呂廣斌, 廖鐵軍, 姚秋昇, 鄧 薇

(1.西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院, 重慶 400715; 2.重慶市國(guó)土資源和房屋勘測(cè)規(guī)劃院, 重慶 400020; 3.貴州財(cái)經(jīng)大學(xué) 公管學(xué)院, 貴陽 550025)

土地作為人類生存與發(fā)展的物質(zhì)承載體，土地生態(tài)安全反映著社會(huì)安全[1-2]。隨著我國(guó)快速的城鎮(zhèn)化和工業(yè)化，人地沖突愈加嚴(yán)重，人類不合理的土地開發(fā)和土地利用方式，導(dǎo)致區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)失去自有平衡，土地生態(tài)問題嚴(yán)重威脅著區(qū)域土地生態(tài)安全及可持續(xù)利用[3-4]。因此，運(yùn)用合理的方法和評(píng)價(jià)體系研究土地生態(tài)安全，分析區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)的空間關(guān)系對(duì)于促進(jìn)區(qū)域土地生態(tài)文明建設(shè)有重要意義。

土地生態(tài)安全研究作為生態(tài)安全研究的重要內(nèi)容，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土地生態(tài)安全問題從不同角度進(jìn)行了研究[5]。國(guó)外學(xué)者研究主要集中在生態(tài)系統(tǒng)健康[6-7]和生物保護(hù)[8]等方面。目前國(guó)內(nèi)的研究主要從評(píng)價(jià)框架體系、研究方法、區(qū)域尺度等方面開展。從評(píng)價(jià)框架體系方面看，主要選取“環(huán)境(自然)—經(jīng)濟(jì)—社會(huì)”[9]、PSR模型[10]、DPSIR[11]模型等評(píng)價(jià)模型。從采用的研究方法來看，主要有正態(tài)云模型法[12]、物元模型法[13]、主成分分析法[14]、突變級(jí)數(shù)法[15]、生態(tài)足跡法[16]等研究方法。從研究尺度來看，以省域[17]、市域[18]、縣域[19]等行政區(qū)范圍為尺度，以城市群[20]、河流流域[21]等大區(qū)域?yàn)槌叨?，以農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)[22]、礦糧復(fù)合區(qū)[23]等生態(tài)脆弱區(qū)為尺度。已有的研究雖從不同角度豐富和完善了土地生態(tài)安全研究體系，但現(xiàn)有的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系多以單一模型構(gòu)建為主，其只能反映土地生態(tài)各子系統(tǒng)間的相互關(guān)系，不能較好地實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)內(nèi)部的要素狀況反映；同時(shí)，土地生態(tài)安全研究主要以行政區(qū)為單元的時(shí)間序列總體研究，難以反映區(qū)域土地生態(tài)安全在空間上的關(guān)聯(lián)性、聚集規(guī)律等空間分異特征。因而，有必要運(yùn)用復(fù)合模型完善土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系，并探討區(qū)域土地生態(tài)安全空間分異規(guī)律，以便更好實(shí)現(xiàn)區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

本研究以長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的重要節(jié)點(diǎn)重慶市為研究對(duì)象，基于DPSIR—EES概念模型構(gòu)建區(qū)域土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)體系，運(yùn)用TOPSIS法揭示重慶市2009—2016年土地生態(tài)安全變化情況，并通過ESDA—GIS法對(duì)重慶市2009年、2016年兩個(gè)時(shí)期的土地生態(tài)安全時(shí)空分異狀況進(jìn)行研究，以期為重慶市不同區(qū)域土地生態(tài)安全保護(hù)決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

重慶市地處中國(guó)西南、長(zhǎng)江上游地區(qū)，位于105°11′—110°11′E，28°10′—32°13′N，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)性氣候，氣候溫和，降水豐富，屬于“一帶一路”和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的重要聯(lián)結(jié)點(diǎn)。截至2016年，全市下轄26個(gè)區(qū)，8個(gè)縣，4個(gè)民族自治縣，其區(qū)域可劃分為主城區(qū)、渝西片區(qū)、渝東北片區(qū)和渝東南片區(qū)(圖1)，區(qū)域?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)總值17 559.25億元，同比增長(zhǎng)10.7%，第一、二、三產(chǎn)業(yè)增加值比為7.4∶44.2∶48.4，常住人口3 048.43萬人，城鎮(zhèn)化率62.6%，居民人均可支配收入22 034元。重慶市土地總面積8.24×106hm2，其中耕地面積2.38×106hm2，建設(shè)用地面積6.40×105hm2。隨著長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶和成渝城市群發(fā)展戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，重慶市作為長(zhǎng)江上游的生態(tài)敏感地區(qū)，其生態(tài)安全對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶和成渝城市群社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有很強(qiáng)的指向性作用。

圖1 重慶市四大區(qū)域及縣域分布

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究以重慶市38個(gè)縣域作為基礎(chǔ)研究單元進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理時(shí)以變更后的行政區(qū)作為統(tǒng)計(jì)。本文涉及評(píng)價(jià)指標(biāo)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)與人口數(shù)據(jù)主要來源于《重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒(2009—2016)》、重慶市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2009—2016)、重慶市政府工作報(bào)告(2009—2016)；環(huán)境數(shù)據(jù)主要來源于《中國(guó)林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒(2009—2016)》、重慶市環(huán)境狀況公報(bào)(2009—2016)和重慶市水資源公報(bào)(2009—2016)，環(huán)境數(shù)據(jù)參照《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》(HJ192—2015)相關(guān)計(jì)算；DEM數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)來源于中國(guó)科學(xué)院數(shù)據(jù)云(http:∥www.csdb.cn/)，柵格大小為30 m×30 m；土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來源于重慶市土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫(kù)，土地分類標(biāo)準(zhǔn)參照最新《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010—2017)。

