基于機(jī)器學(xué)習(xí)的武漢城市圈土地生態(tài)安全格局識別與優(yōu)化策略

黃烈佳，楊 鵬

(湖北大學(xué)商學(xué)院，湖北 武漢 430062)

在中國生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵時期，保障國家、區(qū)域生態(tài)安全是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。城市土地生態(tài)安全作為國家、區(qū)域生態(tài)安全的重要基礎(chǔ)性組成部分，它不僅關(guān)系到城市土地資源可持續(xù)利用，還關(guān)系到城市經(jīng)濟(jì)與社會可持續(xù)發(fā)展。1978年以來，中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，城市化快速推進(jìn)的同時，一些城市出現(xiàn)了過度集約利用土地，導(dǎo)致城市人口密度過大、交通堵塞和環(huán)境污染等問題，這些問題直接威脅到中國城市可持續(xù)發(fā)展[1]。在此背景下，土地生態(tài)安全問題受到學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。

作為一個全新概念，土地生態(tài)安全來源于生態(tài)安全，它指土地生態(tài)系統(tǒng)能長期維持一個健康、平衡的狀態(tài)，并能保障人類社會生產(chǎn)與生活的可持續(xù)性[2-3]。如何認(rèn)識與評價城市土地生態(tài)安全？國內(nèi)研究主要從自然因素、經(jīng)濟(jì)因素、社會因素3個維度構(gòu)建城市土地生態(tài)安全評價體系，利用熵權(quán)法[4]、三角模型[5]、灰色關(guān)聯(lián)投影模型[6]、模糊數(shù)學(xué)理論[7]和物元模型[8]等評價模型和方法進(jìn)行評價研究。研究區(qū)域主要集中在京津冀地區(qū)及部分省市，如彭文英[9]和張磊等[10]分別基于比較壓力指數(shù)模型和空間加權(quán)綜合分析對京津冀地區(qū)土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行評估；陳慧等[11]從糧食安全、土地經(jīng)濟(jì)、土地生態(tài)3個角度運(yùn)用SD動態(tài)仿真模擬對南京市土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行評價。近年來，國外直接對城市土地生態(tài)安全的研究較少，相關(guān)研究主要集中在土地利用類型轉(zhuǎn)變后的生態(tài)影響，如DRESCHER等[12]通過對印度尼西亞熱帶雨林的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)土地利用類型轉(zhuǎn)變會導(dǎo)致生物多樣性與生態(tài)功能損失；GALBRAITH等[13]通過對哥斯達(dá)黎加養(yǎng)蜂產(chǎn)業(yè)的研究，發(fā)現(xiàn)土地覆蓋和土地利用類型改變是土地生態(tài)服務(wù)功能損失的重要原因。綜上，學(xué)術(shù)界對城市土地生態(tài)安全進(jìn)行了大量探討，并且取得了豐碩的研究成果。但在處理自然、經(jīng)濟(jì)、社會等多因素相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)時，上述多指標(biāo)綜合評價法難以確定和處理不同系統(tǒng)間的非線性復(fù)雜關(guān)系[14-15]。而機(jī)器學(xué)習(xí)方法在處理非線性復(fù)雜關(guān)系時有其獨(dú)特優(yōu)越性，其中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型作為成熟的有監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)算法，廣泛運(yùn)用于包括土地生態(tài)安全評價在內(nèi)的地理事物相關(guān)評價。城市群(圈)作為高度同城化與一體化的城市群體，在全球競爭和區(qū)域合作中占據(jù)越來越重要地位，但人口與工業(yè)的高度集聚，特別是工業(yè)廢水和固體廢棄物的大量排放，給土地生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重污染[16]。

武漢城市圈是中部崛起的重要戰(zhàn)略支點(diǎn)，同時也是長江中游城市群最重要的增長極，但目前關(guān)于武漢城市圈土地生態(tài)安全的研究較少?；诖耍谏鷳B(tài)文明建設(shè)及中部崛起戰(zhàn)略實(shí)施的背景下，以武漢城市圈為例，基于Keras機(jī)器學(xué)習(xí)算法，運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對武漢城市圈土地生態(tài)安全進(jìn)行評價，并利用ArcGIS軟件對評價結(jié)果進(jìn)行空間分析，對土地生態(tài)安全格局進(jìn)行識別，探討城市圈空間差異及優(yōu)化策略，為武漢城市圈生態(tài)環(huán)境改善和城市土地高效可持續(xù)利用提供理論與實(shí)踐借鑒。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

