吳艷霞,邱 樂

(西安理工大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院,陜西 西安710054)

土地生態(tài)安全是指生態(tài)系統(tǒng)中土地資源所具備的維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和功能發(fā)揮的能力,作為生態(tài)安全細分領(lǐng)域的重要組成部分,對區(qū)域整體生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1]。隨著人口的增長及城鎮(zhèn)化的發(fā)展,過度開發(fā)和不合理利用導(dǎo)致區(qū)域土地破碎化和連片的生態(tài)斷裂,土地生態(tài)系統(tǒng)功能減弱,人地矛盾加劇[2-3],土地生態(tài)安全問題日益突出。

土地生態(tài)安全評價是對一個區(qū)域土地生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)和可持性發(fā)展程度進行綜合性評估的過程,主要用于評估土地生態(tài)安全存在的風(fēng)險和隱患、監(jiān)測和評價土地生態(tài)保護工作的效果[4],進而采取相應(yīng)的防范和管理措施。目前,國內(nèi)學(xué)者針對土地生態(tài)安全評價問題展開了深入研究,但在研究尺度、指標體系選取和評價方法等方面有所不同:從研究尺度來看,涵蓋省[5-6]、市[7-8]、縣[9-10]、城市群[11-12]、河流流域[13-14]等區(qū)域范圍;從研究指標體系來看,主要包括PSR[15-16]、DPSIR[17]、EES[18]、NES[19]等評價模型;從研究方法來看,主要有TOPSIS[20]、生態(tài)足跡法[21]、物元模型[22]、主成分分析法[23]、突變理論法[13]等。回溯相關(guān)文獻,發(fā)現(xiàn)當前在區(qū)域土地生態(tài)安全研究中將城市群作為研究區(qū)的定量研究成果較少,且多數(shù)研究止步于對土地生態(tài)安全水平的測度和評價,對于制約其提升的關(guān)鍵因素關(guān)注較少,這不利于土地生態(tài)安全研究體系的完善和實踐工作的開展。鑒于此,本研究以關(guān)中平原城市群作為研究區(qū),基于2012—2021年相關(guān)數(shù)據(jù),通過DPSIR模型構(gòu)建土地生態(tài)安全評價指標體系,采用熵權(quán)TOPSIS法評價土地生態(tài)安全狀況,分析土地生態(tài)安全指數(shù)時空演化情況,并借助障礙度模型診斷影響該區(qū)域土地生態(tài)安全水平提升的關(guān)鍵障礙因子,以期為改善土地生態(tài)安全狀況提供依據(jù)和參考。

1 數(shù)據(jù)來源與研究設(shè)計

1.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

關(guān)中平原城市群地處我國內(nèi)陸中心位置,以西安市為核心,涉及陜西、甘肅和山西3省,包括陜西的渭南、銅川、寶雞、咸陽、西安和商洛,甘肅的慶陽、天水和平?jīng)?以及山西的臨汾和運城等共11個地級市,轄區(qū)面積10.71萬km2。關(guān)中平原城市群擁有豐富的土地資源,是我國重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)之一,廣闊肥沃的平原地帶有利于農(nóng)作物種植和農(nóng)業(yè)發(fā)展。同時,該區(qū)域內(nèi)還蘊藏著大量礦產(chǎn)資源,如煤、炭、鋁等,為工業(yè)發(fā)展提供了重要支撐。近年來關(guān)中平原城市群經(jīng)濟發(fā)展迅猛,綜合實力穩(wěn)步提升。2021年常住人口數(shù)量4 367萬人,地區(qū)生產(chǎn)總值25 349.33億元,城鎮(zhèn)化率達到60.11%。

本研究所用數(shù)據(jù)主要來源于2013—2022年陜西省、甘肅省和山西省統(tǒng)計年鑒,2013—2022年關(guān)中平原城市群11個地市統(tǒng)計年鑒、《中國城市統(tǒng)計年鑒》,以及2012—2021年關(guān)中平原城市群11個地市國民經(jīng)濟運行與社會發(fā)展統(tǒng)計公報。部分數(shù)據(jù)可直接獲得,部分數(shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)運算得到。