2 研究方法

2.1 基于DPSIR-EES模型的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

2.1.1 DPSIR—EES概念模型 DPSIR概念模型是對(duì)PSR模型改進(jìn)后的新模型，其將整體系統(tǒng)分成驅(qū)動(dòng)力、壓力、狀態(tài)、影響和響應(yīng)5個(gè)系統(tǒng)元素部分，又將系統(tǒng)元素分解成若干指標(biāo)，其能夠較好反映各土地生態(tài)系統(tǒng)之間的因果聯(lián)系，但是無法實(shí)現(xiàn)土地生態(tài)安全各系統(tǒng)內(nèi)部的分析[24]。EES概念模型是具有多種屬性的協(xié)同模型，由于區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)具有環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)復(fù)合系統(tǒng)屬性，EES模型能夠適用復(fù)合的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)，但其無法反映各土地生態(tài)系統(tǒng)之間的因果關(guān)系。本研究結(jié)合區(qū)域的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)及實(shí)際情況，利用DPSIR模型和EES模型優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合，最終形成以DPSIR—EES概念模型來構(gòu)建區(qū)域土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2.1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的確立 評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果有著重要影響。研究在進(jìn)行指標(biāo)選取時(shí)堅(jiān)持科學(xué)性、可操作性、代表性、完整性等原則，結(jié)合區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境和土地利用情況，借鑒國(guó)內(nèi)已有的研究基礎(chǔ)[13,19,21]，在DPSIR—EES概念模型上構(gòu)建目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、要素層、指標(biāo)層4個(gè)層次的評(píng)價(jià)體系(表1)，即將土地生態(tài)安全作為目標(biāo)分解成土地生態(tài)驅(qū)動(dòng)力、土地生態(tài)壓力、土地生態(tài)狀態(tài)、土地生態(tài)影響和土地生態(tài)響應(yīng)5個(gè)系統(tǒng)層面，在各土地生態(tài)子系統(tǒng)層中形成以環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)3個(gè)要素構(gòu)建要素層，并依據(jù)相應(yīng)要素選取與土地生態(tài)安全相關(guān)指標(biāo)形成指標(biāo)層。其中，環(huán)境要素主要是反映土地生態(tài)系統(tǒng)安全變化的環(huán)境條件，其指標(biāo)的選取主要參考生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)和自然條件狀況；經(jīng)濟(jì)要素主要是反映土地生態(tài)安全變化的經(jīng)濟(jì)條件，其指標(biāo)的選取主要依據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)總體狀況、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和人民經(jīng)濟(jì)水平；社會(huì)要素主要是反映土地生態(tài)系統(tǒng)安全變化的社會(huì)條件，其指標(biāo)的選取主要結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[15,17]和區(qū)域客觀情況。研究選取的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)能較好地反映區(qū)域自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地利用狀態(tài)等情況，特別是圍繞以環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)要素所選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)在綜合作用下，能夠反映土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)的要素關(guān)系，從而有效反映區(qū)域的土地生態(tài)安全狀況。

2.1.3 數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理 由于評(píng)價(jià)指標(biāo)量綱不同，因此采用極差標(biāo)準(zhǔn)化法消除不同指標(biāo)間量綱的影響。假設(shè)指標(biāo)體系包含i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象或評(píng)價(jià)時(shí)點(diǎn)，j為指標(biāo)，原始指標(biāo)的數(shù)據(jù)矩陣為X={Xij}，數(shù)據(jù)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化后為Y={Yij}，則：

(1)

(2)

式中：Yij為數(shù)據(jù)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化值；Xij為原始數(shù)據(jù)矩陣值；Xmax,Xmin分別為原始矩陣數(shù)據(jù)最大和最小值。

2.1.4 權(quán)重的確定 熵值法與變異系數(shù)法是極具代表性的兩種客觀賦權(quán)法。熵值法能夠客觀而準(zhǔn)確地求出各指標(biāo)的權(quán)重值，但是其對(duì)于異常數(shù)據(jù)過于敏感，導(dǎo)致客觀權(quán)重過大[25]。變異系數(shù)法是一種多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法，能夠彌補(bǔ)指標(biāo)權(quán)重分配均衡化的缺陷，并且能夠客觀確定每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重[26]。研究將熵值法和變異系數(shù)法結(jié)合對(duì)指標(biāo)進(jìn)行組合權(quán)重賦值，以提高權(quán)重賦值的準(zhǔn)確性，減少因單一權(quán)重賦值帶來的誤差。熵值法和變異系數(shù)法的權(quán)重方法較為常見，研究不在此單列其計(jì)算公式。

2.2 改進(jìn)的TOPSIS模型

2.2.1 建立加權(quán)規(guī)范化矩陣與標(biāo)準(zhǔn)處理

Vij=|Vij|m×n=Wj×Yij

(3)

(4)

