山地城镇化进程中土地生态安全动态评价研究
——以贵阳市为例

熊 勇, 赵翠薇

(贵州师范大学 地理与环境科学学院, 贵阳 550001)

山地城镇化进程中土地生态安全动态评价研究
——以贵阳市为例

熊 勇, 赵翠薇

(贵州师范大学 地理与环境科学学院, 贵阳 550001)

为促进其土地资源可持续利用及其未来生态环境质量改善和生态安全规划管理提供依据，对贵阳市近20 a来的土地资源生态安全状况进行动态评价研究。基于P-S-R模型构建城市化驱动力下土地生态安全评价指标体系，采用多指标综合评价法计算土地资源生态安全水平，利用SPSS软件和GM(1,1)模型进行相关性分析与短时间序列预测。结果表明：近20 a贵阳市土地生态安全指数1992—2000年处于恶化级、2001—2009年处于风险级、2010—2011年处于敏感级，总体呈波动上升趋势，但基本处于不安全状态；人类社会经济活动的响应对土地资源生态安全的影响较大；预测在2011年后5 a内该区域压力值、状态值、响应值和综合值均呈上升趋势，土地生态环境良性循环发展潜力具大,但生态系统脆弱且敏感性显著等问题一直存在。控制人口增长，优化人口结构，加快转型发展，构建绿色经济生态体系，统筹城乡协调发展，优化合理利用土地，探索节约集约用地的新型城镇化模式，加大环境保护力度，建立生态补偿机制是保护贵阳市土地资源生态安全的合理性对策。

PSR模型; 土地生态安全; 熵权法; 城镇化; 贵阳市

土地是各种社会经济和生态功能的载体。土地生态安全强调土地生态系统自身的健康和可持续性、对人类提供稳定的生态服务质量或保障能力。改革开放以来，工业化、城镇化进程不断加快，城市化水平不断提升，人口不断向城市集聚并膨胀，导致人地矛盾日益尖锐，土地生态质量不断下降，严重影响了土地资源的可持续利用和人类社会的可持续发展。因此，研究城市化背景下土地生态安全对缓和人地矛盾，促进人口、资源、环境和社会经济协调发展具有重要意义。

国内目前对土地资源生态安全的研究，主要表现在以下几个方面：一是从土地可持续利用与土地资源生态安全角度进行评价研究，主要研究领域集中在区域土地[1-2]、城市及经济核心区[3-4]、农业[5]、小流域[6]、水资源[7]、湖泊湿地[8]等方面；二是对土地生态系统、土地生态安全问题进行结构性诊断及预警机制等研究[9-10]；三是土地资源生态安全设计，主要包括以生态安全为前提的土地利用结构优化和土地利用安全格局方面的设计[11-12]。

以城镇化驱动力为背景的区域土地生态安全评价研究相对较少[13-14]。山地城市生态脆弱，对山地型城市的贵阳市土地生态安全的评价和研究鲜见报道。在贵州省大力推进城镇化建设的背景下，土地生态安全形势更加严峻。以贵阳市土地资源生态安全作为研究对象，构建评价指标体系，探讨城镇化进程中土地资源生态安全问题，为贵阳市土地资源的可持续利用提供参考。

1 研究区概况

贵阳市地处黔中山原丘陵中部，长江与珠江分水岭地带。地理位置介于东经106°07′—107°07′，北纬26°11′—27°22′。地貌属山地丘原盆地地区，其中，山地面积4 218 km2，占全市总面积的52.5%；丘陵面积2 842 km2；坝地较少，仅912 km2，是一个典型的山城。属亚热带湿润温和型气候，具有明显的高原性季风气候特点，年平均气温15.3℃左右，年均降水量1 197～1 248 mm。总地势西南高、东北低，苗岭横延市境，岗阜起伏，剥蚀丘陵与盆地、谷地、洼地相间。市中心平均海拔1 000 m，海拔高差达1 256 m。

