甘肅省土地生態(tài)安全評價及預測實證研究

李青松， 何如海， 周穎， 陸雅雯

安徽農業(yè)大學經濟管理學院， 安徽 合肥 230036

土地作為一個自然經濟綜合體是人類賴以生存和發(fā)展的基礎，改革開放以來，經濟社會的快速發(fā)展，人口數量的增加，城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進程的加快，導致人們利用土地資源的強度增加，引起了植被破壞、耕地面積減少、生物多樣性下降、水土流失等危害土地生態(tài)安全的現象.黨的十九大提出加大生態(tài)系統保護力度，提升生態(tài)系統質量和穩(wěn)定性，開展國土綠化行動.土地生態(tài)是中國生態(tài)文明建設的重要內容，是當前自然資源部面臨的主要挑戰(zhàn)之一，對區(qū)域土地生態(tài)安全進行研究具有重要意義[1].

國外對土地生態(tài)的研究起步較早，早在二十世紀四十年代就提出了有關“土地健康”的概念[2]，直至二十世紀八十年代末，“生態(tài)安全”這一術語正式出現[3].二十一世紀以來，國外學者對土地生態(tài)安全的研究多側重于土地污染[4]、土地質量評價[5]、土地生態(tài)系統服務價值評價[6]；國內學者對土地生態(tài)安全評價的研究，在研究區(qū)域上涵蓋跨省經濟帶，省、市、縣(區(qū))級，在研究方法上涉及RBF神經網絡模型[7]、主成分分析法[8]、TOPSIS模型[9]、PSR模型[10]、物元模型[11]等.

本文選取位于我國西部地區(qū)的甘肅省作為研究區(qū)域.甘肅省位于中國西部地區(qū)，北緯32°11′～42°57′，東經92°13′～108°46′之間，總面積42.59 萬km2，總人口2 637.26萬人.地處黃河中上游，同時也是三大高原交匯地帶，地勢自西南向東北傾斜，地形狹長，氣候類型多樣.由于地理因素的影響，甘肅省生態(tài)環(huán)境問題表現突出，自然災害多發(fā).近年來，甘肅省快速發(fā)展，截至2018年，甘肅省GDP為8 246.1億元，人均GDP約為31 267元.甘肅省作為“一帶一路”上的交通大樞紐和物流大通道，其區(qū)位優(yōu)勢在“一帶一路”中將會更加凸顯，社會經濟的發(fā)展對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的影響將更加緊密.因此，對甘肅省土地生態(tài)安全進行科學的評價，測算2008年～2017年甘肅省土地生態(tài)安全指數動態(tài)變化的過程，并運用GM(1，1)模型對未來5年甘肅省土地生態(tài)安全綜合指數進行預測，有利于識別甘肅省整體的土地生態(tài)安全現狀，促進后期土地資源可持續(xù)利用，改善生產生活環(huán)境.

1 甘肅省土地生態(tài)安全評價和預測指標體系及模型構建

PSR模型由聯合國經濟合作開發(fā)署提出，由“狀態(tài)—響應—壓力”三部分指標建立指標體系[12]，具有較強的系統性，體現了人類與環(huán)境之間的相互作用關系.本文基于PSR模型，構建甘肅省土地生態(tài)安全評價指標體系，運用綜合指數法評價甘肅省2008年～2017年的土地生態(tài)安全狀況，運用灰色預測GM(1，1)模型對未來5年甘肅省土地生態(tài)安全態(tài)勢進行預測.

本研究原始數據來源于《甘肅發(fā)展年鑒》(2010—2018年)、《甘肅省國民經濟和社會發(fā)展統計公報》(2008—2018年)，以及《中國統計年鑒》和甘肅省官方網站公布的有關數據.

1.1 指標體系的確立

依據科學性、合理性以及數據獲取的可得性原則，結合甘肅省社會經濟與生態(tài)環(huán)境發(fā)展的實際情況，在借鑒已有研究成果的基礎上[13]，運用PSR模型選取了具有代表性的24個評價指標構建了甘肅省土地生態(tài)安全評價指標體系(表1).

