我國北方農(nóng)牧交錯區(qū)土地生態(tài)安全評價
——以白城市為例

張 茹, 戴文婷, 劉兆順, 董霽紅

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測繪學(xué)院, 江蘇 徐州221000; 2.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 長春 130000)

我國北方農(nóng)牧交錯區(qū)土地生態(tài)安全評價
——以白城市為例

張 茹1, 戴文婷1, 劉兆順2, 董霽紅1

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 環(huán)境與測繪學(xué)院, 江蘇 徐州221000; 2.吉林大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院, 長春 130000)

白城市位于北方農(nóng)牧交錯區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱。為了解其土地生態(tài)安全狀況，基于壓力—狀態(tài)—響應(yīng)(pressure-state-response簡稱PSR)模型，共選取21個指標(biāo)構(gòu)建了土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，對2007—2012年白城市及其所轄5個縣區(qū)土地生態(tài)安全變化情況進(jìn)行評價分析。結(jié)果表明：(1) 各縣(市、區(qū))土地生態(tài)壓力—狀態(tài)—響應(yīng)情況不同，鎮(zhèn)賚縣、大安縣及洮北區(qū)土地生態(tài)壓力安全值較高，對安全綜合值貢獻(xiàn)率在38%以上；洮南市土地生態(tài)狀態(tài)安全值較高，貢獻(xiàn)率在36%以上；通榆縣土地生態(tài)壓力—狀態(tài)—響應(yīng)安全值分布比較均衡，貢獻(xiàn)比為35∶34∶31。(2) 2007—2012年，白城市土地生態(tài)安全綜合值由0.712 2提高至0.780 4，土地生態(tài)環(huán)境有所改善，但土地安全等級仍處于敏感級，生態(tài)環(huán)境比較脆弱。(3) 白城市土地生態(tài)安全狀況的改善有賴于實(shí)施有效的人口政策，控制人口規(guī)模；引進(jìn)人才，鼓勵農(nóng)民發(fā)展新型綠色農(nóng)業(yè)，減輕土地污染壓力；提高環(huán)境保護(hù)意識，加大環(huán)保投資力度，促進(jìn)土地生態(tài)恢復(fù)。

農(nóng)牧交錯區(qū); 土地生態(tài); 安全評價; PSR模型; 白城市

土地資源作為萬物生存之根本，其良好的生態(tài)安全狀態(tài)不僅是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，更是實(shí)現(xiàn)社會可持續(xù)發(fā)展的先決條件[1]。然而，近年來城鎮(zhèn)化與工業(yè)化的快速推進(jìn)，人地矛盾的日益突出以及土地利用程度的不斷增強(qiáng)，導(dǎo)致土地污染、水土流失、土地荒漠化等現(xiàn)象日益嚴(yán)重，直接或間接地威脅著土地生態(tài)安全，制約著人類社會的可持續(xù)發(fā)展[2]。因此，關(guān)于土地生態(tài)安全的研究已經(jīng)成為土地可持續(xù)利用的熱點(diǎn)課題，引起眾多學(xué)者的關(guān)注[3]。其中，對土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、價值進(jìn)行客觀評價，掌握土地資源動態(tài)，了解土地資源變化詳情，為土地資源可持續(xù)利用提供合理依據(jù)已經(jīng)成為土地生態(tài)安全研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[4]。目前，土地生態(tài)安全評價仍處于探索階段[5]，評價尺度主要集中于短期靜態(tài)到長期動態(tài)的時間尺度以及從地方到區(qū)域的空間尺度。評價方法主要集中于從自然因素、經(jīng)濟(jì)因素以及社會因素出發(fā)，在壓力—狀態(tài)—響應(yīng)(pressure-state-response 簡稱PSR)模型框架下，利用景觀生態(tài)、生態(tài)足跡、物元分析等模型和GIS、支持向量機(jī)等多種方法，通過構(gòu)建生態(tài)安全評價指標(biāo)體系對研究區(qū)土地利用進(jìn)行生態(tài)安全評價[6]。

白城市位于科爾沁草原東部，嫩江平原西部，是我國北方典型的農(nóng)牧交錯地區(qū)。受惡劣生態(tài)環(huán)境以及自然災(zāi)害等因素的影響，該區(qū)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，土地退化嚴(yán)重，貧困人口集中[7]。因此，文章以白城市為研究區(qū)域，對其進(jìn)行土地生態(tài)安全評價。目的在于明確白城市及其所轄各縣(市、區(qū))土地生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及發(fā)展變化情況，分析土地生態(tài)安全所存在的問題及影響因素，最終為白城市土地利用效率的提高和生態(tài)安全狀況的改善提供理論參考和科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

