李佳茹 劉雁 郭小萌 呂志超

(吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，吉林 四平 136000)

土地是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]，其保持良好的生態(tài)安全狀態(tài)是國家和區(qū)域生態(tài)安全重要的組成部分[2]。近年來伴隨社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城鎮(zhèn)化率和工業(yè)化水平也在逐年提高，不合理不科學(xué)的土地利用方式造成水土流失、土壤污染等問題亟待解決。中共十九大以來，生態(tài)文明建設(shè)的相關(guān)研究成為熱點領(lǐng)域，呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢，取得許多重要研究成果[3]。近年來，學(xué)者們關(guān)于土地生態(tài)安全的探討主要包括基礎(chǔ)理論、評價體系和研究方法[4]。評價尺度主要集中在時間尺度和空間尺度[5]，主要評價方法有景觀生態(tài)學(xué)方法、主成分分析法、綜合指數(shù)法、生態(tài)足跡法，以及基于PSR框架構(gòu)建土地生態(tài)安全評價模型等[3-8]。本文在基于國內(nèi)相關(guān)研究成果及研究區(qū)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，采用PSR-TOPSIS模型對2003—2018年江西省土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行綜合性評價，運用障礙度模型計算出主要致脆因子，以期為江西省可持續(xù)發(fā)展及維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定提供理論指導(dǎo)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

江西省位于我國東南部，屬華東地區(qū)。全省面積16.69萬km2，省內(nèi)地貌類型以山地、丘陵為主。江西省位于長江中下游南岸，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年平均氣溫18℃，年平均降水量為1675mm。江西省為長江三角洲、珠江三角洲和閩南三角地區(qū)的腹地，京九線、浙贛線縱橫貫穿全境，航空和水運便捷，但經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的資源和環(huán)境破壞也日益嚴(yán)重。另外，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)化率由2003年的27.69%上升為2018年的57.34%，建設(shè)用地面積也不斷增加，土地生態(tài)安全所面臨的壓力與日俱增。

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于《江西統(tǒng)計年鑒》(2004—2019年)、《江西省國民經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展統(tǒng)計公報》(2003—2019年)。部分研究數(shù)據(jù)可直接獲取，其他數(shù)據(jù)可由原始數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)學(xué)運算后得出。

2 研究方法

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

土地生態(tài)安全影響因素主要包括自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會等各方面，是一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)[8]。構(gòu)建科學(xué)合理的指標(biāo)體系是土地生態(tài)安全定性定量評價的重要一步。目前，國際理論界常用聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)合作開發(fā)署(OEDC)提出的壓力-狀態(tài)-響應(yīng)框架模型(PSR)來評價土地生態(tài)安全狀態(tài)。在綜合自然、經(jīng)濟(jì)、社會因素的基礎(chǔ)上從土地生態(tài)安全壓力層面、狀態(tài)層面、響應(yīng)層面對指標(biāo)進(jìn)行篩選分類，并根據(jù)生態(tài)安全評價指標(biāo)選取的完整性、可比性、科學(xué)性、層次性和可操作性原則，在參考前人研究成果的基礎(chǔ)上[3-7]，選取18個能反映出江西省土地資源利用現(xiàn)狀的因素，構(gòu)建江西省土地生態(tài)安全評價及障礙因素指標(biāo)體系。

2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

2.2.1 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理

選取的18項綜合指標(biāo)中包含自然、經(jīng)濟(jì)和社會3個層面，由于各項指標(biāo)對土地生態(tài)安全的影響不同，將18項指標(biāo)按照其對土地產(chǎn)生的正向效益和負(fù)向效益分為正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)。在運算前采用極差法對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理以消除各指標(biāo)之間不同量綱的影響[9,10]。其方法如下。

正向指標(biāo)：

(1)

負(fù)向指標(biāo)：

(2)

