貴港市土地生態(tài)安全評價與時空動態(tài)研究

潘 鈴，周 興

(廣西師范學(xué)院 國土資源與測繪學(xué)院，廣西 南寧 530001)

0 引言

經(jīng)濟快速增長的同時，由于不合理的資源利用方式，導(dǎo)致環(huán)境嚴(yán)重惡化，生態(tài)功能下降,基于此，學(xué)者們對于生態(tài)安全問題進行了深入研究，但是未能徹底扭轉(zhuǎn)環(huán)境逆向演化的發(fā)展趨勢[1]。土地生態(tài)安全是保護生態(tài)安全的關(guān)鍵一環(huán)，進行土地生態(tài)安全評價研究，為解決土地生態(tài)安全問題提供了基本科學(xué)依據(jù)。

國內(nèi)外學(xué)者紛紛采用不同方法對土地生態(tài)安全進行了評價研究。Vázquez-González等[2]采用PSR評價模型構(gòu)建了指標(biāo)體系,分析了沿海濕地土地利用的脆弱性；解雪峰等[3]運用PSR模型以東陽江流域為研究區(qū)域進行了生態(tài)安全評價；李玉照等[4]將改進的DPSIR模型應(yīng)用到構(gòu)建流域生態(tài)安全評價指標(biāo)體系中；張家其等[5]結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)模型與熵值法對恩施貧困地區(qū)進行生態(tài)安全綜合評價研究；朱曉偉等[6]認(rèn)為國內(nèi)對于土地生態(tài)安全評價研究的主要方向是靜態(tài)評價，研究區(qū)域主要分布于湖南、重慶、陜西和湖北地區(qū)；黃寶強等[7]重點研究探索了土地生態(tài)安全動態(tài)演變規(guī)律。

本文以貴港市為研究對象，進行土地生態(tài)安全評價，分析其土地生態(tài)安全變化及各縣區(qū)生態(tài)安全差異，為貴港市優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)與發(fā)展經(jīng)濟方向提供可靠依據(jù)，同時豐富土地生態(tài)安全評價研究的內(nèi)容。

1 研究區(qū)域概況

貴港市轄港北區(qū)、港南區(qū)、覃塘區(qū)、桂平市及平南縣，位于廣西壯族自治區(qū)東南部，北回歸線貫穿市境北部、西江流域中游，地勢西北高東南較低，地處北緯22°39′～24°02′，東經(jīng)109°11′～110°40′之間。貴港市屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，一年氣候變化四季分明。2016年末，貴港市土地總面積10602 km2，人口總數(shù)5548945人，土地利用結(jié)構(gòu)復(fù)雜，是廣西重要的蔗糖產(chǎn)地，同時也是中國華南地區(qū)最大的內(nèi)河港口。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于《廣西統(tǒng)計年鑒》(2010～2017年)、《貴港市統(tǒng)計年鑒》(2010～2017年)、《貴港年鑒》(2010～2017年)、貴港市政府工作報告(2011～2017年)以及國土局等相關(guān)政府部門官方提供的數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建 土地生態(tài)系統(tǒng)是一個組成因子多、利用結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與人類活動聯(lián)系密切的綜合體[8]，影響因素主要為自然環(huán)境、經(jīng)濟和社會等。本文參考已有的研究成果[9-12]，根據(jù)綜合性、主導(dǎo)型、可比性、科學(xué)性與可操作性兼顧的原則，結(jié)合貴港市社會發(fā)展、地形地貌、人文環(huán)境等實際情況，基于土地自然環(huán)境生態(tài)子系統(tǒng)、土地經(jīng)濟生態(tài)子系統(tǒng)、土地社會生態(tài)子系統(tǒng)3個方面選取評價指標(biāo)，構(gòu)建貴港市土地生態(tài)安全情況評價指標(biāo)體系(表1)。

2.2.2 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理 根據(jù)評價指標(biāo)對土地生態(tài)安全正負(fù)影響大小可知，正向評價因子，指標(biāo)數(shù)據(jù)值越高，說明土地生態(tài)越安全；負(fù)向評價因子，指標(biāo)數(shù)值越低，則土地生態(tài)越安全。

