環首都綠色經濟圈土地生態安全評價研究

李榮華 張凌愷 劉欣 秦彥杰

[摘要]環首都綠色經濟圈土地生態安全對京津冀區域生態平衡與可持續發展具有重要意義。根據環首都經濟圈土地利用特點，從經濟、社會和自然因素三方面構建了生態安全評價體系，并通過層次分析法確定指標權重，對環首都綠色經濟圈2000～2015年土地生態安全進行了分析評價。結果發現環首都經濟圈2000年的土地生態安全均處于良好級，2015年處于敏感級，土地生態安全的風險在增大，有惡化的趨勢。

[關鍵詞]環首都綠色經濟圈;土地;生態安全;指標權重;層次分析法

[中圖分類號] F061.6[文獻標識碼]A

在京津冀協同發展大背景下，隨著北京市非首都功能的轉移，北京的輻射作用加強，環首都綠色經濟圈區域作為北京輻射的第一受益區，承接北京非首都功能具有得天獨厚的優勢。在未來的發展期間，該區域產業結構、土地格局受北京的輻射面臨巨大契機和挑戰。首先，區域經濟快速發展過程中會帶來快速城市化、土地利用強度增大、變化速率加快等效應，增大的人口壓力和相對有限的資源，在急劇的城市化和經濟發展壓力下，給資源環境帶來巨大壓力，對區域的可持續發展和生態環境提出了嚴峻的挑戰;其次，區域內山地丘陵占區域總面積的65%以上，而山地丘陵區為生態脆弱區，對環境變化敏感，經濟活動可能對生態環境產生更大的且不可逆影響，因此，環首都綠色經濟圈生態安全對京津冀區域生態平衡與可持續發展具有重要意義。

1 研究區概況及數據來源

1.1 研究區概況

“環首都綠色經濟圈”行政范圍包括保定市的涿州市、淶水縣，張家口的涿鹿縣、懷來縣、赤城縣，承德的豐寧縣、灤平縣、興隆縣（增補），廊坊的廣陽區、安次區、三河市、大廠縣、香河縣、固安縣等14個縣（市、區）。平均高程1016.55m，整體地形起伏較和緩?？偯娣e30233.93km2，截止至2015年底，總人口516.63萬人，地區生產總值1306.25億元。水資源總量為30.85億m3，水資源總量嚴重不足，氣候為大陸性季風氣候特征，冬日寒冷少雪，夏日炎熱多雨。春日干燥，風沙盛行，秋日晴朗，冷暖適中。土壤類型主要有褐土、棕壤、潮土、石質圖、粗骨土等17種類型，其中褐土分布范圍最廣，占45.07%。礦產資源豐富，種類多、儲量大。

1.2 數據來源

矢量數據均來源于河北省科學院地理科學研究所“河北省生態本底數據庫”，2000年和2015年的土地利用數據來源根據遙感影像的解譯。其中，2000年的數據選用美國陸地衛星 Landsat-5 星和 Landsat-7 星上的2、3、4波段數據，并分別賦予紅、綠、藍三種顏色，建立每個波段的灰度與彩色的變換關系，再將變換結果合成得到假彩色合成圖像。2015年的數據采用中國資源衛星應用中心提供的中巴地球資源衛星01星數據。

2 研究方法

2.1 土地生態安全評價體系的構建

依據環首都綠色經濟圈土地利用特點，從經濟、社會和自然因素三方面構建評價體系，如表1所示。

2.2 土地生態安全評價指標權重

在土地生態安全的評價中，一般研究多采用層次分析法來確定指標權重，土地生態安全評價指標體系的遞階層次結構分為三層。其頂層為目標層;第二層次為因素層，分為經濟因素、社會因素和自然因素三個次級目標;第三層次為指標層，為體現因素各個方面的指標。

在構造判斷矩陣中，研究對AHP方法進行了改進，對每一層次分別構造判斷矩陣，即對因素層建立判斷矩陣;為便于指標間可比性的表達以及實現專家的準確性判斷，以土地生態安全評價的次級目標作為一個獨立的體系，即分經濟安全，社會安全與自然安全3個因素層次構建判斷矩陣。

其方法為：設有n項指標，要確定各項指標的相對重要性，請專家對任何兩項指標進行重要性比較判斷，并以b或1/b表示比較的相對重要性，b為整數，且b∈[1，9]。以i，j 表示兩個指標，若相對重要性的值aij = b，表示i指標比j指標重要b倍，則aij = 1/aji。由此可以構造判斷矩陣A：

