4.2 土地生态系统安全预警指标体系的构建
在土地生态系统的安全预警研究中，预警指标体系的功能主要有以下两个方面:一是描述和反映一定时期内土地生态系统各方面发展的水平或状况，并分析其中出现或可能出现的问题及其原因，从而将土地生态系统安全预警的概念变成有实际意义的内容；二是评价和监测一定时期内土地生态系统各方面发展变化的趋势和速度，以便作出及时的警告和对策。所以说，预警指标体系的构建是土地生态系统安全预警研究的前提，通过指标体系的信息说明能力，决策者可以了解土地生态系统发展变化的过程，判断不正常的时空范围和危害程度并提出防范和调控措施。目前，国内外在土地生态系统安全预警研究方面尚未建立起公认的指标体系，本书通过借鉴前人在土地生态安全指标研究方面所取得的成果，并结合预警研究特点，探讨土地生态系统安全预警指标体系的构建。
4.2.1 土地生态系统安全预警指标选取原则
根据土地生态系统安全预警研究的目标、分析原则和基本特征，在土地生态系统安全预警指标体系的构建过程中，除遵循客观性、完整性、稳定性和有效性等普遍原则外，还应遵循以下一些原则。
4.2.1.1 科学性
土地生态系统安全预警指标的选择和设计一定要建立在科学的基础上，能充分反映土地生态系统发展演化的内在机制。科学性是实现预警指标规范、统一的基础。科学性原则要求指标的物理意义必须明确，能够反映土地生态系统安全预警的内涵和目标的实现程度。不仅指标的定义，而且计算方法等都要有科学依据。
4.2.1.2 准确灵敏性
准确灵敏性原则体现在两个方面:一是预警时效的准确灵敏。预警指标在及时准确获得各指标统计数据的基础上，能够迅速及时地提供预警信号，反映土地生态系统状态的变化过程。二是预警显示度的准确灵敏。预警指标既对土地生态系统演化强弱有灵敏的反映能力，又能准确地予以显示，清晰地反映出土地生态系统演化的平稳和协调与否的程度。
4.2.1.3 动态性
土地生态系统的发展本身是一个具有明显动态特征的过程，而土地生态安全既是一个目标，又是一个过程，其内涵也随历史阶段的不同而有所不同。随着时间的推移和环境的变化，个别预警指标可能不再具有预测的作用，这就要求适时地用新的预警指标进行替换和调整，以保证预警指标具有充分的代表性，在动态过程中能够较为灵敏地反映土地生态安全发展出现的警情。
4.2.1.4 可操作性
由于土地生态安全系统具有复杂性，如果在构建预警指标体系时片面追求对整个系统状态的完整描述，则其指标数量将会很庞大。同时会涉及的定性指标较多，而可操作的定量指标则较少，或者即使有一些定量指标，其精确计算或数据的取得也极为困难。因此，我们在构建指标体系时，要充分考虑到数据及其指标量化的难易程度。多挑选那些资料容易获取并且在一定程度上能保证全面地反映土地生态系统实际情况的指标，尽量利用现有的统计指标及有关规范标准，使得所构建的评价指标体系具有较强的可操作性。
4.2.1.5 可靠充分性
所选择的预警指标，其数据来源必须可靠，同时统计数据的样本数量要尽可能大，即有较长的时间序列，以满足预测的需要。只有根据数据可靠且充分的预警指标，才能对土地生态系统运行状态进行分析，并建立相应的动态预警模型，从而实现预警的目的。
4.2.2 指标体系结构
预警指标体系按照三级叠加、逐层收敛、统一排序的层次分析方法，分为目标层、准则层、指标层三级。目标层综合表达土地生态安全状态；准则层将系统解析成相互联系相互制约的三大子系统，土地生态安全的自然因素子系统、土地生态安全的经济因素子系统、土地生态安全的社会因素子系统；指标层为可测的、可比的、可以获得的指标或指标群，共计27个指标。其中，目标层由准则层加以反映，准则层由指标层予以直接地度量，详见表4-1。
表4-1 土地生态系统安全预警指标体系
（续表）
4.2.3 指标体系的内容和指标说明
4.2.3.1 土地生态安全的自然因素子系统