2.2.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

為減少主觀賦權(quán)的人為干擾，選取熵權(quán)法進(jìn)行指標(biāo)的賦權(quán)[8-15]，方法如下，結(jié)果見表1。

計算第j項指標(biāo)在第i年的比重fij：

(3)

計算第j項指標(biāo)的熵ej：

(4)

式中，當(dāng)fij=0時，令fijlnfij=0。

計算指標(biāo)權(quán)重Wj：

(5)

2.3 TOPSIS評價模型

TOPSIS法主要應(yīng)用于多指標(biāo)評價研究中，其原理是通過測算所選對象與“最優(yōu)解”和“最劣解”的距離來進(jìn)行排序，計算各指標(biāo)與理想解的貼近度，最終揭示各方案結(jié)果。本研究在構(gòu)建PSR模型的基礎(chǔ)上，運用TOPSIS模型[13-15]對江西省土地生態(tài)安全水平進(jìn)行綜合性評價。

表1 江西省土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系

建立加權(quán)規(guī)范化矩陣：

(6)

確定理想解L+和L-：

正理想解：

L+={maxLij|i=1,2,3，…m}

(7)

負(fù)理想解：

L-={minLij|i=1,2,3，…m}

(8)

式中，maxL+和minL-為加權(quán)規(guī)范化矩陣的最大值和最小值。

計算指標(biāo)到正理想解和負(fù)理想解的距離Zi+和Zi-：

(9)

(10)

計算指標(biāo)貼近度Ci：

(11)

式中，指標(biāo)貼近度值越大，表示第i年的土地生態(tài)安全狀態(tài)越好，指標(biāo)貼近度值越小則狀態(tài)越差。參考張洪等[14]研究成果，結(jié)合江西省實際情況，采取等間距劃分法將指標(biāo)貼近度的值劃分為以下5個等級，見表2。

表2 江西省土地生態(tài)安全等級劃分

2.4 障礙因子診斷模型

在評價區(qū)域土地生態(tài)安全基礎(chǔ)上，使用障礙因子診斷模型提煉和分析主要障礙因子，有助于改善和提升土地生態(tài)安全狀態(tài)[13-15]。

(12)

Nij=∑Mij

(13)

3 結(jié)果與分析

3.1 江西省土地生態(tài)安全綜合狀況分析

在PSR模型選取18個影響因子的基礎(chǔ)上，結(jié)合TOPSIS模型法對江西省土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行計算分析，得到江西省土地生態(tài)安全貼近度變化情況圖，見圖1，以及土地生態(tài)安全Z+和Z-變化情況圖，見圖2。

圖1 2003—2018年江西省土地生態(tài)安全貼近度變化情況

圖2 2003—2018年江西省土地生態(tài)安全Z+、Z-變化情況

從圖1可以看出，2003—2018年江西省土地生態(tài)安全水平大體上處于II～I(xiàn)II級，土地生態(tài)安全處于較不安全和基本安全狀態(tài)，整體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢。只有2018年達(dá)到VI級，土地生態(tài)安全處于較安全的狀態(tài)。具體來看，貼近度由2003年的0.443上升到2018年的0.635，增加了0.192。其中，2007—2008年、2009—2016年、2017—2018年呈上升趨勢，在2003—2007年、2016—2017年有小幅度下降。由圖2可以看出，Z-值總體上呈上升趨勢，由2003年的0.151上升到2018年的0.208，總體上上升了0.057，逐漸偏離負(fù)理想解。Z+值總體上呈下降趨勢，由2003年的0.189下降到2018年的0.119，總體上下降了0.070，逐漸趨近于正理想解。研究期內(nèi)，江西省土地生態(tài)安全狀況可以分為3個階段。2003—2007年，土地生態(tài)安全狀態(tài)由III級下降至II級，其原因在于該時期人口眾多，不合理的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式對土地生態(tài)安全的壓力增大；2007—2013年，江西省土地生態(tài)安全狀態(tài)處于緩慢上升狀態(tài)，其中2012—2013年增幅最大，由0.379增至0.417，上升了0.038，生態(tài)安全狀況由II級回到III級，隨著科學(xué)發(fā)展觀的提出，江西省落實了以人為本和可持續(xù)的發(fā)展觀，從而緩解了環(huán)境和土地生態(tài)安全的壓力，使土地生態(tài)安全狀況得到緩慢回升；2013—2018年，土地生態(tài)安全狀態(tài)處于大幅提升狀態(tài)，由III級升至VI級，達(dá)到較安全水平，指標(biāo)貼近度由0.417升至0.635，增加了0.218，這表明江西省在維護(hù)土地生態(tài)平衡，堅持可持續(xù)發(fā)展，推動生態(tài)文明建設(shè)方面取得了重要進(jìn)步。

