張軍以,蘇維詞,2*,張鳳太 (.重慶師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,重慶400047；2.貴州科學(xué)院山地資源研究所,貴州貴陽 55000；.貴州師范學(xué)院地理與旅游系,貴州 貴陽 55000)

基于PSR模型的三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)土地生態(tài)安全評價

張軍以1,蘇維詞1,2*,張鳳太3(1.重慶師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,重慶400047；2.貴州科學(xué)院山地資源研究所,貴州貴陽 550001；3.貴州師范學(xué)院地理與旅游系,貴州 貴陽 550003)

針對三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)土地資源的特點及所面臨的主要問題,基于PSR框架模型的發(fā)展,構(gòu)建了一套評價指標(biāo)體系.采用熵權(quán)賦權(quán)法確定權(quán)重,運用土地生態(tài)安全綜合模型,對該區(qū)域2003～2006年的土地生態(tài)安全綜合指數(shù)進(jìn)行了計算.結(jié)果表明,區(qū)域土地生態(tài)安全綜合指數(shù)由2003年的0.134(敏感級)升高至2006年的0.269(臨界安全級),整體生態(tài)安全狀態(tài)呈好轉(zhuǎn)趨勢,土地所受的生態(tài)壓力整體上有所加大.現(xiàn)有土地生態(tài)安全狀況的改善主要依賴于對現(xiàn)有土地生態(tài)問題的治理.現(xiàn)階段土地的生態(tài)壓力依然嚴(yán)峻.對 2003～2006年的土地生態(tài)安全變化進(jìn)行分析顯示,土地生態(tài)安全綜合狀況已進(jìn)入快速改善階段.

土地生態(tài)安全；評價；指標(biāo)體系；三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)

土地生態(tài)安全是指陸地表層由各種有機物和無機物構(gòu)成的土地生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不受破壞,并且,該系統(tǒng)提供服務(wù)的質(zhì)量和數(shù)量能夠持續(xù)滿足人類生存和發(fā)展的需要[1].國內(nèi)學(xué)者從不同角度、在不同區(qū)域進(jìn)行了土地質(zhì)量評價及土地可持續(xù)利用評價[2-5],主要研究領(lǐng)域集中在區(qū)域土地、水資源等生產(chǎn)要素[6-8]、城市[9-10]、農(nóng)業(yè)[11-12]、小流域[13]、湖泊濕地[14-15]等方面.

三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)位于長江流域生態(tài)屏障的咽喉地帶,同時又是中國最具有全球保護(hù)意義的生物多樣性區(qū)域之一,生態(tài)地位極其重要.其土地生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣,不僅直接關(guān)系到重慶長江上游生態(tài)屏障的建設(shè),更關(guān)系到三峽水庫的水源安全,并對經(jīng)濟(jì)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生影響.經(jīng)濟(jì)區(qū)土地生態(tài)安全的研究主要集中在經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用/土地覆被變化[16]、移民安置區(qū)土地生態(tài)安全

[17]、消落帶生態(tài)安全[18]等方面,并從經(jīng)濟(jì)區(qū)土地的水土流失、土壤侵蝕敏感性等方面[19-20]對經(jīng)濟(jì)區(qū)的土地生態(tài)安全進(jìn)行了評價研究,但缺乏整體綜合研究.本研究以三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)為對象,對該區(qū)土地生態(tài)安全進(jìn)行評價,目的在于摸清土地生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀及基本的影響因素,為制定有效的保護(hù)措施,提高土地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量奠定基礎(chǔ).

1 研究區(qū)概況

三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)位于三峽庫區(qū)和武陵山區(qū)及大巴山區(qū),主要包括萬州、長壽、城口等3區(qū)16個縣,總面積5.8102萬km2,占重慶市國土面積的70.5%.2006年全區(qū)人口1607.58萬人,其中農(nóng)業(yè)人口占83.6%.GDP總量1016.45億元,人均GDP7747元.該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū),年均氣溫15～18℃,降雨量為1150.26mm.地貌以山地、丘陵為主.河谷平壩地只占總面積的4.3%,丘陵占21.7%、山地占74%[21].土壤類型多樣,主要有紫色土(紫色濕潤雛形土)、黃壤(鐵質(zhì)常濕淋溶土)、黃棕壤(鐵質(zhì)濕潤淋溶土)等[22],地帶性植被以亞熱帶常綠闊葉林、暖性針葉林為主.