表1 甘肅省土地生態(tài)安全評價指標體系

1.2 數據標準化

由于評價指標涉及多個領域，其大小、單位、性質不盡相同，所以需要對數據進行標準化處理，在區(qū)分評價指標正負功效的情況下采用如下公式進行標準化處理：

對于正向指標

對于負向指標

式中，i表示年份，i=1,2,3,...,m；j表示第j項指標，j=1,2,3,...,n；Xij表示第i年第j項指標的原始數據值，Yij表示第i年第j項指標的標準化值.max(Xij)和min(Xij)分別表示第i年第j項指標的最大值和最小值.

1.3 指標權重確定

為確保甘肅省土地生態(tài)安全評價的準確度和客觀性，本文對所選指標的權重采用熵權法確定，計算公式如下：

第j項指標熵值

第j項指標熵權

1.4 土地生態(tài)安全指數計算

依據土地生態(tài)安全綜合評價模型，本文采用綜合指數法計算得出甘肅省土地生態(tài)安全綜合指數(表2)，計算公式如下：

表2 2008年～2017年甘肅省土地生態(tài)安全指數

式中，A表示土地生態(tài)安全指數，Yij表示第i年第j項指標的標準化值，Wj表示第j項指標的權重.

1.5 土地生態(tài)安全評價標準的劃分

為了將定量的評價結果進行定性描述，必須根據該區(qū)域的實際情況對土地生態(tài)安全態(tài)勢進行不同等級的綜合判定.在參考相關學者研究成果的基礎上[14，15]，結合甘肅省實際情況，本文將甘肅省土地生態(tài)安全評價標準劃分為5個等級(表3)，2008年～2017年甘肅省土地生態(tài)安全等級見表4，土地生態(tài)安全狀況見圖1.

表3 甘肅省土地生態(tài)安全評價標準與安全等級

表4 2008年～2017年甘肅省土地生態(tài)安全等級

圖1 2008年～2017年甘肅省土地生態(tài)安全狀況

1.6 土地生態(tài)安全動態(tài)預測

利用灰色預測方法對2018年～2022年甘肅省土地生態(tài)安全狀況進行預測，將2008年～2017年甘肅省土地生態(tài)安全綜合指數作為數據源，在Matlab 2016軟件中運行灰色預測GM(1，1)模型程序，對甘肅省未來5a土地生態(tài)安全發(fā)展趨勢進行預測.

在灰色預測精度檢驗等級標準中，當P>0.95，C<0.35時，即為1級(好)，本研究計算所得的原始數列的還原值與實際值之間的殘差值的方差C=0.199 1，最小誤差概率P=1，故本預測模型效果較好.預測結果顯示2018年～2022年甘肅省土地生態(tài)安全呈上升趨勢(圖2).

圖2 2008年～2022年甘肅省土地生態(tài)安全變化趨勢

2 結果與分析

2.1 土地生態(tài)安全綜合分析及總體特征

通過計算得出2008年～2017年甘肅省土地生態(tài)安全指數(表2)，可以看出甘肅省土地生態(tài)安全綜合指數介于0.2～0.8之間，土地生態(tài)安全水平總體呈上升趨勢，略有小幅波動，綜合指數由研究期內的最低值0.264 7增加到研究期內的最高值0.773 2，土地生態(tài)安全整體狀況得到改善和提升，安全等級由較不安全狀態(tài)轉變?yōu)檩^安全狀態(tài).

結合表2和圖1可知，2008年～2009年甘肅省土地生態(tài)安全綜合指數小幅上升，從0.264 7增加到0.281 9；2009年～2011年，土地生態(tài)安全綜合指數上漲較為迅速，增加到了0.444 9，由較不安全狀態(tài)轉變?yōu)榕R界安全狀態(tài).2011年～2013年，綜合指數經歷了先緩增后大增的過程，這是因為人均耕地面積和人均水資源總量達到研究期內的最大值.2014年較2013年而言，土地生態(tài)安全綜合指數略有下降，下降幅度僅為0.005 7，主要是由自然保護區(qū)面積的減少和工業(yè)固廢綜合利用率的降低所引起的.2014年～2017年，甘肅省土地生態(tài)安全綜合指數逐年上升，從0.586 7增加到0.773 2，自2015年起至2017年，甘肅省土地生態(tài)安全等級處于較安全時期，生態(tài)環(huán)境得到改善，人地關系較為和諧.主要原因是雖然甘肅省的生態(tài)環(huán)境基礎較差，水土流失和荒漠化問題突出，但是經過十年的發(fā)展，經濟發(fā)展水平提高，三次產業(yè)的合理布局，節(jié)能減排力度的加大，農業(yè)機械化水平增加，更重要的是對綠色發(fā)展的重視.甘肅省下大力氣植樹造林，進行土地整治與生態(tài)恢復，土地生態(tài)潛力得到釋放，水土協調度增加.

