李強，安子琪，魏建飛

（首都經(jīng)濟貿(mào)易大學 城市經(jīng)濟與公共管理學院 土地資源管理系，北京 100070）

生態(tài)安全由生態(tài)系統(tǒng)自身的穩(wěn)定性與生態(tài)系統(tǒng)對人類社會可持續(xù)發(fā)展的支撐性構成[1]，其強調生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)演變過程中的整體性和系統(tǒng)性[2]，著眼于山水林田湖草沙等自然資源要素的保護修復與社會經(jīng)濟發(fā)展需要的協(xié)調統(tǒng)一[3]，在我國加強國家安全體系和能力建設中具有舉足輕重的戰(zhàn)略地位。在當前構建國土空間規(guī)劃體系的大背景下，生態(tài)安全研究更應從環(huán)境、經(jīng)濟、社會等多維視角出發(fā)，注重在山水林田湖草沙生命共同體理論指導下的系統(tǒng)性評價[4-5]。黨的十九大報告中提出優(yōu)化國土空間開發(fā)保護格局、構建國家生態(tài)安全屏障，并強調二者互相依存且密不可分[6]。因此，以國土空間生態(tài)安全為研究對象并對其進行科學評價，能夠及時掌握國土空間規(guī)劃背景下生態(tài)文明建設的真實狀況，從而為國土空間用途管制和生態(tài)環(huán)境管理與決策提供科學依據(jù)[7]。

構建評價指標體系是生態(tài)安全研究領域的重中之重[8]，學術界關于生態(tài)安全評價問題開展了大量的研究且取得了豐富的研究成果。在研究方法上，普遍使用的是基于“壓力—狀態(tài)—響應”（Pressure-State-Responce，PSR）或類似的多維度評價指標體系[9-12]，這些維度一般包括生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟、土地利用變化[13]等，該方法能夠細致地分析與描述系統(tǒng)內(nèi)部各因素之間的互相關系[14]。例如，呂廣斌等[15]基于生態(tài)系統(tǒng)具有環(huán)境、經(jīng)濟、社會復合系統(tǒng)屬性的理念，有機結合DPSIR 模型和EES 模型優(yōu)點，采用DPSIREES 模型合理分析了重慶市土地生態(tài)安全整體變化狀況。除此之外，還有基于特定要素指標的生態(tài)足跡法[16-17]、DEA 模型、馬爾可夫模型等，但這些方法過度簡化了支撐生態(tài)安全的生態(tài)系統(tǒng)層面的特征；在研究內(nèi)容上，生態(tài)安全評價的對象一般是農(nóng)業(yè)[18]、土地[19]、森林[20]、流域[21]等單一特定要素，缺少對國土空間生態(tài)安全的綜合評價研究；在研究尺度上，當前研究尺度以省域[22-23]、市域[24]和城市群[25]等大尺度為主，以縣域為研究單元的小尺度研究較少。在當前縣域國土空間規(guī)劃背景下，對縣域國土空間生態(tài)安全進行定量評價顯得尤為重要。京津冀地區(qū)北起燕山山脈，西到太行山區(qū)，東至渤海之濱，南據(jù)華北平原，不僅是我國經(jīng)濟發(fā)展格局的前沿陣地之一[26-27]，還對我國生態(tài)系統(tǒng)安全產(chǎn)生重大影響[28]。然而該區(qū)長期以來對資源不合理的開發(fā)利用造成了空氣質量下降、草場退化、土地沙化、河流斷流和濕地萎縮等一系列生態(tài)環(huán)境問題[29]，嚴重威脅我國高質量背景下經(jīng)濟社會發(fā)展[30]。

基于此，本文以縣域視角構建DPSIR-EES 京津冀國土空間生態(tài)安全復合評價體系，對指標進行賦權后測度2010 年、2015 年、2020 年199 個區(qū)縣的國土空間生態(tài)安全水平值，在此基礎上結合ArcGIS、Geoda 空間分析模型對其時空演變規(guī)律和空間相關性進行可視化分析，以期反映京津冀地區(qū)國土空間生態(tài)環(huán)境真實狀況，從而為國土空間用途管制和生態(tài)環(huán)境管理與決策提供科學依據(jù)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 基于DPSIR-EES模型的國土空間生態(tài)安全評價指標體系構建

