2000—2009年重慶市土地資源生態安全評價及趨勢分析

張軍以，蘇維詞，2，張 婕

(1.重慶師范大學 地理與旅游學院，重慶400047;2.貴州科學院山地資源研究所，貴陽550001;3.重慶市科技館，重慶400024)

0 引言

生態安全廣義上指人的生存、基本權利和人類適應環境變化的能力等方面不受威脅的狀態，包括自然生態安全、經濟生態安全和社會生態安全，組成了一個復合人工生態安全系統［1］。隨著人類經濟發展與人口的激增，由人類活動引起的各類生態安全問題日益顯現。土地作為人類生存發展最基本的生產資源，其生態安全關系著人類未來的可持續發展，對土地生態安全的研究具有重要的現實意義。

土地生態安全是指陸地表層由各種有機物和無機物構成的土地生態系統的結構不受破壞，同時，土地生態系統為人類提供服務的質量和數量能夠持續滿足人類生存和發展的需要［2］。生態安全是指維護一個區域或一個國家乃至全球的生態環境不受威脅的狀態，能為整個生態經濟系統的安全和持續發展提供生態保障的能力［3－6］。針對土地資源的生態問題，國內學者已從不同角度、不同區域進行了土地質量評價及土地可持續利用評價研究［7－10］，主要研究領域集中在區域土地、水資源等生產要素［11－13］、城市［14－15］、農業［16－17］、小流域［18］、湖泊濕地［19－21］等方面。

重慶市作為長江上游重要的生態屏障帶，土地資源生態安全問題研究較少，現有研究主要關注區域生態安全評價［22］、土壤侵蝕敏感性評價［23］、耕地利用變化［24］等方面。此外，隨著三峽工程建設完成，針對三峽庫區特殊的生態環境狀況及其對三峽水庫水資源安全的戰略性意義，不同學者針對庫區土地生態安全問題進行了大量的實證研究，主要集中在三峽庫區土地利用/土地覆被變化［25］、移民安置區土地生態安全［26］、消落帶生態安全［27］等方面，并從庫區土地的水土流失、土壤侵蝕敏感性等方面［28－29］對庫區土地生態安全進行了評價研究。重慶市作為長江流域上游生態屏障建設的重要地帶，生態地位極其重要，其土地資源生態安全環境的優劣，不僅直接關系到重慶長江上游生態屏障的建設，更關系到三峽水庫的水源安全及對重慶市未來的可持續發展產生影響。本研究以重慶市為研究區，對土地資源生態環境安全進行評價，目的在于了解土地生態環境的現狀及基本的影響因素，為制定有效的保護措施、提高土地生態環境質量奠定基礎。

1 研究區概況

重慶市地處青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，地貌以丘陵、山地為主，平壩耕地比重小，坡耕地面積大，是長江上游的重要生態屏障，屬典型的生態脆弱區。氣候類型屬亞熱帶季風性濕潤氣候，氣候溫和，土壤類型主要以水稻土、紫色土、紅壤、黃壤、黃棕壤為主，植被類型屬于亞熱帶常綠闊葉林。由于歷史、文化、人口、開發模式等多重因素的影響，重慶市的生態環境較脆弱，土壤侵蝕和土地退化情況較嚴重。2009年末全市人口3 275.61萬，其中，農業人口約占71%，人均耕地6.83×10－2hm2，已接近于聯合國糧農組織確定的最低人均耕地5.33×10－2hm2的警戒線，人地矛盾尖銳，耕地復種指數高，水土流失較為嚴重，據《重慶市2008年度水土保持公報》的數據顯示，2008年全市水土流失面積達44.6%。重慶市土地資源生態安全不僅影響三峽水利樞紐工程的安全運行，而且對整個長江流域生態安全有著舉足輕重的作用。因此，對重慶市土地資源生態安全及其變化趨勢進行評價研究，對重慶市及三峽庫區的可持續發展均具有重要的現實意義。

