基于BP神经网络的工业生态安全动态评价及障碍因子诊断

[目的] 对安徽省工业生态安全进行评价和预测,为安徽省工业生态安全可持续发展提供科学依据。[方法] 基于压力、状态、响应框架和生态、环境、经济、社会框架构建工业生态安全评价指标体系,采用聚类工具进行安全等级划分,结合熵权法和综合指数法评价2009—2018年安徽省工业生态安全水平,运用BP神经网络模型对2019—2025年工业生态安全水平进行科学预测。[结果] ①从总体上看,2009—2018年安徽省工业生态安全评价指数呈波动上升趋势,安全等级由“临界安全”上升为“较安全”;②从各子系统来看,2009—2018年压力子系统的评价指数呈上升态势,状态和响应子系统的评价指数呈先下降后上升态势;③BP神经网络预测结果显示：2019—2025年安徽省工业生态安全态势总体呈波动上升状态,处于“临界安全”向“较安全”转变态势;④影响安徽省工业生态安全的主要障碍因素包括第二产业从业人员比例、第二产业占GDP的比例、污水集中处理率、森林覆盖率和人口密度,是今后调控的方向。[结论] 研究期间安徽省工业生态安全波动明显,但总体上呈上升趋势,工业生态安全得到明显的改善。     

基于P-S-R模型的河南省土地生态安全评价及预测

依据P-S-R框架模型构建土地生态安全评价指标体系,运用土地生态安全综合指数模型评价2002—2011年河南省土地生态安全状况,并运用灰色系统GM（1,1）模型预测其未来9 a的土地生态安全态势。结果表明:2002—2011年河南省土地生态安全值在0.45上下波动,土地生态处于临界安全水平,2012—2020年呈下降趋势,表明土地生态系统结构发生变化,土地生态环境受到一定破坏,土地生态系统服务功能已开始退化,虽尚可维持其基本功能,但受干扰后易恶化,土地生态环境脆弱,制约了区域经济的发展。该研究可为改善区域生态环境及生态安全规划管理提供依据。     

佛山市土地利用的生态安全评价

以佛山市为例,从土地可持续利用的角度出发,采用PSR模型,从生态环境系统状态、生态环境系统压力、生态环境系统响应3方面建立了佛山市生态安全评价指标体系,运用层次分析法和综合评分法对2004年佛山市生态安全进行了评价。评价结果表明:2004年佛山市生态安全综合值为0.508 4,属于"较差"安全等级;佛山市生态环境的状态子系统较好,但面临的压力较大,并且响应较弱。针对评价结果,提出了区域土地可持续利用的生态安全对策。     

基于PSR模型的青铜峡市土地生态安全评价与预测

[目的]通过研究宁夏自治区青铜峡市的土地生态安全发展状况,为该市的土地生态安全及其可持续发展提供科学的参考依据。[方法]综合运用熵权法、P-S-R模型、综合指数法、地理探测器和GM(1,1)预测模型等方法对该区域土地生态安全、安全等级以及影响土地生态安全的主要因子进行评价研究,并对其未来9a的土地生态安全状况进行预测。[结果](1)青铜峡市土地生态安全综合指数在研究期间整体呈现出先下降后上升的变化趋势。2006—2009年土地生态安全指数呈现波动下降的态势,由2006年的0.446 3下降到2009年的0.419 1;2009—2016年青铜峡市土地生态安全综合评价值不断上升,由2009年的0.419上升到2016年的0.505 1,其安全等级始终保持为临界安全,研究期间青铜峡市土地生态安全整体水平不断提高和改善。(2)通过地理探测器诊断得出人口密度、农用化肥使用量、废水排放量、万元GDP能耗、工业固体废物产生量、建成区绿化覆盖率、水利、环保设施投资占GDP的比率等要素是青铜峡市土地生态安全的主要影响因素。(3)利用GM(1,1)预测模型对青铜峡市未来9a土地生态安全发展水平进行预测,结果表明2017—2025年该区域土地生态安全水平不断上升,但其安全等级不高,仍处于临界状态,有待于提高和改善。[结论]研究期间青铜峡市土地生态安全波动变化明显,但总体上呈上升趋势,土地生态安全得到明显提升和改善。     

