基于系統(tǒng)動力學(xué)的雄安新區(qū)土地生態(tài)安全仿真

王熠輝,彭雪麗,徐維藝,張長春

(河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源學(xué)院，河北 保定 071001)

土地生態(tài)安全是可持續(xù)發(fā)展的核心，保障區(qū)域土地生態(tài)安全，即是保障人類的生存和發(fā)展。經(jīng)濟(jì)和人口的快速增長促使城市迅速擴(kuò)張，進(jìn)而使得土地生態(tài)安全問題日益突出，土地生態(tài)安全逐漸成為大眾關(guān)注的焦點(diǎn)。2012年11月，黨的十八大正式把生態(tài)文明建設(shè)寫入黨章，并指出在今后的一個時期要“大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，扭轉(zhuǎn)生態(tài)環(huán)境惡化趨勢，實(shí)現(xiàn)中華民族的永續(xù)發(fā)展”，土地生態(tài)安全作為生態(tài)文明建設(shè)的核心內(nèi)容被正式提上日程。2017年10月，黨的十九大為進(jìn)一步深化生態(tài)文明建設(shè)，并指出“人與自然是生命共同體”，由此生態(tài)文明建設(shè)上升為國家發(fā)展的戰(zhàn)略層次，土地生態(tài)安全也上升為國家戰(zhàn)略高度。為讓各地政府積極踐行“綠水青山就是金山銀山”的原則，2018年3月，生態(tài)文明建設(shè)相關(guān)內(nèi)容被寫入憲法修正案，土地生態(tài)安全正式成為區(qū)域發(fā)展的前提約束條件。雄安新區(qū)位于河北省中部，距北京市與天津市距離均為105 km，由雄縣、安新縣、容城縣以及部分周邊區(qū)域組成，探索雄安新區(qū)土地生態(tài)安全建設(shè)的有效路徑對疏解北京非首都功能，培育創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展新引擎具有重要戰(zhàn)略意義。

隨著國內(nèi)外學(xué)者對土地生態(tài)安全研究的不斷深入，研究方法也逐漸多樣化，總的來說可以劃分為以下幾種類型：一是綜合評價法，呂廣斌、孫德亮等利用壓力-狀態(tài)-響應(yīng)、經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-社會、物元及其相應(yīng)衍生多指標(biāo)評價模型，通過構(gòu)建多指標(biāo)評價體系，確定各指標(biāo)權(quán)重和安全閥值，計算指標(biāo)綜合分值，判斷綜合分值與安全閥值相對位置，來研究區(qū)域土地生態(tài)安全狀況[1-2]；二是景觀生態(tài)法，毛夢祺、ZHANG RUNSEN等通過探索景觀結(jié)構(gòu)、功能以及變化狀態(tài)與土地利用的關(guān)系，根據(jù)景觀的時空演變規(guī)律來對區(qū)域土地生態(tài)安全進(jìn)行評估、預(yù)測和預(yù)警[3-5]；三是生態(tài)模型法，呂添貴、漆良華等學(xué)者從生態(tài)足跡和土地承載力角度分析區(qū)域土地對人口的負(fù)荷量大小，進(jìn)而側(cè)面反應(yīng)區(qū)域的土地生態(tài)安全狀況[6-7]；四是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，劉秀霞、陳英等利用大樣本數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，依據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)學(xué)習(xí)結(jié)果來實(shí)現(xiàn)對評價區(qū)域土地生態(tài)安全狀況的預(yù)測[5,8]。綜上所述，現(xiàn)有研究中大多是針對研究區(qū)的土地生態(tài)安全現(xiàn)狀進(jìn)行評價或預(yù)警，忽視了區(qū)域發(fā)展的動態(tài)性，且不同發(fā)展方向?qū)ν恋厣鷳B(tài)造成的影響程度不同。而土地生態(tài)安全又是土地、經(jīng)濟(jì)、社會、自然子系統(tǒng)共同作用的結(jié)果，決策者細(xì)微的政策調(diào)整都將導(dǎo)致區(qū)域土地生態(tài)安全狀況向不同方向發(fā)展。為更好的探索區(qū)域土地生態(tài)安全的有效路徑，本研究基于系統(tǒng)動力學(xué)原理和方法，從雄安新區(qū)土地生態(tài)安全現(xiàn)狀出發(fā)，構(gòu)建系統(tǒng)動力學(xué)模型，通過比較分析不同土地生態(tài)安全發(fā)展路徑的仿真結(jié)果，挑選出土地生態(tài)安全建設(shè)的最優(yōu)路徑。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