武漢城市圈位于湖北省東部、長江中游地區(qū)，土地總面積5.78萬km2，是以武漢市為中心，由黃石、鄂州、黃岡、孝感、咸寧、仙桃、潛江、天門8個大中型城市所組成的區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)合體。它不僅是湖北省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心區(qū)域，也是中部崛起的重要戰(zhàn)略支點(diǎn)。然而人口與經(jīng)濟(jì)的高度聚集給研究區(qū)土地生態(tài)安全系統(tǒng)造成巨大壓力，至2017年末，武漢城市圈面積占湖北省面積的31%，但人口占53%，GDP占66%，人口、經(jīng)濟(jì)與土地資源的矛盾日益突出，土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能逐漸弱化。

1.2 城市土地生態(tài)安全評價模型及方法

1.2.1評價指標(biāo)體系

城市土地生態(tài)系統(tǒng)具有明顯的經(jīng)濟(jì)、社會和自然特性，它是一種包括地理環(huán)境、人類經(jīng)濟(jì)活動、社會活動在內(nèi)的相互影響與反饋的復(fù)合系統(tǒng)[17-18]。因此，城市土地生態(tài)安全評價要從經(jīng)濟(jì)、社會、自然因素綜合考慮。在借鑒已有成果[19-21]基礎(chǔ)上，研究遵循層次性、全面性、數(shù)據(jù)可得性原則，從土地自然生態(tài)安全、土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全和土地社會生態(tài)安全3個維度選取評價指標(biāo)。評價指標(biāo)分為效益型和成本型指標(biāo)，效益型指標(biāo)(正向)值越大越好，成本型指標(biāo)(負(fù)向)值越小越好，構(gòu)建了包含目標(biāo)層、系統(tǒng)層、指標(biāo)層的城市土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系(表1)。其中，土地自然生態(tài)安全指城市土地資源利用和生態(tài)保護(hù)狀況，主要涉及耕地、森林和綠化覆蓋以及環(huán)境治理狀況，因此選擇人均耕地、耕地面積比例、建成區(qū)綠地覆蓋率、森林覆蓋率、工農(nóng)業(yè)廢水排放總量和工業(yè)廢棄物綜合處置利用率作為評價指標(biāo)。土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全指城市土地經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出的高效性、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的合理性、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性，因此選擇人均GDP、農(nóng)村居民可支配收入、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比例、地均GDP、萬元GDP耗能和公路貨運(yùn)總量作為評價指標(biāo)。土地社會生態(tài)安全指城市土地的社會承載力，主要涉及人口、就業(yè)、居住等方面，因此選擇人口密度、人口自然增長率、就業(yè)率、城市化水平、人均居住面積和人均水資源狀況作為評價指標(biāo)。

表1 城市土地生態(tài)安全評價體系

1.2.2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)中運(yùn)用最廣泛的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是一種有監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)過程，其學(xué)習(xí)規(guī)則是誤差矯正算法，即根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出誤差與神經(jīng)元連接強(qiáng)度(權(quán)值)進(jìn)行修正[22]，其權(quán)值調(diào)整采用反向傳播(back propagation)算法。標(biāo)準(zhǔn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由輸入層、隱含層(可有多層，根據(jù)模型復(fù)雜程度確定)和輸出層3個部分組成。以3層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為例，描述標(biāo)準(zhǔn)BP算法，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括輸入層、隱含層(只有1層)和輸出層(圖1)。BP算法的學(xué)習(xí)過程由信號正向傳播和誤差逆向傳播2個過程組成。當(dāng)給定一組輸入信號時，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理過程如下：

