京津冀地区土地生态安全评价与调控研究

揭昌亮　石峰

摘要：针对已有研究存在的不足，提出运用熵权灰色关联法评价区域土地生态安全状况，并以京津冀地区2000-2012年的数据进行了实证。结果表明：最近十多年来，该区域的土地生态安全状况经历了快速恶化和缓慢恢复两个过程，其中2000-2006年为持续恶化时期，2007-2012年安全状况尽管趋于好转，但由于生态环境欠账太多，恢复非常缓慢，并且非常不稳定；各子系统对总系统生态安全的贡献率大小依次为响应子系统>压力子系统>状态子系统，因此需有针对性地对各个子系统及总系统进行调控。

关键词：土地生态安全；评价；调控；京津冀地区

土地利用是导致全球环境变化的重要因素之一。近年来，随着国内经济社会的快速发展，土地利用矛盾日益突出。土地生态安全评价为监测和分析样本地区土地利用格局和变化过程提供有力工具。目前，已有不少土地生态安全评价模型和相关评价研究工作。但是，由于土地利用生态系统本身的复杂性以及人类对其影响的不确定性，导致对土地生态安全评价的研究还处于不断探索阶段，学者们大都是从评价对象、评价体系、评价方法等方面对已有研究进行补充、完善。首先，从研究所选取的对象来看，目前国内土地生态安全评价研究对象主要有两类：一类是以地理区、生态区等自然地理景观为主；另一类则以受人类活动影响显著地区如行政区、经济区为主，且多集中在省域和市域尺度。其次，从研究所采用的评价方法来看，综合指数法是应用较广的一种评价方法，在该方法下，由于对指标权重的处理不同，又可分为德尔菲法、层次分析法、熵值法、变异系数法等。除此之外，物元模型法、BP神经网络法、主成分聚类分析法、生态足迹法等也被学者们用来进行这方面的评价工作。最后，从评价所构建的指标体系来看，学者们主要是采用系统分解法，将土地生态系统分解为土地生态“自然一经济一社会”三个子系统，再选取适宜的评价指标对各子系统进行定量评价，最后通过对各子系统持续性的叠加，确定整个系统的安全等级；也有学者部分利用土地生态“压力-状态-响应”（PSR）框架建立指标体系。

但是，已有研究也存在不同程度的缺陷与不足。首先，在评价方法上，由于土地利用生态系统涉及社会、经济和自然环境等诸多因素，因素信息的不确定性和不完全性，使得该系统成为一个灰色系统。然而，传统的评价方法往往忽略了这一点，这将直接影响到评价结果的客观性和精准性。其次，在评价对象选取上，已有研究多限于中、小尺度的流域、库区、生态区、省域和市域等，而对城市圈（群）的土地生态安全问题则较少涉及。最后，已有大部分研究都集中于静态评价方面，即评价某一时点区域土地资源的生态安全状况或是对少数几个时段的土地生态安全变化的简单分析，基于较长时间序列的动态分析还比较少。而对一定时间序列内区域的土地生态安全状况和趋势展开定量分析，是实现该区域土地利用动态优化配置和调控的重要前提与途径。

针对以上不足，本文提出运用熵权灰色关联法来评价区域的土地生态安全状况，并以京津冀地区2000-2012年的数据为例进行了实证。由于地缘、地势、河流的特点，京津冀区域具有先天的土地生态关联，并具有土地生态全局调控的政治优势，2014年京津冀一体化发展作为国家发展战略再次被强调使这一生态联系更加牢固。本文对该区域的土地生态安全状况进行评价，并分析其动态变化趋势和调控方向，以期丰富已有土地生态安全评价成果，也为该区域土地利用规划与政策制定提供决策依据。

一、研究区概况与数据来源

（一）研究区概况

本文选择京津冀地区为评价样本，包括北京、天津以及河北全部地区在内。该地区是我国重要的政治、经济和文化区域，也是继“长三角”、“珠三角”之后第三个最具活力的城市群。2000至2012年，京津冀地区城镇人口比例平均增速为3.51%，高于3.15%的全国平均增速。2012年，京津冀地区城镇人口比例达到58.93%，高于全国52.57%的平均水平，其中，北京和天津已进入高度城镇化阶段，城镇人口比例分别为86.20%和81.55%，超过世界较发达地区人口城市化平均水平。

