基于熵权TOPSIS法与ARIMA模型的四川省耕地生态安全动态预测预警

耕地生态安全预警研究能够有效引导耕地资源可持续利用。以四川省21个地市州为研究对象,构建了基于DPSIR模型的耕地生态安全预警评价指标体系,采用改进的熵权TOPSIS法进行警情分析,并运用ARIMA模型模拟未来5年警情变化趋势。结果表明:(1)ARIMA模型拟合度高,能够较好地拟合2015—2019年四川省耕地生态安全发展趋势;(2)总体而言,2005—2019年四川省耕地生态安全警情由"重警"变为"中警",预警指数由0.397(2005年)上升至0.501(2019年),最高值为0.524(2014年),总体呈波动上升的态势,表明出现严重生态安全问题的可能性小。(3)就各子系统而言,2005—2019年耕地生态安全压力系统是影响警情的变化的主要系统,该系统中预警值呈波动下降趋势,警度将升至"巨警"状态;驱动力、状态、影响与响应系统,预警值则逐年增大,警度等级逐年降低。(4)未来5年,四川省各地市州耕地生态安全压力区域差异明显,不同的区域应对措施不同,一二级区域将是以后调控的重点区。     

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。     

丹江口库区生态安全的时空演变规律及其调控措施

[目的]评价河南省淅川县是丹江口水库核心水源区生态安全状况,旨在为保障南水北调中线工程功效长久发挥提出相应的调控措施。[方法]以淅川县各乡镇为评价单元,利用改进"PSR"模型、层次分析法和GIS技术,进行淅川县生态安全时空演变规律研究,并运用主成分分析法研究了淅川县生态安全主要驱动因子。[结果](1)淅川县生态安全状况虽有波动但整体好转。与2000年相比,2015年中警和预警状态的乡镇各减少了3个,而较安全状态的乡镇增加为6个。(2)淅川县生态安全空间格局呈东北、西南等级较高,西北、东南等级较低的态势。(3)通过驱动力分析发现淅川县生态安全等级提升的主要原因为积极的环境治理响应。[结论]生态安全的良性转变需通过积极引导人类活动,多筹举措共同作用促进区域生态安全和社会经济的可持续发展。     

皖江城市带示范区土地资源生态安全警情测度及时空分析

依据PSR"压力–状态–响应"框架,选择24个指标构建土地资源生态安全指标体系,将皖江城市带示范区土地资源生态安全警情级别分为"无警、轻警、中警、重警和巨警"5级,基于云模型与熵权法对皖江城市带土地资源生态安全警情进行了测量分析,揭示了其警情时空变化规律及影响因子。结果表明:(1)时序变化上,2005—2013年,皖江城市带多数城市警情趋于上升,下降的仅为合肥市。(2)从"一轴双核两翼"的空间结构来看,主轴线上安庆、池州、铜陵、巢湖、芜湖、马鞍山沿江大多数城市近年来警情呈现上升趋势。其中,铜陵和马鞍山两市警情一直处于重警以上状态,土地资源生态安全压力较大。"双核"和"两翼"城市中的合肥、芜湖、滁州和宣城市,只有滁州和宣城市土地资源生态安全状况相对较好。(3)针对云模型系统分析结果,创新土地节约集约用地长效机制、增加生态建设和环保财政投入、优化产业结构、发展低碳和循环经济等是缓解该区域土地生态安全警情和促进土地资源可持续利用的保障。分析显示,皖江城市带土地资源生态安全警情处于上升趋势,整体状况趋于恶化。警情格局的变化在一定程度上体现了该区域高速社会经济增长对土地资源产生的压力响应。     

河南省土地生态安全警情时空演变及障碍因子

中原经济区城镇化、工业化进程的快速推进导致区域土地生态环境压力不断增大,对河南省土地生态进行安全预警评估十分有必要。基于2005—2016年河南省土地生态安全数据,构建了基于PSR-EES模型的土地生态安全指标体系,运用熵权法与综合指数法和障碍度模型,分析了2005—2016年河南省18个地市土地生态安全警情时空演变和限制性因子。结果表明:(1)从时间序列看,2005—2016年河南省土地生态安全综合预警指数由0.725下降到0.388,警度从"中警"下降到"预警",压力预警指数呈上升趋势,警度由"安全"上升为"较安全",状态和响应预警指数呈下降趋势,警度均处于"安全"。(2)从空间格局看,2005—2016年河南省土地生态安全综合警情南北差异显著,压力系统和状态系统空间格局呈中部高、周围低的格局,响应系统呈中部低、西部高的空间分布格局。(3)东部和北部区域的主要障碍因子集中在与人口增长和环境保护相关的指标上;南部和西部区域主要障碍因子集中在与生态环保和经济发展有关的指标上;中部平原区域主要障碍因子则与农业发展、生态环境治理和经济发展状况密切指标。     