土地生态安全的自然因素子系统既是土地生态安全的基础，也是土地生态安全的限制条件。其作用主要是保证土地生态系统功能是否得到正常发挥、内部结构的合理和稳定，以及自我维持与自我调节的恢复能力。其中，功能健康包括生产力和生产效果等方面指标；结构合理包括资源可供性、资源可取性和结构多样性等方面指标；功能恢复包括稳定性和恢复性等方面指标。具体指标内容和说明如下:
（1）n1:土地潜在生产力实现水平（%）。
现实生产力与潜在生产力的比值，可以反映土地生态系统的作物生产力水平。该指标属于正向指标，指标值越趋近于1，表明作物生产力水平越高，越有利于土地生态安全。其中现实生产力可以用评价年的实际农作物（主要作物）产量表示，潜在生产力采用周广胜、张新时根据水热平衡联系方程及植物的生理生态特点建立的自然植被的净第一性生产力模型近似求得:
式中，RDI为辐射干燥度；r为年降水量（mm）；NPP为自然植被的净第一性生产力［t/（hm·a）］；PER为可能蒸散率；PET为年可能蒸散率（mm）；BT为年平均生物温度（℃）；t为小于30与大于0的日均温（℃）；T为小于30与大于0的月均温（℃）。超过30℃的平均温度按30℃计算，低于0℃的均按0℃计算。
（2）n2:人均粮食占有量（千克/人）。
粮食产量是人们生产活动的基本需求，只有在粮食供给达到基本要求后，其他生产活动才能如愿进行，能够反映土地生态系统的生产效果。人均粮食产量属于正向指标，其指标值越高证明粮食供给满足程度越高，土地生态系统也就越安全。计算公式为:
人均粮食占有量＝区域粮食产量/该区人口数量
（3）n3:人均耕地（公顷/人）。
土地是人类赖以生存和发展的最重要的物质基础，耕地又是土地生态系统中最重要的资源之一。耕地资源的数量决定了其生产潜力大小，是土地生态功能体现的保证，同时也反映了土地生态系统对外界环境变化的应对能力。在我国，劳力资源丰富，耕地资源紧缺，可以用人均耕地资源表示资源供给的紧缺程度。人均耕地属于正向指标，指标值越高表明可供农业生产使用的耕地资源越多，越有利于土地自然生态子系统功能的实现，土地生态系统也就越安全。计算公式为:
人均耕地＝（区域耕地面积/该区人口数量）×100%
（4）n4:生物丰度指数。
生物丰度指数可以间接衡量土地生态系统中生物多样性的大小。生物丰度属于正向指标，指标值越高，说明土地生态系统生物多样性越丰富，越有利于土地生态安全。计算公式为:
生物丰度指数＝0.35×林地＋0.21×草地＋0.28×水域湿地＋0.11×耕地＋0.04×建设用地＋0.01×未利用地）/区域面积
（5）n5:土壤肥力指数。
土壤肥力是衡量土地质量的一个非常重要的指标，可以反映对土地资源进行获取和利用的难易程度。一般以土壤有机质、速效氮、速效磷、速效钾等数据反映土壤肥力的变化。特别是有机质对土地的农业利用具有重要作用。土壤肥力属于正向指标，其值越高，土地质量越好，土地生态系统也就越安全。
在计算土壤肥力指数时，先分别计算土壤有机质、速效氮、速效磷、速效钾指数。然后赋予有机质、速效氮、速效磷、速效钾权重分别为0.4、0.2、0.2、0.2计算综合指数。计算公式为:
土壤肥力指数＝0.4×有机质指数＋0.2×速效氮指数＋0.2×速效磷指数＋0.2×速效钾指数
单项指数＝（2×丰%＋1×中%＋0×缺%）/2
土壤普查中规定的1、2级为丰，3、4级为中，5、6级为缺。
（6）n6:土地利用结构多样性指数。
土地利用结构多样性指数是衡量土地生态系统组织结构合理程度的重要指标，多样的土地利用结构可以使土地生态系统维持良好的功能，并逐步增强。土地利用结构多样性指数用耕地、林地、园地、牧草地、其他农用地、居民点工矿用地、交通运输用地、水利用地、未利用土地和其他土地等二级地类土地利用面积来计算。土地利用结构多样性指数属于正向指标，其值越高，土地生态系统也就越安全。计算公式为:
其中:pi为第i种二级地类土地利用类型面积
（7）n7:农业生产稳定性指数。
