土地生态环境特征

8.1.2　土地生态环境特征

1）土地－资源－环境利用特征

为了分析土地利用变化对于生态环境的影响，这里还需要对江苏省土地利用变化进行分析，主要是采用单一土地利用动态度^[7]分析土地资源数量变化；采用土地利用类型相对变化率分析土地利用变化的区域差异，并同时分析土地利用结构均衡度和土地利用信息熵^[8]，进而对江苏省土地利用特征进行分析。

图8.18　江苏省及13市土地利用程度变化率分布

（1）区域土地利用特征分析

利用上述方法，分别对江苏省及13市土地利用变化情况进行分析。

单一土地利用动态度：1996～2004年间，全省农用地、未利用地数量持续下降，建设用地数量持续增加；苏南地区后五年各地类单一动态度的变化比前四年剧烈；其中，苏南地区农用地、建设用地、未利用地单一动态度变化最大的分别是无锡、常州、镇江；苏中地区农用地、建设用地单一动态度变化最大的是南通，扬州的未利用地动态度变化最大；淮安是苏北地区农用地与未利用地动态度变化最大的市，建设用地动态度变化最大的是徐州，见图8.18和图8.19。

①本文中如无特别说明，所有生态系统服务价值比例的计算过程中，其总量中均包括生态系统服务功能的负价值，因此有可能出现几种生态系统服务价值所占比例之和大于1的情况。

图8.19　1990年以来江苏省土地利用程度变化率分布

土地利用程度：江苏省13个市土地利用程度变化率差异较大，最高达到0.57％，最低只有0.06％，约为最低水平的10倍。且建设用地的年变化率远远超过其他土地利用类型的变化速度，此外，土地利用在不同阶段反映出不同的波动性。

土地利用变化区域差异及结构均衡度：从图8.20可见，江苏省农用地变化率表现为中部高，北部、南部低，建设用地从南到北依次递减；未利用地从南到北依次递增。1989～2004年间，江苏省土地利用结构信息熵呈现出持续上升、土地利用类型多样化的同时，其利用类型之间出现局部面积的用途转变，且苏南＞苏北＞苏中；2004年，土地利用结构信息熵值以苏南无锡最高，苏中南通最低（见图8.21）。此外，苏南地区苏州及苏中、苏北地区土地利用结构均衡度小于全省平均水平，且苏南＞苏北＞苏中，表明苏中、苏北地区地类之间面积差异大于苏南地区（见图8.22和图8.23）。

图8.20　1996～2004年苏南、苏中、苏北区域土地利用相对变化率

图8.21　1989～2004年江苏省土地利用结构信息熵变化

图8.22　1996年以来苏南、苏中、苏北区域土地利用结构信息熵变化

图8.23　1996年以来苏南、苏中、苏北区域土地利用结构相对信息熵分布

（2）土地环境资源利用特征关系分析

①模型建立及说明。由于土地利用与资源消耗过程均经历“资源（外部的物资和能量输入）→利用（土地利用过程）→资源（再利用，物资能量的输出）”阶段，故本研究选择分析方法中包络分析（Data Envelopment Analysis，DEA）方法及其模型^[9]，对资源投入与产出构成的区域土地利用系统进行有效性评价，从而进一步诊断出影响土地利用的主要因素。

模型输入指标选择全省资源节约总指数、生产型资源节约指数、消费型资源节约指数、效率型资源节约指数、循环型资源节约指数、储备型资源节约指数，这些指标反映土地利用系统中资源投入因素；输出指标为土地利用结构信息熵、农用地单一动态度、建设用地单一动态度、未利用地单一动态度、土地利用程度变化率、土地利用综合动态度，这些指标反映土地利用系统对资源消耗的响应。用MATLAB软件进行编程分析，则数据包络分析模型C² R运行结果如表8.3所示。

表8.3　1985年以来江苏省DEA模型M₁运行结果

可见，在C² R模型下仅有1999、2003年非DEA有效，其中在无效的年份中，2003年相对效率最低，效率值仅为0.893 6；说明在这些年份土地利用变化对于资源投入、产出规模方面达到了最优水平。为了确认有效性和无效的原因，继续运行模型M₂作进一步的分析。从M₂的运行结果来看，松弛变量不为0的指数是导致系统无效的主要原因；同时可发现，1999和2003年系统无效效应均集中体现在土地资源数量变化方面，即土地利用综合动态度与单一动态度，因而应在这两方面给予重视。

