基于PSR模型的三峡库区生态经济区土地生态安全评价

张军以,苏维词,2*,张凤太 (.重庆师范大学地理科学学院,重庆400047；2.贵州科学院山地资源研究所,贵州贵阳 55000；.贵州师范学院地理与旅游系,贵州 贵阳 55000)

基于PSR模型的三峡库区生态经济区土地生态安全评价

张军以1,苏维词1,2*,张凤太3(1.重庆师范大学地理科学学院,重庆400047；2.贵州科学院山地资源研究所,贵州贵阳 550001；3.贵州师范学院地理与旅游系,贵州 贵阳 550003)

针对三峡库区生态经济区土地资源的特点及所面临的主要问题,基于PSR框架模型的发展,构建了一套评价指标体系.采用熵权赋权法确定权重,运用土地生态安全综合模型,对该区域2003～2006年的土地生态安全综合指数进行了计算.结果表明,区域土地生态安全综合指数由2003年的0.134(敏感级)升高至2006年的0.269(临界安全级),整体生态安全状态呈好转趋势,土地所受的生态压力整体上有所加大.现有土地生态安全状况的改善主要依赖于对现有土地生态问题的治理.现阶段土地的生态压力依然严峻.对 2003～2006年的土地生态安全变化进行分析显示,土地生态安全综合状况已进入快速改善阶段.

土地生态安全；评价；指标体系；三峡库区生态经济区

土地生态安全是指陆地表层由各种有机物和无机物构成的土地生态系统的结构不受破坏,并且,该系统提供服务的质量和数量能够持续满足人类生存和发展的需要[1].国内学者从不同角度、在不同区域进行了土地质量评价及土地可持续利用评价[2-5],主要研究领域集中在区域土地、水资源等生产要素[6-8]、城市[9-10]、农业[11-12]、小流域[13]、湖泊湿地[14-15]等方面.

三峡库区生态经济区位于长江流域生态屏障的咽喉地带,同时又是中国最具有全球保护意义的生物多样性区域之一,生态地位极其重要.其土地生态环境的优劣,不仅直接关系到重庆长江上游生态屏障的建设,更关系到三峡水库的水源安全,并对经济区的可持续发展产生影响.经济区土地生态安全的研究主要集中在经济区土地利用/土地覆被变化[16]、移民安置区土地生态安全

[17]、消落带生态安全[18]等方面,并从经济区土地的水土流失、土壤侵蚀敏感性等方面[19-20]对经济区的土地生态安全进行了评价研究,但缺乏整体综合研究.本研究以三峡库区生态经济区为对象,对该区土地生态安全进行评价,目的在于摸清土地生态环境的现状及基本的影响因素,为制定有效的保护措施,提高土地生态环境质量奠定基础.

1 研究区概况

三峡库区生态经济区位于三峡库区和武陵山区及大巴山区,主要包括万州、长寿、城口等3区16个县,总面积5.8102万km2,占重庆市国土面积的70.5%.2006年全区人口1607.58万人,其中农业人口占83.6%.GDP总量1016.45亿元,人均GDP7747元.该区属亚热带季风性湿润气候区,年均气温15～18℃,降雨量为1150.26mm.地貌以山地、丘陵为主.河谷平坝地只占总面积的4.3%,丘陵占21.7%、山地占74%[21].土壤类型多样,主要有紫色土(紫色湿润雏形土)、黄壤(铁质常湿淋溶土)、黄棕壤(铁质湿润淋溶土)等[22],地带性植被以亚热带常绿阔叶林、暖性针叶林为主.

2 研究方法与指标体系

2.1 研究方法

土地生态安全评价的关键是建立科学的评价指标体系和确定各指标的权重.确定指标的权重是获得客观准确评价结果的重要基础,常用的权重确定方法有Delphi法、主成分分析法、层次分析法(AHP)等.为克服主观赋权法主观因素的影响,将熵的概念应用到指标权重的确定中.熵权法是一种客观的赋权法,避免了个人的主观影响[23].