土地自然生态子系统容易受人类对土地开发利用活动的影响，其中最重要的表现之一就是干旱和洪涝灾害，农业生产稳定性指数可以表示土地自然生态子系统抗干旱和洪涝灾害的能力。考虑数据的可获取性和科学意义，选择有效灌溉面积百分比、旱涝保收面积占灌溉面积百分比以及旱涝抗逆指数三个指标组成农业生产稳定性指数。有效灌溉面积反映了水利建设程度，其占耕地比值越高，则整个农业系统受干旱威胁越小。旱涝保收耕地是农业耕地中的精华，在任何旱涝情况下都能保证顺利的排灌水，受自然影响最小，由于其一般属于有效灌溉面积之内，故以旱涝保收面积占灌溉面积百分比作为补充，以免和有效灌溉面积百分比重复。旱涝抗逆指数（1-成灾面积/受灾面积）主要从系统响应角度来选取，这是因为农业受灾不一定成灾，取决于系统的抗干扰功能。农业生产稳定指数属正向指标，其值越高（趋于1时），土地生态系统抗干扰能力越强，也就越安全。计算公式为:
农业生产稳定性指数＝（n1＋n2＋n3）/3
式中:n1为有效灌溉面积百分比，n2为旱涝保收面积占灌溉面积百分比，n3为1与成灾面积与受灾面积的百分比之差。
（8）n8:粮食生产稳定性指数。
主导的或优势的作物单产稳定状况也可以反映土地自然生态子系统的稳定状况，可以用粮食生产稳定指数度量。土地自然生态子系统越稳定，农业生产产量也比较稳定，不至于大起大落；反之，土地自然生态子系统自调节能力较弱，作物抵抗外界干扰的能力低，农业生产就忽高忽低。同时由于作物总产和种植面积等受经济社会因素影响较大，经常处于一种变动当中，而作物单产可以减轻这些因素的影响，所以用粮食生产稳定性指数，用多年的粮食单产与多年平均单产（一般取前5年）的差距衡量。粮食生产稳定性指数属于正向指标，其值越大，粮食生产越稳定，土地生态系统也就越安全。其计算公式为:
式中:F为粮食稳定性指数，Di为第i年粮食单产，D为平均单产，n为所选年的个数，一般取n为5。
（9）n9:森林覆盖率（%）。
根据对生态服务功能的研究，森林特别在气体、气候调节、水分涵养和土壤形成与保护等方面具有较高的生态服务功能。所以普遍认为森林对于抵御自然灾害具有重要作用，有助于将土地生态系统的各种自然灾害危害减少到最小程度并维护其生态服务功能。因此，用森林覆盖率可以表示土地生态系统的恢复能力，它属于正向指标，其值越大，土地生态系统恢复力越大，土地生态系统也就越安全。计算公式为:
森林覆盖率＝（区域森林覆盖面积/土地总面积）×100%
（10）n10:土地退化水平。
土地退化程度越高，其抵御各种自然灾害和社会压力的能力越弱。退化水平可以从水土流失面积比重、土壤盐渍化面积比重、潜育化面积比重三方面衡量。水土流失面积由区域水土流失面积与土地总面积比重表示。盐渍化指数由耕地盐渍化面积占耕地总面积比重表示。潜育化则因为主要发生在水田，计算时采用水田潜育化面积占水田面积的百分比。土地退化水平属逆向指标，其值越高（趋于1时），土地生态系统抗干扰能力越弱，也就越不安全。计算公式为:
土地退化水平＝p1n1＋p2n2＋p3n3
其中，n1为水土流失面积比重，n2为土壤盐渍化面积比重，n3为潜育化面积比重，p1、p2、p3分别为水土流失面积比重、土壤盐渍化面积比重和潜育化面积比重的权重，由专家根据研究区的实际情况确定。
（11）n11:土壤环境质量指数（%）。
土壤环境质量标准（GB 15618-1995）按土壤应用功能、保护目标和土壤主要性质，规定了土壤中污染物的最高允许浓度指标值。其中土壤污染物指进入土壤并影响土壤正常作用的物质，它会降低农作物的数量或质量，抑或改变土壤的成分与功能。用土壤环境质量标准可以衡量土壤恢复能力的大小，它属于正向指标，其值越大，土壤维持自身结构和功能的能力越强，土地生态系统也就越安全。计算方法为:
土壤环境质量指数＝Ⅰ×一级%＋Ⅱ×二级%＋Ⅲ×三级%
式中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别指Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类土壤所占面积的比例，一级%指Ⅰ类土壤达到一级标准的百分比、二级%指Ⅱ类土壤达到二级标准的百分比、三级%指Ⅲ类土壤达到三级标准的百分比。
