陕西省土地生态安全动态评价及障碍因子诊断

李春燕，南 灵

（西北农林科技大学经济管理学院，陕西 杨凌 712100）

陕西省土地生态安全动态评价及障碍因子诊断

李春燕，南 灵

（西北农林科技大学经济管理学院，陕西 杨凌 712100）

研究目的：通过构建土地生态安全评价指标体系，对2001—2012年陕西省土地生态安全做出动态评价，并诊断出主要限制性因子。研究方法：运用基于相对熵理论的组合赋权法确定权重，采用综合指数法进行评价，最后通过障碍度模型找出土地生态安全的限制性因子。研究结果：（1）12年来陕西省土地生态安全指数逐渐上升，安全级别由临界安全提高到较安全等级，但目前土地生态安全水平属于低层次、不稳定的较安全等级，土地生态安全压力还很大。（2）从准则层看，土地生态安全的主要威胁仍来自质量安全和安全保障两方面，其中土地退化的障碍度越来越大；从指标层看，最大障碍因子经历了由单位面积农林牧副渔产值、水土流失率到土地沙化率的变化。研究结论：基于相对熵权的土地生态安全动态研究结果符合陕西省实际。

土地生态；动态评价；障碍度；相对熵；陕西省

1 引言

土地作为一种特殊的资源，除了具有经济功能外，还融合了生态、环境等具有战略意义的功能，因此土地资源安全关系区域的和谐发展。土地资源安全包括粮食安全、经济安全、生态安全和社会安全等方面[1]，土地生态安全是指在一定时空范围内，土地生态系统为人类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求，以及土地生态系统能够保持其结构和功能不受或少受威胁的状态[2]。

在土地资源稀缺性约束和土地生态环境破坏的背景下，土地生态安全逐渐成为热点议题。以Costanza开展的生态系统健康基本理论和评估研究为代表，国外土地生态安全评价侧重于土地生态系统健康、生态风险、可持续评价等方面[3-5]。土地生态安全评价工作的关键环节是设计指标体系，已有研究大多采用两种方式：一是基于“压力—状态—响应”（PSR）及其扩展模型，如刘欣等从土地自然资源现状、土地社会经济环境压力、人文响应三个方面构建了太行山区土地资源生态安全评价体系[6]，靖宇等引入欧洲环境署提出的“驱动力—压力—状态—影响—响应”模型，运用综合评价法测算了广东佛冈县土地生态安全水平[7]；二是基于“经济—社会—环境（自然）”模式，从系统论角度研究土地生态安全总系统及子系统间的发展情况[2，8-10]。后续研究者对土地生态安全评价指标体系做了一定的改进，但基本都在上述两个框架内进行或是二者的结合，并没有多少新意。而丰雷等在研究土地资源经济安全时，从其具体含义出发，架构了数量安全、质量安全、结构安全、效率安全及价格安全5层评价体系，并在全国尺度上做了实例研究[11]，为土地生态安全评价体系的构建提供了新思路。目前，虽有根据土地生态安全具体含义来构建评价体系的尝试，但仅从数量安全、质量安全、结构安全三方面[12]展开，忽略了土地管理者主观能动性和人文政策对土地生态安全的影响。参考谷树忠、郭凤芝、修丽娜等的研究[13-15]，笔者认为土地生态安全还具有安全保障的含义（土地生态系统自身保障和人为土地资源管理政策、措施等对土地生态安全的保障），应将其纳入指标体系内以全面反映土地生态安全的特性。

在确定指标权重上，主观赋权法与客观赋权法各有优点与不足，有学者提出了综合两类赋权法优点的组合赋权法，如宋戈等将离差最大化法的优组合赋权法[16]运用到指标权重的确定上，杨茂盛等把相对熵赋权用于经济适用房投资项目评价中[17]，研究表明其方法提高了评价结果的有效性、合理性。而组合赋权法在土地安全评价中的应用研究较少，仅有的几例中如张升元等运用偏好系数法把组合权系数设为0.5[18]，其组合方式的科学性有待商榷。

鉴于此，本文结合陕西省实际从数量安全、质量安全、结构安全和安全保障4个维度构建了评价指标体系，并将相对熵赋权法引入土地生态安全指标权重的确定中，能在一定程度上丰富土地生态安全的研究。在对2001—2012年陕西省土地生态安全动态评价的基础上，对障碍因子进行诊断与分析，进而提出相关对策以提高陕西省土地生态安全水平。