白城市位于吉林省西部，轄洮北區(qū)、洮南市、大安市、鎮(zhèn)賚縣、通榆縣5個縣(市、區(qū))。地理坐標(biāo)為121°38″—124°22′E，44°13′57″—46°18′N，土地面積25 745 km2，占吉林省總面積的7.29%，居吉林省第三位。總體地勢表現(xiàn)為西北高，東北低，東南略有抬升。全年氣候具有“日照充足，降雨量變動大，旱多澇少”的特點(diǎn)。年平均氣溫5.1℃，全年無霜期約149 d，年平均降水量399.8 mm，降水量主要集中于5—9月份，約占全年總降水量的88%。

2012年，白城市總?cè)丝?00.02萬人，其中農(nóng)業(yè)人口119.85萬人，占人口總數(shù)的59.91%。地區(qū)總產(chǎn)值615.4億元，比2011年增長12.2%。其中，第一、二、三產(chǎn)業(yè)增長值分別為110.6億元、293.8億元、211.0億元，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)為18.0∶47.7∶34.3。作為國家級商品糧生產(chǎn)基地，2012年，白城市糧食總產(chǎn)量為346.9萬t，總播種面積102.6萬hm2，實(shí)現(xiàn)糧食單產(chǎn)3 381.1 kg/hm2。其中玉米產(chǎn)量210.3萬t，水稻產(chǎn)量87.2萬t，播種面積分別為40.6萬hm2，11.8萬hm2。此外，畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)仍保持平穩(wěn)發(fā)展趨勢，其中肉類總產(chǎn)量9.8萬t，同比增長12.0%；禽蛋產(chǎn)量5.1萬t，牛奶產(chǎn)量14.4萬t，均同比增長6.5%。

1.2 研究方法

1.2.1 數(shù)據(jù)來源 研究數(shù)據(jù)主要來源于《吉林統(tǒng)計(jì)年鑒》(2008—2013)、《白城統(tǒng)計(jì)年鑒》(2008—2013)、白城市社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)公報(2007—2012)以及所轄縣(區(qū))地方志，原始數(shù)據(jù)見表1。

1.2.2 評價指標(biāo)體系構(gòu)建 PSR框架模型是20世紀(jì)80年代，由世界銀行(WB)、聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)、聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署(UNDP)在其聯(lián)合開展的土地質(zhì)量指標(biāo)(Land Quality Indicators,簡稱LQL)研究項(xiàng)目中所取得的研究成果[8]。由互為因果關(guān)系的壓力、狀態(tài)和響應(yīng)三部分組成[9]：即因人類活動而對生態(tài)環(huán)境所產(chǎn)生的壓力；生態(tài)環(huán)境因壓力而改變了其原有的性質(zhì)或自然數(shù)量(狀態(tài))；人類通過技術(shù)手段以及管理策略等對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的變化所做出的行為響應(yīng)。因其具有綜合性、靈活性和因果關(guān)系清晰等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)前可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)安全評價領(lǐng)域較常用的方法[10]。

不同地區(qū)土地生態(tài)安全狀況有所差異，因此，學(xué)者們從不同角度構(gòu)建生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，在此基礎(chǔ)上對研究地區(qū)進(jìn)行生態(tài)安全評價。例如，劉凌冰[11]等對西北荒漠區(qū)土地生態(tài)安全進(jìn)行評價時，側(cè)重于從人口承載、社會經(jīng)濟(jì)以及資源環(huán)境3方面選取土地生態(tài)壓力指標(biāo)，從土地利用質(zhì)量及利用結(jié)構(gòu)方面選取土地生態(tài)狀態(tài)指標(biāo)，從環(huán)境治理和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展方面選取土地生態(tài)響應(yīng)指標(biāo)。張銳等[12]對耕地進(jìn)行生態(tài)評價時，通過選取人口密度、單位耕地面積化肥負(fù)荷、人均耕地面積等作為土地壓力指標(biāo)，選取耕地糧食單產(chǎn)、水土流失程度等作為土地狀態(tài)指標(biāo)，選取農(nóng)民人均純收入、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力等作為土地響應(yīng)指標(biāo)。湯潔等[13]對東北農(nóng)牧交錯帶土地生態(tài)安全指標(biāo)體系構(gòu)建中，選取人口自然增長率、經(jīng)濟(jì)密度等作為土地壓力指標(biāo)，選擇土地利用類型面積比作為狀態(tài)指標(biāo)(如耕地面積比、水域面積比、草地面積比等)，將第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平等指標(biāo)作為土地響應(yīng)指標(biāo)。

