鄭華偉, 夏夢(mèng)蕾, 張 銳, 劉友兆

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)村發(fā)展學(xué)院, 江蘇 南京 210095; 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院, 江蘇 南京 210095)

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基于熵值法和灰色預(yù)測(cè)模型的耕地生態(tài)安全診斷

鄭華偉1，2, 夏夢(mèng)蕾1, 張 銳2, 劉友兆2

(1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)村發(fā)展學(xué)院, 江蘇 南京 210095; 2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共管理學(xué)院, 江蘇 南京 210095)

摘要：[目的] 彌補(bǔ)已有耕地生態(tài)安全診斷中指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法的不足，分析耕地生態(tài)安全水平。[方法] 在界定耕地生態(tài)安全內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于PSR模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用熵值法和灰色預(yù)測(cè)模型，對(duì)四川省耕地生態(tài)安全水平進(jìn)行了診斷。[結(jié)果] 1999—2013年四川省耕地生態(tài)安全水平總體不斷提高，耕地生態(tài)安全等級(jí)經(jīng)歷了“臨界安全—較安全”的演變歷程，但2013年“較安全”水平不高；壓力指數(shù)總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，狀態(tài)指數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)，響應(yīng)指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；單位耕地化肥負(fù)荷、人均耕地面積、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷、土地墾殖率、水土流失程度等是耕地生態(tài)安全等級(jí)提升的關(guān)鍵制約因素；2014—2018年四川省耕地生態(tài)安全水平呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)。[結(jié)論] 基于PSR模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系能更準(zhǔn)確地反映耕地生態(tài)安全各要素之間的關(guān)系；熵值法和灰色預(yù)測(cè)模型能有效挖掘耕地生態(tài)安全存在的問(wèn)題，適合用于耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：耕地生態(tài)安全; 灰色預(yù)測(cè)模型; 熵值法; PSR模型; 四川省

文獻(xiàn)參數(shù)： 鄭華偉, 夏夢(mèng)蕾, 張銳, 等.基于熵值法和灰色預(yù)測(cè)模型的耕地生態(tài)安全診斷[J].水土保持通報(bào)，2016,36(3)：284-289.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.049

耕地資源作為最寶貴的自然資源之一，是非常重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，經(jīng)過(guò)人類長(zhǎng)期的干預(yù)，耕地生態(tài)系統(tǒng)逐漸演變成為具有高度耦合性的社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)[1-3]。伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程快速推進(jìn)，導(dǎo)致土地生態(tài)環(huán)境日趨惡化、土地污染負(fù)荷加重、土地質(zhì)量下降等一系列問(wèn)題，耕地資源的稀缺性增強(qiáng)，耕地生態(tài)安全問(wèn)題日漸凸顯[3-5]。因此，開(kāi)展耕地生態(tài)安全水平診斷研究，優(yōu)化耕地生態(tài)安全的改善路徑，對(duì)于加強(qiáng)農(nóng)村生態(tài)文明建設(shè)，保障中國(guó)糧食安全，維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義[2,6]。

