蘇孟維,趙麗,2,王雪燕

(1河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國土資源學(xué)院, 河北 保定 071000; 2環(huán)渤海土地資源利用野外科學(xué)觀測研究站, 河北 滄州 061000)

在國家生態(tài)文明建設(shè)和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略背景下,關(guān)注與重視土地生態(tài)問題,對實現(xiàn)美麗中國和保障土地資源的可持續(xù)利用意義重大。植被的減少、水土流失的加重、耕地退化和可利用土地資源緊缺等問題使人們意識到生態(tài)問題并開展了對生態(tài)一系列的研究。目前,國內(nèi)外關(guān)于土地生態(tài)質(zhì)量的研究側(cè)重于土地生態(tài)安全、土地生態(tài)承載力、土地生態(tài)風險、土地生態(tài)健康、土地生態(tài)適宜性、土地生態(tài)質(zhì)量、土地生態(tài)敏感性的評價[1-12]。研究尺度主要包括行政區(qū)域、流域、山地;評價方法主要是TOPSIS、綜合評價模型、RS/GIS空間分析、物元分析法、SAHDT、生態(tài)足跡模型[1-14];評價體系主要基于PSR模型及其拓展模型、景觀綜合指數(shù)、社會-經(jīng)濟-環(huán)境建立[1,3,4,7,14]。綜上,盡管國內(nèi)外圍繞土地生態(tài)質(zhì)量做了大量研究,但仍存在一些不足,現(xiàn)有文獻對土地生態(tài)的研究,大多從景觀生態(tài)角度進行研究,少有將本底和經(jīng)濟效益因素融入土地生態(tài)研究。本底因素是不受人為干擾的自然屬性和活動對土地生態(tài)產(chǎn)生影響的因子。生態(tài)效益隱含著從生態(tài)和經(jīng)濟2個維度考慮環(huán)境問題,在二者之間做一個最佳的配置;在進行經(jīng)濟和其他活動以及創(chuàng)造經(jīng)濟價值時,盡量減少資源的消耗和對生態(tài)環(huán)境的沖擊。人類在生態(tài)本底基礎(chǔ)上調(diào)整生態(tài)結(jié)構(gòu),在此過程中對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定威脅,進而滿足人類自身的需求,需求的增強帶動了整個過程的循環(huán)。

基于此,以生態(tài)“本底-結(jié)構(gòu)-脅迫-效益”為框架構(gòu)建評價指標體系,采用多因素綜合評價法分析河北省土地生態(tài)質(zhì)量時空演變狀況,運用通徑分析法分析因子對土地生態(tài)質(zhì)量的直接和間接作用,得出影響河北省土地生態(tài)質(zhì)量的主要因素。河北省作為與首都北京和重要商埠天津接壤的省區(qū),在京津冀經(jīng)濟圈中擔負著京津的生態(tài)屏障,對河北省的土地生態(tài)質(zhì)量進行評價與影響因素分析,可為整個京津冀未來生態(tài)質(zhì)量提升提供重要參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

河北省地處華北,與內(nèi)蒙古、山西、河南、遼寧、山東接壤,環(huán)抱北京、天津,位于E 113°27′～119°50′,N 36°05′～42°40′之間,處于重要的交通樞紐位置,總面積為18.88萬km2。河北省是我國唯一兼有高原、山地、丘陵、平原、湖泊和海濱的省份,從西北向東南依次為壩上高原(占河北省總面積的8.50%)、燕山和太行山地(占河北省總面積的48.10%)、河北平原(占河北省總面積的43.40%)三大地貌單元。河北復(fù)雜的地理環(huán)境孕育了豐富的野生植物資源,全省高等植物2 800多種,分屬204科、940屬,溫帶區(qū)系成分占絕對優(yōu)勢。10年來,河北省人口均增速0.38%,至2020年末,全省常住人口約為7 461萬人?！笆晃濉币詠?河北省進入新的加速發(fā)展時期,農(nóng)業(yè)、工業(yè)現(xiàn)代化明顯提高,土地節(jié)約集約利用加強,糧食產(chǎn)量保持平穩(wěn)增長。2020年末,全省總值實現(xiàn)36 206.9億元,比上年增長3.90%。隨著經(jīng)濟的增長,人民生活水平也得到了顯著提高,2020年,人均可支配收入比上年增長5.70%,教育程度也得到明顯提升。氣候方面,河北省除西北壩上高原、圍場山地、張家口、宣化河谷盆地、蔚縣盆地、豐寧山地屬溫帶大陸性季風氣候外,其余皆為暖溫帶大陸性季風氣候,四季分明,冬季寒冷多風干燥,夏季炎熱多雨,春季干旱風沙盛行,秋季晴朗少風,寒暖適中。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于《河北省社會經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒(2002 年-2021 年)》《中國城市統(tǒng)計年鑒(2002 年-2021 年)》《河北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒(2002 年-2021 年)》、年降水量資料來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)站(http://data.cma.cn/)、分辨率為 90 m的DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)、分辨率為 30 m的 2001 年、2008 年、2020 年土地利用數(shù)據(jù)來源于地理遙感生態(tài)網(wǎng)(www.gisrs. cn),依據(jù)河北省實際用地情況,并參考《土地利用現(xiàn)狀分類標準(GB/T2010-2017)》,將土地利用數(shù)據(jù)整合為耕地、林地、水域、園地、建設(shè)用地、未利用地 6個一級地類。

