土地生态学(共18页)

1、1、前言(qin yn)随着(su zhe)我国人口(rnku)的不断增加以及城镇化和工业化的迅速发展，土地利用强度在不断增加，范围也在不断的扩展，土地资源的社会价值和经济价值得到了充分的利用，但更为重要的生态价值却没有得到人们应有的关注。森林植被破坏、水土流失、生物多样性减少、土地沙化以及土壤污染等一系列土地生态问题开始大量出现，这些都严重威胁着人类社会的可持续发展。近年来，人们开始逐步认识到实现土地资源可持续利用的重要意义，而关于土地资源可持续利用的核心和基础土地资源生态安全的研究已成为土地资源可持续利用研究的前沿课题1-3。土地资源生态安全是指一定的时空范围内的土地生态环境处于一种不受或

2、少受威胁与破坏的健康、平衡的状态，土地资源生态系统能够通过自身的调节保持一定的动态平衡的状态，并能为人类经济社会的可持续发展提供稳定的支持。土地资源生态安全评价的核心内容就是通过运用科学有效的评价方法对区域内土地的生态安全状况进行定性和定量的分析与评价。目前我国在土地资源生态安全评价方面的研究仍然处于起步阶段，现有的评价方法主要有（压力状态响应）模型、层次分析法、主成分分析法、物元模型和基于技术的评价方法等。区域生态安全评价中涉及到的指标数量较多，在国际上并没有形成系统综合的生态安全评价指标体系，特别是针对中小城市的土地生态安全研究相对较少，且缺乏量化方法8 12。本研究选用了能综合反映自然、

3、经济和社会因素关系的（压力状态响应）模型13，14并结合研究区的实际特点构建了周口市土地资源生态安全评价指标体系，对周口市20012012年的土地资源生态安全状况进行评价，对于丰富土地生态安全评价研究的个案、加深对生态安全的科学认识以及实现周口市文化和生态园林城市建设都具有重要的理论意义与实践价值。2数据来源与研究方法2.1数据来源本研究针对研究目的和所构造的指标体系，并结合周口市的实际情况，通过大量查阅相关文献得到了各个指标所对应的数据。相关数据大部分来源于：周口市各县区统计年鉴（20012012），河南省统计年鉴 （20012012），河南省调查年鉴，中国统计年鉴（20012012），中国

4、农村统计年鉴，河南省土地利用现状数据集，河南省和周口市环境公报和环境监测数据，相关数字影像数据，相关研究报告、书籍、论文期刊和大量的实地调查资料。各指标基准值的确定主要是通过参考相关文献5,10-11，采用目前国际公认值、世界平均值、全国平均值、华北地区均值等，此外，考虑到河南省和周口市的实际情况，部分指标采用河南平均值和一些专家的意见。2.2构建评价指标体系土地(td)资源(zyun)生态安全具有整体性、动态性和区域性的特征，与之对应(duyng)的土地生态系统也是一个包含多要素的复杂系统。因此，土地资源生态安全指标体系的建立既要符合相关的评价要求，还要符合区域发展实际情况。因此，本研究在遵

5、循科学性、系统性、层次性、可获得性、可操作性的原则基础上，运用框架模型，从土地生态安全的内涵出发，综合分析周口市土地生态安全的影响因子，构建了包含目标层、项目层、因素层和指标层4个层次、27个指标的周口市土地资源生态安全评价指标体系（表）。此外，我们依据各指标与土地资源生态安全的相关性，把其分为正向指标（P）和逆向指标（M）：P值越大土地资源生态状况越好，比如生活污水处理率、旱涝保收率、农民人均收入等，所以该指标的基准值为安全的下限，低于该值则不安全；M指越小土地资源生态状况越好，如人口密度、人口自然增长率、单位GDP产能等，所以该指标的基准值为安全的上限，高于该值则不安全。目标层（O）项目层