2006-2018年汾河流域土地生态安全预警测度及时空格局演变

[目的]开展汾河流域土地生态安全预警研究,为流域土地资源科学合理利用及可持续发展提供参考。[方法]采用乘算模型、空间自相关及地理探测器方法分析2006-2018年流域土地生态安全警度的时空格局演化特征及主导因子。[结果]①2006-2018年汾河流域土地生态安全警度演变趋势为向上开口抛物线的曲线特征,且由“较不安全”向“临界安全”状态转变。②空间上土地生态安全警度呈现“大集聚,小分散”的特征,并经历“下降-提高”的过程。③警度空间自相关由“正相关-负相关-正相关”转变,与流域土地生态安全警度时空格局分布基本一致。④影响流域土地生态安全的主导因子为经济发展水平、环境保护投入与治理力度、土地利用效率。[结论]未来应优化汾河流域生产、生活、生态空间布局,建立流域生态补偿机制,加大环境保护与科研投入力度促进流域的生态安全水平的提高。     

基于PLUS模型的雅康高速路段景观生态风险评价

[目的] 评价区域景观生态风险,揭示其时空变化规律,为降低区域生态风险,维护区域生态安全,推进区域绿色发展提供支撑。[方法] 以土地利用数据为基础,通过其变化来建立景观生态风险评价模型,探讨2000—2020年雅康高速公路穿越县市景观生态风险的时空变化特征,并利用最优参数的地理探测器模型定量分析景观生态风险变化的驱动因素,采用PLUS模型模拟2035年雅康高速经过县市景观生态风险的空间分布特征和变化趋势。[结果] ①2000—2020年,研究区主要景观类型为林地、草地、耕地,不透水面面积增长速率最快,林地面积增加最多; ②研究区景观生态风险等级以低、较低和中风险等级为主,风险等级由高到低呈向外扩散现象; ③NDVI值、高程、年均降水等自然因素是景观生态风险变化的主要驱动因子; ④2035年两种不同情景下研究区中、较高、高风险等级的面积均有所下降,其中生态保护情景下,下降较为明显。[结论] 研究区内景观生态风险等级较低,以低、较低和中风险等级为主,生态环境呈逐渐向好趋势。生态保护情景更加符合区域可持续发展理念。     

基于GIS和模糊数学的川西地区生态安全评价

[目的] 对川西生态安全进行评价研究，以期为该地区生态环境建设、社会经济发展规划提供科学依据。[方法] 基于GIS和遥感技术，从自然和人为影响两个方面构建评价指标体系，通过模糊数学模型对川西地区2000，2005，2010，2015年和2018年的生态安全状况进行评价。[结果] 川西40%的区域生态安全状况处于较危险状态，呈现出“东高西低”的空间分布格局。川西生态安全2000—2018年总体变化趋势为“上升—小幅度下降—上升”。川西地区生态安全Moran’s I指数在0.5左右，西部白玉、巴塘、理塘一带生态安全状况好转，东部九龙、雅江、木里和若尔盖一带生态安全质量有所下降。地形植被是川西生态安全最主要的影响因子。[结论] 川西整体生态安全状况偏差，但呈现出改善趋势，具有较强的空间聚集性，对川西生态安全状况的治理要充分考虑其空间分异特征。     

基于PSR-可拓云模型的井工煤矿区生态安全评价

[目的]综合评价山西省大同市某井工煤矿区的生态安全状况,为同类井工煤矿区生态保护提供科学依据。[方法]以该井工煤矿区2017—2021年的各项指标为依据,基于PSR模型从压力、状态以及响应3个方面构建煤矿区生态安全评价指标体系,使用合作博弈法确定组合权重系数,利用可拓云模型来分析该矿区生态安全状况。[结果]压力指标下人口自然增长率(C₂)的评价等级为Ⅲ级,表明人口出生率和死亡率分布不均衡,其他指标评价等级均为Ⅱ级;状态指标下,植被覆盖率(C₈)的评价等级为Ⅰ级,表明该煤矿区植被覆盖率高,尾矿库排洪排渗措施(C₉)的评价等级为Ⅲ级,已经达到了不安全的等级,其他指标的评价等级均为Ⅱ级;在响应指标下废弃物综合利用率(C₁₅)以及科研投入增长率(C₂₀)为Ⅱ级,环保投资增长率(C₁₉)为Ⅲ级,其他指标评价等级均为Ⅰ级。[结论] 2017—2021年该井工煤矿区生态安全响应力度明显增强,但是生态压力以及目前的状态仍然严峻,应采取针对性地保护措施,从而维护当地的生态安...     