雄安新區(qū)地處北京、天津、保定腹地，由雄縣、安新縣、容城縣以及部分周邊區(qū)域組成，全境海拔高度低于20 m，整體呈現(xiàn)出西北高東南低的地勢特征，現(xiàn)階段雄安新區(qū)整體開發(fā)強(qiáng)度較低，資源環(huán)境承載能力較強(qiáng)，具有很強(qiáng)的可塑性和開發(fā)潛力。截止2016年，雄安新區(qū)境內(nèi)共有16個少數(shù)民族，區(qū)域GDP總量為218.44億元，常住人口數(shù)量104.71萬人，遠(yuǎn)期區(qū)域面積控制在2 000 km2，人口總量控制在200萬～250萬。雄安新區(qū)是國家大事，千年大計，擔(dān)負(fù)著疏解北京非首都功能、探索人口密集區(qū)土地生態(tài)安全的歷史重任，保障區(qū)域土地生態(tài)安全不僅是生態(tài)文明建設(shè)必然要求[9-10]，也是實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展的必由之路。

1.2 系統(tǒng)邊界及數(shù)據(jù)來源

構(gòu)建系統(tǒng)動力學(xué)模型，首先確定系統(tǒng)邊界。本研究模型的空間邊界設(shè)定為以雄縣、安新縣、容城縣為主體的雄安新區(qū)，時間邊界為2005-2030年，模擬基期年為2005年，歷史數(shù)據(jù)時段為2005-2017年，仿真時間步長設(shè)定為1 a。

模型所需的數(shù)據(jù)主要來源于研究區(qū)各年份的統(tǒng)計年鑒、統(tǒng)計公報以及相關(guān)規(guī)劃和普查數(shù)據(jù)等，包括2005-2017年《中國縣域經(jīng)濟(jì)社會統(tǒng)計年鑒》、2014-2017年《保定市經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計年鑒》、2005-2017年《保定市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》、《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》、《河北雄安新區(qū)起步區(qū)控制性規(guī)劃公示稿》、《河北雄安新區(qū)啟動區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃公示稿》、研究區(qū)歷年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)以及二調(diào)數(shù)據(jù)等相關(guān)資料。

2 研究方法與模型構(gòu)建

2.1 研究方法

系統(tǒng)動力學(xué)是一門研究系統(tǒng)信息動態(tài)反饋的學(xué)科，由J.W.Forrester教授于1958年分析生產(chǎn)管理及庫存管理等問題時提出[11]。系統(tǒng)動力學(xué)摒棄了傳統(tǒng)的元素觀，能夠以定性與定量相結(jié)合的方式多層次、多角度的剖析系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和演變趨勢。土地生態(tài)安全涵蓋經(jīng)濟(jì)、社會與自然等多個方面，是相對復(fù)雜的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)動力學(xué)具有處理非線性、多層次、多反饋等社會、經(jīng)濟(jì)等復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)勢[12]。因此，利用系統(tǒng)動力學(xué)原理，構(gòu)建土地生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模型，通過仿真比較不同路徑的土地生態(tài)安全狀況，實(shí)現(xiàn)對雄安新區(qū)土地生態(tài)安全的評價更為客觀。

利用系統(tǒng)動力學(xué)方法研究雄安新區(qū)土地生態(tài)安全發(fā)展?fàn)顩r可分為以下幾個步驟：(1)分析雄安新區(qū)土地生態(tài)安全各影響子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。(2)構(gòu)建雄安新區(qū)土地生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模型。(3)模型的調(diào)試與檢驗。(4)情景方案的運(yùn)行與結(jié)果分析。