本研究在評價指標體系方面，結合DPSIR（Driver-Pressure-State-Impact-Responce）概念模型和EES 框架模型形成DPSIR-EES 復合模型來構建評價指標體系。該模型由驅動力（D）、壓力（P）、狀態(tài)（S）、影響（I）、響應（R）五個子系統(tǒng)構成，并從環(huán)境（E）、經(jīng)濟（E）、社會（S）等角度出發(fā)選取指標來解釋人類活動與生態(tài)環(huán)境變化間的因果關系[31]。在充分借鑒已有研究成果[32-34]的基礎上，考慮京津冀地區(qū)生態(tài)環(huán)境特點與社會經(jīng)濟實際情況，選取評價指標時基于科學性、代表性、可獲取性等原則并強調所選指標與國土空間生態(tài)安全的相關性，本文選取了生態(tài)用地占比、產(chǎn)水模數(shù)、PM2.5濃度、能源消費碳排放量、工業(yè)增加值區(qū)域主要污染物排放強度等共計22項指標（表1）。因各項指標的計量單位并不統(tǒng)一，所以先進行了標準化處理，再采用熵值法求權重。因該方法常見，本研究不在此單列其計算公式。

表1 基于DPSIR-EES模型的京津冀國土空間生態(tài)安全評價指標體系

1.2 空間分析方法

1.2.1 空間分異格局——自然斷點法

自然斷點法運用了聚類思想，即讓每一組數(shù)據(jù)內(nèi)部的相似性最大，而外部組與組之間的相異性最大。同時，自然斷點法還會兼顧每一組之間要素的范圍和個數(shù)盡量相近。因此，本文選用該方法分析京津冀國土空間生態(tài)安全水平的空間分異格局。

1.2.2 空間集聚格局——探索性空間數(shù)據(jù)分析方法

本文運用全局相關分析和局部相關分析進行空間相關分析。在全局相關分析中，最常用的統(tǒng)計量就是全局Moran’s I 指數(shù)（全局莫蘭指數(shù)），它主要是用來描述所有的空間單元在整個區(qū)域上與周邊地區(qū)的平均關聯(lián)程度，計算公式如下：

1.3 數(shù)據(jù)來源

基于上述評價指標體系收集了2010 年、2015 年、2020 年京津冀地區(qū)199 個縣域的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理以變更后的行政區(qū)劃為準。社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于《中國城市統(tǒng)計年鑒》《中國縣域統(tǒng)計年鑒》《1%人口抽樣調查主要數(shù)據(jù)公報》《環(huán)境狀況公報》、各區(qū)縣的國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報、水資源公報以及政府工作報告等；碳排放量數(shù)據(jù)參考《各種能源折標準煤及碳排放參考系數(shù)》求解得到；遙感數(shù)據(jù)和DEM 數(shù)據(jù)均來源于中國科學院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心，空間分辨率為30 m×30 m；土地利用柵格面積成分數(shù)據(jù)通過解譯2010 年、2015 年和2020年三期遙感數(shù)據(jù)獲取，土地分類標準參照最新《土地利用現(xiàn)狀分類》（GB/T 21010—2017）。

2 結果分析

2.1 國土空間生態(tài)安全時序變動分析

基于上述理念和方法，運用ArcGIS 自然斷點法將京津冀地區(qū)199 個區(qū)縣的國土空間生態(tài)安全水平劃分為五個等級（圖1）。通過測算得知，2010 年國土空間生態(tài)安全水平處于0.045 4～0.399 5 之間，2015 年提升至0.053 7～0.433 0 之間，2020 年處于0.052 2～0.426 8 之間，國土空間生態(tài)安全整體水平偏低但總體呈現(xiàn)上升趨勢。具體來看，2010—2015 年京津冀國土空間生態(tài)安全水平大幅上升，這主要受國土空間生態(tài)系統(tǒng)影響和響應所致，2012 年黨的十八大以來我國生態(tài)文明建設不斷推進，綠色生態(tài)環(huán)境體系成為社會經(jīng)濟高質量發(fā)展的有效途徑，京津冀地區(qū)作為大氣污染和風沙污染防治的先鋒地，國家財政支持傾斜加上植樹造林、污染防治、產(chǎn)業(yè)結構調整等一系列政策的深入，京津冀人均GDP 增加、綠色用地面積增加、人均水資源量增加、GDP 能耗減少、污染物排放和碳排放量減少，推動了國土空間生態(tài)安全整體狀況的改善，但由于北京、天津、河北各區(qū)縣之間社會經(jīng)濟條件差距較大，使得2010—2015 年國土空間生態(tài)安全狀況差異明顯。2015—2020 年京津冀國土空間生態(tài)安全水平在上升的同時縮小了內(nèi)部差距，這主要是因為《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》的實施使得京津冀三地在產(chǎn)業(yè)協(xié)同、交通一體化、污染聯(lián)防聯(lián)控等領域的協(xié)同不斷深化，這些舉措使得京津冀各區(qū)縣在經(jīng)濟指標、環(huán)境指標、社會指標上的差距大幅度縮小，取得了階段性成效，2015—2020 年國土空間生態(tài)安全狀況整體提升且差距縮小。