枣庄市水环境生态安全评价

基于枣庄市水环境现状,按照“状态—压力—响应”模型要求,建立了枣庄市水环境生态安全评价指标体系。并采用综合指数法对枣庄市水环境生态安全水平进行了评价,通过确定评价标准进行综合指数分级处理,与五个水环境生态安全等级进行关联,分别对应重警、中警、预警、较安全和安全状态。在时间上以1999年～2005年的数据为依据,进行枣庄市水环境生态安全的年际演变分析。研究结果表明：1999年～2005年枣庄市水环境生态安全评价综合值总体趋势下降,水环境生态安全已经进入预警状态;状态评价值逐年下降,表明枣庄市水环境生态系统持续受损,水环境压力特别是农业面源污染逐年增加是枣庄市水环境生态安全综合评价值下降趋势的重要原因。     

基于生态位视角的陕西省区域创新生态系统安全测度及预警

[目的] 分析陕西省区域创新生态系统安全发展状况并对其安全演变趋势进行预警,为实现陕西省区域创新生态系统的经济可持续的高质量发展提供科学依据。[方法] 基于生态位视角构建了一个包含开放性、生长性、协同性和可持续性4个维度的区域创新生态系统安全测度指标体系,利用生态位适宜度模型对2011-2020年陕西省区域创新生态系统安全状况进行了测度分析,并利用BP神经网络模型预测2020-2024年陕西省区域创新生态系统安全警情演变趋势。[结果] ①陕西省区域创新生态系统安全水平在2011-2020年间总体呈现出稳定上升的态势,表明区域创新发展具有良好的基础和潜力。②陕西省区域创新生态系统安全警情在2020-2024年间将继续保持向好的趋势,但仍呈南北低、中部高的分布特征。[结论] 陕西省区域创新生态系统安全状况整体呈现良好的演变趋势,但仍需采取相关措施进一步缩小其区域间的差距从而实现陕西省区域创新生态系统的安全发展。     

黑龙江省耕地系统安全预警及其驱动因素空间分异

为精准把握黑龙江省耕地系统安全预警及其驱动力,该文采用探索性空间数据分析、最小二乘法和地理加权回归,探究并明确县域尺度下黑龙江省耕地系统安全预警及其驱动因素空间分异特征。结果表明:1)黑龙江省各县域(市辖区)耕地系统整体安全警情较高。72个被评定县域中,有69个处于预警状态,处于轻警、中警和重警状态的分别有28、32和9个;2)耕地系统安全预警空间差异性和集聚性特征明显。西部警情最高,东部次之,南北轴带地区最低。正、负相关类型在空间分布上呈现鲜明的对比特征,正相关类型(高-高型和低-低型)县域以"组团"形式凸显,聚集性较强,负相关类型(高-低型和低-高型)县域较少且零星分散;3)地形及气候等自然因素和投入产出、水土资源配置等社会经济因素对研究区耕地系统安全预警有着显著的影响,且回归系数空间差异明显。研究可为合理制定缓解区域耕地系统安全警情方案提供科学依据。     

2007-2017年洞庭湖平原耕地生态安全评价及障碍因子诊断

[目的] 研究洞庭湖平原耕地生态安全状况,并诊断其障碍因子,为区域耕地合理利用和耕地污染治理提供参考依据。[方法] 基于DPSIR模型构建洞庭湖平原耕地生态安全评价指标体系,从县域尺度,采用基于熵权的改进TOPSIS模型测度洞庭湖平原2007—2017年耕地生态安全指数,并采用障碍度模型诊断耕地生态安全状态的主要障碍因子。[结果] 2007—2017年洞庭湖平原整体耕地生态安全程度处于临界状态,整体安全指数在研究期内波动上升但增速缓慢;不同县（区、市）耕地生态系统安全变化特征不一;中低产田改良比例、秸秆还田比例、测土配方施肥比例、农药使用强度、地膜使用强度、化肥施用强度、农业自然灾害成灾比例等是制约耕地生态安全的主要障碍因子。[结论] 为改善洞庭湖平原耕地生态安全状况,应大力实施全域土地综合整治,加强农业面源污染治理。     

