（土壤学专业论文）基于GIS的山区县域土地生态安全评价与土地利用优化调控研究.pdf

缩写 g i s r s g p s d e m r u s l e l e s m c r s p s s 符号或缩略词说明 英文 g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m r e m o t es e n s i n g g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m d i g i t a le l e v a t i o nm o d e l r e v i s e lu n i v e r s a ls o i ll o s se q u a t i o n l a n de c o l o g i c a le v a l u a t i o ni n d e x m i n i m u mc u m u l a t i v er e s i s t a n c e s t a t i s t i c a lp r o g r a mf o rs o c i a ls c i e n c e s 中文说明 地理信息系统 遥感 全球定位系统 数字高程模型 通用土壤侵蚀方程 土地生态安全指数 最小累积阻力模型 社会科学统计程序 关于学位论文原创性和使用授权的声明 本人所呈交的学位论文，是在导师指导下，独立进行科 学研究所取得的成果。对在论文研究期间给予指导、帮助和 做出重要贡献的个人或集体，均在文中明确说明。本声明的 法律责任由本人承担。 本人完全了解山东农业大学有关保留和使用学位论文的 规定，同意学校保留和按要求向国家有关部门或机构送交论 文纸质本和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东 农业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文 和汇编本学位论文。 。 保密论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名 导师签名 日期 、 z 磊一羧 多 夕 、 支。囝一。r 。，分 山东农业人学倾土学位论义 摘要 土地生态安全研究是土地科学研究领域的一个新的主题，已成为国 家安全和区域安全研究的重要组成部分。安全的土地生态系统是土地生 产最优化的保障，也是社会经济可持续发展的基石，而在地形多变、资 源分布差异显著、经济发展相对落后的山区，开展土地生态安全研究对 区域生态安全建设和农业结构调整又显得尤为重要。土地生态安全研究 主要包括土地生态安全评价和土地利用优化设计，前者是揭示区域生态 安全状况及空间变异的有效手段，后者则为解决土地生态问题提供理论 支持和科学依据。 山区土地生态安全是由自然条件和人为影响等多种因素相互作用所 产生的一定区域生态状况的综合反映。当前山区主要的生态问题是水土 流失和人类各种生产活动造成的土地污染。本文在g i s 和遥感支持下， 以胶东半岛典型山区栖霞市为例，在建立该市地学数据库的基础上，首 先对该市土壤侵蚀变化和土壤重金属污染程度进行初步研究，并分别对 其变化机理和生态风险进行分析，明确了该市土地生态状况的自然本底 和人为影响特征：在此基础上，综合地形、年降水量、土壤质地、土壤 有机质含量、土层厚度、土壤重金属污染度、土地利用强度、植被覆盖 度道路影响度和城镇影响度等9 项指标，运用地形位主导因子空间评价 模型，进行了栖霞市县域的土地生态安全综合评价。最后，结合评价结 果和研究区土地利用特征，以“整体生态安全一局部生态恢复 为切入 点，以土地利用优化调控为途径，分别从宏观和微观尺度，进行了土地 利用优化模式和土地利用格局调控的探讨。通过本研究得出主要结论如 下： ( 1 ) 1 9 8 7 2 0 0 3 年间，栖霞市土壤侵蚀量共计减少3 6 9 5 5 1 0 4 t ， 水土流失治理效果明显；空间分布上，由东部牙山和西北部艾山为主干 形成的东南一西北分水岭向西南和东北方向土壤侵蚀强度逐渐降低。 1 2 0 3 0 0 m 高程范围和8 2 5 。坡度范围是土壤侵蚀强度减轻或增强的主 要地段，林地和园地是栖霞市减少水土流失的有效类型，草坡地限制土 壤侵蚀的效果也比较明显，而坡耕地和未利用地则是土壤侵蚀综合治理 基于g i s 的山区县域土地生态安全评价与土地利用优化调控研究 的关键。土壤侵蚀变化的生态风险呈“整体安全，局部警戒”状态，安 全与较安全级占全市面积的9 0 ，警戒级占1 0 。山地中上部的森林砍 伐和抚育的失衡是生态恶化的主要原因。 ( 2 ) 栖霞市表层土壤中c u 、z n 、c d 、c r 、p b 和n i 六种重金属 含量均未超过国家土壤环境质量标准的二级标准，空间分布均属于 中等变异。区域性的地质岩性和土壤质地及非区域性的施肥和喷洒农药 等因素是影响栖霞市土壤重金属含量空间分异的主要因素，由于不同元 素空间变异的主导因素各异，形成了其不同的空间变异特征。土壤p b 、 c r 和n i 含量空间分布较相似，中东部山地区域高于中西部的丘陵和倾 斜平地，表明地质岩性和成土母质与三者含量空间吻合较好。