圖1 2010年、2015年、2020年京津冀國土空間生態(tài)安全指數(shù)

2.2 國土空間生態(tài)安全空間特征及演進分析

從空間維度上看，京津冀199 個研究單元的國土空間生態(tài)安全水平存在明顯的空間分布差異。處于高值的研究單元的分布數(shù)量較少，主要分布于燕山南北地區(qū)、太行山東側以及渤海灣圍海造田工程一帶；低值區(qū)分布數(shù)量較多，位于南部河北平原一帶形成大面積低值塌陷區(qū)，總體來看京津冀地區(qū)國土空間生態(tài)安全水平有待提高。

研究區(qū)內(nèi)國土空間生態(tài)安全水平呈現(xiàn)“北部高南部低、西部高東部低”的空間格局，這與中國科學院地理科學與資源研究所的研究結論一致[35]。研究區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)雙核心高值區(qū)，一處核心高值區(qū)為北京市的東城區(qū)和西城區(qū)，另一處核心高值區(qū)為天津市的濱海新區(qū)和河北省的曹妃甸區(qū)。如圖1 所示，2010 年，京津冀地區(qū)國土空間生態(tài)安全水平處于低值和較低值等級的區(qū)縣數(shù)量多且分布廣，低值和較低值區(qū)縣的空間聚集程度高。高值、較高值區(qū)縣集中分布在燕山南北以及渤海灣沿岸，太行山東側一帶也有零星分布，京津冀地區(qū)國土空間生態(tài)安全水平差距較明顯。2015 年，高低等級區(qū)間進一步分化，以圍場滿族蒙古族自治縣、豐寧滿族自治縣為代表的承德市和以淶水縣、涿州市為代表的保定市等級提升明顯，但北京市的房山區(qū)、通州區(qū)、大興區(qū)、豐臺區(qū)國土空間生態(tài)安全等級出現(xiàn)退化現(xiàn)象。2020 年，低值和較低值等級的區(qū)縣數(shù)量有所減少，張家口市、北京市、天津市的安全等級區(qū)縣數(shù)量連片增加且輻射帶動作用強，京津冀國土空間生態(tài)安全高值區(qū)呈現(xiàn)向南部擴散態(tài)勢，整體水平差異縮小。

2.3 國土空間生態(tài)安全的空間相關性分析

本文進一步探究京津冀各縣域國土空間生態(tài)安全水平是否存在空間上的關聯(lián)性。運用GeoDA 軟件計算京津冀地區(qū)國土空間生態(tài)安全的全局Moran’s I 指數(shù)（圖2、圖3、圖4），結果顯示：2010 年、2015 年、2020 年的全局Moran’s I 指數(shù)分別為0.529、0.538、0.512，均通過0.001 顯著性水平檢驗，這表明京津冀地區(qū)國土空間生態(tài)安全水平呈現(xiàn)高度空間正自相關性，即距離較近的區(qū)縣之間國土空間生態(tài)安全水平相似性高，整個京津冀地區(qū)存在明顯的正的空間聚集現(xiàn)象。從圖2、圖3、圖4中散點的象限分布可知，顯著H-H區(qū)和顯著L-L區(qū)占主導地位且H-H區(qū)數(shù)量更多，這表明高值聚集效應更為顯著，空間聚集程度逐年增加，即距離較近的區(qū)縣之間國土空間生態(tài)安全水平相似性逐年增加。

