王連超， 趙鵬飛

(河南理工大學(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院，河南焦作 454000)

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2001～2013年河南省耕地生態(tài)安全評價(jià)及障礙因子分析

王連超， 趙鵬飛*

(河南理工大學(xué)測繪與國土信息工程學(xué)院，河南焦作 454000)

耕地生態(tài)安全評價(jià)是改善耕地生態(tài)系統(tǒng)狀況，促進(jìn)耕地可持續(xù)利用和保障糧食安全的重要基礎(chǔ)?；贒PSIR模型，運(yùn)用層次分析法(AHP)和熵權(quán)法對河南省2001～2013年的耕地生態(tài)安全狀況進(jìn)行了評價(jià)，并對障礙因子進(jìn)行分析。結(jié)果表明：河南省耕地生態(tài)安全等級變化經(jīng)歷了“臨界安全—一般安全—臨界安全—比較安全”幾個(gè)階段。從整體水平來看，耕地生態(tài)安全等級明顯提升。但從局部來看，耕地生態(tài)安全等級一直處于波動變化之中，其中2003～2008年一直處于臨界安全等級，2010～2013處于比較安全等級，2002和2009年為耕地生態(tài)安全等級變化的兩個(gè)拐點(diǎn)。對耕地生態(tài)安全有顯著影響的障礙因子為人均GDP、人均耕地面積、地膜覆蓋比、第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重，權(quán)重的百分比分別為12.82%、10.34%、9.89%、6.99%，對耕地生態(tài)安全影響較大。為促進(jìn)河南省耕地生態(tài)安全等級進(jìn)一步提升，需要加強(qiáng)農(nóng)田的保護(hù)、減少耕地占用，提高農(nóng)民耕地生態(tài)意識、控制耕地生態(tài)系統(tǒng)污染，集約節(jié)約用地、促進(jìn)耕地合理流轉(zhuǎn)。

耕地生態(tài)安全；DPSIR模型；AHP；熵權(quán)法；河南省

耕地是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，是土地資源的精華。耕地生態(tài)安全對于保障國家糧食安全、社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。近年來，區(qū)域人口快速增加，同時(shí)伴隨著國家城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進(jìn)，導(dǎo)致耕地后備資源嚴(yán)重不足，人地矛盾異常突出[1-3]。同時(shí)化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜的大量投入使用，造成耕地土壤污染、生態(tài)環(huán)境惡化，使耕地生態(tài)安全面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。河南省是農(nóng)業(yè)大省、國家糧食主產(chǎn)區(qū)之一，糧食產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的1/10，耕地資源的生態(tài)安全狀況直接關(guān)系到國家糧食安全保障以及社會穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。因此，對2001～2013年河南省耕地生態(tài)安全狀況進(jìn)行評價(jià)與障礙因子分析有重要意義。徐輝等[4]以黑龍江省寧安市為例研究了耕地生態(tài)安全評價(jià)；魯?shù)系萚5]通過主成分分析法和專家經(jīng)驗(yàn)法從系統(tǒng)壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)方面研究了河南省2008年的區(qū)域生態(tài)安全評價(jià)和時(shí)空差異；劉蕾等[6]基于PSR模型對河南省2009年土地生態(tài)安全做了物元評價(jià)。這些研究多基于某個(gè)特定年份或某個(gè)研究階段，未從時(shí)間序列上對河南省耕地生態(tài)安全進(jìn)行評價(jià)分析。該研究根據(jù)2001～2013年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對河南省耕地生態(tài)安全進(jìn)行評價(jià)與障礙因子分析，以期為進(jìn)一步改善河南省耕地生態(tài)安全狀況提供參考。