2 研究方法與指標(biāo)體系

2.1 研究方法

土地生態(tài)安全評價的關(guān)鍵是建立科學(xué)的評價指標(biāo)體系和確定各指標(biāo)的權(quán)重.確定指標(biāo)的權(quán)重是獲得客觀準(zhǔn)確評價結(jié)果的重要基礎(chǔ),常用的權(quán)重確定方法有Delphi法、主成分分析法、層次分析法(AHP)等.為克服主觀賦權(quán)法主觀因素的影響,將熵的概念應(yīng)用到指標(biāo)權(quán)重的確定中.熵權(quán)法是一種客觀的賦權(quán)法,避免了個人的主觀影響[23].

2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

在評價指標(biāo)選取中,注重科學(xué)性、指標(biāo)數(shù)據(jù)的可得性和可操作性,充分考慮評價指標(biāo)的相互影響.本研究結(jié)合世界經(jīng)合組織(OECD)提出的“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”框架(Press-State-Response, P-S-R)(圖 1),建立了一套評價土地生態(tài)安全的指標(biāo)體系(表 1),并以熵權(quán)賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重,計算出土地生態(tài)安全的綜合得分.

2.3 數(shù)據(jù)獲取

原始數(shù)據(jù)主要來自《重慶市統(tǒng)計年鑒》(2004～2007),《重慶市水資源公報》(2003～2007),重慶市水利局發(fā)布的《2005年重慶市土壤侵蝕數(shù)據(jù)表》,《重慶市水土流失變化情況表》及重慶市水利局部分資料.

2.4 土地生態(tài)安全計算模型

標(biāo)準(zhǔn)值及主要計算模型主要根據(jù)已有研究成果[23-25],部分為目前國際公認(rèn)值、聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),發(fā)達(dá)國家平均值(美國)、全國平均值和部分國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),如《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》(SL190—96),《國家生態(tài)市建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)》,國家環(huán)?？偩种贫ǖ摹渡鷳B(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)(試行)》.同時,考慮到研究區(qū)域土地生態(tài)環(huán)境的特點和重慶市的實際情況,在咨詢專家的基礎(chǔ)上對部分指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值作了修正.

2.4.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 對原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,評價某區(qū)域n年的包括m個評價指標(biāo)的土地生態(tài)安全情況,則其原始指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣為:

為消除指標(biāo)間不同量綱的影響,對X進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,得到指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣.標(biāo)準(zhǔn)化公式為:

表1 土地生態(tài)安全評價指標(biāo)及其標(biāo)準(zhǔn)值Table 1 Evaluation indicators of regional land eco-security and their standard values

正向指標(biāo):指數(shù)值越大越好的指標(biāo),則選用式(1).負(fù)向指標(biāo):指數(shù)值越小越好的指標(biāo),則選用式(2),其中,minxj為標(biāo)準(zhǔn)最小值,maxxj為標(biāo)準(zhǔn)最大值,對于原始數(shù)據(jù)中超出值域范圍的值,根據(jù)指標(biāo)的類型分別取值為0或1.標(biāo)準(zhǔn)化后,樣本矩陣轉(zhuǎn)化為矩陣Y, Y =(yij)n×m,其中 yij∈[0,1].

2.4.2 指標(biāo)權(quán)重的確定 采用熵權(quán)賦權(quán)法,在有m個指標(biāo),n個評價對象的評估問題中,第j個指標(biāo)的熵值Hj定義為:

2.4.3 土地生態(tài)安全綜合得分計算 雖然各指標(biāo)可以從不同的方面反映出區(qū)域土地生態(tài)安全的狀態(tài),但區(qū)域土地生態(tài)安全是各因素作用綜合疊加的結(jié)果.因此,必須在指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化和權(quán)重確定的基礎(chǔ)上對區(qū)域生態(tài)安全進(jìn)行計算.本研究中定義土地生態(tài)安全綜合指數(shù)T,數(shù)學(xué)模型為:

式中: T為土地生態(tài)安全綜合指數(shù); wj為j指標(biāo)的權(quán)重系數(shù); Yij為第i年第j指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;m為指標(biāo)數(shù).