2.2 土地生態(tài)安全壓力指數分析

由表2和圖1可知，2008年～2017年，甘肅省土地生態(tài)安全壓力指數呈現波動上升趨勢，經歷了先上升后下降再上升的過程.2008年～2011年，壓力指數從0.120 5增加到0.167 0，只在2009年有小幅下降，下降了0.003 4；2012年，壓力指數出現研究期內最大幅度下降，下降了0.028 7，主要是農業(yè)生產上化肥施用量較往年增加明顯，經濟增長穩(wěn)中有進.2013年～2017年，壓力指數從0.181 3增加到0.233 0，中期增長放緩并出現小幅下降.在整個研究期內，甘肅省城鎮(zhèn)化水平增加14.24 %，人口密度由56.187 人/km2增加到61.665 人/km2，全省經濟密度翻番，節(jié)能減排成效顯著，二氧化硫排放量減少約一半.但在農業(yè)生產上，化肥和塑料薄膜使用量有所增加，尤其是塑料薄膜使用量增加顯著，研究期末單位耕地面積塑料薄膜施用量為32.021 kg/hm2，比研究期初的19.616 kg/hm2增長了63.24 %.經濟的發(fā)展和人口的增加，導致人民對農產品的需求旺盛，農業(yè)生產想獲得產量的增長，會增加化肥農藥以及塑料薄膜的使用，但過度使用化肥農藥、塑料薄膜不利于土地生態(tài)環(huán)境的改良.

2.3 土地生態(tài)安全狀態(tài)指數分析

由表2和圖1可知，2008年～2017年，甘肅省土地生態(tài)安全狀態(tài)指數整體呈現先增長后下降再增長的趨勢.2008年～2013年，狀態(tài)指數從0.023 6增加到0.300 8，2013年～2015年，狀態(tài)指數從0.300 8下降到0.269 6，2015年～2017年，狀態(tài)指數回增到了0.346 7.研究期內，甘肅省人均GDP從2005年的12 250元增加到2017年的28 497元，單位面積糧食產量從2005年的191.73 kg/hm2增加到2017年的259.72 kg/hm2.甘肅省深居內陸，大部分地區(qū)氣候干燥，干旱、半干旱區(qū)占總面積的75 %.降水量不多且相對集中，易引發(fā)干旱或暴雨洪澇災害.人口數量的增加，導致相對人均水資源總量的減少，2017年甘肅省平均降水量451.6 mm，為近3年最多.農業(yè)基礎設施的改善和機械化水平的提高，降低了農業(yè)成災率，提高了農業(yè)機耕水平，促進糧食產量的增加.同時，甘肅省加強土地整治與修復，耕地面積從2008年的46 237 km2增加到2017年的53 777 km2，受人口數量和耕地面積變化的影響，人均耕地面積呈現增長—下降—增長的趨勢.