2.2 指标体系构建

在评价指标选取中,注重科学性、指标数据的可得性和可操作性,充分考虑评价指标的相互影响.本研究结合世界经合组织(OECD)提出的“压力-状态-响应”框架(Press-State-Response, P-S-R)(图 1),建立了一套评价土地生态安全的指标体系(表 1),并以熵权赋权法确定指标权重,计算出土地生态安全的综合得分.

2.3 数据获取

原始数据主要来自《重庆市统计年鉴》(2004～2007),《重庆市水资源公报》(2003～2007),重庆市水利局发布的《2005年重庆市土壤侵蚀数据表》,《重庆市水土流失变化情况表》及重庆市水利局部分资料.

2.4 土地生态安全计算模型

标准值及主要计算模型主要根据已有研究成果[23-25],部分为目前国际公认值、联合国环境规划署的相关标准,发达国家平均值(美国)、全国平均值和部分国家行业标准,如《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190—96),《国家生态市建设标准》,国家环保总局制定的《生态县、生态市、生态省建设指标(试行)》.同时,考虑到研究区域土地生态环境的特点和重庆市的实际情况,在咨询专家的基础上对部分指标标准值作了修正.

2.4.1 数据标准化 对原始数据矩阵进行标准化,评价某区域n年的包括m个评价指标的土地生态安全情况,则其原始指标数据矩阵为:

为消除指标间不同量纲的影响,对X进行标准化处理,得到指标标准化矩阵.标准化公式为:

表1 土地生态安全评价指标及其标准值Table 1 Evaluation indicators of regional land eco-security and their standard values

正向指标:指数值越大越好的指标,则选用式(1).负向指标:指数值越小越好的指标,则选用式(2),其中,minxj为标准最小值,maxxj为标准最大值,对于原始数据中超出值域范围的值,根据指标的类型分别取值为0或1.标准化后,样本矩阵转化为矩阵Y, Y =(yij)n×m,其中 yij∈[0,1].

2.4.2 指标权重的确定 采用熵权赋权法,在有m个指标,n个评价对象的评估问题中,第j个指标的熵值Hj定义为:

2.4.3 土地生态安全综合得分计算 虽然各指标可以从不同的方面反映出区域土地生态安全的状态,但区域土地生态安全是各因素作用综合叠加的结果.因此,必须在指标标准化和权重确定的基础上对区域生态安全进行计算.本研究中定义土地生态安全综合指数T,数学模型为:

式中: T为土地生态安全综合指数; wj为j指标的权重系数; Yij为第i年第j指标的标准化值;m为指标数.

3 土地生态安全评价结果

根据上述指标体系和评价方法,计算得出了三峡库区生态经济区2003～2006年的土地生态安全综合指数及各类型影响指标的结果(表2).

表2 土地生态安全分级评价结果Table 2 Evaluation results of the classification of land eco-security

表3 土地生态安全分级标准Table 3 Classification criterion of land eco-security

[24-26]和生态经济区特殊的自然、社会、经济条件的基础上,设计了一个5级土地生态安全标准评判表(表3).

3.1 压力安全评价

从表2可以看出,三峡库区生态经济区的土地生态压力指数处于不断下降的趋势,从2003年的0.0849下降到2006年的0.0258,年均降幅为14.8%.这表明经济区的土地生态压力现状有所恶化(负向指标,数值越小,生态压力相对越大),人类对土地的自然生态状况的干扰有所强化.如在人口增长的情况下,人均耕地面积增加了3.8×10-3hm2(数据为耕地总面积/常住人口,2006年与 2003年的差值).其主要原因是三峡库区移民后,新开垦了部分耕地及常年外出务工人员增加,造成常住人口减少,表明人类对土地的开垦压力增大.经济压力的比重最高,反映出经济区农民收入结构单一,主要依赖于农业的生产活动.单位耕地面积农药使用量由2003年的12.6kg/hm2增加到2006年的13kg/hm2,人口密度由2003年的227人/km2增加到2006的277人/km2,土地生态压力指数对土地生态安全的贡献率由2003年的63.4%下降到2006年的9.6%,生态压力不断增大.