2.2 土地生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模型的構(gòu)建

2.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析 依據(jù)土地生態(tài)安全定義和誘發(fā)原因，從經(jīng)濟(jì)、社會、自然以及政策角度建立雄安新區(qū)土地生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模型[13]。仿真模型主要由土地-經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、土地-社會子系統(tǒng)、土地-自然子系統(tǒng)3個混合系統(tǒng)以及社會、經(jīng)濟(jì)、自然相關(guān)的政策組成。其中，社會、經(jīng)濟(jì)、自然相關(guān)政策引領(lǐng)著土地-經(jīng)濟(jì)、土地-社會、土地-自然混合子系統(tǒng)的發(fā)展方向。同時，各混合系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r又為新一輪政策的制定提供反饋。在政策的引領(lǐng)下，各個子系統(tǒng)以土地為連接要素，相互聯(lián)系，相互制約，共同構(gòu)成了雄安新區(qū)土地生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模型，模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2.2 仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指標(biāo)體系確定 土地生態(tài)安全是指以土地連接要素的經(jīng)濟(jì)、社會、自然子系統(tǒng)在內(nèi)的復(fù)合人工生態(tài)系統(tǒng)的安全[14]。其內(nèi)涵主要分為2個方面：第一方面，土地生態(tài)安全強(qiáng)調(diào)區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)能夠保持平衡和可持續(xù)的狀態(tài)[15]；第二方面， 土地生態(tài)安全強(qiáng)調(diào)在保持自身平衡可持續(xù)的狀態(tài)下[16]，能夠持續(xù)為人類提供服務(wù)[17]。綜上所述，確保土地-經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、土地-社會子系統(tǒng)、土地-自然子系統(tǒng)的安全即是保障區(qū)域土地生態(tài)安全的核心。根據(jù)已有研究的基礎(chǔ)[18-21]，土地生態(tài)安全優(yōu)化結(jié)構(gòu)指標(biāo)從土地-經(jīng)濟(jì)、土地-社會、土地-自然3個混合子系統(tǒng)中選取。土地-經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)主要描述三次產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r與土地利用之間的相互關(guān)系，通過三次產(chǎn)業(yè)增加值、勞動效率以及糧食安全狀態(tài)對土地生態(tài)安全產(chǎn)生影響，包括區(qū)域GDP、第二產(chǎn)業(yè)增加值、第三產(chǎn)業(yè)增加值、第二產(chǎn)業(yè)人均勞動力產(chǎn)值、第三產(chǎn)業(yè)人均勞動力產(chǎn)值、糧食產(chǎn)量、地均GDP、人均GDP、單位耕地糧食產(chǎn)量等；土地-社會子系統(tǒng)主要描述人們生活狀態(tài)與土地利用之間的相互關(guān)系，通過人口數(shù)量、二三產(chǎn)業(yè)從業(yè)人數(shù)、人們生活水平對土地生態(tài)安全產(chǎn)生影響，包括總?cè)丝?、人口密度、萬人擁有醫(yī)療床位、人均可支配收入、恩格爾系數(shù)、第二產(chǎn)業(yè)勞動力比例、第三產(chǎn)業(yè)勞動力比例等；土地-自然子系統(tǒng)主要描述土地類型變化與土地生態(tài)狀況之間的相互關(guān)系，通過各土地類型的數(shù)量直接影響土地生態(tài)安全狀況，包括耕地面積、林地面積、建設(shè)用地面積、濕地面積、森林覆蓋率、開發(fā)強(qiáng)度、藍(lán)綠空間占比等。最終得到土地生態(tài)安全優(yōu)化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)指標(biāo)見表1。

圖1 雄安新區(qū)土地生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模型結(jié)構(gòu)圖Figure 1 Structure chart of simulation model of land ecological security system in Xiong’an New Area

表1 土地生態(tài)安全仿真系統(tǒng)指標(biāo)體系Table 1 Index system of land ecological security simulation system

2.2.3 仿真模型的構(gòu)建 通過定性分析土地生態(tài)安全優(yōu)化系統(tǒng)指標(biāo)間的關(guān)系，依據(jù)構(gòu)建的系統(tǒng)仿真模型結(jié)構(gòu)圖，繪制雄安新區(qū)土地生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模型圖，從而實(shí)現(xiàn)對區(qū)域土地生態(tài)安全變化的定量描述。最終構(gòu)建的土地生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模型見圖2。

圖2 雄安新區(qū)土地生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模型Figure 2 Simulation model of land ecological security system in Xiong’an New Area

2.2.4 數(shù)據(jù)處理以及方程的建立 根據(jù)雄安新區(qū)2005-2017年的各項歷史數(shù)據(jù)，利用SPSS軟件的數(shù)據(jù)分析功能，通過回歸分析、趨勢預(yù)測、算術(shù)平均、表函數(shù)以及現(xiàn)有研究中的成熟公式，最終得到雄安新區(qū)土地生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模型中的方程式共72個，其中各子系統(tǒng)主要方程式如下所示：