1.3 研究方法

1.3.1 評價指標體系的構(gòu)建 對土地生態(tài)的精準評價直接或間接影響研究區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)出、生物多樣性、水質(zhì)、空氣質(zhì)量等方面,因此構(gòu)建科學(xué)、完善、可行的評價指標必須遵循綜合性和區(qū)域性相結(jié)合的思路,從辨識影響土地生態(tài)質(zhì)量的主導(dǎo)因子出發(fā),在選取指標時必須達到以下目的:(1)指標體系能夠反映研究區(qū)土地生態(tài)狀況;(2)能夠?qū)ρ芯繀^(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)本底、結(jié)構(gòu)、威脅因素及其效益進行監(jiān)測,尋求自然、社會、經(jīng)濟變化與土地生態(tài)質(zhì)量之間的關(guān)系;(3)能夠在短期或長期內(nèi)為土地利用管理、規(guī)劃提供參考。依據(jù)上述內(nèi)容參考相關(guān)文獻結(jié)合河北省的實際情況對各指標進行篩選,建立了包括生態(tài)本底、生態(tài)結(jié)構(gòu)、生態(tài)脅迫、生態(tài)效益 4 個準則層的共計 14 個指標[1,4,7,9,12,14,16]。其中,生態(tài)服務(wù)價值依據(jù)中國生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子表得到[15,21]。生態(tài)本底是指區(qū)域的自然生態(tài)條件,主要包括坡度、高程、降水等;生態(tài)結(jié)構(gòu)是指區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)組成要素的組合方式、比例以及彼此聯(lián)系所構(gòu)成的分布格局,是區(qū)域土地系統(tǒng)生態(tài)狀況層面。生態(tài)脅迫是指來自人類或自然的對生態(tài)系統(tǒng)正常結(jié)構(gòu)和功能的干擾;生態(tài)效益是指區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)條件改善對人類生存、生活環(huán)境帶來的有益影響。采用極差標準化消除指標量綱,層次分析法與熵權(quán)法綜合確定權(quán)重。指標體系及各指標權(quán)重見表1。

表1 土地生態(tài)質(zhì)量評價指標體系Table 1 Evaluation index system of land ecological quality

1.3.2 土地生態(tài)質(zhì)量的評價 根據(jù)建立的指標體系采用多因素綜合評價法計算每個樣本土地生態(tài)質(zhì)量綜合指數(shù)(H),然后應(yīng)用自然斷點法將評估的綜合值劃分為5個等級,分別為差、一般、中、良、優(yōu)[14]。

(1)

式中:i= 1,2,…,n;j=1,2,…,m;wj為各指標對應(yīng)的權(quán)重;yij為每個樣本數(shù)據(jù)標準化值。

1.3.3 影響因素分析 為了進一步研究各個指標對河北省土地生態(tài)質(zhì)量的影響程度,采用通徑分析法研究自變量對因變量的直接作用和間接作用[18]。通徑分析法是基于線性回歸將相關(guān)系數(shù)分解,用直接通徑、間接通徑及總通徑系數(shù)分別表示某一變量對因變量的直接作用效果、其他變量對因變量的間接作用效果和綜合作用效果。設(shè)因變量Y,自變量X1,X2,…,Xn,計算公式如下:

C=A+B

(2)

A=piy

(3)

B=rij×piy

(4)

式中:rij為各自變量之間的相關(guān)系數(shù);C為總通徑系數(shù);B為自變量Xi通過變量Xj作用于因變量Y的間接通徑系數(shù);A為因變量Xi對自變量Y的直接通徑系數(shù),即逐步回歸分析中變量標準化變換后的偏回歸系數(shù),取值為(1,2,…,n)。

