曹 瑀, 王燕輝, 張立強(qiáng), 王曉晴, 康 薇, 張俊梅

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 河北 保定 071000; 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源學(xué)院, 河北 保定 071000)

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基于PSR模型的耕地生態(tài)安全時(shí)空分異特征研究
——以河北省滄州市為例

曹 瑀1, 王燕輝1, 張立強(qiáng)2, 王曉晴1, 康 薇1, 張俊梅2

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 河北 保定 071000; 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 國(guó)土資源學(xué)院, 河北 保定 071000)

耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)是促進(jìn)耕地可持續(xù)利用的基礎(chǔ)。以河北省滄州市為例，基于PSR模型構(gòu)建區(qū)域耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型，對(duì)滄州市2002—2011年的耕地生態(tài)安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)其時(shí)空分異特征進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：(1) 從耕地生態(tài)安全分區(qū)結(jié)果來看，滄州市北部地區(qū)和南部吳橋的耕地生態(tài)安全處于較安全狀態(tài)，其余地區(qū)生態(tài)狀況不容樂觀;(2) 2002—2011年，滄州市耕地生態(tài)安全水平總體上呈現(xiàn)出先上升后下降趨勢(shì)，同時(shí)具有明顯的地域分異性，耕地生態(tài)較安全地區(qū)大多集中在滄州北部地區(qū);(3) 2002—2011年，滄州市中部、西部、東部地區(qū)的耕地生態(tài)安全水平一直處于較低水平。研究結(jié)果可為區(qū)域耕地生態(tài)安全時(shí)空分異研究提供參考借鑒。

評(píng)價(jià)模型; 時(shí)空; 耕地; 生態(tài)安全; 滄州市

我國(guó)的糧食安全和可持續(xù)發(fā)展與耕地的生態(tài)狀況有著密切的聯(lián)系。近年來，我國(guó)的大量耕地被占用，優(yōu)質(zhì)的耕地正在減少，隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，人們對(duì)物質(zhì)的需求量增大，化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜等物質(zhì)要素施用量過多使農(nóng)業(yè)的面源污染加重，對(duì)農(nóng)業(yè)污染造成嚴(yán)重的后果[1-2]，保護(hù)我國(guó)耕地的現(xiàn)狀首要面臨的挑戰(zhàn)就是控制污染面源?，F(xiàn)今耕地生態(tài)安全問題日益凸顯，嚴(yán)重威脅著區(qū)域耕地生態(tài)安全及可持續(xù)利用，所以如何提高我國(guó)耕地的質(zhì)量，保持我國(guó)耕地的可持續(xù)性，加強(qiáng)我國(guó)耕地的生態(tài)安全是我國(guó)迫切需要解決的。故針對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)分區(qū)時(shí)序的研究就顯得尤為迫切和重要。

目前，國(guó)內(nèi)有關(guān)耕地生態(tài)安全方面的研究已經(jīng)相繼展開，學(xué)者們從各個(gè)方面對(duì)耕地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，有關(guān)耕地生態(tài)方面的問題將會(huì)越來越引起我國(guó)的重視。楊秋等[3]構(gòu)建的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系用以研究甘肅省1991—2010年耕地生態(tài)安全變化和空間差異。張揚(yáng)等[4]建立了正態(tài)云模型，對(duì)湖北省2000—2010年土地生態(tài)安全時(shí)序進(jìn)行了研究。王耕等對(duì)生態(tài)安全演變問題進(jìn)行了總結(jié)分析，并提出了進(jìn)一步解決生態(tài)安全問題的方法[5]。在廣州市耕地生態(tài)安全日益下降的情況下，謝戈力[6]利用生態(tài)足跡方法對(duì)廣州市2001—2007年的耕地生態(tài)安全狀況進(jìn)行了分析研究；張祥義等[7]綜合自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)因素三方面來選取生態(tài)安全指標(biāo)，構(gòu)建生態(tài)安全指標(biāo)體系并結(jié)合熵權(quán)物元模型對(duì)肥鄉(xiāng)縣2001—2010年近十年間的耕地生態(tài)狀況和生態(tài)安全進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析。張銳等[8]將熵權(quán)可拓物元模型運(yùn)用到耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)中，并運(yùn)用該方法對(duì)四川省2000—2008年耕地生態(tài)安全狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)；郜紅娟等[9]在評(píng)價(jià)耕地生態(tài)安全時(shí)采用能值分析方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，對(duì)2000—2010年貴州省近十年耕地生態(tài)所存在的問題和安全狀況進(jìn)行了研究；我國(guó)對(duì)于評(píng)價(jià)耕地資源安全方面的研究目前還處于剛開始的階段，對(duì)于耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)存在多方面的問題。分析已有研究可知，目前針對(duì)耕地生態(tài)安全的研究大多是從分區(qū)和時(shí)間序列尺度進(jìn)行評(píng)價(jià)，而針對(duì)某一區(qū)域時(shí)空變化的分析研究較少，且目前的評(píng)價(jià)指標(biāo)選取和評(píng)價(jià)方法尚不成熟，尚未形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)方法體系。

