李文華，雍新琴

（江蘇師范大學(xué)，江蘇 徐州 221116）

土地資源是人類物質(zhì)生活的基礎(chǔ)，是萬物之源，人類的一切活動都依賴于此而實現(xiàn)[1]。近年來，我國經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展引發(fā)了許多土地生態(tài)安全問題，例如土壤污染﹑生物多樣性減少﹑水土流失等，這些問題破壞了土地的生態(tài)平衡性，給區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展帶來了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。土地生態(tài)安全是土地資源可持續(xù)利用的核心要素[2]，通過對土地生態(tài)安全進(jìn)行評價和預(yù)測，可以客觀反映區(qū)域土地生態(tài)安全狀況，掌握其發(fā)展態(tài)勢，為土地資源的合理利用﹑保護(hù)和規(guī)劃提供參考依據(jù)。

當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者從多角度﹑多模型﹑多方法等方面在土地生態(tài)安全的研究上做了許多探索并取得不少研究成果。常見的土地生態(tài)安全評價模型有壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模型[3]﹑CLUE-S 模型[4]和自然-經(jīng)濟(jì)-社會模型[5]。評價方法主要包括主成分分析法[5]﹑綜合指數(shù)法[6]﹑TOPSIS 法[7]﹑BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法[8]等。隨著科技的不斷發(fā)展，GIS 成為土地安全評價研究中至關(guān)重要的技術(shù)手段，為該研究作出不少貢獻(xiàn)。由于徐州市擁有多年的煤炭開采歷史，長期的開采活動導(dǎo)致大片土地被破壞，地面塌陷現(xiàn)象十分嚴(yán)重，這對徐州市的土地生態(tài)安全構(gòu)成了一定的威脅。因此，對徐州市土地生態(tài)安全進(jìn)行科學(xué)評價與預(yù)測具有重要意義。

本文從壓力﹑狀態(tài)和響應(yīng)三個角度選取14 個指標(biāo)構(gòu)建評價體系，運(yùn)用綜合賦權(quán)的方法確定指標(biāo)權(quán)重，并對其進(jìn)行加權(quán)求和，得到2012—2021 年徐州市土地生態(tài)安全狀況。最后，根據(jù)徐州市近10年的土地生態(tài)安全狀況，對其2025—2030 年土地生態(tài)安全進(jìn)行擬合預(yù)測。

1 研究區(qū)概況

徐州市位于江蘇省西部，是華東地區(qū)經(jīng)濟(jì)﹑科技﹑文化﹑金融﹑醫(yī)療﹑外貿(mào)等多個領(lǐng)域的重要樞紐，地形以平原為主，中東部有少量丘陵山區(qū)，氣候?qū)贉貛Ъ撅L(fēng)，該地區(qū)降水相對集中，四季分明。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究的數(shù)據(jù)來源于徐州市統(tǒng)計局官方網(wǎng)站公布的2013—2022 年《徐州市統(tǒng)計年鑒》，以及徐州市人民政府公布的數(shù)據(jù)等。

2.2 研究方法

2.2.1 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

本文以PSR 模型為基礎(chǔ)，結(jié)合土地生態(tài)安全內(nèi)涵與徐州市實際情況，在遵循科學(xué)性﹑可比性﹑可操作性等原則下，考慮社會﹑經(jīng)濟(jì)﹑環(huán)境等方面對土地生態(tài)安全的影響程度，篩選出14 個指標(biāo)（表1），構(gòu)成了徐州市土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系。

表1 徐州市土地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系

2.2.2 評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

由于土地生態(tài)安全評價指標(biāo)涉及社會﹑經(jīng)濟(jì)﹑環(huán)境等多個方面，各類指標(biāo)數(shù)據(jù)在正負(fù)性質(zhì)﹑量綱性質(zhì)上存在差異，因此將數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化。本研究通過極差標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其中:

正向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式:

負(fù)向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式:

式中:Xij為各指標(biāo)的真實數(shù)值，i=1…m，表示研究期數(shù)；j=1…n，代表評價指標(biāo)；Xjmax﹑Xjmin為第j項指標(biāo)的最大值和最小值。

2.2.3 評價指標(biāo)權(quán)重的確定

由于主觀賦權(quán)法多依賴于專家經(jīng)驗來決定各項指標(biāo)的權(quán)重，具有主觀性，因此需結(jié)合客觀賦權(quán)法來保證賦權(quán)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。本文采用AHP 法與熵權(quán)法結(jié)合的綜合賦權(quán)法，既能削弱層次分析法中的主觀因素對權(quán)重的影響，也能使熵權(quán)法賦權(quán)結(jié)果更具現(xiàn)實意義[9]。