不同量綱對指標(biāo)計算有很大影響，為方便數(shù)據(jù)運算，采用極值法進行數(shù)據(jù)量化處理。

(1)

（6）副詞+名詞：off-gauge 不均勻厚度 up-converter上變頻器 ；up-mill逆銑。

(2)

2.2.3 評價指標(biāo)權(quán)重確定 確定權(quán)重的計算方法有多種渠道，基于指標(biāo)數(shù)據(jù)特點與研究目的2個方面考慮，用熵值法計算指標(biāo)權(quán)重[13]。計算過程如下：

(3)

(4)

Pi=1-gi

(5)

(6)

式中，為計算方便，系數(shù)k2=1/ln(n)>0，gi表示指標(biāo)的熵值，pi表示指標(biāo)的差異系數(shù)，wi表示第i項指標(biāo)的權(quán)重，為使lnQij有意義，當(dāng)Qij=0時，令QijlnQij=0[14]。

2.3 評價和分析模型

2.3.1 土地生態(tài)安全評價模型 本文采用綜合指數(shù)模型計算貴港市土地生態(tài)安全值，計算的數(shù)學(xué)模型如下。

(7)

(8)

式中：Mij表示指標(biāo)層因子對貴港市土地生態(tài)安全限制障礙度，其中i=1，2，…，m；j=1，2，…，n。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地生態(tài)安全綜合評價結(jié)果

3.1.1 土地生態(tài)安全綜合指數(shù)變化分析 基于評價運算模型，得出貴港市2009～2016年土地生態(tài)安全指數(shù)(圖1)。從圖1可以看出，2009～2016年貴港市土地生態(tài)安全指數(shù)變化明顯，增長幅度較大。2009～2010年間，土地生態(tài)安全指數(shù)下降，在這個過程中，貴港市人口增長速度日益加快，耕地面積增長彈性小，人均耕地面積較大縮減。2010～2014年間土地生態(tài)安全指數(shù)持續(xù)上升，主要的原因是用于節(jié)能、環(huán)境保護的財政支出增加了10587元，單位土地面積SO2排放量下降了64.37%，為繼續(xù)推動西部大開發(fā)戰(zhàn)略，政府部門落實了多項有利于西部地區(qū)發(fā)展的政策，比如西江經(jīng)濟帶建設(shè)，桂東承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移示范區(qū)建設(shè)等。貴港市產(chǎn)業(yè)發(fā)展獲得了更多便利，項目投資增加，經(jīng)濟效益增長，2014年與2010年相比，單位面積農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值增長23.14%，地均GDP增長20.30%，農(nóng)民人均純收入增長45.92%，城鎮(zhèn)人均消費性支出增長36.65%，第三產(chǎn)業(yè)對國民生產(chǎn)總值貢獻增長15.26%，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型得到發(fā)展，進一步滿足了市民生存發(fā)展的物質(zhì)需求。2014～2016年間，由于產(chǎn)業(yè)發(fā)展過快，新增建設(shè)用地占用耕地多，空氣污染問題得到一定程度的解決，自然環(huán)境面臨的壓力仍然很重，持續(xù)增長的經(jīng)濟指數(shù)，減輕了自然環(huán)境惡化的不良后果，促使綜合指數(shù)小幅度上升。

表1 貴港市土地生態(tài)安全評價體系

3.1.2 土地生態(tài)安全子系統(tǒng)變化情況分析 根據(jù)圖1所示，2009～2016年貴港市土地自然環(huán)境生態(tài)安全指數(shù)波動增長，最小值出現(xiàn)在2010年，為0.1506，最大值出現(xiàn)在2012年，為0.2317。2009～2010年，貴港市農(nóng)業(yè)使用化肥量增加，耕地土壤酸化，人均耕地面積減小，土地自然環(huán)境生態(tài)安全指數(shù)降低。2010～2012年隨著生產(chǎn)技術(shù)的進步，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減少了對化學(xué)藥品的依賴，提高了農(nóng)用地的利用率，耕地復(fù)種指數(shù)上升了4.93%，隨著節(jié)能環(huán)保投入的增加，土地自然環(huán)境生態(tài)安全指數(shù)有較大幅度增加。2014年貴港市實行了一系列嚴(yán)懲污染環(huán)境行為的辦法，著力推進大氣污染防治工作，成效顯著。2016年，SO2排放量相對2014年下降了929.1090 t，有效緩解了人均耕地面積下降對土地生態(tài)安全的不良影響。