在參考以上不同地區(qū)土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，根據(jù)指標(biāo)選取的科學(xué)性、完整性、相對獨(dú)立性及可操作性原則，結(jié)合白城市資源環(huán)境，土地利用質(zhì)量、利用結(jié)構(gòu)以及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展等實(shí)際情況[14-15]，最終構(gòu)建4個層次(目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、因素層、指標(biāo)層)的評價指標(biāo)體系，共分為3個分系統(tǒng)，6個子系統(tǒng)和21個指標(biāo)因素(見表2)。同時，根據(jù)各指標(biāo)對土地生態(tài)的影響結(jié)果，將指標(biāo)劃分為正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)兩類。正向指標(biāo)數(shù)值越大，表示土地生態(tài)安全狀態(tài)越好，維護(hù)和改善土地生態(tài)安全的能力越強(qiáng)；負(fù)向指標(biāo)值越大，表示土地生態(tài)安全狀態(tài)越差，土地利用過程中矛盾沖突越嚴(yán)重。

表1 2007-2012年白城市土地生態(tài)安全評價各指標(biāo)

表2 白城市土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

(1) 基準(zhǔn)值確定。指標(biāo)基準(zhǔn)值的確定主要來源于國際、國家、地方及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，相似環(huán)境類比標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)研究已判定的生態(tài)效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)以及國際、國家或省內(nèi)公認(rèn)值或平均值[16]。文章中土地生態(tài)安全評價指標(biāo)基準(zhǔn)值的確定及其來源見表3。

(2) 計(jì)算指標(biāo)安全指數(shù)。

正向指標(biāo)：當(dāng)xj≥yj時，sj=1；當(dāng)xj≤yj時，sj=xj/yj。

負(fù)向指標(biāo)：當(dāng)xj≤yj時，sj=1；當(dāng)xj≥yj時，sj=yj/xj。

式中：sj為各項(xiàng)指標(biāo)的安全指數(shù)；xj為各指標(biāo)實(shí)際值，為各yj指標(biāo)的基準(zhǔn)值。

(3) 確定指標(biāo)權(quán)重。目前，計(jì)算指標(biāo)權(quán)重的方法可分為客觀賦權(quán)法和主觀賦權(quán)法兩類。為避免人為因素干擾，文章中采用客觀賦權(quán)法中的熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重。熵權(quán)法是在綜合考慮各種指標(biāo)所提供的信息量的基礎(chǔ)上計(jì)算出綜合指標(biāo)的數(shù)學(xué)方法，其優(yōu)點(diǎn)是能夠客觀準(zhǔn)確的得到各指標(biāo)權(quán)重值[17]。求取步驟如下：

(1)

式中：xij為某項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際值;xjmax，xjmin為第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值;eij為標(biāo)準(zhǔn)化后該指標(biāo)的實(shí)際評價值。根據(jù)此方法將原始化矩陣轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)化矩陣：

② 熵值計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值定義為：

(2)

且 fij=0時， fijlnfij=0

③ 指標(biāo)權(quán)重確定第j項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算公式為：

(3)

④ 計(jì)算指標(biāo)綜合安全值

(4)式中：z表示土地生態(tài)系統(tǒng)綜合值;m表示指標(biāo)總數(shù);wj表示某一指標(biāo)的權(quán)重;sj表示某該指標(biāo)的安全指數(shù)。

1.2.4 土地生態(tài)安全分級標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)計(jì)算所得的土地生態(tài)安全綜合值，在參考相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[18-21]，結(jié)合白城市土地生態(tài)安全實(shí)際，采用非等間距方法將該地區(qū)土地生態(tài)安全綜合值(0～1)劃分為5個等級，見表4。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)白城市土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系及綜合安全值計(jì)算，得出白城市及其所轄各縣(市、區(qū))2007—2012年土地生態(tài)安全綜合值，見表5。

