王盼婷

(長安大學(xué)土地工程學(xué)院，陜西 西安 710054)

引言

生態(tài)安全是生態(tài)系統(tǒng)完整性和健康性的整體反映，能夠有效保障人類的生活和健康不受損害、經(jīng)濟發(fā)展和社會安定不受阻礙和威脅[1]。多年來，由于城市化進程的加快，礦產(chǎn)資源開發(fā)力度的加大，土地利用的景觀格局發(fā)生了顯著變化，人口與土地之間的矛盾愈演化愈緊張以及不合理的土地利用和發(fā)展導(dǎo)致了生態(tài)環(huán)境的惡化[2,3]。因此，評價區(qū)域生態(tài)安全對協(xié)調(diào)土地利用和生態(tài)環(huán)境的關(guān)系、促進資源的合理配置以及實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義[4]。神木市位于陜西省北部，地處鄂爾多斯盆地東北部和毛烏素沙地過渡帶，是能源化工基地同時也是生態(tài)脆弱的典型區(qū)域[5]。因此，通過對影響生態(tài)安全性的土地利用、降水、植被覆蓋率、坡度等要素的全面剖析，基于景觀指數(shù)和空間數(shù)據(jù)量化手段構(gòu)建生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，深刻認識生態(tài)系統(tǒng)對調(diào)節(jié)氣候、凈化空氣、涵養(yǎng)水源、保護生態(tài)多樣性等方面的重要作用，以期為優(yōu)化區(qū)域國土空間布局和生態(tài)安全管理提供參考。

1 研究區(qū)概況

神木市地處陜西省榆林市北部，毛烏素沙漠的東南部，地理區(qū)位優(yōu)越，礦產(chǎn)資源稟賦。位于E109°40～110°54′，N38°13～39°27′，總面積達7635km2。神木市是秦晉蒙3省交界地帶，西與內(nèi)蒙古伊金霍洛旗為鄰，東隔黃河與山西省興縣裴家川相望，地理位置優(yōu)越。地貌可以分為市境北部沙漠草灘地貌、中南部及市境中部的丘陵溝壑地貌和東南部黃河沿岸的土石山地貌3種地貌類型，總體地勢西北高東南低，境內(nèi)有黃河、窟野河、禿尾河等水系。該市的自然氣候?qū)儆谥袦貛У陌敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候區(qū)，夏季炎熱冬季干冷，風(fēng)沙頻繁。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

土地利用數(shù)據(jù)采用2017年全球10m分辨率土地覆被數(shù)字產(chǎn)品(http://data.ess.tsinghua.edu.cn/)；道路、河流數(shù)據(jù)獲取1∶100萬全國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫(https://www.webmap.cn/)；DEM數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云平臺(http://www. gscloud.cn/)；降雨量、NPP數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)，有關(guān)景觀指數(shù)均通過Fragstats 4.2軟件進行預(yù)處理。

2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

借鑒生態(tài)學(xué)中的“活力-組織力-恢復(fù)力-生態(tài)服務(wù)能力”的邏輯架構(gòu)，參考蔡忠亮等的研究方法[6]，從“生態(tài)服務(wù)能力-生態(tài)敏感性-生態(tài)組織結(jié)構(gòu)”3個維度考慮構(gòu)建評價指標(biāo)體系，見表1。

表1 神木市生態(tài)安全評價指標(biāo)體系

2.3 無綱量化處理

土地生態(tài)安全涵蓋多方面的指標(biāo)，各指標(biāo)的度量單位、數(shù)量級等量綱不一致。因此，本文采用閾值法中的極差化方法對指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化的處理[7]，方法如下。

正趨向指標(biāo)：

負趨向指標(biāo)：

式中，X'ij表示原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理后的指標(biāo)值；xij表示第i年的第j項指標(biāo)的實際值；xmax表示第j項原始指標(biāo)的最大值；xmin表示第j項原始指標(biāo)的最小值。