式中：Vij為加權(quán)規(guī)范化矩陣；Wj為權(quán)重值；Yij為數(shù)據(jù)矩陣標(biāo)準(zhǔn)化值；Tij為加權(quán)規(guī)范化矩陣標(biāo)準(zhǔn)化處理值。

2.2.2 確立正理想解和負(fù)理想解

正理想解：Tij+={maxtij|i=1,2,…，m}

(5)

負(fù)理想解：Tij-={mintij|i=1,2,…，m}

(6)

式中：Tij+為正理想解集合；Tij-為負(fù)理想解集合；maxtij,mintij分別為加權(quán)規(guī)范化矩陣中的最大值和最小值。

2.2.3 測(cè)算指標(biāo)理想解的歐式距離

(7)

(8)

式中：D+為評(píng)價(jià)對(duì)象與正理想解的距離；D-為評(píng)價(jià)對(duì)象與負(fù)理想解的距離。

2.2.4 測(cè)算評(píng)價(jià)指標(biāo)與理想解的接近度

(9)

式中：Sj為指標(biāo)與理想解的接近度，其接近度的值越大所代表的土地生態(tài)安全水平越高，LES所代表土地生態(tài)安全值越大。

2.3 探索性空間數(shù)據(jù)分析法(ESDA)

探索性空間數(shù)據(jù)分析法是一種反映研究對(duì)象空間分布狀況，揭示空間集聚或離散現(xiàn)象的研究方法。其中，全局自相關(guān)反映研究數(shù)據(jù)在大區(qū)域中的整體關(guān)聯(lián)程度，局部自相關(guān)則是進(jìn)一步分析局部區(qū)域的某一屬性與相鄰單元上同一屬性的相互關(guān)聯(lián)程度[27]。本研究運(yùn)用ESDA法分析重慶市土地生態(tài)安全狀況的空間相關(guān)性。

表1 重慶市土地生態(tài)安全指標(biāo)體系

注：“+”指標(biāo)取向?yàn)檎?；?”指標(biāo)取向?yàn)樨?fù)。

2.3.1 全局空間自相關(guān) 全局空間自相關(guān)是以Moran′sI進(jìn)行測(cè)度，其取值在[-1，1]，I>0表示空間正相關(guān)，I<0表示空間負(fù)相關(guān)，I趨近于0時(shí)表示空間呈隨機(jī)分布，Moran′sI絕對(duì)數(shù)值越大，反映區(qū)域土地生態(tài)安全值的空間集聚性越強(qiáng)，并運(yùn)用Z檢驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。其計(jì)算公式為：

(10)

2.3.2 局部空間自相關(guān) LISA實(shí)質(zhì)是將全局Moran′sI指數(shù)分解到各局域空間單元，并揭示局域空間單元間的相關(guān)性，可以用“冷熱區(qū)域”反映局部空間相關(guān)性。局部Moran′sI模型如下：

(11)

式中：Xi,Xj為區(qū)域空間單元i與j取值；Wij為研究區(qū)域之間的鄰接空間權(quán)重矩陣；當(dāng)Ii>0時(shí)研究單元相似值形成空間集聚，Ii<0時(shí)研究單元非相似值形成空間集聚。

2.4 土地生態(tài)安全評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)TOPSIS模型測(cè)算的接近度為0～1，其數(shù)值越大其土地生態(tài)安全越高，研究通過其值初步確定土地生態(tài)安全程度及區(qū)域生態(tài)特征，再運(yùn)用ArcGIS中的Natural breaks工具對(duì)其接近度進(jìn)行分類，并根據(jù)區(qū)域生態(tài)狀況并借鑒已有研究成果[4-5,19]，采用非等間距法對(duì)自然分類結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，最終形成重慶市土地生態(tài)安全評(píng)判等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表2 重慶市土地生態(tài)安全評(píng)判等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與分析

3.1 土地生態(tài)安全綜合分析

3.1.1 重慶市土地生態(tài)安全狀況分析 通過測(cè)算得到重慶市2009—2016年生態(tài)安全狀況結(jié)果(表3)。重慶市土地生態(tài)安全總體呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)，土地生態(tài)安全指數(shù)由2009年的0.33上升至2016年的0.65，根據(jù)表2的土地生態(tài)安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，研究期內(nèi)重慶市的土地生態(tài)安全狀況由“敏感級(jí)”向“良好級(jí)”轉(zhuǎn)變。具體來看，2009—2011年重慶市土地生態(tài)安全水平持續(xù)上升，這主要受區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)影響和響應(yīng)改善所致，2009年以來，重慶市以國(guó)發(fā)3號(hào)文件為契機(jī)，加快改革和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，將經(jīng)濟(jì)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整相結(jié)合，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，積極進(jìn)行造林工程建設(shè)，這推動(dòng)了土地生態(tài)安全狀況的改善，但由于人口增長(zhǎng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展所導(dǎo)致的環(huán)境消耗，使其生態(tài)安全狀況仍然處于“敏感級(jí)”。2011—2012年重慶市土地生態(tài)安全水平有所下降，主要是由于受國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)放緩和產(chǎn)能相對(duì)過剩的影響，另外區(qū)域造林面積的減少也加劇了土地生態(tài)壓力，使得土地生態(tài)安全狀況有所退化。2012—2016年重慶市土地生態(tài)安全呈現(xiàn)波動(dòng)上升，這一變化主要是由于土地生態(tài)各子系統(tǒng)的逐步改善，重慶市通過推進(jìn)土地和林權(quán)制度改革，加快特色效益農(nóng)業(yè)發(fā)展，增強(qiáng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)活力，提高了農(nóng)村居民收入水平，其促進(jìn)了土地壓力和狀態(tài)的改善。同時(shí)，重慶市以“科學(xué)發(fā)展、富民興渝”為總?cè)蝿?wù)，加快生態(tài)文明建設(shè)的步伐，守住“5個(gè)決不能”的底線，不斷加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)，使得土地生態(tài)安全水平不斷提高。