表4 土地生態(tài)安全等級劃分

表5 2007-2012年白城市及各縣(市、區(qū))土地生態(tài)安全綜合值

2.1 白城市土地生態(tài)安全評價

根據(jù)白城市土地生態(tài)安全評價結(jié)果，可知2007—2012年，白城市土地生態(tài)安全綜合值處于0.712 2～0.780 4之間，安全等級均為敏感級。表明評價期內(nèi)白城市土地生態(tài)環(huán)境總體較差，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)受到一定程度破壞，系統(tǒng)服務(wù)功能有所退化。不同年份土地生態(tài)安全值有所不同，其中2007年土地生態(tài)安全綜合值最低，為0.712 1，土地生態(tài)狀況最差。2012年土地生態(tài)安全綜合值最高，為0.780 4，土地生態(tài)狀況最優(yōu)。總體上，2007—2015年白城市土地生態(tài)安全狀況處于波動性上升趨勢，且于2010年后持續(xù)好轉(zhuǎn)。評價期內(nèi)白城市各年份土地生態(tài)安全值見表6。

表6 2007-2012年白城市土地生態(tài)安全值

(1) 土地生態(tài)安全總體變化趨勢。2008—2010年，白城市土地生態(tài)安全綜合值逐年降低，下降值為0.016 9。在此期間，壓力安全值處于明顯上升狀態(tài)，上升值為0.022 0。狀態(tài)安全值呈小幅度下降趨勢，下降值為0.008 2。響應(yīng)安全值下降迅速，由2008年0.193 2降低至2010年0.162 5，下降值為0.030 7。2010年后，土地生態(tài)安全綜合值增長迅速，由0.724 7上升至0.780 4，上升值為0.055 7，年均上升幅度為3.77%。其中，土地生態(tài)響應(yīng)安全值上升幅度較大，變化幅度為0.057 3。此外，壓力安全值與狀態(tài)安全值增長幅度分別為0.006 5，0.004 9。由以上分析可知，2008—2012年，土地生態(tài)響應(yīng)安全值的增長變動是影響白城市土地生態(tài)安全綜合值變化的主要因素。

(2) 土地生態(tài)壓力、狀態(tài)、響應(yīng)變化趨勢。2007—2010年，土地生態(tài)壓力安全值呈上升趨勢。在此期間，社會經(jīng)濟(jì)壓力安全值逐年升高，主要因?yàn)橛行У娜丝谡呤沟迷u價期內(nèi)該地區(qū)人口自然增長率均小于全國平均值4.94‰，且呈現(xiàn)不斷下降趨勢，特別是2010年，白城市人口出現(xiàn)負(fù)增長，自然增長率下降為-0.26‰，人口總數(shù)的降低一定程度上減輕了土地生態(tài)系統(tǒng)的承載和供給壓力。同時城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高使得該地區(qū)經(jīng)濟(jì)實(shí)力增強(qiáng)，單位土地面積經(jīng)濟(jì)收入由2007年88.79萬元/km2增加至239.08萬元/km2，增長迅速。2010—2012年白城市土地壓力安全值開始下降，主要原因?yàn)樽?010年開始，土地資源環(huán)境壓力安全值持續(xù)降低，單位耕地面積化肥施用量由334.35 kg/hm2上升至523.65 kg/hm2，遠(yuǎn)高于250 kg/hm2的生態(tài)安全基準(zhǔn)值，土地生態(tài)系統(tǒng)污染嚴(yán)重。

2007—2012年，土地狀態(tài)安全值變化幅度較大。2007—2011年土地結(jié)構(gòu)狀態(tài)安全值呈平穩(wěn)上升趨勢，原因?yàn)樵u價期內(nèi)白城市農(nóng)林業(yè)發(fā)展良好，耕地保有量不斷攀升，所占比重由24.38%上升至38.64%，林地面積所占比重由12.01%上升至13.44%。2012年，土地結(jié)構(gòu)安全值有所降低，這一年草地退化造成草場面積所占比重由44.31%降低至35.19%，不利于土地生態(tài)的健康發(fā)展。土地質(zhì)量狀態(tài)安全值變動幅度較大，其中，2009年土地質(zhì)量狀態(tài)安全值由0.138 4降低至0.107 9，原因在于2009年白城市大面積旱災(zāi)造成土地缺水嚴(yán)重，糧食單產(chǎn)由2008年6 850.63 kg/hm2降低至2009年3 951.22 kg/hm2。同時，草場產(chǎn)草量下降，畜牧能力降低，單位土地面積畜牧業(yè)強(qiáng)度由17.24萬元/hm2降低至0.85萬元/hm2。