2 結(jié)果與分析

2.1 河北省土地生態(tài)質(zhì)量準則層評價

2.1.1 生態(tài)本底 依據(jù)式(1)計算河北省生態(tài)本底指數(shù),運用 GIS 平臺采用自然斷點法將其化劃分5個等級,得到河北省生態(tài)本底圖1、表2。2001、2008、2020年3期河北省生態(tài)本底指數(shù)分別是4.939、4.816、5.288,河北省生態(tài)本底整體呈波動上升趨勢,據(jù)表2可知,2001-2008年,差、一般、中等級面積占比分別上升7.44%、0.97%、10.86%,良、優(yōu)等級面積占比分別下降15.14%、4.13%。中等級及以上等級總計面積下降 15 886 km2。2008-2020年,一般、中、良、優(yōu)等級面積占比分別上升4.50%、2.79%、1.65%、10.49%,差等級面積占比下降19.43%。中等級及以上總計面積增加28 185 km2。由圖1可知,研究區(qū)內(nèi)大部分地區(qū)生態(tài)本底指數(shù)呈上升趨勢,占總面積的84.76%。無變化區(qū)域主要集中于壩上高原、燕山山脈、太行山北部一帶;呈下降趨勢的區(qū)域主要分布于沿海地區(qū);呈上升趨勢的主要集中于太行山山脈中部、南部一帶。2001-2020 年,本底指數(shù)呈上升趨勢的地區(qū)包括石家莊、邯鄲、邢臺、保定、滄州,其中先上升后下降的地區(qū)包括石家莊、保定,本底指數(shù)分別上漲128%、147% 倍;先下降后上升的地區(qū)包括邯鄲、邢臺,本底指數(shù)分別上漲18.24%、57.16%;生態(tài)指數(shù)持續(xù)上升的地區(qū)為滄州,指數(shù)上漲43.26%。本底指數(shù)呈下降趨勢的地區(qū)包括唐山、秦皇島、廊坊、衡水,其中持續(xù)下降的為唐山、衡水,本底指數(shù)分別下降14.12%、47.53%;先下降后上升的地區(qū)為秦皇島,指數(shù)下降11.38%;先上升后下降的地區(qū)是廊坊,指數(shù)下降44.61%;不變的區(qū)域為張家口、承德,張家口本底指數(shù)持續(xù)不變,承德本底指數(shù)先下降后上升。

(a) 2001年

(b) 2008年

(c) 2020年圖1 河北省土地生態(tài)本底評價Figure 1 Evaluation of land ecological background in Hebei Province

表2 河北省土地生態(tài)本底評價面積變化Table 2 Changes of land ecological background evaluation area in Hebei Province

由表1可知,生態(tài)本底層指標年降水量和坡度的權(quán)重是比較接近的,河北省地勢西北高、東南低,由西北向東南傾斜,坡度的大小會影響土地的利用方式,東南地區(qū)相較于西北地區(qū),耕地面積和建設(shè)用地面積更大,從而影響土地內(nèi)部結(jié)構(gòu)。從降水量來看,南部地區(qū)要比北部地區(qū)降水更豐富一些,但是主要以建設(shè)用地和耕地為主,土地蓄水和排水功能相對較差,間接影響生態(tài)本底,因此從圖中可以看出從 2001-2020 年河北省整體土地生態(tài)本底狀況北部比南部較好。

2.1.2 生態(tài)結(jié)構(gòu) 依據(jù)式(1)計算河北省生態(tài)結(jié)構(gòu)指數(shù),運用 GIS 平臺采用自然斷點法將其劃分5個等級,得到河北省生態(tài)結(jié)構(gòu)圖2、表3。2001、2008、2020年3期河北省生態(tài)結(jié)構(gòu)指數(shù)分別是4.028、4.030、4.260。河北省整體生態(tài)結(jié)構(gòu)指數(shù)呈持續(xù)上升趨勢,由表3可知,2001-2008年,一般、優(yōu)等級面積占比分別上升21.36%、11.12%,良等級面積占比未變,差、中等級面積占比分別下降15.15%、17.33%。2008-2020年,一般、中、良等級面積占比分別上升14.53%、9.08%、6.36%,差、優(yōu)等級面積占比分別下降4.66%、25.31%。差等級面積占比持續(xù)下降,2001-2020 年,差等級面積下降37 415 km2。由圖2可以看出,研究區(qū)大部分地區(qū)生態(tài)結(jié)構(gòu)指數(shù)呈上升趨勢,占總面積的55.75%。呈上升趨勢的區(qū)域主要集中于太行山脈中部、華北平原、燕山山脈一帶;呈下降趨勢的區(qū)域主要分布在沿海地區(qū)、壩上高原、太行山北部和南部。其中顯著上升地區(qū)包括保定、衡水、廊坊。2001-2020年,結(jié)構(gòu)指數(shù)呈上升趨勢的地區(qū)包括石家莊、邢臺、保定、承德、廊坊、衡水,其中結(jié)構(gòu)指數(shù)先下降后上升的地區(qū)是石家莊、邢臺、衡水,結(jié)構(gòu)指數(shù)分別上漲10.33%、11.68%、104.65%;先上升后下降地區(qū)包括保定、承德,指數(shù)分別上漲59.69%、1.80%;廊坊結(jié)構(gòu)指數(shù)持續(xù)上升,上漲196.00% 倍。結(jié)構(gòu)指數(shù)呈下降趨勢的地區(qū)包括唐山、秦皇島、邯鄲、張家口、滄州,其中先下降后上升的地區(qū)為唐山、邯鄲、滄州,結(jié)構(gòu)指數(shù)分別下降18.18%、12.75%、0.44%;先上升后下降的地區(qū)是張家口,下降幅度為9.14%;持續(xù)下降的地區(qū)是秦皇島,下降幅度49.67%。