随着社会经济的发展和城市化的推进，该区域的土地开发建设强度亦不断扩大，正不断逼近承受的极限。根据《京津冀发展报告（2013）——承载力测度与对策》测算，京津冀地区土地资源人口承载力可达17080.75-19101.07万人，人口密度可达1023.97-1145.08人/km2。而统计数据显示，北京市2012年常住人口已达2069.3万人，人口密度由1999年的766人/km2增加到2012年的1261）k/km2；天津市2012年常住人口为1413.2万人，人口密度由1995年的790人/km2增大到2012年的1202.3人/km2；均已超出了土地资源人口承载力。河北省2012年人口密度虽然仅为388人/km2，相对京津仍然较小，但也近3倍于全国平均水平，并且由于境内山区面积广阔，生态用地要求大，后备土地资源空间有限。因此，整体来看，该区域土地资源综合承载力偏低，人口与土地资源的矛盾状况严重。

（二）数据来源

本文用于分析的基础数据主要来自《北京统计年鉴》、《天津统计年鉴》、《河北统计年鉴》（2001-2013），《中国城市统计年鉴》（2001-2013）；各地区土地利用统计资料来自京津冀地区2000-2012年土地利用变更调查资料。

二、京津冀地区土地生态安全评价与调控模型

（一）土地生态安全评价指标体系的构建

影响土地生态安全的因素是多方面的，且不同因素之间又相互联系、相互影响。PSR模型从人类与资源环境系统的相互作用与影响出发，对环境指标进行组合分类，具有较强的系统性。因此，文中以PSR概念模型为基础，参考现有土地生态安全的评价指标体系，并考虑到京津冀地区的实际情况，遵循科学性、实用性、可操作性等原则，构建了一套适用于京津冀地区土地生态安全评价的指标体系，如表1所示，该指标体系分为四个层次，包括目标层、项目层、因素层和指标层，共18项指标。

（二）基于熵权灰色关联法的土地生态安全评价模型

正如前面强调的，土地生态系统是一个复杂的人地复合系统，涉及社会、经济和自然环境等诸多因素，评价对象所包含的信息大多是“部分已知、部分未知”的灰色信息，这都使得土地生态安全评价中存在不确定性和不完全性。在这种情况下，基于灰色关联度的灰色综合评价法不失为一种可供选择的方法。作为一种尝试，本文拟将该方法应用于区域的土地生态安全评价中。另外，考虑到在传统的灰色综合评价模型中，通常是取关联系数的算术平均值（即关联度）作为综合评价系数的，这对于评价对象的考察属性较少且同层各属性程度差异不大的情况是适用的，但是却不适合于评价指标体系具有多目标、多层次特点，且同层各指标对综合评分值的重要性有较大差异的情况。因此，必须区分各指标的权重。为此，本文引入熵值法。在上述两种方法的基础上，本文对研究区土地生态系统的安全状况进行动态评价的基本思路是：首先，用灰色关联方法将各评价指标的原始数据转化为灰色关联系数，并用熵值法确定各评价指标的权重；在此基础上，通过计算加权灰色关联度，并以此作为测度评价区域土地生态系统安全状况的综合指标。

设土地生态安全系统S中共有m（m>1）个参评单元，设i（i=1，2，…，m）为所有参评单元的序号，再设土地生态安全评价的指标共有n（n>1）个，k（k=1，2，…，n）为评价指标的序号。那么，u就是第i年的第k个评价指标的评价值。

三、结果与分析

（一）京津冀地区土地生态安全动态评价

根据上面建立的基于灰色关联分析法和熵值法的土地生态安全评价模型，计算2000-2012年京津冀地区土地生态安全综合指数，以及三个子系统的土地生态安全综合指数。如图1所示。从图中可以看出：