2007—2012年，土地生態(tài)響應(yīng)安全值變化明顯。首先，社會經(jīng)濟(jì)響應(yīng)安全值對土地生態(tài)響應(yīng)安全值貢獻(xiàn)波動較大。在此期間，農(nóng)民人均年純收入由2 851元/人上升至3 537元/人，呈平穩(wěn)上升趨勢。同時，環(huán)境保護(hù)投資力度、農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展水平以及第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值比重均呈現(xiàn)先減后增趨勢，最終使得社會投資響應(yīng)呈波動性上升狀態(tài)，上升幅度為0.056 4。環(huán)境治理響應(yīng)安全值呈平穩(wěn)上升狀態(tài)，主要原因?yàn)?007—2012年，白城市荒山荒沙造林面積所占總面積的比重高于0.45%，高于吉林省2007—2012年平均值0.28%，位于吉林省前列。

以上分析可知，白城市土地生態(tài)安全綜合值受土地響應(yīng)安全值影響最大，狀態(tài)安全值次之，壓力安全值影響最小。促進(jìn)該市土地生態(tài)狀況改善的主要因素為較低的人口密度及自然增長率減輕了土地承載壓力，遼闊的耕地面積及快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)增強(qiáng)了土地的供養(yǎng)能力。同時，正常年內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)的改善以及土地利用質(zhì)量的提高，環(huán)境治理及社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力的增強(qiáng)均促進(jìn)了土地生態(tài)安全狀況的改善。制約因素為單位耕地面積化肥施用量過高，土地環(huán)境受污染嚴(yán)重。災(zāi)害期內(nèi)，受水資源匱乏的制約，水土協(xié)調(diào)度有所下降，土地產(chǎn)出能力降低，生態(tài)環(huán)境脆弱。雖然環(huán)保投資比有所提高，但投資所占GDP比重仍遠(yuǎn)低于3.5%的生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，影響土地生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)。

2.2 白城市各縣(市、區(qū))土地生態(tài)安全評價

各縣(市、區(qū))2007—2012年土地生態(tài)安全等級多處于敏感級，表明各地區(qū)土地生態(tài)環(huán)境較差，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)均遭受不同程度的破壞，服務(wù)功能退化，抗災(zāi)害能力不強(qiáng)。同時，評價期內(nèi)各縣(市、區(qū))土地生態(tài)安全綜合值變化情況各有不同。

通榆縣土地生態(tài)安全綜合值變化幅度最大(圖1)，由2007年0.637 9上升至2012年0.743 0，上升值為0.103 3，安全等級為敏感級，土地生態(tài)安全狀況總體趨于好轉(zhuǎn)。各準(zhǔn)則層中，壓力安全值、狀態(tài)安全值以及響應(yīng)安全值對生態(tài)安全綜合值貢獻(xiàn)率分別為，35.58%，33.82%，30.60%。該區(qū)地域遼闊，土地面積占白城市總面積33.00%，人口密度常年保持在43人/km2，遠(yuǎn)低于128人/km2的國際標(biāo)準(zhǔn)，此外，人口自然增長率較低使得土地生態(tài)系統(tǒng)承載壓力減小。耕地、林地所占面積比重分別由2007年22.16%，14.64%上升至35.32%，22.36%。耕地、林地面積的提高增強(qiáng)了土地生態(tài)景觀功能，改善了土地生態(tài)狀況。制約通榆縣土地生態(tài)安全等級提高的主要因素為土地集約利用能力較差，截至2012年，農(nóng)業(yè)強(qiáng)度僅為25.74萬元/hm2，糧食單產(chǎn)僅為2 398.60 kg/hm2。遠(yuǎn)低于吉林省均值46.54萬元/hm2以及全國均值5 561.67 kg/hm2。

