基于EES模型的广州市土地生态安全评价分析

张晓露 吕明超 邓一荣 庄长伟 刘丽丽

(广东省环境科学研究院/广东省污染场地环境管理与修复重点实验室和粤港澳环境质量协同创新联合实验室，广东 广州 510045)

引言

生态安全是指一个国家或地区的生态环境资源状况少受或不受资源和环境的限制和威胁，是体现国家安全和社会稳定的一个因素[1]。随着社会和经济的快速发展、人口的不断增加以及越来越频繁的人类活动，人类对土地的需求日益增长，人地矛盾也在不断加剧，研究区域的土地生态安全对其土地可持续发展和生态环境保护具有一定的参考意义[2]。为此，国家高度关注生态安全问题。党的十八大把生态文明建设放在突出地位；党的十九大报告提出了“积极参与全球环境治理，落实减排承诺”、“为全球生态安全作出贡献”的要求；党的十九届五中全会再次明确，要坚持“绿水青山就是金山银山”理念，守住自然生态安全边界。

广州作为改革开放的先行区和习近平生态文明思想的践行区，近年来，市、区两级投入近7亿元，建成了19个公园，面积达240万m2；广州的城市绿化覆盖率从2000年的31.6%增加到2019年的45.5%。广州在城市生态建设上独具匠心，其中一大亮点是打造“空中花廊”。此外，广州全力实施新一轮绿化广东大行动和“花城绿城水城”战略，重点保护好面积达2066.67hm2的“北肺”白云山风景名胜区和866.66hm2的“南肺”海珠湖国家湿地公园，打造环境、经济及社会协调发展的城市。

近年来，土地生态安全越来越受到国内外学者的关注，国外对生态安全的研究可追溯到20世纪40年代[3]，国内的研究在20世纪90年代逐渐开始。在研究尺度上，涉及国家[4]、流域[5]、省域[6]、市域[7]、县域[8]等，整体中小尺度的研究偏多。在研究模型上，涉及PSR[9]、EES[7]以及混合模型[10]等，以这3类模型为基础，在研究中逐渐衍生出DPSIR、REES以及NEES等模型[11-13]。在评价方法上，熵值法[6]、主成分分析[12]、物元分析法[5,11]等也得到广泛使用。

1 研究区域概况

广州市位于广东省的中南部，地势东北高，西南低，属于低山丘陵地区，土地总面积为7434km2，辖11个区县，是广东省政治、经济、文化、教育和科技中心，也是粤港澳大湾区中心城市之一。2020年，广州市实现地区生产总值25019.11亿元，据第七次人口普查数据，广州市常住人口1867.66万人，占全省总人口的14.82%。

在环境方面，广州市2020年PM2.5年平均值为23μg·m-3，空气质量达标天数为331d，空气质量明显改善；10个城市集中式饮用水水源地水质达标率均稳定保持在100%。

2 研究方法及数据来源

2.1 数据来源

研究数据主要来源于《广东省统计年鉴2000—2020》、《广州市统计年鉴2000—2020》以及广州市国民经济和社会发展统计公报(2000—2020)，部分数据来源于广东省自然资源厅、农业农村厅官方网站公开数据。

2.2 指标体系构建

EES模型是多属性的协同模型，具有环境、经济和社会属性的复合系统，综合反映区域生态安全的影响因素[7,14]。在遵循科学性、系统性、代表性和完整性等原则的基础上，根据研究区域的特点与实际情况，参考国内已有研究[8,14]，以EES模型为框架，选取23个指标构建广州土地生态安全评价指标体系。

2.3 无纲量化处理

由于评价指标性质各不相同不具可比性，先对其进行无纲量化处理，正向和负向指标的处理公式如下。

正向指标：

(1)

负向指标：

(2)

式中，Xij为i年第j项指标无纲量化后的值；xij为某项评价指标的实际值；maxxj和minxj分别为指标的最大值和最小值；k为平移距离。

2.4 熵值法确定权重

计算第j项指标的第i年样本值的比重pij：

(3)

计算第j项指标的熵值ej：

(4)

计算第j项指标差异系数gj：

gj=1-ej

(5)

计算指标权数wj：

(6)

根据熵值法计算可得广州市土地生态安全各项指标权重，见表1。

表1 广州市土地生态安全评价指标及权重

2.5 土地生态安全综合指数

运用加权求和的方法获得广州市土地生态安全评价的综合分值，计算公式：

(7)