2 研究方法

2.1 研究方法

土地資源生態安全評價的關鍵是建立科學的評價指標體系和確定各指標的權重，指標的權重代表了該指標在整體評價中相對重要程度的大小。因此，正確客觀地確定指標的權重是獲得客觀準確評價結果的重要基礎，常用的權重確定方法有Delphi法、主成分分析法、層次分析法(AHP)等，為克服主觀賦權法中主觀因素的影響，將熵的概念應用到指標權重的確定中，熵權法是一種客觀的賦權法，避免了個人的主觀影響。

在評價指標選取中，根據科學性原則、指標數據的可得性和可操作性原則，充分考慮了區域土地資源生態安全各評價指標的相互影響，指標的選取不僅反映生態環境狀態，而且更要重視指標的潛在作用及人類活動的內在影響，在借鑒相關研究的基礎上，結合世界經合組織(OECD)提出的“壓力－狀態－響應”框架(press-stateresponse)，初步建立了一套土地資源生態安全評價指標體系(表1)，并以熵權賦權法確定指標權重，最后計算出土地生態安全的綜合得分(表2)。

表1 重慶市土地生態安全評價指標體系Tab.1 Index system and standard value of land ecological security assessment of Chongqing City

表2 2000—2009年重慶市土地資源生態安全分級評價結果Tab.2 Results classification of land resources ecological security evaluation of Chongqing City during 2000—2009

2.2 數據獲取

原始數據主要來源于《重慶市統計年鑒》(2001—2010)，重慶市水利局發布的《2005年重慶市土壤侵蝕數據表》，《2000—2004年重慶市水土流失變化情況表》、《重慶市2008年度水土保持公報》、《2007年中國水土保持公報》及重慶市水利局部分資料。

2.2.1 數據標準化。對原始數據矩陣進行標準化，評價某區域n年的包括m個評價指標的土地生態安全情況，則其原始指標數據矩陣為

為消除指標間不同量綱的影響，對X進行標準化處理，得到指標標準化矩陣。標準化公式為

正向指標為指數值越大越好的指標，選用公式(1);負向指標為指數值越小越好的指標，選用公式(2)。標準化公式中:minxj為指標值最小值;maxxj為指標值最大值;Xij為第i年的第j個指標的原始值。標準化后樣本矩陣轉化為矩陣Y，Y=(yij)n×m，式中:yij∈［0，1］，yij為指標原始值的標準化值。

2.2.2 指標權重的確定。采用熵權賦權法，在有m個指標、n個評價對象的評估問題中，第j個指標的熵值Hj定義為:…，m。式中:k=1/ln n(假定:當fij=0時，令fijln fij=0)，其中，fij為矩陣Y中第j項指標在i個被評價對象標準化值中的比重。定義了第j個指標的熵值之后，可以得出第j個指標的熵權定義wj，則。

2.2.3 土地生態安全綜合得分計算。雖然各指標可以從不同的方面反映出區域土地生態安全的狀態，但區域土地生態安全是各因素作用綜合疊加的結果。因此，必須在指標標準化和權重確定的基礎上對區域生態安全進行計算。本研究定義土地資源生態安全綜合指數T來表征，數學模型為:。式中:T為土地資源生態安全綜合指數;wj為j指標的權重系數;yij為第i年第j指標的標準化值;n為指標數。

3 評價結果分析

根據上述指標體系和評價計算方法，計算得出了重慶市2000—2009年的土地生態安全綜合指數及各類型影響指標的結果(表2)，并對土地資源生態安全變化趨勢進行了初步分析(圖1)。在參考了相關文獻［30－34］和重慶市特殊的自然、社會、經濟條件的基礎上，設計了一個5級土地資源生態安全標準評判表(表3)。

圖1 2000—2009年重慶市土地資源生態安全動態變化圖Fig.1 Dynamic of land resources ecological security in Chongqing City during 2000—2009

