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。     

基于能值分析的哈尔滨所辖市县土地资源生态安全评价

科学评价城市扩张冲击下所辖市县的土地资源生态安全,对合理利用土地资源,促进城市所辖市县经济、社会、生态持续稳定健康发展具有重要意义。以哈尔滨所辖市县为研究区,运用能值分析法和“压力—状态—影响—响应（PSIR）”模型构建土地资源生态安全评价体系和土地资源生态安全可持续能值指数（EULESI）,结合可持续发展能值指数（EISD）与EULESI进行相关性分析,从而对2004—2011年研究区近8 a土地资源生态安全状态进行评价。结果表明:（1）可持续发展能值指标（EISD）与EULESI二者相关性系数为0.84,具有极强相关性,相较于EISD指数,EULESI指数对土地资源生态安全评价研究更具有敏感性和代表性,同时作为评价土地资源生态安全水平指标具有科学性,可用于其他类似地区的相关研究评价指标;（2）2004—2011年城市扩张后的研究区土地资源生态安全总体呈递减趋势,土地资源生态安全水平波动较大,处于较不稳定发展阶段,总体处于较不安全水平。具体而言,2004—2006年研究区土地资源生态安全处于较安全水平;2007—2008年处于较不安全水平;2009—2010年均处于临界安全水平;2011年数值为近8 a来最低值,处于较不安全水平,土地资源生态环境受到严重威胁。总而言之,能值分析法能够客观揭示各个指标自身涵义,有效避免评价过于主观性,研究结果符合研究区实际情况。     

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。     

河北省近20年耕地生态安全动态变化及阻力分析

耕地的生态安全关系到粮食安全及区域可持续发展。运用PSR模型,选取耕地生态系统压力、耕地生态系统状态和耕地生态系统响应3个准则层,人口自然增长率、土地垦殖率和农民人均纯收入等17个指标层,构建河北省耕地生态安全指标体系,并采用熵值法和阻力诊断模型,对1991—2010年河北省耕地生态安全状况进行了评价分析。结果表明:(1)1991—2010年河北省耕地生态安全状态经历了"不安全—较不安全—临界安全"的变化阶段。(2)从单项指标变化趋势上看,1991—2010年河北省单位耕地化肥负荷、单位耕地农膜负荷、单位耕地农药负荷等指标阻力度上升幅度较大。系统压力和系统状态的阻力度呈上升趋势,而系统响应的阻力度呈下降态势。因此,在耕地利用过程中应注重对农药和化肥使用的管理,防止耕地生态环境的持续恶化,以保护耕地生态安全。     

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。     

喀斯特山区县域耕地占补平衡预警

科学地开展喀斯特山区县域耕地占补平衡的预警分析,提前反映耕地占补平衡变化趋势,对确保耕地占补平衡和保障粮食安全具有重要意义。运用对象属性解析法从土地利用总体规划、耕地占补平衡、人地关系、生态环境、耕地利用效果5个方面构建喀斯特山区县域耕地占补平衡预警指标体系。运用指数和法和回归分析法,对黔西县耕地占补平衡预警进行分析。研究表明,1996-2008年期间黔西县耕地占补平衡预警综合值波动性较大,预警警度分为无警、轻警、中警、重警和剧警5个级别。2009-2020年期间,黔西县耕地占补平衡预警综合值不断降低,耕地占补平衡分为无警、轻警和中警3个级别,其中,2009-2015年黔西县耕地占补平衡处于无警状态,2016年,耕地占补平衡将出现轻警状态,2017-2020年,耕地占补平衡将出现中警状态。提出稳定和提高黔西县耕地占补平衡水平的针对性对策措施。该研究可为科学调控区域耕地占补平衡和保障区域粮食安全生产提供科学依据。     

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。     

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。     

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。     

鄱阳湖生态经济区土地生态安全研究

土地生态安全评价是生态安全评价的的重要组成部分,也是当前土地可持续利用研究的前沿课题,对其进行研究有着极其重要的意义。利用2001-2007年的相关数据,借助于物元模型对鄱阳湖生态经济区的土地生态安全进行研究。结果表明:（1）鄱阳湖生态经济区土地生态安全状况,由2001年较安全状态下降到2005不安全状态。（2）2005-2007年土地生态安全由不安全状态到临界安全状态,状态有所好转。研究也证明了利用物元模型进行区域土地生态安全评价是可行的,这种方法可作为土地生态安全评价研究的新方法。     

