贵港市土地生态安全评价与时空动态研究

潘 铃，周 兴

(广西师范学院 国土资源与测绘学院，广西 南宁 530001)

0 引言

经济快速增长的同时，由于不合理的资源利用方式，导致环境严重恶化，生态功能下降,基于此，学者们对于生态安全问题进行了深入研究，但是未能彻底扭转环境逆向演化的发展趋势[1]。土地生态安全是保护生态安全的关键一环，进行土地生态安全评价研究，为解决土地生态安全问题提供了基本科学依据。

国内外学者纷纷采用不同方法对土地生态安全进行了评价研究。Vázquez-González等[2]采用PSR评价模型构建了指标体系,分析了沿海湿地土地利用的脆弱性；解雪峰等[3]运用PSR模型以东阳江流域为研究区域进行了生态安全评价；李玉照等[4]将改进的DPSIR模型应用到构建流域生态安全评价指标体系中；张家其等[5]结合灰色关联模型与熵值法对恩施贫困地区进行生态安全综合评价研究；朱晓伟等[6]认为国内对于土地生态安全评价研究的主要方向是静态评价，研究区域主要分布于湖南、重庆、陕西和湖北地区；黄宝强等[7]重点研究探索了土地生态安全动态演变规律。

本文以贵港市为研究对象，进行土地生态安全评价，分析其土地生态安全变化及各县区生态安全差异，为贵港市优化土地利用结构与发展经济方向提供可靠依据，同时丰富土地生态安全评价研究的内容。

1 研究区域概况

贵港市辖港北区、港南区、覃塘区、桂平市及平南县，位于广西壮族自治区东南部，北回归线贯穿市境北部、西江流域中游，地势西北高东南较低，地处北纬22°39′～24°02′，东经109°11′～110°40′之间。贵港市属亚热带季风气候区，一年气候变化四季分明。2016年末，贵港市土地总面积10602 km2，人口总数5548945人，土地利用结构复杂，是广西重要的蔗糖产地，同时也是中国华南地区最大的内河港口。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

数据来源于《广西统计年鉴》(2010～2017年)、《贵港市统计年鉴》(2010～2017年)、《贵港年鉴》(2010～2017年)、贵港市政府工作报告(2011～2017年)以及国土局等相关政府部门官方提供的数据。

2.2 研究方法

2.2.1 评价指标体系构建 土地生态系统是一个组成因子多、利用结构复杂，与人类活动联系密切的综合体[8]，影响因素主要为自然环境、经济和社会等。本文参考已有的研究成果[9-12]，根据综合性、主导型、可比性、科学性与可操作性兼顾的原则，结合贵港市社会发展、地形地貌、人文环境等实际情况，基于土地自然环境生态子系统、土地经济生态子系统、土地社会生态子系统3个方面选取评价指标，构建贵港市土地生态安全情况评价指标体系(表1)。

2.2.2 指标标准化处理 根据评价指标对土地生态安全正负影响大小可知，正向评价因子，指标数据值越高，说明土地生态越安全；负向评价因子，指标数值越低，则土地生态越安全。

不同量纲对指标计算有很大影响，为方便数据运算，采用极值法进行数据量化处理。

(1)

（6）副词+名词：off-gauge 不均匀厚度 up-converter上变频器 ；up-mill逆铣。

(2)

2.2.3 评价指标权重确定 确定权重的计算方法有多种渠道，基于指标数据特点与研究目的2个方面考虑，用熵值法计算指标权重[13]。计算过程如下：

(3)

(4)

Pi=1-gi

(5)

(6)

式中，为计算方便，系数k2=1/ln(n)>0，gi表示指标的熵值，pi表示指标的差异系数，wi表示第i项指标的权重，为使lnQij有意义，当Qij=0时，令QijlnQij=0[14]。

2.3 评价和分析模型

2.3.1 土地生态安全评价模型 本文采用综合指数模型计算贵港市土地生态安全值，计算的数学模型如下。

(7)

(8)

式中：Mij表示指标层因子对贵港市土地生态安全限制障碍度，其中i=1，2，…，m；j=1，2，…，n。

3 结果与分析

3.1 土地生态安全综合评价结果

3.1.1 土地生态安全综合指数变化分析 基于评价运算模型，得出贵港市2009～2016年土地生态安全指数(图1)。从图1可以看出，2009～2016年贵港市土地生态安全指数变化明显，增长幅度较大。2009～2010年间，土地生态安全指数下降，在这个过程中，贵港市人口增长速度日益加快，耕地面积增长弹性小，人均耕地面积较大缩减。2010～2014年间土地生态安全指数持续上升，主要的原因是用于节能、环境保护的财政支出增加了10587元，单位土地面积SO2排放量下降了64.37%，为继续推动西部大开发战略，政府部门落实了多项有利于西部地区发展的政策，比如西江经济带建设，桂东承接产业转移示范区建设等。贵港市产业发展获得了更多便利，项目投资增加，经济效益增长，2014年与2010年相比，单位面积农林牧渔业总产值增长23.14%，地均GDP增长20.30%，农民人均纯收入增长45.92%，城镇人均消费性支出增长36.65%，第三产业对国民生产总值贡献增长15.26%，产业结构转型得到发展，进一步满足了市民生存发展的物质需求。2014～2016年间，由于产业发展过快，新增建设用地占用耕地多，空气污染问题得到一定程度的解决，自然环境面临的压力仍然很重，持续增长的经济指数，减轻了自然环境恶化的不良后果，促使综合指数小幅度上升。