表3 重慶市2009-2016年土地生態(tài)安全狀況

3.1.2 土地生態(tài)安全各層面要素分析

(1) 土地生態(tài)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力變化分析。重慶市土地生態(tài)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力大體呈現(xiàn)先下降后上升的態(tài)勢(shì)。2009—2014年土地生態(tài)驅(qū)動(dòng)力指數(shù)由0.42下降至0.33，而后2014—2016年呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)。其中，2009—2014年的變化主要是受社會(huì)要素的影響，表現(xiàn)在人口自然增長(zhǎng)率和人口密度的上升，造成土地生態(tài)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力的下降。2014—2016年土地生態(tài)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力指數(shù)的增長(zhǎng)主要反映在環(huán)境和經(jīng)濟(jì)要素的改善。從環(huán)境驅(qū)動(dòng)力要素的影響來看，林草覆蓋率由2014年的49.86%上升到2016年的50.75%，這得益于重慶市環(huán)?！拔宕笮袆?dòng)”的實(shí)施，以及天然林保護(hù)、生物多樣性等生態(tài)保護(hù)與建設(shè)工程的推進(jìn)，豐富了土地生態(tài)系統(tǒng)。從經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力要素的影響來看，人均GDP、居民可支配收入分別實(shí)現(xiàn)了21.01%，20.06%的增長(zhǎng)，面對(duì)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入“新常態(tài)”，重慶市推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，著力穩(wěn)定增長(zhǎng)，推動(dòng)社會(huì)民生的改善和人民經(jīng)濟(jì)水平的提高，這都為土地生態(tài)安全提供了有力支持，推動(dòng)著土地生態(tài)驅(qū)動(dòng)力的提升?？偟膩砜?，環(huán)境和經(jīng)濟(jì)要素的影響為土地生態(tài)安全的驅(qū)動(dòng)力上升提供了支持，推動(dòng)重慶市土地生態(tài)安全朝良好方向發(fā)展。

(2) 土地生態(tài)系統(tǒng)壓力變化分析。重慶市的土地生態(tài)系統(tǒng)壓力呈現(xiàn)先上升后下降再上升的變化，其土地生態(tài)壓力指數(shù)從2009年的0.42上升到2010年的0.57，再下降至2014年的0.36，而后由2014年的0.36上升到2016年的0.44。2009—2014年土地生態(tài)壓力波動(dòng)變化主要受環(huán)境和經(jīng)濟(jì)壓力的影響，其主要表現(xiàn)在單位耕地面積化肥施用量、GDP增長(zhǎng)率等指標(biāo)的變化。2014—2016年的土地生態(tài)系統(tǒng)壓力指數(shù)呈現(xiàn)上升變化，這一變化得益于環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)壓力的改善，其主要反映在單位耕地面積農(nóng)藥使用量由2014年的7.50 kg/hm2下降到2016年的7.39 kg/hm2，單位耕地糧食產(chǎn)量由4 662.75 kg/hm2上升到4 894.02 kg/hm2，農(nóng)村居民恩格爾系數(shù)由40.50%下降到38.70%，重慶市在這一時(shí)期扎實(shí)推進(jìn)美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，加快鄉(xiāng)村環(huán)境的連片整治，重點(diǎn)對(duì)農(nóng)村面源污染進(jìn)行了治理，使得鄉(xiāng)村環(huán)境質(zhì)量得到較大的改善。此外，還加大城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展力度，努力推動(dòng)農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)的均衡化配置，積極落實(shí)扶貧開發(fā)工作，促進(jìn)農(nóng)民增收。由此看來，土地生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)因素的向好發(fā)展推動(dòng)了土地生態(tài)壓力的改善。

(3) 土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)變化分析。重慶市的土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)呈現(xiàn)波動(dòng)上升的變化，土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)指數(shù)從2009年的0.43上升到2016年的0.58，土地生態(tài)安全狀況穩(wěn)定在“臨界級(jí)”。其中，2010年土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)指數(shù)比2009年下降了0.08，主要是受土地利用多樣性指數(shù)和人均耕地面積降低的影響。而2010—2014年土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)指數(shù)由0.35上升到0.65，雖然在2012年出現(xiàn)了小幅度下降，但土地生態(tài)狀況總體特征依然向好，這一時(shí)期的變化是由于環(huán)境狀態(tài)和經(jīng)濟(jì)狀態(tài)穩(wěn)步增長(zhǎng)的結(jié)果，自2010年以來，重慶市加快推進(jìn)飲用水源保護(hù)和重點(diǎn)區(qū)域河流整治工程，進(jìn)一步加強(qiáng)水環(huán)境保護(hù)，使得區(qū)域水資源環(huán)境改善，人均水資源量保持穩(wěn)定增長(zhǎng)。通過實(shí)施“6+1”支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和重點(diǎn)領(lǐng)域的改革，全市經(jīng)濟(jì)密度和地均固定資產(chǎn)投資分別由9.62萬元/hm2，8.42萬元/hm2上升到17.31萬元/hm2，16.05萬元/hm2。2014—2016年土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)出現(xiàn)了先降低再上升的情況，狀態(tài)等級(jí)處于“臨界級(jí)”范圍內(nèi)，主要是受冬末春初中西部地區(qū)出現(xiàn)氣象干旱和區(qū)域年降水量減少的影響，導(dǎo)致當(dāng)年區(qū)域水資源總量減少，降低了土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)，但隨著自然因素干擾的減弱和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，其土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)在2016年又得以恢復(fù)。