6、（A）因素层（B）指标层（C）安全变化趋势基准值（Q）基准值来源人口自然增长率（）M1.37世界平均水平人口压力人口密度（人/公顷）M1.28国际公认值人均耕地（公顷/人）P0.08国际公认值单位面积耕地化肥负荷（吨/公顷）M1.13河南均值单位面积耕地农药负荷（吨/公顷）M0.0012国际公认值压力环境压力单位面积耕地农膜负荷（吨/公顷）M0.246国际公认值单位面积耕地工业废水承载量（吨/公顷）M146.79国际公认值单位面积耕地工业废气承载量（立方米/公顷）M23181.62国际公认值城市化水平(%)P60国际公认值周口市社会经济压力经济密度（万元/公顷）P81.2河南均值土地生农村家庭

7、平均每人年末居住面积（平方米）M27河南平均值态安全易涝地占耕地比重（%）M34华北地区均值评价土地资源状态旱涝保收率P0.6219华北地区均值有效灌溉面积比率（公顷）P0.6841河南平均值单位GDP能耗（吨标准煤/万元）M0.62全国水平状态生态环境状态单位GDP电耗（千瓦时/万元）M0.92全国水平工业废水排放达标率（%）P100国际标准农林牧渔增加值指数（%）P8.29河南平均值社会经济状态单位耕地面积排灌机械动力(kw/hm2)P1.123华北地区均值人口死亡率（）P6.65世界平均水平第三产业占GDP的比重（%）P41.92全国水平经济响应农林水务支出占总预算比重（%）P7.82河

8、南均值环保治理支出占总预算比重（%）P2.5国际公认值响应农民人均收入（元）P2512全国平均工业SO2去除率（%）P96全国水平社会响应生活污水处理率（%）P97国际公认值洪涝处理率（%）P92全国水平2.3数据(shj)标准化在评价的过程中，由于评价指标的单位和数据大小不同，不具有可比性，所以(suy)要对指标原始数据进行标准化处理。无量纲(lin n)化处理是评价指标数据标准化的一种方法，简单地说就是利用数学方法把具有不同单位的实际值转换为相对的指标值，这样就能够通过消除各指标量纲的影响来综合地反映土地资源生态安全状况。本研究内的评价指标无量纲化，采用直线型即不安全指数法进行：（1）正向

9、指标:（2）逆向指标：式中，为第个评价指标在第年中的实际值，为第个评价指标的基准值，为该指标的标准化安全指数，。根据以上方法计算得到周口市土地资源生态安全各评价指标的安全指数（表2）200120022003200420052006200720082009201020112012C10.16530.23140.26050.27680.26500.26300.30180.30860.33010.29590.29850.3031C20.00150.00150.00140.00140.00140.00140.00140.00140.00140.00140.00140.0014C30.03740.036

10、40.03440.03570.03370.37380.03270.03440.41140.03440.41140.4004C40.42740.39740.40740.41140.40040.42040.41140.40040.42040.39040.41140.4004C50.04740.04830.05200.05790.05600.05340.05280.05180.05560.05460.05370.0525C60.41110.39110.37110.36110.32110.30110.35110.36560.35640.33560.36560.3456C70.47160.43160.4

11、1160.39160.36160.33110.34160.37110.33110.32360.52330.3864C80.03440.02440.02240.01940.02740.02210.01640.01610.01240.01510.01540.0164C90.18270.18670.18620.27580.23670.36450.43370.42080.40150.49550.52500.4655C100.46090.51110.49780.48400.46560.43750.42750.27580.26550.26580.32580.2258C110.41550.42550.405

12、50.42550.40150.42550.41350.42550.41350.40950.41350.4237C120.79070.73950.78250.77810.45810.45190.45800.66190.78520.66440.69630.6841C130.74210.75910.77860.79370.78410.64190.63490.64190.63490.79190.78460.7876C140.42390.39390.36390.33390.32390.64190.33390.32190.33190.33570.33390.3439C150.42760.43970.446