基于生态安全格局的国土空间生态修复关键区域定量识别——以贵州省为例

为揭示贵州省生态安全格局空间分布特征并识别其国土空间生态修复关键区域,通过生态敏感性评价结合自然保护地识别生态源地,基于最小累积阻力模型和电路理论提取生态廊道,构建生态安全格局后由电流密度诊断生态障碍区并制定生态修复策略。结果表明:(1)研究区识别生态源地26 017.90 km²,其中大型生境斑块主要分布在贵州省东部; 生态阻力面呈“西聚集东分散,由市中心向外扩散”的特征。(2)构建了生态廊道1 414条,长34 765.84 km,主要分布在河流廊道、林地丰富和较平坦地区。(3)诊断出生态障碍区1 374处,面积3 903.04 km²,集中分布在研究区西部及西北部,其他区域较零散,主要为耕地和林地。(4)基于构建的生态安全格局,强化生态源地保护,修复生态障碍区且对不同生态景观提出具有针对性的修复策略并联动各类各级修复工程。研究可为贵州省生态安全格局优化提供理论指导,为国土空间生态保护修复提供参考。     

基于模型的山东省土地生态安全评价

为山东省土地生态安全保护工作的开展提供科学依据,论文基于PSR模型,从压力、状态、响应3个方面构建山东省土地生态安全评价指标体系;运用基于熵权改进的TOPSIS法对2013年山东省各地市间的土地生态安全状况进行空间差异性研究。结果表明：（1）山东省土地生态安全评价等级包括“较安全”、“临界安全”和“较不安全”,空间差异明显,呈现从东部沿海向西部内陆逐渐递减的规律;（2）影响山东省土地生态安全空间差异的主要因素为人均耕地面积、人均水资源量、土地产出率、单位播种面积粮食产量、经济密度、环保投资占GDP比重、农业机械化水平等,是今后工作的重点。     

基于不同时间尺度的贵州省近50年气象干旱时空演化特征

[目的]基于气候因子分区条件下,分析贵州省不同区域在不同时间尺度下气象干旱的时空演变特征,可为干旱监测和预测、抗洪救灾提供理论依据。[方法]基于贵州省31个气象站点1970—2019年的逐月降水和气温数据,利用主成分分析讨论贵州省降水及气温变化特征,结合SPEI指数研究贵州近50年气象干旱时空演化规律。[结果](1)贵州近50年气温变化由东向西逐渐递增,即西部为气温极端变化和重度变化区、中部和东部为中度变化区、南部和北部边缘为轻度变化区; 贵州省降水变化由西向东逐渐递减,其中西部为极端变化和重度变化区、中部为重度变化区、东部为轻度变化及正常区;(2)贵州省近50年气象干旱强度中度变化区最大、其次是轻度变化区,重度变化区最小; 随着年代的递增及时间尺度增大,气象干旱逐渐增强,并呈现“峰—谷”交替现象,其中1970—1985年及1990—2000年为干旱“低谷”期、1985—1990年及2000—2019年为干旱“峰值”期;(3)贵州近50年逐月干旱频率以中低频为主,主要发生在贵州东部、南部及北部; 轻度变化与中度变化区70s干旱频率最小、变幅最大,10s干旱频率最大、变幅次之,其余年代干旱频率变化相对较小。[结论]气象干旱具有显著的时间尺度特征,干旱的时空演化是气候变化、流域地表及人类活动时空耦合的结果。     

沙化土地整治背景下的沙漠化监测预警

为保障中国粮食及生态安全,对沙化土地整治开发过程进行沙漠化监测预警尤为必要。该文以科尔沁左翼后旗为例,基于Landsat 8 OLI影像,利用决策树分类实现沙漠化监测,并将监测结果引入"压力-状态-响应"模型,综合沙漠化影响因素和人为响应措施,实现沙漠化预警,最后与各类土地整治项目标准进行比对分析,对研究区土地整治项目实施的效果进行评价。1)研究区沙漠化形势较为严峻,沙漠化面积占研究区总面积的88%,其中以轻度和重度沙漠化为主,两者占研究区总面积的61%,另外极重度沙漠化占6%,主要位于科左后旗西部;2)沙漠化预警警度分为重警、中警、轻警和无警,其中沙漠化中警面积最大,沙漠化重警与极重度沙漠化空间分布大致相同,但前者更趋向于研究区西北方向的牧区,沙漠化无警和轻警则主要位于科左后旗东部的农区;3)在土地整治项目中,高标准基本农田建设项目和农用地整治项目以沙漠化无警面积最大。宜农后备土地开发项目、土地复垦项目以沙漠化轻警和中警为主,而沙漠化重警则主要零星分布于农用地整治项目、宜农后备土地开发项目和饲草料基地建设项目中。总体来看,研究区在土地整治背景下,进一步沙漠化的风险不高,但局部沙漠化重警区须加以关注。研究结果可为研究区后续土地整治规划调整提供决策依据。     

