楊慶禮

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院 江蘇 南京 210095)

改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市化水平不斷提高，在注重土地利用質(zhì)量與效率的同時(shí)，土地生態(tài)安全成為越來越受學(xué)界關(guān)注的話題。土地生態(tài)安全的概念可以最早追溯到國外學(xué)界提出的“土地健康”概念，后經(jīng)國內(nèi)外學(xué)者的不斷探討研究，與“生態(tài)安全”、“環(huán)境安全”等概念有機(jī)結(jié)合，在1987年召開的環(huán)境特別會(huì)議上由世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)首次提出了“生態(tài)安全”的概念[1]。為科學(xué)合理評(píng)價(jià)土地生態(tài)安全，國際經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織與歐洲環(huán)境署先后提出了“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”(PSR)模型和“驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)”(DPSIR)模型，在模型的內(nèi)涵與完備程度方面不斷進(jìn)步，從不同角度分析評(píng)估土地生態(tài)安全變化，亦為國內(nèi)外諸多學(xué)者采用[2]。在評(píng)價(jià)方法上國內(nèi)外學(xué)者從不同的研究領(lǐng)域參考借鑒，廣泛使用綜合指數(shù)法[3]、生態(tài)足跡法[4]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[5]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法[6]等，在經(jīng)濟(jì)帶[3]、城市群[4]、省域[7]、市域[6]、鄉(xiāng)鎮(zhèn)[9]等不同空間尺度范圍內(nèi)開展對(duì)各地區(qū)土地生態(tài)安全的研究并取得了切實(shí)可信的成果。

山東省作為我國華東地區(qū)的重要省份，有著獨(dú)特的地理位置和發(fā)展條件，是我國的人口、經(jīng)濟(jì)和糧食生產(chǎn)大省，其土地生態(tài)安全對(duì)我國土地生態(tài)安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展有著極其重要的意義，而學(xué)界對(duì)以山東省為單位的土地生態(tài)安全研究相對(duì)較少。鑒于此，本文以學(xué)界通用的DPSIR模型為依據(jù)選定指標(biāo)體系，使用熵權(quán)法等計(jì)算2009-2018年山東省土地生態(tài)安全時(shí)空變異情況，并對(duì)驅(qū)動(dòng)力(D)、壓力(P)、狀態(tài)(S)、影響(I)和響應(yīng)(R)五個(gè)分系統(tǒng)生態(tài)安全指數(shù)進(jìn)行分析，為進(jìn)一步提高山東省土地利用能力，加強(qiáng)土地生態(tài)安全保護(hù)水平提供借鑒參考。

一、研究方法

(一)基于DPSIR模型的指標(biāo)體系構(gòu)建

本研究選取由歐洲環(huán)境署提出、學(xué)界常用的DPSIR模型構(gòu)建指標(biāo)體系[3-9]，其中：驅(qū)動(dòng)力(D)系統(tǒng)反應(yīng)土地生態(tài)安全變化的影響因素，壓力(P)系統(tǒng)反應(yīng)土地開發(fā)利用中的不利影響；狀態(tài)(S)系統(tǒng)反應(yīng)土地生態(tài)安全的現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)結(jié)果，影響(I)系統(tǒng)反應(yīng)土地生態(tài)安全發(fā)生變化后的效應(yīng)，響應(yīng)(R)系統(tǒng)反應(yīng)以土地生態(tài)安全為目標(biāo)的相關(guān)投入。結(jié)合區(qū)域現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)生活狀況與數(shù)據(jù)可獲得性，最終選取指標(biāo)20個(gè)，將原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后使用熵權(quán)法計(jì)算得出的指標(biāo)權(quán)重如表1所示：

表1 山東省土地生態(tài)安全時(shí)空變異分析指標(biāo)體系

(二)生態(tài)安全指數(shù)計(jì)算

為消除數(shù)據(jù)量綱與正負(fù)指標(biāo)帶來的影響，首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

(1)

(2)

式中：xij為第i年第j個(gè)指標(biāo)值;maxxj、minxj分別為第j個(gè)指標(biāo)的最大值、最小值。特別的，正向指標(biāo)采用式(1)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，負(fù)向指標(biāo)采用式(2)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。

指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化以后采用熵權(quán)法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重，首先計(jì)算第i個(gè)指標(biāo)信息熵的值Hi：

(3)

然后對(duì)指標(biāo)熵權(quán)Wi進(jìn)行計(jì)算：

(4)