(b) 2008年

(c) 2020年圖2 河北省土地生態(tài)結(jié)構(gòu)評價Figure 2 Evaluation of land ecological structure in Hebei Province

表3 河北省土地生態(tài)結(jié)構(gòu)評價面積變化Table 3 Changes of land ecological structure evaluation area in Hebei Province

由表1可知,建成區(qū)綠化覆蓋率、人均綠地面積和已治理水土流失面積的權(quán)重比較接近,2003 年“退耕還林”政策的提出極大提升了河北省相關(guān)管理部門對土地整體狀況的關(guān)注,對于存在的各種土地問題采取了積極措施,河北省流失土地面積的治理逐年增長擴大了后備土地資源面積。建成區(qū)綠化覆蓋率和人均綠地面積影響一個地區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)能量的轉(zhuǎn)移和構(gòu)成要素的變化。因此生態(tài)指數(shù)的變化關(guān)鍵在于這幾個指標面積的改變。

2.1.3 生態(tài)脅迫 依據(jù)式(1)計算河北省生態(tài)脅迫指數(shù),運用 GIS 平臺采用自然斷點法劃分5個等級,得到河北省生態(tài)脅迫圖3表4。2001、2008、2020年3期河北省生態(tài)脅迫指數(shù)分別是6.518、6.561、6.127。河北省整體生態(tài)脅迫指數(shù)呈波動下降趨勢,據(jù)表4可知,2001-2008 年,一般、中、優(yōu)等級面積占比分別上升10.02%、3.83%、3.44%,差、良等級面積占比分別下降9.18%、8.11%。2008-2020 年,差、中等級面積占比分別上升19.68%、15.69%,一般、良等級分別下降23.48%、11.89%,優(yōu)等級面積占比未變。2001-2020年,差等級面積下降19 829 km2。從圖3可以看出,研究區(qū)大部分區(qū)域生態(tài)脅迫指數(shù)呈下降趨勢,占總面積的78.18%。呈下降趨勢的地區(qū)主要集中于華北平原大部分、太行山脈一帶、壩上高原、燕山山脈一帶;呈上升趨勢的地區(qū)主要集中于沿海部分。2001-2020年,脅迫指數(shù)呈上升趨勢的地區(qū)包括唐山、秦皇島、滄州、廊坊,其中脅迫指數(shù)持續(xù)上升的地區(qū)是唐山,上漲51.15%;先上升后下降的地區(qū)為秦皇島、廊坊,脅迫指數(shù)上漲幅度分別是6.11%、5.85%;先下降后上升的地區(qū)為滄州,脅迫指數(shù)上漲31.31%。脅迫指數(shù)呈下降趨勢的地區(qū)包括石家莊、邯鄲、邢臺、保定、張家口、承德、衡水,其中先下降后上升的地區(qū)包括邯鄲、保定,下降幅度分別是24.58%、4.39%;持續(xù)下降的地區(qū)為承德、衡水,下降幅度分別是15.60%、44.60%;先上升后下降的地區(qū)包括石家莊、邢臺、張家口,脅迫指數(shù)下降幅度分別是1.86%、38.28%、12.35%。

(a) 2001年

(b) 2008年

(c) 2020年圖3 河北省土地生態(tài)脅迫評價Figure 3 Evaluation of land ecological stress in Hebei Province