1.2 評價指標體系構(gòu)建及權(quán)重確定

1)指標體系構(gòu)建?！膀?qū)動力-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)”(DPSIR)模型整合了資源、發(fā)展、環(huán)境與人類健康等要素,能有效反映社會環(huán)境和自然環(huán)境之間的因果關(guān)系,結(jié)構(gòu)清晰,簡單明了,為環(huán)境管理和評估指標體系構(gòu)建提供了一個基本框架。因此,本研究堅持綜合性、可操作性、科學(xué)性等原則,在參考相關(guān)文獻[3,5,7,11,13,17]的基礎(chǔ)上,充分考慮關(guān)中平原城市群實際情況,分別從經(jīng)濟、人口、環(huán)境、資源等方面遴選出24個指標,構(gòu)建土地生態(tài)安全評價指標體系(表1)。

表1 關(guān)中平原城市群土地生態(tài)安全評價指標體系

2)指標值標準化處理?？紤]到各指標值單位不同、數(shù)值相差較大,無法進行直接比較,因此利用極差標準化方法對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理,以消除不同指標的量綱。

3)確定指標權(quán)重。權(quán)重反映了指標對土地生態(tài)安全影響的程度,為了避免主觀賦權(quán)影響評價結(jié)果的可靠性,參考相關(guān)文獻[14],本研究采取客觀性較強的熵權(quán)法確定權(quán)重。

4)建立評價模型。參考相關(guān)研究[3,10],采用TOPSIS法評價模型,通過計算各方案與正、負理想解間的加權(quán)歐氏距離并進行排序,得到關(guān)中平原城市群土地生態(tài)安全指數(shù),并分析其時空演化情況。

1.3 障礙因子分析

參考相關(guān)文獻[24],采取障礙度模型,測算阻礙關(guān)中平原城市群土地生態(tài)安全的主要障礙因子。

1.4 土地生態(tài)安全等級劃分

采用自然斷點法將關(guān)中平原城市群土地生態(tài)安全評價標準劃分為5個等級,并參考已有研究成果進行調(diào)整,形成等級劃分標準,見表2。

表2 關(guān)中平原城市群土地生態(tài)安全等級劃分標準

2 土地生態(tài)安全評價

2.1 土地生態(tài)安全時空演變分析

2.1.1 時間序列分析

基于上述模型和方法,測算得到 2012—2021年研究區(qū)整體土地生態(tài)安全指數(shù),見圖1。由圖1可以看出,2012—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全指數(shù)總體呈波動上升趨勢,由2012年的0.558上升至2021年的0.603,增長率為8.06%;土地生態(tài)安全狀況由“臨界級”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤傲己眉墶?說明研究區(qū)土地生態(tài)安全狀況逐步好轉(zhuǎn),土地結(jié)構(gòu)、功能尚好,生態(tài)環(huán)境受到小范圍破壞。具體來看,2012—2016年土地生態(tài)安全指數(shù)持續(xù)上升。這一時期,2012年黨的十八大召開后加大了對環(huán)境違法行為的懲治力度,研究區(qū)以此為契機,限制化肥、農(nóng)藥施用和廢水等排放,使土地污染狀況得到初步改善。經(jīng)過2016—2017年的短暫調(diào)整,2017—2020年土地生態(tài)安全指數(shù)繼續(xù)上升。這一時期,國家發(fā)展改革委、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部出臺了《關(guān)中平原城市群發(fā)展規(guī)劃》,提出將生態(tài)環(huán)境保護作為城市群建設(shè)的大前提和硬任務(wù),推進生態(tài)共建、環(huán)境共治,為研究區(qū)優(yōu)化土地生態(tài)安全格局指明了路徑。借此,關(guān)中平原城市群各地市立足區(qū)域資源、環(huán)境稟賦,優(yōu)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展結(jié)構(gòu)和區(qū)域布局,強化水土資源優(yōu)化配置,進一步改善土地生態(tài)狀況。2020—2021年土地生態(tài)安全指數(shù)出現(xiàn)小幅下降,可能與國內(nèi)經(jīng)濟整體增速放緩的大形勢有關(guān)。進一步分析,限制研究區(qū)土地生態(tài)安全狀況進一步改善的問題集中在采礦等固體廢物處理不合理導(dǎo)致的土壤和地下水污染,以及新增造林面積減少等。