土壤c u 含量较高区域主要分布在西南部和东北部的丰产果园，主要与蓝矾和波 尔多液等含c u 药剂的使用有关；土壤z n 含量高的样点主要分布在南部 的果园，主要与富z n 复合肥的使用有关；土壤c d 含量高的样点主要分 布在中部园区，主要源于磷肥和地膜的使用。土壤重金属生态风险分析 表明，栖霞市土壤环境整体上处于安全状态，北部和中部小范围区域处 于预警状态，而c u 和c d 是影响土壤生态安全的主要元素。 ( 3 ) 栖霞市土地生态系统划分为安全、较安全、预警和中警四个状 态级，7 2 的面积处于土地生态安全和较安全状态，广泛分布在西南和 东北部的倾斜平地、山间泊地及低山丘陵区；而西北和东南部的山地区 域处于土地生态警戒状态，土地生态状况整体上良好。单因子分析和多 因子综合评价表明，建设用地开发与耕地保护、农业污染、土壤保水保 肥性能低、水土流失等问题是制约当地土地生态安全的主要因素；而加 强土地利用结构优化和果园集约化管理，提高土壤肥力，减少水土流失， 是保证土地生态系统安全的关键。 ( 4 ) 宏观尺度上，对栖霞市地形、气候、土壤和植被的垂直分异特 征进行了规律性分析，并以高程为主要参数，将栖霞市全县域划分为三 类土地生态区，即东南东北部平地粮田生产区、西部丘陵粮一果一林综合 利用区和西北中部中低山林木保护区，结合各区土地生态安全等级和资 源特征，设计了具有可操作性的九种土地利用优化模式，以期为当地农 业结构调整和社会经济持续发展提供科学依据。 山东农业大学硕士学位论文 ( 5 ) 微观尺度上，以具有典型生态特征的牙山小流域为例，以景观 生态学和运筹学为理论基础，建立了生态恢复最小耗费表面模型，并以 林地作为生态恢复的保护地类，在进行植被演替和生态过程分析的基础 上，勾画了牙山小流域的土地利用安全格局，同时对土地利用类型提出 了有效技术措施，以保障流域生态稳定和土地持续利用。 土地生态安全评价是一项探索性很强的工作，本文从影响土地生态 系统安全稳定的根本性要素中选取指标，并结合山区特征，以地形为主 导因子，将数理模型与g i s 技术相结合，构建了土地生态安全空间评价 模型，应用表明效果良好，为山区土地生态安全评价研究敦实了理论基 础和应用案例。同时以2 5 m x2 5 m 栅格为评价单元，较以前基于行政单元 为数据载体的研究，提高了研究精度，能够对县域土地生态系统各生态 因子的空间变化和功能分异进行深入的分析，能够更微观的指导实践； 所建立的地学数据库，为山区生态环境、农业结构调整等研究提供了参 数支持。最后，从宏观微观尺度进行土地利用优化与调控，使本研 究做到“点面”结合，有利于区域生态的全面建设和重点治理，研 究成果具有可操行和应用价值。 关键词：土地生态；综合评价；土地利用模式：土地利用安全格局；g i s 基于g i s 的山区县域- 七地生态安伞评价与七地利用优化调控研究 l a n d e c o - s e c u r i t ye v a l u a t i o na n d l a n d - - u s eo p t i m i z a t i o n i nm o u n t a i n o u sa r e aa tc o u n t yl e v e lb a s e do ng i s a bs t r a c t s o u n ds e c u r i t yo fl a n de c o s y s t e mi sf u n d a m e n t a lf o rs o c i o e c o n o m i c d e v e l o p m e n ti nm o u n t a i n o u sa r e a t h e e c o s e c u r i t y c o n d i t i o no fl a n d s e e s y s t e mi sas y n t h e t i cr e f l e c t i o no fe c o l o g i c a lb a c k g r o u n di nag i v e na r e a ， w h i c h i n c l u d i n g n a t u r a la n dh u m a na s p e c t s r u n o f fl o s sc a u s e d b y d i s a d v a n t a g e o u sg e o c o n d i t i o n sa n di m p r o p e rh u m a ne c o n o m i ca c t i v i t i e si s t h ep r i m a r yi s s u ei nm o u n t a i ne c o l o g y , a n dt h en e x ta r et h ec o n t a m i n a t i o n a n di m p a c t so fh u m a na c t i v i t i e s l a n d u s eo p t i m i z a t i o na n da d j u s t m e n tb a s e d o ne c o - - s e c u r i t yi sah o t - s p o ti ne c o - s e c u r i t ys t u d y , w h i c hf u