(1)土地-經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)主要方程

1)區(qū)域GDP= INTEG (+GDP增長額,

8.994 6e+5) (單位: 萬元)

2)GDP增長額=GDP增長率×區(qū)域GDP (單位: 萬元)

3)第二三產(chǎn)業(yè)GDP=區(qū)域GDP -第一產(chǎn)業(yè)增加值 (單位: 萬元)

4)第二產(chǎn)業(yè)投資額=固定投資×第二產(chǎn)業(yè)投資比例 (單位: 萬元)

5)單位耕地產(chǎn)量=第一產(chǎn)業(yè)投資額×7.826e-6+7.44 (單位: t/hm2，R=0.98)

(2)土地-社會子系統(tǒng)主要方程

6)人均第二產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值=第二產(chǎn)業(yè)投資額×

1.667e-6+2.654 (單位: 萬元，R=0.97)

7)人均第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值=第三產(chǎn)業(yè)投資額×

1.968e-6+1.981 (單位: 萬元，R=0.97)

8)人均收入占人均GDP比例=0.011 93×Time-23.461 (R=0.97)

9)人均消費(fèi)=人均可支配收入×0.697 553+2 403.9 (單位: 元/人，R=0.99)

10)總?cè)丝?INTEGER(+人口增加量,

1.015 234e+6) (單位: 人)

(3)土地-自然子系統(tǒng)主要方程

11)耕地= INTEGER(+耕地增量-耕地減少量,85 841) (單位: hm2)

12)林地= INTEGER(+林地增加量-林地減少量,3 384) (單位: hm2)

13)建設(shè)用地=INTEGER(+建設(shè)用地增量,23 365) (單位: hm2)

14)建設(shè)用地增量=0.000 9×第二產(chǎn)業(yè)投資額+0.008×人口增加量(單位:hm2，R=0.97)

15)濕地=INTEGER(+濕地增量,23 604) (單位:hm2)

2.2.5 模型的檢驗 從模型的直觀與運(yùn)行效果、歷史性和靈敏度3方面對模型進(jìn)行檢驗。第一步，使用Vensim PLE軟件自帶的Check Model和Unit Check功能，對模型的方程以及量綱進(jìn)行檢驗。檢驗結(jié)果顯示：各要素數(shù)值沒有出現(xiàn)異常，方程量綱一致，構(gòu)建的雄安新區(qū)土地生態(tài)安全優(yōu)化系統(tǒng)模型通過直觀與運(yùn)行檢驗。

第二步，比較2005-2016年雄安新區(qū)土地生態(tài)安全系統(tǒng)優(yōu)化模型關(guān)鍵變量歷史數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)之間的相對誤差。由于模型較為復(fù)雜，涉及變量較多，故選取影響雄安新區(qū)土地生態(tài)安全的關(guān)鍵變量作為本次的檢驗指標(biāo)，主要包括糧食產(chǎn)量、總?cè)丝?、人均可支配收入、恩格爾系?shù)、各土地類型面積等。結(jié)果顯示各關(guān)鍵變量的誤差絕對值平均數(shù)均小于5%，故認(rèn)為模型通過歷史性檢驗[22]。檢驗結(jié)果見表2。

表2 關(guān)鍵變量歷史性檢驗表Table 2 Historical test table for key variables %

第三步，調(diào)節(jié)關(guān)鍵變量的參數(shù)，檢驗參數(shù)的靈敏度大小。將6個重要參數(shù)的數(shù)值變化10%，分析出9個輸出變量的變化幅度。參數(shù)靈敏度結(jié)果如圖3所示：

注：1：GDP增長率；2：第二產(chǎn)業(yè)投資比例；3：第三產(chǎn)業(yè)投資比例；4：人口增長率；5：未利用地開發(fā)率；6：林地增長率圖3 系統(tǒng)仿真模型參數(shù)靈敏度分析Figure 3 Parameter sensitivity analysis of system simulation model