圖1 2012—2021年關(guān)中平原城市群整體土地生態(tài)安全指數(shù)變化

2.1.2 空間演化分析

基于評價結(jié)果與等級劃分標準,運用ArcGIS繪制2012、2021年研究區(qū)各地市土地生態(tài)安全等級分布情況,見圖2。由圖2可以看出,從總體上看,2012、2021年研究區(qū)11個地市的土地生態(tài)安全等級都處于“敏感級”與“良好級”之間,總體空間分布格局由2012年的“中部優(yōu),東西劣”演變?yōu)?021年的“中部與西部優(yōu),東部仍劣”。

圖2 關(guān)中平原城市群各地市土地生態(tài)安全等級分布

2012年,關(guān)中平原城市群還未正式批復(fù)成立,以省為界線的土地生態(tài)安全空間分異格局較為顯著,處于“敏感級”的3個城市——慶陽市、平?jīng)鍪小⑻焖芯`屬甘肅省。這些地市經(jīng)濟發(fā)展水平較低,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一,并且本身具有較為嚴重的生態(tài)環(huán)境問題,如森林覆蓋率低、林分質(zhì)量較差、涵養(yǎng)水源和調(diào)節(jié)小氣候能力不強、水土流失嚴重等,而政府財政支出多用于發(fā)展經(jīng)濟,對于土地修復(fù)治理與生態(tài)改善的投入較少。土地生態(tài)安全狀況處于“臨界級”的城市有4個,分別是銅川市、商洛市、臨汾市和運城市。銅川市以采礦和冶煉產(chǎn)業(yè)為主,采礦活動容易引發(fā)土地沉降和水土流失,冶煉過程產(chǎn)生的廢物廢水等會對土壤和地下水造成污染;商洛市位于秦嶺山區(qū),森林資源豐富,但城市建設(shè)用地不斷增加導(dǎo)致森林覆蓋率下降,同時地理環(huán)境復(fù)雜又容易引發(fā)自然災(zāi)害;臨汾市和運城市煤炭資源豐富,煤炭開采是其支柱產(chǎn)業(yè),但是大規(guī)模資源開發(fā)也引發(fā)了土地破壞、質(zhì)量下降等生態(tài)問題。寶雞市、咸陽市、渭南市和西安市4個地市的土地生態(tài)安全均處于“良好級”,這與這些地市實施了較合理的經(jīng)濟發(fā)展與土地生態(tài)治理政策有關(guān)。

相比2012年,2021年研究區(qū)西部主要地市的土地生態(tài)安全等級發(fā)生了明顯變化,慶陽市、平?jīng)鍪泻吞焖杏伞懊舾屑墶毖莼癁椤傲己眉墶?研究區(qū)“敏感級”完全退出。這與這些地市在經(jīng)濟發(fā)展的同時加強了生態(tài)環(huán)境治理有關(guān),通過實施生態(tài)屏障建設(shè)與水土流失綜合治理,2021年慶陽市、平?jīng)鍪兴亮魇е卫砻娣e均超過700 km2。銅川市從“臨界級”向“良好級”轉(zhuǎn)變,分析其原因,銅川市多年來致力于改變能源結(jié)構(gòu)偏煤的現(xiàn)狀,在能源、化工等行業(yè)進行清潔生產(chǎn)改造,采取了專項治理措施等有針對性的污染治理行動,筑起了一道土地生態(tài)安全防線。西安市是研究區(qū)內(nèi)土地生態(tài)安全等級唯一下降的城市,從“良好級”降至“臨界級”,這與其城市化加速推進的過程中土地利用結(jié)構(gòu)改變、人口大量聚集(2021年西安市人口密度達到1 223人/km2),加劇了土地生態(tài)安全壓力有關(guān)。其余地市土地生態(tài)安全指數(shù)變化較小,土地生態(tài)安全等級未發(fā)生變化。