鎮(zhèn)賚縣與大安縣土地生態(tài)安全綜合值變化幅度較大。其中，鎮(zhèn)賚縣土地生態(tài)安全值由2007年0.702 3上升至2012年0.789 7，變化幅度為0.087 4。由圖2可知，壓力安全值對綜合安全值貢獻(xiàn)最大，原因在于2007—2012年，鎮(zhèn)賚縣人口密度為43～62人/km2，低于128人/km2國際標(biāo)準(zhǔn)，人均耕地面積由0.52 hm2/人增加至0.67 hm2/人，遠(yuǎn)高于0.05 hm2/人的聯(lián)合國警戒線。其次，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平提高使得鎮(zhèn)賚縣經(jīng)濟(jì)密度平穩(wěn)上升，地均GDP由78.72萬元/km2提升至237.59萬元/km2。響應(yīng)安全值對綜合安全值貢獻(xiàn)率較小，并于2008年貢獻(xiàn)率降到最低，原因?yàn)?008年，鎮(zhèn)賚縣機(jī)械化水平有所降低，單位耕地面積農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力由5.02 kW/hm2降低至3.02 kW/hm2，農(nóng)民年人均純收入由2 613元/人降低至2 241元/人，土地供養(yǎng)壓力增大。

圖1 通榆縣土地生態(tài)安全值變化趨勢

圖2 鎮(zhèn)賚縣土地生態(tài)安全值變化趨勢

大安縣土地生態(tài)安全綜合值變化幅度次之，由2007年0.630 7上升至2012年0.711 2，上升值為0.080 5，安全等級一直處于敏感級，但土地生態(tài)安全值呈平穩(wěn)上升趨勢。由圖3可知土地生態(tài)壓力及響應(yīng)安全值均呈平穩(wěn)上升趨勢，積極影響因素為耕地面積遼闊，人口密度保持在84～86人/km2，人均耕地面積廣闊，土地供養(yǎng)能力較強(qiáng)。此外，研究期內(nèi)大安縣綠化覆蓋率逐年提高，環(huán)保投資力度不斷增強(qiáng)。制約因素主要為化肥施用量過高，雖然單位耕地面積化肥施用量由2007年646.95 kg/hm2降低至2012年535.80 kg/hm2，但仍遠(yuǎn)高于250 kg/hm2的國家生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)。土地狀態(tài)安全值呈下降趨勢，原因?yàn)榇蟀部h水資源較為缺乏，人均水資源儲量為僅為960 m3/人，低于全國平均值2 000 m3/人。其次，水域所占土地總面積比例由2007年的14.33%下降至2012年4.27%，水資源匱乏造成水土協(xié)調(diào)程度較低，有效灌溉耕地面積比呈不斷下降趨勢，對土地質(zhì)量造成威脅。

圖3 大安縣土地生態(tài)安全值變化趨勢

圖4 洮南市土地生態(tài)安全值變化趨勢

洮南市土地生態(tài)安全綜合值變化幅度較小，安全等級均處于敏感級，但土地生態(tài)安全狀況逐漸改善，土地生態(tài)安全綜合值由2007年0.725 6上升至2012年0.791 0，變化+0.065 4。由圖4可知，準(zhǔn)則層中，狀態(tài)安全值對綜合安全值貢獻(xiàn)率最大，貢獻(xiàn)比率呈下降趨勢。由2007年40.64%上升至2012年35.94%。主要原因在于評價期內(nèi)洮南市土地結(jié)構(gòu)發(fā)展不協(xié)調(diào)，草場退化，所占面積比重由45.46%降低至30.31%，水域面積比由5.23%降低至3.08%。壓力安全值對綜合安全值貢獻(xiàn)率呈上升趨勢，原因?yàn)樵u價期內(nèi)洮南市人均耕地面積不斷增加，由0.29 hm2/人上升至0.42 hm2/人，土地供養(yǎng)壓力有所減小。但同時，化肥使用強(qiáng)度過大，歷年單位耕地面積化肥施用量均高于570 kg/hm2，對土地造成較大環(huán)境污染壓力。此外，受灌溉水平及條件限制，各年份糧食產(chǎn)量變化不穩(wěn)定，最終造成壓力安全值呈波動性變化。響應(yīng)安全值對綜合安全值貢獻(xiàn)率呈平穩(wěn)上升趨勢。主要得益于農(nóng)業(yè)發(fā)展帶給農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入的增加，人均年純收入由3 461元/人增加至7 767元/人。其次，該區(qū)環(huán)保投資及第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平逐年提高，所占GDP比重分別由2007年0.01%，32.93%上升至2012年1.03%，34.79%。