农业可持续发展的生态安全评价初探——以湖南省为例

生态安全是农业可持续发展的核心和基础。从生态安全的概念、特性、国内外研究现状、研究方法等方面,对生态安全研究进行了评述。以湖南省为案例,运用层次分析法,从资源—生态—环境压力,资源—生态—环境质量和资源—生态—环境整治及建设能力3个方面建立指标体系,对湖南省农业可持续发展的生态安全进行综合评价。结果表明,湖南省农业生态安全状况呈现出较明显的地域分异特征,其空间格局大致从东向西,从南向北逐渐降低,但局部地区有差异。说明生态环境质量是湖南省农业生态安全空间分异的基础,但资源—生态—环境压力及整治、建设能力等也在很大程度上影响了其空间格局。提出了区域农业可持续发展的生态安全建设对策。     

1961-2017年贵州降水时空变化特征

为研究贵州地区降水的时空演变规律,根据贵州省84个气象站1961-2017年的降水量资料,利用EOF和REOF方法、Mann-Kendall检验、Cramer法、YAMAMOTO法和滑动t检验及Morlet小波分析法,对贵州地区57年来降水的空间分布、时间系数变化特征和时间序列的趋势性、突变性及周期性进行了分析。结果表明:EOF方法可以很好地解释降水场的时空分布特征,前2个特征向量累计贡献率达50.08%,揭示了两种典型的分布场,即全局型和东西反向型。分析特征向量所对应的时间系数,贵州省的降水场主要表现为全省多雨、全省少雨、东多西少、东少西多4种类型,REOF可将贵州降水场分为东西部两个区域,通过Mann-Kendall检验发现均存在降水减少的突变,并通过Cramer法、YAMAMOTO法和滑动t检验对结果进行验证,发现Ⅱ区比Ⅰ区降水突变明显。Morlet小波分析表明,贵州地区降水存在着显著的28 a周期变化。     

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。     

吉林湿地生态环境保护措施研究

吉林省西部湿地面积辽阔，分布连片集中，以湖泊、草本沼泽为主．东部湿地面积较小，分布零散，类型多样，呈复合分布。具有明显的区域差异，水位水体不同，需要因地制宜地针对不同类型湿地区采取不同的防治措施，湿地治理主要要同生态自然修复相结合，采取“退耕还湖还湿”措施，加强水土保持，控制水土流失，改善湿地生态环境，形成人与自然环境和谐发展。     

我国水蚀区坡耕地土壤重金属空间分布及其污染评价

土壤重金属污染已成为威胁国家粮食安全的重要因素,为探讨我国东部水蚀区坡耕地土壤重金属空间分布特征及污染状况,依据土壤类型、土壤质地等因素选取了36个采样点,采用单因子污染指数法和内梅罗污染指数法,以《土壤环境质量标准》（GB15618—2008）二级标准为评价依据,研究了As,Cd,Cr,Cu,Ni,Pb,Zn 7种土壤重金属元素的空间分布特征及污染程度。结果表明:（1）Cd超标率高达13.9%,是东部水蚀区最主要的土壤重金属污染元素,As,Cr,Cu元素的污染概率较高,为5.6%;（2）长江以南地区的坡耕地重金属污染程度显著高于长江以北地区,南方山地丘陵区是我国水蚀区六个二级分区中污染最严重的区域,其次为四川盆地及周围山地丘陵区、云贵高原区、东北低山丘陵和漫岗丘陵区、西北黄土高原区、北方山地丘陵区;（3）湖南宁远和广东湛江两点综合污染指数最高,分别为2.73和2.51,属中污染水平;（4）36个采样点中污染水平处于安全、警戒线、轻污染、中污染的比例分别是77.8%,8.3%,8.3%和5.6%,表明我国东部水蚀区绝大多数坡耕地（86.1%）重金属含量未达到污染水平,但仍有13.9%的坡耕地受到不同程度的土壤重金属污染。研究结果对明确我国水蚀区坡耕地土壤重金属污染现状,保护农业生态环境,保障粮食安全具有重要意义。     

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。