結(jié)果顯示，只有第二產(chǎn)業(yè)投資比例和林地增長率靈敏度大于10%，表明這2項參數(shù)對系統(tǒng)較為重要。其他參數(shù)整體靈敏度都較低，滿足建模要求[23]。據(jù)此可以判定雄安新區(qū)土地生態(tài)安全優(yōu)化系統(tǒng)模型具有很好的模擬效果，且模型具有很好的穩(wěn)定性，可以用來對雄安新區(qū)未來的土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行優(yōu)化模擬。

2.2.6 優(yōu)化情景的設(shè)定 根據(jù)雄安新區(qū)歷年的發(fā)展?fàn)顩r以及土地生態(tài)安全的核心內(nèi)涵，結(jié)合國務(wù)院批復(fù)《河北雄安新區(qū)規(guī)劃綱要》的相關(guān)要求，從土地-經(jīng)濟(jì)、土地-社會、土地-自然子系統(tǒng)中選取GDP增長率、三次產(chǎn)業(yè)投資比例、人口增長率、退耕還林還淀速率4項指標(biāo)作為仿真模型的控制變量。通過調(diào)節(jié)控制變量，設(shè)計出5條土地生態(tài)安全的發(fā)展路徑，并對其進(jìn)行仿真模擬。5條路徑的相關(guān)信息如表3所示。

表3 雄安新區(qū)土地生態(tài)安全發(fā)展路徑Table 3 Development path of land ecological security in Xiong’an New Area %

路徑1為現(xiàn)狀發(fā)展路徑。該路徑主要反映雄安新區(qū)在延續(xù)當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顟B(tài)下，發(fā)展至2030年的土地生態(tài)安全狀況。該路徑是對雄安新區(qū)未來的土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行預(yù)警，同時還能夠為其他路徑提供參照對象。在該路徑下，GDP增長率保持歷年的年均增長速度8.5%，三次投資比例3.5∶46∶50.5，人口增長率6.5‰，退耕還林還淀速率保持0.124∶0.012 9。

路徑2為經(jīng)濟(jì)優(yōu)先路徑。該路徑主要反映雄安新區(qū)在優(yōu)先發(fā)展經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)下，發(fā)展至2030年的土地生態(tài)安全狀況。根據(jù)雄安新區(qū)歷年的發(fā)展?fàn)顩r，挑選GDP增長速度最快年份下的經(jīng)濟(jì)狀態(tài)作為該路徑的設(shè)定依據(jù)。按照路徑2的發(fā)展?fàn)顟B(tài)下，GDP增長速度由8.5%提升至10.5%，三次產(chǎn)業(yè)投資比例由3.5∶46∶50.5變更至3.5∶55∶41.5，人口增長率由6.5‰提升至13.5‰，退耕還林還淀速率保持不變。

路徑3為社會優(yōu)先路徑。該路徑主要反映雄安新區(qū)在提升社會保障水平的狀態(tài)下，發(fā)展至2030年的土地生態(tài)安全狀況。對比路徑1雄安新區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)定路徑3的GDP增長速度和退耕還林還淀速率分別保持8.5%和0.124∶0.012 9不變，三次產(chǎn)業(yè)投資比例由3.5∶46∶50.5調(diào)整至3.5∶41.5∶55，人口增長率率由6.5‰提升至10‰。

路徑4為自然優(yōu)先路徑。該路徑主要反映雄安新區(qū)為保護(hù)生態(tài)狀況，限制經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展?fàn)顟B(tài)下，發(fā)展至2030年的土地生態(tài)安全狀況。根據(jù)“十三五規(guī)劃”最低經(jīng)濟(jì)限速要求，設(shè)定GDP增長率為6.5%，三次產(chǎn)業(yè)投資比例向效益更高的第三產(chǎn)業(yè)偏移，由3.5∶46∶50.5調(diào)整至3.5∶41.5∶55，人口增長率保持6.5‰，退耕還林還淀速率由0.124∶0.012 9提升至0.184∶0.014 9。

路徑5為協(xié)調(diào)發(fā)展路徑。該路徑主要反映協(xié)調(diào)雄安新區(qū)土地-經(jīng)濟(jì)、土地-社會、土地-自然混合子系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顩r的條件下，雄安新區(qū)發(fā)展至2030年的土地生態(tài)安全狀況。該路徑下，GDP增長率由8.5%提升至10.5%，三次產(chǎn)業(yè)投資比例由3.5∶46∶50.5調(diào)整至3.5∶41.5∶55，人口增長率由6.5‰提升至13.5‰，退耕還林還淀速率由0.124∶0.012 9提升至0.184∶0.014 9。