3 土地生態(tài)安全評價結(jié)果

根據(jù)上述指標(biāo)體系和評價方法,計算得出了三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)2003～2006年的土地生態(tài)安全綜合指數(shù)及各類型影響指標(biāo)的結(jié)果(表2).

表2 土地生態(tài)安全分級評價結(jié)果Table 2 Evaluation results of the classification of land eco-security

表3 土地生態(tài)安全分級標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Classification criterion of land eco-security

[24-26]和生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)特殊的自然、社會、經(jīng)濟(jì)條件的基礎(chǔ)上,設(shè)計了一個5級土地生態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn)評判表(表3).

3.1 壓力安全評價

從表2可以看出,三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的土地生態(tài)壓力指數(shù)處于不斷下降的趨勢,從2003年的0.0849下降到2006年的0.0258,年均降幅為14.8%.這表明經(jīng)濟(jì)區(qū)的土地生態(tài)壓力現(xiàn)狀有所惡化(負(fù)向指標(biāo),數(shù)值越小,生態(tài)壓力相對越大),人類對土地的自然生態(tài)狀況的干擾有所強化.如在人口增長的情況下,人均耕地面積增加了3.8×10-3hm2(數(shù)據(jù)為耕地總面積/常住人口,2006年與 2003年的差值).其主要原因是三峽庫區(qū)移民后,新開墾了部分耕地及常年外出務(wù)工人員增加,造成常住人口減少,表明人類對土地的開墾壓力增大.經(jīng)濟(jì)壓力的比重最高,反映出經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)民收入結(jié)構(gòu)單一,主要依賴于農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)活動.單位耕地面積農(nóng)藥使用量由2003年的12.6kg/hm2增加到2006年的13kg/hm2,人口密度由2003年的227人/km2增加到2006的277人/km2,土地生態(tài)壓力指數(shù)對土地生態(tài)安全的貢獻(xiàn)率由2003年的63.4%下降到2006年的9.6%,生態(tài)壓力不斷增大.

3.2 狀態(tài)安全評價

狀態(tài)安全指數(shù)從 2003年的 0.0433上升到2006年的0.2205,說明三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的土地生態(tài)安全現(xiàn)狀趨于好轉(zhuǎn).在安全綜合指數(shù)中的貢獻(xiàn)率不斷增大,由2003年的32.3%升高到2006年的 82.0%,其中資源狀態(tài)持續(xù)好轉(zhuǎn),資源狀態(tài)指數(shù)由2003年的0.0003增加到2006年的0.1170 (表2).主要得益于年均耕地減少率的下降和人均糧食產(chǎn)量的降低,糧食單產(chǎn)下降的主要原因為常住人口減少,外出務(wù)工人員增加,播種面積減少,部分耕地進(jìn)行了休耕造成的.

環(huán)境狀態(tài)指數(shù)由0.0069增長到0.0576(表2),環(huán)境狀態(tài)得到改善.原因主要是2003年三峽水庫開始蓄水,政府進(jìn)一步強化了對庫區(qū)的治理力度.2004年僅林業(yè)和水利部門就治理水土流失面積 15088.45km2,退耕還林 643.3km2,面上造林207 km2,水土流失面積比重由2003年的49.1%下降到2006年的34.2%,森林覆蓋率由2003年的27%增加到2006年的32%.上述措施很大程度上改善了三峽生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的土地生態(tài)安全現(xiàn)狀.