基于PSR模型的生态文明示范区生态安全评价及其障碍诊断

为了探究生态文明示范区生态安全的变化趋势与影响因素,基于PSR构建区域生态安全评价指标体系,运用熵权法对江西省生态文明先行示范区2009-2018年生态安全状况进行评价,结合障碍模型分析了其生态安全障碍因素。结果表明:(1)在2009-2018年江西省各地市生态安全水平总体有所提升,但生态安全等级各地差距较大;(2)江西省生态安全障碍度排序结果为响应因素>压力因素>状态因素,且受到城镇建设用地面积比重、生态环境耗水量、城镇化水平、第一产业占GDP比重以及单位土地面积农药使用量的综合影响;(3)江西省生态安全划分为生态经济发展协调区、生态经济改善区和生态安全脆弱区;(4)应从存量用地再开发、推动区域产业高质量发展和强化生态环境政策响应方面构建生态安全治理体系。可见,生态文明示范区生态安全等级介于临界安全等级(Ⅱ)较多,距离基本安全等级(Ⅲ)状态仍有较大差距,而通过分析生态安全空间与诊断影响因素可为提升生态安全水平提供理论支持。     

基于PSR模型的广西石漠化地区土地生态安全动态评价

[目的]对广西壮族自治区轻度及以上石漠化地区进行土地生态安全评价,为该区土地生态安全及其可持续发展提供科学参考。[方法]基于PSR模型构建了广西石漠化地区土地生态安全评价指标体系,采用熵权赋权法确定权重,运用生态安全综合模型,对研究区2005,2015年的土地生态安全综合指数进行计算。[结果]广西石漠化地区土地生态安全主导因素为人口密度、单位GDP综合耗能、土地垦殖率、耕地粮食单产、城市化水平、人口自然增长率等因素;压力指数、状态指数和响应指数共同决定广西石漠化地区土地生态安全评价的综合指数;从时间上看,2005—2015年广西石漠化地区土地生态安全经历了从临界安全等级向较安全等级的变化趋势,土地生态安全的状况主要因响应状态系统的提升,而使得综合土地生态安全指数有所上升。从空间上看,2005年贵港地区的土地生态安全等级处于不安全级,2015年南宁、贵港、来宾等地区的土地生态安全等级处于较不安全级。[结论]广西石漠化地区的土地生态安全略有上升,但受压力和状态子系统承载力水平的限制,研究区的土地生态安全仍处于中等水平,需要进一步加强土地生态安全建设。     

基于GIS的玛沁县土地生态安全性评价

基于遥感影像和社会经济统计数据,以P-S-R概念模型为框架,选取相应指标,构建了青海省玛沁县土地生态安全评价指标体系。在ARCGIS平台下,采用主成分分析法确定各指标权重,计算土地生态安全综合值,确定土地生态安全等级,最终形成玛沁县土地生态安全格局。结果表明:玛沁县土地生态安全处于恶化、风险、敏感、较安全、安全状态的比例分别为2.78%、15.54%、27.89%、12.22%、41.56%,玛沁县土地生态安全状况总体以敏感状态和安全状态为主。较安全与安全状态区域主要分布于玛沁县东部,西部地区土地生态安全状态以敏感和风险为主。鉴于玛沁县当前土地生态安全格局,提出需要加强生态环境保护力度与完善牧民社会保障措施等建议,为玛沁县土地生态可持续发展提供有益参考。     

山地城镇化进程中土地生态安全动态评价研究——以贵阳市为例

为促进其土地资源可持续利用及其未来生态环境质量改善和生态安全规划管理提供依据,对贵阳市近20 a来的土地资源生态安全状况进行动态评价研究。基于P-S-R模型构建城市化驱动力下土地生态安全评价指标体系,采用多指标综合评价法计算土地资源生态安全水平,利用SPSS软件和GM（1,1）模型进行相关性分析与短时间序列预测。结果表明:近20 a贵阳市土地生态安全指数1992—2000年处于恶化级、2001—2009年处于风险级、2010—2011年处于敏感级,总体呈波动上升趋势,但基本处于不安全状态;人类社会经济活动的响应对土地资源生态安全的影响较大;预测在2011年后5 a内该区域压力值、状态值、响应值和综合值均呈上升趋势,土地生态环境良性循环发展潜力具大,但生态系统脆弱且敏感性显著等问题一直存在。控制人口增长,优化人口结构,加快转型发展,构建绿色经济生态体系,统筹城乡协调发展,优化合理利用土地,探索节约集约用地的新型城镇化模式,加大环境保护力度,建立生态补偿机制是保护贵阳市土地资源生态安全的合理性对策。     