n c t i o n sa sat o o l f o rr e g i o n a la g r i c u l t u r a ls t r u c t u r ea d j u s t m e n t ，c c o s e c u r i t yc o n s t r u c t i o n ，a s w e l la ss u s t a i n a b l el a n d u s em a n a g e m e n t t h e d e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n o f i t t e c h n o l o g yp r o v i d e s t e c h n o s u p p o r tf o rr e s e a r c h i n go nt h ea n a l y s i so fs p a t i a lv a r i a t i o na n d q u a n t i f i c a t i o no fr e l i e f , c l i m a t e ，s o i l ，v e g e t a t i o n ，e t c t h i sa r t i c l et a k e sq i x i a c i t ya sac a s ew h i c hl o c a t e di nj i a o d o n gp e n i n s u l a r ( t y p i c a lf o rm o u n t a i n s a n dh i l l s ) ，o nt h eb a s i so fg e o - d a t a b a s e ，f i r s t l ym a d ep r e l i m i n a r ya n a l y s i so f s o i le r o s i o nc h a n g ea n ds o i l h e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o n ，a n dp r o b e dt h e m e c h a n i s mo ft h e m ；t h e ne v a l u a t e dl o c a l s y n t h e t i c l a n d e c o - s e c u r i t y a c c o r d i n gt or e l i e f , a n n u a lp r e c i p i t a t i o n ，s o i lt e x t u r e ，s o i lo r g a n i cm a t t e r c o n t e n t ，s o i lt h i c k n e s s ，s o i lh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o n ，l a n d u s ei n t e n s i t y , v e g e t a t i o n ，r o a d i n f l u e n c ee x t e n ta n db u i l ta r e ai n f l u e n c e e x t e n t ，n i n e i n d i c t o r s c o m b i n e dw i t ht h e e v a l u a t i n gr e s u l t s ，t h r o u g h l a n d - u s e o p t i m i z a t i o na p p r o a c h ，d i s c u s s e dt h el a n d - u s eo p t i m i z a t i o na n dl a n d - u s e p a t t e r na d j u s t m e n t f o r q i x i ac i t y t or e a l i z et h er e n o v a t i o no fl o c a l e c o s e c u r i t y a n dt h ec o n c l u s i o n sa l ea sf o l l o w s ： ( 1 ) d u r i n g1 9 8 7t o2 0 0 3 ( 1 6y e a r s ) ，s o i le r o s i o ni nq i x i ac i t ys h o w e d 4 g e n e r a ld e c l i n et r e n d ，b yn e a r l y3 6 9 5 5 x 1 0 4 tt o t a l l y , e r o s i o na r e ao f m e d i u m a n da b o v er e d u r e db y3 4 4 1 5k m 2 ；a n dt h ei n t e n s i t yo fs o i le r o s i o nd e c l i n e d g r a d u a l l yf r o mt h er i d g eo fr a n g e ( s et on wd i r e c t i o n ) f o r m e do fy ah i l li n t h ee a s ta n da ih i l li nt h en o r t h e a s t p a r t so fi ts h o wf l u c t u a t i o no fs o i l e r o s i o ni n t e n s i t y ( 1 2 0 3 0 0 ma l t i t u d e ；8 2 5 。