此外，采用典型相关分析^[10]方法，进一步分析土地利用变化对资源消耗响应的过程。因变量组Y为江苏省1990年以来的资源节约评价指数（生产型资源节约指数，消费型资源节约指数，效率型资源节约指数，循环型资源节约指数，储备型资源节约指数）；自变量组X为江苏省1990年以来的土地利用变化指数（土地利用结构信息熵，农用地单一动态度，建设用地单一动态度，未利用地单一动态度，土地利用程度变化率，土地利用综合动态度）。结果如表8.4所示：各典型变量依次提取出生产型资源节约、消费型资源节约、效率型资源节约、循环型资源节约指数；因而，农用地和未利用地面积的稳定有利于资源节约度的提高，且未利用地变化对资源节约利用的影响要大于其他地类。

表8.4　运用典型相关分析所得的江苏省资源节约利用结构的典型载荷

（续表8.4）

②土地利用变化对资源消耗响应的区域差异特征分析。由于江苏省13市社会经济发展水平不同，因此其土地利用变化对资源消耗响应存在一定的区域差异程度变化率之间的关系。可见，苏南地区土地利用结构信息熵与资源节约度的反向性。故以2003年资源节约度为标准，考察其与土地利用结构信息熵、土地利用分布，苏中与苏北地区则呈同向发展，苏南（除苏州）、苏中地区资源节约度与土地利用程度变化率呈现反向分布，苏北地区呈同向分布（见图8.24、图8.25）。

2）土地生态环境污染特征

由于土地利用程度的不同，利用方式的分异，江苏省13个市的污染排放环境负荷水平存在显著差异。1997～2004年间，江苏省耕地、未利用地面积进一步减少，建设用地面积进一步增加，从而带来了区域内环境负荷的进一步变化，归纳而言，主要是由于工业污染和生活污染两部分所造成的，因此，在评价江苏省土地利用生态环境时，选取工业污染排放（包括地均工业废水/COD、地均工业废气/SO₂、地均工业固废排放指标）和生活污染排放（包括地均生活废水/COD、地均生活及其他SO₂排放指标）指标。

图8.24　江苏省13市土地利用结构信息熵与资源节约度分布

图8.25　江苏省13市土地利用程度变化与资源节约度分布

（1）研究方法

①级差标准化 具体公式如下：S_ij＝100［（I_ij－I_bj）/（I_wj－I_bj）］；（S_ij表示环境污染负荷指数、I_ij表示某个地区j的地均排放量、I_bj表示污染最低地区j的地均排放量、I_wj表示污染最高地区j的地均排放量）以此进行单项污染指标的区域土地利用生态环境污染特征分析。

②污染负荷指数 进行区域环境污染总负荷计算时，按照如下公式进行：

S_ti＝∑S_ij/所选指标个数（S：得分数据、j：环境指标、i：排放量、S_ti衡量地区环境污染总负荷），进而对区域土地利用生态环境污染特征进行分析。

③污染负荷与不同类型土地面积关系模型的建立

选用模型y_i＝α＋β₁x_i1＋β₂x_2i＋…＋β_nx_ni＋ε_i，其中，y_i是从1997～2004年江苏省地均环境污染负荷总指数；自变量x_ni分别代表了不同年份江苏省各类型土地实际面积；α为模型截距，β₁、β₂、…、β_n表示各变量的系数；ε表示随机误差项，是与其他解释变量相独立的随机变量，并且假定它服从零期望、同方差的正态分布；模型采用逐步回归法。以此分析江苏省土地生态环境污染特征。

（2）特征分析

①土地生态环境污染负荷特征分析

运用1997～2004年历史数据，结合级差标准化法和污染负荷指数计算公式，得到江苏省地均工业、生活及总量污染环境负荷总指数，见表8.5所示。

表8.5　地均工业、生活污染及基于工业和生活各项污染排放总环境负荷指数

据三个特征年的分析，13个市中南京、无锡、扬州、泰州、徐州5个市工业污染环境负荷总指数趋于下降，对土地的污染程度有所减轻。2004年，宿迁、扬州、淮安3个市总体而言对土地的工业污染强度较小。基于生活污染总负荷的土地利用生态环境分析结果为，从1997～2004年，常州、苏州、泰州均有生态环境好转的趋势，其余各市表现为生态环境质量波动变化。结合对工业污染环境负荷和生活污染环境负荷的分析，分析总污染负荷对土地利用生态环境的影响，可见，2004年，以镇江市地均环境污染总负荷最高，其次是南京市。但总体而言，南京、无锡、扬州、泰州、徐州5个市环境总污染负荷趋于下降，且总量污染土地利用生态环境质量最高的为宿迁和徐州2个市，可见这些城市土地利用生态环境质量有所改善；而镇江、南通、淮安、盐城、宿迁5个市土地生态环境质量均呈下降趋势。

②污染排放与土地利用特征分析

采用前述模型建立方法，分别就工业污染负荷、生活污染负荷、总污染负荷与3大类地类和10类地类各类型土地面积分别建立相关模型。

模型应变量y_i是从1997年到2004年江苏省地均工业污染环境负荷总指数。当自变量x_ni分别代表不同年份江苏省农业用地、建设用地、未利用地的面积时，经回归分析，得到：