1996年前全市辖6区(云岩区、南明区、花溪区、乌当区、白云区、小河区)，1996年后行政区调整新增3县1市(开阳县、息烽县、修文县、清镇市)，全市土地总面积8 034 km2。2011年，贵阳市年末总人口为439.33万人，人口密度达546.84 人/km2；完成国内生产总值1 383.07亿元,GDP增速为17.1%，人均GDP为31 481元,三次产业结构为4.6∶42.4∶53。城镇化水平69.20%，从近10 a看，2000年贵州省城镇化率为23.96%，而同期贵阳市为61.19%；再从各地区比较看，以2010年为例，全省城镇化水平为33.81%，排名第一的贵阳为68.13%，第二位遵义35.02%，第三位安顺30.04%，其余6市(地、州)均在30%以下，可以看出贵阳市城镇化进程速度一直在全省处于快速领先地位。

2 研究方法

2.1 指标体系的建立

土地资源安全是指一个国家或地区可以持续地获取，并能保障生物群落(人类)健康和高效能生产及高质量生活的土地资源状态或能力[15]。城镇化内涵丰富，包括经济、产业结构、人口、空间、生活方式以及文明程度城镇化等多层面内容[16]。土地资源是生态环境系统的重要组成部分，城镇化进程中不可避免会对土地资源生态系统带来影响，同时，土地问题作为城镇化进程中的核心问题，城镇化过程的任何一个层面和阶段又都会受到土地生态环境不同程度的限制和约束。因此，土地生态安全评价指标体系是一个人口、经济、资源、环境和社会等方面的复合系统。本研究有针对性的根据城镇化这一背景进行土地生态安全动态分析，因此在构建评价指标体系时，不仅要考虑土地生态环境状态，还要具体地反映城镇化进程中对土地生态安全有重要影响的经济、社会各方面的因素。

20世纪80年代末，联合国环境规划署(UNEP)和经济合作与发展组织(OECD)共同提出了环境指标的P-S-R概念模型，即“压力(Pressure)—状态(State)—响应(Response)”模型[3]。在P-S-R框架内，环境问题可以表述为3个不同但又相互联系的指标类型：压力指标反映人类活动给环境造成的负荷；状态指标表征环境质量、自然资源与生态系统的状况；响应指标表征人类面临环境问题所采取的对策与措施。P-S-R模型从人类与环境系统的相互作用与影响出发，对环境评价指标进行组织分类，不仅强调人类活动和经济发展及其对环境的影响，还深刻的反映了生态系统在自然生态系统、社会经济系统之间的相互作用机理，具有较强的系统性，是评价人类活动与资源环境可持续发展方面比较完善、权威的体系[17]。

表1 城镇化驱动力下土地生态安全评价指标体系建立

注：1)文中城镇化水平采取综合指标法：(非农人口比重和非农GDP比重运用特尔菲法各赋予权重0.8和0.2加权平均计算[19]；2)指标权重计算方法见2.2.2。

本文基于P-S-R模型，结合贵阳市土地生态环境现状和在城镇化进程中对土地生态环境有重要影响的自然、社会、经济等各方面实际因素，依据指标选取的科学性、系统性、全面性、动态性和数据易获得性等原则，参考和学习借鉴其他学者在区域生态安全评价研究相关成果[10,13-14,18]的基础上，构建了以土地生态安全为目标、共42个指标的城镇化驱动力下土地生态安全评价指标体系框架模型(表1)。其中，“压力”即指人类活动对环境所造成的负荷，包括自然和人为原因，从人口、社会经济、自然、工业化城市化压力等方面构建；“状态”即在上述压力下土地生态安全所处的状态，从资源、环境、利用、城市化与城市发展状态等方面构建；“响应”则是为延续土地生态可持续发展所采取的策略措施，从环境、经济、人文、城市化与城市发展响应等方面构建。

2.2 评价方法

2.2.1 数据来源 研究主要以1993—2012年《贵阳(统计)年鉴》、《贵州六十年》、贵阳市统计信息网(http∥:www.gygov.gov.cn)、贵阳市水利局(http∥:jjzd.gygov.gov.cn)、贵阳市生态文明建设委员会(http∥:www.ghb.gov.vn)统计公报等为主要数据来源。