1　研究方法及數(shù)據(jù)來源

1.1研究方法利用DPSIR模型構(gòu)建起包括17個(gè)評價(jià)指標(biāo)在內(nèi)的河南省耕地生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系，采用AHP法與熵值法(即主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法)相結(jié)合的研究方法來確定評價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重，利用綜合指數(shù)法求出河南省2001～2013年的耕地生態(tài)安全綜合評價(jià)指數(shù)，然后對2001～2013年河南省耕地生態(tài)安全狀況進(jìn)行分等定級。

1.2數(shù)據(jù)來源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)主要來源于2001～2013年《河南統(tǒng)計(jì)年鑒》《河南農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》及河南省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)。

2　結(jié)果與分析

2.1耕地生態(tài)安全評價(jià)

2.1.1DPSIR模型及評價(jià)指標(biāo)體系。

2.1.1.1DPSIR模型。DPSIR模型是在國際經(jīng)合組織提出的PSR模型的基礎(chǔ)上增加“影響”與“驅(qū)動力”兩個(gè)指標(biāo)形成的一個(gè)更為完善的評價(jià)指標(biāo)體系[7],該模型已成為眾多國家學(xué)者研究區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的研究框架[8-10]。DPSIR模型中“D”表示驅(qū)動力，指造成生態(tài)環(huán)境變化的潛在原因；“P”表示壓力，指人類活動對生態(tài)環(huán)境的直接影響；“S”表示狀態(tài)，指生態(tài)環(huán)境在人類活動壓力下所表現(xiàn)出的狀態(tài)；“I”表示影響，指在人類活動壓力下生態(tài)環(huán)境狀態(tài)反過來對人類和社會經(jīng)濟(jì)的影響；“R”表示響應(yīng)，指人類為緩解生態(tài)環(huán)境惡化而采取的有效措施。

2.1.1.2建立評價(jià)指標(biāo)體系。依據(jù)科學(xué)性、客觀性、綜合性、可操作性與可度量性等原則，結(jié)合研究區(qū)域的實(shí)際情況，最終構(gòu)建起了包含目標(biāo)層、因素層、準(zhǔn)則層共3個(gè)層次、17個(gè)指標(biāo)在內(nèi)的河南省耕地生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系(表1)。其中，目標(biāo)層(O)表示耕地生態(tài)安全評價(jià)綜合指數(shù)，為第一層；因素層(B)包括驅(qū)動力(D)、壓力(P)、狀態(tài)(S)、影響(I)與響應(yīng)(R)，為第二層；因子層(C)表示每一個(gè)評價(jià)指標(biāo)的具體表達(dá)，為第三層。

表1　DPSIR框架下的河南省耕地生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)體系

2.1.2數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。在耕地生態(tài)安全評價(jià)過程中，由于數(shù)據(jù)來源不同，各評價(jià)指標(biāo)單位不統(tǒng)一，不具可比性，故要對評價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。在河南省耕地生態(tài)安全評價(jià)中評價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法進(jìn)行處理。其處理過程如下：

(1)

(2)

式中，Cij為i年第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;Xij為第i年第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)值；maxij為第i年第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的最大數(shù)值；minij為第i年第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的最小數(shù)值。

2.1.3評價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重的確定。

2.1.3.1一致性檢驗(yàn)。采用AHP法計(jì)算權(quán)重時(shí)，需要進(jìn)行層次單排序一致性檢驗(yàn)和層次總排序一致性檢驗(yàn)。層次單排序的一致性檢驗(yàn)結(jié)果見表2。檢驗(yàn)結(jié)果通過一致性檢驗(yàn)。通過計(jì)算，層次總排序一致性檢驗(yàn)的結(jié)果CR=0.024 9<0.1，檢驗(yàn)結(jié)果具有滿意一致性，通過一致性檢驗(yàn)。