(4) 土地生態(tài)系統(tǒng)影響變化分析。重慶市土地生態(tài)系統(tǒng)影響整體處于上升態(tài)勢(shì)，土地生態(tài)系統(tǒng)影響指數(shù)由2009年的0.18上升至2016年0.76，其土地生態(tài)系統(tǒng)影響由“危險(xiǎn)級(jí)”向“良好級(jí)”轉(zhuǎn)變。這一階段的土地生態(tài)系統(tǒng)影響明顯改善，土地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的上升推動(dòng)了土地生態(tài)系統(tǒng)影響的好轉(zhuǎn)，其環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)要素也趨于好轉(zhuǎn)。其中，環(huán)境影響要素顯著增強(qiáng)，2009年產(chǎn)水模數(shù)由55.33萬m3/km2上升至2016年73.43萬m3/km2,水源涵養(yǎng)指數(shù)由96.81上升至98.09，這主要是由于重慶市在此期間大力推進(jìn)水源涵養(yǎng)保護(hù)與生態(tài)修復(fù)、水土流失治理等生態(tài)工程建設(shè)，促進(jìn)了區(qū)域生態(tài)環(huán)境進(jìn)一步改善。同時(shí)，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)影響都有大幅增加，這得益于重慶市主動(dòng)調(diào)整經(jīng)濟(jì)發(fā)展思路，積極應(yīng)對(duì)國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，推動(dòng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得經(jīng)濟(jì)保持較快增長(zhǎng)，重慶市地均財(cái)政收入和地均二、三產(chǎn)業(yè)值實(shí)現(xiàn)了翻一番。此外，重慶市在人口增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地節(jié)約集約等方面采取了積極有效的措施，表現(xiàn)在重慶市人口與經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)協(xié)調(diào)增長(zhǎng)，其建設(shè)用地面積總量增長(zhǎng)控制在合理范圍內(nèi)。

(5) 土地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)變化分析。土地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)作為土地生態(tài)安全重要環(huán)節(jié)，表現(xiàn)出人類對(duì)土地生態(tài)意識(shí)的一種調(diào)整。研究期間，重慶市土地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)等級(jí)呈現(xiàn)穩(wěn)步上升，其土地生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)指數(shù)從2009年的0.23上升到2016年的0.77，這是由于環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)響應(yīng)增長(zhǎng)迅速的結(jié)果。2009年以來，重慶市加快優(yōu)化生態(tài)安全格局和劃定區(qū)域生態(tài)保護(hù)紅線，推動(dòng)區(qū)域造林和生物多樣性保護(hù)等生態(tài)工程的實(shí)施，使得區(qū)域造林面積比重一直穩(wěn)定在2%左右，生物豐富度指數(shù)上漲了1.08，區(qū)域土地生態(tài)安全狀況有明顯好轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，重慶市綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力有較大提升，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整取得新進(jìn)展，第三產(chǎn)業(yè)比重從2009年的46%上升至2016年的48%，這為土地生態(tài)環(huán)境改善提供了有利的經(jīng)濟(jì)條件；并且重慶市通過推動(dòng)農(nóng)村集體產(chǎn)權(quán)和地票制度改革，加快新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)體系構(gòu)建，推進(jìn)鄉(xiāng)村合理開發(fā)，改善農(nóng)村生產(chǎn)條件，區(qū)域農(nóng)電集約度由2009年746.39 (kW·h)/hm2上升至2016年的955.32 (kW·h)/hm2，以上表明重慶市在研究期間土地生態(tài)響應(yīng)強(qiáng)烈，土地生態(tài)保護(hù)已作為全市生態(tài)文明建設(shè)重要任務(wù)，區(qū)域的生態(tài)環(huán)境建設(shè)逐漸增強(qiáng)。