2 研究区概况

陕西省位于中国内陆腹地（105°29′—111°15′E，31°42′—39°35′N），横跨黄河和长江流域中部，是连接中国东、中部地区和西北、西南的重要枢纽，西北地区经济最发达、社会发展水平最高的省份。2012年底，全省总人口3753×104人，面积20.56×104km2，地均GDP为171.55×104元/km2。南北纵跨秦巴山地、关中平原和黄土高原3个地形单元，地面斜坡不稳定，长期以来不合理的土地利用方式使得植被破坏和水土流失等问题十分突出，是中国土地生态脆弱的地区之一。西部大开发战略提出后，政府加大了土地生态环境建设的力度，土地生态状况有所好转。但随着城镇化的深入推进，受人口增长、人均耕地面积不断减少（2012年降至0.106 hm2/人）及土地污染负荷越来越重等因素的影响，土地仍面临较大的生态压力，影响生态文明建设进程。

3 土地生态安全评价方法

3.1 土地生态安全评价模型

3.1.1 权重的确定 主观赋权法确定的权重主观性较强，可能偏离客观实际情况；客观赋权法虽具有客观性，但有些权重缺少理论上的支持，甚至与实践经验相悖。因此，采用组合方式形成的最终权重能更合理地反映各指标对目标层的影响程度，即：

式1中，wj为组合权重，θk为组合权系数，ukj表示第k种单一赋权方法中第j个指标的权重。

组合权系数可用每一种赋权法的可信度来表达，如果一种赋权法所确定的权重可信度越高，那么其相应的组合权系数就越大。组合的方法包括距离函数法、相对熵理论、离差最大化法、组合权重风险度最小原则等，本文运用相对熵理论来计算可信度。

（1）相对熵从“熵”的角度给出了指标权重之间“距离”的一种测度，并以此距离为依据构造目标函数，通过优化目标函数，解出与各单一赋权法取得的指标权重最接近的指标权重，即集结权重，记为V = （v1，v2，…，vp）。记U = （u1，u2，…，uQ）为单一赋权方法集合，uij为第i种单一赋权方法中第j个指标的权重（i = 1，2，…，Q；j = 1，2，…，P）。根据相对熵的思想，构建优化模型[17，19]如下：

（2）计算每一种赋权结果ui与集结权重V = （v1，v2，…，vp）的贴近度h［ui，v］（i = 1，2，…，Q），再根据贴近度计算可信度：

3.1.2 单项评价指标安全指数的确定 为解决生态安全评价指标由于性质及量纲不同而无法综合的问题，利用式4—式5对原始值作无量纲化处理。根据相关文献[11]，单项指标安全指数的计算公式如下。

（1）对越大越安全的正向指标：

（2）对越小越安全的负向指标：

式4—式5中，bij为第i年第j个指标的安全评价值，xij为评价指标的实际值，M、m分别是xij的安全阈值、不安全阈值。

3.1.3 计算综合指数值 综合指数评价法可以将分散的单个信息通过模型集成，具有简便、易行的特点。用该方法测算土地生态安全分值的公式为：

式6中，Bi为第i年土地生态安全综合指数，bij为单项指标安全指数，wj为第j个指标的权重。

3.1.4 划分土地生态安全标准 参考前人研究并结合陕西省实际情况，采用非等间距方法将土地生态安全分为4个等级，即不安全、临界安全、较安全和理想安全等级（表 1）。

表1 陕西省土地生态安全分级标准Tab.1 Evaluation criterion of land eco-security in Shaanxi Province

3.2 因子障碍度模型

除了对区域土地生态安全水平进行评判外，另一重要内容是障碍因子诊断, 以便对症下药解决土地生态安全问题。通过引入因子贡献度（Ij）、指标偏离度（Jij）和障碍度（Mij，Nij）3个指标进行障碍因子诊断[20]。障碍度模型为：

式7—式8中，Ij= wj，Jij= 1 - bij，Jij表示第i年第j个指标与土地生态安全值的差距即不安全指数，Mij为第i年各单项指标对该年土地生态安全的障碍度，Nij是准则层指标障碍度，wj为指标权重，bij为单项指标的安全指数。

4 土地生态安全评价指标体系构建与结果分析

4.1 评价指标体系构建及阈值确定

结合陕西省实际，依据全面性、层次性、可操作性原则，从4个维度构建土地生态安全评价指标体系（表2）：数量安全，即土地资源总量和人均量都要充裕，且后者意义比前者更大；质量安全，指土地资源应具有退化率低和生产能力持续、稳定的质量特征以满足需要；结构安全，指土地利用系统之间及系统内部具有合理、稳定的结构关系；安全保障，包括土地生态系统自身保障和人为土地资源管理政策、措施等对土地生态安全的保障。