表1 贵港市土地生态安全评价体系

3.1.2 土地生态安全子系统变化情况分析 根据图1所示，2009～2016年贵港市土地自然环境生态安全指数波动增长，最小值出现在2010年，为0.1506，最大值出现在2012年，为0.2317。2009～2010年，贵港市农业使用化肥量增加，耕地土壤酸化，人均耕地面积减小，土地自然环境生态安全指数降低。2010～2012年随着生产技术的进步，农业生产减少了对化学药品的依赖，提高了农用地的利用率，耕地复种指数上升了4.93%，随着节能环保投入的增加，土地自然环境生态安全指数有较大幅度增加。2014年贵港市实行了一系列严惩污染环境行为的办法，着力推进大气污染防治工作，成效显著。2016年，SO2排放量相对2014年下降了929.1090 t，有效缓解了人均耕地面积下降对土地生态安全的不良影响。

土地经济生态安全指数趋向于线性增长趋势，最小值出现在2009年，为0.0264，最大值出现在2016年，为0.3007。2009～2016年，在国家政策的推动下，贵港市财政收入连年增长，人均生产总值、单位土地面积农林牧渔业总产值稳步上升，土地经济效益不断加大。连年增长的经济指数表明经济发展态势良好，土地经济生态安全指数持续提升，能够在很大程度上满足贵港市人民的物质需求。

土地社会生态安全指数在2009～2016年呈下降趋势，最小值出现在2016年，为0.0866，最大值出现在2009年，为0.1736，社会生态安全系统状况堪忧。贵港市人口压力大，人口自然增长率超过广西壮族自治区水平，人口密度指数持续增长，给资源利用、生态环境造成较大压力。城镇化率逐年增长的同时城市规模边界扩张，城镇土地利用效益并没有随之增长，部分新投资产业收益没有达到预想值。贵港市处于平原地区，城市扩张时多数情况为农用地转为建设用地，自然资源没有发挥出最大价值，生态环境却进一步遭到了破坏。在国家“全面二孩”政策的影响下，按照贵港市人口自然增长率的发展趋势，人口增长趋势将会持续，人口的增长与有限的资源将给社会生态子系统带来沉重的压力。

图1 2009～2016年贵港市土地生态安全综合指数动态变化情况

3.1.3 限制因子识别 土地生态系统是一个多因子有机组合而成的综合系统，不同因子在不同时期对土地生态系统的影响大小不同。采用障碍度数学模型计算出因子的障碍度(图2)，分析各子系统障碍度的变化情况。

从图2可以看出，2009～2016年间，自然环境生态子系统和经济生态子系统的障碍度曲线走向偏低，社会生态子系统障碍度指数却呈上升趋势。2009～2011年，障碍度最高为经济生态子系统，最低为社会生态子系统。2012～2016年间，自然环境生态子系统的障碍度与经济生态子系统、社会生态子系统差距明显，成为限制贵港市土地生态安全的主要因子。

2009～2011年贵港市人民收入较低，可支配收入较少，经济效益低，限制了土地生态安全发展。2011～2016年间，在国家政策的影响下，产业结构不断优化、项目投资连年增加、财政收入日益增长，经济效益得到迅速提高，但是快速发展第一、第二产业带来许多问题，因经济增长粗放带来的耕地数量质量下降、大气污染严重、土地利用率低、自然资源严重损耗等不良后果，自然环境生态子系统失衡的负面影响阻碍了土地生态安全发展。激烈的人地矛盾，限制了土地生态安全，土地社会生态子系统障碍度上升的趋势表明人口密度持续上升以及对资源的需求增长，给贵港市土地生态安全造成了沉重的压力。

3.2 县区土地生态安全变化

3.2.1 县区土地生态安全时间动态变化 贵港市辖三区一县一市，包括港北区、港南区、覃塘区、平南县、桂平市。以县域为单元，计算三区两县2009～2016年的土地生态安全综合指数，进一步分析县域土地生态安全的发展情况和贵港市土地生态安全的空间差异。