2.2.3 .1 層次分析法

利用yaahp 軟件，將目標(biāo)分解成各層次和要素，并依據(jù)研究經(jīng)驗對各要素對目標(biāo)的重要影響程度進(jìn)行相對排序，從而得到各指標(biāo)權(quán)重。第一步，先構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型，將其分為目標(biāo)層﹑中間層﹑指標(biāo)層三層，即指標(biāo)層由14 個指標(biāo)構(gòu)成，壓力﹑狀態(tài)﹑響應(yīng)三部分構(gòu)成中間層，目標(biāo)層為徐州市土地生態(tài)安全；第二步，通過兩兩對比的方式，確定各要素對上一層次影響程度的大小，從而構(gòu)成判斷矩陣；第三步，分別計算判斷矩陣最大特征根和特征向量，判斷其一致性檢驗是否合格，將歸一化后體征向量作為權(quán)重值；若不合格，則重新匹配構(gòu)成矩陣直到一致性檢驗合格。

2.2.3 .2 熵權(quán)法

指標(biāo)的信息熵﹑權(quán)重的具體計算見公式（3）~（4）:

2.2.3 .3 綜合賦權(quán)法

將以上兩種方法獲取的各指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行平均加權(quán)求和，得到每個指標(biāo)的綜合權(quán)重（表2）。

表2 各評價指標(biāo)趨向性及權(quán)重

2.2.4 土地安全綜合指數(shù)

根據(jù)上述中各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理數(shù)值﹑各指標(biāo)權(quán)重，對各項指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)求和，得到土地生態(tài)安全綜合指數(shù)，采用公式（6）進(jìn)行計算:

式中:Qi為第i年的安全評價綜合值；Wj為第j項指標(biāo)的權(quán)重值；Dj為第j項指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

2.2.5 土地生態(tài)安全等級劃分

依據(jù)徐州市土地安全綜合評價結(jié)果和區(qū)域?qū)嶋H情況，參考前人研究成果[10-13]，得到徐州市土地生態(tài)安全狀況判定等級（表3）。隨著綜合數(shù)值的增加，區(qū)域內(nèi)土地生態(tài)安全情況呈現(xiàn)逐步好轉(zhuǎn)的態(tài)勢；相反，當(dāng)綜合數(shù)值逐漸減少后，區(qū)域內(nèi)的土地生態(tài)安全形勢則逐步惡化。

表3 土地生態(tài)安全等級劃分

2.2.6 灰色預(yù)測模型GM（1，1）

建模的第一步，對原始數(shù)據(jù)X（0）={x（0）（i），i=1，2，…，n}進(jìn)行一次累加計算，得到以下累加序列:

將a、u導(dǎo)入時間序列，然后將求導(dǎo)得到還原式:

通過后驗差來檢驗精確度，通常C<0.65，即代表可以使用灰色預(yù)測模型:

式中:S1為原始數(shù)列x（0）（k）的均方差，S2為絕對殘差數(shù)列的均方差，為殘差均值，P為小誤差概率。

3 結(jié)果與分析

3.1 徐州市土地安全等級

根據(jù)綜合評價指數(shù)及等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，得出徐州市2012—2021 年土地生態(tài)安全等級（表4）和土地生態(tài)安全狀況演變態(tài)勢（圖1）。

圖1 2012—2021 年徐州市土地生態(tài)安全指數(shù)

表4 2012—2021 年徐州市土地生態(tài)安全狀況

3.2 土地生態(tài)安全子系統(tǒng)結(jié)果分析

3.2.1 土地生態(tài)安全壓力系統(tǒng)分析

徐州市土地生態(tài)安全的壓力指數(shù)波動較小，整體呈上升趨勢。可以看出，壓力指數(shù)由2012 年的0.1858 下降至2014 年的0.1154，這主要是由于2012—2014 年單位耕地面積農(nóng)用化肥用量從889.45 kg/hm2下降到868.42 kg/hm2，降幅為2.36%，在一定程度上減少了土地生態(tài)的壓力；到2015 年，指數(shù)由0.1154 上升到0.2029，隨著城市化率的提高會加劇土地生態(tài)的壓力；2015—2017 年壓力指數(shù)波動較小，土地生態(tài)壓力較穩(wěn)定；2017—2019 年，壓力指數(shù)由0.2039 下降到0.1446，同樣由于單位耕地面積農(nóng)用化肥用量從722.41 kg/hm2下降到651.82 kg/hm2，降幅為9.77%，降幅較大，減輕了土地生態(tài)壓力；到2021 年，指數(shù)由0.1446 上升到0.2157，由于人口密度和人口自然增長率的上漲，土地生態(tài)壓力逐漸加大。近10 年來，影響徐州市土地生態(tài)壓力指數(shù)下降的原因主要是耕地的化肥用量減少，壓力指數(shù)總體呈現(xiàn)上升趨勢是由于城市化率的不斷提升，2021 年較2012 年增幅18.4%，導(dǎo)致土地生態(tài)壓力的不斷增加。