2.2.2 数据处理

(1) 数据标准化。将贵阳市1996年前的土地总面积统一到1996年后调整的行政区土地面积标准上来。根据指标因子对土地生态安全的影响，将选取的指标划分为正安全趋向性指标和负安全趋向性指标，正趋向性指标值越大，表征土地安全状况越好；负趋向性指标值越大，表征土地安全状况越差。(指标解析及性质(正/逆)见表1)为消除不同的评价指标数据性质带来的正负取向、量纲和数量级等差异影响，文中采用极差变换法进行标准化处理，具体计算公式为：

设原始数据矩阵为：

式中：Xij——第n年第m个指标的数值。

(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)

(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)

式中：Xij′和Xij——第i(i=1,2,…,n)年第j(j=1,2,…,m)个指标标准化后的数据和指标原始值；maxXij，minXij——第j指标的最大值和最小值。

(2) 指标权重的确定。评价指标权重的确定是进行生态安全评价的关键，它关系到评价结果的准确性。目前确定权重的方法较多，主要有AHP法、PCA法、专家评分法、经验估算法、聚类分析法等，文中采用客观的熵权法确定各评价指标的权重。熵权法是一种在综合考虑各因素提供信息量的基础上计算一个综合指标的数学方法，主要依据各指标传递给决策者的信息量大小来确定权重，消除了人为因素的影响。

(3) 土地生态安全综合指数。定义土地生态安全综合指数为ESI，数学模型为：

式中：ESI——土地生态安全综合指数；Hj——第j个指标的熵值；wj——第j个指标的权重；Xij′——第i(i=1,…,n)年第j(j=1,…,m)个指标标准化后的数据。

2.2.3 土地生态安全等级标准确定 依据计算所得的土地生态安全综合指数，参考相关文献[13-14,20]分级方法，在0～1区间拟定用5个等级作为贵阳市土地生态安全评价标准，具体等级划分及其意义见(表2)。

3 评价结果分析与预测

3.1 评价结果分析

根据上述指标体系和评价方法，计算出贵阳市1992—2011年的土地生态安全压力、状态、响应系统的安全值及土地生态安全综合指数，参照(表2)评价标准对其进行安全等级划分结果见表3。

3.1.1 压力安全分析 由表3可知，1992—2011年，贵阳市土地生态安全压力指数整体呈小幅波动趋势。由1992年的0.153 84减小到2011年的0.137 79，尤其是1994—2006年期间，指数一直在0.130 0水平以下，直到2007年有所上升但2009年后又缓慢下降。这表明贵阳市土地生态压力面临不稳定的现状趋势，研究期内人类对土地生态的干扰强化局面并未减轻(负向指标，数值越小，生态压力相对越大)。究其原因：第一，人口增长快。数据显示，1992—2011年，贵阳市人口由259.58万增加到439.33万，净增人口179.75万人，人口密度由367.91人/km2增加到546.84人/km2，人口压力增大；第二，由于贵阳独特的地理位置和高原性季风气候特点，自然灾害时有发生，1992年受灾面积比重仅为6.53%，而后1996，2006，2008，2010，2011年受灾面积比重分别达到了44.63%，44.59%，73.85%，73.39%和91%，受灾程度呈现逐年加深的趋势；第三，贵阳市作为贵州省会，工业化、城镇化发展速度明显快于其他市(地、州)，工业化率、城市化综合水平不断攀升，但同时也造成了环境污染和生态破坏，如1992—2011年，单位耕地面积化肥负荷由0.26t/hm2增到0.68t/hm2，工业固体废弃物由185.59t/km2到1 420.71t/km2，城市生活垃圾产生量由4.25×105t到7.58×105t等，土地资源在经济发展、城市化进程背景下压力增大。