表4 河北省土地生態(tài)脅迫評價面積變化Table 4 Changes of land ecological stress evaluation area in Hebei Province

由表1可知,農(nóng)用化肥使用量和受災(zāi)面積權(quán)重接近,耕地主要處于農(nóng)村地區(qū),農(nóng)用化肥使用量會隨著耕地面積的擴大增多,嚴重影響土地質(zhì)量。2001-2020年我國各種自然災(zāi)害頻發(fā),對于土地的利用和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化產(chǎn)生重要影響,所以要緩解土地壓力,減少土地生態(tài)問題,就要做好預(yù)警措施并且控制耕地面積,鼓勵技術(shù)人員下鄉(xiāng)。

2.1.4 生態(tài)效益 依據(jù)式(1)計算河北省生態(tài)效益指數(shù),運用GIS平臺采用自然斷點法劃分5個等級,得到河北省生態(tài)效益圖4、表5。2001、2008、2020年3期河北省生態(tài)效益指數(shù)分別是2.888、3.070、3.217。河北省整體生態(tài)效益指數(shù)呈持續(xù)上升趨勢,由表5可知,2001-2008年,一般、良等級面積占比分別上升1.29%、7.14%,中等級面積占比下降8.43%,差、優(yōu)等級面積占比未變。中等級面積下降 15 901 km2,良等級面積上升13 472 km2,良等級上升的面積占中等級下降面積的84.72%。2008-2020年,差、中、良面積占比分別上升4.12%、22.75%、9.2%,一般、優(yōu)等級面積占比分別下降6.89%、29.18%。中、良等級增加面積比差等級增加面積多出 52 539 km2。由圖4可知,研究區(qū)呈上升趨勢的地域主要分布于沿海地帶;呈下降趨勢的地域主要集中于燕山山脈一帶、華北平原大部分、太行山脈一帶和壩上高原。2001-2020 年,生態(tài)效益指數(shù)呈上升趨勢的地區(qū)包括唐山、秦皇島、邢臺、滄州、廊坊,其中生態(tài)效益指數(shù)先下降后上升的地區(qū)包括秦皇島、廊坊,效益指數(shù)分別上漲490.00%、88.00%倍;持續(xù)上升的地區(qū)包括唐山、邢臺、滄州,分別上漲1.63、0.25、0.76倍。生態(tài)效益指數(shù)呈下降趨勢的地區(qū)包括石家莊、邯鄲、保定、張家口、承德、衡水,其中效益指數(shù)先下降后上升的地區(qū)是石家莊,下降2.39%;先上升后下降的地區(qū)為保定、張家口、衡水,下降幅度分別是51.13%、56.33%、9.66%;生態(tài)效益指數(shù)持續(xù)下降的地區(qū)包括邯鄲、承德,下降幅度分別是28.48%、49.52%。

(a) 2001年

(b) 2008年

(c) 2020年圖4 河北省土地生態(tài)效益評價Figure 4 Evaluation of land ecological benefits in Hebei Province

表5 河北省土地生態(tài)效益評價面積變化Table 5 Changes of land ecological benefit evaluation area in Hebei Province

由表1可知,生態(tài)服務(wù)價值和草地面積權(quán)重接近,生態(tài)服務(wù)價值是指人類直接或間接從生態(tài)系統(tǒng)得到的利益,人類從土地中獲取的利益越多則表明土地生態(tài)質(zhì)量越高,生態(tài)效益從人們的經(jīng)濟效益中得到間接體現(xiàn),草地面積可以改善土地的質(zhì)量,草地面積的變化影響土地內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化進而影響人類的利益。因此生態(tài)服務(wù)價值和草地面積的變化能直接或間接體現(xiàn)土地的生態(tài)效益。