各指標的權重值wi的計算公式為：

然后由次級目標的權重值與各個次級目標所包含指標的權重值相乘，計算各指標的權重總排序。

初步完成權重值計算后，必須進行一致性檢驗，在本研究中要對各個判斷矩陣分別進行一致性檢驗，即判斷矩陣的最大特征根必須通過一致性檢驗，以判斷矩陣A為例，其一致性檢驗過程為：

由下式求出W的排序權重

式中：A為判斷矩陣;為最大特征根;W為最大特征根對應的特征向量。

由歸一化的初值向量，計算直至收斂，則，于是當CI和RI值比較可檢驗結果的一致性，矩陣滿足認為判斷矩陣滿足一致性檢驗，根據層次分析法確定的各評價指標的權重值見表1。

2.3 評價指標安全指數

Y（ i）、X（ i） 和P（ i）分別為第i 個評價指標的基準值、實際值和安全指數，0 ≤P（ i） ≤1，則：

正安全趨向性指標：當X（ i） ≥Y（ i），則P（ i）= 1;當X（ i） < Y（ i），則P（ i） = X（ i）/Y（ i） ×100 %;負安全趨向性指標：當X（ i） ≤Y（ i），則P（ i）= 1，當X（ i） > Y（ i），則P（ i） = Y（ i）/X（ i） ×100 %。

據此，分別計算2000和2015年各指標的土地生態安全指數（見表2）。

2.4 土地生態安全評價

采用加權求和的方法，確定土地生態綜合安全值的計算模型：

式中：T 為土地生態安全值;n為指標項數;Pi為各指標安全指數;W i為各指標權重。

據此，分別計算2000和2015年的土地生態安全綜合指數，結果如表3所示。

借鑒同類研究基礎，將環首都綠色經濟圈土地生態安全分為安全級（>0.80）、良好級（0.60-0.80）、敏感級（0.50-0.60）、風險級（0.40-0.50）和惡劣級（≤0.40）五個等級。

3 土地生態安全評價結果分析

分析上述計算結果，環首都經濟圈2000年的土地生態安全均處于良好級，2015年處于敏感級，土地生態安全的風險在增大，有惡化的趨勢。

環首都經濟圈各縣2000年土地生態安全處于惡劣級有2個，分別為香河縣和三河市，2015年處于惡劣級分別是香河縣和涿州市;2000年土地生態安全處于風險級有5個，分別是固安縣、大廠縣、廊坊市、涿州市、淶水縣，2015年減少為4個，分別是固安縣、大廠縣、三河市、廊坊市;2000年土地生態安全處于敏感級有1個，為興隆縣，2015年增加為2個，分別是興隆縣、淶水縣;2000年土地生態安全處于良好級有5個，分別是灤平縣、豐寧縣、懷來縣、涿鹿縣、赤城縣，2015年未發生變化。與2000年相比，2015年共有3個縣市土地生態安全級別發生變化，分別為涿州市、淶水縣、三河市。

從區域角度分析，環首都經濟圈各區縣土地生態安全程度相差較大。2015年，位于北京市西部和北部的幾個山區縣，如興隆縣（0.593）、灤平縣（0.649）、豐寧縣（0.639）、淶水縣（0.509）、懷來縣（0.621）、涿鹿縣（0.658）和赤城縣（0.691）等，土地生態程度明顯較好，土地生態安全指數絕大部分在0.6以上，屬于良好級，這與該地區生態環境較好，森林和草地面積較大，人口密度小，土地利用程度較低等因素有直接的關系。位于北京市南部和東部的幾個平原縣（市、區），如固安縣（0.406）、香河縣（0.389）、大廠縣（0.436）、三河市（0.449）、廊坊市區（0.500）和涿州市（0.377）等，土地生態安全程度則普遍較差，土地生態安全指數均處在≤0.5的風險級，香河縣和涿州市甚至處于≤0.40的惡劣級，說明這些地區的土地面臨較大的生態安全風險，原因是該區域地處平原區，土地開發較早，森林、草地等自然植被很少，耕地、建設用地面積較大，人口稠密，經濟發達，土地利用程度很高，土壤污染問題嚴重，土地生態安全面臨較大的威脅。

4 結論

通過對環首都綠色經濟圈土地生態安全評價的研究發現，環首都綠色經濟圈整體土地生態安全的風險在慢慢增大，有惡化的趨勢。且各區域之間土地生態安全程度有明顯差異，部分土地生態程度明顯較好，部分土壤污染問題嚴重，土地生態安全面臨較大威脅。因此不僅要注重環首都綠色經濟圈生態安全對京津冀區域生態平衡與可持續發展，還要注重區域協同綠色發展，土地生態安全是環首都綠色經濟圈發展的關鍵所在。

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