1.在2000-2012年的13年中，研究区的土地生态压力指数基本呈平缓上升态势，由期初的0.1194增加至期末的0.1573，主要原因在于不断增大的人口密度正逼近土地承载的极限，而城市化的推进对土地资源的压力也在不断加大。但从增长幅度来看，十多年来年均增幅仅为2.65%，特别是2006年以后，数值几乎无明显变化。压力子系统的各项指标代表了人类开发利用土地资源的强度，较高的土地生态压力指数往往反映人们提高了对土地的依赖。研究区土地生态压力指数缓慢上升，但变化不大，应该是有着正负两方面的效应并存的结果：从负的方面来看，近年来该区域城市化速度加快，伴随其中的是人地矛盾日趋尖锐，导致土地生态压力增大；另一方面，从“十一五”开始，国家制定一系列节能减排措施，加大对环境的整治力度，导致社会经济活动的资源消耗下降，对土地生态系统的破坏程度也在减小，这些都有效抑制了土地生态系统恶化的趋势，两者的共同作用使得研究区的土地生态压力指数呈现稍微增大。

2.研究期内，土地生态状态指数变化先后经历了三个“先升后降”的波动过程，界点分别是2004年、2007年和2010，目前正处于第四个波动周期的下降过程中。这反映出，随着社会经济的不断发展，研究区内土地利用结构和土地质量变化较为剧烈。这是由该区域土地资源利用强度偏高，而土地生态承载能力减弱的现实所决定的。20世纪90年代末，京津冀地区的优势地类为耕地、林地和草地，占总面积的72.32%。近年来，随着城市化进程的加快和投资规模的增长，建设用地需求不断增加，城市周围大量耕地被转为建设用地。据统计，从2000年到2010年，全区耕地面积减少72.22万公顷，减少幅度达到9.3%，而期间建设用地面积增长了21.1%。在土地质量方面，受西北地区环境恶化以及自身经济活动的影响，研究区正面临着水土流失、土地沙化、沙尘暴、环境污染和退化等问题。这些都加剧了土地生态状态指数的向下波动。

3.从2000-2012年，研究区的土地生态响应指数总体呈上升趋势，除2006年出现暂时性下降外，其余年份均呈逐年上升趋势，说明期间研究区的土地生态支撑能力在不断增强。分阶段来看，响应指数在2006年前增长一直都比较缓慢，这是因为，与国内其它地区相比，该区域土地资源储量并不丰富，又属人口和工业活动集聚区，土地生态系统自身受到破坏比较严重，支撑经济社会发展的能力有限；以2006年为转折点，响应指数上升趋势开始加速，这一方面与近五年来，该区域不断加大环境治理和生态保护投入，水源涵养、湿地保护以及退耕还林、还草工程等一系列措施的实施，有效发挥了自然响应因子对土地生态响应子系统的提升效应有关；另一方面也与该子系统下社会经济响应各指标的值均远远高于标准水平有关。所以综合来看，研究区土地生态响应子系统的安全状况评价结果较优。

4.从综合评价结果来看，在2000年到2012年这段时间内，研究区的土地生态安全状况以2006年为分水岭，经历了快速恶化和缓慢恢复两个阶段。其中，2000-2006年为持续恶化时期，并在2006年达到峰值，即社会、经济活动对土地生态系统安全的压力达到最大。原因主要是，进入新世纪以后，该区域社会、经济发展迅速，对土地生态系统的消耗和破坏也日趋激烈，但由于人类活动对环境的影响往往有滞后性，因而前几年的一些危害土地生态安全的行为最终集中于该段时间发生。2006年后，尤其是2008年北京奥运会的申办，给该区域的土地生态系统发展带来了很好的契机，土地生态安全总指数开始表现为回升态势，由2006年的0.5156上升到2012年的0.6198，但状态非常不稳定，中间在2009年、2011年又出现了几次不同程度的下降与退化。这又说明近五年来，尽管研究区加大了对环境的整治力度，社会、经济活动对土地资源的消耗和破坏程度趋于减轻，从而促使土地生态系统安全状况趋于好转，但是由于起步较晚，加之政策稳定性、延续性不够，造成研究区土地生态系统恶化的趋势尚没有得到有效的遏制，土地生态压力指数依然在缓慢增长，而土地生态状态指数却在同步缓慢下降，2012年甚至出现“土地生态超载”，即生态压力指数大于生态状态指数。