2.2 土地生態(tài)安全評價指標體系子系統(tǒng)分析

2012—2021年關(guān)中平原城市群土地生態(tài)安全評價指標體系各子系統(tǒng)土地生態(tài)安全指數(shù)變化見圖3,具體來說:

圖3 2012—2021年關(guān)中平原城市群土地生態(tài)安全評價指標體系子系統(tǒng)土地生態(tài)安全指數(shù)變化

1)驅(qū)動力。除了2019—2020年,2012—2021年期間研究區(qū)驅(qū)動力子系統(tǒng)的土地生態(tài)安全指數(shù)總體呈明顯增加趨勢,從2012年的0.462到2021年的0.651,增長了40.9%,其中增長率最高的是天水市,平?jīng)鍪写沃?西安市最低?？傮w來看,2012—2021年研究區(qū)驅(qū)動力子系統(tǒng)的土地生態(tài)安全等級逐步從“敏感級”上升至“良好級”,這受益于黨的十八大以來我國經(jīng)濟邁上新臺階,關(guān)中平原城市群各地市人均GDP逐年穩(wěn)步增長,城鎮(zhèn)化水平顯著提升,同時生態(tài)文明寫入黨章、生態(tài)安全納入國家安全體系都是研究區(qū)土地生態(tài)安全狀況改善的直接驅(qū)動力。

2)壓力。2012—2021年研究區(qū)壓力子系統(tǒng)的土地生態(tài)安全指數(shù)總體變化不大,從2012年的0.537到2021年的0.557,增長了3.7%?？傮w來看,2012—2021年研究區(qū)壓力子系統(tǒng)的土地生態(tài)安全等級均為“臨界級”。近年來關(guān)中平原城市群各地市更加重視農(nóng)業(yè)污染治理,逐步限制農(nóng)業(yè)化肥與農(nóng)藥施用量,萬元GDP能耗也不斷下降,這在一定程度上緩解了土地生態(tài)負荷,但受城市化發(fā)展帶來的土地生態(tài)系統(tǒng)擾動破壞與經(jīng)濟社會發(fā)展壓力影響,壓力子系統(tǒng)土地生態(tài)安全狀況變化并不明顯。

3)狀態(tài)。除了2012—2013、2018—2019年,2012—2021年期間研究區(qū)狀態(tài)子系統(tǒng)土地生態(tài)安全指數(shù)總體呈增加趨勢,從2013年的0.533到2021年的0.606,增加了13.7%?？傮w來看,2012—2021年研究區(qū)狀態(tài)子系統(tǒng)的土地生態(tài)安全等級處于“臨界級”,2021年升至“良好級”。近年來關(guān)中平原城市群各地市通過提高水資源與土地資源的協(xié)調(diào)度,優(yōu)化水土資源配置,提高建成區(qū)綠化覆蓋率和人均公園綠地面積,取得了良好效果,但不利因素是在經(jīng)濟發(fā)展過程中城市建設(shè)用地增加等會對土地生態(tài)空間造成擠壓,造成土地生態(tài)安全等級下降。

4)影響。除了2016—2017、2020—2021年,2012—2021年期間研究區(qū)影響子系統(tǒng)的土地生態(tài)安全指數(shù)總體呈增加趨勢,從2012年的0.568到2021年的0.649,增加了14.3%,其土地生態(tài)安全等級由“臨界級”向“良好級”轉(zhuǎn)變。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,關(guān)中平原城市群各地市加大了對高科技農(nóng)業(yè)的投入力度,提高了土地利用效率和單位耕地面積糧食產(chǎn)量,同時調(diào)整經(jīng)濟發(fā)展思路,加快發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟與共享經(jīng)濟,推動產(chǎn)業(yè)提質(zhì)增效,提高了單位建設(shè)用地第二三產(chǎn)業(yè)增加值。