表3 土地資源生態安全分級標準Tab.3 Criterion of land resources ecological security classification

3.1 壓力安全評價

從表2可以看出，重慶市土地資源生態壓力指數處于波動上升的變化狀態，從2000年的0.096 9上升到2009年的0.172 9，這表明重慶市土地資源所面臨的生態壓力現狀有所改善(負向指標，數值越小，生態壓力相對越大)，人類對土地資源的自然生態狀況的干擾有所弱化。如重慶市城市化水平由2000年的35.6%上升到2009年的51.6%，年均提高1.6%，主要原因是城市化水平的顯著提高及常年外出務工人員增加，造成常住人口減少，表明人類對土地資源的整體壓力相對減弱;單位耕地面積農藥使用量由2000年的11.7 kg/hm2下降到2009年的9.8 kg/hm2，土地生態壓力指數對土地生態安全的貢獻率則由2000年的60.6%下降到2009年的24.9%，土地資源生態壓力整體趨向于弱化。

3.2 狀態安全評價

狀態安全指數從2000年的0.027 5上升到2009年的0.294 9，說明重慶市土地資源生態安全現狀不斷好轉，在安全綜合指數中的貢獻率不斷增大，由2000年的17.2%升高到2009年的42.4%，其中，資源狀態持續好轉，資源狀態指數由2000年的0.027 5增加到2009年的0.119 0(表2)，主要得益于年均耕地減少率的下降和人均糧食產量的降低，其中，耕地在2008年還有所增加;糧食單產下降主要因為常住人口減少，外出務工人員增加，播種面積減少，部分耕地進行了休耕造成的。環境狀態指數不斷提高，2009年達到了0.175 9，主要原因是隨著2003年三峽水庫開始蓄水，政府進一步強化了對庫區的治理力度，2004年僅林業和水利部門就治理水土流失面積1.51 萬 km2，退耕還林643.3 km2，面上造林207 km2(重慶市水利局統計數據資料)，水土流失面積比重由2000年的63.26%下降到2008年的44.6%，森林覆蓋率由2000年的23.1%增加到2009年的35%，上述措施都在很大程度上改善了重慶市土地資源的生態安全現狀。

3.3 響應安全評價

重慶市土地資源生態安全的響應指數不斷提高，呈快速上升趨勢，由2000年的0.035 8提高到2009年的0.226 8，年均增幅達53.4%。從響應指數看，其中經濟響應指數由 2000年的 0.035 8增加到 2009年的0.086 2，10年間增長了 2.4倍，同期社會響應指數由2001年的0.031 1增長到2009年的0.140 6，年平均增長率為35.2%(表2)，通過分析可以得出經濟發展水平、農業生產技術的提高和產業結構調整對土地資源生態環境改善的貢獻較大。此外，在三峽水庫蓄水后國家及重慶市都加大了對庫區的投入力度，如2001—2005年國家投入庫區的生態保護工程資金11.5億元①國家環保總局，《三峽庫區及其上游水污染防治規劃2001—2010年》，2001年11月。;重慶市環保投入占GDP比重也由2000年的1.4%增加到2009年的2.9%，提高了約2倍，而社會響應指數的增長主要得益于城市化水平的迅速提高及非農業人口比重的大幅上升，由2000年的21.4%增加到2009年的29.0%。

