李青松， 何如海， 周穎， 陸雅雯

安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院， 安徽 合肥 230036

土地作為一個(gè)自然經(jīng)濟(jì)綜合體是人類賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，改革開放以來，經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，人口數(shù)量的增加，城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，導(dǎo)致人們利用土地資源的強(qiáng)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(xiàn)象.黨的十九大提出加大生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)力度，提升生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)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(shè)的重要內(nèi)容，是當(dāng)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(jìn)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(jì)四十年代就提出了有關(guān)“土地健康”的概念[2]，直至二十世紀(jì)八十年代末，“生態(tài)安全”這一術(shù)語正式出現(xiàn)[3].二十一世紀(jì)以來，國外學(xué)者對土地生態(tài)安全的研究多側(cè)重于土地污染[4]、土地質(zhì)量評價(jià)[5]、土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評價(jià)[6]；國內(nèi)學(xué)者對土地生態(tài)安全評價(jià)的研究，在研究區(qū)域上涵蓋跨省經(jīng)濟(jì)帶，省、市、縣(區(qū))級，在研究方法上涉及RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jīng)92°13′～108°46′之間，總面積42.59 萬km2，總?cè)丝? 637.26萬人.地處黃河中上游，同時(shí)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(xiàn)突出，自然災(zāi)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(jīng)濟(jì)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(jìn)行科學(xué)的評價(jià)，測算2008年～2017年甘肅省土地生態(tài)安全指數(shù)動態(tài)變化的過程，并運(yùn)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(shù)進(jìn)行預(yù)測，有利于識別甘肅省整體的土地生態(tài)安全現(xiàn)狀，促進(jìn)后期土地資源可持續(xù)利用，改善生產(chǎn)生活環(huán)境.

1 甘肅省土地生態(tài)安全評價(jià)和預(yù)測指標(biāo)體系及模型構(gòu)建

PSR模型由聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)合作開發(fā)署提出，由“狀態(tài)—響應(yīng)—壓力”三部分指標(biāo)建立指標(biāo)體系[12]，具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性，體現(xiàn)了人類與環(huán)境之間的相互作用關(guān)系.本文基于PSR模型，構(gòu)建甘肅省土地生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用綜合指數(shù)法評價(jià)甘肅省2008年～2017年的土地生態(tài)安全狀況，運(yùn)用灰色預(yù)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(jìn)行預(yù)測.

本研究原始數(shù)據(jù)來源于《甘肅發(fā)展年鑒》(2010—2018年)、《甘肅省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》(2008—2018年)，以及《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》和甘肅省官方網(wǎng)站公布的有關(guān)數(shù)據(jù).

1.1 指標(biāo)體系的確立

依據(jù)科學(xué)性、合理性以及數(shù)據(jù)獲取的可得性原則，結(jié)合甘肅省社會經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境發(fā)展的實(shí)際情況，在借鑒已有研究成果的基礎(chǔ)上[13]，運(yùn)用PSR模型選取了具有代表性的24個(gè)評價(jià)指標(biāo)構(gòu)建了甘肅省土地生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系(表1).

表1 甘肅省土地生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系

1.2 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

由于評價(jià)指標(biāo)涉及多個(gè)領(lǐng)域，其大小、單位、性質(zhì)不盡相同，所以需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，在區(qū)分評價(jià)指標(biāo)正負(fù)功效的情況下采用如下公式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理：

對于正向指標(biāo)

對于負(fù)向指標(biāo)

式中，i表示年份，i=1,2,3,...,m；j表示第j項(xiàng)指標(biāo)，j=1,2,3,...,n；Xij表示第i年第j項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)值，Yij表示第i年第j項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值.max(Xij)和min(Xij)分別表示第i年第j項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值.

1.3 指標(biāo)權(quán)重確定

為確保甘肅省土地生態(tài)安全評價(jià)的準(zhǔn)確度和客觀性，本文對所選指標(biāo)的權(quán)重采用熵權(quán)法確定，計(jì)算公式如下：

第j項(xiàng)指標(biāo)熵值

第j項(xiàng)指標(biāo)熵權(quán)

1.4 土地生態(tài)安全指數(shù)計(jì)算

依據(jù)土地生態(tài)安全綜合評價(jià)模型，本文采用綜合指數(shù)法計(jì)算得出甘肅省土地生態(tài)安全綜合指數(shù)(表2)，計(jì)算公式如下：

表2 2008年～2017年甘肅省土地生態(tài)安全指數(shù)

式中，A表示土地生態(tài)安全指數(shù)，Yij表示第i年第j項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，Wj表示第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重.