國(guó)外學(xué)者主要將耕地生態(tài)安全與可持續(xù)利用相結(jié)合進(jìn)行系統(tǒng)研究，Rasul和Thapa從農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面構(gòu)建了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，分析了孟加拉的耕地可持續(xù)利用與生態(tài)狀況[7]；Mark等[8]運(yùn)用磷肥廠附近的耕地土壤與蔬菜樣本中天然放射性評(píng)估化肥廠對(duì)周?chē)h(huán)境的潛在放射性影響。在國(guó)內(nèi)，專家學(xué)者關(guān)于耕地生態(tài)安全的研究主要集中在內(nèi)涵[2,9-10]，評(píng)價(jià)[3,11-13]，影響因素[11]，調(diào)控對(duì)策[12-13]等。從總體上來(lái)說(shuō)，耕地生態(tài)安全水平診斷研究目前處于起步階段，定性研究相對(duì)較多、定量分析較少；耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)是對(duì)耕地生態(tài)系統(tǒng)的全面診斷，包括耕地資源負(fù)荷、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、耕地產(chǎn)出水平、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、政策管理水平等方面的內(nèi)容，但現(xiàn)有的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)多集中于資源與環(huán)境狀況，很少綜合考慮人類活動(dòng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等對(duì)耕地生態(tài)安全診斷的作用。從研究方法上看，已有的研究主要采用層次分析法、綜合評(píng)價(jià)法、物元分析法等，上述方法均以某個(gè)區(qū)域或多個(gè)區(qū)域一年或多年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)或研究方法優(yōu)化比較分析，缺少對(duì)耕地生態(tài)安全動(dòng)態(tài)發(fā)展的研究[14]。此外，耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定多采用德?tīng)柗品ā哟畏治龇ǖ?，此類方法雖因研究較為成熟而被廣泛應(yīng)用，但評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的賦予多帶有人為因素，常常因選取專家的不同而差異較大，使分析結(jié)果趨于不穩(wěn)定[2]。

灰色預(yù)測(cè)模型GM(1,1)對(duì)研究對(duì)象的信息量要求較小，預(yù)測(cè)模型精度較高，是比較理想的預(yù)測(cè)方法[4]。熵值法根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的離散程度，用信息熵測(cè)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，能夠克服一些主觀賦值法所帶來(lái)的結(jié)果不穩(wěn)定現(xiàn)象[2]。鑒于此，本研究擬構(gòu)建基于PSR(pressure-state-response)模型的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立基于灰色預(yù)測(cè)模型和改進(jìn)熵值法的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型，并以四川省為例進(jìn)行實(shí)證研究，開(kāi)展耕地生態(tài)安全狀況的未來(lái)變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)，以期為改善耕地生態(tài)系統(tǒng)狀況、提高耕地生態(tài)安全水平、促進(jìn)耕地資源可持續(xù)利用提供一定的參考依據(jù)。

1區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

四川省地處長(zhǎng)江上游，東與重慶市接壤，南與云南、貴州省相連，西鄰西藏自治區(qū)，北接青海、甘肅、陜西省。轄區(qū)東西長(zhǎng)約1 075 km，南北寬約921 km，幅員面積4.85×105km2，為中國(guó)第5大省區(qū)。四川省自然資源豐富，光熱條件好，是中國(guó)重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)，承擔(dān)著國(guó)家糧食安全的重任[15]。然而隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，建設(shè)用地面積不斷增加，耕地資源不斷減少，耕地生態(tài)功能下降，土壤污染加劇，耕地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況亟待改善。

耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《四川農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒(2000—2014)》《四川統(tǒng)計(jì)年鑒(2000—2014)》《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒(2000—2014)》《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒(2000—2014)》《中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒(2000—2014)》和四川省土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)等。

2研究方法

2.1指標(biāo)體系構(gòu)建

耕地生態(tài)系統(tǒng)是人類在長(zhǎng)期的使用中使耕地資源在自身組織功能的作用下形成的人工生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅提供人類穩(wěn)定的農(nóng)產(chǎn)品，而且形成了一種新的生物生存環(huán)境，促進(jìn)了生物多樣性的存續(xù)與發(fā)展，同時(shí)還具有生態(tài)環(huán)境保護(hù)等功能[16]。耕地生態(tài)安全是指在一定的時(shí)間和空間尺度內(nèi)，耕地生態(tài)系統(tǒng)處于保持自身正常功能結(jié)構(gòu)和滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展需要的狀態(tài)[10,12-13]。耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)是以耕地生態(tài)系統(tǒng)為評(píng)價(jià)對(duì)象，對(duì)一定時(shí)間、一定區(qū)域的自然生態(tài)要素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，它本質(zhì)上是一種診斷評(píng)價(jià)[15]。