最后采用綜合指數(shù)法計(jì)算生態(tài)安全指數(shù)：

(5)

上式中:對(duì)某項(xiàng)指標(biāo)而言，Hi為其信息熵，Wi為其熵權(quán)值，aij為第i年j項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值；Sij為極差標(biāo)準(zhǔn)化值；Ai為山東省第i年的生態(tài)安全指數(shù)。n、m分別為年份數(shù)和指標(biāo)數(shù)，數(shù)值分別為10和20。

二、研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來源

(一)研究區(qū)概況

山東省地處我國華東沿海地區(qū)，經(jīng)緯度范圍34°24′～38°23′N、114°20′～122°43′E。2019年《山東統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示：截止到2018年底，山東省共有常駐人口10047萬人，其中包含就業(yè)人員6180.6萬人，當(dāng)年地區(qū)生產(chǎn)總值76469.67億元，生產(chǎn)糧食5319.5萬噸。山東省是我國的人口、經(jīng)濟(jì)與糧食生產(chǎn)大省。然而隨著人口的持續(xù)增加和城市化的快速擴(kuò)張，人多地少的土地矛盾愈發(fā)尖銳，耕地?cái)?shù)量減少、水土流失嚴(yán)重等問題對(duì)土地生態(tài)安全造成的挑戰(zhàn)愈發(fā)嚴(yán)重。山東省作為環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的重要組成部分和黃河入?？诘年P(guān)鍵生態(tài)節(jié)點(diǎn)，評(píng)估其土地生態(tài)安全對(duì)維持良好的土地使用狀態(tài)與促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展有重要意義。

(二)數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于2010—2019年的《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》、《山東統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國第三產(chǎn)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國農(nóng)業(yè)機(jī)械工業(yè)年鑒》、《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》和各地區(qū)生產(chǎn)總值能耗降低率等指標(biāo)公報(bào)與國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)。部分指標(biāo)經(jīng)計(jì)算得出，個(gè)別缺失數(shù)據(jù)采用線性回歸后預(yù)測的方式進(jìn)行補(bǔ)充。

三、結(jié)果與分析

(一)土地生態(tài)安全狀況時(shí)空變異分析

根據(jù)上述模型與方法，計(jì)算2009-2018年山東省土地生態(tài)安全指數(shù)與各系統(tǒng)得分如表2所示。

表2 山東省土地生態(tài)安全時(shí)空變異情況

從表二不難發(fā)現(xiàn)，近十年來山東省生態(tài)安全指數(shù)不斷提高，土地生態(tài)安全狀況不斷改善。2009-2014年，山東省土地生態(tài)安全狀況穩(wěn)步提高，平均每年生態(tài)安全指數(shù)得分較前年升高30個(gè)百分比，其中狀態(tài)系統(tǒng)、影響系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)得分的提高影響較大。2015年山東省土地生態(tài)安全指數(shù)評(píng)分出現(xiàn)下降，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)得分降低。2016-2018年土地生態(tài)安全指數(shù)得分總體提高，并在2017年達(dá)到近十年土地生態(tài)安全得分指數(shù)的巔峰，但在2018年出現(xiàn)小幅回落?？傮w而言，盡管存在因結(jié)構(gòu)性調(diào)整出現(xiàn)土地生態(tài)安全評(píng)分小幅回落的現(xiàn)象，山東省土地生態(tài)安全狀況在近十年來不斷提升，各分系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r亦向好發(fā)展。

(二)子系統(tǒng)生態(tài)安全時(shí)空變異分析

山東省土地生態(tài)安全驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)評(píng)分近十年來總體呈上升趨勢，在2016年和2017年相對(duì)達(dá)到巔峰，在2015年和2018年略有回落。驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)四項(xiàng)指標(biāo)中，地區(qū)生產(chǎn)總值和有效灌溉面積穩(wěn)步上升，失業(yè)率保持平穩(wěn)水平，而人口自然增長率在2015年全面放開二胎政策后出現(xiàn)大幅上升，人口自然增長率的提高將為土地的利用和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展提供進(jìn)一步的驅(qū)動(dòng)。