s l o p e ) w o o d l a n da n do r c h a r d h a v eo b v i o u sr e s i s t a n c ea g a i n s tr u n o f fl o s s ，t h en e x to n ei s g r a s s l a n d c u l t i v a t e dl a n da n du n u s e dl a n da r ep r o n et ot h ei m p a c to fr u n o f fl o s s ，t o w h i c hn e e dt ob ep a i dm o r ea t t e n t i o n s ( 2 ) c u ，z n ，c d ，c r , p b ，n ii ns o i ld on o te x c e e dt h es t a n d a r ds e ti n “s o i l e n v i r o n m e n tq u a l i t ys t a n d a r d s i no u rc o u n t r y , t h e s p a t i a l d i s t r i b u t i o n v a r i a t i o ni so fm e d i u m ，w h i c hw a sc a u s e db yr e g i o n a ll i t h o l o g y ，s o i lt e x t u r e a n dn o n - r e g i o n a lf e r t i l i z a t i o n a n dt h e i rs p a t i a ld i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s i n d i c a t e ：p b ，c r , n ih a v es i m i l a rs p a t i a ld i s t r i b u t i o n ，d e c l i n i n gf r o me a s tt o w e s t ，a n dt h e ys h o wh i g h e rc o n t e n t si nm i d - e a s th i l l ya r e a st h a ni nm i d w e s t h i l l sa n ds l o p ep l a i n s ，w h i c hm e a n sas o n dc o m b i n a t i o no ft h et h r e ee l e m e n t s w i t l ll o c a ll i t h o l o g ya n ds o i lm o t h e rm a t e r i a l s h i g hc uc o n t e n ta r e ai s m a i n l yi ns o u t h w e s t e r na n dn o r t h e a s t e r no r c h a r d s ，s h o w i n gc l o s er e l a t i o n w i t ht h ec h e m i c a lf e r t i l i z e r sw h i c hc o n t a i nc ue l e m e n t s t h es a m p l ep o i n t s w i t hh i g h e s tz nc o n t e n ta r ed i s t r i b u t e di ns o u t h e l t l o r c h a r d sf o rt h e a p p l i c a t i o no fz nf e r t i l i z e r s ，a n do fh i g h e s tc dc o n t e n ta r ei nm i do r c h a r d s ， w h i c ha r ec a u s e db ya p p l i c a t i o no fpf e r t i l i z e ra n dm u l c h e c o s e c u r i t ye v a l u a t i o ni n d i c a t e st h a t ，t h eo v e r a l lc o n d i t i o no fq i x i ac i t y i ss e c u r e ，a n dp a r t si ni ta r ei ne a r l yw a r n i n gc o n d i t i o n c ua n dc da r et w