三峡库区生态敏感区生态系统服务价值及生态安全变化——以重庆市云阳、奉节、巫山三县为例

为了从时间和空间上直观得看出区域生态服务价值和生态安全的变化趋势以及二者的相互联系,以云阳、奉节、巫山三县2000年、2006年、2012年、2018年4期土地利用/覆盖变化数据为基础,ENVI,ArcGIS软件为平台,在修正后的生态服务价值系数的基础上,引入人为干扰指数和景观脆弱度指数,对云阳、奉节、巫山的生态系统服务价值和生态安全进行评价。结果表明:林地对生态服务价值的总量贡献最大,其次是耕地、草地和水域,建设用地贡献生态服务负向价值,林地分布区域是生态服务价值高值区域,生态服务价值低值区集中分布在城镇区域;林地受人为干扰较小,景观脆弱化度程度小,林地区域生态安全状况较好,而耕地、建设用地受人为影响大,景观脆弱化度程度明显,生态环境安全性较差;2000—2018年研究区在大尺度上景观格局没有发生明显变化,生态服务总价值在2000—2018年期间呈增加趋势,区域的生态环境安全状况逐渐改善;生态安全格局与生态服务价值空间分布格局保持相对一致;生态安全高值区主集中于生态服务价值高值区,生态服务价值较低区域的生态安全也较差。     

基于突变基数法的辽河重污染支流生态安全研究

针对流域生态安全研究的复杂性和重要性,选取吉林省辽河重污染支流——招苏台河流域作为研究区,应用突变理论中的突变基数法,结合压力—状态—响应框架结构建立了招苏台河流域生态安全突变模型。研究了2004年、2008年、2010年流域内8个乡镇的生态安全状况。研究区2010年生态安全状况总体较2008年呈下降趋势,3个乡镇生态安全处于较好等级,3个乡镇处于预警等级,2个乡镇已降至中警等级。流域生态安全下降的情况应引起足够重视,在采取增加环境保护资金投入和乡镇污水处理厂建设等有效措施,提高生态安全等级的前提下,才能实现流域社会、经济、环境的可持续发展。     

浙江省生态安全格局时空演变特征及其影响因素

[目的] 研究浙江省生态安全格局时空演变特征及影响因素，为该省生态安全建设提供科学参考，以保障长江经济带经济、社会、生态的全局发展。[方法] 以2009-2018年浙江省各市经济、社会、环境资料和"压力-状态-响应（PSR）"生态安全评价指标体系为基础，采用熵值法从时间维度和空间维度对浙江省2009-2018年生态安全格局时空演变特征进行了分析，并结合PSR分项指数和因子分析法提取关键因素，揭示关键因素对生态安全的影响。[结果] ①2009-2018年浙江省生态安全综合指数呈小幅波动状态；②从空间来看，浙江省各市生态安全指数已经达到了预警状态，呈现由"南高北低"向"北高南低"转变的空间格局；③从时间节点来看，浙江省生态安全状况最好的年份为2016年（0.123），最差的年份为2011年（0.077），分别处于较安全状态和临界安全状态；④城镇化、经济发展、社会发展、工业发展和资源条件是影响浙江生态安全格局的重要因素。[结论] 国家和区域的规划与政策对浙江省生态安全指数具有显著影响，为了全面保障浙江省生态安全健康发展，需要不断加大生态安全建设的投入，持续推进"五水共治"，促进制造业智能化，绿色化，在古村落、特色小镇等培育一批生态文明典型示范点，改善生态环境质量。     

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。     

生态文明视角下的伊犁河谷绿洲土地生态安全评价及障碍因子诊断

[目的]基于生态文明视角对伊犁河谷绿洲生态安全问题进行研究,揭示影响土地生态安全的主要因素,为实现区域土地可持续利用提供合理化建议,促进生态文明建设.[方法]采用PSR—熵权TOPSIS模型对2000-2018年伊犁河谷绿洲土地生态安全进行评价,结合评价结果,建立障碍因子诊断模型,进行障碍度诊断分析.[结果]①总体来看...     

基于能值分析的贵州省2000—2010年耕地生态安全预警研究

土地生态安全作为生态安全问题研究的重要组成部分,己成为当前土地资源可持续利用研究的前沿课题。应用能值分析法,在对贵州省耕地生态系统能值投入产出动态分析的基础上,对耕地生态安全情况进行判定和分析。结果表明:（1）研究期间贵州省耕地生态安全情况逐渐恶化。由2000年的轻警状态恶化到2010年的中警状态,表明贵州省耕地生态环境问题不断突出。（2）贵州省耕地生态安全警度空间差异明显,呈现出东低西高的空间格局。这与东西部之间自然条件的差异和化肥、农药的使用量有关。