13、00.47330.49230.46100.55360.56670.53270.55020.56270.5967C160.37760.36760.35760.36760.33760.34760.36760.36760.34610.36920.33310.3201C170.36560.35360.33360.89070.96900.86930.86930.91140.84120.83150.85650.8613C180.44160.43160.42160.42160.40160.39160.39800.37740.38860.37700.38450.4892C190.41260.42570.399

14、60.36960.33960.35330.33960.31960.31930.31880.32410.3663C200.39560.38260.36220.34220.31260.33110.30260.31260.32530.31320.32120.3286C210.59160.54460.58060.53060.51550.50550.64650.59880.41590.59160.61550.6250C220.61430.62890.57230.52230.51370.50650.58060.52230.49230.50230.49230.4754C230.49200.51000.568

15、00.68200.67250.69200.78400.74800.72400.73200.72800.7320C240.56770.61680.62980.59980.58610.52980.59980.55920.55920.55260.57450.5592C250.91000.91260.91290.91410.91780.82500.83330.82780.83780.81340.79780.8178C260.84740.86080.87220.87220.85220.84480.85340.93300.94390.96450.95420.9361C270.95830.96960.972

16、90.95940.95560.93600.96350.96770.97500.83750.88230.93332.4指标权重(qun zhn)的确定在土地生态(shngti)安全综合评价的过程中，最关键(gunjin)的就是确定各评价指标的权重，因为不同指标对生态安全指数的贡献会有差异，在量化过程中需要通过指标权重来刻画每个评价指标贡献率的大小18。确定权重的方法主要包括主观赋权法和客观赋权法25，本研究在充分考虑两类方法的优劣势基础上最终选择了两者相结合的方法，综合分析得出周口市土地资源生态安全各指标的权重。（1）层次分析法所谓层次分析法是一种定性与定量相结合的方法，分别建立层次结构，以同一

17、准则层内的指标层为评价对象，构造多因子判断矩阵，运用Yet Another AHP软件计算各个判断矩阵的最大特征值，再依据层次分析法计算出各指标权重，并通过一致性检验，所计算得到的特征向量即可作为该指标的权重，由于方法简单故不再详述，计算结果见(表3)。目标层（O）权重项目层（A）权重指标层（C）权重C10.0412C20.0356C30.0456C40.0412C50.0399压力C60.03010.4192C70.0345C80.0365C90.0368C100.0412 周C110.0366 口C120.031 市C130.0362 土C14 0.04 地状态C150.0389 生0.3

18、1225C160.0415 态C170.0365 安C180.0389 全C190.0289评C200.0241 价C210.0456C220.0315响应C230.04250.26855C240.0413C250.03C260.0389C270.03875，通过一次性检验。（2）熵权法熵权法作为一种客观综合赋权法，主要是根据各指标提供的信息量大小来确定权重，消除(xioch)了人为因素的影响19，其原理(yunl)是某项指标的值变异程度越大，信息熵越小，该指标提供的信息量越大，相应权重(qun zhn)越大，反之，权重越小20。因此，我们可以根据各项指标的变异程度计算其各自的权重，为多指标综

19、合评价提供依据。根据熵的定义，假设有个评价指标，参与评价的年份为，为第个指标在第个年份的标准化值，构建矩阵：计算第各指标下第年的样本比重：计算第项指标的熵值：式中与系统的样本数有关，一般定。计算第个指标的差异性系数：确定第个指标的权重：以周口市20012012年各指标的标准化数据为基础，根据上述熵权法的原理和计算公式可以得到各指标的权重，计算结果见（表4）。指标层权重指标层权重C10.0341 C150.0378 C20.0399 C160.0398 C30.0423 C170.0383 C40.0423 C180.0337 C50.0403 C190.0354 C60.0345 C200.0