表2 土地生态安全指数分级评价标准

表3 1992-2011年贵阳市土地生态安全指数变化

3.1.2 状态安全分析 1992—2011年，状态指数由0.117 29上升到0.253 13，整体呈上升趋势，其间1997年最低为0.093 41，之后基本逐年上升。究其原因：一是研究期内森林覆盖率由14.5%提升到42.3%、水土协调度由35.22%提升到77.47%，生态环境质量有所提升；二是加大科技投入，粮食单产量不断增加，由1992年的低于3.0 t/hm2增加到2006年后的5.0 t/hm2以上，大大提升了土地利用的产出水平；三是城市化与城市发展水平的不断提高，1992—2011年，人均GDP由2 844元增加到31481元、城市人均住房面积由7.1 m2/人增加到22.27 m2/人、城市人均铺装道路面积由0.82 m2/人到4.43 m2/人，相关城市基础医疗保障和公共设施等也得到了大力的提升和完善。然而，由于人口快速增长和非农建设加快，直接导致了耕地面积比重由1992年13.59%下降到2011年的12.04%、城区人均绿地面积逐年减小，加之贵阳受特殊的山地地形影响，城镇扩展所占土地多为地势平坦且质量较高的耕地，随着工业化、城镇化进程的不断推进，城郊及乡村菜田、良田沃土以及草地林地等也不断被占用或破坏。此外,城乡收入比系数的日益扩大等，都在一定程度上降低了土地生态安全状态指数对综合指数数值的贡献率。

3.1.3 响应安全分析 1992年—2011年，响应指数由0.047 81上升到0.298 28，呈不断上升趋势，再通过分析系统层压力、状态、响应3个指标的权重对土地生态安全综合指数贡献率的大小看，三者的权重比例为0.26∶0.36∶0.38，响应起到了核心作用。说明了贵阳市各县区各部门积极采取措施和政策对生态环境污染进行治理和改善，持续加大了人为控制土地生态问题的力度，努力改善土地生态环境。目前除R&D经费占GDP比例和城镇从业人员占从业人员比重数值比较偏低外，其他方面效果显著，研究期内：工业废水排放达标率由48.6%提升到90%以上、工业固体废弃物利用率由28%提升到56.63%、城市生活垃圾无害化处理率由28.2%到93.71%，环保投资额比重方面也不断加强；此外，随着经济持续快速发展，研究区域经济密度由103.72万/km2到1 721.51万/km2、第三产业比重由35.4%增加到53%、地均固定资产投资水平由30.12万/km2到1 992.27万/km2、农业机械化水平由2.68%到13.57%,大大提高了土地利用的经济效益和集约度，间接减缓了对土地的压力；在社会人文和城市发展方面，1992—2011年，公共教育经费占GDP比重由0.83%增加到4.09%、万人高等学校在校生人数由63.61人增加到630.28人、城市绿化率由31.4%提升到42.8%，城市用气普及率由13.64%提升到81.24%。以上措施的实施都大大的提升了贵阳市土地资源生态安全的响应能力。

3.1.4 综合生态安全分析 从表2、表3可看出，近20 a贵阳市土地生态安全综合指数变化较大，总体呈波动上升趋势。其中，1992—2000年处于恶化级、2001—2009年处于风险级、2010—2011年处于敏感级。综合指数从1992年的0.318 94增至2011年的0.689 20，表明该区域土地资源生态安全水平整体朝着有利、逐步变好的方向发展，但总体来看土地生态安全等级较低，目前处于Ⅲ级(敏感)状态，生态环境破坏、生态系统服务功能退化和生态恢复重建难度大等生态问题还十分突出。通过SPSS20.0软件对各指标与土地生态安全综合指数进行主成分相关性分析，根据相关系数绘出相关性玫瑰图(图1)。