基于RBF模型的广东省土地生态安全时空演变预警研究

基于压力—状态—响应(P-S-R)模型构建土地生态安全预警评价指标体系,运用熵权法和RBF模型对2000—2016年广东省土地生态安全进行评价与预警研究,同时分析2012年广东省21地级市土地生态安全空间格局。结果表明:(1)广东省土地生态安全水平总体呈波动上升趋势,其中2000—2006年处于重警状态,2007—2009年处于高警状态,2010—2012年处于中警状态。2013—2016年,若不出现较大变故,全省土地生态安全将仍保持这一发展趋势,平稳中略有上升,仍处于中警状态;(2)2012年广东省土地生态安全基本上呈粤北、粤西警情高,珠三角和粤东警情低的格局;(3)影响广东省土地生态安全的主要因素包括自然灾害受灾面积比重、公路密度、建成区面积比重、人均GDP、经济密度、农民人均纯收入、自然保护区面积比重等,这些是今后调控的重点。     

土地生态安全预警系统设计与实现

土地生态安全问题是区域生态安全的核心问题之一。定量化、可视化、自动化的评价和预测土地生态安全状况并进行实时预警,对土地资源的可持续利用具有重要意义。本文以河北省为研究实例,基于PSR(压力、状态、响应)模型构建了土地生态安全评价指标体系,采用投影寻踪模型对土地生态安全状况进行评价,采用主成分相关分析法诊断土地生态安全的主要影响因子,采用空间差异系数模型分析了土地生态安全的时空格局,采用马尔科夫预测模型对土地生态安全水平进行预测,通过划分土地生态安全预警等级建立了预警机制,并利用MATLAB的图形用户界面(GUI)开发了土地生态安全预警系统。结果表明:1)2010—2018年,河北省土地生态安全指数呈不断增长态势,由0.300上升到0.611,年均增长率为12.92%,土地生态安全状态由"恶化级"转变为"敏感级",预警等级由"巨警"转变为"中警",土地生态安全总体水平仍然较低。2)土地生态安全主要限制因子是人口密度、工业化率、单位播种面积农药负荷、单位土地工业三废负荷、城市建设用地比重、工业用地比重和GDP能耗等。3)河北省各地级市土地生态安全区域差异性不断缩小,近年趋于平稳,至2018年,空间差异系数为32.54%,各市之间的差异性仍然不容忽视,大部分地级市土地生态安全状态处于"敏感级",预警等级为"中警",土地生态安全水平有待进一步提高。4)2019—2025年,河北省土地生态安全指数呈稳步上升趋势,到2025年为0.834,达到"较安全级",预警等级为"轻警",土地生态朝着良性方向发展的潜力较大。     

河北滨海盐碱土地生态安全评价

滨海盐碱地盐渍化较严重,土地生态环境脆弱,了解滨海盐碱区的土地生态安全状态,探讨其驱动机制,可为滨海盐碱区土地结构调整与土地功能提升提供依据。本文以河北省黄骅市为研究区域,以土地利用类型为基础,设计了黄骅市土地利用生态安全(LUES)分级标准,计算得出研究时段内的LUES值,阐明了黄骅市土地利用生态安全状态并探寻起主要作用的关键土地利用类型。在此基础上,利用2000—2010年TM遥感影像数据和社会经济数据,借助Erdas、Arc GIS与Fragstats软件平台,选择了包括LUES在内16个指标,构建了黄骅市P-S-R土地生态安全评价模型,探讨了黄骅市土地生态安全状态。结果表明:(1)2000—2010年间,黄骅市LUES值为0.458~0.466,土地利用生态安全处于临界安全状态,应控制建设用地、盐场及重度盐碱地面积;(2)黄骅市土地利用生态安全提升主要得益于土壤盐渍化的降低,中、重度盐碱地面积减少及轻度盐碱地面积增加带来的生态正效应超过了建设用地面积增加带来的生态负效应,这是LUES提高的主要原因;(3)黄骅市土地生态安全指数(LESI)呈逐年上升趋势,安全状态由2000年的较不安全(LESI为0.431)提升至2010年的较安全(LESI为0.666)状态;(4)压力指数(P)在逐年减小,响应指数(R)在逐年增加,2010年响应指数对LESI贡献最大,其贡献率为45.3%,说明人为措施减小了土地生态风险。本研究结果可为黄骅市土地生态利用提供科学依据。     