洮北區(qū)土地生態(tài)安全綜合值變化幅度最小，由2007年0.740 9上升至2012年0.775 8，上升值為+0.034 9。2007—2010年，土地生態(tài)安全綜合值平穩(wěn)上升，安全等級由敏感級提升至良好級。2010—2012年，土地生態(tài)安全綜合值呈下降狀態(tài)，安全等級降低至敏感級，具體見圖5。2007—2010年，雖然狀態(tài)安全值由0.273 8下降至0.273 1，下降0.000 7，但壓力安全值及響應(yīng)安全值上升幅度明顯，上升幅度分別為0.015 6，0.077 8。原因?yàn)樽鳛榘壮鞘惺休爡^(qū)，洮北區(qū)2007—2010年經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城鎮(zhèn)化水平較高，經(jīng)濟(jì)密度由2007年130.67萬元/km2增加至667.09萬元/km2，高于400.37萬元/km2的全國平均值。其次，評價期內(nèi)洮北區(qū)城鎮(zhèn)化率保持在56.04%～56.33%，高于50%的生態(tài)縣建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。響應(yīng)安全值中，2007—2010年，農(nóng)民人均年純收入持續(xù)升高，由3 413元/人提升至5 300元/人，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平不斷提高，單位耕地面積農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力由4.88 kW/hm2提高至6.28 kW/hm2，環(huán)保投資力度不斷增強(qiáng)，所占GDP比重由0.01%提升至2.05%，建成區(qū)綠化覆蓋率由29.10%提升至34.19%。2010—2012年，綜合安全值有所下降，其中狀態(tài)安全值及響應(yīng)安全值下降明顯，主要原因?yàn)橥恋亟Y(jié)構(gòu)中草場退化，所占土地面積比重由22.98%下降至17.68%，最終造成畜牧業(yè)產(chǎn)值下降，由28.96萬元/km2下降至16.39萬元/km2，造成狀態(tài)安全值降低。此外，農(nóng)業(yè)機(jī)械化操作水平及環(huán)境保護(hù)投資力度下降，分別下降至0.76 kW/hm2，1.32%，造成響應(yīng)安全值降低。

圖5 洮北區(qū)土地生態(tài)安全值變化趨勢

綜上所述，不同地區(qū)土地生態(tài)安全影響因素各不相同。其中，鎮(zhèn)賚縣、大安縣與洮北區(qū)土地壓力安全值對土地生態(tài)安全綜合值貢獻(xiàn)較大，年貢獻(xiàn)率均在38%以上。洮南市土地狀態(tài)安全值對土地生態(tài)安全綜合值貢獻(xiàn)較大，年貢獻(xiàn)率均大于36%。通榆縣各準(zhǔn)則層土地安全值貢獻(xiàn)率比較均衡，貢獻(xiàn)比為35∶34∶31。首先，耕地面積比重大，人均耕地面積較大，農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平較高等優(yōu)勢是各縣(市、區(qū))土地生態(tài)安全狀況改善的積極因素。限制因素主要有干旱造成水資源匱乏，水土協(xié)調(diào)度不高，最終造成糧食產(chǎn)出能力減弱，農(nóng)牧業(yè)強(qiáng)度降低。其次，各縣(市、區(qū))單位耕地面積化肥施用量過高，土地環(huán)境污染嚴(yán)重。最后，環(huán)保投資占GDP比重雖有不同程度提高，但仍遠(yuǎn)低于3.5%的國家標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)保投資能力仍有待加強(qiáng)。