3.2 状态安全评价

状态安全指数从 2003年的 0.0433上升到2006年的0.2205,说明三峡库区生态经济区的土地生态安全现状趋于好转.在安全综合指数中的贡献率不断增大,由2003年的32.3%升高到2006年的 82.0%,其中资源状态持续好转,资源状态指数由2003年的0.0003增加到2006年的0.1170 (表2).主要得益于年均耕地减少率的下降和人均粮食产量的降低,粮食单产下降的主要原因为常住人口减少,外出务工人员增加,播种面积减少,部分耕地进行了休耕造成的.

环境状态指数由0.0069增长到0.0576(表2),环境状态得到改善.原因主要是2003年三峡水库开始蓄水,政府进一步强化了对库区的治理力度.2004年仅林业和水利部门就治理水土流失面积 15088.45km2,退耕还林 643.3km2,面上造林207 km2,水土流失面积比重由2003年的49.1%下降到2006年的34.2%,森林覆盖率由2003年的27%增加到2006年的32%.上述措施很大程度上改善了三峡生态经济区的土地生态安全现状.

3.3 响应安全评价

响应指数在土地安全综合指数中的比重最小,贡献率最低,但呈波动上升趋势,2003年、2006年贡献率分别为 3.9%、8.4%,年均增幅仅为1.13%.从响应指数看,其中经济响应指数由 2003年的0.0005增加到2006年的0.0068,年均增幅315%.同期政策响应指数由0.0025增长到0.0032,社会响应指数增长了5.64倍(表2).通过分析可以得出经济发展水平和产业结构调整对土地生态环境改善的贡献较大.此外,在三峡水库蓄水后,国家及重庆市都加大了对库区的投入力度,如2001～2005年国家投入库区的生态保护工程资金11.5亿元[27],重庆市环保投入占GDP比重也由2003年的1.97%增加到2006年的2.42%.社会响应指数的增长主要得益于非农业人口比重的升高,由2003年的17.0%增加到2006年的20.1%.

3.4 综合安全评价

对 2003～2006年的土地生态安全综合指数变化走势分析表明,土地生态安全综合指数处于改善上升趋势,土地生态安全未来将会不断得到改善.三峡库区生态经济区的土地生态安全综合指数由2003年的0.134上升到2006年的0.269,土地生态环境不断好转,年均增长率为 25.2%,表明区域整体土地生态安全水平不断提高.根据土地生态安全分级标准(表3),整体土地生态安全状态2006年仍处于临界安全范围,表明三峡库区生态经济区的土地生态系统结构已在人类活动的影响下,发生了一定的变化,但尚在许可范围内,土地生态系统的主要服务功能尚能发挥,极个别生态压力已超出了土地生态系统的承载能力.

从土地生态系统压力指数看,人口压力增大,人口自然增长率升高,由2003年的5.9‰增加到2006年的10.4‰,人口密度由2003年的227人/ km2增加到2006的277人/km2,使得人地矛盾更加尖锐,对土地生态安全构成了很大压力.从环境状态看,万元 GDP能耗不降反增,由 2003年的1.19/ SCE增长到2006年的1.4/SCE,同期森林覆盖率仅增长了 5%.2003年的土壤侵蚀模数4185.2t/(km2·a),2004年全区的水土流失面积高达 43.2%,水土流失问题严重.这都对土地生态安全构成了威胁.响应状态处于波动上升趋势,但贡献率小,2006的贡献率为 8.4%,对区域土地生态安全影响较小.此外,土地生态安全的状态指数贡献率最高,表明土地生态安全的提高主要依赖于对现有水土流失等环境问题的治理及森林覆盖率的提高.