基于P-S-R模型的汕头市土地生态安全评价

汕头作为中国首批经济特区之一,人多地少是其一大特点,经历30 a特区的建设和发展,在经济发展同时其生态环境也发生了较大的变化。以经济特区汕头市社会经济发展特点为出发点,基于P-S-R模型构建了一套包含3个准则19个指标的土地生态安全评价指标体系,采用主成分分析法确定指标权重,依据土地生态安全综合指数法对2001-2008年汕头土地生态安全状况进行了评价。结果表明:2001-2008年汕头市土地生态安全值在0.65上下摆动,变化幅度不大（不超过0.0348）,介于临界安全和较安全等级,说明研究期内汕头市土地生态环境总体较好,土地生态系统结构较完整,土地生态系统服务功能基本完善,受干扰后一般可恢复。该研究可为了解汕头市土地生态安全现状,及未来生态环境质量改善和生态安全规划管理提供依据。     

牡丹江市退耕还林前后生态安全评价

退耕还林工程是当前中国最为宏大的生态修复与重建工程,开展区域退耕还林前后生态安全评价,可综合检验退耕还林成效,并为进一步巩固退耕还林成果、制定区域环保规划及可持续发展战略规划等提供决策依据。该文在深入分析生态安全本质的基础上,结合压力-状态-响应模型,构建了退耕还林区域生态安全评价指标体系,并采用物元模型对牡丹江市退耕还林前后生态安全进行评价。结果表明:1)退耕后,市区及绥芬河市生态安全等级下降,分别由较安全和安全降至临界安全,其他地区生态安全等级没有变化;2)各地区生态安全隶属度变化显著,表现为宁安地区生态安全隶属度值下降,而东宁、林口、海林、穆棱等地区生态安全隶属度值增加,其生态环境质量得到改善。概言之,物元模型能够揭示单个评价指标的分异信息,研究结果符合研究区实际情况。     

基于熵值法和灰色预测模型的耕地生态安全诊断

[目的]弥补已有耕地生态安全诊断中指标体系及评价方法的不足,分析耕地生态安全水平。[方法]在界定耕地生态安全内涵的基础上,构建了基于PSR模型的评价指标体系,采用熵值法和灰色预测模型,对四川省耕地生态安全水平进行了诊断。[结果]1999—2013年四川省耕地生态安全水平总体不断提高,耕地生态安全等级经历了"临界安全—较安全"的演变历程,但2013年"较安全"水平不高;压力指数总体上呈现下降趋势,状态指数呈现波动下降趋势,响应指数呈现上升趋势;单位耕地化肥负荷、人均耕地面积、单位耕地农药负荷、土地垦殖率、水土流失程度等是耕地生态安全等级提升的关键制约因素;2014—2018年四川省耕地生态安全水平呈现稳步上升趋势。[结论]基于PSR模型的评价指标体系能更准确地反映耕地生态安全各要素之间的关系;熵值法和灰色预测模型能有效挖掘耕地生态安全存在的问题,适合用于耕地生态安全评价。     

我国北方农牧交错区土地生态安全评价——以白城市为例

白城市位于北方农牧交错区,生态环境脆弱。为了解其土地生态安全状况,基于压力—状态—响应（pressure-state-response简称PSR）模型,共选取21个指标构建了土地生态安全评价指标体系,对2007—2012年白城市及其所辖5个县区土地生态安全变化情况进行评价分析。结果表明:（1）各县（市、区）土地生态压力—状态—响应情况不同,镇赉县、大安县及洮北区土地生态压力安全值较高,对安全综合值贡献率在38%以上;洮南市土地生态状态安全值较高,贡献率在36%以上;通榆县土地生态压力—状态—响应安全值分布比较均衡,贡献比为35:34:31。（2）2007—2012年,白城市土地生态安全综合值由0.712 2提高至0.780 4,土地生态环境有所改善,但土地安全等级仍处于敏感级,生态环境比较脆弱。（3）白城市土地生态安全状况的改善有赖于实施有效的人口政策,控制人口规模;引进人才,鼓励农民发展新型绿色农业,减轻土地污染压力;提高环境保护意识,加大环保投资力度,促进土地生态恢复。     

基于TOPSIS方法的山东省土地生态安全动态评价

如何通过科学的指标体系和评价方法,对土地生态安全状况进行客观评价,对促进土地资源可持续利用具有重要意义。以山东省为研究区域,依据“驱动力—压力—状态—影响—响应”（DPSIR）概念框架模型,构建土地生态安全评价指标体系,建立土地生态安全的TOPSIS评价模型,对山东省的土地生态安全状况进行了评价。评价结果表明:山东省2006—2013年的土地生态安全状况总体上处于不断转好的趋势,但仍然不容乐观。并从维护土地资源生态安全及其可持续利用视角,提出具体对策。研究表明通过DPSIR建立土地生态安全评价指标体系,采用TOPSIS方法对土地生态安全评价是科学可行的。     