山東省土地生態(tài)安全壓力在2009-2011年持續(xù)惡化，用水總量和肺氣中二氧化硫排放量不斷增加，粗放型、高污染型的地區(qū)發(fā)展模式給土地生態(tài)系統(tǒng)造成極大壓力。2012年以后，隨著堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境基本國策的不斷推進(jìn)，區(qū)域用水總量、廢氣中二氧化硫排放量和萬元GDP能耗等相關(guān)指標(biāo)值不斷降低，來自資源環(huán)境方面的生態(tài)安全壓力得到有效應(yīng)對(duì)。然而隨著城市化的不斷擴(kuò)大和農(nóng)民工進(jìn)城趨勢的不斷發(fā)展，山東省城市人口密度亦在不斷擴(kuò)大，近十年來升高約12.8%，為脆弱的城市生態(tài)系統(tǒng)安全維護(hù)造成巨大壓力。

山東省土地生態(tài)安全狀態(tài)系統(tǒng)評(píng)分在2009-2014年不斷上升到達(dá)峰值，在2014年以后逐漸出現(xiàn)下降趨勢。從指標(biāo)構(gòu)成來看，地區(qū)森林覆蓋率和人均地區(qū)生產(chǎn)總值不斷上升并在2018年達(dá)到頂峰，社會(huì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)成果顯著，但是人均耕地面積和農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力在短暫的波動(dòng)后不斷下降，伴隨著城市的擴(kuò)張和工業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了一部分亂占耕地的現(xiàn)象。山東省作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大省，亦承擔(dān)一定基本農(nóng)田保護(hù)和糧食生產(chǎn)的任務(wù)，這樣不均衡的土地生態(tài)安全狀態(tài)將不利于進(jìn)一步的發(fā)展。

山東省土地生態(tài)安全影響系統(tǒng)評(píng)分近十年來不斷上升并在2018年達(dá)到頂峰。糧食產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)密度分別從2009年的4442.7萬噸和10.05億元每平方公里增長到2018年5319.5萬噸和14.81億元每平方公里，增長速率高達(dá)19.74%和47.37%，而城鄉(xiāng)居民人均可支配收入亦大幅增長一倍以上。這表明近年來山東省政府出臺(tái)的一系列措施效果顯著，土地生態(tài)安全治理效果斐然。

山東省土地生態(tài)安全響應(yīng)系統(tǒng)評(píng)價(jià)得分自2009年以來不斷上升，到2014年和2015年趨于穩(wěn)定，在2016年再次上升到較高水平并保持到2018年。2009年以來，山東省全社會(huì)固定資產(chǎn)投資總額和一般工業(yè)固廢利用量不斷上升，增長幅度分別為202%和46%。但是，城市綠地面積和建成區(qū)綠化覆蓋率在總體呈現(xiàn)上升趨勢下，在近幾年出現(xiàn)回落，不利于土地生態(tài)安全的進(jìn)一步發(fā)展。

四、結(jié)論與討論

本研究以山東省作為評(píng)價(jià)區(qū)域，使用DPSIR模型構(gòu)建山東省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系，綜合運(yùn)用熵權(quán)法等數(shù)學(xué)方法對(duì)2009-2018年來山東省土地生態(tài)安全生態(tài)水平和時(shí)空變異分析進(jìn)行評(píng)價(jià)，并得出以下結(jié)論：(1)就目標(biāo)層而言，研究期內(nèi)山東省土地生態(tài)安全指數(shù)不斷提高，土地生態(tài)安全狀況向好發(fā)展，生態(tài)文明體制改革成效斐然。(2)就系統(tǒng)層而言，研究期內(nèi)驅(qū)動(dòng)(D)、壓力(P)、狀態(tài)(S)系統(tǒng)得分總體呈上升趨勢，但在近幾年開始下降；影響(I)和響應(yīng)(R)系統(tǒng)得分逐年上升并在2018年左右達(dá)到最高值。(3)就指標(biāo)層而言，研究期內(nèi)絕大多數(shù)指標(biāo)向好發(fā)展，但仍有農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、建成區(qū)綠化覆蓋率等指標(biāo)存在波動(dòng)，對(duì)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)造成一定影響。

本研究研究框架和指標(biāo)體系選擇在學(xué)界研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)和數(shù)據(jù)可獲得性進(jìn)行確定。且本研究關(guān)注點(diǎn)在于自2009年起近十年來山東省土地生態(tài)安全的時(shí)空變異分析，對(duì)其未來發(fā)展態(tài)勢缺少關(guān)注，在后續(xù)研究中可以進(jìn)一步深化研究并提出相關(guān)建議。