工业城市土地生态安全评价及其障碍因子分析.docx
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1、 工业城市土地生态安全评价及其障碍因子分析 余晓玲 宋慷慷 林珍铭摘要:基于“自然-经济-社会”模型构建土地生态安全评价指标体系,采用层次分析法和熵值法相结合的主客观综合赋权法,通过综合指数法和障碍度模型,对区域土地生态安全状态及对应的障碍因子进行评价和分析。研究结果表明,(1)20042015年期间广西柳州市土地生态安全水平有所提升,但土地生态安全综合值整体偏低,土地生态系统面临的问题并未得到根本性改变。(2)从单项指标来看,单位耕地农药施用量、单位耕地化肥施用量这2个指标正在对柳州市土地生态系统产生长久而持续的影响;酸雨频率是柳州市土地生态安全潜在的威胁;人均国内生产总值(GDP)、农村居
2、民人均纯收入、城市化水平、农业机械化水平、人均工业废水排放量等因素也在威胁着土地生态安全。(3)由于柳州市曾长期以发展工业为优先,在发展经济的过程中对自然环境造成的破坏较为严重,土地生態系统相对较为脆弱,不容忽视。关键词:土地生态安全;层次分析法;熵值法;障碍度;障碍因子;柳州市: X24 文献标志码: A :1002-1302(2019)11-0271-05党的十九大报告中指出:“必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念,坚持节约资源和保护环境的基本国策,像对待生命一样对待生态环境。”建设美丽中国既是建设中国特色社会主义的基本方略,也是人民群众自身的要求。自20世纪90年代我国开始提出生态安
3、全(ecological security)问题以来,生态环境的保护和建设便受到人们的高度重视,现在生态安全已成为国家安全和区域安全的重要组成部分1。生态安全有广义和狭义之分,一般而言应包含生态系统的可持续发展能力以及对人类提供完整生态服务或人类生存安全的能力2。随着人们对生态安全的重视,土地生态系统作为一切资源与环境的载体3,土地生态安全也随之成为当前研究的热点。土地生态安全一般指地球陆地表层岩土部分内,由各种有机物和无机物构成的生态系统的结构不受破坏,同时该生态系统为人类提供服务的质量和数量能够持续满足人类生存和发展的需要,重点在于土地生态系统自身的安全性及其为人类所提供生态服务的可持续性
4、4。由于当前人类对土地的利用强度不断增加,人地矛盾日益突出,土地生态安全问题已逐渐成为制约经济社会可持续发展的重要因素5-6。当前对土地生态安全的研究集中于土地生态安全评价7。土地生态安全评价是土地生态安全研究中的重要内容,能够将抽象的生态系统安全情况直观、量化地展示出来,为土地的管理和决策提供科学的依据8。目前,土地生态安全评价主要围绕土地生态安全评价的基础理论研究、评价指标体系的构建、合理的评价方法探索、科学的评判标准划定以及合理的评价尺度等方面展开9。但是这些研究大多集中于国家级和省级的宏观尺度,市、县一级的研究较少。由于生态研究尺度具有不可推绎性的特点,在土地生态安全研究中,研究尺度的
5、差异将影响结果的科学性10,如何科学合理地选择研究尺度使研究结果更具代表性还有待进一步研究11。柳州市地处广西壮族自治区中北部,属于喀斯特岩溶地貌地区,是土地生态环境变化敏感区域。但是在过去,柳州市经济长期以工业为主导,曾引发严重的“酸雨”问题,对土地生态平衡破坏极为严重。无论是地理位置还是城市属性,柳州市均具有一定的特殊性。但有关柳州市土地生态安全的相关研究12-13主要集中在土地可持续利用领域,有关土地生态安全评价的研究相对较少。鉴于此,笔者以柳州市作为研究对象,从土地生态系统的结构和功能出发,基于“自然-经济-社会”模型构建土地生态安全评价指标体系,采用层次分析法和熵值法相结合的主客观综
