蔣貴彥 運迎霞 任利劍/ JIANG Guiyan, YUN Yingxia, REN Lijian

城市化對自然生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠的影響，不同的空間尺度有不同的自然條件，不同的自然條件又決定著不同的城市生態(tài)安全水平（龔建周 等，2009）。城市地域生態(tài)系統(tǒng)的空間分異與人類活動、經(jīng)濟建設等空間地域特征決定了城市生態(tài)安全的空間格局特征（王耕 等，2005；WU J G et al.，2000；ZHANG L Q，et al.，2004；YOUNG C H，et al.，2001），城市生態(tài)安全評價是解決城市生態(tài)安全問題的關鍵（秦曉楠 等，2014；Kullenberg G et al.，2002；高長波 等，2006）。隨著《國家新型城鎮(zhèn)化發(fā)展規(guī)劃2014～2020》，“絲綢之路經(jīng)濟帶”、《西部大開發(fā)“十三五”規(guī)劃》的提出，西部城市產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟規(guī)模的擴張對生態(tài)環(huán)境的壓力日益增大，自然資源和生態(tài)環(huán)境對城市發(fā)展的約束作用也越來越大，難以應對“一帶一路”、新型城鎮(zhèn)化發(fā)展中城市綜合安全需求?，F(xiàn)有研究文獻在理論與實踐上做了大量的研究工作（杜忠潮 等，2009；Evans，2010；Farhan，2012），在實證研究方面主要集中在全國和東部發(fā)達地區(qū)沿海城市（王耕 等，2015）、資源城市（王耕 等，2010）、山地城市（吳曉 等，2014）、民族地區(qū)貧困城市（張欽禮 等，2016）、城市群（楊天榮 等，2017），而對于生態(tài)地位比較重要且具有特殊性的多民族、處于新型城鎮(zhèn)化進程中的西部高原城市生態(tài)安全的關注非常有限。

青海省海東市作為青藏高原最年輕的地級城市，是蘭西經(jīng)濟帶和國家絲綢之路經(jīng)濟帶的重要城市群的核心地區(qū)，在青藏高原發(fā)揮著重要的凝聚和帶動作用。隨著國家新型城鎮(zhèn)化綜合試點工作的開展，海東市迎來了新型城鎮(zhèn)化發(fā)展的新時期。然而，由于海東市地處青海高原東部，青藏高原與黃土高原的過渡地帶，面臨生態(tài)環(huán)境脆弱、人口生態(tài)壓力大等一系列制約因素（鄒新華 等，2013；曾永年 等，2011；曾永年 等，2014），境內(nèi)有回族、土族、撒拉族等世居少數(shù)民族，集生態(tài)功能區(qū)、民族地區(qū)和貧困地區(qū)為一體，由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市建設給地區(qū)生態(tài)環(huán)境帶來很大威脅。因此，海東市生態(tài)安全的綜合評估和比較分析，對青藏高原城市生態(tài)安全與社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展以及青海高原東部城市的生態(tài)文明建設、城市生態(tài)規(guī)劃具有十分重要的現(xiàn)實意義。

1 研究區(qū)概況

海東市位于青海省東北部，是第三批國家新型城鎮(zhèn)化綜合試點地區(qū)之一，也是蘭西經(jīng)濟區(qū)的重要支點和青海省經(jīng)濟社會發(fā)展的重要增長極。海東市地理坐標為 35°25.9'－ 37°05'N，100°41.5'－103°04'E，面積1.304萬km2，屬半干旱大陸性氣候，高寒、干旱，太陽輻射強，晝夜溫差大，海拔在1650～4754m之間?，F(xiàn)轄兩區(qū)四縣，即樂都區(qū)、平安區(qū)、民和回族土族自治縣、互助土族自治縣、化隆回族自治縣和循化撒拉族自治縣（圖1）。