土地經(jīng)濟生態(tài)安全指數(shù)趨向于線性增長趨勢，最小值出現(xiàn)在2009年，為0.0264，最大值出現(xiàn)在2016年，為0.3007。2009～2016年，在國家政策的推動下，貴港市財政收入連年增長，人均生產(chǎn)總值、單位土地面積農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值穩(wěn)步上升，土地經(jīng)濟效益不斷加大。連年增長的經(jīng)濟指數(shù)表明經(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢良好，土地經(jīng)濟生態(tài)安全指數(shù)持續(xù)提升，能夠在很大程度上滿足貴港市人民的物質(zhì)需求。

土地社會生態(tài)安全指數(shù)在2009～2016年呈下降趨勢，最小值出現(xiàn)在2016年，為0.0866，最大值出現(xiàn)在2009年，為0.1736，社會生態(tài)安全系統(tǒng)狀況堪憂。貴港市人口壓力大，人口自然增長率超過廣西壯族自治區(qū)水平，人口密度指數(shù)持續(xù)增長，給資源利用、生態(tài)環(huán)境造成較大壓力。城鎮(zhèn)化率逐年增長的同時城市規(guī)模邊界擴張，城鎮(zhèn)土地利用效益并沒有隨之增長，部分新投資產(chǎn)業(yè)收益沒有達到預(yù)想值。貴港市處于平原地區(qū)，城市擴張時多數(shù)情況為農(nóng)用地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，自然資源沒有發(fā)揮出最大價值，生態(tài)環(huán)境卻進一步遭到了破壞。在國家“全面二孩”政策的影響下，按照貴港市人口自然增長率的發(fā)展趨勢，人口增長趨勢將會持續(xù)，人口的增長與有限的資源將給社會生態(tài)子系統(tǒng)帶來沉重的壓力。

圖1 2009～2016年貴港市土地生態(tài)安全綜合指數(shù)動態(tài)變化情況

3.1.3 限制因子識別 土地生態(tài)系統(tǒng)是一個多因子有機組合而成的綜合系統(tǒng)，不同因子在不同時期對土地生態(tài)系統(tǒng)的影響大小不同。采用障礙度數(shù)學(xué)模型計算出因子的障礙度(圖2)，分析各子系統(tǒng)障礙度的變化情況。

從圖2可以看出，2009～2016年間，自然環(huán)境生態(tài)子系統(tǒng)和經(jīng)濟生態(tài)子系統(tǒng)的障礙度曲線走向偏低，社會生態(tài)子系統(tǒng)障礙度指數(shù)卻呈上升趨勢。2009～2011年，障礙度最高為經(jīng)濟生態(tài)子系統(tǒng)，最低為社會生態(tài)子系統(tǒng)。2012～2016年間，自然環(huán)境生態(tài)子系統(tǒng)的障礙度與經(jīng)濟生態(tài)子系統(tǒng)、社會生態(tài)子系統(tǒng)差距明顯，成為限制貴港市土地生態(tài)安全的主要因子。

2009～2011年貴港市人民收入較低，可支配收入較少，經(jīng)濟效益低，限制了土地生態(tài)安全發(fā)展。2011～2016年間，在國家政策的影響下，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化、項目投資連年增加、財政收入日益增長，經(jīng)濟效益得到迅速提高，但是快速發(fā)展第一、第二產(chǎn)業(yè)帶來許多問題，因經(jīng)濟增長粗放帶來的耕地數(shù)量質(zhì)量下降、大氣污染嚴(yán)重、土地利用率低、自然資源嚴(yán)重?fù)p耗等不良后果，自然環(huán)境生態(tài)子系統(tǒng)失衡的負(fù)面影響阻礙了土地生態(tài)安全發(fā)展。激烈的人地矛盾，限制了土地生態(tài)安全，土地社會生態(tài)子系統(tǒng)障礙度上升的趨勢表明人口密度持續(xù)上升以及對資源的需求增長，給貴港市土地生態(tài)安全造成了沉重的壓力。

