3.1 土地生态安全综合评价
从时间上看,2007-2017年研究区土地生态安全综合指数整体上呈波动上升趋势(图1),其数值变化区间为0.164 4～0.723 1,在11年研究期内其土地生态安全等级由I级上升为IV级,其安全水平由巨警转变为轻警状态,表明在此期间研究区土地生态安全状况在逐步改善和提升。可根据土地生态安全等级的动态变化,将11年的研究期总体上分为四个阶段:第一阶段2007年,马鞍山市土地生态安全等级处于I级; 第二阶段2008-2009年,安全等级处于II级; 第三阶段2010-2014年,安全等级一直处于III级; 第四阶段2015-2017年,安全等级处于IV级。其中,2008年、2010年、2012年和2015年四个年份较为特殊。在2008年,马鞍山市土地生态安全等级由I级转变为II级,其综合指数较2007年提高了42.58%,主要是因为2008年马鞍山市单位播种面积粮食产量较2007年增加了217.17 kg/hm2,污水处理厂集中处理率由73.66%提升至81.4%,同时政府在节能环保方面的财政支出增加了0.865%。2010年,马鞍山市土地生态安全等级由II级转变为III级,得益于其工业废水排放强度、万元GDP能耗相较于2009年分别下降了30.98%、18.35%,同时污水处理厂集中处理率显著提升了18.21%,由于马鞍山市是矿产丰富的资源型城市,所以控制其资源消耗量、消耗强度,提高工业废弃物处理能力,能够有效改善区域土地生态安全水平。2012年综合指数值较2011年下降了16.22%,主要是由于2012年马鞍山市人口自然增长率大幅度提升,从2.57%升至4.85%,表明人口数量的增加导致人地关系紧张,对土地造成的压力超过其承载力,对区域土地生态安全造成了负面影响。2015年,安全等级由III级转变为IV级,主要是因为2015年马鞍山市第三产业比重由2014年的31.9%增至37.5%,工业固体废弃物综合利用率由71.06%增至86.51%,表明产业结构的优化以及工业废弃物利用能力的提升,可以使资源型城市的土地生态安全状况向好发展。
图1 2007-2017年马鞍山市土地生态安全指数动态变化趋势
3.2 子系统土地生态安全预警分析
(1)压力指数分析。综合图1和表2可知,2007-2017年压力指数较不稳定,略有波动,总体上呈先上升后下降再趋于平缓的趋势,数值变化区间为0.085 7～0.159 1。2007-2011年,压力指数从0.085 7上升到0.182 8,并在2011年达到其压力指数的最高点,主要是因为马鞍山城市人口密度从5 111人/km2下降至3 564人/km2,2011年农药施用强度、工业废水排放强度、万元GDP能耗相较于2007年有大幅度下降,其降幅分别为41.34%、67.50%、29.46%。但在2011-2013年,土地生态压力状况出现明显恶化,压力指数从0.182 8下降至0.141 9,由于马鞍山市在2011年末进行了行政区划调整,并入了和县、含山二县,拓展了城市空间,人口自然增长率从2.57%提高至4.8%,同时城镇化率从59.4%升至62.57%。“十二五”初期,马鞍山市开始实施“1255”城市发展战略,人口数量的猛增以及城镇化水平的提高,在一定程度上对区域土地生态安全造成了双重压力。2013-2015年,压力指数逐年回升,从2013年的0.141 9升至0.178 8,表明马鞍山市土地生态压力状况在逐渐改善,在此期间马鞍山市人口自然增长率从4.8%降至4.12%,化肥、农药施用强度分别降至0.460 t/hm2、0.021 t/hm2,人口及土地污染带来的压力相应减少,得益于“十二五”后期,马鞍山市严格控制污染物总量等指标。2015-2017年,压力指数出现小幅度下降,其数值从0.178 8降至0.159 1,主要是由于2017年马鞍山人口自然增长率和城镇化水平相较于2015年分别提高了1.58%、2.74%。“十三五”初期,长江经济带、皖江城市带产业转移等区域发展战略持续深入推进,在促进城市发展的同时,也在一定程度上使得马鞍山市的土地资源、环境承载力面临着更大的挑战。
(2)状态指数分析。由图1和表2可知,2007-2017年状态指数总体上表现为先上升再下降后回升再趋于平缓的特点,其数值变化为0.025 9～0.239 6。2007-2011年,状态指数积极向好,其数值从0.025 9大幅度增至0.147 6,单位播种面积粮食产量从6.66 t/hm2升至7.33 t/hm2,人均公园绿地面积从12.13 m2/人升至15.02m2/人,森林覆盖率相较于2007年提高了2.34%,得益于“十一五”期间,马鞍山市积极进行绿地生态圈建设,绿地、森林面积的增加有效地改善了区域土地生态安全状态,并增强了生态保护功能。2011-2012年,状态指数出现了小幅度下降,从0.147 6降至0.100 9,主要是因为马鞍山市人均城市建设用地面积从41.075 m2/人增至43.809 m2/人,城市建设用地的扩张使得马鞍山市维持其原有生态安全状况有一定的难度。2012-2015年,状态指数逐年回升,从0.100 9升至 0.245 9,土地垦殖率、森林覆盖率相较于2012年分别提高了12.42%、5.37%,表明研究区生态状况在稳步提升。一方面是因为行政区划的调整使得马鞍山市耕地面积比重增加; 另一方面是由于马鞍山市在“十二五”期间推进“森林进城工程”建设,显著提升了区域绿化覆盖率。2015-2017年,状态指数数值略有小幅波动。其中,状态指数在2016年达到11年研究期内的最大值,2016年人均水资源总量从986.33 m3/人猛增至1 745.1 m3/人,同时经济密度相较于2015年增幅为9.41%。