2013年，海東市總人口170.34萬人，較2003年提高了15%，全市2013年GDP為337.02萬元，是2003年的5.8倍，人均GDP為23653.00元，是2003年的6.3倍。隨著青海省“四區(qū)兩帶一線”經(jīng)濟發(fā)展布局的推進，城市人口和經(jīng)濟規(guī)模不斷擴張，區(qū)域生態(tài)風險持續(xù)增加（趙丹陽 等，2016），因此，高原地區(qū)的生態(tài)安全與城市建設問題成為高原城市規(guī)劃的重點。

2 數(shù)據(jù)來源與評價方法

2.1 數(shù)據(jù)選取

研究基礎數(shù)據(jù)包括遙感影像數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)兩部分。遙感數(shù)據(jù)為2003年、2008年及2013年Landsat TM衛(wèi)星影像，分辨率為30m×30m，高程、坡度數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云 ；社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于2003～2013年間《青海省統(tǒng)計年鑒》《西寧統(tǒng)計年鑒》《國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報》及城市總體規(guī)劃等。以海東市6個區(qū)縣的自然環(huán)境和社會經(jīng)濟發(fā)展兩方面20種柵格數(shù)據(jù)為基礎數(shù)據(jù)，建立柵格大小為30m的生態(tài)安全評價指標空間數(shù)據(jù)庫。由于數(shù)據(jù)采集的限制，為了能最大程度地保持原始數(shù)據(jù)信息，個別缺失數(shù)據(jù)根據(jù)采用線性內(nèi)插的方式進行補充，并與周邊縣域進行對比，防止出現(xiàn)異常值。

2.2 生態(tài)安全評價指標體系構建

根據(jù)地理現(xiàn)象的地帶性及生態(tài)環(huán)境的區(qū)域特點，必須考慮研究區(qū)域的特殊性（張艷芳 等，2005；何艷冰 等，2016），但是由于高原城市區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展滯后，生態(tài)安全評估指標的選擇具有較大的局限性，因此，本文依據(jù)系統(tǒng)性、空間性、實用性以及數(shù)據(jù)獲取可能性等原則，在廣泛研究國內(nèi)外城市生態(tài)評價指標體系基礎上（趙靜靜 等，2016；張家其 等，2014；趙在緒 等，2014；李輝 等，2015；曾振 等，2014），在空間信息技術和社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)支持下，確定20項因子作為評價指標，建立P-S-R（壓力－狀態(tài)－響應）框架指標體系，指標構成如下：

（1）壓力指標（P）

海東市的生態(tài)壓力主要來自于城市在發(fā)展過程中對生態(tài)環(huán)境的挑戰(zhàn)。東部的河湟谷地是人類活動較為頻繁的區(qū)域，是青海省城鎮(zhèn)化最高的地區(qū)，因此壓力指標選擇人口密度、人均GDP、城鎮(zhèn)化率、人均耕地面積、人均住房面積、路網(wǎng)密度、單位GDP的SO2排放量、單位面積化肥施用量8個指標。

（2）狀態(tài)指標（S）

地形作為構成地理環(huán)境的基本要素，是城市生態(tài)環(huán)境的重要影響因子，本文以DEM（Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型）為數(shù)據(jù)源，提取坡度和海拔來表征區(qū)域自然環(huán)境對城市生態(tài)安全的影響；植被是生態(tài)系統(tǒng)的最重要組成部分，采用NDVI（Normalized Difference Vegetation Index，歸一化植被指數(shù)）和植被蓋度作為生態(tài)安全評價的必要參數(shù)；海東市所處的河湟谷地集中了全省81%的耕地資源（熊曙昕，2006），因此，本文用有效灌溉面積占耕地的比重、人均糧食占有量來反映其資源環(huán)境狀態(tài)。