2.2 河北省土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價

依據(jù)式(1)計算河北省生態(tài)效益指數(shù),運用GIS平臺采用自然斷點法劃分5個等級,得到河北省綜合質(zhì)量評價圖5、表6。2001、2008、2020年3期河北省土地生態(tài)質(zhì)量綜合指數(shù)分別為4.649、4.648、4.808。河北省整體土地生態(tài)質(zhì)量呈波動上升趨勢,據(jù)表6可知,2001-2008年,一般、良等級面積占比分別上升12.97%、34.66%,優(yōu)等級占比未變,差、中等級面積占比分別下降15.43%、32.20%。2008-2020年,一般、中等級面積占比分別上升6.55%、21.45%,優(yōu)等級面積占比未變,差、良等級面積占比分別下降7.10%、20.90%。2001-2020年,差等級面積下降42 552 km2。由圖5可知,呈上升趨勢的地區(qū)主要分布于華北平原南部和沿海地帶;呈下降趨勢的地區(qū)主要集中于太行山脈中段和北部一帶、壩上高原以及燕山山脈一帶。2001-2020年,綜合指數(shù)呈上升趨勢的地區(qū)包括石家莊、唐山、邢臺、保定、滄州、廊坊,其中綜合指數(shù)先上升后下降的地區(qū)為石家莊、保定、廊坊,上漲幅度分別是33.74%、39.35%、20.17%;先下降后上升的地區(qū)為邢臺11.17%;持續(xù)上升的地區(qū)為唐山、滄州,上升幅度分別是13.68%、36.03%。綜合指數(shù)呈下降趨勢的地區(qū)包括秦皇島、邯鄲、張家口、承德、衡水,其中綜合指數(shù)先下降后上升的地區(qū)包括秦皇島、邯鄲,下降幅度分別是6.35%、2.11%;先上升后下降的地區(qū)是張家口,綜合指數(shù)下降17.47%;持續(xù)下降的地區(qū)為承德、衡水,下降幅度分別是12.44%、31.04%。

(a) 2001年

(b) 2008年

(c) 2020年圖5 河北省土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價Figure 5 Comprehensive evaluation of land ecological quality in Hebei Province

表6 河北省土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價面積變化Table 6 Changes of comprehensive evaluation area of land ecological quality in Hebei Province

綜上,生態(tài)本底、結(jié)構(gòu)、效益指數(shù)均呈現(xiàn)上升趨勢,生態(tài)脅迫指數(shù)小幅下降,河北省環(huán)抱北京、天津處于交通樞紐位置,人口比重增長較快,對土地資源需求與日俱增導(dǎo)致生態(tài)用地被壓縮。除了人口的壓力,我國耕地零散分布,農(nóng)用廢棄物不能得到有效處理從而影響土地生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)。近年我國強調(diào)環(huán)境治理、生態(tài)文明建設(shè),政策的推動與落實緩解了人類活動對土地的影響,因此整體上河北省土地生態(tài)質(zhì)量趨于好轉(zhuǎn)。

2.3 河北省土地生態(tài)質(zhì)量影響因素分析

將2001-2020年數(shù)據(jù)取均值,將數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 25對自變量做相關(guān)性分析,考慮到多重共線性問題,剔除4個影響因素,分析剩余10個影響因素即x2、x4、x6、x7、x8、x9、x10、x11、x13、x14對生態(tài)質(zhì)量的影響程度,各影響因素的直接通徑系數(shù)絕對值由大到小依次為x9、x11、x7、x8、x4、x6、x14、x13、x10、x2,表明林地比例、人均糧食產(chǎn)量對土地生態(tài)質(zhì)量的直接影響較大,其直接通徑系數(shù)絕對值分別是0.898、0.614;而高程、草地面積、農(nóng)藥化肥使用量直接影響較小,直接通徑系數(shù)絕對值分別是0.112、0.045、0.001。通過對各因子之間的間接通徑系數(shù)分析可知:就生態(tài)脅迫因素組內(nèi)而言,農(nóng)用化肥使用量通過受災(zāi)面積對土地生態(tài)質(zhì)量產(chǎn)生的影響較大,間接通徑系數(shù)是-0.087;各因素主要通過林地比例、人均糧食產(chǎn)量對土地生態(tài)質(zhì)量產(chǎn)生影響,其中人均綠地面積、生態(tài)服務(wù)價值通過林地比例對因變量的間接通徑系數(shù)分別是0.523、0.735;生態(tài)脅迫因素中高程因子對土地生態(tài)質(zhì)量產(chǎn)生較小的負面影響;生態(tài)本底因素主要通過受災(zāi)面積對土地生態(tài)質(zhì)量產(chǎn)生影響,年降水量通過受災(zāi)面積對因變量的間接通徑系數(shù)是-0.307;生態(tài)結(jié)構(gòu)和生態(tài)效益因素主要通過林地比例對土地生態(tài)質(zhì)量產(chǎn)生正影響。人均綠地面積、生態(tài)服務(wù)價值、林地比例的總影響系數(shù)分別是0.716、0.652、0.875,對土地生態(tài)質(zhì)量變化影響最大的變量為林地比例、生態(tài)服務(wù)價值。

表7 生態(tài)質(zhì)量影響因素的通徑系數(shù)Table 7 Path coefficient of influencing factors of ecological quality