图1 土地生态安全综合指数与各指标的相关性分析

可以发现：(1) 与土地生态安全综合指数呈正相关性较高的因子有P1，P9，P11，S3，S4，S7，S8，S10，R4，R5，R6，R7，R8，R10，R12，R14等，可见，响应指标与综合指数的相关性均较强，对响应指数的贡献率最高，表明土地生态安全的提高主要依赖于人类社会经济活动响应能力的增强，从而促进了土地生态安全的改善。(2) 与土地生态安全综合指数呈负相关性较高的因子有P3，P4，P5，P8，P14，S1，S2，S14，R9。二者表明，近20 a来，当地政府在努力实施节能降耗减排、调整产业结构、提高社会就业率等方面做出了一定的努力工作，但随着人口的增长，社会经济效率的追求，工业化城镇化进程的不断推进，耕地资源日益被占用或破坏，人地矛盾不断激化，土地资源生态环境质量改善任重道远，因此在环保投入、抵抗自然灾害能力、人文社会环境响应力方面仍需加强，如目前R&D经费占GDP比重平均仅为0.67%，远低于全国的平均水平。

3.2 预测分析

本文利用以上研究所得的1992—2011年贵阳市土地生态安全相关原始数据，利用DPS软件采取灰色系统预测法中的GM(1,1)模型进行建模。GM(1,1)模型是一个短时间序列模型，4维以上数据即可建模，建模数据并非越多越好，建模数据序列越长，老的数据对预测精度贡献度最小，引起误差作用较短序列预测大，所以建模时不一定采用全部原始数据，可以从中选择一部分数据进行。鉴于此，结合1992—2011年贵阳市土地生态安全相关原始数据，考虑到2000年以前的数据起伏波动较后期大，所以本次研究选取2000—2011年的12维原始数据作为预测基础，对未来5 a内压力值、状态值、响应值与综合值分别进行预测。

GM(1,1)模型的灰微型方程基本形式为：

(k=1,2,…,n)

采用最常用的后验差检验法(C——后验差比值；P——小误差概率)检验预测精度等级，其中压力值经过2次残差序列分析计算得出。预测结果及函数模型见(表4)。

表4 预测结果及函数模型表

表4预测结果可知：未来5 a内压力值、状态值、响应值和综合值均呈上升趋势，到2016年预测综合值为0.880 73，达到Ⅱ(较安全)级状态，说明尽管随着区域城镇化进程的不断推进,尤其是实施西部大开发战略以来，人类对环境的干扰不断加强，但随着人们环保理念的不断深化、各种技术手段的飞速发展将会为整个生态系统朝着更为和谐、有序的方向发展提供强有力的保障，形成土地生态环境良性循环发展潜力具大。

然而，贵阳属喀斯特山区，生态脆弱，具有敏感度高、环境容量低、抗干扰能力弱和稳定性差特点，土地生态系统一旦破坏恢复重建十分困难。因此，今后一段时期，在贵州“加速发展、加快转型、推动跨越”、“工业强省和城镇化带动”战略纵深推进、“黔中经济圈”迅速崛起日趋明显的形势下，做好保护贵阳土地资源生态安全的调控对策尤为重要：(1) 控制人口增长、优化人口结构，推进人口与土地资源、环境、发展之间协调。(2) 坚持加快转型发展，构建绿色经济生态体系。要按照转变经济发展方式要求，加快推进产业结构调整，坚持产业绿色化、绿色产业化发展理念，把发展绿色经济作为转变经济发展方式的主要途径、实现可持续发展的战略取向和建设生态文明城市的重要引擎,提升贵阳城市发展的可持续竞争力。(3) 统筹城乡协调发展、构筑宜居生态城。贵阳作为“黔中经济圈”的核心区，要进一步优化城市空间布局，建设科学合理的城乡规划体系，实现城乡统筹发展，促使社会形态由二元结构向城乡一体化转变，推进宜居城镇生态建设。(4) 优化合理利用土地，探索节约集约用地的新型城镇化模式。合理调整用地结构与布局，盘活闲置土地，规范土地开发利用，保住耕地红线、保证粮食安全。按照节约用地、保障农民权益的基础上推进征地制度和土地流转方式的改革，实行城镇建设用地增加与农村建设用地减少挂钩，积极探索节约集约用地的新型城镇化模式。(5) 加大环境保护力度，建立生态补偿机制。在城镇化进程中除了做好全民节能减排加强环保之外，还需要借鉴国内外生态补偿经验，优化选择补偿区域、多方博弈补偿等级和科学核算补偿标准，提高资金使用效益[22]。加快建立产权界定清晰、绩考管理客观、责任措施到位、行之有效的生态补偿机制，以提高整体区域社会生态综合响应水平。