Y＝49.498－1.048E－05 X₁＋3.539E－05 X₂

（R²＝0.660，调整R²＝0.553，F＝33.889，S ig＝0.000^b）

式中：X₁为农业用地；X₂为建设用地。

表明随着建设用地的增加，工业污染负荷将呈增加趋势；而农业用地面积对工业污染总负荷则表现为明显的负效应，即农业用地面积减少，工业污染环境总负荷增加；而未利用地面积变量在回归中被剔除。

当自变量x_ni选择不同年份江苏省耕地、园地、林地、牧草地、其他农用地、居民点及独立工矿用地、交通用地、水利设施用地、未利用地、其他未利用地10类具体用地面积时；回归分析计量结果用方程表示为：

Y＝31.760－1.038E－05 X₁＋3.120E－04 X₇＋8.870E－05 X₉

－2.364E－05 X₈＋3.279E－05 X₃＋3.441E－06 X₁₀

（R²＝0.897，调整R²＝0.890，F＝121.874，Sig＝0.000^f）

式中：X₁为耕地；X₃为林地；X₇为交通运输用地；X₈为水利设施用地；X₉为未利用地；X₁₀为其他未利用地。表明，交通运输用地变量对工业负荷的贡献最大，且正效应明显，即随着交通运输用地的增加，工业污染负荷将呈增加趋势；而耕地和水利设施用地与工业污染总负荷呈明显

负相关，表明如果要降低江苏省工业污染负荷，应保护耕地和水利设施用地，进而使土地利用的生态环境质量上升。模型的应变量y_i是从1997～2004年江苏省地均污染环境负荷总指数。

自变量x_ni分别代表了不同年份江苏省农业用地、建设用地、总未利用地面积时；回归分析计量结果用方程表示为：

Y＝51.722－1.972E－06 X₁－3.960E－06 X₃

（R²＝0.507，调整R²＝0.455，F＝15.201，Sig＝0.000^b）

式中：X₁为农业用地；X₃为总未利用地。从式中可以看出，进入计量方程的为农业用地和未利用地，且两个变量均对生活污染总负荷产生明显负效应，即农业用地和未利用地面积的增加将有助于江苏省降低生活污染负荷。

当自变量x_ni分别代表了不同年份江苏省耕地、园地、林地、牧草地、其他农用地、居民点及独立工矿用地、交通用地、水利设施用地、未利用地、其他未利用地10类地面积时；计量结果用方程表示为：

Y＝17.330＋7.627E－05 X₃－4.195E－05 X₈－1.991E－05 X₂－8.200E－05 X₄

（R²＝0.802，调整R²＝0.793，F＝86.941，Sig＝0.000^d）

式中：X₂为园地；X₃为林地；X₄为牧草地；X₈为水利设施用地。可见，牧草地面积变量对工业负荷的贡献最大，且负效应明显，即随着牧草地面积的增加，生活污染负荷将呈减少趋势，此外，园地、水利设施用地也与生活污染负荷呈负相关。

③总量污染土地利用生态环境评价

模型的应变量y_i是从1997年到2004年江苏省地均污染环境负荷总指数；当自变量x_ni分别代表了不同年份江苏省农业用地、建设用地、未利用地的面积，计量结果用方程表示：Y＝45.431－9.881E－06 X₁＋3.406E－05 X₂

（R²＝0.629，调整R²＝0.520，F＝28.760，Sig＝0.000^b）

式中：X₁为农业用地；X₂为建设用地。

可以看出，对江苏省环境污染总负荷影响较大的两个变量为农用地面积和建设用地面积，建设用地面积增加将显著增加江苏省环境污染总负荷，降低生态环境质量，可见，建设用地增加与污染减排矛盾突出，这就要求，江苏省在使用建设用地时，应注重用地效率的提高。

当自变量x_ni分别代表了不同年份江苏省耕地、园地、林地、牧草地、其他农用地、居民点及独立工矿用地、交通用地、水利设施用地、未利用地、其他未利用地10类地面积时；回归分析采用逐步回归法，计量结果用方程表示：

Y＝28.239＋3.709E－05 X₃－4.645E－05 X₈＋1.432E－04 X₇

－1.082E－05 X₁＋1.046E－04 X₉＋1.945E－05 X₆

（R²＝0.898，调整R²＝0.891，F＝123.827，S ig＝0.000^f）

式中：X₁为耕地；X₃为林地；X₆为居民点及独立工矿用地；X₇为交通用地；X₈为水利设施用地；X₉为未利用地。可见，江苏省环境污染总负荷与耕地、水利设施用地呈负相关。