（3）響應指標（R）

考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性，主要選取了6個指標來反映人們對城市生態(tài)安全的保護意識及投資和保障體系的投入。包括：每千人擁有在校學生數(shù)、每千人擁有的衛(wèi)生技術人員、環(huán)保投資占GDP比、第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比例、建成區(qū)綠化覆蓋率、人均公共綠地面積。

本研究權重確定采用AHP－熵權法相結合，賦予不同的權重值（表1）。由于高原生態(tài)安全對地形坡度、海拔等自然環(huán)境因子的依賴性，在賦予權重方面將資源環(huán)境狀態(tài)指標給予較高權重，使生態(tài)安全實際情況更符合高原地區(qū)特殊性。

2.3 生態(tài)安全主要評價因子/模型計算過程

海東市生態(tài)安全主要評價因子計算采用AHP－熵權法來確定評價體系中各個指標的權重，其計算方法如下：

（1）數(shù)據(jù)標準化處理

假定評價指標j的理想值為x · j，其大小因評價指標性質(zhì)不同而異。對于正向指標，x · j越大越好，記為 x · jmax；對于負向指標，x · j越小越好，記為 x · jmin；正向指標：x'ij= xij /x · jmax；負向指標：x'ij= x ·jmin/xij。

圖1 海東市地理位置示意

表 1 基于P-S-R模型的海東市生態(tài)安全評價體系與指標權重

將數(shù)據(jù)歸一化處理：

由此得數(shù)據(jù)的標準化矩陣：

（2）定義熵

在有m個指標、n個被評價對象的評估問題中，第i個指標的熵計算公式為：

（3）定義熵權

定義了第i個指標的熵之后，可得到第i個指標的熵權：

（4）綜合權重Ui的確定

Ui=(Fi+Wi) / 2 ，式中：Fi為層次分析法權重，Wi為熵權法權重。

（5）研究區(qū)生態(tài)安全評價

用綜合加權平均法（WCA），生態(tài)安全單指標數(shù)學模型為：Vi=Xi· Ui，式中：Vi為城市生態(tài)安全單項指標安全值；Xi為單項指標的安全指數(shù)；Ui為指標的權重。

生態(tài)安全綜合數(shù)學模型為：V= ∑ Xi· Ui，式中：V 為生態(tài)綜合安全值；n 為評價指標總個數(shù)，其他同上。

2.4 生態(tài)安全動態(tài)度

用生態(tài)安全動態(tài)度表示一定時期內(nèi)生態(tài)安全指數(shù)的變化幅度，公式為：

式中：S為生態(tài)安全動態(tài)度，Sa、Sb為研究初期和末期的生態(tài)安全指數(shù)，Tb-Ta表示生態(tài)安全變化的時間間隔。

2.5 生態(tài)安全等級劃分

結合研究區(qū)的實際情況，在參考相關研究成果的基礎上，按自然間斷點分級法（Jenks'natural breaks）將生態(tài)安全分為5個等級，指標值越高，安全等級越高，生態(tài)環(huán)境越好，越能滿足人類生存發(fā)展需求；反之，說明該區(qū)域生態(tài)環(huán)境越惡劣，人類生存發(fā)展面臨問題越多。

3 結果與分析

基于ArcGIS平臺對評價指標進行處理，將指標的空間圖層進行疊加分析，生成柵格（grid） 文件格式；利用地統(tǒng)計學分析方法，計算出實驗變異函數(shù)，并運用球狀模型進行擬合檢驗，采用克里金（Kriging）插值法進行空間插值，通過查詢符合條件的柵格（Raster Calculator），根據(jù)上述指標體系和P-S-R模型框架的支持下，進行加權求和計算得出2003年、2008年和2013年3個時段海東市生態(tài)安全空間分布結果，即各指標生態(tài)安全指數(shù)，得到的指標值分別對應某一等級的生態(tài)安全等級，生態(tài)安全等級由低到高為低安全區(qū)（T≤0.45）、較低安全區(qū)（0.45＜T≤0.50）、中等安全區(qū)（0.50＜T≤0.55）、較高安全區(qū)（0.55＜T≤0.60）、高安全區(qū)（T＞0.60）。

