馬守臣，王紅亮，王 銳

（1.河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454000；2.新鄉(xiāng)學院數(shù)學系，河南 新鄉(xiāng) 453000）

生態(tài)安全是當前可持續(xù)發(fā)展問題研究的前沿課題[1]。目前，國外對于這一領域的研究主要集中在基因工程生物的生態(tài)風險與生態(tài)安全、化學物質的施用對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康及生態(tài)安全的影響等兩個方面的微觀研究[2]。國內(nèi)的研究則主要集中在區(qū)域生態(tài)安全方面[3-5]。但是，由于人們對生態(tài)安全的內(nèi)涵認識不足以及不同研究區(qū)域的復雜性和特殊性，目前在區(qū)域生態(tài)安全評價指標體系和研究方法上仍未形成共識。尤其是對區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著重要影響的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境安全方面的研究更為不足[6]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不但對自然資源、環(huán)境影響最大，也對自然資源、環(huán)境依賴最大。對于一個區(qū)域來說如果沒有農(nóng)業(yè)環(huán)境的生態(tài)安全，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)就不可能實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，因此，區(qū)域生態(tài)安全的基礎應是農(nóng)業(yè)生態(tài)安全。我國學者吳國慶2001年首次提出了農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的概念，認為農(nóng)業(yè)生態(tài)安全是指農(nóng)業(yè)賴以發(fā)展的自然資源、生態(tài)環(huán)境處于一種不受威脅、沒有危險的健康、平衡的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)有穩(wěn)定、均衡、充裕的自然資源可供利用，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境處于無污染、未破壞的不受威脅的健康狀態(tài)，只有在這種生態(tài)安全的狀態(tài)下，農(nóng)業(yè)才能實現(xiàn)生產(chǎn)可持續(xù)性、經(jīng)濟可持續(xù)性和社會可持續(xù)性[2]。此后，許多國內(nèi)學者針對不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)，開展了一些區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)安全方面研究與評價[7-10]，但是由于我國幅員遼闊，不同區(qū)域有不同區(qū)域的生態(tài)環(huán)境的復雜性和特殊性，因此，這一領域的研究成果目前還遠遠不能在大范圍內(nèi)用于指導區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐。

在豫北低山丘陵區(qū)，農(nóng)業(yè)既是當?shù)氐幕A產(chǎn)業(yè)，也是支柱產(chǎn)業(yè)。長期以來，農(nóng)業(yè)活動的干擾以及對資源的過度開發(fā)導致這一區(qū)域內(nèi)自然植被大量破壞，土地荒漠化、水土流失等土地資源退化現(xiàn)象非常嚴重。尤其是過去以改變景觀、擴大資源消耗為基礎的粗放型的土地利用模式，導致該區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)日趨脆弱，嚴重地影響了區(qū)域內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使人們的生活、生存環(huán)境受到了巨大的威脅，直接影響了當?shù)厣鐣?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。本文以生態(tài)環(huán)境較為脆弱的輝縣市境內(nèi)的低山丘陵區(qū)為例，在對該區(qū)域近30 a農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)演變過程分析的基礎上，從生態(tài)環(huán)境質量、生態(tài)環(huán)境壓力和保護整治能力方面提出這一區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)安全指標體系與綜合評價方法，并對區(qū)域近30 a的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的安全程度進行定量評價與動態(tài)分析。然后，針對影響區(qū)域生態(tài)安全的主要因素，提出保證這一區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)安全對策，以便指導該區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境建設、實現(xiàn)區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