20、345 C70.0375 C210.0289 C80.0303 C220.0453 C90.0346 C230.0412 C100.0367 C240.0389 C110.0312 C250.0349 C120.0363 C260.0415 C130.0412 C270.0342 C140.0344 （3）指标(zhbio)权重的最终(zu zhn)确定(qudng)假设各个指标最终的综合权重为，式中的参数和为主观赋权法和客观赋权法的线性表达系数，它们满足约束条件：，、。依据主观赋权法和客观赋权法所得到的两类权重结果，参考相关的研究成果47/48，并征求25位专家学者的意见，得到分别为0.35

21、和0.65，最终确定了各个指标的综合权重，结果见（表4）。指标代码层次分析法权重熵权法权重综合权重指标代码层次分析法权重熵权法权重综合权重C10.04120.0341 0.036585C150.03890.03780.038185C20.03560.0399 0.038395C160.04150.03980.040395C30.04560.0423 0.043455C170.03650.03830.03767C40.04120.0423 0.041915C180.03890.03370.03552C50.03990.0403 0.04016C190.02890.03540.033125C60.

22、03010.0345 0.03296C200.02410.03450.03086C70.03450.0375 0.03645C210.04560.02890.034745C80.03650.0303 0.03247C220.03150.04530.04047C90.03680.0346 0.03537C230.04250.04120.041655C100.04120.0367 0.038275C240.04130.03890.03974C110.03660.0312 0.03309C250.030.03490.033185C120.0310.0363 0.034533C260.03890.04

23、150.04059C130.03620.0412 0.03945C270.038750.03420.035793C140.040.0344 0.034962.5综合评价指数的计算通过上述步骤，对各指标进行标准化处理及权重确定，计算土地资源生态安全的单项指标评价值和综合指标安全值，计算结果见（表2-42-7）。式中：为第个评价指标在第年中的单项安全值；为第年的土地生态安全综合值；为指标在第年中的标准化安全数；为指标的综合权重200120022003200420052006200720082009201020112012C10.00600.00850.00950.01010.01270.00960

24、.01100.01130.01210.01280.01090.0111C20.01030.01010.01050.01010.01010.01010.01010.01010.01010.01010.01010.0101C30.00160.00160.00150.00160.00150.00820.00140.00150.00190.00150.00180.0074C40.02790.02100.02410.02320.02640.02760.02720.02680.02760.02610.02720.0266C50.01180.01180.01210.01230.00120.00210.001

25、10.00100.00120.00120.00120.0011C60.02350.02290.02220.02190.02060.02190.02160.02210.02420.02110.02210.0214C70.02020.02570.02500.02430.02320.02080.02250.02220.02210.02580.02280.0221C80.01120.01080.01070.01060.01690.01370.01350.01550.01540.01550.00850.0085C90.00610.00660.00660.00680.00840.00890.00890.0

26、0830.00820.00850.01860.0164C100.01760.01960.01910.01810.01880.01670.01240.01060.01080.01020.01250.0126C110.01370.01410.01340.01410.01930.01910.01370.01310.01370.01350.01370.0140C120.00830.00850.00700.00690.00680.01560.01580.01490.01410.01290.01400.0136C130.00830.00890.00070.00830.00890.01230.01500.0

27、1530.01500.01620.01800.0179C140.01480.01380.01270.01970.01630.01240.01870.01830.01860.01870.01970.0162C150.01630.01080.01000.01010.01080.01060.01310.01410.01430.01500.02150.0228C160.01530.01480.01440.01880.01360.01400.01480.01480.01400.01490.01450.0129C170.01380.01330.01060.01760.03650.03270.03270.0

28、3430.03170.03330.03230.0324C180.01570.00930.01620.01500.01430.01390.01910.02140.02180.02340.01370.0144C190.01370.01410.01320.01220.01120.01170.01120.01060.01060.01060.01070.0101C200.01220.01180.01120.01050.00960.00820.00930.00960.01000.00970.00990.0101C210.01060.01090.01020.01040.01090.01760.01250.0

29、1780.01750.01860.01940.0187C220.01490.01350.01320.01110.01080.01350.01390.02000.02500.02030.01990.0192C230.01050.01120.00930.00940.01240.01320.01360.01610.02110.02080.02040.0205C240.01250.01230.01000.01680.01630.01610.01680.01220.01920.01200.01280.0125C250.01120.01120.01040.01030.01420.01310.01390.0