4 讨论

评价结果显示,2003年的土地生态安全属于“敏感级”,2006年有了明显的改善,但仍属于“临界安全级”.经济区土地的生态压力不断增大,其中,经济压力及人口压力的贡献率最高,反映出农民收入对农业的依赖性强,与人口的增长共同加剧了经济区土地的生态压力.从政策响应方面,现有政策的效果较好,今后需要进一步强化现有政策的力度,尤其应重视农村经济结构的优化,促进农民收入多元化.充分利用国家对三峡库区的优惠政策,继续加大经济区的环保投入,积极申请国家的财政扶持.总之,要彻底解决经济区土地的生态安全问题,需要加强各方面措施政策的综合协调力度.

通过计算得出的结果与实际客观情况较为吻合,证明了该评价方法具有一定的应用意义.基于P-S-R模型的土地生态安全评价指标体系结构简明易懂,但模型中标准值的确定会对评价结果造成一定的影响.本研究时段仅为 2003～2006年,若能延长研究的时间序列,将能更好的反映研究区土地生态安全的动态变化规律.土地生态安全是自然及人为因素叠加的结果,不同区域的评价有所差异.因此,建立完善的土地生态安全预测模型,进一步研究土地生态安全的社会经济效应和生态环境响应是未来研究的重要方向之一.

5 结论

5.1 三峡库区生态经济区土地生态安全定量评价结果表明,三峡库区生态经济区2003年土地生态安全综合指数T为0.134,处于“敏感级”安全状态;2006年土地生态安全综合指数T为0.269,处于“临界安全级”安全状态,土地生态安全状态水平逐年提高,且呈加速上升趋势.

5.2 三峡库区生态经济区土地生态安全状态的好转依赖于对现有生态环境问题的治理,土地生态安全的主要压力是人口的过快增长及农民收入单纯依赖于农业收入.

5.3 三峡库区生态经济区应着重控制人口规模,尤其加快农村经济结构转变,并进一步加强土地生态安全治理及投入力度.严格保护现有植被并加大退耕还林还草的力度,提高植被覆盖率.

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Regional land ecological security evaluation in the case of Chongqing Three Gorges Reservoir ecological economy area based on the PSR model.

ZHANG Jun-yi1,SU Wei-ci1,2*, ZHANG Feng-tai3(1.Department of Geography, Chongqing Normal University, Chongqing 400047,China；2.Institute of Mountain Resource, Guizhou Academy of Sciences, Guiyang 550001, China；3.Geography and Tourism Department, Guizhou Normal College, Guiyang 550003, China). China Environmental Science, 2011,31(6)：1039～1044

Based on the analysis of the characteristics of land resources and problems of ecological economic zone in the Three Gorges Reservoir Area, the study established a set of evaluation index system with the help of the development of P-S-R framework model. Entropy weight method used to determine the weight, and the integrated model of land ecological security used to calculate the integrated index of land ecological security in this area in 2003～2006. Comprehensive index of regional land ecological security increased from 0.134 in 2003 to 0.269 in 2006, and the land ecological security was in a state of a “sensitivity level” in 2003, and "critical safety level" in 2006. The overall eco-security situation was improving, and the ecological pressure on the whole land was increased, and the improvement of land ecological security mainly depended on the handling of land ecological problems. The land ecological pressure was still severe. The changes of land ecological security in 2003～2006 revealed that the integrated situation of land ecological security has entered a period of rapid improvement.

land ecological security；evaluation；index system；the Three Gorges Reservoir ecological economy area

X 821

A

1000-6923(2011)06-1039-06

2010-10-22

国家“973”项目(2006CB403204); 国家社会科学基金项目(10CJY044);重庆市自然科学基金项目(No.CSTC2007BB7225);贵州省省长基金(黔省专合字[2007]89,[2010]76);贵州省科技攻关项目(黔科合 SY[2010]3015);贵州省科技项目(黔科合院所创能[2010]4001)

* 责任作者, 研究员, suweici@sina.com

张军以(1985-),男,山东沂南人,重庆师范大学地理科学学院硕士研究生,研究方向为区域可持续发展与生态环境.发表论文5篇.