3.3 響應(yīng)安全評價

響應(yīng)指數(shù)在土地安全綜合指數(shù)中的比重最小,貢獻(xiàn)率最低,但呈波動上升趨勢,2003年、2006年貢獻(xiàn)率分別為 3.9%、8.4%,年均增幅僅為1.13%.從響應(yīng)指數(shù)看,其中經(jīng)濟(jì)響應(yīng)指數(shù)由 2003年的0.0005增加到2006年的0.0068,年均增幅315%.同期政策響應(yīng)指數(shù)由0.0025增長到0.0032,社會響應(yīng)指數(shù)增長了5.64倍(表2).通過分析可以得出經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對土地生態(tài)環(huán)境改善的貢獻(xiàn)較大.此外,在三峽水庫蓄水后,國家及重慶市都加大了對庫區(qū)的投入力度,如2001～2005年國家投入庫區(qū)的生態(tài)保護(hù)工程資金11.5億元[27],重慶市環(huán)保投入占GDP比重也由2003年的1.97%增加到2006年的2.42%.社會響應(yīng)指數(shù)的增長主要得益于非農(nóng)業(yè)人口比重的升高,由2003年的17.0%增加到2006年的20.1%.

3.4 綜合安全評價

對 2003～2006年的土地生態(tài)安全綜合指數(shù)變化走勢分析表明,土地生態(tài)安全綜合指數(shù)處于改善上升趨勢,土地生態(tài)安全未來將會不斷得到改善.三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的土地生態(tài)安全綜合指數(shù)由2003年的0.134上升到2006年的0.269,土地生態(tài)環(huán)境不斷好轉(zhuǎn),年均增長率為 25.2%,表明區(qū)域整體土地生態(tài)安全水平不斷提高.根據(jù)土地生態(tài)安全分級標(biāo)準(zhǔn)(表3),整體土地生態(tài)安全狀態(tài)2006年仍處于臨界安全范圍,表明三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的土地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)已在人類活動的影響下,發(fā)生了一定的變化,但尚在許可范圍內(nèi),土地生態(tài)系統(tǒng)的主要服務(wù)功能尚能發(fā)揮,極個別生態(tài)壓力已超出了土地生態(tài)系統(tǒng)的承載能力.

從土地生態(tài)系統(tǒng)壓力指數(shù)看,人口壓力增大,人口自然增長率升高,由2003年的5.9‰增加到2006年的10.4‰,人口密度由2003年的227人/ km2增加到2006的277人/km2,使得人地矛盾更加尖銳,對土地生態(tài)安全構(gòu)成了很大壓力.從環(huán)境狀態(tài)看,萬元 GDP能耗不降反增,由 2003年的1.19/ SCE增長到2006年的1.4/SCE,同期森林覆蓋率僅增長了 5%.2003年的土壤侵蝕模數(shù)4185.2t/(km2·a),2004年全區(qū)的水土流失面積高達(dá) 43.2%,水土流失問題嚴(yán)重.這都對土地生態(tài)安全構(gòu)成了威脅.響應(yīng)狀態(tài)處于波動上升趨勢,但貢獻(xiàn)率小,2006的貢獻(xiàn)率為 8.4%,對區(qū)域土地生態(tài)安全影響較小.此外,土地生態(tài)安全的狀態(tài)指數(shù)貢獻(xiàn)率最高,表明土地生態(tài)安全的提高主要依賴于對現(xiàn)有水土流失等環(huán)境問題的治理及森林覆蓋率的提高.

4 討論

評價結(jié)果顯示,2003年的土地生態(tài)安全屬于“敏感級”,2006年有了明顯的改善,但仍屬于“臨界安全級”.經(jīng)濟(jì)區(qū)土地的生態(tài)壓力不斷增大,其中,經(jīng)濟(jì)壓力及人口壓力的貢獻(xiàn)率最高,反映出農(nóng)民收入對農(nóng)業(yè)的依賴性強,與人口的增長共同加劇了經(jīng)濟(jì)區(qū)土地的生態(tài)壓力.從政策響應(yīng)方面,現(xiàn)有政策的效果較好,今后需要進(jìn)一步強化現(xiàn)有政策的力度,尤其應(yīng)重視農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,促進(jìn)農(nóng)民收入多元化.充分利用國家對三峽庫區(qū)的優(yōu)惠政策,繼續(xù)加大經(jīng)濟(jì)區(qū)的環(huán)保投入,積極申請國家的財政扶持.總之,要徹底解決經(jīng)濟(jì)區(qū)土地的生態(tài)安全問題,需要加強各方面措施政策的綜合協(xié)調(diào)力度.