(1)輸入信號：輸入信號由輸入層進(jìn)入，傳輸?shù)诫[含層，經(jīng)過隱含層單元處理后，信號通過激活函數(shù)得到輸出層信號。

(2)信號正向傳播：輸入信號經(jīng)隱含層處理后傳向輸出層。如果輸出層節(jié)點(diǎn)未能得到期望輸出(即誤差大于設(shè)定誤差)，則轉(zhuǎn)向步驟3。

(3)誤差逆向傳播：將輸出誤差按某種形式，由輸出層依次向隱含層和輸入層返回，并根據(jù)誤差信號修改各單元權(quán)值(Wij和Wjk)。

圖1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

(4)訓(xùn)練過程：不斷進(jìn)行上述信號正向傳播和誤差逆向修改過程，直至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差逐漸減小到設(shè)定誤差或達(dá)到既定學(xué)習(xí)次數(shù)，訓(xùn)練結(jié)束，得到最終訓(xùn)練好的模型。

2 武漢城市圈土地生態(tài)安全評價過程

2.1 數(shù)據(jù)來源及標(biāo)準(zhǔn)化處理

數(shù)據(jù)來源于2010和2017年《湖北省統(tǒng)計年鑒》《中國城市統(tǒng)計年鑒》《環(huán)境狀況公報》，部分?jǐn)?shù)據(jù)根據(jù)以上資料整理取得。由于不同評價指標(biāo)具有不同計量單位，為了消除量綱影響，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，同時由于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對極端值較為敏感，因此將數(shù)據(jù)映射到[0.1，0.9]之間，具體轉(zhuǎn)換公式為

(1)

(2)

式(1)～(2)中，Xi*為標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)；Xi為標(biāo)準(zhǔn)化前數(shù)據(jù)；Xmin為樣本最小值；Xmax為樣本最大值。

2.2 學(xué)習(xí)樣本的選擇

土地生態(tài)安全水平(R)與評價指標(biāo)(Xi)之間存在某種非線性關(guān)系，R=F(Xi)。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過監(jiān)督學(xué)習(xí)，得到這種非線性關(guān)系。在運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型評價過程中，學(xué)習(xí)樣本的選擇是最重要步驟。只有選擇科學(xué)合理的學(xué)習(xí)樣本，才能使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型準(zhǔn)確學(xué)習(xí)到土地生態(tài)安全水平與各評價指標(biāo)間的非線性關(guān)系。在利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行城市生態(tài)評價的研究[23]中，通常將國家制定的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)選作訓(xùn)練樣本。綜合考慮《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)(修訂稿)》(環(huán)發(fā)〔2007〕195號)和住房城鄉(xiāng)建設(shè)部制定的《國家園林城市系列標(biāo)準(zhǔn)》，以武漢城市圈最低值和最高值為邊界，將土地生態(tài)安全水平分為5個等級(表2)。同時，根據(jù)評價指標(biāo)體系的自然、經(jīng)濟(jì)、社會子系統(tǒng)域值范圍的最小值、第1四分位數(shù)、第2四分位數(shù)、第3四分位數(shù)、最大值和土地生態(tài)安全等級分級標(biāo)準(zhǔn)，得到5組學(xué)習(xí)樣本(表3)。

表2 土地生態(tài)安全等級標(biāo)準(zhǔn)

表3 學(xué)習(xí)樣本(部分)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型需要足夠多的樣本，才能得到足夠多的信息，使得模型能夠迅速收斂。為此，在已取得的5組學(xué)習(xí)樣本的基礎(chǔ)上，按照原有學(xué)習(xí)樣本的內(nèi)在關(guān)系，利用Python軟件中interpolate模塊進(jìn)行線性插值，將學(xué)習(xí)樣本擴(kuò)大至40個。

2.3 評價模型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確立

2.4 Keras框架中參數(shù)的確定

利用python 3.6軟件搭建Keras機(jī)器學(xué)習(xí)框架，完成對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和土地生態(tài)安全水平的評價過程，Keras中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置如下：

(1)激活函數(shù)的選取。激活函數(shù)選擇Rula函數(shù)，其具有計算簡單、效果更佳的特點(diǎn)。

(2)目標(biāo)函數(shù)(損失函數(shù))的選取。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過程就是將損失函數(shù)最小化的過程，損失函數(shù)越小，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)精度就越高。目標(biāo)函數(shù)選擇mean_squared_error函數(shù)，即均方差最小。