2.4 土地生態(tài)安全響應指數分析

由表2和圖1可知，2008年～2017年，甘肅省土地生態(tài)安全響應指數較不穩(wěn)定，中間段漲落起伏較大.2008年～2011年，響應指數從0.120 6增加到0.172 0，2011年～2014年，響應指數從0.172 0下降到0.102 1，2014年～2017年，響應指數從0.102 1增加到0.193 5.隨著社會經濟的發(fā)展，甘肅省的基礎設施開發(fā)投資增多，因交通建設、礦山開采引發(fā)的人為性的水土流失有所增加.研究期內，甘肅省水土流失面積從2008年的154 594.5 km2增加到281 288 km2，水土流失治理速度遠落后于水土流失的速度.2013年～2014年，有關部門對水土流失治理和節(jié)能環(huán)保支出重視程度不夠，工業(yè)固廢綜合利用率也出現明顯下滑，導致響應指數在2014年達到最低水平.2015年～2017年，甘肅省經濟發(fā)展水平持續(xù)上升，2007年，農村人均可支配收入達到8 076元，造林面積達到3 230.2 km2，水土流失治理強度加大，節(jié)能環(huán)保支出占GDP的比重有所增加，響應指數回升.

2.5 土地生態(tài)安全預測結果分析

灰色預測GM(1，1)模型的預測結果顯示2018年～2022年甘肅省土地生態(tài)安全水平呈上升趨勢，土地生態(tài)安全等級后期達到安全狀態(tài).土地生態(tài)安全水平的不斷提高，將有利于農業(yè)生產水平和人居環(huán)境的改善，促進甘肅省的社會經濟發(fā)展、“一帶一路”建設和生態(tài)文明建設，從而形成社會經濟—生態(tài)環(huán)境互相影響的良性循環(huán).

3 結論與對策

3.1 結論

2008年～2017年，甘肅省土地生態(tài)安全壓力指數呈現波動上升趨勢，經歷了先上升后下降再上升的過程，從0.120 5下降到0.181 3后又增加到0.233 0；土地生態(tài)安全狀態(tài)指數整體上呈上升趨勢，從0.023 6增加到0.346 7，只在2013年～2015年間從0.300 8下降到0.269 6，較增長幅度而言，下降幅度較小.土地生態(tài)安全響應指數較不穩(wěn)定，從2008年的0.120 6增加到2011年的0.172 0，從2011年的0.172 0下降到2014年的0.102 1，又從2014年的0.102 1增加到2017年的0.193 5.

2008年～2017年，甘肅省土地生態(tài)安全綜合指數呈上升趨勢，略有小幅波動，從0.264 7增加到0.773 2，安全等級由較不安全狀態(tài)轉變?yōu)檩^安全狀態(tài)，土地生態(tài)安全整體狀況得到改善和提升.甘肅省在本研究期內的土地生態(tài)安全綜合指數的增加主要是由狀態(tài)指數的增加所引起的，說明近年來甘肅省在經濟發(fā)展、園林綠化和農業(yè)生產上取得一定成效.結合2018年～2022年甘肅省土地生態(tài)安全綜合指數的預測情況來看，2018年土地生態(tài)安全等級將達到安全狀態(tài).

3.2 對策

首先，加快對接“一帶一路”建設的同時，提高第三產業(yè)比重，推進經濟增長方式轉變.甘肅省應奮力搶占“一帶一路”建設的五個制高點，集中力量培育發(fā)展生態(tài)產業(yè)，發(fā)揮財政對節(jié)能環(huán)保產業(yè)的扶持力度，推進供給側結構性改革.改變以往低效、落后的發(fā)展方式，向清潔、高效、環(huán)保的生產方式轉變.

其次，大力推進鄉(xiāng)村振興，推廣農業(yè)生態(tài)模式.甘肅省應改變傳統的農業(yè)生產方式，科學與平衡施肥，科學合理使用塑料薄膜，加強耕地保護，做到用地養(yǎng)地相結合.同時，大力發(fā)展新興綠色產業(yè)，培育壯大特色綠色產業(yè).放大比較優(yōu)勢，打造產業(yè)集群.實施農產品加工業(yè)提升行動，打造具有甘肅特色的“現代絲路寒旱農業(yè)”.

最后，運用3S技術建立土地生態(tài)安全預警體系.甘肅省應盡快完成農用地土壤污染狀況詳查，實施土壤污染治理與修復技術應用試點項目.著力解決突出的環(huán)境問題，定戰(zhàn)略、出政策、上項目務必堅守生態(tài)環(huán)保紅線底線，并構建土地生態(tài)安全的法律體系及監(jiān)管體系，廣泛發(fā)動人民群眾參與生態(tài)文明建設.