通過計算得出的結(jié)果與實際客觀情況較為吻合,證明了該評價方法具有一定的應(yīng)用意義.基于P-S-R模型的土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)簡明易懂,但模型中標(biāo)準(zhǔn)值的確定會對評價結(jié)果造成一定的影響.本研究時段僅為 2003～2006年,若能延長研究的時間序列,將能更好的反映研究區(qū)土地生態(tài)安全的動態(tài)變化規(guī)律.土地生態(tài)安全是自然及人為因素疊加的結(jié)果,不同區(qū)域的評價有所差異.因此,建立完善的土地生態(tài)安全預(yù)測模型,進(jìn)一步研究土地生態(tài)安全的社會經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和生態(tài)環(huán)境響應(yīng)是未來研究的重要方向之一.

5 結(jié)論

5.1 三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)土地生態(tài)安全定量評價結(jié)果表明,三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)2003年土地生態(tài)安全綜合指數(shù)T為0.134,處于“敏感級”安全狀態(tài);2006年土地生態(tài)安全綜合指數(shù)T為0.269,處于“臨界安全級”安全狀態(tài),土地生態(tài)安全狀態(tài)水平逐年提高,且呈加速上升趨勢.

5.2 三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)土地生態(tài)安全狀態(tài)的好轉(zhuǎn)依賴于對現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境問題的治理,土地生態(tài)安全的主要壓力是人口的過快增長及農(nóng)民收入單純依賴于農(nóng)業(yè)收入.

5.3 三峽庫區(qū)生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)應(yīng)著重控制人口規(guī)模,尤其加快農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,并進(jìn)一步加強土地生態(tài)安全治理及投入力度.嚴(yán)格保護(hù)現(xiàn)有植被并加大退耕還林還草的力度,提高植被覆蓋率.

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Regional land ecological security evaluation in the case of Chongqing Three Gorges Reservoir ecological economy area based on the PSR model.

ZHANG Jun-yi1,SU Wei-ci1,2*, ZHANG Feng-tai3(1.Department of Geography, Chongqing Normal University, Chongqing 400047,China；2.Institute of Mountain Resource, Guizhou Academy of Sciences, Guiyang 550001, China；3.Geography and Tourism Department, Guizhou Normal College, Guiyang 550003, China). China Environmental Science, 2011,31(6)：1039～1044

Based on the analysis of the characteristics of land resources and problems of ecological economic zone in the Three Gorges Reservoir Area, the study established a set of evaluation index system with the help of the development of P-S-R framework model. Entropy weight method used to determine the weight, and the integrated model of land ecological security used to calculate the integrated index of land ecological security in this area in 2003～2006. Comprehensive index of regional land ecological security increased from 0.134 in 2003 to 0.269 in 2006, and the land ecological security was in a state of a “sensitivity level” in 2003, and "critical safety level" in 2006. The overall eco-security situation was improving, and the ecological pressure on the whole land was increased, and the improvement of land ecological security mainly depended on the handling of land ecological problems. The land ecological pressure was still severe. The changes of land ecological security in 2003～2006 revealed that the integrated situation of land ecological security has entered a period of rapid improvement.

land ecological security；evaluation；index system；the Three Gorges Reservoir ecological economy area

X 821

A

1000-6923(2011)06-1039-06

2010-10-22

國家“973”項目(2006CB403204); 國家社會科學(xué)基金項目(10CJY044);重慶市自然科學(xué)基金項目(No.CSTC2007BB7225);貴州省省長基金(黔省專合字[2007]89,[2010]76);貴州省科技攻關(guān)項目(黔科合 SY[2010]3015);貴州省科技項目(黔科合院所創(chuàng)能[2010]4001)

* 責(zé)任作者, 研究員, suweici@sina.com

張軍以(1985-),男,山東沂南人,重慶師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院碩士研究生,研究方向為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境.發(fā)表論文5篇.