4.2.3.2 土地生态安全的经济因素子系统
土地生态安全的经济因素子系统是土地生态安全的动力条件，也是土地生态安全发展的有利支撑。其实质是人们通过利用土地进行生产和生活活动并不断改进土地利用方式，以换取持续、稳定的经济增长，为土地生态安全有关活动提供经济支撑。土地生态安全的经济因素子系统可以用土地经济效益、土地集约利用水平、土地经济压力等方面的指标来描述。具体指标内容和说明如下。
（1）e1:单位农用地第一产业增加值（万元/公顷）。
区域第一产业增加值与该区农用地面积的比值，可以反映研究区域农业用地的经济效益。单位农用地农业产值属于正向指标，其值越大，农用土地经济效益越大，土地生态系统也就越安全。
（2）e2:单位建设用地二、三产业增加值（万元/公顷）。
区域二、三产业增加值与该区建设用地的比值，可以反映研究区域建设用地的经济效益。该指标属于正向指标，其值越大，建设土地经济效益越大，土地生态系统也就越安全。
（3）e3:建设占用耕地面积（公顷）。
反映城市扩张对耕地带来的压力。该指标属于逆向指标，其值越大，城市扩张给耕地带来的压力越大，越不利于土地生态系统整体安全。
（4）e4:土地收益水平。
评价年城镇土地价格与上年城镇土地价格的变化量和上年城镇土地价格指数的比值，反映城镇建设用地土地价格增加的情况，可以衡量土地作为资产的收益水平增加情况。该指标属于正向指标，其值越大，土地收益水平越大，土地生态系统也就越安全。
（5）e5:单位固定资产投资占土地面积。
区域土地面积与固定资产投资的比值，反映土地利用的集约水平。该指标属于逆向指标，其值越大，单位固定资产投资占用土地数量越多，土地利用的集约水平越低，土地生态系统也就越不安全。
（6）e6:单位土地工业“三废”负荷指数。
通过单位土地面积分别承载的废水、废气、废渣量综合计算来表示，可以反映工业生产对土地生态系统的压力。该指标属于逆向指标，其值越大，工业生产对土地生态系统的压力越大，土地生态系统也就越不安全。
计算单位土地工业三废负荷指数时，为消除废水、废气、废渣量之间不同污染方式的差别，以便于相互间的综合计算，首先对各因子进行标准化。采用下列方法计算:
单位土地工业“三废”负荷指数＝0.6P1＋0.3P2＋0.1P3
P（Ci）＝0；Xi≤XSi
P（Ci）＝（Xi/XSi-1）×100%；Xi＞XSi
其中，设Xi（i＝1，2，3）为第i个评价指标的指标值，P（Ci）（Ci为指标号）为第i个指标的单位土地单工业污染指数，0≤P（Ci）≤1，XSi为评价指标的安全基准值。
然后根据各单位土地单工业污染指数标准值，以0.6，0.3，0.1的权重进行加权平均计算各因子综合指数，即单位土地工业三废负荷指数。
（7）e7:单位土地化肥、农药、农膜负荷指数。
通过单位土地面积所使用的化肥、农药、农膜的综合计算，可以反映农业生产自身对土地生态系统的压力。该指标属于逆向指标，其值越大，农业生产对土地生态系统的压力越大，土地生态系统也就越不安全。
计算单位土地化肥、农药、农膜负荷指数时，为消除化肥、农药、农膜之间不同污染方式的差别，以便于相互间的综合计算，首先对各因子进行标准化。采用下列方法计算:
单位土地化肥、农药、农膜负荷指数＝0.5P1＋0.3P2＋0.2P3
P（Ci）＝0；Xi≤XSi
P（Ci）＝（Xi/XSi-1）×100%；Xi＞XSi
其中，设Xi（i＝1，2，3）为第i个评价指标的指标值，P（Ci）（Ci为指标号）为第i个指标的单位土地单农业污染指数，0≤P（Ci）≤1，XSi为评价指标的安全基准值。
然后根据各单位土地单农业污染指数标准值，以0.5、0.3、0.2的权重进行加权平均计算各因子综合指数，即单位土地化肥、农药、农膜负荷指数。
4.2.3.3 土地生态安全的社会因素子系统