研究地區(qū)位于河南省輝縣市境內(nèi)，市域內(nèi)山地、丘陵面積12.23萬hm2。屬暖溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫13.8℃，日照充足，年均日照時數(shù)2 446.9 h，年均降水量576.5 mm，無霜期209 d。試區(qū)選擇薄壁鎮(zhèn)、洪州鄉(xiāng)和上八里鎮(zhèn)3個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的低山丘陵區(qū)。該區(qū)北依太行山，為太行山－華北平原過渡帶，土壤為山地的洪水沖積物發(fā)育而成的褐色土，地層較薄，顆粒較粗，多為粘質砂土夾礫石。土薄石多，持水力很差，漏水漏肥，致使土壤干旱，風蝕沙化嚴重，植被稀疏，植被類型為荊條（Vitex negundo var）、酸棗（Ziziphus jujuba）、白羊草（Bothriochloa ischaemum）灌草叢，群落的植被覆蓋率和群落的生物生產(chǎn)量均比較低。人工栽種的經(jīng)濟樹種主要為一些分散種植的柿樹（Diospyros Kaki）、核桃（Juglans mandshurica Maxim）、棗（Ziziphus jujuba Mill）、桃（Prunus persica）、杏（Prunus armeniaca）等樹種。耕地主要為農(nóng)田，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、經(jīng)濟效益高的果樹和畜牧業(yè)未達到充分發(fā)展；其他土地為荒（灘）地，土壤結構不良，石礫含量60%～70%。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的耕作制度為一年二熟制（水澆地）或一年一熟制（旱地），主要作物為小麥（Triticum aestivum）、玉米（Zea mays）、花生（Arachis hypogaea）。自上個世紀 70 年代以來，研究區(qū)內(nèi)宜耕荒坡、荒（灘）地被大規(guī)模開發(fā)利用，自然植覆蓋率嚴重下降。

2 生態(tài)安全評價方法

2.1 農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指標體系的建立及權重的確定

一個區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價涉及眾多要素，一方面要遵循農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的一般規(guī)律，另一方面必須考慮區(qū)域的特點，同時又需要了解生態(tài)安全空間格局。太行山低山丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指標體系的建立，主要以試區(qū)近30 a來的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的演變過程為依據(jù)。在動態(tài)監(jiān)測與實地調研的基礎上，根據(jù)系統(tǒng)性，指標選擇的獨立性、可比性、科學性、實用性以及指標數(shù)據(jù)的可得性，在廣泛研究前人區(qū)域生態(tài)安全評價指標體系和區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指標體系，并征詢眾多專家的基礎上，從農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境壓力、生態(tài)環(huán)境質量和保護整治能力3方面，篩選出20個指標構建太行山低山丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的評價體系（表1）。采用層次分析法，并結合專家經(jīng)驗確定各級評價指標的權重。在指標體系的各指標數(shù)值中，部分來自TM/ETM遙感解譯數(shù)據(jù)（如景觀多樣性指數(shù)、森林、草地覆蓋率等），其他部分取自輝縣市國民經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒。

2.2 評價指標數(shù)據(jù)標準化處理

為了消除評價指標間由于量綱不同帶來的不可比性，在評價前，需要對這些指標進行標準化處理，使不同類型的指標數(shù)據(jù)具有可比性，本研究采用下列方法對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化：

式中：Xi為某一參評因子原始值；Xmax為某一參評因子最大值；Xmin為某一參評因子最小值；Si為某一參評因子標準化值。如果某一參評因子對生態(tài)安全起正作用，則用公式（1）進行標準化處理；如果某一參評因子對生態(tài)安全起負作用，則用公式（2）進行標準化處理。

2.3 農(nóng)業(yè)生態(tài)安全度的計算

表1 豫北低山丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指標體系

生態(tài)安全度指數(shù)（ESIA）計算依據(jù)公式（3）：

式中，Sj為第i項分類指標所屬的第j個單項指標的標準化值；Wj為第i項分類指標所屬的第j個單項指標相對應的權重；Pi為第i項分類指標的權重；ΣWjSj表示各分類評價指標的綜合評價值。

3 評價結果及分析

3.1 生態(tài)安全分析

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質量指數(shù)：從圖1可以看出，研究區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質量在1975～1985年急劇下降。造成農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質量不斷下降的主要原因是，這一時期內(nèi)宜耕的荒山（灘）地被大規(guī)模開發(fā)利用，自然植覆蓋率嚴重下降，生物多樣性下降，水土流失加劇，土壤質量嚴重退化。20世紀90年代以后隨著城市建設對砂資源的需求日益增加，砂資源價格不斷上漲，受利益驅動，有些地方亂采濫挖現(xiàn)象嚴重，生態(tài)環(huán)境進一步惡化，土地幾乎沒有農(nóng)業(yè)利用價值，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質量進一步下降。2000年后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境質量開始緩慢上升，其原因是農(nóng)業(yè)建設投資增加，提高了有效灌溉面積；同時，由于林果業(yè)和畜牧業(yè)迅速發(fā)展，土地利用結構得到優(yōu)化，森林覆蓋率都有較大幅度提高，農(nóng)業(yè)景觀多樣性得到提高。