3.2 區(qū)域土地生態(tài)安全時(shí)空分異分析

3.2.1 土地生態(tài)安全時(shí)間序列分析 重慶市各縣域土地生態(tài)安全總體狀況見表4。2009—2016年，重慶市各區(qū)域土地生態(tài)安全狀況總體向好，但局部變化狀況不一；從區(qū)域劃分的情況來看，主城區(qū)土地生態(tài)安全有所退化，渝西片區(qū)、渝東北片區(qū)、渝東南片得以改善。其中，2009—2016年主城區(qū)土地生態(tài)安全狀況表現(xiàn)為大渡口區(qū)、江北區(qū)、巴南區(qū)有所好轉(zhuǎn)，其余各區(qū)均有所退化，這主要是受環(huán)境與社會(huì)因素影響，具體表現(xiàn)在主城區(qū)范圍內(nèi)生態(tài)用地比例、林草地覆蓋率下降，城鎮(zhèn)化率、區(qū)域開發(fā)比例及人口數(shù)量增長(zhǎng)加大了區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)壓力，另外，主城區(qū)的生態(tài)環(huán)境自我修復(fù)和調(diào)整能力與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不相適應(yīng)。渝西片區(qū)土地生態(tài)安全狀況表現(xiàn)為長(zhǎng)壽區(qū)有所退化，涪陵區(qū)穩(wěn)定不變，其余區(qū)縣都有所改善，形成以上狀況的原因是區(qū)域林草覆蓋率上升，單位耕地面積化肥及農(nóng)藥使用量降低，水源涵養(yǎng)指數(shù)增加，而長(zhǎng)壽區(qū)土地生態(tài)安全狀況有所退化，反映在各項(xiàng)指標(biāo)上為水源涵養(yǎng)和生物豐富度指數(shù)的雙下降，這主要是由于長(zhǎng)壽區(qū)作為重慶市和國(guó)家重要的化工基地，其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)亟待進(jìn)一步調(diào)整，此外，生態(tài)環(huán)境保護(hù)與發(fā)展經(jīng)濟(jì)建設(shè)的矛盾日益突出，使得區(qū)域土地生態(tài)安全壓力逐漸增大。渝東北片區(qū)土地生態(tài)安全狀況表現(xiàn)為多數(shù)區(qū)縣明顯好轉(zhuǎn)，而萬州區(qū)土地生態(tài)狀況有所退化，主要原因是萬州區(qū)作為重慶市第二大城市，區(qū)域開發(fā)建設(shè)體量龐大，加劇了土地生態(tài)結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，人均水資源量的減少以及水源涵養(yǎng)指數(shù)的下降，也對(duì)其土地生態(tài)安全產(chǎn)生了干擾。渝東南片區(qū)各區(qū)縣土地生態(tài)安全均得以改善，這表明研究期內(nèi)渝東南片區(qū)實(shí)施的水土保持和造林工程對(duì)生態(tài)環(huán)境起到了積極的保護(hù)作用，區(qū)域人類活動(dòng)對(duì)土地系統(tǒng)的干擾性降低，區(qū)域生態(tài)環(huán)境得到進(jìn)一步優(yōu)化，具體表現(xiàn)為生態(tài)用地比例和林草地覆蓋率增長(zhǎng)較快。

表4 重慶市各縣域土地生態(tài)安全狀況

注：表示好轉(zhuǎn)，表示退化，—表示不變化。

3.2.2 土地生態(tài)安全空間分析 為進(jìn)一步反映區(qū)域土地生態(tài)安全狀況，根據(jù)土地生態(tài)安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合ArcGIS軟件繪制重慶市各縣域土地生態(tài)安全等級(jí)分布圖(圖2)。

圖2 重慶市各縣域土地生態(tài)安全等級(jí)分布

2009年重慶市土地生態(tài)安全等級(jí)普遍不高。其中，土地生態(tài)安全“敏感級(jí)”主要集中在主城區(qū)和渝西片區(qū)，“敏感級(jí)”面積約占研究區(qū)面積的40%，生態(tài)狀況等級(jí)較高的地區(qū)集中在渝東北和渝東南片區(qū)，形成渝東北—渝東南生態(tài)安全等級(jí)“臨界級(jí)”分布區(qū)，“臨界級(jí)”面積超過研究區(qū)面積的一半，這是由于主城區(qū)和渝西片區(qū)作為重慶市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的主戰(zhàn)場(chǎng)，其受環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)要素的影響，區(qū)域土地生態(tài)安全系統(tǒng)的不穩(wěn)定性加劇，而渝東北和渝東南片區(qū)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與開發(fā)程度較低，人類活動(dòng)干擾不強(qiáng)，區(qū)域自身生態(tài)系統(tǒng)狀況良好；潼南區(qū)是研究區(qū)土地生態(tài)安全等級(jí)唯一處于“危險(xiǎn)級(jí)”的區(qū)縣，其主要原因是潼南區(qū)的林草地覆蓋率和生物豐富度較低，區(qū)域水源涵養(yǎng)能力較差，導(dǎo)致其生態(tài)安全系統(tǒng)較為脆弱，對(duì)生態(tài)壓力的抗干擾能力弱。2016年重慶市土地生態(tài)安全等級(jí)格局發(fā)生明顯變化，“臨界級(jí)”和“良好級(jí)”狀態(tài)成為重慶市主要生態(tài)狀況背景，并占研究區(qū)面積的近60%，土地生態(tài)安全“臨界級(jí)”向渝西片區(qū)推進(jìn)擴(kuò)散，酉陽縣和巫溪縣生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善，由“臨界級(jí)”演化為“良好級(jí)”，而“危險(xiǎn)級(jí)”徹底退出研究區(qū)，轉(zhuǎn)化為“臨界級(jí)”，這是因?yàn)橹貞c市持續(xù)推進(jìn)生態(tài)屏障建設(shè)和水土流失綜合治理，響應(yīng)國(guó)家新一輪退耕還林還草工程，加快區(qū)域湖庫(kù)和流域整治，使得區(qū)域生態(tài)涵養(yǎng)和保護(hù)能力不斷增強(qiáng)。研究期間，重慶市土地生態(tài)安全等級(jí)主要由“危險(xiǎn)級(jí)”和“敏感級(jí)”向“臨界級(jí)”和“良好級(jí)”轉(zhuǎn)變，土地生態(tài)安全等級(jí)格局總體較為穩(wěn)定，“敏感級(jí)”和“危險(xiǎn)級(jí)”主要集中于主城區(qū)和渝西片區(qū)，而“臨界級(jí)”和“良好級(jí)”主要分布在渝東北及渝東南片區(qū)?？偟膩碚f，重慶市土地生態(tài)安全狀況得到有效改善，但各區(qū)域土地生態(tài)安全依然存在一定風(fēng)險(xiǎn)，在接下來的工作中，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)推進(jìn)區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)，落實(shí)“不搞大開發(fā)，共抓大保護(hù)”的區(qū)域生態(tài)保護(hù)理念，致力于區(qū)域生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和改善。