2.4 突變級數(shù)法

突變級數(shù)法的理論基礎(chǔ)是突變理論，該理論是利用動態(tài)系統(tǒng)的拓撲理論構(gòu)造數(shù)學(xué)模型,從而描述、預(yù)測自然現(xiàn)象與社會活動中事物連續(xù)性中斷的突變過程[8]，見表2。

2.5 生態(tài)安全評價分級標(biāo)準(zhǔn)的制定

由于突變級數(shù)法算出的評價值會比較大，因此需將常規(guī)等級中的各級安全指數(shù)轉(zhuǎn)換為突變級數(shù)法下的各級綜合評價值[9,10]，最終獲得生態(tài)安全評價等級標(biāo)準(zhǔn)，見表3。

表2 突變模型及相關(guān)公式

表3 神木市生態(tài)安全評價等級標(biāo)準(zhǔn)

3 研究結(jié)果和分析

3.1 土地生態(tài)安全格局分析

利用上述過程對神木市2017年的生態(tài)安全水平進行評價，將生態(tài)安全水平評價結(jié)果進行5個等級的劃分，很不安全、較不安全、安全、較安全、理想狀態(tài)，各等級分布情況如圖1所示。分析圖1可知，整體上神木市生態(tài)安全水平均值為0.9533，全市處于安全狀態(tài)呈安全狀態(tài)。其中，除了水系面積外，很不安全區(qū)域面積268.51km2，占比3.67%；較不安全區(qū)面積1371.33km2，占比18.78%；安全區(qū)面積2719.71km2，占比37.22%；較安全區(qū)面積2939.41km2，占比40.25%；理想安全面積3.57km2，占比0.03%。從空間分布來看，生態(tài)不安全區(qū)域主要分布在中部連接北部沿河呈帶狀和西部呈組團狀的人口集中區(qū)，安全區(qū)域主要分布在南部和西北部地區(qū)，總的來說生態(tài)安全呈現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性。

為了進一步分析神木市安全風(fēng)險，將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)安全等級面積占比進行統(tǒng)計分析，見表4。結(jié)果表明，很不安全面積主要分布在孫家岔、店塔、麻家塔，大堡當(dāng)、大柳塔等生態(tài)敏感、礦產(chǎn)資源開采等人類劇烈活動聚集區(qū)，而安全區(qū)主要分布在瑤鎮(zhèn)、大保當(dāng)北部、爾林兔、謝家堡、欄桿堡、中雞、萬鎮(zhèn)、沙峁、瓦羅等西北和南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)。全省幾乎沒有理想安全狀態(tài)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，大部分均處于安全或較不安全狀態(tài)。其原因主要與神木市社會經(jīng)濟發(fā)展結(jié)構(gòu)和城市化迅速擴張有很大聯(lián)系，神木的經(jīng)濟支撐主要是工業(yè)，擁有豐富的原煤資源，是陜北能源基地的核心市。近幾年，隨著城市的快速發(fā)展，包茂高速公路、榆商高速、包西鐵路穿境而過，中部串聯(lián)密集的礦區(qū)公路等基礎(chǔ)設(shè)施不斷建設(shè)以及建成區(qū)面積不斷擴大，致使全市生態(tài)安全面臨很大壓力。

表4 神木市生態(tài)安全等級面積占比匯總表

3.2 生態(tài)安全各因素的安全格局及分析

3.2.1 生態(tài)組織結(jié)構(gòu)分析

神木市景觀地類主要為林草地、耕地和未利用地，分布在南部山區(qū)和北部風(fēng)沙區(qū)。東南部耕地和林草相間分割分布，煤礦開發(fā)中對耕地破壞嚴(yán)重，加上粗放式的管理利用，人類活動影響越發(fā)強烈使地類破碎程度加大。而西北部主要為連片分布的未利用地，因難以開發(fā)，所以擾動性小，連通性較好，其生態(tài)壓力性低。整體來看，榆林市土地集約化水平低，多樣性指數(shù)高，景觀類型非均衡分布。