(3)優(yōu)化器的選擇。優(yōu)化器的作用是選擇優(yōu)化算法，目的是最小化損失函數(shù)，常見的梯度下降算法及其改進(jìn)形式——隨機(jī)梯度下降算法(SGD)存在收斂速度慢、效率低等問題。因此優(yōu)化器采取Adam算法[24]，其效果最好，運(yùn)用范圍最廣。Adam算法學(xué)習(xí)率設(shè)置為0.01，其他參數(shù)為默認(rèn)設(shè)置。

(4)訓(xùn)練次數(shù)(epoch)和批次大小(batch_size)的選擇。為避免過擬合問題造成模型無法泛化和精度過低等問題，訓(xùn)練次數(shù)選擇1 000次，并在keras框架中采取小批的梯度下降。根據(jù)評價模型實(shí)際情況，批次大小選擇為6，即6個樣本為1個批次。

3 武漢城市圈土地生態(tài)安全水平評價結(jié)果

3.1 武漢城市圈土地生態(tài)安全水平發(fā)展趨勢分析

在Keras框架中設(shè)置好模型結(jié)構(gòu)和參數(shù)，導(dǎo)入學(xué)習(xí)樣本對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，得到訓(xùn)練好的模型后，導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)化的武漢城市圈土地生態(tài)安全評價指標(biāo)數(shù)據(jù)，得到評價結(jié)果(表4)。

由表4可知，2010年武漢城市圈土地自然、經(jīng)濟(jì)和社會生態(tài)安全水平分別為0.59、0.42和0.49，土地自然生態(tài)安全水平接近較安全狀態(tài)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于土地經(jīng)濟(jì)和社會生態(tài)安全水平，這是因?yàn)檠芯繀^(qū)人均耕地與森林綠化覆蓋狀況處于一個較高水平，而土地經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出效率和社會承載力亟待提高。2017年武漢城市圈土地自然、經(jīng)濟(jì)和社會生態(tài)安全水平分別為0.51、0.50和0.51，均處于臨界安全狀態(tài)，這是因?yàn)檠芯繀^(qū)耕地和森林綠化覆蓋狀況處于中低水平，而土地經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出效率和社會承載力均有不同程度提高。

從發(fā)展過程來看，2010—2017年武漢城市圈土地生態(tài)安全水平均值由0.51降至0.50，均處于臨界安全狀態(tài)，呈現(xiàn)小幅下降趨勢。其中土地自然生態(tài)安全水平均值由0.59降至0.51，下降幅度較大；土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全水平均值由0.42升至0.50，呈現(xiàn)大幅上漲趨勢；土地社會安全水平均值由0.49升至0.51，呈現(xiàn)小幅上漲趨勢，但各市變化差異較大。

表4 2010和2017年武漢城市圈土地生態(tài)安全評價結(jié)果

3.2 武漢城市圈土地生態(tài)安全水平空間格局分析

3.2.1土地自然生態(tài)安全水平空間格局

2010年武漢城市圈土地自然生態(tài)安全水平以武漢市為界，呈現(xiàn)西高東低的特征，西部孝感、咸寧、仙桃、潛江和天門5市處于較安全和安全狀態(tài)，中部武漢市處于較不安全狀態(tài)，東部黃石、鄂州和黃岡3市處于臨界安全狀態(tài)〔圖2(a)〕。就2017年土地自然生態(tài)安全水平而言西部天門和潛江處于較安全狀態(tài)，武漢和黃石市處于較不安全狀態(tài)，其他地區(qū)均處于臨界安全和較安全狀態(tài)〔圖2(b)〕。2010—2017年武漢城市圈土地自然生態(tài)安全水平呈下降趨勢，但下降幅度存在差異：武漢、鄂州和潛江土地自然生態(tài)安全水平有所下降，但安全等級沒有改變；黃石、天門、孝感、咸寧和仙桃下降幅度較大，均下降1個安全等級，降幅較大區(qū)域主要集中在武漢城市圈西部和南部。綜上可見，2010—2017年武漢城市圈土地自然生態(tài)安全狀況趨于惡化，土地自然生態(tài)安全系統(tǒng)所受壓力逐漸增大，其主要原因?yàn)槿司?、耕地面積比例和森林覆蓋率持續(xù)下降，而工農(nóng)業(yè)廢水和廢棄物排放總量持續(xù)上升。