3.2 江西省土地生態(tài)安全子系統(tǒng)分析

通過TOPSIS模型計算出江西省土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r圖，見圖3，可以得到2003—2018年江西省土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)發(fā)展水平和變化程度。

3.2.1 土地生態(tài)安全壓力層面

由圖3可知，在2003年江西省土地生態(tài)安全壓力子系統(tǒng)貼近度遠(yuǎn)高于狀態(tài)子系統(tǒng)和響應(yīng)子系統(tǒng)，2003—2018年壓力層面土地生態(tài)安全整體狀況呈現(xiàn)下降趨勢，從0.697下降至0.413，土地生態(tài)安全等級由VI級下降為III級。2003—2011年，貼近度呈現(xiàn)出大幅下降趨勢，由0.697下降至0.267，主要原因在于該時期工業(yè)廢水排放量和工業(yè)固體廢棄物排放量逐年增加，并且在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，化肥施用量的增加也為土地生態(tài)安全帶來了壓力。2011—2016年，貼近度發(fā)展有緩慢回升后呈現(xiàn)緩慢下降趨勢，主要原因在于該時期江西省政府大力發(fā)展生態(tài)建設(shè)，堅持走可持續(xù)發(fā)展路線，減少工業(yè)廢水排放量和工業(yè)固體廢棄物排放量，農(nóng)業(yè)化肥施用量也控制在一定范圍中，土地生態(tài)安全狀況得到了一定的緩解。2016—2018年，貼近度呈明顯上升趨勢，主要原因在于該時期內(nèi)江西省政府持續(xù)貫徹可持續(xù)發(fā)展觀，在上一階段的基礎(chǔ)上不斷加強生態(tài)建設(shè)力度，土地生態(tài)安全狀況得到了較好的鞏固，表明2003—2018年江西省土地生態(tài)安全建設(shè)取得了一定成效。但總體來說，江西省土地生態(tài)安全壓力狀況仍面臨較大挑戰(zhàn)。

圖3 2003—2018年江西省土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)貼近度發(fā)展趨勢

3.2.2 土地生態(tài)安全狀態(tài)層面

由圖3可知，2017年土地生態(tài)狀態(tài)子系統(tǒng)貼近度出現(xiàn)回彈，主要原因在于該時期農(nóng)林牧漁業(yè)的產(chǎn)值有所降低，另外,建設(shè)用地面積的快速增加也給土地生態(tài)安全狀況造成較大壓力?？傮w來看，土地生態(tài)安全狀態(tài)子系統(tǒng)貼近度整體上呈現(xiàn)出上升趨勢，從2003年的0.175上升至2018年的0.848，土地生態(tài)安全等級由I級大幅提升至V級，由不安全狀態(tài)發(fā)展到安全狀態(tài)。總體上看，江西省狀態(tài)子系統(tǒng)發(fā)展趨勢較好。結(jié)合所收集數(shù)據(jù)分析認(rèn)為，該時間段研究區(qū)內(nèi)建成區(qū)綠化覆蓋率、固定資產(chǎn)投資完成額飛速增長，第一產(chǎn)業(yè)人口比重快速下降，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平逐漸趨向于高質(zhì)量發(fā)展，對江西省土地生態(tài)安全產(chǎn)生了積極響應(yīng)。