30、1850.02140.02500.02470.0272C260.01140.01040.01140.01850.01660.01630.01660.01800.01690.01920.01870.0160C270.00630.00670.00780.00930.00920.00950.03450.03460.03490.03480.02460.0234Fi0.34560.33440.32300.35820.37760.38960.41520.43310.45340.45150.44400.4394指标20012002200320042005200620072008200920102011201

31、2压力层指数0.15010.15260.15470.15310.15900.15880.14340.14240.14720.14620.14930.1513状态层指数0.11830.10550.09610.11910.12820.13160.15000.15390.15020.15480.15420.1505响应层指数0.07720.07640.07230.08600.09040.09920.12180.13730.15600.15050.14050.1376综合指数0.34560.33440.32300.35820.37760.38960.41520.43360.45340.45150.44

32、400.4394安全等级5评价结果(ji gu)分级计算(j sun)得到综合指数(zhsh)之后，本文在参照相关研究成果的基础上49_5G,结合评价结果的实际情况，采用非等间距方法，将土地生态安全综合值划分为5个等级，见表4-5。参考相关研究成果20 23，设计了一个 5 级标准对生态安全综合指数进行分级，见表 2。表4-5土地生态安全程度划分Tab 4-5 The cultivated land resources ecological security level安全指数安全状态安全等级 风险级敏感级临界安全一般安全比较安全4结果与分析5、结论与建议5.1指标权重分析从表4中可以看出，周

33、口市土地生态系统的压力、状态和响应三个项目层权重分别为 ，由此可以看出三个项目层对焦作市的生态安全评价的重要度依次降低。在压力层中，人均耕地指标的权重以0.043455达到最高，可以反映出人口和耕地面积在周口市土地生态环境安全评价中起着异常重要的作用;在状态层中，单位GDP电耗的比重值最高达到0.040395。由于本区域的电能大部分属于火力发电，这就表明了煤炭燃烧量与周口市的生态环境安全有密切的关系，是时的发展绿色能源能有效改善周口市的生态安全状况。在土地生态安全系统的响应层中，农林水务与环保治理的预算支出占比和生活污水处理率这三项指标的权重较高，分别达到0.0453、0.0412、0.041

34、5，说明在应对土地生态安全的问题上，周口市要加大对农林水务和环境治理的财政支持力度，并加快提高生活污水处理率，以此来提高周口市土地生态安全的水平。5.2周口市土地(td)生态安全(nqun)状况分析将指标体系中的各评价指标进行加权求和(qi h)得到焦作市 20052011 年的生态安全综合指数( 表 3) 。结果显示: 20052011 年焦作市生态安全综合指数总体呈现上升趋势。其中 2005 年和 2006 年的生态安全指数分别为 0 43 和 0 38，处于不安全状态; 2007 年、2008 年生态安全指数有所增加，达到 0 45，处于临界安全状态; 2009 年、2010 年、201

35、1 年生态安全指数分别达到 0 56、0 58 和 0 64，处于较安全状态。表明20052011 年焦作市生态安全水平有了较大提高，生态安全状况得到不断改善。特别是 2006 年以后，随着焦作市对环保投资的加大和对污染物处理能力的加强，焦作市的生态安全呈稳步上升趋势，生态安全水平在不断提高，已从不安全状态逐步过渡到较安全状态。 从图 1 可见，20052011 年焦作市响应层指数呈现逐年上升趋势，说明焦作市在经济转型期间非常重视生态环境的改善，响应能力不断增强，主要体现在生活污水处理率、环保占财政支出比例、公园绿地面积、科技占财政支出比例、工业 SO2去除率等指标有较大增加，这也是推动焦作市生态安全指数不断上升的主要原因; 压力层指数和状态层指数在 7 年间呈现较多波动，特别是压力层指数在经历了 2006 年短暂下降后又