3.2.2土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全水平空間格局

2010年武漢城市圈土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全程度總體處于中低水平，除武漢市處于安全狀態(tài)外，其他8市均處于臨界安全或不安全狀態(tài)〔圖2(c)〕。2017年土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全總體水平有較大提高。武漢、潛江、仙桃和鄂州處于安全和較安全狀態(tài)，咸寧和黃石處于臨界安全狀態(tài)，天門、孝感和黃岡處于較不安全和不安全狀態(tài)。除黃岡和黃石小幅下降之外，2017年各市土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全水平均有不同程度上升，其中潛江、仙桃、鄂州和咸寧上升1個安全等級〔圖2(d)〕。可見，2010—2017年武漢城市圈土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全狀況逐漸好轉(zhuǎn)，其主要原因?yàn)槿司鵊DP和地均GDP持續(xù)上漲，同時產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級使第三產(chǎn)業(yè)占比持續(xù)增長，工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提高(萬元GDP耗能下降)，人均收入持續(xù)增加。

3.2.3土地社會生態(tài)安全水平空間格局

2010年武漢城市圈土地社會生態(tài)安全程度總體處于中低水平，西北部和南部處于臨界安全狀態(tài)，中部處于較安全狀態(tài)，東北部處于較不安全狀態(tài)〔圖2(e)〕。2017年各市土地社會生態(tài)安全水平變化較大。武漢和潛江安全水平上升1個安全等級，仙桃和孝感下降1個安全等級，咸寧下降2個安全等級〔圖2(f)〕。土地社會生態(tài)安全系統(tǒng)的影響因素較多，包括人口、就業(yè)、城市化、社會保障和資源供給等諸多方面。同時，武漢城市圈各市變化差異較大。

圖2 武漢城市圈土地生態(tài)安全水平空間分異

3.2.4土地生態(tài)安全綜合水平空間格局

2010年武漢城市圈土地生態(tài)安全綜合水平處于中低水平，除黃岡市處于較不安全狀態(tài)外，其他8市均處于臨界安全狀態(tài)〔圖2(g)〕。2010—2017年武漢城市圈土地生態(tài)安全等級變化不大，除潛江上升1個安全等級外，其他城市安全等級沒有變化〔圖2(h)〕?？偟膩砜矗錆h城市圈土地生態(tài)安全綜合水平整體小幅下降，自然子系統(tǒng)明顯下降，經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)明顯上升，社會子系統(tǒng)小幅上漲，但總體情況不容樂觀，大部分地區(qū)處于臨界安全狀態(tài)。

4 結(jié)論與優(yōu)化策略

4.1 結(jié)論

為明晰2010—2017年武漢城市圈土地生態(tài)安全發(fā)展時空格局，基于安全水平評價體系，在機(jī)器學(xué)習(xí)框架Keras中利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對武漢城市圈土地生態(tài)安全水平進(jìn)行評價，并利用ArcGIS軟件將評價結(jié)果的點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成面數(shù)據(jù)，直觀揭示武漢城市圈土地生態(tài)安全的發(fā)展態(tài)勢，研究結(jié)論如下：

(1)時間上，2010—2017年武漢城市圈土地生態(tài)安全水平由0.51降至0.50，呈現(xiàn)小幅下降趨勢，長期處于臨界安全狀態(tài)。其中，土地自然生態(tài)安全水平均值由0.59降至0.51，下降幅度較大；土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全水平均值由0.42升至0.50，呈現(xiàn)大幅上升趨勢，土地社會安全水平均值由0.49升至0.51，呈現(xiàn)小幅上升趨勢，但各市變化差異較大。