3.2.3 土地生態(tài)安全響應(yīng)層面

由圖3可知，土地生態(tài)安全響應(yīng)子系統(tǒng)貼近度整體呈現(xiàn)上升趨勢，從0.289上升至0.766，總體上升0.477，土地生態(tài)安全等級由II級上升為VI級。其中，2003—2005年呈下降趨勢，并在2005年達(dá)到最低值0.043，而后除了2017年由于當(dāng)年造林面積、工業(yè)固體廢棄物綜合利用率下降造成的回彈外，響應(yīng)子系統(tǒng)的貼近度由2005年的0.043上升至2018年的0.766。結(jié)合數(shù)據(jù)分析，土地生態(tài)安全響應(yīng)子系統(tǒng)貼近度大幅提升的主要原因是該時期第三產(chǎn)業(yè)占GDP比例大幅增加，由2003年的37.6%上升至2018年的47.4%，工業(yè)固體廢棄物的利用率由22.13%增加至42.41%，這說明政府出臺的一些列相關(guān)發(fā)展措施有效減輕了土地的生態(tài)壓力，使土地生態(tài)安全朝更健康更安全的趨勢發(fā)展。

3.3 障礙因子診斷分析

3.3.1 準(zhǔn)則層障礙因子分析

通過障礙因子模型可以得到2003—2018年江西省準(zhǔn)則層指標(biāo)障礙度，見表3。

表3 2003—2018年江西省土地生態(tài)安全準(zhǔn)則層指標(biāo)障礙度

由表3可知，江西省土地生態(tài)安全準(zhǔn)則層障礙度變化較為顯著?？傮w上來看，2003—2010年阻礙土地生態(tài)安全的主要障礙因子為狀態(tài)子系統(tǒng)，狀態(tài)子系統(tǒng)障礙度在2003—2008年均在39%以上。在2010年后，土地生態(tài)安全的主要障礙因子變?yōu)閴毫ψ酉到y(tǒng)。具體來看，2003—2018年狀態(tài)子系統(tǒng)障礙度和響應(yīng)子系統(tǒng)障礙度都有所降低，尤其是狀態(tài)系統(tǒng)障礙度，由2003年的51.45%下降至2018年的27.08%?？偟膩碚f，準(zhǔn)則層障礙因子由狀態(tài)子系統(tǒng)向壓力子系統(tǒng)轉(zhuǎn)移，這符合社會發(fā)展趨勢。由于政府調(diào)控能力的增強和可持續(xù)發(fā)展理念的雙重加持，使得環(huán)境保護(hù)力度逐漸增強，推動土地生態(tài)安全良性發(fā)展。但城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展和人口增多使土地生態(tài)負(fù)荷壓力增大，因此江西省土地生態(tài)安全問題仍需重視。