1.5 土地生態(tài)安全評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的劃分

為了將定量的評價(jià)結(jié)果進(jìn)行定性描述，必須根據(jù)該區(qū)域的實(shí)際情況對土地生態(tài)安全態(tài)勢進(jìn)行不同等級的綜合判定.在參考相關(guān)學(xué)者研究成果的基礎(chǔ)上[14，15]，結(jié)合甘肅省實(shí)際情況，本文將甘肅省土地生態(tài)安全評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)劃分為5個(gè)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(jià)標(biāo)準(zhǔn)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(yù)測

利用灰色預(yù)測方法對2018年～2022年甘肅省土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行預(yù)測，將2008年～2017年甘肅省土地生態(tài)安全綜合指數(shù)作為數(shù)據(jù)源，在Matlab 2016軟件中運(yùn)行灰色預(yù)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(jìn)行預(yù)測.

在灰色預(yù)測精度檢驗(yàn)等級標(biāo)準(zhǔn)中，當(dāng)P>0.95，C<0.35時(shí)，即為1級(好)，本研究計(jì)算所得的原始數(shù)列的還原值與實(shí)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(yù)測模型效果較好.預(yù)測結(jié)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(jié)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(jì)算得出2008年～2017年甘肅省土地生態(tài)安全指數(shù)(表2)，可以看出甘肅省土地生態(tài)安全綜合指數(shù)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(shù)由研究期內(nèi)的最低值0.264 7增加到研究期內(nèi)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(zhuǎn)變?yōu)檩^安全狀態(tài).

結(jié)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(shù)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(shù)上漲較為迅速，增加到了0.444 9，由較不安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榕R界安全狀態(tài).2011年～2013年，綜合指數(shù)經(jīng)歷了先緩增后大增的過程，這是因?yàn)槿司孛娣e和人均水資源總量達(dá)到研究期內(nèi)的最大值.2014年較2013年而言，土地生態(tài)安全綜合指數(shù)略有下降，下降幅度僅為0.005 7，主要是由自然保護(hù)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(shù)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(shí)期，生態(tài)環(huán)境得到改善，人地關(guān)系較為和諧.主要原因是雖然甘肅省的生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)較差，水土流失和荒漠化問題突出，但是經(jīng)過十年的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平提高，三次產(chǎn)業(yè)的合理布局，節(jié)能減排力度的加大，農(nóng)業(yè)機(jī)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(jìn)行土地整治與生態(tài)恢復(fù)，土地生態(tài)潛力得到釋放，水土協(xié)調(diào)度增加.

2.2 土地生態(tài)安全壓力指數(shù)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(shù)呈現(xiàn)波動上升趨勢，經(jīng)歷了先上升后下降再上升的過程.2008年～2011年，壓力指數(shù)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(shù)出現(xiàn)研究期內(nèi)最大幅度下降，下降了0.028 7，主要是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上化肥施用量較往年增加明顯，經(jīng)濟(jì)增長穩(wěn)中有進(jìn).2013年～2017年，壓力指數(shù)從0.181 3增加到0.233 0，中期增長放緩并出現(xiàn)小幅下降.在整個(gè)研究期內(nèi)，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(jīng)濟(jì)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，導(dǎo)致人民對農(nóng)產(chǎn)品的需求旺盛，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)想獲得產(chǎn)量的增長，會增加化肥農(nóng)藥以及塑料薄膜的使用，但過度使用化肥農(nóng)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(shù)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(shù)整體呈現(xiàn)先增長后下降再增長的趨勢.2008年～2013年，狀態(tài)指數(shù)從0.023 6增加到0.300 8，2013年～2015年，狀態(tài)指數(shù)從0.300 8下降到0.269 6，2015年～2017年，狀態(tài)指數(shù)回增到了0.346 7.研究期內(nèi)，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(chǎn)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(nèi)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(zāi)害.人口數(shù)量的增加，導(dǎo)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(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的改善和機(jī)械化水平的提高，降低了農(nóng)業(yè)成災(zāi)率，提高了農(nóng)業(yè)機(jī)耕水平，促進(jìn)糧食產(chǎn)量的增加.同時(shí)，甘肅省加強(qiáng)土地整治與修復(fù)，耕地面積從2008年的46 237 km2增加到2017年的53 777 km2，受人口數(shù)量和耕地面積變化的影響，人均耕地面積呈現(xiàn)增長—下降—增長的趨勢.