圖1 豫北低山丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全各分類指標的動態(tài)變化

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)：農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)從1980年以來，一直處于上升狀態(tài)，其原因一是人口不斷增加導致人均耕地面積下降；二是工礦業(yè)（主要是石材場）的發(fā)展，占用和破壞了大量土地；三是化肥、農(nóng)藥大量使用導致生物多樣性大量下降。

生態(tài)環(huán)境整治能力指數(shù)：農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境整治能力指數(shù)在1985年和2000年分別比上一年稍有降低。但從總體上看，自1975年以來區(qū)域生態(tài)環(huán)境整治能力呈波動式上升趨勢。導致這一趨勢的主要原因是由于國家的政策引導，農(nóng)民的生產(chǎn)積極性提高，人均純收入增加；再加上人們的環(huán)境意識增強，也加大了農(nóng)業(yè)基礎建設和環(huán)境治理投資力度。

3.2 農(nóng)業(yè)生態(tài)安全度指數(shù)

隨著農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質量指數(shù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境壓力指數(shù)和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境整治能力指數(shù)的變化，農(nóng)業(yè)生態(tài)安全綜合值也發(fā)生相應的變化。農(nóng)業(yè)生態(tài)安全度指數(shù)在2000年以前一直處于下降趨勢（圖2），主要原因有以下兩個方面：一方面是人類對土地資源不合理地利用開發(fā)，濫墾、濫伐、濫采亂挖等經(jīng)濟活動加速了生態(tài)環(huán)境質量退化；另一方面是由于土地貧瘠，耕地生產(chǎn)力較低，為了提高土地生產(chǎn)力，人們大量施用化肥農(nóng)藥，從而對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴重的負面影響，造成生物多樣性的嚴重喪失。另外，政府無力實施大規(guī)模的生態(tài)環(huán)境改善工程，導致農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對自然災害的防御能力降低，這也是農(nóng)業(yè)生態(tài)安全度指數(shù)逐年下降的原因之一。2000年后，由于國家出臺了一系列的惠農(nóng)政策，并且加大了對農(nóng)業(yè)的投資力度；農(nóng)民文化素質提高，經(jīng)營理念發(fā)生變化，農(nóng)業(yè)結構開始調整，農(nóng)林牧土地利用結構日趨合理化。同時，地方政府也加大了環(huán)境治理力度，因此農(nóng)業(yè)生態(tài)安全度指數(shù)開始緩慢上升。

圖2 豫北低山丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全度指數(shù)的動態(tài)變化

4 農(nóng)業(yè)生態(tài)安全建設和可持續(xù)發(fā)展對策

4.1 繼續(xù)調整和優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構，積極發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)

在低山丘陵區(qū)，地形、地貌、自然資源的多樣性為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的多種經(jīng)營與開發(fā)利用提供了基本的物質保障。因此，可以根據(jù)不同地域的土地生態(tài)適宜性，充分利用時空差異性及生物多樣互補性，科學配置各類農(nóng)業(yè)用地。在此基礎上大力發(fā)展經(jīng)濟效益高的生態(tài)養(yǎng)殖業(yè)和生態(tài)林果業(yè)來提高農(nóng)民收入。在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，盡可能減少農(nóng)民對土地頻繁和高強度的擾動，采取合理的耕作措施，建立有機農(nóng)業(yè)或生態(tài)農(nóng)業(yè)體系，注重引進經(jīng)濟和生態(tài)效益雙高的優(yōu)良植物品種，并通過優(yōu)化種植業(yè)結構，發(fā)展高效經(jīng)濟作物。另外，在對土地利用結構進行優(yōu)化配置時，土地利用結構的選擇必須有助于農(nóng)業(yè)生態(tài)景觀的修復，避免或減少農(nóng)業(yè)活動對生態(tài)環(huán)境的負面影響。