3.4 綜合安全評價

對2000—2009年的土地資源生態安全綜合指數利用Excel進行趨勢擬合，得到對數擬合曲線方程式:Y=0.247 8ln(x)+0.144 6，R2=0.938 1。擬合的方程曲線走勢表明土地生態安全綜合指數處于改善上升趨勢(圖1)，土地生態安全未來將會不斷得到改善。重慶市土地資源的生態安全綜合指數由2000年的0.160上升到2009年的0.695，土地生態環境不斷好轉，10年增長了約4.3倍，表明全市土地資源整體生態安全水平不斷提高。根據土地資源生態安全分級標準(表3)，整體土地資源生態安全狀態2009年已初步進入“良好級”范圍，表明重慶市的土地生態系統結構已在人類活動的影響下發生了一定的變化，但尚在許可范圍內，生態系統主要服務功能尚能發揮，生態壓力還處于土地生態系統的承載能力之內。從土地生態系統壓力看，城市化水平的提高使農村地區的人口密度進一步下降，有效地緩解了農村人口對土地的生態壓力。從生態環境狀態看，萬元GDP能耗(標準煤)不斷不降，由2000年的1.77 t標準煤下降到2009年的1.18 t標準煤，而同期的森林覆蓋率增長了11.9%，在很大程度上保護了土壤，減少了土壤的流失。響應狀態處于快速上升趨勢，貢獻率不斷提高，2009的貢獻率為32.6%，較2000年的22.4%提高了10.2%，對土地資源生態安全的影響不斷加大，以后要注重加強對土地資源生態安全的響應力度。此外，土地生態安全的狀態指數貢獻率最高，表明重慶市的土地資源生態安全狀況的改善主要依賴于對現有水土流失等環境問題的治理及森林覆蓋率的提高。

4 結論與討論

重慶市作為長江中上游的重要生態屏障，屬典型的生態脆弱區，土地資源生態問題顯得尤為重要。重慶市土地資源生態安全狀況評價結果顯示2000年的土地生態安全屬于“敏感級”，2009年有了明顯的改善，已初步跨入“良好級”。計算結果與實際情況較為吻合，證明了該評價方法具有一定的現實意義。此外，基于PSR模式的土地生態安全評價指標體系結構簡明易懂，反映出土地資源生態安全變化的影響因素，可為制定更為有效的保護措施提供參考價值。由于缺乏長時間連續數據，研究時段僅為2000—2009年10年，不能很好地反映研究區土地生態安全的動態變化規律，若能進一步延長研究的時間序列，將能更好地反映研究區土地生態安全的動態變化規律。此外，土地生態安全是自然因素和人為因素疊加的結果，不同區域的評價有所差異，進一步研究區域土地資源生態安全的社會效應和生態環境反饋機制就顯得尤為重要。

［1］馬克明，傅伯杰，黎曉亞，等.區域生態安全格局:概念與理論基礎［J］.生態學報，2004，24(4):761 －768.

［2］李玉平，蔡云龍.河北省土地生態安全評價［J］.北京大學學報(自然科學版)，2007，43(6):784 －789.

［3］謝花林，李秀彬，陳瑜琦，等.土地利用規劃環境影響的生態安全評價方法初探——以內蒙古翁牛特旗為例［J］.資源科學，2010，32(1):57 －63.

［4］Dohson，Andy P.Hopes for the Future:Restoration Ecology and Conservation Ecology［J］.Science，1997，277:515－522.

［5］Norton S B，Rodier D J，Gentile J H，et al.A Framework for Ecological Risk Assessment at the EPA ［J］.Environ Tarical Chem，1992，11:1663 －1672.

［6］Costanza R，Norton B G，Haskell B D.Ecosystem Health:New Goal for Environment［M］.Washing D C:Island Press，1992.

［7］蔡運龍，李軍.土地利用可持續性的度量:一種顯示過程的綜合方法［J］.地理學報，2003，58(2):305 －313.

［8］劉勇，劉友兆，徐萍.區域土地資源生態安全評價——以浙江嘉興市為例［J］.資源科學，2004，26(3):69－75.

［9］陳百明.區域土地可持續利用指標體系框架的構建與評價［J］.地理科學進展，2002，21(3):204 －215.

［10］傅伯杰，陳利頂，馬誠.土地可持續利用評價的指標體系與方法［J］.自然資源學報，1997，12(2):112－118.

［11］杜忠潮，韓申山.基于主成分分析的土地生態安全評價實證研究——以陜西省10個省轄市為例［J］.水土保持通報，2009，29(6):198 －207.