圖2 2010年京津冀縣域國土空間生態(tài)安全空間自相關散點圖

圖3 2015年京津冀縣域國土空間生態(tài)安全空間自相關散點圖

圖4 2020年京津冀縣域國土空間生態(tài)安全空間自相關散點圖

在全局自相關分析的基礎上計算199 個區(qū)縣的局部Moran’s I 指數(shù)，通過對比得到，高高聚集（H-H）和低低聚集（L-L）的縣域數(shù)量占絕對優(yōu)勢，高低集聚（H-L）和低高集聚（L-H）的縣域數(shù)量幾乎為0，這說明京津冀地區(qū)各區(qū)縣之間在國土空間生態(tài)安全水平上存在較為顯著的極化現(xiàn)象。由表2 可知，顯著H-H區(qū)在2010 年主要分布于北京市、天津市的核心市區(qū)一帶，其中，北京市占高高聚集（H-H）區(qū)縣總數(shù)的47%，天津市占高高聚集（H-H）區(qū)縣總數(shù)的42%，說明研究區(qū)各區(qū)縣差異較大且極化現(xiàn)象顯著。這些區(qū)域經(jīng)濟和政治地理位置優(yōu)越，把握戰(zhàn)略機遇大規(guī)模地開展生態(tài)環(huán)境建設與治理，引導自然資源的合理開發(fā)與利用，因而國土空間生態(tài)安全水平高。2015 年承德市依托良好的生態(tài)環(huán)境質量在各個區(qū)縣率先開展生態(tài)文明建設，在擴大生態(tài)用地面積、增加人均水資源量的同時減少能源消耗與污染排放，因此出現(xiàn)連篇顯著H-H區(qū)，國土空間生態(tài)安全水平大幅度提高。2020年高高聚集（H-H）區(qū)面積連片擴大，數(shù)量也增加到27 個，增幅為29%。京津冀縣域國土空間生態(tài)安全水平提升可能是因為2017 年發(fā)布的《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》明確劃定出了四個功能區(qū)，推進了生態(tài)文明和國家產(chǎn)業(yè)轉型戰(zhàn)略實施，促進了生態(tài)環(huán)境質量的恢復與提升。同時，顯著H-H區(qū)向西邊方向的張家口市擴散。在京津冀協(xié)同發(fā)展的大背景下，張家口市在“河北省新兩翼建設”和《國家主體功能區(qū)劃》中均作為生態(tài)保護的重點區(qū)域，與此同時也是“國家山水林田湖生態(tài)保護修復”的試點區(qū)域。更為重要的是，張家口市2022 年冬奧會的申辦更加促進了其各區(qū)縣建立合理的生態(tài)安全格局，保障其生態(tài)環(huán)境支撐和水源涵養(yǎng)的功能得以實現(xiàn)，以成為我國生態(tài)型市域的典型區(qū)域。

顯著L-L區(qū)穩(wěn)定分布在保定市、邢臺市、滄州市、邯鄲市、衡水市以及雄安新區(qū)。2015 年顯著L-L區(qū)數(shù)量增長至49 個，且石家莊市東部受周邊地區(qū)低值輻射影響也出現(xiàn)了連片顯著L-L區(qū)。2020 年顯著L-L區(qū)數(shù)量減少為46 個，分布范圍大體穩(wěn)定不變。這些地區(qū)位于研究區(qū)域的南部和東部，人力資源和土地等自然資源相對充足，均屬于“非首都功能疏解”的產(chǎn)業(yè)轉移承接地區(qū)，因此許多重化工業(yè)及其他高污染、高耗能的制造業(yè)在這些地區(qū)落戶。由于缺少技術、缺少資本，管制政策又相對寬松，環(huán)境污染程度加劇，導致國土空間生態(tài)安全水平在這些地區(qū)相對較低。總體來看，顯著L-L區(qū)應該立即采取措施改善國土空間生態(tài)安全水平，需要加大生態(tài)恢復的扶持力度，不斷完善生態(tài)環(huán)境保障體系，以實現(xiàn)國土空間生態(tài)安全水平持續(xù)提升。