PSR概念模型是由聯(lián)合國(guó)OECD和UNEP提出的[17]，該模型以因果關(guān)系為基礎(chǔ)，主要目的是診斷生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)性，剖析生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在的因果關(guān)系，構(gòu)建人類活動(dòng)與生態(tài)環(huán)境影響的因果鏈，得到較為普遍的認(rèn)可與應(yīng)用[18-19]。因此，本文借鑒PSR概念模型作為耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基本框架：人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展給耕地生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)一定的壓力(P)；人類不斷利用土地資源，通過(guò)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)向耕地生態(tài)系統(tǒng)排放污染，改變了耕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能(S)；壓力之下，耕地生態(tài)系統(tǒng)在原有狀態(tài)基礎(chǔ)上做出調(diào)整，同時(shí)反饋于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)程；人類對(duì)耕地生態(tài)系統(tǒng)的反饋進(jìn)一步做出響應(yīng)(R)，進(jìn)行政策調(diào)整、環(huán)境保護(hù)等，改善耕地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)，使之保持良好的結(jié)構(gòu)與功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

根據(jù)耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基本框架，遵循科學(xué)性原則、可比性原則、可獲取性原則、系統(tǒng)性原則等[15，18]，在參考現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上[3,7,11-13]，構(gòu)建基于PSR模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

表1　耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

2.2評(píng)價(jià)模型建立

2.2.1標(biāo)準(zhǔn)化處理本研究采用極差法對(duì)耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[5]，計(jì)算公式具體如下：

正向作用指標(biāo)：

(1)

負(fù)向作用指標(biāo)：

(2)

2.2.2指標(biāo)權(quán)重確定對(duì)于耕地生態(tài)安全水平，不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響程度存在一定的差異，為了體現(xiàn)這種差異性，需要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦以一定的權(quán)重，本研究采用改進(jìn)的熵值法來(lái)確定耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重(表1)，主要步驟如下[15,21]：

(1) 評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理。由于耕地生態(tài)安全水平診斷中不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)具有不一樣的量綱和單位，為了消除量綱和單位的差異所帶來(lái)的不可公度性，需要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化變換[15]：

(3)

(2) 為了清除負(fù)數(shù)，進(jìn)行坐標(biāo)平移：

X?ij=H+X″ij

式中：X?ij——平移后的指標(biāo)值；H——指標(biāo)平移的幅度。

(3) 計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下的i個(gè)樣本值的比重Pij:

(5) 計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的差異性系數(shù)gj：gj=1-ej

j=1，2，…，n。

表2　耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值

2.2.3計(jì)算綜合指數(shù)本研究采用綜合指數(shù)模型對(duì)耕地生態(tài)安全水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，綜合指數(shù)模型[2，5]的表達(dá)式為：

(4)

式中：F——耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)；wi——第i子系統(tǒng)(壓力、狀態(tài)、響應(yīng))權(quán)重；wij——第i子系統(tǒng)第j項(xiàng)指標(biāo)(x1—x17)權(quán)重；n——第i子系統(tǒng)所包含的指標(biāo)數(shù)。F越接近0，表示耕地生態(tài)安全水平越低。

在借鑒國(guó)內(nèi)外生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)劃分的基礎(chǔ)上，將耕地生態(tài)安全水平級(jí)別分為5個(gè)等級(jí)，具體包括安全、較安全、臨界安全、較不安全和不安全(表3)。

表3　耕地生態(tài)安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3灰色預(yù)測(cè)模型

灰色系統(tǒng)理論是由華中理工大學(xué)鄧聚龍教授于1982年提出并加以發(fā)展的[4]，灰色預(yù)測(cè)模型是對(duì)灰色系統(tǒng)所做的預(yù)測(cè)，它是通過(guò)少量的、不完全的信息，建立數(shù)學(xué)模型并做出預(yù)測(cè)的一種預(yù)測(cè)方法[22-24]?；疑A(yù)測(cè)模型GM(1,1)的建模步驟如下[14,23]：