3.1 生態(tài)安全時空格局演化

對2003年、2008年、2013年的生態(tài)安全進行時空格局分析，生成整個研究區(qū)3個時段的生態(tài)安全空間格局與演化（圖2）。

從整體看，2003年研究區(qū)生態(tài)安全呈現(xiàn)南北優(yōu)、東西劣的基本特征，內(nèi)部呈現(xiàn)東部高、西部低的態(tài)勢，其中，東北、西南地區(qū)最優(yōu)；2013年生態(tài)環(huán)境明顯好轉(zhuǎn)，但內(nèi)部差異性增大，西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境改善的速度明顯高于東部。這10年間變化最明顯的是集中串聯(lián)著沿湟水河發(fā)展帶上的3個城鎮(zhèn)，分別是主中心樂都區(qū)、副中心平安區(qū)、次中心民和縣，這里聚集了最豐富的生態(tài)元素。由于快速城市化和人口增長，建設用地面積擴張，該地區(qū)景觀類型發(fā)生了較大的變化，生態(tài)安全變化劇烈，但隨著農(nóng)牧民退耕還林（草）、大南山綠化、三北防護林、天然林保護、湟水流域生態(tài)建設等環(huán)境工程的實施，環(huán)境保護措施的提出和對環(huán)境保護資金的投入，2003～2013年期間，該區(qū)域生態(tài)安全狀況不斷提升；研究區(qū)東北、西南多數(shù)地區(qū)海拔較高，經(jīng)濟基礎薄弱，但是在植被覆蓋率、NDVI指數(shù)等方面有一定的優(yōu)勢，分布有國家級北山森林公園地質(zhì)公園、馬陰山牧場、國家級孟達自然保護區(qū)等，生態(tài)安全狀況較好。

表2 海東市不同時期生態(tài)安全等級面積及比例

對各生態(tài)安全等級不同時期對應的面積進行統(tǒng)計和分析表明，研究區(qū)各個時期各級生態(tài)安全面積變化趨勢不一（表2）。

根據(jù)表2顯示，2003～2013年間研究區(qū)不同類型等級面積均有不同程度的變化：低等級區(qū)域、較低等級區(qū)域經(jīng)歷先上升后下降的趨勢，10年間凈增加288.73 km2，占海東市總面積的2.21%；較低等級區(qū)域凈減少了1666.3 km2，占海東市總面積的12.78%；較高等級區(qū)域經(jīng)歷先下降后上升的趨勢，10年間凈增加了685.75 km2，占海東市總面積的5.26%；中等級及高等級區(qū)域的生態(tài)安全穩(wěn)步上升，分別增加了520.64 km2和45.66 km2，分別占海東市總面積的3.99%和0.35%。從以上分析可以看出，海東市在近10年期間，生態(tài)安全狀況整體呈上升趨勢。

3.2 各縣生態(tài)安全綜合測度及動態(tài)度分析

根據(jù)上述公式分別計算6個區(qū)縣的生態(tài)安全綜合指數(shù)、安全指數(shù)變化值與生態(tài)安全動態(tài)度。由表3、表4可知，在2003～2013年間，海東市各區(qū)縣生態(tài)安全綜合指數(shù)均有不同程度的升高，由于各區(qū)縣的自然條件、經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀、區(qū)域發(fā)展方式的不同，各縣域的生態(tài)安全改善程度存在很大差異（張玉澤 等，2015；邵佳 等，2016）。

表3 基于PSR模型的海東市各縣不同時期生態(tài)安全綜合指數(shù)