3 討論

健康的土地生態(tài)系統(tǒng)是維持經(jīng)濟社會穩(wěn)步發(fā)展的環(huán)境基礎(chǔ),也是國土空間規(guī)劃項目落地實施首要考慮的環(huán)境因素,生態(tài)質(zhì)量的優(yōu)劣受內(nèi)在本底屬性和外部因素的多重影響[14]。本研究在系統(tǒng)收集和分析研究區(qū)自然本底和經(jīng)濟建設(shè)資料的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了生態(tài)本底、生態(tài)結(jié)構(gòu)、生態(tài)脅迫、生態(tài)效益4個準則層并探索分析了影響變化的因素,研究結(jié)果顯示河北省整體的土地生態(tài)質(zhì)量受到生態(tài)本底、生態(tài)結(jié)構(gòu)、生態(tài)脅迫、生態(tài)效益變化的共同影響,林地比例、人均糧食產(chǎn)量、生態(tài)服務(wù)價值、人均綠地面積是最主要的影響因素,即人類活動和植被覆蓋程度共同作用于河北省土地生態(tài)質(zhì)量的動態(tài)變化,這與陳震、吳可人、許從等研究中關(guān)于生態(tài)質(zhì)量變化的原因基本一致[11,18-19]。

從地理位置上來看,河北省北部的承德、秦皇島、保定等地生態(tài)質(zhì)量較好,南部邯鄲、衡水等地生態(tài)質(zhì)量較差,這與左璐等的研究結(jié)果一致[20]。2001-2020年河北省整體土地生態(tài)質(zhì)量呈波動上升趨勢但仍較差,北部生態(tài)質(zhì)量較其他地區(qū)較高但部分地區(qū)有下降趨勢,中部和南部呈現(xiàn)波動好轉(zhuǎn)趨勢。究其原因:(1)全國范圍內(nèi)降雨量增加引起大面積的自然災(zāi)害對土地生態(tài)平衡產(chǎn)生嚴重影響。河北省地勢西北高、東南低,隨著降雨量逐年攀升,太行山、燕山山脈一帶易發(fā)生泥石流、滑坡、山洪等自然災(zāi)害,對土地生態(tài)結(jié)構(gòu)和成分的穩(wěn)定產(chǎn)生極大影響,尤其是張家口2001-2020年受災(zāi)面積達全省最大,2001、2008、2020年受災(zāi)面積分別為723 136、437 742、89 421 hm2。(2)人們對生態(tài)問題的重視和政策調(diào)整成為土地生態(tài)變化的原因之一。隨著經(jīng)濟的發(fā)展,人們越來越意識到生態(tài)的問題,在政策推動和落實下,平原地區(qū)植被覆蓋度顯著提高,例如石家莊、保定在2001-2020年建成區(qū)綠化覆蓋率分別增加8.60%、19.20%。(3)沿海地區(qū)人口密度較小,以第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展為主,土地生態(tài)壓力相對較小。沿海地區(qū)地勢較為平坦,降水量充足,人口壓力相對較小,2001、2008、2020年,滄州、廊坊、唐山的人口密度均在500人/km2左右,此外沿海地區(qū)連接天津、北京,經(jīng)濟多發(fā)展海港貿(mào)易,大大降低了有害物質(zhì)的投入,本底、結(jié)構(gòu)、效益、脅迫條件都有明顯優(yōu)勢和較低風險,因此相對于其他地區(qū)土地生態(tài)質(zhì)量較高。