3.3 土地生態(tài)安全的空間相關(guān)性分析

3.3.1 土地生態(tài)安全全局空間自相關(guān)分析 運(yùn)用GEODA軟件對(duì)重慶市區(qū)域土地生態(tài)安全作空間自相關(guān)和區(qū)域差異性分析，并選擇2009年、2016年作為研究斷面，獲得重慶市區(qū)域土地生態(tài)安全Moran′sI散點(diǎn)圖(圖3)。

經(jīng)過測(cè)算，2009年重慶市土地生態(tài)安全的Moran′sI值為0.731 5，對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)Z值為6.79，通過顯著性檢驗(yàn)。2016年土地生態(tài)安全的Moran′sI值為0.766 7，其Z值大于0.01置信水平的臨界值2.58，且Moran′sI值整體呈上升趨勢(shì)，表明重慶市土地生態(tài)安全在空間上具有較強(qiáng)的正相關(guān)，其空間相關(guān)特征明顯。通常Moran散點(diǎn)圖劃分成的4個(gè)象限可以有效反映區(qū)域與其他區(qū)域相互之間的屬性關(guān)系。其中，第一象限的“高—高”(HH)聚集表示區(qū)域自身和周邊區(qū)域的土地生態(tài)安全水平都較高；第二象限的“低—高”(LH)聚集表示區(qū)域自身土地生態(tài)安全較低而周邊區(qū)域的土地生態(tài)安全水平高；第三象限的“低—低”(LL)聚集表示區(qū)域自身和周邊區(qū)域的土地生態(tài)安全都較低；第四象限的“高—低”聚集(HL)表示區(qū)域自身土地生態(tài)安全高而周邊區(qū)域的土地生態(tài)安全低。由圖3可知，2009年區(qū)域土地生態(tài)安全主要集中在“高—高”(HH)和“低—低”(LL)兩區(qū)，少量分布于“高—低”(HL)、“低—高”(LH)兩區(qū)，表明重慶市區(qū)域土地生態(tài)安全空間集聚特征顯著；2016年區(qū)域土地生態(tài)安全主要分布在“高—高”(HH)、“低—低”(LL)和“低—高”(LH)三區(qū)，表明重慶市土地生態(tài)安全空間差異在逐漸縮小，土地生態(tài)安全逐漸傾向于相似地區(qū)集群分布，這也反映出重慶市土地生態(tài)安全在空間上集聚現(xiàn)象逐漸增強(qiáng)。

3.3.2 土地生態(tài)安全局部空間自相關(guān)性分析 為了更加直觀反映重慶市區(qū)域或相鄰區(qū)域之間局部空間集聚和變異情況，對(duì)重慶市土地生態(tài)安全進(jìn)行局部空間自相關(guān)分析，根據(jù)公式(11)和GeoDa軟件生成區(qū)域土地生態(tài)安全LISA值，并結(jié)合ArcGIS軟件繪制2009年和2016年重慶市區(qū)域土地生態(tài)安全局部空間自相關(guān)LISA集聚圖(圖4)。

圖3 重慶市土地生態(tài)安全Moran散點(diǎn)圖

圖4 重慶市土地生態(tài)安全局部空間自相關(guān)LISA集聚圖

由圖4可知，2009年和2016年重慶市土地生態(tài)安全呈現(xiàn)出較強(qiáng)的空間聚集現(xiàn)象，區(qū)域土地生態(tài)安全呈現(xiàn)“高—高”、“低—低”值集聚的特點(diǎn)。2009年和2016年重慶市土地生態(tài)安全主要分布在“高—高”和“低—低”值區(qū)，而空間局部自相關(guān)不顯著的區(qū)域則主要集中在主城區(qū)的大渡口區(qū)、南岸區(qū)；渝西的綦江區(qū)、南川區(qū)、涪陵區(qū)、長(zhǎng)壽區(qū)；渝東北的梁平區(qū)、豐都縣、墊江縣、忠縣；渝東南的石柱縣。2009年重慶市的土地生態(tài)安全“高—高”值區(qū)分布在渝東南的酉陽縣、彭水縣，渝東北的城口縣、開州區(qū)、云陽縣、奉節(jié)縣、巫溪縣、巫山縣；同時(shí)“低—低”值區(qū)主要分布在主城區(qū)的九龍坡區(qū)，渝西的潼南區(qū)、合川區(qū)、銅梁區(qū)、大足區(qū)、榮昌區(qū)、永川區(qū)、江津區(qū)。2016年重慶市土地生態(tài)安全狀況發(fā)生了明顯變化，“高—高”值區(qū)向周圍擴(kuò)散，渝東南的武隆區(qū)、黔江區(qū)、秀山縣由不顯著變?yōu)椤案摺摺敝祬^(qū)，但渝東北的城口縣由“高—高”值區(qū)變?yōu)椴伙@著；“低—低”值區(qū)也隨之有所變化，其總體分布于主城區(qū)的渝北區(qū)、沙坪壩區(qū)、巴南區(qū)、九龍坡區(qū)、北碚區(qū)，渝西的合川區(qū)、銅梁區(qū)、璧山區(qū)、江津區(qū)。2009—2016年重慶市土地生態(tài)安全“高—高”和“低—低”值區(qū)都有所增加，其中“高—高”值區(qū)主要集中在渝東南和渝東北等開發(fā)程度較低，自然生態(tài)狀況相對(duì)較好的地區(qū)，“低—低”值區(qū)主要分布在主城區(qū)和渝西等區(qū)域開發(fā)程度較高，生態(tài)壓力較大的地區(qū)，由此來看，“高—高”和“低—低”值區(qū)的分布與自然生態(tài)狀況、人類活動(dòng)密切相關(guān)。總體來說，重慶市區(qū)域土地生態(tài)安全狀況有明顯改善，這也說明隨著重慶市生態(tài)文明建設(shè)的推進(jìn)，區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)能力不斷增強(qiáng)，“高—高”值區(qū)對(duì)周圍區(qū)域的土地生態(tài)狀況有著積極的影響。