3 結論與討論

3.1 結論

（1）京津冀縣域國土空間生態(tài)安全整體水平較低且區(qū)縣之間差異較大，需要京津冀三地多部門聯(lián)合，促進各地產(chǎn)業(yè)轉型升級以期實現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展目標。從時間演變來看，京津冀縣域國土空間生態(tài)安全狀況呈現(xiàn)改善趨勢。從空間上來看，京津冀199 個區(qū)縣國土空間生態(tài)安全水平存在顯著的差異性，空間分布特征呈現(xiàn)為雙核心高值區(qū)，其中一個核心高值區(qū)位于北京市的東城區(qū)和西城區(qū)，另一個核心高值區(qū)連片分布于天津市的濱海新區(qū)和河北省的曹妃甸區(qū)。研究區(qū)內(nèi)整體呈現(xiàn)“北部高南部低、西部高東部低”的分布格局。其中高值區(qū)和較高值區(qū)的地區(qū)包括北京市和天津市的中心城區(qū)、以密云區(qū)和懷柔區(qū)為主的北京市山區(qū)、張家口市和承德市的大部分地區(qū)、以曹妃甸區(qū)和濱海新區(qū)為主的渤海灣圍海造田工程區(qū)以及太行山東側一帶；低值和較低值區(qū)等級的縣域分布在以石家莊市、衡水市、邢臺市、保定市、滄州市、邯鄲市和雄安新區(qū)為主的南部河北平原地區(qū)，這些地區(qū)需要國家在生態(tài)文明戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)轉型戰(zhàn)略實施過程中加強對其生態(tài)環(huán)境建設的重視。

（2）從空間相關性看，京津冀地區(qū)國土空間生態(tài)安全呈現(xiàn)正的空間聚集效應但極化現(xiàn)象較為顯著。高高聚集（H-H）和低低聚集（L-L）的縣域數(shù)量占絕對優(yōu)勢，這說明京津冀地區(qū)各區(qū)縣之間在國土空間生態(tài)安全上存在較為顯著的極化現(xiàn)象。顯著H-H區(qū)主要分布于北京市、天津市、承德市以及張家口市一帶且產(chǎn)生溢出效應，向南部不斷擴散；顯著L-L區(qū)穩(wěn)定分布在保定市、邢臺市、滄州市、邯鄲市、衡水市以及雄安新區(qū)一帶。

3.2 討論

本文得出的國土空間生態(tài)安全水平高值區(qū)和較高值區(qū)與《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》中劃定的西北部生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、東部濱海發(fā)展區(qū)的分布范圍一致。高值區(qū)和較高值區(qū)包括以密云區(qū)和懷柔區(qū)為主的北京市山區(qū)、張家口市和承德市的大部分地區(qū)、以曹妃甸區(qū)和濱海新區(qū)為主的渤海灣圍海造田工程區(qū)以及太行山東側一帶，這些地區(qū)不僅生態(tài)本底優(yōu)勢較強且政策支持度較高，因此國土空間生態(tài)安全水平較高。低值和較低值區(qū)縣分布在以石家莊市、衡水市、邢臺市、保定市、滄州市、邯鄲市和雄安新區(qū)為主的南部河北平原地區(qū)，分布范圍與《京津冀協(xié)同發(fā)展規(guī)劃綱要》中劃定的南部功能擴展區(qū)大體一致。這些地區(qū)生態(tài)環(huán)境狀況較差、環(huán)境污染壓力大，主要面臨著水資源短缺與水體污染、大氣污染、綠色空間分布不均、生態(tài)服務功能不足等問題，因此國土空間生態(tài)安全水平較低。

在國土空間規(guī)劃的大背景下，切實提升生態(tài)環(huán)境質量守護綠水青山、保障生態(tài)安全是踐行生態(tài)文明建設、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。京津冀地區(qū)國土空間生態(tài)安全水平較低的區(qū)縣大部分承接的是重化工業(yè)及其他高污染、高耗能的制造業(yè)。政府應加大對這些地區(qū)的資金與技術支持，加強相關政策管制，減少能源消耗與污染排放來緩解環(huán)境污染程度，最終實現(xiàn)京津冀協(xié)同綠色可持續(xù)發(fā)展。本研究仍有不足之處，由于數(shù)據(jù)獲取存在一定的局限性，僅測算了三期的國土空間生態(tài)安全水平。此外，在評價國土空間生態(tài)安全的指標中缺少國家政策這項指標，尋找量化國家政策的合適方式是下一步的研究方向。