o d o m i n a n te l e m e n t st h a ti m p a c ts o i le c o - s e c u r i t y s o m ei t l e a s u r e ss h o u l db e u n d e r t a k e ni nn o r t h e a s t ，s o u t h e a s ta n dm i da r e a st og u a r a n t e et h eh e a l t h yo f s o i le n v i r o n m e n t ( 3 ) m eg e n e r a ll a n de c o c o n d i t i o ni nq i x i ac i t yi ss o u n d t h el a n d e c o s e c u r i t yc a nb ed i v i d e di n t of o u rr a n k s ( s e c u r e ，a c c o u n t i n gf o r2 2 6 2 f o rt o t a la r e a ，l o c a t e di ng e n e r a lh i l l ya r e a s ；l e s ss e c u r e ，4 9 8 2 i nn o r t h w e s t a n ds o u t h e a s th i l l ya r e a s ；e a r l yw a r n i n g ，2 0 51 ，w a r n i n g ，7 0 5 ) t h e 5 基于g i s 的山区县域土地生态安全评价与土地利用优化调控研究 w h o l ee v a l u a t i o ni n c l u d e sb o t h r e s u l t sc o i n c i d ew i t hl o c a lf a c t s i n g l ev a r i a b l e sa n dm u l t i - v a r i a b l e s ，a n dt h e l a n d - u s es t r u c t u r eo p t i m i z a t i o na n do r c h a r d i n t e n s i v em a n a g e m e n ts h o u l db eh i g h l i g h t e dt op r o m o t es o i lf e r t i l i t y , r e d u c e r u n o f fl o s s ，a n dg u a r a n t e el a n de e o s e c u r i t ys a f ea n ds t e a d y ( 4 ) 0 nm a c r o - s c a l e s ，t h r e ee c o l o g i c a lz o n e sw e r ed i v i d e da c c o r d i n gt o t h ev e r t i c a lv a r i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft e r r a i n ，c l i m a t e ，s o i la n dv e g e t a t i o ni n q i x i ac i t y , n a m e l ys o u t h e a s ta n dn o r t h e a s tp l a i nc r o pe c o l o g i c a lz o n e ，w e s t h i l l yc r o p - o r c h a r d - w o o d l a n dz o n e ，n o r t h w e s ta n dm i dh i l l yw o o d l a n d g r a s s z o n e a c c o r d i n g t ot h et r a i t so ft h et h r e e z o n e s ，n i n em a n i p u l a t i v e o p t i m i z a t i o nm e t h o d sw e r ep u tf o r w a r dt op r o v i d eg u i d e l i n ef o rl o c a l a g r i c u l t u r a l s n u c t i l r e a d j u s t m e n ta n d s u s t a i n a b l e s o c i o e c o n o m i c d e v e l o p m e n t ( 5 ) o nm i c r o s c a l e s ，t a k i n gy ah i l lw a t e r s h e da sac a s e ，o p t i m a l l a n d - u s ep a t t e mw a sd e l i n e a t e dt h r o u g hm i n i m u mr e s i s t a n ts u r f