2.1.3.2指標(biāo)綜合權(quán)重的確定。評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定，采用AHP法與熵值法相結(jié)合的方法。組合權(quán)重系數(shù)：Wj=(Wj1，Wj2,…,Wj17)T,Wj=θ1w1+θ2w2。式中，θ1、θ2為主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法的線性表出系數(shù)，滿足單位化約束條件：θ1+θ2=1，θ1>0,θ2>0。根據(jù)主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法的評價(jià)指標(biāo)計(jì)算結(jié)果，結(jié)合相關(guān)研究成果[11-12]。得出θ1、θ2分別為0.35、0.65，最后計(jì)算求得評價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重，其結(jié)果見表3。

表2　層次單排序一致性檢驗(yàn)結(jié)果

2.1.4綜合指數(shù)計(jì)算與評價(jià)結(jié)果分級。采用綜合指數(shù)法對河南省耕地生態(tài)安全進(jìn)行評價(jià)，其綜合安全指數(shù)的計(jì)算采用各評價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值加權(quán)求和求得，公式為：

(3)

式中，Ci表示第i個(gè)評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值;Wi表示第i個(gè)評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重;n表示評價(jià)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。依據(jù)上述計(jì)算模型求得的河南省耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)見表4。在參照相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[13-14]，結(jié)合實(shí)際情況，將河南省的耕地生態(tài)安全狀況進(jìn)行分級，結(jié)果列入表4最后一列。

表3河南省耕地生態(tài)安全評價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重值

Table3IntegratedweightofecologicalsecurityevaluationofcultivatedlandinHenanProvince

指標(biāo)代碼Indicatorcode權(quán)重(AHP)Weight(AHP)權(quán)重(熵權(quán)法)Weight(entropymethod)綜合權(quán)重IntegratedweightC10.09920.04750.0656C20.23320.07170.1282C30.05480.07800.0699C40.02180.14740.1034C50.05490.06090.0588C60.04000.04750.0449C70.14210.07570.0989C80.05060.04840.0492C90.01520.08000.0573C100.06050.06610.0641C110.03110.04250.0385C120.02160.02590.0244C130.06480.02450.0386C140.00770.02610.0197C150.01810.01970.0191C160.05730.08590.0759C170.02680.05190.0431

2.2結(jié)果與分析

2.2.1耕地生態(tài)安全整體概況。根據(jù)表4結(jié)果，得到2000～2014年河南省耕地生態(tài)安全指數(shù)變化曲線。從整體水平來看，河南省耕地生態(tài)安全呈上升趨勢(圖1)，綜合指數(shù)由2001的0.419 0上升為2013年的0.605 7，升幅為44.59%，由臨界安全轉(zhuǎn)為比較安全，安全等級明顯提升。這與2003年以后國家實(shí)行嚴(yán)格的耕地保護(hù)政策和積極的土地開發(fā)整理政策有關(guān)。在此13年間河南省耕地生態(tài)安全級等級變化經(jīng)歷了“臨界安全—一般安全—臨界安全—比較安全”幾個(gè)階段。大致可以劃分為3個(gè)階段：第一階段為臨界—一般安全階段(2001～2002年)，相比于2001年，2002年的生態(tài)安全綜合指數(shù)明顯提升，由0.419 0上升為0.519 8，耕地生態(tài)安全等級由臨界安全轉(zhuǎn)為一般安全。第二階段為臨界安全階段(2003～2008年)，生態(tài)安全綜合指數(shù)先由2003年的0.362 1上升為2004年的0.398 6；2004～2007年，生態(tài)安全綜合指數(shù)一直處于小幅下降狀態(tài)，相比于2007年，2008年的生態(tài)安全綜合指數(shù)有小幅提升，此時(shí)間段內(nèi)，呈現(xiàn)出上升—下降—上升的波動變化狀態(tài)，耕地生態(tài)安全等級一直處于臨界安全。第三階段為比較安全階段(2009～2013年)，生態(tài)安全綜合指數(shù)也呈現(xiàn)出波動變化，先由2009年0.580 4下降為2010年的0.552 0，2012年又逐步上升為0.608 2，2013年的生態(tài)安全綜合指數(shù)相較于2012年出現(xiàn)了微幅下降，降為0.605 7，此時(shí)間段內(nèi)，耕地生態(tài)安全等級一直處于比較安全。2002、2009年為河南省耕地生態(tài)安全等級變化較為明顯的兩個(gè)拐點(diǎn)，綜合指數(shù)分別為0.519 8、0.580 4，安全等級為一般安全和比較生態(tài)安全安全。2001～2009年的綜合指數(shù)曲線變化與壓力指數(shù)曲線變化基本一致，說明在該評價(jià)指標(biāo)體系框架內(nèi)，壓力指數(shù)的變化對河南省耕地生態(tài)安全產(chǎn)生了重要影響；2010～2013年的綜合指數(shù)曲線變化與響應(yīng)指數(shù)曲線變化基本一致，說明響應(yīng)子系統(tǒng)對河南省耕地生態(tài)安全提升有重要的促進(jìn)作用。