表4 海東市各區(qū)縣生態(tài)安全變化值與動態(tài)度

2003～2013 年間生態(tài)安全變化最明顯的是平安區(qū)，生態(tài)安全等級由低上升為較高，生態(tài)安全指數(shù)由2003年的0.4490上升至2013年為0.5809，變化值為0.1319，生態(tài)安全動態(tài)度為5.87%，為全區(qū)最高。這主要是因為隨著西寧都市圈規(guī)劃、東部城鎮(zhèn)群規(guī)劃的相繼實施，平安區(qū)相繼開始平東工業(yè)集中區(qū)、臨空綜合經(jīng)濟區(qū)、平安物流園區(qū)、平安古驛園、高原富硒特色農(nóng)業(yè)示范區(qū)、綠源生態(tài)園六大園區(qū)的建設，區(qū)域性的交通設施發(fā)展建設較快，城鎮(zhèn)綠化覆蓋率達27.80%，城鎮(zhèn)化率達到46.50%，并相繼獲得“全國文明縣城”和“省級園林縣城”稱號。該地區(qū)在這10年內(nèi)通過各種手段響應和解決環(huán)境問題的效果明顯，逐步實現(xiàn)了環(huán)境與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2003～2013 年期間生態(tài)安全指數(shù)最低的是民和縣，處于低－較低等級，生態(tài)環(huán)境壓力較大，2003～2008年變化值為-0.0775，2008～2013年變化值為0.0321，在后5年生態(tài)安全狀況有所緩解。民和縣處于蘭西經(jīng)濟帶上的區(qū)位中心，但西寧、蘭州對其輻射帶動作用較弱，故在承接西寧、蘭州的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移時并不占優(yōu)勢，被邊緣化。另外，工業(yè)生產(chǎn)給民和的生態(tài)環(huán)境帶來的負面影響較大，民和縣一直以高耗能、高排放企業(yè)居多，其中2009年單位GDP工業(yè)SO2排放量分別是青海和全國的1.1倍和2.3倍，單位GDP能耗為青海省單位GDP能耗的2.22倍，單位GDP粉塵排放量分別是青海和全國的5.5倍和22.7倍，單位GDP工業(yè)煙塵排放量分別是青海和全國的2.5倍和7.0倍，產(chǎn)業(yè)發(fā)展給環(huán)境造成巨大壓力，生態(tài)效益差。

樂都區(qū)在10年期間生態(tài)安全穩(wěn)步增長，生態(tài)安全等級由中等上升為較高，2008～2013年變化值為全區(qū)第二，生態(tài)安全動態(tài)度為2.09%，高于2003～2008年，這說明樂都區(qū)后5年經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境狀況的協(xié)調(diào)度較高。樂都區(qū)位于海東市所轄六縣的地理中心，隨著青海東部城市群的區(qū)域格局和發(fā)展條件的變化，其區(qū)位優(yōu)勢日益明顯。該地區(qū)海拔低，氣候條件優(yōu)越，人口數(shù)量也居海東市之首，是青海省重要的歷史文化、旅游服務型城鎮(zhèn)及蔬菜生產(chǎn)基地，隨著蘭西高速公路的通車和109國道過境，樂都區(qū)將成為蘭西經(jīng)濟帶上的新增長極和經(jīng)濟臺地。因此，依托經(jīng)濟、人口與城市化、區(qū)位交通、環(huán)境支撐等方面的優(yōu)勢，該區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展狀態(tài)和資源、環(huán)境保護狀態(tài)較穩(wěn)定，朝著生態(tài)健康的方向發(fā)展。