3.2.2 土地生態(tài)安全狀態(tài)系統(tǒng)分析

徐州市土地生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)基本呈現(xiàn)較穩(wěn)定的波動狀態(tài)，整體呈略微下降趨勢。狀態(tài)指數(shù)2012—2013 年由0.2675 下降到0.1781，主要是糧食單產(chǎn)下降4.25%；2013—2014 年狀態(tài)指數(shù)上升到0.3039，達(dá)到近10 年狀態(tài)指數(shù)峰值的原因是人均耕地面積增幅0.75%﹑建成區(qū)綠地覆蓋率由42.9%上升到43.3%﹑森林覆蓋率由32.1%提高到32.31%﹑糧食單產(chǎn)增幅3.54%；2014—2016 年狀態(tài)指數(shù)由0.3039 下降到0.2078，是由于森林覆蓋率降幅為14.26%，森林覆蓋率減少使得土地自我恢復(fù)能力變?nèi)?，一定程度上破壞了土地生態(tài)安全水平；2016—2021 年狀態(tài)指數(shù)波動幅度較小，均在0.2~0.3 之間，即2016—2021年徐州市土地生態(tài)安全狀態(tài)較穩(wěn)定。狀態(tài)指數(shù)整體呈略微下降趨勢的主要原因是人均耕地面積的減少及森林覆蓋率的下降。為保證徐州市土地資源安全狀態(tài)良好，應(yīng)持續(xù)加強(qiáng)對自然資源生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度，采用植樹造林﹑耕地保護(hù)等綜合措施，提升森林覆蓋率，有效增強(qiáng)土地水土保持和自我恢復(fù)能力。

3.2.3 土地生態(tài)安全響應(yīng)系統(tǒng)分析

徐州市的土地生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)由2012 年的0.0233 上升到2021 年的0.2258，整體呈上升趨勢。這是由于隨著經(jīng)濟(jì)社會﹑城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，徐州市2021 人均GDP 相較于2012 年漲幅91.2%，第三產(chǎn)業(yè)比例漲幅7.8%﹑農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平上漲25.2%﹑一般工業(yè)固體廢物綜合利用率上漲5.79%﹑污水處理率上漲21.56%。由此可見，徐州市政府關(guān)注生態(tài)環(huán)境保護(hù)以及改善民生等問題，及時對問題進(jìn)行反饋與響應(yīng)，各項指標(biāo)均有提高。

3.2.4 土地生態(tài)安全綜合分析

徐州市2012—2021 年土地生態(tài)安全綜合指數(shù)由0.4766 上升到0.6683，安全等級從臨界安全到較安全，在很大程度上提高了區(qū)域土地生態(tài)安全。據(jù)表4 與圖1，2012—2013 年﹑2015—2016 年﹑2017—2018 年三個時期土地安全綜合指數(shù)出現(xiàn)下降趨勢，原因主要是在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，城鎮(zhèn)化不斷提高，以及人口密度﹑人口自然增長率加大，導(dǎo)致土地資源安全壓力加大，加重了土地負(fù)擔(dān)。自2018 年起，徐州市土地生態(tài)安全綜合指數(shù)呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的態(tài)勢，由0.4683 上升到0.6683，主要原因是人口自然增長率從8.26%下降到1.25%，單位耕地面積農(nóng)用化肥量下降27.6%。另外單位面積糧食產(chǎn)量﹑污水處理率﹑一般工業(yè)固體廢物綜合利用率﹑第三產(chǎn)業(yè)比例﹑農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平等指標(biāo)均呈現(xiàn)上升趨勢，在很大程度上緩解了土地生態(tài)安全壓力，從而使得土地生態(tài)安全綜合指數(shù)不斷提高。在過去的10 年中，徐州市的土地生態(tài)安全狀況呈現(xiàn)出逐步提升的趨勢，但生態(tài)安全大多處于臨界安全級別，即部分土地生態(tài)環(huán)境被破壞，土地生態(tài)功能有退化，土地的生態(tài)恢復(fù)和重建較困難。2021 年安全等級達(dá)到較安全級，但要達(dá)到安全級別仍然任重道遠(yuǎn)。