3.2 縣區(qū)土地生態(tài)安全變化

3.2.1 縣區(qū)土地生態(tài)安全時間動態(tài)變化 貴港市轄三區(qū)一縣一市，包括港北區(qū)、港南區(qū)、覃塘區(qū)、平南縣、桂平市。以縣域為單元，計算三區(qū)兩縣2009～2016年的土地生態(tài)安全綜合指數(shù)，進一步分析縣域土地生態(tài)安全的發(fā)展情況和貴港市土地生態(tài)安全的空間差異。

圖2 2009～2016年貴港市土地生態(tài)安全子系統(tǒng)障礙度變化情況

以縣區(qū)自身為參考，根據(jù)時間變化，計算出2009～2016年間，各縣區(qū)土地生態(tài)安全綜合指數(shù)的變化情況(圖3)。總體上來說，各縣區(qū)的土地生態(tài)安全變化情況與貴港市的變化趨勢大體一致，土地生態(tài)安全綜合指數(shù)增長值較大，生態(tài)安全問題得到一定程度的解決。其中，覃塘區(qū)的土地生態(tài)安全綜合指數(shù)值沒有出現(xiàn)較大的起伏，持續(xù)上升的綜合指數(shù)值表明覃塘區(qū)的土地生態(tài)安全狀況將繼續(xù)優(yōu)化發(fā)展。港北區(qū)、港南區(qū)、平南縣的土地生態(tài)安全綜合指數(shù)，出現(xiàn)反復(fù)波動增減的情況，說明這3個縣區(qū)的土地生態(tài)安全系統(tǒng)發(fā)展不穩(wěn)定，增長的經(jīng)濟效益未能持續(xù)帶動土地生態(tài)安全正向發(fā)展，自然環(huán)境因素和社會因素對其土地生態(tài)安全的影響大于經(jīng)濟因素。桂平市土地生態(tài)安全綜合指數(shù)值的發(fā)展曲線較為平穩(wěn)，綜合指數(shù)值略有上升，土地生態(tài)安全狀況得到一定改善。

3.2.2 土地生態(tài)安全空間分布格局 貴港市縣區(qū)的自然環(huán)境條件、社會經(jīng)濟發(fā)展情況不一，土地生態(tài)安全問題也不盡相同。以自身為參考不能反映出貴港市各縣區(qū)土地生態(tài)安全差異情況，因此，依據(jù)不同縣區(qū)之間指標(biāo)層因子的差異，依據(jù)運算模型得出2009、2016年各縣區(qū)的土地生態(tài)安全綜合指數(shù)(表2)，運用ARCGIS 10.2軟件分析2個時段貴港市的土地安全分布格局(圖4)。

圖3 2009～2016年貴港市各縣區(qū)土地生態(tài)安全綜合指數(shù)動態(tài)變化情況

如表2所示，2009、2016年，土地生態(tài)安全綜合指數(shù)最小值均為港北區(qū)；綜合指數(shù)值2009年最大值為港南區(qū)，2016年最大值為覃塘區(qū)。2009年兩者差距為0.1532，2016年兩者差距增大至0.2473。各市縣平均差值從0.0737增加到0.1211。縣區(qū)之間的土地生態(tài)安全指數(shù)差值由小變大，土地生態(tài)安全空間格局發(fā)展差異化日趨明顯。