根据已有研究[11，15]，将阈值分为安全阈值和不安全阈值，通过以下 4种方法来确定各指标的阈值：（1）国际、国家、行业和地方规定的标准；（2）区域生态环境的背景或本底标准；（3）专家经验或科学研究的判定标准；（4）设定理论最佳值为其阈值。

表2 陕西省土地生态安全评价指标体系及阈值Tab.2 Evaluation index system and threshold values of land eco-security in Shaanxi Province

4.2 权重的计算

本文数据来源于2002—2013年陕西省统计年鉴、2001—2012年陕西省环境状况公报、2002—2013年中国环境年鉴、陕西省环境监测中心站、土地利用变更详细资料、陕西省环境质量公报等。运用层次分析法（AHP）、改进的熵值法[21]确定的单一权向量分别为：

通过式2—式3测算出AHP和改进的熵值法的组合权系数θk分别为0.5061、0.4939，由式1得到相对熵组合权重：

4.3 土地生态安全综合评价

4.3.1 土地生态安全总体评价 由式6计算2001—2012年陕西省土地生态安全综合指数并判断所属的生态安全等级（表3）。

表3 陕西省土地生态安全水平动态及安全等级Tab.3 Dynamic value and grade of land eco-security in Shaanxi Province

总体趋势看，12年来陕西省土地生态安全综合值逐渐上升，安全级别由临界安全（Ⅲ）提高到较安全（Ⅱ）等级，可见退耕还林、水土流失治理等生态环境建设已略有成效。2001—2009年土地生态安全综合值从最低值0.49增长到0.57，但安全等级都局限在临界安全内；从2010年开始，土地生态安全值突破临界安全的上限0.6，晋升为较安全等级，但2010—2012年的综合评价值均靠近较安全等级区间［0.6，0.85）的下限，以后年份的值有滑至0.6以下的风险，因此目前土地生态安全水平属于低层次的较安全等级且不稳定，土地生态安全问题仍较突出。

4.3.2 数量安全评价 2001—2012年数量安全评价分值基本在0.185左右，但有先上升后下降再上升的微调（图1）。随着收入的提高陕西省人口从期初的3653万增长为期末的3753万，加大了对土地资源的需求，数量安全值在土地总体安全值的占比越来越小。21世纪以来，退耕还林还草等山川秀美工程推动了人均林草地面积的增加，同时人均建设用地也逐年增加，而这些增加的面积是通过挤占部分耕地和后备土地资源实现的，因此这种内部调整使得综合来看数量安全指数变化很小。但在总耕地面积减少69.7×104hm2的背景下，人均耕地面积以年均1.43%的速率减少到2012年的0.106 hm2/人。而人均后备土地资源最高仅为0.036 hm2/人，远低于0.190 hm2/人的安全阈值，难以满足经济、生态安全建设的需要，影响土地利用的持续发展。

4.3.3 质量安全评价 图1所示，2001—2012年质量安全分值在波动中上升，年增速为6.3%。期间，单位面积粮食产量、单位面积农林牧副渔产值分别增长43.41%、146.66%，土地产出能力不断提高。同时，政府加大对生态环境的治理力度，到2012年累计水土流失治理面积达9.51×104km2，土地沙化率也有所下降。但单位面积工业三废负荷指数到2011年才停止上升，单位面积农业三废负荷指数逐年增加，可见土地退化风险对土地质量安全的制约作用仍很强。

4.3.4 结构安全评价 土地结构生态安全分值历经了先快速下滑、后趋于平稳、再缓慢上升的变化过程，期末时达到期初水平（图1）。森林覆盖率增长了44.12个百分点，是一利好因素。此外，陕西省建设用地指数从2001年的3.78%增加到2012年4.27%，还远低于东部发达地区；从土地利用实际情况看，其人均居民点及独立工矿用地面积（占建设用地面积比重达80%以上）在2005年后便超过了189 m2/人的水平，可知建设用地占用耕地速度趋缓[22]，耕地转换为建设用地的量相应减少，从而使土地利用结构更稳定，结构安全性提高。但耕地面积比重的降低以及土地利用结构多样性指数的下降，反映出土地利用结构的稳定性减弱，在一定程度上加重了土地生态系统的压力。