(1) 收集原始數(shù)據(jù)形成數(shù)列x(0)，對(duì)原始數(shù)列作一次累加生成處理，得到一個(gè)新的數(shù)列x(1)；

(2) 將新數(shù)列x(1)的變化趨勢(shì)近似地用微分方程描述：

(5)

式中：a，u——辨識(shí)參數(shù)，辨識(shí)參數(shù)通過(guò)最小二乘法擬合得到。

(3) 建立矩陣B，YN，計(jì)算：

(4) 得到預(yù)測(cè)模型：

(6)

(5) 開(kāi)展精度檢驗(yàn)(殘差檢驗(yàn)、后驗(yàn)差檢驗(yàn))，檢驗(yàn)過(guò)程具體參見(jiàn)參考文獻(xiàn)[23]。GM(1,1)模型的檢驗(yàn)通過(guò)后驗(yàn)差檢驗(yàn)即對(duì)殘差分布的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)判斷效果，通過(guò)方差比C和小殘差概率P的值來(lái)判斷[4,24](表4)。若模型通過(guò)檢驗(yàn)，利用灰色預(yù)測(cè)模型GM(1,1)進(jìn)行預(yù)測(cè)；否則，建立殘差模型對(duì)其進(jìn)行修正。

表4　后驗(yàn)差檢驗(yàn)判別參照表

3結(jié)果與分析

收集、整理四川省耕地生態(tài)安全診斷中評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，運(yùn)用改進(jìn)的熵值法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，在此基礎(chǔ)上根據(jù)評(píng)價(jià)模型測(cè)算四川省耕地生態(tài)安全水平、分類指標(biāo)水平(圖1)。

圖1　四川省耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

從四川省耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)變化走勢(shì)來(lái)看(圖1)，1999—2013年四川省耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)總體處于改善上升趨勢(shì)，耕地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況將會(huì)得到進(jìn)一步改善。四川省耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)由1999年的0.494 1提高到2013年的0.600 5，耕地生態(tài)安全不斷好轉(zhuǎn)，年均增長(zhǎng)率達(dá)到1.537 8%，表明耕地生態(tài)安全水平不斷提高。根據(jù)耕地生態(tài)安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表3)，四川省耕地生態(tài)安全等級(jí)由1999年的“臨界安全”轉(zhuǎn)變?yōu)?013年的“較安全”。

從耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)看，1999—2013年大部分指標(biāo)發(fā)生水平等級(jí)跳躍，單位耕地農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力、災(zāi)害指數(shù)、農(nóng)民人均純收入、有效灌溉面積比、水土流失治理率、耕地糧食單產(chǎn)等指標(biāo)出現(xiàn)不同水平等級(jí)的上升趨勢(shì)，說(shuō)明以上評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)四川省耕地生態(tài)安全水平的提升有重要的貢獻(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)：1999年以來(lái)四川省經(jīng)濟(jì)社會(huì)不斷發(fā)展，農(nóng)民收入水平持續(xù)提升，耕地生態(tài)保護(hù)意識(shí)逐步強(qiáng)化；持續(xù)開(kāi)展農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，深入推進(jìn)農(nóng)村土地整治，加大中低產(chǎn)田改造力度，有效改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件；逐步增加農(nóng)業(yè)科技投入，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣普及，積極開(kāi)展農(nóng)民科技培訓(xùn)，有效提升耕地糧食單產(chǎn)水平；大力開(kāi)展生態(tài)文明建設(shè)，加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)的力度，有效加強(qiáng)水土流失治理，水土流失治理率不斷增加，促進(jìn)了耕地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況改善。