a c e ，o nt h e p r i n c i p l eo fl a n d s c a p ee c o l o g ya n do p e r a t i o n a lt h e o r y f i n a l l ys o m ee f f e c t i v e m e a s u r e sw e r ea d v a n c e dt ok e 印t h es t e a d yo fy ah i l lw a t e r s h e da n d s u s t a i n a b l el a n d - u s em a n a g e m e n t l a n de c o s e c u r i t ye v a l u a t i o ni sa ne x p l o r a t o r yr e s e a r c h o nt h ep r i n c i p l e o fl a n d e c o s e c u r i t ye v a l u a t i o n , c o m b i n e dw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so f m o u n t a i n o u sa r e a , t h i sp a p e re s t a b l i s h e ds p a t i a ll a n de c o s e c u r i t ye v a l u a t i o n m o d e l ，w h i c hw a sh e l p f u lf o rf u r t h e rs t u d yi n t h i sr e a l m o t h e rt h a n c o n v e n t i o n a la d m i n i s t r a t i v e u n i t ，t h i sp a p e rs e l e c tg r i dc e l la sb a s i c e v a l u a t i n gu n i ti no r d e rt oe x p l o r et h es u b t l ed i f f e r e n c eo fe c o l o g i c a lf a c t o r s a n df u n c t i o n s d i f f e r e n t i a t i o n a tl a s t ，o p t i m i z a t i o na n da d ju s t m e n tw e r e c a r r i e do u ta tm a c r oa n dm i c r os c a l e s r e s p e c t i v e l y t om a k es u r et h e c o o r d i n a t i o no ft o t a la n dl o c a li s s u e s ，w h i c ha l s oi n c r e a s ea p p l i c a b i l i t yo ft h i s r e s e a r c h ， k e yw o r d s ：l a n de c o l o g y ；i n t e g r a t i v ee v a l u t i o n ；l a n d u s em o d e l ；l a n d u s e s e c u r i t yp a t t e r n ；g i s 6 山东农业大学硕十学位论文 1 引言 1 1 研究目的及意义 安全是人类社会可持续发展的基石，一般认为客观上不存在威胁， 主观上不存在恐惧的具体表现。生态安全是国家安全和区域安全的重要 组成部分，是指生态系统两个方面的稳定：一方面是生物种类( 即生物、 植物、微生物、有机物) 的组成和数量比例相对稳定；另方面是土地 系统，也就是非生物环境( 即地貌、水分、土壤、气象因子等) 保持相 对稳定( 陈星，2 0 0 5 ) 。 土地是人类社会最重要、最基础的自然资源，具有生产和生态双重 功能。而当前我国的土地利用与开发大多注重土地的经济产出，忽视了 其生态效益，直接导致土地生态恶化，严重制约了区域的可持续发展 ( j o s e p hm c a m o ，2 0 0 1 ；杨京平，2 0 0 2 ) 。土地生态安全是生态安全的 本底和基质，是在一定时空范围内，人类赖以生存与发展的土地生态系 统处于一种不受或少受威胁和破坏的健康、平衡状态，能够为保障人类 社会经济与土地可持续发展提供稳定、均衡、充裕的自然资源，从而维 持土地自然、社会、经济综合发展( 刘黎明，2 0 0 6 , 欧阳志云，2 0 0 4 ) 。 所以，安全稳定的土地生态系统是实现土地生产最优化的保障，土地生 态安全研究也成为土地科学研究领域的一个新的主题。 我国山区自然资源丰富，开发潜力大，是未来生态安全体系的保障， 也是社会经济发展的后背资源。但由于长期以来片面追求经济效益，对 山区土地资源缺乏正确的认识，土地利用布局不尽合理，造成了水土流 失严重、土地退化面积增大、山地灾害频繁、生态环境恶化等问题，使 得丰富的山区资源得不到合理的开发，不能充分发挥山区资源优势，在 一定程度上阻碍了农林牧等产业的综合发展，造成我国大部分山区贫穷 落后，社会经济停滞不前。