5.分指数来看，研究区在三大指标类型中，土地生态压力指数和状态指数在综合指数中的贡献率基本无大的变化，相应的土地生态响应指数贡献率却在逐步提高。在2000-2012年期间，土地生态安全总指数曲线与土地生态响应指数曲线变化趋势基本一致，而与土地生态压力指数曲线呈现对称变化趋势：土地生态压力高时，土地生态安全水平就低；相反，土地生态压力低时，土地生态安全水平就高。这一方面说明，土地生态响应子系统对京津冀地区土地生态安全的贡献率要大于其他子系统，以致在土地生态压力不断增大、土地生态承载能力逐渐减弱的情况下，仍然能够实现土地生态安全状况的改善；另一方面也反映出，近十多年来该区域土地生态安全指数上升，主要是由于土地生态响应增强所致，而非压力指数减小所致。

（二）京津冀地区土地生态安全调控

以研究区2012年数据为基础，依据上述建立的土地生态安全评价模型和调控模型，分别得到京津冀地区在以上7种情景下的土地生态安全指数及敏感变化百分率，如表2所示。研究区土地生态安全系统调控结果分析如下：

情景1：只改变压力子系统的7个指标，敏感变化率为2.3323%，变化速度大于1%但小于浮动率5%，说明压力子系统对总系统土地生态安全的贡献率较小，但超过平均数；

情景2：只改变状态子系统的6个指标时，敏感变化率为0.9209%，变化速度小于1%，说明状态子系统对总系统土地生态安全的贡献率最小，低于平均数；

情景3：只改变响应子系统的5个指标，敏感变化率为4.3343%，变化速度接近5%，说明响应子系统对总系统土地生态安全的贡献率较自然子系统大，因此对响应子系统各因子的作用应引起足够重视并加以强化；

情景4：只改变压力子系统、状态子系统的13个指标时，敏感变化率为0.9910%，变化速度小于1%，说明压力子系统、状态子系统构成的综合系统对总系统土地生态安全的贡献率最小，低于平均数；

情景5：只改变压力子系统、响应子系统的12个指标时，敏感变化率为4.4344%，变化速度接近5%，说明压力子系统、响应子系统构成的综合系统对总系统土地生态安全的贡献率较高；

情景6：只改变状态子系统、响应子系统的11个指标时，敏感变化率为3.7237%，说明状态子系统、响应子系统构成的综合系统对总系统土地生态安全的贡献率一般；

情景7：同时改变总系统的18个指标时，敏感变化率为5.9660%，明显高于5%，说明在土地压力、状态、响应生态安全指标的共同作用下，研究区土地生态安全水平对土地生态系统因子非常敏感，土地生态系统因子的小变化会引起土地生态安全水平更大幅度的变化。同时，这也说明，目前京津冀地区的土地生态环境结构非常脆弱和不稳定。

四、结论与讨论

1.本文利用建立的区域土地生态安全评价模型，对京津冀地区2000-2012年的土地生态安全水平进行动态评价。结果表明，以2006年为分界点，十多年来该区域土地生态系统的安全状况经历了快速恶化和缓慢恢复两个过程，近五年来安全状况尽管趋于好转，但由于生态环境欠账太多，恢复非常缓慢，并且非常不稳定。

2.近十多年来，研究区土地生态安全指数上升，主要是由于土地生态响应增强所致，而非压力指数减小所致。因此，在调控时，对响应子系统各因子的作用应引起足够重视并加以强化，以充分发挥诸因子对土地生态安全水平的提升效应。

本文从土地生态安全的不确定性和不完全性出发，将灰色关联度法应用于土地生态安全综合评价中，同时引入熵值法计算权重系数，既更加有效的利用了指标信息，又很好的解决了评价指标较多且同层各指标重要程度差异较大的问题，使得评价结果更为客观，可信度更高。但由于此方法的应用在土地生态安全评价研究领域尚属尝试，在评价指标体系构建、土地生态安全标准与等级划分等方面仍需进一步探讨和完善。