互助縣、化隆縣、循化縣生態(tài)安全等級較高，其中互助縣是海東市生態(tài)安全最優(yōu)的地區(qū)，2003～2013年期間生態(tài)安全狀況較穩(wěn)定，處于較高－高等級，變化值為0.0299，排名第三?；ブh是青海重要的農(nóng)業(yè)基地，擁有北山國家森林公園和南門峽林場，全縣森林覆蓋率為34%，居海東市第一。化隆縣、循化縣生態(tài)安全上升幅度較小，處于高－較高等級，生態(tài)安全動態(tài)度分別為0.04%、0.06%，兩縣是黃河上游重要的節(jié)點城鎮(zhèn)，其中化隆縣群科鎮(zhèn)被列入沿黃城鎮(zhèn)經(jīng)濟帶的重點鎮(zhèn)，依托地方特色農(nóng)牧產(chǎn)品為對象的食品加工業(yè)以及以坎布拉國家森林公園和地質(zhì)公園為核心資源的旅游業(yè)，已成為化隆縣經(jīng)濟發(fā)展的優(yōu)勢。此外，化隆縣的“拉面經(jīng)濟”已經(jīng)在全國形成規(guī)模，在沿黃經(jīng)濟帶上臨近城鎮(zhèn)的GDP總量比重位居首位；循化縣境內(nèi)山高溝深，水利資源豐富，有孟達國家級自然保護區(qū)，旅游資源豐富，且人為活動對地區(qū)的開發(fā)利用少?；】h和循化縣人均GDP、居民消費水平、城市化率等指標都較落后，但在單位GDP工業(yè)SO2排放量、植被蓋度、人均公共綠地面積比例等方面有一定優(yōu)勢，這使得其生態(tài)安全等級較高。

4 結論與討論

本文基于GIS-PSR模型框架，以海東市三期Landsat TM影像和地區(qū)社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，構建了基于30m柵格尺度的生態(tài)安全評價指標體系，通過定量分析揭示了海東市的生態(tài)安全狀況及時空演變，結果顯示近10年海東市生態(tài)安全狀況總體呈上升趨勢，這表明該時期內(nèi)海東市在社會經(jīng)濟發(fā)展的同時，生態(tài)環(huán)境整體狀況逐步好轉(zhuǎn)，該結論與近年來生態(tài)環(huán)境發(fā)展趨勢相符，該分析也為地區(qū)城市規(guī)劃、土地利用規(guī)劃以及環(huán)境保護規(guī)劃提供了有力支撐。

通過對海東市各區(qū)縣的綜合分析，可以看出研究區(qū)內(nèi)中部城鎮(zhèn)中心區(qū)城市快速擴張導致生態(tài)安全指數(shù)較低，但由于城市規(guī)劃趨于合理化使得東西方向上的平安區(qū)、樂都區(qū)生態(tài)安全狀況趨向好轉(zhuǎn)，兩區(qū)的規(guī)劃對生態(tài)安全總體發(fā)揮了很大的正作用，但在推進新型城鎮(zhèn)化建設過程中，區(qū)域生態(tài)安全風險仍然存在，今后要積極推進縣域經(jīng)濟結構調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級（張宇 等，2017），提高區(qū)域生態(tài)安全等級的升值空間。

對于生態(tài)安全波動較大的縣域，應按照PSR模型中壓力、狀態(tài)及響應指標來調(diào)控生態(tài)安全水平，通過建設重點鎮(zhèn)的環(huán)境基礎設施，解決生態(tài)壓力問題，通過改善區(qū)域資源環(huán)境狀態(tài)、實施生態(tài)縣的建設，提高區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量及環(huán)境承載力，通過提高技術、科研水平，加強生態(tài)工業(yè)和服務業(yè)的發(fā)展，提升群眾的環(huán)保意識來增加社會環(huán)境的響應水平。

城市生態(tài)安全是一個動態(tài)變化系統(tǒng)，本文所提出的結果為青海東部河湟谷地城鎮(zhèn)生態(tài)規(guī)劃起到一定的積極指導作用。今后有待結合青海新型城鎮(zhèn)化的階段性發(fā)展對其進行后續(xù)跟蹤研究，以及對鄉(xiāng)鎮(zhèn)或村鎮(zhèn)等微觀區(qū)域進行相關的分析工作，使研究結論更有針對性和實踐指導意義。

注釋

① 數(shù)據(jù)來源：http：//www.gscloud.cn/.