2.4 土地生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)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(yīng)指數(shù)較不穩(wěn)定，中間段漲落起伏較大.2008年～2011年，響應(yīng)指數(shù)從0.120 6增加到0.172 0，2011年～2014年，響應(yīng)指數(shù)從0.172 0下降到0.102 1，2014年～2017年，響應(yīng)指數(shù)從0.102 1增加到0.193 5.隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，甘肅省的基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)投資增多，因交通建設(shè)、礦山開采引發(fā)的人為性的水土流失有所增加.研究期內(nèi)，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(yuǎn)落后于水土流失的速度.2013年～2014年，有關(guān)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(xiàn)明顯下滑，導(dǎo)致響應(yīng)指數(shù)在2014年達(dá)到最低水平.2015年～2017年，甘肅省經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平持續(xù)上升，2007年，農(nóng)村人均可支配收入達(dá)到8 076元，造林面積達(dá)到3 230.2 km2，水土流失治理強(qiáng)度加大，節(jié)能環(huán)保支出占GDP的比重有所增加，響應(yīng)指數(shù)回升.

2.5 土地生態(tài)安全預(yù)測結(jié)果分析

灰色預(yù)測GM(1，1)模型的預(yù)測結(jié)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(dá)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平和人居環(huán)境的改善，促進(jìn)甘肅省的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、“一帶一路”建設(shè)和生態(tài)文明建設(shè)，從而形成社會經(jīng)濟(jì)—生態(tài)環(huán)境互相影響的良性循環(huán).

3 結(jié)論與對策

3.1 結(jié)論

2008年～2017年，甘肅省土地生態(tài)安全壓力指數(shù)呈現(xiàn)波動上升趨勢，經(jīng)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(shù)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(yīng)指數(shù)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(shù)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(zhuǎn)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(nèi)的土地生態(tài)安全綜合指數(shù)的增加主要是由狀態(tài)指數(shù)的增加所引起的，說明近年來甘肅省在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、園林綠化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上取得一定成效.結(jié)合2018年～2022年甘肅省土地生態(tài)安全綜合指數(shù)的預(yù)測情況來看，2018年土地生態(tài)安全等級將達(dá)到安全狀態(tài).

3.2 對策

首先，加快對接“一帶一路”建設(shè)的同時(shí)，提高第三產(chǎn)業(yè)比重，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變.甘肅省應(yīng)奮力搶占“一帶一路”建設(shè)的五個(gè)制高點(diǎn)，集中力量培育發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)，發(fā)揮財(cái)政對節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的扶持力度，推進(jìn)供給側(cè)結(jié)構(gòu)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(chǎn)方式轉(zhuǎn)變.

其次，大力推進(jìn)鄉(xiāng)村振興，推廣農(nóng)業(yè)生態(tài)模式.甘肅省應(yīng)改變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，科學(xué)與平衡施肥，科學(xué)合理使用塑料薄膜，加強(qiáng)耕地保護(hù)，做到用地養(yǎng)地相結(jié)合.同時(shí)，大力發(fā)展新興綠色產(chǎn)業(yè)，培育壯大特色綠色產(chǎn)業(yè).放大比較優(yōu)勢，打造產(chǎn)業(yè)集群.實(shí)施農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)提升行動，打造具有甘肅特色的“現(xiàn)代絲路寒旱農(nóng)業(yè)”.

最后，運(yùn)用3S技術(shù)建立土地生態(tài)安全預(yù)警體系.甘肅省應(yīng)盡快完成農(nóng)用地土壤污染狀況詳查，實(shí)施土壤污染治理與修復(fù)技術(shù)應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目.著力解決突出的環(huán)境問題，定戰(zhàn)略、出政策、上項(xiàng)目務(wù)必堅(jiān)守生態(tài)環(huán)保紅線底線，并構(gòu)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(shè).