因此，有必要开展山区土地生态安全评价研 究，这对改善山区土地生态环境、合理规划土地布局、促进经济发展和 社会和谐稳定等具有十分重要的意义。 目前土地生态安全研究处于起步阶段，对土地生态安全的概念性认 基于g i s 的山区县域十地生态安伞评价与土地利用优化调控研究 识存在很大的差异，没有形成专门的评价指标体系，建立的评价模型也 多有不同，所以，已开展的土地生态安全评价往往具有明显的区域性特 征。现有的研究多以省、地级大区域尺度为研究对象，以县市区等行政 单元为数据载体，选取的评价指标往往以社会、经济统计性数据为主， 所得结论便于各行政单元生态保护和建设政绩的确定和比较，但对行政 单元中土地生态系统本身的结构与功能分异不能进行深入的分析，往往 导致评价结果宏观指导性较强，而对农业结构调整和土地资源优化等具 体问题而言，显得不够精确。山区的主导因素是地形，地形格局控制着 土壤的发育、水文状况的分异和植被类型的分布，各种自然条件和人为 因素的相互交织而产生的作用，是影响山区土地生态系统稳定性的最根 本原因。所以，进行山区土地生态安全评价，首要任务就是结合山区特 征选取评价因子，并对其作空间定量分析。但由于山区地形复杂，对这 些生态因子进行离散化及数据提取相当困难且耗时费力，也难以做到实 时更新，这也成为制约当前山区土地生态安全评价研究的主要瓶颈。 计算机技术和信息技术的发展，大大加快了山区资源时空多变性的 研究步伐。地理信息系统( g i s ) 以地理空间数据为基础，利用空间分析， 可以对山区复杂多变的地形、土壤、水文和植被等生态因子的时空变化 规律进行精确的描述，便于建立山区地学数据库，对各项生态因子对土 地系统稳定性影响的不尽一致性进行空间分析和空间组合，这在一定程 度上解决了不同尺度的土地生态系统安全评价指标因子数据提取与地学 分析的技术和方法难题。为进行评价土地生态系统安全性奠定了基础， 对宏观层面上的生态安全建设、微观层面上的农业结构调整以及土地资 源优化提供了技术支持。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 生态安全研究现状 生态安全研究是土地生态环境安全研究的理论基础。广义的生态安 全包括自然生态安全，经济生态安全和社会生态安全，组成一个复合人 工生态安全系统。狭义的生态安全是指自然和半自然生态系统的安全， 8 山东农业大学硕士学位论文 即生态系统完整性和健康的整体水平的反映。它是从生态风险分析发展 而来。2 0 世纪7 0 年代“零风险 的环境管理政策目标逐渐暴露出其弱 点，1 9 8 0 年后，产生了风险管理这一全新的环境策略。风险管理观念着 重权衡风险级别与减少风险的成本，解决风险级别与一般被社会所能接 受的风险之间的关系。生态风险评价因能为风险管理提供科学依据与技 术支持而得到迅速发展。9 0 年代，生态风险研究主要集中在对有毒化学 物引起的风险上。研究的生物尺度，主要集中在个体和种群水平上，而 自然灾害、人为破坏和生物人侵等风险研究较少( m a r k h a l l e ，2 0 0 0 ) 。 9 0 年代末至今，我国许多学者以生态安全为研究对象，从不同的方 面开展了生态安全研究。自2 0 0 1 年以来，我国有关生态安全的文献大量 增加，研究内容主要涉及：区域生态安全的建设管理及对策措施、综合 论述生态安全在资源开发、可持续发展等方面的战略地位与重要意义， 部分学者就国家与区域生态安全所面临的急需解决的问题开展了研究， 如转基因问题、物种人侵、土地利用、生态安全监测评价及其技术方法 以及生态法律等问题( 曲格平，2 0 0 2 ；肖笃宁，2 0 0 2 ) ；而全球化、气候 变化对生态安全影响的研究较为薄弱。综合十年来生态安全的研究工作， 主要有生态系统自身安全、生态服务和生态安全分析与评价三个方面。 而关于生态安全评价研究可以概括为一下几方面： 茎蒌袭要，技术方法 呈喜，尺度f 生态安全评价全球j l 妻羹1 生态系统j草原 生态系统 海洋j f 有毒化学物 i 生物( 物种、基因) 入侵 安全分析重金属及放射元素污染 i 自然灾害( 地震、海啸) l 一 自然生态系统 评价指标1 人为社会系统 l 影响预测 决策支持j 状态分析 系统1 预警规划 l 决策实施 图1 1 生态安全评价研究框架 f i g 1 1t h e 仔a m eo fe c o l o g i c a ls e c u r i t ye v a l u a t i o n 9 基于g i s 的山区县域土地生态安全评价与土地利用优化调控研究 1 2 2 土地生态安全研究现状 土地生态安全是区域生态安全的重要组成部分。最早由卡尔曼诺夫 和费里耶夫根据农业生产专门化和集约化的要求，提出对土壤、气候和 其他自然条件进行全面的比较评价的方法，并根据上述各因素制定了评 价体系。土地生态安全作为土地科学研究的新领域，其研究内容主要包 括土地生态安全评价( 评价指标体系的构建和评价方法的研究) 、土地利 用模式优化和土地利用安全格局调控三部分，其中，土地生态安全评价 是土地生态安全研究的重要内容，也是土地利用模式优化和土地利用安 全格局调控的基础。 ( 1 ) 土地生态安全评价指标体系研究 建立科学的指标体系与评价标准是土地生态安全评价的关键环节， 现阶段国内外尚无统一标准的指标体系，但与此相关的土地质量评价指 标体系研究已取得了一些成果，为土地生态安全评价指标体系的构建提 供了基础和借鉴。f a o ( 1 9 9 3 ) 于1 9 9 3 年发表了可持续土地管理评价 大纲，其中的生态可持续性也就意味着生态安全性的要求。为了更好地 掌握土地质量变化及其驱动力，提供土地退化的早期预警和及时发现出 现土地质量问题的地区1 9 9 5 年6 月，世界银行( w b ) 与联合国粮农组 织( f a o ) 、联合国开发计划署( u n d p ) 及联合国环境规划署( u n e p ) 共同发起，建立了土地质量指标体系项目研究的全球联盟基础，并发布 了土地质量指标。在此基础上，近年来，许多学者从不同角度、选择 不同研究区域进行了土地质量指标体系及土地可持续评价指标体系的研 究( 傅伯杰，1 9 9 7 ：张凤荣，2 0 0 1 ；陈百明，2 0 0 2 ) 。 土地生态安全评价指标体系与土地质量指标体系和土地可持续评价 指标体系既有联系又有区别，土地生态安全具有战略性、区域性、层次 性、动态性与阶段性的特点，土地生态系统又是一个复杂的人地复合系 统，涉及到自然、经济和社会等多个方面，因此土地生态安全评价指标 体系的确定仍是一项探索性很强的工作，评价指标的选取不仅要满足科 学性、系统性、可操作性和可比性的要求，更要能够客观反映区域土地 生态安全的状态和问题。 l o 山东农业大学顾：卜学位论文 目前土地生态安全评价指标体系研究尚属起步阶段，张建新( 2 0 0 2 ) 、 汤洁( 2 0 0 6 ) 等基于p s r 框架模型，从土地资源生态压力、土地资源 生态状态和土地资源生态环境响应三方面进行指标筛选，构建了土地生 态安全评价指标体系；刘勇( 2 0 0 4 ) 、高桂芹( 2 0 0 5 ) 等则是从土地自然 生态安全系统、土地经济生态安全系统和土地社会生态安全系统三个角 度选取指标，构建了区域土地生态安全评价指标体系。这些研究为区域 土地生态安全评价指标体系的建立提供了一些思路和尝试。值得注意的 是，不同区域土地资源的自然条件和社会经济条件有所不同，其面临的 生态威胁也不尽相同，例如山地丘陵地区土地资源最主要的生态威胁是 水土流失，滨湖低洼地区土地资源最大生态威胁则是洪涝及土壤次生潜 育化问题，而平原粮区土地资源最主要的生态安全问题是土壤污染等等， 不同的生态安全问题对应的影响因素也不同，因此在建立区域土地生态 安全评价指标体系时，应该针对区域特点，建立能够反映区域主要土地 生态问题的指标体系。 ( 2 ) 土地生态安全评价方法研究 定量测度土地生态安全状态和水平是土地生态安全研究的重要内 容之一。目前土地生态安全评价方法研究还处在实践和探索阶段，比较 常用的方法有以下几种： 综合指数评价法。综合指数评价法是目前应用较多的一种方法， 首先筛选因子构建多指标的评价指标体系。指标体系建立以后，应用层 次分析法( a h p ) 、专家打分法( d e l p h i ) 等方法确定指标权重。然后确 定评价指标的标准值即判定安全阈值，设定评价等级准则。通过数学计 算得到区域土地生态安全的综合指数及安全等级。其中指标安全阈值的 确定是土地生态安全评价的一个关键问题，也是一个难点。安全阈值的 确定不仅影响着评价结果，还能起到预警控制的作用，一旦某些指标接 近安全阂值的警戒线，即应及时采取相应的土地资源管理制度、法律、 经济等措施改善这些指标的状念。由于土地生念安全的评价标准具有相 对性和发展性，不同时期或者不同国家和地区，其评价标准也会不同， 这给土地生态安全评价指标安全阈值的确定带来困难。 土地承载力分析法。目前常用的是传统的土地资源承载力分析方 基于g i s 的山区县域十地生态安全评价与十地利用优化调控研究 法和近年来兴起的生态足迹法。传统的土地资源承载力分析方法是将区 域土地资源所能持续供养的人口数量，即土地资源人口承载量与现实人 口数量相比较，如果承载量大于现实人口数量则判定土地资源处于安全 状态，反之则不安全。而近年来兴起的生态足迹分析法是把一定区域内 的人口所消耗的所有资源和能源及吸收这些人口所生产的所有废弃物的 量都相应地转化为一定的生物生产土地面积，比较土地生态系统所能提 供的生态足迹即土地生态承载力和人类对生态足迹的需求，如果土地生 态承载力大于人类对生态足迹的需求，则出现生态盈余，判定系统是安 全的，如果土地生态承载力小于人类对生态足迹的需求，则出现生态赤 字，判定系统是不安全的。生态足迹的方法从一个新的角度阐释了人类 及其发展与资源环境的关系，其定量化程度高，可用较少的因素定量测 算生态承载力状况，但因无法考虑生态承载力复杂因素间的作用，同时 单纯以人类对自然资源的占有与利用角度分析系统的承载力水平，因而 难免有些缺憾。 景观生态学方法。景观生态学强调空间格局与生态过程以及生态 功能之间的联系，景观结构、功能和变化是景观生态学关注的最基本的 三个特征，景观生态学中的景观生态指数可以定量化描述这三方面特征， 景观结构、功能与变化与土地资源利用的关系相当密切，土地资源的退 化也必然会导致区域景观结构和功能的失调或退化，斑块一廊道一基质 是景观的基本结构，土地利用单元也可以分为斑块、廊道和基质，其结 构、功能、稳定性及抗干