6、合赋权法,对柳州市土地生态安全状况进行综合评价。并在对20042015年柳州市土地生态安全动态评价的基础上,通过对障碍因子进行诊断和分析,以期为提高柳州市土地生态安全提供科学依据和合理建议。1 材料与方法1.1 研究区域概况柳州市位于23542603N,1083211028E。全市土地面积为1.86万km2,市区面积为1 016.75 km2,市内土壤大多数厚度适中,质地较好,适合开垦耕作,但土壤中有机质含量低,肥力较低。2015年末,全市户籍总人口为381.62万人,人口自然增长率为10.49,地区生产总值为2 298.62亿元,三次产业结构由2004年的13.5 53.5 33调整到201
7、5年的7.2 56.6 36,工业始终占据主导地位,是广西最大的工业基地。1.2 数据来源主要统计数据来源于20052016年的柳州统计年鉴和广西统计年鉴,以及20042015年的柳州环境质量通报。1.3 研究方法1.3.1 评价指标体系的构建 构建土地生态安全评价指标体系是开展土地生态安全评价的第一步。由于土地生态系统是自然、经济、社会过程相互联系和作用的统一体,讨论土地生态安全问题,不能仅就土地生态而论,而应着眼于土地利用系统,将土地生态安全状况视为自然要素、经济要素、社会要素综合作用的结果14-15。基于此,依据科学性、系统性、相对独立性、可获取性、可比性等指标体系建立原则,结合柳州市实
8、际情况,在自然、经济和社会3个层面上选取22个指标,构建柳州市土地生态安全评价指标体系(表1)。1.3.2 评价指标安全指数模型 土地生态安全标准值的确定是土地生态安全评价的重要环节。从柳州市土地生态环境特点出发,通过参考已有的国际标准或国家标准、国际公认值、国际平均值以及省际平均值等,综合确定了柳州土地生态安全标准值(表1)。在此基础上,通过评价指标安全指数模型,计算各参评评价指标的安全指数(表2)。1.3.3 指标权重的确定 指标权重的确定主要通过主观赋权法和客观赋权法2种,主观赋权法以层次分析法为代表,客观赋权法则以主成分分析法和熵权法为主。本研究通过将层次分析法与熵权法结合,对柳州市土
9、地生态安全评价指标进行赋权,确定指标的综合权重。1.3.3.1 层次分析法 层次分析法采用专家咨询评分的定性方法确定权重,然后对无量纲的数据进行综合,可以把对策的提出过程进行模型化与数量化。层次分析法的主要过程包括以下几个方面:(1)建立层次结构模型;(2)专家评分;(3)构造判断矩阵;(4)依次进行层次单排序及其一致性检验、层次总排序及其一致性检验;(5)得到总排序权值。对于矩阵的计算主要借助MATLAB软件进行。1.3.3.2 熵权法 信息熵(Information Entropy)是香农(Shannon CE)在1948年提出来的概念,用来反映系统的无序程度,定量判断系统的演化方向,能尽
10、量消除各指标权重计算的人为干扰,使评价结果更符合实际。步骤如下:1.3.3.3 确定指标的综合权重 在通過层次分析法和熵权法获得各指标的权重后,取平均值确定指标的综合权重(表1)。1.3.4 土地生态安全状态评价计算1.3.4.1 土地生态安全状态评价 本研究利用综合指数法来测度土地生态安全性,公式如下:S=ni=1WiPi。式中:S为土地生态安全综合值;n为指标总数;Wi为指标i的权重;Pi为指标i的安全指数。1.3.4.2 土地生态安全状态分级标准 笔者在参考相关研究3.7-9的基础上,结合柳州市实际情况,设置了柳州市土地生态安全水平综合评判标准(表3)。1.3.5 土地生态安全障碍度 通
11、过建立土地生态安全障碍度模型,找出各年度主要的障碍因子,从而分析土地生态安全发生变化的主要影响因素。为此,引入“指标偏离度”的概念,以此为基础计算各指标对区域土地生态安全的障碍度。从标准差的概念可以看出,标准差是从平均意义上反映每个指标与均值的偏差或者说离散程度。因此,在确定了土地生态安全指数后,通过下述公式计算指标与土地生态安全标准值的差距,即指标偏离度:Ni=1-Pi。2 结果与分析2.1 土地生态安全状态的动态变化根据土地生态安全状态评价模型计算得到20042015年柳州市土地生态安全综合值(表4)。20042015年间,土地生态安全值从0.451 7上升至 0.657 8,总体而言土地
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