但2013年四川省耕地生態(tài)安全水平不高，有待于進(jìn)一步改善四川省耕地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況；從評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)看，四川省耕地生態(tài)安全水平提升的障礙因素主要包括單位耕地化肥負(fù)荷、人均耕地面積、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷、土地墾殖率、水土流失程度等。研究發(fā)現(xiàn)，雖然四川省持續(xù)開(kāi)展水土流失綜合治理，但由于易水土流失區(qū)域較大，且存在反復(fù)的現(xiàn)象，目前四川省水土流失比例仍然較高，還需大力推進(jìn)水土流失治理，有效保護(hù)土地資源。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，四川省國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值持續(xù)增長(zhǎng)，但這種高速增長(zhǎng)是以資源高消耗為代價(jià)的，建設(shè)用地面積不斷增加，耕地面積不斷減少，土地集約利用水平不高。與此同時(shí)，單位面積耕地農(nóng)藥施用量、單位面積耕地化肥施用量不斷增加。

3.2分類指標(biāo)對(duì)比

四川省1999—2013年壓力指數(shù)總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，從1999年的0.574 2下降到2013年的0.525 3，表明四川省耕地生態(tài)系統(tǒng)壓力現(xiàn)狀有所惡化(負(fù)向指標(biāo)，數(shù)值越小，生態(tài)壓力相對(duì)越大)[2]，人類對(duì)耕地生態(tài)系統(tǒng)的干擾有所強(qiáng)化。根據(jù)曲線的形狀可以將壓力指數(shù)的變化分為5個(gè)階段：第1階段是1999—2001年壓力指數(shù)處于上升趨勢(shì)，年均增長(zhǎng)率為1.204 9%；第2階段是2001—2009年壓力指數(shù)處于下降趨勢(shì)，年均遞減率為1.492 5%；第3階段是2009—2010年壓力指數(shù)處于上升趨勢(shì)，年均增長(zhǎng)率為1.522 5%；第4階段是2010—2011年壓力指數(shù)處于下降趨勢(shì)，年均遞減率為2.242 5%；第5階段是2011—2013年壓力指數(shù)處于上升趨勢(shì)，年均增長(zhǎng)率為1.114 3%。由此可見(jiàn)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，耕地生態(tài)系統(tǒng)的壓力不斷增加，但近年來(lái)壓力有所緩解。狀態(tài)指數(shù)呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，2013年?duì)顟B(tài)指數(shù)是1999年的0.933 0倍，年均遞減率為0.478 4%。響應(yīng)指數(shù)逐年增大，發(fā)展水平迅速提高，2013年響應(yīng)指數(shù)是1999年的2.917 8倍，年均增長(zhǎng)率達(dá)到13.698 5%，增長(zhǎng)幅度較大。

3.3模型預(yù)測(cè)結(jié)果

以圖1中1999—2013年四川省耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)作為原始數(shù)據(jù)，構(gòu)成數(shù)列x(0)，對(duì)原始數(shù)列作一次累加生成處理，得到一個(gè)新的數(shù)列x(1)，構(gòu)造矩陣B，YN：

圖2　四川省耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)

GM(1,1)模型是基于灰色累加生成序列的方法上建立的，在預(yù)測(cè)結(jié)果上表現(xiàn)出較強(qiáng)的規(guī)律性，適合于短期內(nèi)系統(tǒng)變動(dòng)趨勢(shì)關(guān)聯(lián)度預(yù)測(cè)[14,22]。由圖2可見(jiàn)，1999—2013年四川省耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)曲線與GM(1,1)模型預(yù)測(cè)綜合指數(shù)曲線基本吻合，2014—2018年四川省耕地生態(tài)安全水平呈現(xiàn)穩(wěn)步上升趨勢(shì)，年均增長(zhǎng)率為1.595 2%。

4結(jié)論與討論

(1) 四川省1999—2013年耕地生態(tài)安全水平不斷提高，耕地生態(tài)安全等級(jí)經(jīng)歷了“臨界安全—較安全”的演變歷程，但2013年“較安全”水平不高；壓力指數(shù)總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，狀態(tài)指數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢(shì)，響應(yīng)指數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；單位耕地化肥負(fù)荷、人均耕地面積、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷、土地墾殖率、水土流失程度等是制約耕地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況改善的關(guān)鍵因素；從耕地生態(tài)安全水平預(yù)測(cè)結(jié)果來(lái)看，今后幾年四川省耕地生態(tài)安全水平保持持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