图2 2009～2016年贵港市土地生态安全子系统障碍度变化情况

以县区自身为参考，根据时间变化，计算出2009～2016年间，各县区土地生态安全综合指数的变化情况(图3)。总体上来说，各县区的土地生态安全变化情况与贵港市的变化趋势大体一致，土地生态安全综合指数增长值较大，生态安全问题得到一定程度的解决。其中，覃塘区的土地生态安全综合指数值没有出现较大的起伏，持续上升的综合指数值表明覃塘区的土地生态安全状况将继续优化发展。港北区、港南区、平南县的土地生态安全综合指数，出现反复波动增减的情况，说明这3个县区的土地生态安全系统发展不稳定，增长的经济效益未能持续带动土地生态安全正向发展，自然环境因素和社会因素对其土地生态安全的影响大于经济因素。桂平市土地生态安全综合指数值的发展曲线较为平稳，综合指数值略有上升，土地生态安全状况得到一定改善。

3.2.2 土地生态安全空间分布格局 贵港市县区的自然环境条件、社会经济发展情况不一，土地生态安全问题也不尽相同。以自身为参考不能反映出贵港市各县区土地生态安全差异情况，因此，依据不同县区之间指标层因子的差异，依据运算模型得出2009、2016年各县区的土地生态安全综合指数(表2)，运用ARCGIS 10.2软件分析2个时段贵港市的土地安全分布格局(图4)。

图3 2009～2016年贵港市各县区土地生态安全综合指数动态变化情况

如表2所示，2009、2016年，土地生态安全综合指数最小值均为港北区；综合指数值2009年最大值为港南区，2016年最大值为覃塘区。2009年两者差距为0.1532，2016年两者差距增大至0.2473。各市县平均差值从0.0737增加到0.1211。县区之间的土地生态安全指数差值由小变大，土地生态安全空间格局发展差异化日趋明显。

覃塘区生态安全综合指数从第二位上升至第一位，主要原因是人口较少，人均自然资源丰富，人均耕地面积始终位于全市第一，稳定增长的经济效益促进了居民生产生活条件改善，可支配收入正向增加。2016年底，农民人居纯收入位于全市首位，土地利用产生的经济效益缓解了土地承载力。2009年，港南区农业产值高，生产活动对于化学药品依赖弱，水域面积在全市所占比值最大，但是经济增长速度较其他县区慢，国民生产总值占全市的比例从2009年的11.90%下降至2016年的9.37%，土地经济生态系统未能有效带动土地综合生态发展，土地生态安全发展较劣于较其他县区。港北区是贵港市经济政治中心，城镇化率高，经济发展状况较好，但是港北区耕地等自然资源相对其他县区较少，随着城市化脚步的加快，进一步破坏了自然环境系统，污染气体排放量在全市最多，为获取更多经济效益的同时与生态保护之间的冲突进一步加剧。2009～2016年期间，平南县经济效益提高的同时人口数量增加快，2016年平南县的人口增长速度为全市最快，物质需求的增长与有限的自然资源之间的矛盾阻碍了其缓解土地生态安全压力的进程。桂平市较其他县(市)土地生态安全状况发展平稳，经济增长的速度弥补了自然资源与社会条件发展的不良后果。

表2 贵港市各县区土地生态安全综合指数差异

4 结论与启示

4.1 结论

贵港市2009～2016年间土地生态安全指数增长幅度较大，紧张的土地生态安全问题得到了一定缓解，但是人地矛盾日趋激烈，说明土地生态安全压力问题没有得到根本解决，需要采取适当措施防止土地生态进一步恶化。依据准则层的障碍度指数，研究前期，准则层中经济生态子系统对土地生态安全的影响最大，研究后期则是自然环境生态子系统影响较大。社会生态子系统障碍度上升，加快的人口增长速度将进一步激化人地矛盾，在有限的自然资源情况下，根本上解决了贵港市土地生态安全问题带来的巨大困扰。

贵港市各县区土地生态安全状况对比自身而言，发展动态与贵港市一致，均呈上升趋势，但是增长幅度各不相同，土地生态安全发展情况不一致，土地生态安全指数差距从小到大发展，各县区土地生态安全状况差异化发展。

4.2 启示

土地利用持续动态变化，国家政策指导对其影响深远。贵港市应进一步加强耕地保护工作，实现“三位一体”，落实耕地保护责任，守住永久基本农田红线，严防耕地数量质量下降。在响应国家人口新政策的同时，加强科学技术研究，将学术成果应用于实践生产生活中，提高土地利用效率，提升经济效益，满足人民生活需求，缓解人地矛盾。进一步落实环境保护政策，强化节能环保工作，减少大气污染，降低农业化肥等化学用品在农用地的使用，例如港北区，应加大力度控制污染气体排放，从源头解决问题，推动华电集团等企业实现产业转型。通过优化产业结构，增加第三产业比重，发展绿色循环经济，例如桂平市，应深度挖掘第三产业潜力，促进特色旅游业的发展，提高第三产业产值，减少对第一产业的依赖。贵港市各市县间要形成优势互补、良性互动的关系，例如人口较多的平南县可以通过农业人口进城落户的方式向城镇化较高、人口较少的港北区转移，减轻土地人口承载力，改善土地生态安全情况，缩小各市县土地生态安全差距实现，实现区域协调发展。

图4 贵港市各市县土地生态安全指数空间分布格局