土地生態(tài)質(zhì)量的變化取決于多種因素,2001-2020年,土地生態(tài)質(zhì)量綜合評價中持續(xù)處于中等級以上的地區(qū)包括張家口、承德、秦皇島、唐山,其中張家口、承德地形起伏度較高,人口密度相對較低,林地覆蓋率較高,威脅因素較少,第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢較好;唐山、秦皇島位于丘陵地區(qū),唐山臨海,與天津、北京接壤,其生態(tài)環(huán)境保護條例強調(diào)嚴格執(zhí)行國家產(chǎn)業(yè)政策和準入標準,嚴控高能耗、高排放項目,產(chǎn)業(yè)集中于港貿(mào)交易,秦皇島受唐山發(fā)展的輻射效應(yīng),經(jīng)濟來源不完全依靠土地的高強度利用,因此整體土地生態(tài)質(zhì)量相對較高。上述地區(qū)應(yīng)充分利用自然和區(qū)位優(yōu)勢,創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展。中等級以下地區(qū)土地利用方式需要做出合理調(diào)整:從生態(tài)結(jié)構(gòu)評價中可以看出石家莊、滄州、衡水、保定等級處于中級以下,石家莊、保定處于太行山山脈一帶,地形較為陡峭,適宜種植林地,應(yīng)提高多品種林地種植,滄州、衡水處于平原地區(qū),土地利用強度較大,城鎮(zhèn)面積逐漸擴大的同時應(yīng)提高建成區(qū)綠化覆蓋率;生態(tài)脅迫評價中處于中等級以下的地區(qū)包括石家莊、衡水、滄州、邯鄲,這些地區(qū)人口密度、農(nóng)用化肥施用量、塑料薄膜使用量均相對較高,因此應(yīng)積極引進農(nóng)業(yè)高科技人才,支持科技人員下鄉(xiāng)指導(dǎo)作物種植,規(guī)范使用農(nóng)田水利設(shè)施,減少有害物質(zhì)的投放,健全人口流動管理制度;生態(tài)效益評價中處于中等級以下的地區(qū)包括衡水、廊坊、邢臺、邯鄲,這些地區(qū)生態(tài)服務(wù)價值、林地比例相對較低,邢臺、邯鄲部分地區(qū)處于太行山脈一帶,可考慮提高林草地的種植面積,衡水、廊坊應(yīng)控制城市擴展邊界,打造城市中心公園,在馬路兩側(cè)建立綠化帶,提高人均城市綠地面積。

土地生態(tài)質(zhì)量評價是一項復(fù)雜系統(tǒng)工程,限于多方面因素影響及數(shù)據(jù)可獲取性的制約,本研究對于土地質(zhì)量情景的變化模擬和分區(qū)治理未做深入研究,未考慮土壤屬性,選取的指標可能具有一定局限性。土地生態(tài)質(zhì)量評價是一個長期復(fù)雜的學(xué)術(shù)課題,目前學(xué)術(shù)界對土地生態(tài)評價指標的選擇分歧較大,需要進一步明確界定土地生態(tài)質(zhì)量的概念從而挖掘可以表征土地生態(tài)質(zhì)量的參量及其對應(yīng)的地理空間數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

通過建立生態(tài)本底、生態(tài)結(jié)構(gòu)、生態(tài)脅迫和生態(tài)效益4個準則層構(gòu)建河北省土地生態(tài)質(zhì)量評價體系,運用GIS、SPSS軟件分析河北省土地生態(tài)質(zhì)量狀況和影響因素,結(jié)論如下:

(1)河北省整體生態(tài)環(huán)境質(zhì)量從2001-2020年呈波動上升趨勢,2001、2008、2020年的綜合指數(shù)值為4.649、4.648、4.808。2001-2020年河北省綜合生態(tài)指數(shù)呈上升趨勢的地區(qū)主要分布于華北平原南部和沿海地帶;呈下降趨勢的地區(qū)主要集中于太行山脈中段和北部一帶、壩上高原以及燕山山脈一帶。其中顯著上升的地區(qū)包括保定、石家莊、滄州,等級變化均是由差等級向中、良等級轉(zhuǎn)變;顯著下降的地區(qū)包括承德、衡水,承德始終是優(yōu)等級,衡水由中等級轉(zhuǎn)為差等級,綜合生態(tài)指數(shù)下降30.91%。

(2)準則層評價中,2001-2020年,土地生態(tài)本底、結(jié)構(gòu)、效益指數(shù)均呈上升趨勢且生態(tài)結(jié)構(gòu)、效益指數(shù)持續(xù)上升;生態(tài)脅迫指數(shù)呈波動下降趨勢。土地生態(tài)、結(jié)構(gòu)、效益指數(shù)上升地區(qū)面積總計分別是75 853、105 268、53 690 km2。土地生態(tài)脅迫指數(shù)下降地區(qū)面積總計147 628 km2。土地生態(tài)脅迫、效益指數(shù)呈上升趨勢的主要分布于沿海地帶;呈下降趨勢的分布于燕山山脈、華北平原大部分、壩上高原和太行山脈一帶。土地生態(tài)本底、結(jié)構(gòu)指數(shù)呈上升趨勢的集中分布于太行山脈中部;呈下降趨勢的均分布于沿海地帶。

(3)2001、2008、2020 年主要影響因素是林地比例、人均糧食產(chǎn)量、生態(tài)服務(wù)價值、人均綠地面積,但是工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的加快導(dǎo)致綠地、優(yōu)質(zhì)耕地面積快速減少,嚴重降低了生態(tài)價值。因此改善土地生態(tài)質(zhì)量可優(yōu)先考慮提高植被覆蓋率,其次擴大有效耕地面積,減少有害物質(zhì)的投入,提高人均糧食產(chǎn)量,優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)。