表4　河南省耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)

圖1　2000～2014年河南省耕地生態(tài)安全指數(shù)變化曲線Fig. 1　Index curve for ecological security of cultivated land in Henan Province (2000-2014)

2.2.2障礙因子分析。關(guān)于17個(gè)評價(jià)指標(biāo)的合理性已通過一致性檢驗(yàn)，其結(jié)果合理。由表3可知，權(quán)重值較大的幾個(gè)評價(jià)指標(biāo)分別為人均GDP、人均耕地面積、地膜覆蓋面積比、第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重，權(quán)重的百分比分別為12.82%、10.34%、9.89%、6.99%，4項(xiàng)總和的百分比為40.04%。說明這幾項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)在耕地生態(tài)安全中的地位較為重要，對耕地生態(tài)安全的影響相對較大；而權(quán)重值比重較小的幾個(gè)評價(jià)指標(biāo)分別為水土流失治理面積、工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率、人均糧食占有量、單位農(nóng)業(yè)耕地機(jī)械化水平，權(quán)重的百分比分別為1.91%、1.97%、2.44%、3.85%，4項(xiàng)總和的百分比為10.17%，說明其在耕地中的地位相對較輕，對耕地生態(tài)安全的影響相對較弱。單位耕地化肥負(fù)荷、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷的權(quán)重百分比分別為5.88%、4.49%，總和為10.37%，對耕地生態(tài)安全的影響相對較大，今后如果能夠增加人均GDP、人均糧食占有量、擴(kuò)大人均耕地面積、減少地膜覆蓋面積比、單位耕地化肥負(fù)荷、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷，將會對河南省耕地生態(tài)安全狀況朝良性發(fā)展起到積極的推動作用，使其生態(tài)安全狀況進(jìn)一步得到改善。

3　結(jié)論與建議

3.1基本結(jié)論

(1)從整體水平來看，河南省耕地生態(tài)安全等級明顯提升。但從局部來看，安全等級處于變化之中，2002～2008年綜合指數(shù)在0.362 1～0.393 9之間微幅波動，一直處于臨界安全階段；2010～2013年綜合指數(shù)由0.552 0上升為0.605 7，處于比較安全階段。2002和2009年為河南省耕地生態(tài)安全等級變化較為明顯的2個(gè)拐點(diǎn)，綜合指數(shù)分別為0.519 8和0.580 4，安全等級為一般安全和比較安全。

(2)人均GDP、人均耕地面積、地膜覆蓋面積比、第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重四項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重百分比為12.82%、10.34%、9.89%、6.99%，四項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重百分比之和為40.04%，對河南省耕地生態(tài)安全影響十分顯著。

3.2對策建議評價(jià)分析結(jié)果表明，2001～2013年間的河南省耕地生態(tài)安全受單項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)人均GDP、人均耕地面積、地膜覆蓋面積比、第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重、單位耕地化肥負(fù)荷、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷的影響比重較大，故應(yīng)從以下3個(gè)方面來進(jìn)一步改善河南省的耕地生態(tài)安全狀況。