3 結(jié)果與分析

3.1 仿真結(jié)果

利用Vensim PLE軟件對設(shè)定的5條路徑進(jìn)行仿真，得到雄安新區(qū)發(fā)展至2030年的土地生態(tài)安全發(fā)展?fàn)顩r。其中雄安新區(qū)2025年和2030年的土地生態(tài)安全仿真結(jié)果如表4所示。

表4 不同路徑的雄安新區(qū)土地生態(tài)安全狀況Table 4 Land ecological security in Xiong’an New Area with different pathways

路徑1現(xiàn)狀發(fā)展路徑下，雄安新區(qū)發(fā)展至2030年地均GDP達(dá)到40.67萬元/hm2，單位耕地糧食產(chǎn)量8.80噸/公頃，二三產(chǎn)業(yè)勞動人口數(shù)量88.98萬人，恩格爾系數(shù)0.211，藍(lán)綠空間占比77.5%，生態(tài)用地面積46 458 hm2。

路徑2經(jīng)濟(jì)優(yōu)先路徑下，在2030年雄安新區(qū)的地均GDP為51.56萬元/hm2，比路徑1高26.78%，單位耕地糧食產(chǎn)量為9.16 t/hm2，比路徑1提升4.09%，二三產(chǎn)業(yè)勞動人口為97.37萬人，比路徑1提升9.43%，恩格爾系數(shù)為0.208，比路徑1低1.42%，藍(lán)綠空間占比為73.1%，比路徑1低5.68%，生態(tài)用地面積為46 458 hm2，與路徑1相同。表明在經(jīng)濟(jì)優(yōu)先路徑下，雄安新區(qū)的經(jīng)濟(jì)效益、社會保障程度、人民的生活質(zhì)量有較大的改善，但建設(shè)發(fā)展侵占藍(lán)綠空間的比例增加，使總體開發(fā)程度較高，環(huán)境受破環(huán)程度大。

路徑3社會優(yōu)先路徑下，在2030年雄安新區(qū)的地均GDP為40.67萬元/hm2，單位耕地糧食產(chǎn)量為8.80 t/hm2，均與路徑1保持一致，二三產(chǎn)業(yè)勞動人口數(shù)量為89.08萬人，比路徑1增加0.1萬人，恩格爾系數(shù)為0.212，比路徑1增加0.47%，藍(lán)綠空間占比為0.783比路徑1提升1.03%，生態(tài)用地面積為46 458 hm2，與路徑1保持一致。表明在社會優(yōu)先路徑下，社會保障力度有較大的提升，建設(shè)開發(fā)占用藍(lán)綠空間減少，藍(lán)綠空間整體較高，總體與現(xiàn)狀發(fā)展路徑保持一致，反映路徑1已經(jīng)擁有較好的社會狀況，但社會優(yōu)先路徑下開發(fā)程度較低，使得路徑3總體略優(yōu)于路徑1。

路徑4自然優(yōu)先路徑下，在2030年雄安新區(qū)的地均GDP為31.93萬元/hm2，比路徑1降低21.49%，單位耕地糧食產(chǎn)量為8.51 t/hm2，比路徑1降低3.30%，二三產(chǎn)業(yè)勞動人口數(shù)量為81.20萬人，比路徑1降低8.74%，恩格爾系數(shù)為0.217，比路徑1增加2.84%，藍(lán)綠空間占比為79.7%，比路徑1增加2.84%，生態(tài)用地面積為61 067 hm2，比路徑1增加31.45%。表明在自然優(yōu)先路徑下，雄安新區(qū)除生態(tài)狀況有較大的提升外，社會經(jīng)濟(jì)狀況都相對較差。

路徑5協(xié)調(diào)發(fā)展路徑下，在2030年雄安新區(qū)的地均GDP為51.56萬元/hm2，比路徑1高26.78%，單位耕地糧食產(chǎn)量為9.16 t/hm2，比路徑1提升4.09%，二三產(chǎn)業(yè)勞動人口數(shù)量為99.27萬人，比路徑1勞動人口增加11.56%，恩格爾系數(shù)為0.208，比路徑1低1.42%，藍(lán)綠空間占比為76.7%，比路徑1降低1.03%，生態(tài)用地面積為61 067公頃，比路徑1增加31.45%。表明在協(xié)調(diào)發(fā)展路徑下，雄安新區(qū)經(jīng)濟(jì)效益高，社會保障力度以及人民生活質(zhì)量提升明顯，生態(tài)環(huán)境狀況有較大的改善。