河北省耕地资源安全评价及预测

通过对河北省2005~2015年的耕地资源安全状况进行了评价,并且对未来11年的耕地资源的安全情况进行了预测分析,以此作为区域耕地资源可持续利用的依据。本文基从数量、质量、生态安全三个方面构建了耕地资源安全评价指标体系,通过熵权法计算出评价因子的权重以及运用TOPSIS模型计算耕地资源安全值,采用无偏灰色预测模型对耕地资源的安全情况进行了预测,并利用障碍度模型计算了各指标的障碍度,从而确定出主要障碍因子。结果表明:(1)2005~2015年河北省耕地资源综合安全值呈缓慢上升趋势,并且从不安全等级上升到临界安全等级;(2)预测结果表明,2016~2026年河北省耕地资源安全值虽然缓慢上升,但一直处在临界安全等级;(3)通过运用障碍度模型计算出未来11年各项指标的障碍度,得出影响河北省耕地资源安全的主要因素主要集中在农业生产以及生态环境等方面。总体来看,2005~2015年河北省的耕地资源安全状况较差,未来的耕地资源安全状况的改善还需要政府通过制定有利于农业发展的政策措施,完善农业设施的建设和土地的利用管理等。     

基于PSR-可拓云模型的湖南省怀化市农业生态安全评价

[目的] 对湖南省怀化市农业生态安全进行评价，为推动该市农业健康可持续发展提供科学支持。[方法] 基于PSR指标框架，构建了农业生态安全评价指标体系，通过合作博弈法确定了评价指标的组合权重，建立基于可拓云模型的农业生态安全评价模型，并以怀化市农业生态系统作为研究对象，综合评价该市2010—2019年农业生态安全状况。[结果] 2010—2019年期间，怀化市农业生态系统从“比较安全”状态向“安全”状态转化，安全等级有所上升，但是整体安全水平有待进一步提升。[结论] 为了进一步提升怀化市农业生态安全等级，必须减少单位GDP能耗，兴建农业水利设施，提升土地产出水平，增加农民收入，降低农村居民恩格尔系数。同时应优化农村生活环境，以促进怀化市农业生态系统健康安全可持续发展。     

基于DPSIR-灰色关联模型的重庆市土地生态安全评价

[目的]对重庆市土地生态安全定量化评价做出初步探索,为重庆土地生态安全研究和生态环境建设提供方法借鉴和理论参考。[方法]构建基于驱动力—压力—状态—影响—响应(DPSIR)概念框架的土地生态安全评价指标体系,借助灰色关联模型进行赋权,构建土地生态安全指数对重庆市1997—2012年土地生态安全指数进行评价。[结果]1997—1998年重庆土地生态安全处于敏感状态,1999—2002年处于较安全状态,2003—2009年处于敏感状态,2010,2011年为不安全状态,2012年为敏感状态。重庆市土地生态安全整体呈现缓慢的下降趋势,形势不容更乐观;重庆市土地生态安全的驱动力生态安全指数和压力生态安全指数呈现出轻微波动的整体下降趋势;状态指数和响应指数呈现整体增长趋势;影响安全指数呈现波动变化状态。[结论]通过产业结构的调整、环境保护力度及资金投入的加大以及技术的提高,农业生产技术改进,提高森林覆盖率,加强对土地生态安全的响应力度,是重庆市土地生态安全的根本保障。该评价模型和指标体系适用性较强,评价结果较为客观,是土地生态安全评价的可用方法。     

黄土高原山丘区土地生态安全动态评价及预测

以2001—2010年晋城市土地生态安全相关数据为基础,运用PSR框架模型构建了土地生态安全动态评价指标体系,运用主成分分析法确定指标权重,对晋城市土地生态安全状况进行了动态评价,并采用GM（1,1）模型对未来土地生态安全状况进行了预测。研究结果表明:晋城市土地生态安全综合值总体上呈上升的趋势,土地生态安全等级从2001年的Ⅲ级变成2010年的Ⅱ级,土地生态安全状态从2001年的“敏感”状态变成2010年的“较安全”状态。晋城市土地生态安全状况空间分异显著,不同区县（市）由于社会经济发展水平、自然条件状况、环保投入水平、土地利用结构和产业布局的不同,导致全市土地生态安全格局分布的差异性和空间演化的异质性。该研究为黄土高原山丘区土地生态安全动态评价提供一种思路,为制定科学有效的生态环境相关政策和土地整治提供依据。