5)響應(yīng)。除了2016—2019年,2012—2021年期間研究區(qū)響應(yīng)子系統(tǒng)的土地生態(tài)安全指數(shù)總體呈增加趨勢,從2012年的0.615到2021年的0.680,增加了10.6%,土地生態(tài)安全等級穩(wěn)定在“良好級”。2012年以來,關(guān)中平原城市群各地市將生態(tài)文明理念融入到城市群建設(shè)的全過程。通過回溯指標發(fā)現(xiàn),近年來各地市人均造林面積、水土流失治理面積、生活垃圾無害化處理率、工業(yè)固廢綜合利用率等均有所增加,一系列響應(yīng)措施對城市群環(huán)境容量擴充起到了積極作用,土地生態(tài)環(huán)境狀況逐步得到改善。

3 障礙因子診斷分析

通過障礙因子診斷模型計算2012—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全障礙因子。對于準則層,各指標障礙度變化不顯著,總體上狀態(tài)指標障礙度一直高于40%,位居第一;其次是影響與響應(yīng),位居第二三位;驅(qū)動力和壓力指標障礙度較低,且呈波動下降趨勢。

對于指標層,僅選取障礙度排名前5的指標作為關(guān)鍵障礙因子,結(jié)果見表3。2012—2021年研究區(qū)土地經(jīng)濟密度(S3)一直居于首位,說明經(jīng)濟發(fā)展緩慢是制約研究區(qū)土地生態(tài)安全水平提升的主要因素;人均水資源量(I5)與人均耕地面積(S2)分別位居第二三位,研究區(qū)水資源空間分布不均,人均水資源量還不及全國平均水平的1/3,水資源短缺與耕地面積不足對于土地生態(tài)安全的影響是持續(xù)的,屬于長期性障礙因子;之后是人均GDP(D3)、農(nóng)業(yè)機械總動力(I3)、水土流失治理面積(R5)?？梢?土地經(jīng)濟密度(S3)、人均水資源量(I5)、人均耕地面積(S2)、人均GDP(D3)、農(nóng)業(yè)機械總動力(I3)與水土流失治理面積(R5)是阻礙土地生態(tài)安全水平提升的主要障礙因子。

表3 2012—2021年關(guān)中平原城市群土地生態(tài)安全障礙因子分析

4 結(jié)論

本研究基于2012—2021年關(guān)中平原城市群相關(guān)數(shù)據(jù),通過DPSIR模型構(gòu)建土地生態(tài)安全評價指標體系,采用熵權(quán)TOPSIS法評價土地生態(tài)安全狀況,分析土地生態(tài)安全指數(shù)時空演化情況,并借助障礙度模型診斷影響該區(qū)域土地生態(tài)安全水平提升的關(guān)鍵障礙因子。結(jié)果表明:①2012—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全指數(shù)總體呈波動上升趨勢,由2012年的0.558上升至2021年的0.603,增長率為8.06%,土地生態(tài)安全狀況由“臨界級”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤傲己眉墶?說明研究區(qū)土地生態(tài)安全狀況逐步好轉(zhuǎn),土地結(jié)構(gòu)、功能尚好,生態(tài)環(huán)境受到小范圍破壞。②2012—2021年研究區(qū)土地生態(tài)安全整體向好,由“中部優(yōu),東西劣”向“中部與西部優(yōu),東部仍劣”演變,但各地市變化不一,其中慶陽市、平?jīng)鍪泻吞焖杏伞懊舾屑墶毖莼癁椤傲己眉墶?銅川市從“臨界級”向“良好級”轉(zhuǎn)變,但西安市土地生態(tài)安全等級從“良好級”降至“臨界級”。③從DPSIR各子系統(tǒng)來看,驅(qū)動力子系統(tǒng)土地生態(tài)安全狀況變化顯著,其土地生態(tài)安全指數(shù)由0.462上升至0.651,土地生態(tài)安全等級由“敏感級”上升至“良好級”,壓力子系統(tǒng)提升最少,一直處于“臨界級”,狀態(tài)與影響子系統(tǒng)土地生態(tài)安全等級由“臨界級”升至“良好級”,響應(yīng)子系統(tǒng)一直處于“良好級”狀態(tài)。④從指標層障礙因子診斷結(jié)果來看,土地經(jīng)濟密度、人均水資源量、人均耕地面積、人均GDP、農(nóng)業(yè)機械總動力與水土流失治理面積是阻礙土地生態(tài)安全提升的主要障礙因子。