3.2 路徑分析

為了更加直觀的展示2017-2030年雄安新區(qū)在5條不同路徑下的發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)土地生態(tài)安全內(nèi)涵以及各土地-經(jīng)濟(jì)、土地-社會、土地-自然混合子系統(tǒng)的主要影響因素，挑選地均GDP、單位耕地糧食產(chǎn)量、二三產(chǎn)業(yè)勞動人口數(shù)量、恩格爾系數(shù)、藍(lán)綠空間占比、生態(tài)用地面積6個方面分析各路徑的土地生態(tài)安全狀況。

根據(jù)圖4、圖5顯示，從地均GDP和單位耕地糧食產(chǎn)量結(jié)果可以看出，路徑2和路徑5明顯優(yōu)于其他路徑。按照路徑2和路徑5的發(fā)展方式下，雄安新區(qū)在2030的區(qū)域經(jīng)濟(jì)效率和耕地生產(chǎn)效率更高，可知協(xié)調(diào)發(fā)展路徑也可以擁有和經(jīng)濟(jì)優(yōu)先路徑一樣經(jīng)濟(jì)驅(qū)動力。路徑1和路徑3擁有相同的經(jīng)濟(jì)效率和單位耕地生產(chǎn)效率。由于路徑4實(shí)行自然優(yōu)先政策，使得經(jīng)濟(jì)增長速度和耕地投資受到限制，使得地均GDP和單位耕地糧食產(chǎn)量為所有路徑中最低。綜上所述，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度和投資狀況能夠推動經(jīng)濟(jì)效率和生產(chǎn)效率的提升，在路徑2與路徑5發(fā)展方式下，雄安新區(qū)的土地-經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)能夠達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

圖4 雄安新區(qū)地均GDP模擬結(jié)果Figure 4 Ground GDP simulation results of Xiong’an New Area

圖5 雄安新區(qū)單位耕地糧食產(chǎn)量模擬結(jié)果Figure 5 Simulation results of grain yield per unit cultivated land in Xiong’an New Area

根據(jù)圖6、圖7顯示，從二三產(chǎn)業(yè)勞動人口數(shù)量結(jié)果可以看出，路徑5明顯優(yōu)于其他路徑。按照路徑5的發(fā)展方式下，雄安新區(qū)在2030年的就業(yè)狀況最優(yōu)，路經(jīng)2次之，路徑5最差。其原因在于，經(jīng)濟(jì)快速增長對勞動力數(shù)量的需求也不斷增加，從而使區(qū)域的就業(yè)人口比例提升。從恩格爾系數(shù)結(jié)果可以看出路徑2與路徑5明顯優(yōu)于其他路徑，人民的生活質(zhì)量比其他3條路徑有較大的改善，而路徑4恩格爾系數(shù)最低。這是因為，經(jīng)濟(jì)總量和就業(yè)狀況均高于其他路徑，人民的生活受到很大的保障。綜上所述，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展能夠推進(jìn)就業(yè)崗位的增多和人民生活水平的提升，在路徑5發(fā)展方式下土地-社會子系統(tǒng)能夠達(dá)到最優(yōu)。

圖6 雄安新區(qū)二三產(chǎn)業(yè)勞動人口數(shù)量模擬結(jié)果Figure 6 Simulation results of the number of workers in the second and tertiary industries in Xiong’an New Area

圖7 雄安新區(qū)恩格爾系數(shù)模擬結(jié)果Figure 7 Simulation results of Engel coefficient in Xiong’an New Area

根據(jù)圖8、圖9顯示，從藍(lán)綠空間占比結(jié)果可以看出，路徑1、3、4、5相對較高，路徑2最低，且與路徑1、3、4、5差距較為明顯?？芍诼窂?、3、4、5的發(fā)展?fàn)顩r下，雄安新區(qū)在2030年受到的開發(fā)程度最低，路徑2的土地開發(fā)程度最高。原因在于，路徑2的投資結(jié)構(gòu)以第二產(chǎn)業(yè)為主，而現(xiàn)階段第二產(chǎn)業(yè)的資源效率相對較低，使得路徑2的資源耗費(fèi)速度更快，開發(fā)程度最高。從生態(tài)用地面積可以看出，路徑4、5的生態(tài)用地面積遠(yuǎn)高于其他路徑，且隨著時間的推移差距逐漸拉大。綜上所述，產(chǎn)業(yè)投資結(jié)構(gòu)能對資源消耗速率產(chǎn)生影響，在路徑4、5發(fā)展方式下土地-自然子系統(tǒng)能夠達(dá)到最優(yōu)。