4.2 切實保護耕地資源，加大農(nóng)田基本建設投資

應采取切實有效的行政、法律和經(jīng)濟手段，嚴格控制各種土地開發(fā)項目，以保護極其有限的耕地資源。特別是要嚴歷打擊對砂資源亂采濫挖的行為，并合理規(guī)劃工礦企業(yè)用地，改變當前工礦業(yè)違法占地、破壞耕地的局面；提高農(nóng)業(yè)基礎建設投資在總建設投資中的比例、加強農(nóng)業(yè)基礎設施建設、提高農(nóng)業(yè)的抗災能力。重點治理坡耕地，可采取多種蓄水、節(jié)水的坡地水土調控措施，開發(fā)雨水集蓄利用技術，充分利用天然降水，發(fā)展旱作林果業(yè)和旱作農(nóng)業(yè)。同時，積極進行土地整理，改造中低產(chǎn)田，提高單位土地面積的生產(chǎn)力，大力提高耕地的復種指數(shù)，充分挖掘耕地生產(chǎn)潛力。

4.3 加大生態(tài)環(huán)境綜合治理力度

針對過度放牧、濫砍亂伐致使植被遭到嚴重破壞的區(qū)域，可利用物種共生原理，進行多物種人工復合搭配，通過喬灌草結合、多層配置，增加區(qū)域水土保持與水源養(yǎng)護林面積。針對砂資源亂采濫挖導致耕地嚴重破壞的區(qū)域，可通過采取適當?shù)墓こ檀胧┘拔锢?、化學、生物、生態(tài)措施進行土壤重構和土壤改良，重新構造一個適宜的土壤剖面與土壤肥力生境，并盡快地恢復和提高重構土壤的生產(chǎn)力。具體操作上要因地制宜：如在相對平整、有一定覆蓋土層的地帶，采用生物措施如種植豆科牧草進行土壤改良，也可施加有機肥和化肥快速提高土地肥力，在此基礎上養(yǎng)草育灌、以灌培林，從而達到恢復植被的目的；在土壤條件極差、礫石含量高的砂資源采空區(qū)，采取削高墊低和覆土等方式平整土地，在此基礎上發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)，建立養(yǎng)殖場，利用動物糞便結合外來客土逐漸改良場地周圍土地肥力，并在場地內(nèi)外空地上采用覆土栽培技術植樹種草，建立人工植被，提高植被覆蓋率。

4.4 保護區(qū)域生物多樣性

生物多樣性作為人類賴以生存的基礎，最能反應一個地區(qū)的生態(tài)環(huán)境的狀況，也是實現(xiàn)資源可持續(xù)利用的重要保證，對于區(qū)域經(jīng)濟、社會、生態(tài)協(xié)調發(fā)展有著重要作用[11]。因此，要實現(xiàn)區(qū)域資源的可持續(xù)利用和經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，必須保護好該地區(qū)生物多樣性。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作為人類經(jīng)濟活動的主要區(qū)域，是生物多樣性破壞量嚴重的區(qū)域。然而，它卻不能像自然生態(tài)系統(tǒng)那樣通過建立自然保護區(qū)的途徑來管理和保護生物多樣性，必須在不影響或少影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的前提下，對生物多樣性從生境多樣性、物種多樣性層次上進行保護[12]。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中生境多樣性可以通過建立多樣性的人工生境和野生生境來實現(xiàn)。在低山丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)用地一直是土地利用的主要形式，通過在這一區(qū)域建立多樣化的生態(tài)農(nóng)業(yè)用地模式，便可達到在農(nóng)業(yè)景觀內(nèi)形成多樣性的人工生境的目的；另外，在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，許多邊際土地，如荒地、農(nóng)墾區(qū)濕地、小片山林地、溝渠邊、路邊、田埂等是野生生物種相對集中的地域，既可以作為害蟲天敵的越冬場所，也可在農(nóng)田噴撒農(nóng)藥時作為害蟲天敵避難場所[13]。因此，在進行生態(tài)農(nóng)業(yè)模式設計時，必須注重各種邊際地帶等野生生境科學管理，以達到維護農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中生物多樣性的目的。

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