(2) 根據(jù)耕地生態(tài)安全的診斷結(jié)果，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，加強(qiáng)土地資源利用管控，降低經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)土地資源的過(guò)度消耗；大力發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)、低碳農(nóng)業(yè)，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，合理施用農(nóng)藥、化肥，降低單位耕地化肥負(fù)荷、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷；積極開(kāi)展農(nóng)村土地整治，加強(qiáng)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)，增加有效耕地面積，提高人均耕地面積、土地墾殖率；大力開(kāi)展生態(tài)文明建設(shè)，持續(xù)增加環(huán)境保護(hù)投入，加大環(huán)境治理力度，提高水土流失治理率，降低水土流失程度，持續(xù)提升耕地生態(tài)安全等級(jí)。

(3) 實(shí)證研究表明，PSR模型以因果關(guān)系為基礎(chǔ)，綜合考慮人類活動(dòng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境的相互關(guān)系，能更準(zhǔn)確地體現(xiàn)耕地生態(tài)系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)與管理決策的相互依存、相互制約的關(guān)系；基于PSR模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)耕地生態(tài)安全的診斷。

(4) 傳統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)中，缺少對(duì)耕地生態(tài)安全動(dòng)態(tài)發(fā)展的研究，而運(yùn)用基于灰色預(yù)測(cè)模型和改進(jìn)熵值法的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型對(duì)耕地生態(tài)安全水平進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，可以得到更客觀、更全面的分析結(jié)果；熵值法與灰色預(yù)測(cè)模型適用于耕地生態(tài)安全的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。

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收稿日期：2015-10-30修回日期：2015-12-20

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2016)03-0284-06

中圖分類號(hào)：F301

Diagnosis on Ecological Security of Cultivated Land Based on Entropy Method and Grey Prediction Model

ZHENG Huawei1,2, XIA Menglei1, ZHANG Rui2, LIU Youzhao2

(1.CollegeofRuralDevelopment,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing,Jiangsu210095,China;2.CollegeofPublicAdministration,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing,Jiangsu210095,China)

Abstract：[Objective] To compensate for the defects in the evaluation index system and the used methods in the diagnosis on the cultivated land ecological security in order to analyze the ecological security level of cultivated land. [Methods] On the basis of defining the cultivated land ecological security, the evaluation index system for cultivated land ecological security was developed using the PSR(pressure-state-response) model, and then an empirical analysis was conducted in Sichuan Province by entropy method and grey prediction model. [Results] The ecological security of cultivated land in Sichuan Province was gradually improved from critically safe to safer level from 1999 to 2013, but the level of “safer” was not high in 2013. The pressure index and status index generally showed a downward trend, while the response indexes showed a upward trend. Crucial constraints on the improvement of cultivated land ecological security include fertilizer load per unit of cultivated land, cultivated land per capita, pesticides load per unit of cultivated land, land reclamation rate and soil erosion. The ecological security level of cultivated land in Sichuan Province would show a steady upward trend from 2014 to 2018. [Conclusion] These methods are suitable in the evaluation of cultivated land ecological security because the evaluation index system based on the PSR model can accurately reflect the relationship among various elements of the cultivated land ecological security, while the entropy method and grey prediction model can detect the problems in the cultivated land ecological security.

Keywords:ecological security of cultivated land; grey prediction model; entropy method; PSR model; Sichuan Province

資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“農(nóng)村土地整治生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管控研究”(71403130); 江蘇省國(guó)土資源科技項(xiàng)目(201320); 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)人文社會(huì)科學(xué)研究基金面上項(xiàng)目(SK2014008); 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)人文社會(huì)科學(xué)重大招標(biāo)項(xiàng)目(SKZD201302)

第一作者：鄭華偉(1985—),男(漢族),江蘇省漣水縣人,博士,講師,主要從事土地利用與鄉(xiāng)村發(fā)展教學(xué)和研究。 E-mail:huaweizheng2008@163.com。