3.2.1加強(qiáng)農(nóng)田保護(hù)，減少耕地占用，借以提高人均耕地面積。由于城市規(guī)?？焖贁U(kuò)張，城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷推進(jìn)，建設(shè)用地需求量越來越大，結(jié)果導(dǎo)致耕地日益減少，所以應(yīng)該按照“占多少、補(bǔ)多少，并且保證質(zhì)量”的原則，落實(shí)耕地占補(bǔ)平衡制度，這樣就為耕地總量的動態(tài)平衡奠定了基礎(chǔ)，并且應(yīng)在保護(hù)環(huán)境的前提下，把土地復(fù)墾和土地整理逐步變?yōu)檠a(bǔ)充耕地的主要途徑，用以緩解后備土地資源不足和用地需求增加之間的矛盾。

3.2.2提高農(nóng)民土地生態(tài)意識，控制耕地生態(tài)系統(tǒng)污染。由于人們環(huán)保意識淡薄，化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜大量投入使用，造成了耕地生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重污染，使得耕地生態(tài)承載力顯著降低。為進(jìn)一步促進(jìn)耕地生態(tài)安全狀況好轉(zhuǎn)，應(yīng)減少化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜的使用，鼓勵(lì)人們多用有機(jī)肥料，以改良耕地土壤結(jié)構(gòu)，提高耕地生態(tài)承載力。

3.2.3節(jié)約集約用地，促進(jìn)耕地合理流轉(zhuǎn)。由于耕地總量有限，城鎮(zhèn)化建設(shè)不斷推進(jìn)、城市快速擴(kuò)張，用地需求越來越大，在提倡節(jié)約集約用地，減少耕地占用，提高每宗建設(shè)用地投入產(chǎn)出強(qiáng)度的同時(shí)，也應(yīng)促進(jìn)耕地合理流轉(zhuǎn)，以提高耕地有效利用率。

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DPSIR-based Evaluation on Ecological Security of Cultivated Land in Henan Province

WANG Lian-chao, ZHAO Peng-fei*

(School of Survey and Land Information Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000)

The evaluation on ecological security of cultivated land is to improve the condition of ecosystem, and it is an essential basis for promoting the sustainable use of cultivated land and guaranteeing food security. Based on the DPSIR model, ecological security of cultivated land from 2001 to 2013 was evaluated by combining the Analytic Hierarchy Process (AHP) amd Entropy method. The evaluation results indicate that the variation in ecological security grade levels of cultivated land has experienced several stages in Henan Province, from “Critical Security”, “General Security”, “Critical Security” to “Security”. Judging from the overall level, the security level had improved significantly. However, from the local perspective, the ecological security of cultivated land has suffered slight fluctuation, and it has been in safety critical stage from 2003 to 2008, from 2010 to 2013 in a relatively safe stage, the years of 2002 and 2009 were two inflection points where the level of the ecological security of cultivated land in Henan Province changed obviously. There were several obstacle factors which exert significant influence on the ecological security of cultivated land in Henan Province, including the per capita GDP of impediments, the per capita arable land, mulching ratio of the first industries in GDP, and the percentage weights were 12.82%, 10.34%, 9.89%, and 6.99%, so they had a greater impact on ecological security of cultivated land. Therefore, in order to promote the ecological security level of cultivated land in Henan Province, it is necessary to strengthen farmland protection, reduce cultivated land occupation, strengthen their ecological awareness of cultivated land, control the pollution of cultivated land ecosystem, save land use and promote reasonable circulation of cultivated land.

Ecological security of cultivated land; DPSIR model; AHP; Entropy method; Henan Province

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41371105)。

王連超(1990- )，男，河南封丘人，碩士研究生，研究方向：地理空間信息處理與應(yīng)用。*通訊作者，碩士研究生，研究方向：微波遙感與理論應(yīng)用。

2016-05-27

F 301

A

0517-6611(2016)21-192-04