4.3.5 安全保障评价 土地生态安全保障在曲折中上升，从0.099提高到0.117，最高值0.127出现在2011年（图1）。环境污染治理投资占GDP比重和土地资源保护意识普及度的提高、土地资源安全保护政策的不断完善是安全保障水平上升的主要诱因。但水土协调度在整体增强的情况下有波动，旱涝保收率以2006年为界先增加后减小，同时自然灾害成灾率在总体减弱的情况下有些许反弹，使得土地生态安全保障分值呈现波动发展态势。

图1 土地生态安全各准则层评价分值Fig.1 Land eco-security evaluation values of criteria layers

图2 2001—2012年陕西省土地生态安全准则层障碍度动态变化Fig.2 Dynamic variation of criteria layer stumbling degree of land eco-security in Shaanxi Province from 2001 to 2012

5 限制因子诊断

在整体评价的基础上，通过式7和式8，诊断出准则层和指标层的障碍因子（图2和表4）。

表4 2001—2012年陕西省土地生态安全指标层主要障碍因子障碍度（%）Tab.4 Main stumbling degree of index layer on land eco-security in Shaanxi Province from 2001 to 2012

5.1 准则层限制因子

从图2可知，准则层4个指标对陕西省土地生态安全的障碍度及其变化趋势不尽相同。总体而言，数量安全和结构安全障碍度基本在15%—20%之间缓慢上升；质量安全障碍度在波动中呈下降趋势；安全保障的障碍度在20%—25%内不同程度地变化；质量安全和安全保障的障碍度之和高达61%以上，成为主要制约因素。

研究期内质量安全是最大的准则层障碍因素，2001年占障碍度总和的47.72%，此后年份与其他三个准则层障碍度的差距缩小。从图2可知，质量安全障碍度的在波动中下降，其中：土地产出能力的障碍度由24.31%降为7.27%，降幅明显；但土地退化的障碍度越来越大，到2012年达30.64%。因此，须继续推行生态文明建设等治理措施以减低土地退化风险，提高土地生态安全水平。

安全保障一直居准则层障碍度的第2位。土地资源安全保护政策、土地资源保护意识普及度障碍度逐年下降，旱涝保收率逐渐上升，而环境污染治理投资占GDP比重障碍度升中有降，水土协调度、水土协调度变化不大，综合来看安全保障对土地生态安全的阻碍作用波动幅度不大。

数量安全和结构安全的障碍度变动幅度较小，在障碍度排序中，2001—2002年、2009—2012年数量安全占第3位，2003—2008年由于耕地保护、土地开发复垦等降低了数量安全障碍度，结构安全变为第3障碍因素。

5.2 指标层限制因子

指标层因子较多，仅选取了前6个障碍度最大的指标（累计障碍度超过55%）为主要限制性因子（表4）。

2001—2005年的前5位限制因子趋同，分别为单位面积农林牧副渔产值、水土流失率、土地沙化率、人均后备土地面积和森林覆盖率，2001年第6位障碍因子是单位面积粮食产量，后三年变为旱涝保收率，2005年环境污染治理投资占GDP比重取而代之。初期阶段单位面积农林牧副渔产值较低，在2001、2003、2005年是最大的障碍因子，随着政府对农业的重视程度增强，产值逐渐稳步提高，2007年后退出前6行列；随着山川秀美工程的推进，水土流失率从66.85%降为38.68%，但离生态安全阈值10%还有很大差距，因而排在前两位，2007年起排名逐渐后移；21世纪之初森林覆盖率仅为28.74%，随着退耕还林还草政策的实施，森林面积逐渐增加，森林覆盖率的障碍度从第5位降为第6位后退出主要限制性因子行列。

在研究期内陕西省土地沙化面积有所减少，但沙化率远高于1.5%的安全标准值，2006年土地沙化率从前5年的第3升为最大障碍因子，且连续7年都居于首位，可见防沙治沙任重而道远；随着经济、生态环境建设的持续推进，在后备土地资源总量减少和人口过快增长的情形下，人均后备土地面积供需矛盾越来越尖锐，从前5年的第4变成2006年第3、2007—2012年第2障碍因子；一般认为环境污染治理投资占GDP比重低于0.9%是不合理的，而2007、2008、2011和2012年环境污染治理投资的GDP占比分别为0.75、0.85、0.61和0.8, 可见环境污染治理投资没有相应跟上GDP增长的步伐，导致生态环境防治的财政支持不足；2008年雪灾和地震持续地影响着旱涝保收率，较之前而言其在2009、2010、2011和2012年的障碍度排序中上升，同时复种指数也成为主要限制性因子之一；建设用地的扩张和林草地面积的增加是通过挤占部分耕地实现的，耕地面积比重持续下降，2012年首次进入前6行列，可见人地矛盾进一步凸显，须严守耕地保护红线，走可持续发展之路。