3.3.2 指標(biāo)層障礙因子分析

選取每年障礙度排名前5的指標(biāo)作為主要致脆因子進(jìn)行分析，見表4。

表4 2003—2018年江西省土地生態(tài)安全主要障礙因子

由表4可知，在2003—2007年，主要障礙因子集中在狀態(tài)子系統(tǒng)和響應(yīng)子系統(tǒng)，出現(xiàn)次數(shù)最多的分別為建成區(qū)綠化覆蓋率(C11)、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值(C9)和人均公園綠地面積(C5)。這表明在該時期內(nèi)，農(nóng)業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中占比較大，粗放型的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式對研究區(qū)土地生態(tài)安全造成較大威脅，并且該時期內(nèi)隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，城市人口增多對環(huán)境的壓力逐漸增大，研究區(qū)內(nèi)可持續(xù)發(fā)展理念及相關(guān)政策沒有落實到位。直到2008年，隨著相關(guān)政策的不斷強化以上因子才退出主要障礙因子行列，除2017年，由于人口增長導(dǎo)致建成區(qū)綠化覆蓋率配套不足導(dǎo)致其重新進(jìn)入主要障礙因子行列外，一直沒有回彈。2008—2018年，主要障礙因子集中在壓力子系統(tǒng)和狀態(tài)子系統(tǒng)，主要為人口密度(C1)、工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量(C6)、工業(yè)廢水排放量(C4)、農(nóng)業(yè)化肥施用量(C3)和建設(shè)用地面積(C12)，表明該時期人口的增加和城鎮(zhèn)建設(shè)用地的擴(kuò)張對土地生態(tài)的壓力不斷加劇，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件仍是土地生態(tài)安全的制約因素，而工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量(C6)、工業(yè)廢水排放量(C4)成為障礙因子則表明工業(yè)廢水和固體廢棄物在江西省土地生態(tài)安全狀況改善中仍占有重要地位。除上述主要障礙因子外，第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重(C16)和工業(yè)固體廢棄物排放量(C18)也交替出現(xiàn)在主要障礙因子行列，這說明產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)仍需進(jìn)一步調(diào)整，工業(yè)固體廢棄物的處理力度仍需進(jìn)一步增大。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

總體來說，2003—2018年江西省土地生態(tài)安全發(fā)展趨勢良好，由III級基本安全升至VI級較安全狀態(tài)。發(fā)展過程可大致分為3個階段，2003—2007年小幅下降階段，2007—2013年緩慢上升階段，2013—2018年大幅上升階段。同時，各子系統(tǒng)發(fā)展并不均衡，與狀態(tài)子系統(tǒng)和響應(yīng)子系統(tǒng)相比，壓力子系統(tǒng)的發(fā)展明顯滯后。狀態(tài)子系統(tǒng)提升最為顯著，這說明今后應(yīng)繼續(xù)加強環(huán)境建設(shè)，堅持走可持續(xù)發(fā)展路線。

從準(zhǔn)則層障礙度看，研究區(qū)土地生態(tài)安全障礙度整體變化顯著。其中，壓力子系統(tǒng)變化最為顯著，其次是狀態(tài)子系統(tǒng)，響應(yīng)子系統(tǒng)變化最不顯著。整體上準(zhǔn)則層主要障礙因子由狀態(tài)子系統(tǒng)向壓力子系統(tǒng)轉(zhuǎn)移。這一結(jié)果與壓力子系統(tǒng)貼近度發(fā)展滯后相符合，這說明在今后的工作中，緩解土地生態(tài)安全的壓力仍然是重中之重。

從指標(biāo)因子障礙度層面來看，主要障礙因子由建成區(qū)綠化覆蓋率(C11)、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值(C9)和人均公園綠地面積(C5)過渡為人口密度(C1)、工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量(C6)、工業(yè)廢水排放量(C4)、農(nóng)業(yè)化肥施用量(C3)、建設(shè)用地面積(C12)、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重(C16)和工業(yè)固體廢棄物排放量(C18)，這符合社會發(fā)展趨勢，表明人口、農(nóng)業(yè)和工業(yè)是造成土地生態(tài)安全問題的重要因素。

4.2 建議

綜合上述評價結(jié)果，提出以下建議，以期維護(hù)江西省土地生態(tài)安全。進(jìn)一步推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占重要地位，要推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，注重環(huán)保產(chǎn)業(yè)發(fā)展，大力發(fā)展環(huán)境友好型、資源集約型企業(yè)。減少工業(yè)廢水和工業(yè)固體廢棄物的排放，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理利用化肥和農(nóng)藥。從上述分析中可以看出，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的化學(xué)物品以及工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物排放是土地生態(tài)安全的主要制約因素。適度控制人口增長。人口增長過快會導(dǎo)致資源緊張，生態(tài)環(huán)境破壞加劇，適度控制人口增長有利于環(huán)境保護(hù)，緩解人類和資源之間的矛盾。增加植樹造林面積，適當(dāng)減少建設(shè)用地面積。