(3)响应指数分析。由图1和表2可知,2007-2017年响应指数呈波动渐进的趋势,其数值变化为0.052 9～0.324 4,11年研究期内响应指数积极向好发展,2007年为响应指数的最小值,2017年达到研究期内的最大值。在响应子系统中,C18、C22、C23等3个指标对响应指数的贡献率较高,其熵值较高,相较于其他指标对响应子系统的影响更大。根据响应指数的变化趋势,可将其分为三个阶段:第一阶段2007-2011年,响应指数从0.052 9升至0.175 3。“十一五”时期,马鞍山市推进“生态马鞍山”建设,以马钢新区建设为基础,结合其资源禀赋和产业结构调整,在工业“三废”污染治理方面加大投入,2011年废水治理设施套数、工业废气治理设施套数相比2007年有大幅度增加,分别增至197套、493套,工业固体废弃物综合利用率提高了9.52%,节能环保支出占财政支出比重大幅度增加了79.14%,低碳循环理念的贯彻使得污染物排放总量得到有效控制,污水集中处理率、废气排放达标率和工业固废利用率得到显著提高。第二阶段2011-2014年,响应指数趋于平缓,数值变化较小,从0.175 3升至0.188 4。第三阶段2014-2017年,响应指数保持上升趋势,从0.188 4升至0.324 4。其中,2015年较为特殊,2015年是“十二五”的末年,也是11年研究期内响应指数增幅最大的一年,其数值增幅达44.53%。“十二五”时期,马鞍山市实施“6653”现代产业体系发展战略,使得一二三产业结构更加合理,同时在制度方面确定了一系列的环保新标准及考核制度。此外,严控污染物总量、征收资源环境税等政策措施的实施,促进了马鞍山市区域土地生态安全水平向好发展。在此期间,马鞍山市第三产业比重从31.9%增至37.5%,工业固体废弃物综合利用率从71.06%增至86.51%,生活垃圾无害化处理率达到100%,因而在2015年响应指数能够有大幅增加。“十三五”初期,安徽省深入推进“调转促”行动计划,一方面使得马鞍山市一二三产业结构得到优化,节能环保、新材料等新兴产业和现代物流等服务性产业迅速发展; 另一方面使其工业布局得到有效调整,工业化水平逐渐迈向新阶段。在“一带一路”、长三角一体化等区域发展战略和政府政策的叠加效应下,马鞍山市的经济总量增加,2017年人均GDP和城镇居民可支配收入相比2015年分别提高了22.87%、17.41%。同时,马鞍山市在“十三五”期间实施工业强市战略,以绿色发展理念协调好资源开发利用与节能环保的关系,生态市建设取得了很好的成效,如废气、工业及生活污水、土壤等污染得到有效整治,进一步加快了其资源型城市转型的步伐。
3.3 障碍因子分析
(1)准则层障碍度分析。土地生态安全系统由压力、状态、响应子系统构成,三者之间相互作用、相互影响构成了一个有机复合体。从时间维度上看,准则层3个子系统的障碍
图2 2007-2017年马鞍山市准则层各子系统障碍度
变化趋势度随着时间的推移一直处于动态变化当中(
图2)。其中,压力子系统和响应子系统的障碍度曲线波动较大,而状态子系统的障碍度波动相对较小。可根据压力、状态、响应子系统障碍度曲线的变化,将11年研究期总体上分为两个阶段:第一阶段2007-2014年,状态子系统和响应子系统的障碍度曲线始终保持在压力子系统之上,且两者障碍度数值之和始终超过54.1%,表明在此阶段状态和响应子系统对马鞍山市土地生态安全状况起到主要限制作用。第二阶段2014-2017年,压力子系统障碍度表现为上升趋势,其障碍度显著增加,从25.88%大幅增至45.91%; 状态子系统有小幅波动,相对较为平稳; 响应子系统走向持续向下,降幅达26.42%。其中,在2015年准则层3个子系统的障碍度变化曲线相互交叉,压力子系统的障碍度从2015年开始高于状态及响应子系统。从各子系统近三年的障碍度的变化趋势看,在2015年之后,压力及状态子系统将转变为影响马鞍山市土地生态安全的主要障碍因素。表明未来应重点从降低压力、状态子系统障碍度的角度出发,兼顾维护响应子系统,从而提高研究区的土地生态安全水平。
(2)指标层障碍因子分析。现以障碍度数值排名靠前的8个主要障碍因子为例(表4),分析影响研究区土地生态安全水平的评价指标。综合图2和表4知,2007-2014年指标层8个主要障碍因子中大部分是状态及响应子系统的评价指标,而2015-2017年大部分是压力及状态子系统的评价指标。2007-2013年,C9土地垦殖率的障碍度始终居于首位,其数值最大值为13%,一直是第一障碍因子,而排名2.三位的障碍因子中出现频率相对较高的主要是C10单位播种面积粮食产量、C22工业废气治理设施数、C23工业固废综合利用率、C4第一产业占GDP比重。2014年,第一障碍因子由C9转变为C10,第二障碍因子由C10转变为C4。总的来看,2007-2014年间,C9、C10、C22、C23、C4等5个指标是阻碍研究区土地生态安全水平改善的主要障碍因子。“十一五”及“十二五”时期,马鞍山市依托区域矿产资源,大力发展马钢等工业企业,在一定程度上造成经济发展与保持区域土地生态安全的矛盾愈发突出。2015-2017年,C10、C4、C2、C3为排名靠前的主要障碍因子。
表4 2007-2017年马鞍山市土地生态安全指标层主要障碍因子