6 结论与建议

6.1 结论

（1）总体而言，2001—2012年陕西省土地生态安全综合值逐渐上升，安全级别由临界安全提高到较安全等级。但最高值2012年的0.62靠近较安全等级区间的下限，因此目前土地生态安全水平属于低层次的较安全等级且不稳定，土地生态安全压力还很大。

（2）从准则层障碍度看，12年间陕西省土地生态安全的主要威胁基本无变化，来自质量安全和安全保障两方面，障碍度之和在61%以上。质量安全是最大的准则层障碍因素，其中，土地产出能力的障碍度下降明显，而土地退化的障碍度越来越大。

（3）从指标层因子障碍度看，各年份主要障碍因子不尽相同，最大障碍因子历经了从单位面积农林牧副渔产值、水土流失率到土地沙化率的演变。2012年影响陕西省土地生态安全的主要因素是土地沙化率、人均后备土地面积、环境污染治理投资占GDP比重、旱涝保收率、水土流失率和耕地面积比重。

（4）运用相对熵赋权法和综合指数分析法所得的研究结果符合陕西省实际，但土地生态安全评价是一项复杂而系统的工作，在指标筛选、评价体系构建等方面还需进一步研究完善。

6.2 建议

（1）针对土地沙化率、旱涝保收率、水土流失率等障碍性因素：应继续落实防沙治沙和退耕还林还草政策，加快水土保持林建设和小流域综合治理，修建和维护农田水利等基础设施，降低土地退化风险，提高土地生态安全的保障力。

（2）针对人均后备土地面积和耕地面积比重两大限制性因子：应科学制定土地资源利用规划并建立激励与约束机制，严格执行耕地保护制度；加大土地开发整治力度，确保后备土地面积数量，同时合理控制人口数量，降低人口过快增长对土地资源的需求；提高节约集约用地水平，优化土地利用结构，增强土地生态安全的稳定性。

（3）针对环境污染治理投资占GDP比重的约束：应继续支持农业高新技术的研发和推广利用项目，引导农户科学使用化肥（如测土配方等）、地膜等农资，减轻土地的农业三废负荷；增强对生态环境治理的重视程度，提高环境污染治理投资占GDP的比重，充分保证生态文明建设的政策与财力支持。

（4）此外，还须完善土地生态安全动态评价与目标责任机制，强化障碍因子的动态监测与管理。

（

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（本文责编：郎海鸥）

Dynamic Evaluation and Diagnosis of Obstacle Factors on Land Eco-security in Shaanxi Province

LI Chun-yan, NAN Ling
（College of Economics and Management, Northwest Agriculture and Forestry University, Yangling 712100, China）

The purpose of this study is to evaluate land eco-security and diagnose its main stumbling factors in Shaanxi Province from 2001 to 2012 through establishing land eco-security evaluation index system. Methods include combination-weighting method based on relative entropy theory and comprehensive index method. Also the stumbling degree model was used to find the limiting factors of the land eco-security. Results show that 1） the land eco-security value of Shaanxi Province has gradually been increasing for 12 years, and the grade of land eco-security has changed from critical security up to general security. At present, the land eco-security was in low and unstable general security condition, so pressure of land eco-security was still very great. 2） In the criteria layer, the main threat to the land eco-security still came from quality security and safety assurance, including the land degradation stumbling degree increasing; from the perspective of index layer, the first stumbling factor changed from output value of agriculture, forestry, animal husbandry and fishery per unit area, soil erosion rate to land desertification rate. It is concluded that the results of land eco-securitydynamics research based on the relative entropy accord with the actual situation of Shaanxi Province.

land ecology; dynamic evaluation; stumbling degree; relative entropy; Shaanxi Province

F301，X826

A

1001-8158（2015）04-0072-10

10.13708/j.cnki.cn11-2640.2015.04.010

2014-08-08

2014-12-08

陕西省国土资源厅项目陕西省土地整治战略研究（K332021306）。

李春燕（1989-），女，四川达县人，硕士研究生。主要研究方向为资源经济与环境管理。E-mail: lichunyan0703@126.com

南灵（1963-），女，陕西泾阳人，副教授，硕士生导师。主要研究方向为资源经济与环境管理、土地资源管理等。

E-mail: nanling68@126.com