4 討論與結(jié)論

4.1 討 論

根據(jù)研究期間重慶市土地生態(tài)安全狀況及時(shí)空分異情況來看，重慶市土地生態(tài)安全水平明顯提升，但土地生態(tài)安全狀況依然不容樂觀，且區(qū)域土地生態(tài)安全的空間差異明顯。因此，重慶市需要進(jìn)一步加大土地生態(tài)保護(hù)力度，加快循環(huán)經(jīng)濟(jì)和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，持續(xù)實(shí)施水土流失保護(hù)與水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護(hù)等生態(tài)保護(hù)工程，推進(jìn)長(zhǎng)江上游生態(tài)屏障建設(shè)，同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)積極響應(yīng)國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)戰(zhàn)略及長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃，以促進(jìn)土地生態(tài)安全水平的提高。

研究綜合考慮了已有的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，將DSPIR模型與EES模型的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，并選取相關(guān)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，彌補(bǔ)了土地生態(tài)各子系統(tǒng)不能較好反映內(nèi)部要素作用狀況的不足，同時(shí)以熵值法和變異系數(shù)法兩種客觀方法確定指標(biāo)權(quán)重，與單一的客觀權(quán)重賦值相比，其能夠有效降低因數(shù)據(jù)的敏感性而形成的誤差，提高研究數(shù)據(jù)的精度。此外，運(yùn)用TOPSIS法較為客觀地揭示了重慶市土地生態(tài)安全總體狀況及土地生態(tài)各子系統(tǒng)的變化，并以環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)要素分析了其變化差異；通過ESDA—GIS法對(duì)重慶市土地生態(tài)安全空間相關(guān)性進(jìn)行分析，研究結(jié)果能為重慶市因地制宜實(shí)施特色化的土地生態(tài)安全保護(hù)提供參考。本研究圍繞評(píng)價(jià)模型、區(qū)域特色與前人成果進(jìn)行指標(biāo)體系的構(gòu)建，但如何使指標(biāo)得到最大優(yōu)化值得進(jìn)一步探討；此外，區(qū)域土地生態(tài)安全尚未形成多尺度的空間關(guān)聯(lián)性、集聚規(guī)律性的對(duì)比研究，以及在此基礎(chǔ)上如何完善區(qū)域土地生態(tài)安全預(yù)測(cè)模型，這些值得在以后的工作中展開進(jìn)一步研究。

4.2 結(jié) 論

(1) 2009—2016年，重慶市土地生態(tài)安全總體呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢(shì)，土地生態(tài)安全由“敏感級(jí)”向“良好級(jí)”轉(zhuǎn)變。但在不同時(shí)段表現(xiàn)出不同的變化態(tài)勢(shì)，2009—2011年土地生態(tài)安全水平持續(xù)上升；2011—2012年土地生態(tài)安全水平有所下降；2012—2016年土地生態(tài)安全水平呈現(xiàn)波動(dòng)上升；從各層面要素來看，重慶市土地生態(tài)安全各子系統(tǒng)整體趨于好轉(zhuǎn)。

(2) 2009—2016年，重慶市各區(qū)域土地生態(tài)安全狀況總體向好，局部變化狀況不一，表現(xiàn)為主城區(qū)土地生態(tài)安全有所退化，渝西片區(qū)、渝東北片區(qū)、渝東南片區(qū)得以改善；總的來說，重慶市土地生態(tài)安全狀況“敏感級(jí)”和“危險(xiǎn)級(jí)”主要集中于主城區(qū)和渝西片區(qū)，而“臨界級(jí)”和“良好級(jí)”主要分布在渝東北及渝東南片區(qū)。

(3) 重慶市區(qū)域土地生態(tài)安全存在較強(qiáng)的空間正相關(guān)和聚集性，其“高—高”和“低—低”值區(qū)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，“高—高”值區(qū)主要分布在渝東北和渝東南等開發(fā)程度較低和自然生態(tài)狀況較好的區(qū)域，“低—低”值區(qū)主要分布在主城區(qū)和渝西等開發(fā)程度較高和生態(tài)壓力較大的區(qū)域。