(2)空間上，武漢城市圈土地生態(tài)安全格局存在明顯差異。其中，土地自然生態(tài)安全狀況不斷惡化，降幅較大區(qū)域主要集中在武漢城市圈西部和南部，包括黃石、天門、孝感、咸寧和仙桃；土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全狀況持續(xù)改善，除黃岡和黃石小幅下降之外，其他城市均呈上升趨勢，其中潛江、仙桃、鄂州和咸寧漲幅較大；土地社會生態(tài)安全水平增減變化差異較大，其中武漢和潛江上升1個安全等級，仙桃和孝感下降1個安全等級，咸寧下降2個安全等級。

(3)土地自然生態(tài)安全狀況惡化的主要原因?yàn)槿司?、耕地面積比例和森林覆蓋率持續(xù)下降，工農(nóng)業(yè)廢水與廢棄物排放總量持續(xù)上升；土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全持續(xù)改善的主要原因?yàn)楣?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率提高，促進(jìn)居民收入的提高，同時第三產(chǎn)業(yè)占比持續(xù)上升；土地社會生態(tài)安全系統(tǒng)的影響因素較多，包括人口、就業(yè)、城市化、社會保障和資源供給等。

4.2 優(yōu)化策略

(1)建立區(qū)域土地生態(tài)安全動態(tài)預(yù)警機(jī)制。土地生態(tài)安全狀況是一個動態(tài)過程，隨著區(qū)域自然、經(jīng)濟(jì)和社會的不斷變化，要針對土地資源生態(tài)安全狀況，及時做出風(fēng)險評估，制定不同的安全等級處理標(biāo)準(zhǔn)，及時有效處理土地生態(tài)安全問題。2010—2017年武漢城市圈大部分地區(qū)處于臨界安全狀態(tài)，土地生態(tài)安全狀況不容樂觀。為此，建議針對武漢城市圈實(shí)際情況，實(shí)時完善土地生態(tài)安全評價與預(yù)警系統(tǒng)，構(gòu)建區(qū)域土地自然、經(jīng)濟(jì)和社會生態(tài)安全動態(tài)預(yù)警機(jī)制，實(shí)時掌握土地生態(tài)安全狀態(tài)。

(2)構(gòu)建差異化的土地生態(tài)保護(hù)政策體系。針對武漢城市圈土地生態(tài)安全長期處于臨界安全狀態(tài)，以及明顯的空間差異性，制定差異化的土地自然生態(tài)安全保護(hù)及改善政策，尤其需要加強(qiáng)對西部與南部城市保護(hù)力度，確保土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。均衡各區(qū)域土地社會生態(tài)安全水平，對安全水平上升的地區(qū)采取激勵措施，鼓勵平穩(wěn)發(fā)展地區(qū)，努力發(fā)展下降較快的地區(qū)，兼顧短期的下滑與長期的穩(wěn)定發(fā)展。

(3)明確土地生態(tài)安全變化緣由，制定相應(yīng)的土地自然、經(jīng)濟(jì)與社會生態(tài)措施。在土地自然生態(tài)方面，科學(xué)制定武漢城市圈土地用途規(guī)劃，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，提高土地利用效率，確保人均耕地、耕地面積比例和森林覆蓋率在適當(dāng)范圍變化，防止其進(jìn)一步快速下降，降低工農(nóng)業(yè)廢水和廢棄物排放的同時，提高廢棄物處理技術(shù)。在土地經(jīng)濟(jì)生態(tài)方面，繼續(xù)提高工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，增加居民收入，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。在土地社會生態(tài)方面，完善人口、就業(yè)、資源供需和社會保障政策體系，提高土地社會生態(tài)系統(tǒng)保障能力。具體而言，可以充分發(fā)揮武漢市作為先進(jìn)制造業(yè)、高技術(shù)產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)基地的作用，帶動城市圈其他城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展；利用好黃石、鄂州毗鄰武漢的區(qū)位優(yōu)勢，重點(diǎn)發(fā)展冶金、能源和建材為主的原材料生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)；利用好孝感、仙桃、潛江、天門和咸寧優(yōu)良的水土條件，重點(diǎn)建成優(yōu)勢糧、棉、油等生產(chǎn)及加工基地；同時，加強(qiáng)江漢生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶和鄂西生態(tài)文化旅游圈建設(shè)，保護(hù)良好的土地生態(tài)環(huán)境。