(huán)境的保護和基礎設施、福利等民生方面的建設和完善，尤其是“十二五”以來，生態(tài)移民工程的實施以及各項扶貧攻堅政策的開展，各級政府把生態(tài)保護和改善民生作為首要任務來抓，極大地改善和保護了土地生態(tài)狀況。

3.5 土地生態(tài)安全主導因素分析

區(qū)域土地生態(tài)安全受各種因素的綜合影響，本文選取了能夠反映土地生態(tài)安全的社會、經濟、生態(tài)等方面的27項指標，對影響土地生態(tài)安全的主導因素進行探測研究。首先利用ArcGIS軟件對土地生態(tài)安全體系各指標原始數據進行分級分區(qū)，根據地理探測器模型，將表1指標層中27項指標分別與土地生態(tài)安全指數進行空間探測分析，計算得到各因素對土地生態(tài)安全指數的影響力(表4)。Q值越大，表明該因素對區(qū)域土地生態(tài)安全影響越大，將Q值大于0.9的指標因素看作為影響土地生態(tài)安全的主導因素。由表4可以看出，青銅峽市的土地生態(tài)安全主要受到人口密度、農用化肥使用量、廢水排放量、萬元GDP能耗、工業(yè)固體廢物產生量、建成區(qū)綠化覆蓋率、水利、環(huán)保設施投資占GDP的比率等要素的影響。

表4 土地生態(tài)安全影響因素探測力指標值

3.6 基于GM(1,1)模型土地生態(tài)安全預測分析

通過利用GM(1,1)模型對青銅峽市未來9 a的土地生態(tài)安全狀況進行預測。結果顯示，2017—2025年青銅峽市土地生態(tài)安全呈現上升的趨勢，其土地生態(tài)安全等級仍為臨界安全狀態(tài)。土地生態(tài)安全的不斷提升和改善有利于農業(yè)生產，將促進社會經濟實力的不斷增強。

圖2 2017-2025年青銅峽市土地生態(tài)安全變化趨勢

4 討論與結論

2006—2016年青銅峽市土地生態(tài)安全壓力指數整體呈現出先減小后增加的變化趨勢，由2006年的0.209 6下降至2009年的0.206 8，而后壓力指數由2009年的0.206 8增加到2016年的0.220 2。土地生態(tài)安全狀態(tài)指數雖有波動，但其變化幅度不大，處于基本持平的狀態(tài)。青銅峽市的土地生態(tài)安全響應指數呈現出先下降后上升再下降再上升的W形變化趨勢。2006—2007年響應指數由0.122 8下降至0.118 7，2007—2008年增加至0.129 8，而后下降至2009年的0.109 9；2009—2016年呈現逐年上升的變化趨勢。

土地生態(tài)安全壓力指數、狀態(tài)指數、響應指數三者共同決定著研究區(qū)的土地生態(tài)安全評價的綜合指數。由表2可以看出，青銅峽的土地生態(tài)安全指數介于0.4～0.6之間，土地生態(tài)安全整體呈波動上升的變化趨勢，其中2006—2009年土地生態(tài)安全指數呈現波動下降的態(tài)勢，由2006年的0.446 3下降到2009年的0.419 1；2009—2016年青銅峽市土地生態(tài)安全綜合評價值不斷上升，由2009年的0.419 1降低到2016年的0.505 1。土地生態(tài)安全整體狀況得到提升和改善，其土地生態(tài)安全等級在研究期間始終處于臨界安全狀態(tài)。

依據2006—2016年生態(tài)安全綜合指數對2017—2025年的土地生態(tài)安全進行預測。結果顯示，研究期間青銅峽市土地生態(tài)安全水平整體呈現上升趨勢，2017—2025年其土地生態(tài)安全水平雖有上升，但其安全等級仍為臨界水平，安全等級有待于提高。利用地理探測器對青銅峽市土地生態(tài)安全影響因子進行探測發(fā)現，青銅峽市的土地生態(tài)安全水平主要受人口密度、農用化肥使用量、廢水排放量、萬元GDP能耗、工業(yè)固體廢物產生量、建成區(qū)綠化覆蓋率、水利、環(huán)保設施投資占GDP的比率等要素的影響。因此，在改善和提高該地區(qū)土地生態(tài)安全時應綜合考慮以上因素的影響，采取相對應的手段和措施。

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