［12］張興榆，曹明明，雷敏.陜北地區水資源安全及需求預測分析［J］.干旱區資源與環境，2007，21(11):17 －21.

［13］李志偉，崔力拓.水環境安全評價研究——以秦皇島市為例［J］.水生態學雜志，2009，5(2):128 －131.

［14］張磊，朱春悅.城市生態安全分析——以銀川市為例［J］.國土與自然資源研究，2010，30(2):45 －46.

［15］袁磊，雷國平，張小虎.資源性城市生態安全評價——以大慶市為例［J］.地域研究與開發，2009，28(6):80－85.

［16］王軍，何玲，董謙，等.河北省農業生態安全障礙度評價與對策研究［J］.農業現代化研究，2010，31(1):81－85.

［17］馬亞蘭，劉普幸，王楓葉.金塔綠洲近20年來農業生態安全動態評價與對策研究［J］.土壤，2010，42(2):184－189.

［18］盛東，李桂元，徐義軍.湖南省小流域生態安全綜合評價指標體系研究［J］.水土保持研究，2010，17(2):58－63.

［19］游文蓀，丁惠君，許新發.鄱陽湖水生態安全現狀評價與趨勢研究［J］.長江流域資源與環境，2009，18(12):1173－1180.

［20］鐘振宇，柴立元，劉益貴，等.基于層次分析法的洞庭湖生態安全評估［J］.中國環境科學，2010，30(1):41－45.

［21］韓振華，李建東，殷紅，等.基于景觀格局的遼河三角洲濕地生態安全分析［J］.生態環境學報，2010，19(3):701－705.

［22］孫凡，李天云，黃軻，等.重慶市生態安全評價與監測預警研究——理論與指標體系［J］.西南農業大學學報(自然科學版)，2005，27(6):757 －762.

［23］莫斌，朱波，王玉寬，等.重慶市土壤侵蝕敏感性評價［J］.水土保持通報，2004，24(5):45 －49.

［24］鄒士鑫，廖和平，項樹明.重慶市耕地利用變化與糧食安全分析［J］.西南師范大學學報(自然科學版)，2010，35(2):218 －223.

［25］譚淑端，王勇，張全發.三峽水庫消落帶生態環境問題及綜合防治［J］.長江流域資源與環境，2008，17(1):101－105.

［26］張磊，董立新，吳炳方，等.三峽水庫建設前后庫區10年土地覆被變化［J］.長江流域資源與環境，2007，16(1):107－112.

［27］廖和平，洪惠坤，陳智.三峽移民安置區土地生態安全風險評價及其生態利用模式——以重慶市巫山縣為例［J］.地理科學進展，2007，26(4):33 －43.

［28］左太安，蘇維詞，馬景娜，等.三峽重慶庫區針對水土流失的土地資源生態安全評價［J］.水土保持學報，2010，24(2):74 －78.

［29］李月臣，劉春霞，趙純勇，等.三峽庫區(重慶段)土壤侵蝕敏感性評價及其空間分異特征［J］.生態學報，2009，29(2):74 －78.

［30］任志遠，黃青，李晶.陜西省生態安全及空間差異定量分析［J］.地理學報，2005，60(4):597 －606.

［31］張虹波，劉黎明，張軍連，等.黃土丘陵區土地資源生態安全及其動態評價［J］.資源科學，2007，29(4):194－200.

［32］高長波，陳新庚，韋朝海，等.廣東省生態安全狀態及趨勢定量評價［J］.生態學報，2006，26(7):2192－2197.

［33］張軍以，蘇維詞.三峽庫區土地生態安全評價［J］.廣東農業科學，2009，19(9):211 －214.

［34］郭旭東，邱揚，連剛，等.基于“壓力－狀態－響應”框架的縣級土地質量評價指標研究［J］.地理科學，2005，25(5):579－583.