3 結(jié)論與討論

通過構(gòu)建白城市土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，評價白城市及所轄各縣(市、區(qū))土地生態(tài)安全狀況，分析土地生態(tài)安全影響因素，得出3點(diǎn)主要結(jié)論。第一，評價期內(nèi)各縣(市、區(qū))土地生態(tài)壓力—狀態(tài)—響應(yīng)安全值各不相同。鎮(zhèn)賚縣、大安縣及洮北區(qū)土地生態(tài)壓力安全值較高，對土地生態(tài)安全值貢獻(xiàn)率均高于38%；洮南市土地生態(tài)狀態(tài)安全值較高，貢獻(xiàn)率高于36%；通榆縣土地生態(tài)壓力、狀態(tài)、響應(yīng)安全值較為均衡，貢獻(xiàn)比為35∶34∶31。第二，2007—2012年，除個別年份外，白城市土地生態(tài)安全綜合值整體呈現(xiàn)上升趨勢，由2007年0.712 2上升至2012年0.780 4，土地生態(tài)環(huán)境安全狀況有所改善。但安全等級一直處于敏感級，土地生態(tài)環(huán)境仍比較脆弱。第三，人均耕地面積富足，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平增強(qiáng)，土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化及利用質(zhì)量提高是白城市土地生態(tài)安全狀況改善的主要因素。但過高的化肥施用量，較弱的環(huán)保投資力度造成該地區(qū)土地污染壓力增大，受破壞后恢復(fù)能力不強(qiáng)。因此，要提高白城市土地生態(tài)安全狀況，需繼續(xù)實(shí)行有效的人口政策，注重控制人口規(guī)模，降低土地承載壓力；加大農(nóng)業(yè)技術(shù)投資，規(guī)范土地利用活動，引進(jìn)人才，鼓勵農(nóng)民發(fā)展新型綠色農(nóng)業(yè)，減輕土地污染壓力；提高環(huán)境保護(hù)意識，加大環(huán)保投資力度，改善土地生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀。

評價結(jié)果表明白城市及其所轄地區(qū)安全等級多為敏感級，土地生態(tài)環(huán)境較差。具體表現(xiàn)為系統(tǒng)受到破壞，服務(wù)功能發(fā)生退化，生態(tài)災(zāi)害時有發(fā)生，與我國北方農(nóng)牧交錯區(qū)生態(tài)表征相吻合。說明基于PSR模型構(gòu)建的土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系符合白城市土地生態(tài)安全實(shí)際，同時對農(nóng)牧交錯帶其他地區(qū)土地生態(tài)評價指標(biāo)體系的構(gòu)建具有一定的參考價值。受實(shí)際情況限制，部分評價指標(biāo)及基準(zhǔn)值的獲取比較困難，因此，評價指標(biāo)及基準(zhǔn)值的確定仍有進(jìn)一步完善的空間。

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EvaluationofLandEcologicalSecurityinAgro-PastoralZoneofNorthernChina—ACaseStudyofBaichengCity

ZHANG Ru1, DAI Wenting1, LIU Zhaoshun2, DONG Jihong1

(1.SchoolofEnvironmentScienceandSpatialInformatics,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou,Jiangsu221000,China; 2.CollegeofEarthScience,JilinUniversity,Changchun130000,China)

Baicheng City is located in agro-pastoral zone in northern China. The ecological environment of this city is fragile. In order to understand the status of land ecological security in Baicheng City, we selected 21 indexes to construct the evaluating index system of land ecological security based on pressure-state-response model (PSR), and to evaluate and analyze the changes of land ecological security in Baicheng City and 5 counties (cities, districts) under its jurisdiction from 2007—2012. The results showed that: (1) statuses of land ecological pressure-state-response in different counties (cities, districts) were not same, the land ecological pressure values of Zhenlai County, Da′an County and Taobei District were higher, their contribution rates for comprehensive value were more than 38%; the land ecological state value of Taonan City was higher, and it′s contribution rate was more than 36%; the distribution of land ecological pressure-state-response value of Tongyu County was balanced, their contribution ratio was 35∶34∶31; (2) during the period from 2007 to 2012, the comprehensive value of land ecological security of Baicheng City increased from 0.712 2 to 0.780 4, and the land ecological environment had improved, but the land security level was still at the sensitive level, the ecological environment was fragile; (3) the improvement of land ecological security situation of Baicheng City depended on the implementation of effective population policy for controlling population scale, reducing the pollution pressure of land by introducing talent and encouraging farmers to develop new green agriculture, promoting ecological restoration of land by raising awareness and increasing investment in environmental protection.

agro-pastoral zone; land ecology; security evaluation; PSR model; Baicheng City

2016-04-07

：2016-05-06

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(51374208);土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(Y412201432)

張茹(1993—),女,陜西渭南人,碩士研究生,主要從事鄉(xiāng)村景觀研究。E-mail:18361279750@163.com

董霽紅(1967—),女,山西芮城人,博士,教授,主要從事生態(tài)安全評價方面的研究。E-mail:dongjihong@cumt.edu.cn

X171.1

：A

：1005-3409(2017)02-0259-08