覃塘區(qū)生態(tài)安全綜合指數(shù)從第二位上升至第一位，主要原因是人口較少，人均自然資源豐富，人均耕地面積始終位于全市第一，穩(wěn)定增長的經(jīng)濟效益促進了居民生產(chǎn)生活條件改善，可支配收入正向增加。2016年底，農(nóng)民人居純收入位于全市首位，土地利用產(chǎn)生的經(jīng)濟效益緩解了土地承載力。2009年，港南區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值高，生產(chǎn)活動對于化學(xué)藥品依賴弱，水域面積在全市所占比值最大，但是經(jīng)濟增長速度較其他縣區(qū)慢，國民生產(chǎn)總值占全市的比例從2009年的11.90%下降至2016年的9.37%，土地經(jīng)濟生態(tài)系統(tǒng)未能有效帶動土地綜合生態(tài)發(fā)展，土地生態(tài)安全發(fā)展較劣于較其他縣區(qū)。港北區(qū)是貴港市經(jīng)濟政治中心，城鎮(zhèn)化率高，經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r較好，但是港北區(qū)耕地等自然資源相對其他縣區(qū)較少，隨著城市化腳步的加快，進一步破壞了自然環(huán)境系統(tǒng)，污染氣體排放量在全市最多，為獲取更多經(jīng)濟效益的同時與生態(tài)保護之間的沖突進一步加劇。2009～2016年期間，平南縣經(jīng)濟效益提高的同時人口數(shù)量增加快，2016年平南縣的人口增長速度為全市最快，物質(zhì)需求的增長與有限的自然資源之間的矛盾阻礙了其緩解土地生態(tài)安全壓力的進程。桂平市較其他縣(市)土地生態(tài)安全狀況發(fā)展平穩(wěn)，經(jīng)濟增長的速度彌補了自然資源與社會條件發(fā)展的不良后果。

表2 貴港市各縣區(qū)土地生態(tài)安全綜合指數(shù)差異

4 結(jié)論與啟示

4.1 結(jié)論

貴港市2009～2016年間土地生態(tài)安全指數(shù)增長幅度較大，緊張的土地生態(tài)安全問題得到了一定緩解，但是人地矛盾日趨激烈，說明土地生態(tài)安全壓力問題沒有得到根本解決，需要采取適當(dāng)措施防止土地生態(tài)進一步惡化。依據(jù)準(zhǔn)則層的障礙度指數(shù)，研究前期，準(zhǔn)則層中經(jīng)濟生態(tài)子系統(tǒng)對土地生態(tài)安全的影響最大，研究后期則是自然環(huán)境生態(tài)子系統(tǒng)影響較大。社會生態(tài)子系統(tǒng)障礙度上升，加快的人口增長速度將進一步激化人地矛盾，在有限的自然資源情況下，根本上解決了貴港市土地生態(tài)安全問題帶來的巨大困擾。

貴港市各縣區(qū)土地生態(tài)安全狀況對比自身而言，發(fā)展動態(tài)與貴港市一致，均呈上升趨勢，但是增長幅度各不相同，土地生態(tài)安全發(fā)展情況不一致，土地生態(tài)安全指數(shù)差距從小到大發(fā)展，各縣區(qū)土地生態(tài)安全狀況差異化發(fā)展。

4.2 啟示

土地利用持續(xù)動態(tài)變化，國家政策指導(dǎo)對其影響深遠。貴港市應(yīng)進一步加強耕地保護工作，實現(xiàn)“三位一體”，落實耕地保護責(zé)任，守住永久基本農(nóng)田紅線，嚴(yán)防耕地數(shù)量質(zhì)量下降。在響應(yīng)國家人口新政策的同時，加強科學(xué)技術(shù)研究，將學(xué)術(shù)成果應(yīng)用于實踐生產(chǎn)生活中，提高土地利用效率，提升經(jīng)濟效益，滿足人民生活需求，緩解人地矛盾。進一步落實環(huán)境保護政策，強化節(jié)能環(huán)保工作，減少大氣污染，降低農(nóng)業(yè)化肥等化學(xué)用品在農(nóng)用地的使用，例如港北區(qū)，應(yīng)加大力度控制污染氣體排放，從源頭解決問題，推動華電集團等企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。通過優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增加第三產(chǎn)業(yè)比重，發(fā)展綠色循環(huán)經(jīng)濟，例如桂平市，應(yīng)深度挖掘第三產(chǎn)業(yè)潛力，促進特色旅游業(yè)的發(fā)展，提高第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值，減少對第一產(chǎn)業(yè)的依賴。貴港市各市縣間要形成優(yōu)勢互補、良性互動的關(guān)系，例如人口較多的平南縣可以通過農(nóng)業(yè)人口進城落戶的方式向城鎮(zhèn)化較高、人口較少的港北區(qū)轉(zhuǎn)移，減輕土地人口承載力，改善土地生態(tài)安全情況，縮小各市縣土地生態(tài)安全差距實現(xiàn)，實現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。

圖4 貴港市各市縣土地生態(tài)安全指數(shù)空間分布格局