土地生态安全的社会因素子系统是土地生态安全的保障和持续条件。其实质是保证在现有物质条件以及社会的需求下可以容纳一定的人口数量、完善土地生态系统保障体系，以及使土地利用方式为社会所满意。它可以用人口增长压力、社会发展水平、社会可接受、生态建设投入水平、土地管理水平、公众生态意识等指标来描述。具体指标内容和说明如下。
（1）s1:人口密度（人/平方公里）。
单位土地面积承载的人口数量可以反映因人口增长导致的社会对生产、消费、居住等需求增加给土地生态系统带来的压力。该指标属于逆向指标，其值越大，人口增长对土地生态系统的压力越大，土地生态系统也就越不安全。
（2）s2:恩格尔系数（%）。
食物支出总额与家庭个人消费支出总额的比重，反映社会发展水平。该指标属于逆向指标，其值越低，社会发展水平越高，对土地生态系统的需求也就越合理，土地生态系统也就越安全。
（3）s3:地方占区域GDP比重（%）。
研究地方占所在区域GDP比重，衡量地方经济增长与区域经济增长的差异和变化程度，可以反映地方经济在区域经济的地位和增长水平。该指标属于正向指标，其值越大，地方经济在区域经济的地位和增长水平越高，说明地方的土地利用方式更容易为地方接受，土地生态系统也就越安全。
（4）s4:地方内部单位面积GDP的离差系数。
地方内部经济发展水平的差异程度。反映了地方土地利用方式的社会公平性。该指标属于正向指标，其值越大，地方土地利用方式的社会公平性水平越高，也更容易为地方接受，土地生态系统也就越安全。计算公式为:
其中，I为离差系数，wi为地方内部各地区单位面积的GDP，w为地方平均单位面积的GDP，n为乡镇数。
（5）s5:收益分配指数（%）。
农村居民家庭人均纯收入与城镇居民家庭人均可支配所入的比重，可以反映土地利用收益的公平性。用该指标代替基尼系数是因为，目前广大学者均认为在中国用“名义收入”计算的基尼系数实际上夸大了居民的收入差距，而我国居民收益分配上的差异主要是因城乡之间二元社会经济结构造成，这种差异在城镇和乡村各自的内部存在较大的均质性；同时从该指标与城乡制度的历史变迁过程对比中看出，制度因素在其中产生了重要影响，说明该指标还可以体现社会城乡制度调控在土地利用收益分配的合理性。综合以上因素，可以用农村人均纯收入与城镇人均纯收入比值来反映土地利用收益的公平性。该指标属于正向指标，其值越大，土地利用收益的公平性越高，土地生态系统也就越安全。
（6）s6:生态建设投入水平。
区域生态建设投入与该区财政一般预算性支出的比值，反映人类社会改善土地生态风险与安全状态的能力。该指标属于正向指标，其值越大，人类社会改善土地生态安全状态与预防土地生态风险的能力越高，土地生态系统也就越安全。
（7）s7:处理污染水平。
以工业“三废”（废水、废气、废渣）的处理率表示，可以反映社会解决已有土地生态问题的能力。该指标属于正向指标，其值越大，社会解决已有土地生态问题的能力越高，土地生态系统也就越安全。
（8）s8:土地管理满意度。
农户、单位、专家等不同层次对土地管理的满意程度，可以反映社会对土地政策和管理方式的可接受性。该指标属于正向指标，其值越大，一些相关土地政策、管理方式越容易被群众接受，土地生态系统也就越安全。
计算方式通过问卷调查和专家评价等方式获得。依靠相关专家组经验，将土地管理水平归纳为土地产权情况、土地税收政策、征地补偿情况等三项，各项指标分为优（A）、良（B）、中（C）、差（D）四个等级，每个等级分值分别为100、85、70、55。然后根据得分结果将三项指标加权平均，一般默认为（n1＋n2＋n3）/3。
（9）s9:公众生态意识普及度。
可以反映公众对环境保护工作及环境质量状况的满意程度。该指标属于正向指标，其值越大，群众对生态保护意识了解的程度越深、了解的渠道也越广泛，土地生态系统也就越安全。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