式中，Xij为i年第j项指标无纲量化后的值；wj为j项指标的权重值。

为科学合理地反映区域土地生态安全水平状况，参考已有研究[8,14]并结合区域实际情况，将土地生态安全大致划分为5个等级，见表2。

表2 土地生态安全评价划分标准

3 结果及分析

3.1 土地生态安全综合指数分析

2000—2019年，广州市土地生态安全综合指数从29.94上升至77.49，见表3，整体呈现向好发展趋势,见图1，生态安全等级显著提升，生态环境得到明显改善。其中可以分为2个阶段，2000—2008年，呈现波浪式上升趋势，生态安全指数普遍较低，安全等级处于Ⅴ和Ⅳ级，2000年、2004年及2006年均为Ⅴ级，在2006年出现最低值29.52；2009—2019年，呈现稳步上升趋势，综合指数不断提高，安全等级逐步提升，在2016年开始达到较为安全状态，全市土地生态安全等级从Ⅳ级向Ⅱ级改善。

表3 2000—2019年广州市土地生态安全评价结果

环境指数前期表现突出，但由于经济和社会指数过低，广州市的土地生态安全等级总体较低，这一时期的环境指数下降速率大于经济指数增长速率。2009年以后，经济指数显著增长，环境指数呈稳定略升趋势，到2011年，经济指数开始超越环境指数，至2019年增长为环境指数的2.08倍；社会指数与环境指数的差距也在不断缩小。由此可见，广州市的经济实力不断提高，经济发展从牺牲环境的发展模式逐渐转变为绿色发展的模式，综合竞争力显著提升。

3.2 环境、经济和社会指数分析

广州市土地生态安全环境指数呈现先下降后上升走势，见图1。2000—2009年波动下降，2009年开始逐渐回升，缓慢上涨。土地垦殖率下降、一般工业固体废物产生量、工业废水、二氧化硫和粉尘的排放量增加，是影响环境指数增长的主要因素。由于2000—2009年是广州市重工业的大幅增长时期，工业发展对环境造成了一定的负担，在2007年，广州发布了《关于广州市区产业“退二进三”工作实施意见》的意见，随着“退二进三”工作的推进，大量重工业企业关停搬迁，有助于广州市提升总体环境质量。

图1 2000—2019年广州市土地生态安全状态

广州市土地生态安全经济指数呈现持续上升趋势，整体先缓后快，由2000年的0.46上升到2019年的39.9，在3项指数中增幅最大，达到85.61%。其中，农民纯收入、地方财政收入以及社会消费品零售3项指标在经济指数中所占综合权重最大，7项指标均呈上升趋势。

广州市土地生态安全社会指数呈现小幅波动但总体平稳的趋势，2000—2006年平缓上升，2007—2010年经历波动阶段，2010开始平稳增长。科研、教育投入指标表现最为突出，也是23个指标中权重最大的指标，对社会指数的影响较大。

综上，要提高广州市土地生态安全状况，在保持经济社会持续健康发展的同时，也要加强生态文明建设，继续巩固经济和社会层面的建设，重视环境方面存在的问题，促进环境、经济与社会三者协调发展[7]。

4 结论

2000—2019年，广州市土地生态安全呈稳中向好的发展趋势，综合指数从29.94上升至77.49，安全等级从Ⅴ级向Ⅱ级提升，生态安全有明显改善。其中，2000—2008年，安全等级较低，整体处于Ⅴ级及Ⅳ级；2009年开始不断上升，在2016年达到Ⅱ级水平。

环境指数呈现先下降后回升走势，上升速度较为平缓，地垦殖率下降、一般工业固体废物产生量、工业废水、二氧化硫和粉尘等指标影响增长。经济指数持续上升，增幅最大，增长速度先缓后快，各项指标均呈上升趋势。社会指数呈现小幅波动总体平稳上升趋势，其中科研、教育投入指标影响最为突出。

在未来的发展中，广州市要进一步处理好经济发展与生态环境的关系，在巩固经济和社会发展的同时，也要增强环境建设，以实现土地资源的可持续发展。

生态安全问题涉及多项因素，是一项复杂的问题，由于数据的可获得性、连续性以及研究方法本身的局限性，指标体系在一定程度上存在不完善，在后续的研究中将继续完善指标体系的建立、改进生态安全的评价方法。