4 结论与讨论

(1) 近20 a贵阳市土地生态安全指数1992—2000年处于恶化级、2001—2009年处于风险级、2010—2011年处于敏感级，总体上呈波动上升趋势，基本处于不安全状态。

(2) 相关性分析表明，人类社会经济活动的响应对土地资源生态安全的影响较大；预测显示，该区域在研究期后5 a内压力值、状态值、响应值和综合值均呈上升趋势，土地生态环境良性循环发展潜力具大，但生态系统脆弱且敏感性显著等问题一直存在。

(3) 控制人口增长、优化人口结构；坚持加快转型发展，构建绿色经济生态体系；统筹城乡协调发展、构筑宜居生态城；优化合理利用土地，探索节约集约用地的新型城镇化模式；加大环境保护力度，建立生态补偿机制等是保护贵阳市土地生态安全的合理性调控对策。

(4) 土地资源安全研究包括生态安全、经济安全、产权安全、文化安全、安全战略选择、安全保障体系、安全管理[15，23]等内容。本文仅对贵阳市土地生态安全进行了探讨，其他相关问题的系统研究以及构建全面的指标体系和等级划分标准使研究结果更加符合区域实际待于进一步探讨；而土地生态安全的时空格局、微观机制和风险调控等将是今后重要的研究方向。

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DynamicAssessmentonLandEcologicalSecurityintheProcessofUrbanizationinMountainAreas—ACaseStudyofGuiyangCity

XIONG Yong， ZHAO Cui-wei

(SchoolofGeographyandEnvironmentSciences,GuizhouNormalUniversity,Guiyang, 550001,China)

According to a dynamic state evaluation on ecological security of land resources around 20 years in Guiyang city, this paper aimd at improving the ecological environment and providing guidance for planning and management and maintaining sustainable utilization of land resources. Land ecological security evaluation index system of Guiyang city under the background of urbanization based on the PSR model was constructed. The multi-index comprehensive evaluation method was adopted to calculate the level of ecological security of land resources. SPSS statistic software and GM(1,1) model were used to make correlation analysis and short time series estimation. Nearly 20 years， the index of land ecological security in Guiyang city was in the grade of deterioration from 1992 to 2000， at risk level from 2001 to 2009 and sensitive stage from 2010 to 2011. Although the land ecological security index was a rising trend generally， almost at the stage of insecurity ; correlation analysis showed that the response from the social and economic activities of human beings had a great impact on ecological environment of land resources; the prediction showed that the pressure-state-response value and comprehensive value of ecological security of land resources presented a rising trend in 5 years after 2011, there has been a large potential development on good circulation of land eco-environment. Nevertheless, this study area ecosystem is significantly vulnerable and sensitive. Some kinds of reasonable measures were adopted to protect the land ecological environment, such as controlling the population growth, optimizing social population structure, accelerating the upgrade of industrial transformation, constructing green economic system, making overall plan for the coordinate development of town and city, exploreing conservation intensive land use patterns under the new-type urbanization vigorously. Enlarging protection environment and establishing an ecological compensation mechanism are the very urgent task to ensure the ecological security of land resources.

PSR model; land ecological security; entropy weight method; urbanization; Guiyang city

2013-09-27

：2013-11-17

贵州省科技厅社发攻关项目(黔科合SY字[2013]3168号)

熊勇(1987—),男,贵州正安人,在读硕士研究生,研究方向:城市生态及土地利用。E-mail:893895014@qq.com

赵翠薇(1968—),女(白族),贵州大方人,教授,博士后,主要从事土地利用与生态环境保护研究。E-mail:zhaocuiwei@sohu.com

X171.1

：A

：1005-3409(2014)04-0195-08