圖9 雄安新區(qū)生態(tài)用地面積模擬結(jié)果Figure 9 Simulation of Ecological Land Area in Xiong’an New Area

綜合以上5條發(fā)展路徑，不同發(fā)展路徑對雄安新區(qū)土地生態(tài)安全狀況的影響效果不同，其中，路徑5對雄安新區(qū)土地生態(tài)安全狀況的土地-經(jīng)濟(jì)、土地-社會、土地-自然混合子系統(tǒng)都具有較強(qiáng)的促進(jìn)作用；路徑2在土地-經(jīng)濟(jì)、土地-社會混合子系統(tǒng)中具有明顯的動力優(yōu)勢，但路徑2高速的資源消耗速率使得其可持續(xù)發(fā)展能力欠缺；路徑4在土地-自然混合子系統(tǒng)中則表現(xiàn)更為顯著，但土地-經(jīng)濟(jì)、土地-社會混合子系統(tǒng)活力較弱，不符合土地生態(tài)安全的內(nèi)涵。路徑1、3對應(yīng)的各混合子系統(tǒng)的狀況都相對比較接近，路徑3土地生態(tài)安全狀況略優(yōu)于路徑1。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

以雄安新區(qū)為研究區(qū)，構(gòu)建了雄安新區(qū)土地生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模型，研究了不同路徑下雄安新區(qū)2017-2030年的土地生態(tài)安全狀況，得到了以下結(jié)論。

構(gòu)建的雄安新區(qū)土地生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模型運(yùn)行檢驗結(jié)果顯示要素沒有異常，量綱一致；歷史性檢驗結(jié)果顯示主要變量誤差絕對值小于5%；靈敏度檢驗結(jié)果顯示模型具有較好的穩(wěn)定性。因此，構(gòu)建的雄安新區(qū)土地生態(tài)安全系統(tǒng)仿真模型模擬效果良好，具有很強(qiáng)的可操作性，能夠?qū)π郯残聟^(qū)未來的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行模擬。

協(xié)調(diào)發(fā)展路徑下，土地-經(jīng)濟(jì)、土地-社會、土地-自然混合子系統(tǒng)均能表現(xiàn)出更強(qiáng)的動力，在2030年雄安新區(qū)的土地生態(tài)安全狀況最優(yōu)；現(xiàn)狀發(fā)展路徑、經(jīng)濟(jì)優(yōu)先路徑、社會優(yōu)先路徑和自然優(yōu)先路徑下，只能在某些方向提升雄安新區(qū)的土地生態(tài)安全狀況，總體效果不均衡且相對較低。

4.2 討論

針對各路徑下雄安新區(qū)的土地生態(tài)安全狀況，提出以下建議：①維持雄安新區(qū)的土地生態(tài)安全的關(guān)鍵是保持土地、經(jīng)濟(jì)、社會、自然的協(xié)調(diào)發(fā)展。②適當(dāng)提高經(jīng)濟(jì)增長速度有利于提升經(jīng)濟(jì)效率、社會就業(yè)率和資源利用效率，進(jìn)而提升土地生態(tài)安全狀況。③優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，降低高耗能產(chǎn)業(yè)的比例有利于提升區(qū)域土地生態(tài)安全狀況。④加大公眾對土地生態(tài)安全重要性的理解，提升企業(yè)以及個人保護(hù)土地生態(tài)安全的意識。

土地生態(tài)安全系統(tǒng)是相對復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，仿真過程也是不斷嘗試和改進(jìn)的過程，系統(tǒng)的內(nèi)外部條件也在不斷地變化，模型各變量的關(guān)系等也會隨著內(nèi)外部條件變化而發(fā)生改變。因此選擇的最優(yōu)情景方案只是作為一種較為客觀的可能性，目的在于能夠為制定雄安新區(qū)發(fā)展方案提供相應(yīng)的政策參考。