圖1 神木市生態(tài)安全評價圖

3.2.2 生態(tài)敏感性分析

神木市生態(tài)敏感性體現(xiàn)在社會經(jīng)濟壓力較自然生態(tài)壓力抵御外界的影響能力小。神木市社會壓力敏感區(qū)布局主要呈抱團式和帶狀發(fā)展。其中，包括西部呈組團式發(fā)展中心城鎮(zhèn)，中部連接北部沿河呈帶狀發(fā)展城鎮(zhèn)空間。原因主要是神木市快速的經(jīng)濟發(fā)展和能源化工基地的建設(shè)，加之四通八達的立體交通網(wǎng)絡(luò)，促使北部能源富集區(qū)工礦和交通用地顯著增加。同時也促使各鄉(xiāng)鎮(zhèn)城鎮(zhèn)建設(shè)用地呈現(xiàn)增加的態(tài)勢，尤其是以政治經(jīng)濟中心神木鎮(zhèn)為核心的周圍鄉(xiāng)鎮(zhèn)和以煤炭工業(yè)為主的大柳塔、店塔、麻家塔、瑤鎮(zhèn)增長最為明顯，從而對城市土地生態(tài)安全帶來巨大挑戰(zhàn)。由此可見，神木市區(qū)位優(yōu)勢發(fā)展與生態(tài)的穩(wěn)定性矛盾凸顯，處理好經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系是關(guān)鍵之本。

3.2.3 生態(tài)服務(wù)能力分析

生態(tài)服務(wù)能力主要從活力和服務(wù)2方面進行定量評價。從植被覆蓋度和植被初級凈生產(chǎn)力分布來看，神木市呈東南高、西北低的生態(tài)服務(wù)能力分布格局。東南部中等覆蓋度較高，而西北部多為較低植被覆蓋，因此南部的生態(tài)系統(tǒng)的活力和土壤保持服務(wù)能力比北部高。東南部較高的生態(tài)服務(wù)能力能夠增加區(qū)域的生物多樣性，對水土資源的涵養(yǎng)效果較好，提高了生態(tài)系統(tǒng)的凈化能力，體現(xiàn)了生態(tài)服務(wù)能力對于提升區(qū)域生態(tài)安全水平有著突出貢獻。綜上，要提高神木市土地生態(tài)安全狀況，更需重視和加強生態(tài)安全建設(shè)。

4 結(jié)論及建議

通過在市域小尺度內(nèi)部區(qū)域開展基于突變級數(shù)法的生態(tài)安全格局相關(guān)評價研究，對于明確神木市土地生態(tài)安全格局狀況具有重要意義。神木市2017年土地生態(tài)安全平均指數(shù)為0.9533，達到安全水平，整體呈現(xiàn)西北和南部安全水平高、中北和中西部不安全的分布格局，其中不安全區(qū)域分布在孫家岔、店塔、麻家塔，大堡當(dāng)、大柳塔等生態(tài)敏感、礦產(chǎn)資源開采等人類劇烈活動聚集區(qū)。礦山開采活動密度大、工業(yè)較為發(fā)達、基礎(chǔ)設(shè)施不斷建設(shè)以及建成區(qū)面積不斷擴大等社會敏感活動是導(dǎo)致該區(qū)域生態(tài)安全的重要因素，因此全市生態(tài)安全面臨很大壓力，生態(tài)安全水平還有提升的空間。神木市區(qū)位優(yōu)勢發(fā)展與生態(tài)的穩(wěn)定性矛盾突出，為進一步處理好經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系，建議將神木市劃分為北部防風(fēng)固沙生態(tài)控制區(qū)，以生態(tài)重建和生態(tài)保育為主的生態(tài)建設(shè)目標(biāo)，加強水源地保護和景觀生態(tài)建設(shè)相結(jié)合，積極推進塌陷區(qū)生態(tài)重建；中部工業(yè)集聚區(qū)，平衡人居環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展，加強生態(tài)和道路防護林帶建設(shè)，建立可持續(xù)的新型能源工業(yè)體系，加強能源和礦產(chǎn)資源的開發(fā)建設(shè)監(jiān)管；南部黃河沿岸綜合治理區(qū)，保護區(qū)域自然資源，加強區(qū)域水土保持治理，培育優(yōu)化特色產(chǎn)業(yè)發(fā)展。