3.3 灰色模型GM（1，1）預(yù)測結(jié)果

通過建立灰色模型GM（1，1），對徐州市2025—2030 年土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行預(yù)測。對徐州市2012—2021 年原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到的預(yù)測結(jié)果是:C=0.4852，P=0.7500。根據(jù)表5 可知，該模型精度等級合格，說明可利用該模型對土地生態(tài)安全狀況進(jìn)行預(yù)測。預(yù)測結(jié)果顯示，2025—2030 年徐州市生態(tài)安全狀態(tài)不斷提升，預(yù)測值由0.7183 上升到0.8725（表6，圖2），狀態(tài)等級由較安全級過渡到安全級。

圖2 徐州市2012—2030 年土地生態(tài)安全狀況變化趨勢

表5 精度等級判定表

表6 土地生態(tài)安全預(yù)測結(jié)果

4 結(jié)論

（1）在研究期內(nèi)，徐州市土地生態(tài)安全壓力指數(shù)由0.1858 上升到0.2157，整體呈波動上升趨勢，主要原因是城市化率的不斷提高，使得土地生態(tài)壓力與日俱增。

（2）在研究期內(nèi)，徐州市土地生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)由0.2675 下降到0.2267，整體呈略微下降趨勢，這是由于人均耕地面積的不斷減少以及森林覆蓋率的降低，從而使土地資源生態(tài)安全產(chǎn)生負(fù)擔(dān)。

（3）在研究期內(nèi)，徐州市土地生態(tài)安全響應(yīng)指數(shù)由0.0233 上升到0.2258，整體呈顯著上升趨勢，這歸功于第三產(chǎn)業(yè)比例﹑污水處理率﹑人均GDP 等各項指標(biāo)的提升，以及政府部門對生態(tài)保護(hù)﹑改善民生的重視。

（4）2012—2021 年，徐州市土地生態(tài)安全綜合數(shù)值由0.4766 上升到0.6683，整體呈曲折波動上升趨勢，土地安全狀態(tài)由“臨界安全級”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拜^安全級”。運(yùn)用灰色模型GM（1，1）對2025—2030 年徐州市土地生態(tài)安全狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測結(jié)果表明，未來徐州市土地生態(tài)安全綜合值將保持上升趨勢，土地生態(tài)安全綜合指數(shù)由2025 年的0.7183上升到2030 年的0.8725，土地生態(tài)安全狀態(tài)由“較安全級”上升到“安全等級”。

5 討論

（1）研究結(jié)果表明，徐州市2012—2021 年土地生態(tài)安全綜合指數(shù)呈波動上升趨勢，土地安全狀況由“臨界安全級”向“較安全級”過渡。其中，人口密度上漲﹑城市化率提高﹑森林覆蓋率下降﹑人均耕地面積減少等都在一定程度上影響了徐州市土地生態(tài)安全水平的提高。因此，為了不斷提升徐州市的土地資源生態(tài)水平，徐州市需采取針對性措施，包括保持合理的人口密度﹑保護(hù)耕地﹑科學(xué)修復(fù)土地﹑加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)意識等，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)﹑維持區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。

（2）根據(jù)對2025—2030 年徐州市土地生態(tài)安全水平進(jìn)行預(yù)測可知，未來土地安全水平呈不斷上升趨勢，由“較安全級”轉(zhuǎn)變?yōu)椤鞍踩燃墶?，即土地生態(tài)安全狀況較好，生態(tài)功能基本完整，恢復(fù)與再生能力較強(qiáng)。要達(dá)到該理論預(yù)測值的目標(biāo)，徐州市未來的工作重點(diǎn)應(yīng)放在如何將土地生態(tài)安全水平提升至“安全等級”上，即在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展﹑提高居民收入﹑改善民生的同時，應(yīng)加大生態(tài)保護(hù)力度，進(jìn)一步減少農(nóng)用化肥用量，以及工業(yè)污染排放；利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，完善土地生態(tài)保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施，提高自我抵御﹑修復(fù)能力，更好地提升徐州市土地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）本文根據(jù)徐州市實際情況以及數(shù)據(jù)的可獲取性，選取14 個指標(biāo)建立評價指標(biāo)體系，指標(biāo)設(shè)計的全面性和科學(xué)性還有待進(jìn)一步檢驗；另外在數(shù)據(jù)時間的選取上，僅分析了近10 年的數(shù)據(jù)，若拓寬研究時長，可以更科學(xué)客觀地體現(xiàn)和預(yù)測徐州市土地生態(tài)安全狀況及其演變趨勢。