當(dāng)前國(guó)際上對(duì)生態(tài)安全問題越來越重視。耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的模型和方法多種多樣，壓力—狀態(tài)—響應(yīng)的PSR模型概念是由經(jīng)濟(jì)合作發(fā)展組織，聯(lián)合國(guó)環(huán)境組織，在20世紀(jì)80年代提出來的[10]，PSR模型與其他生態(tài)模型相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，它的綜合性和靈活性更加突出，所以它很快成為我國(guó)在生態(tài)安全領(lǐng)域中最常用的模型，并且該模型還可以為我國(guó)土地的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)[11-12]。鑒于此，本文基于PSR模型，從壓力—狀態(tài)—響應(yīng)這幾方面對(duì)耕地生態(tài)安全展開評(píng)價(jià)并且選取15個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；本文為克服主觀權(quán)重賦值法的隨意性，采用熵權(quán)法[13]計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，主要依據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)值所構(gòu)成矩陣來確定的，這樣計(jì)算的權(quán)重值能避免人為的干擾，來保證其客觀性，使評(píng)價(jià)結(jié)果更符合實(shí)際[14-15]。同時(shí)結(jié)合滄州市各縣市2002—2011年的數(shù)據(jù)進(jìn)行耕地生態(tài)安全時(shí)空變化規(guī)律的分析研究，以期為區(qū)域耕地生態(tài)安全研究提供參考借鑒。

1 研究區(qū)概況

滄州市位于平原東部，地勢(shì)平坦，屬典型的暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，平均氣溫12.5℃，年平均降雨量581 mm，無(wú)霜期181 d。季節(jié)分布明顯，而且晝夜氣溫差別較為明顯。隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展和工業(yè)化水平的提高，農(nóng)用土地逐漸向非農(nóng)業(yè)化轉(zhuǎn)化，人地矛盾問題日益尖銳。對(duì)滄州市進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià)分區(qū)和時(shí)序研究，使我們充分認(rèn)識(shí)到關(guān)于滄州市不同區(qū)域的耕地生態(tài)狀況。保持耕地的生態(tài)安全，協(xié)調(diào)好人與耕地之間的關(guān)系，對(duì)于保障區(qū)域耕地資源可持續(xù)利用具有重要的意義。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文以滄州市14個(gè)縣市為研究區(qū)域，選取2002年為基期年，2011年為終期年，2007年為中間節(jié)點(diǎn)年，結(jié)合GIS技術(shù)，對(duì)其2002—2011年近十年的耕地生態(tài)安全水平和時(shí)空變化規(guī)律進(jìn)行研究。原始數(shù)據(jù)主要來源于2003—2012年《滄州市社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》、2003—2012年《河北省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》以及滄州市國(guó)土部門的相關(guān)材料等數(shù)據(jù)和土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)等相關(guān)資料。

2.2 評(píng)價(jià)方法

2.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建 耕地生態(tài)安全研究當(dāng)中生態(tài)的安全評(píng)價(jià)是其非常重要的研究?jī)?nèi)容，其指標(biāo)的選取不僅要注意生態(tài)安全的潛在影響，還要考慮關(guān)于生態(tài)的現(xiàn)狀問題[16]。本文基于PSR模型，同時(shí)參考前人研究的成果并結(jié)合滄州市區(qū)域?qū)嶋H情況，選取指標(biāo)遵循完整性、科學(xué)性和可操作性等原則，充分考慮指標(biāo)間的相互影響，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建一套評(píng)價(jià)土地生態(tài)安全的指標(biāo)體系。造成耕地生態(tài)安全惡化和耕地退化的原因即為“壓力”；耕地生態(tài)安全在壓力下所做出的反應(yīng)即為“狀態(tài)”；人們?cè)诟貕毫蜖顟B(tài)下人們對(duì)生態(tài)狀況不好的地區(qū)做出應(yīng)對(duì)措施以促進(jìn)土地的可持續(xù)利用為“響應(yīng)”。

2.2.2 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理 由于評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值不同而且所屬不同的量綱，所以評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值不能比較分析。為了使指標(biāo)的數(shù)據(jù)具有可比性、分析性，各項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化采用極差標(biāo)準(zhǔn)化法，這樣做的原因是為了統(tǒng)一指標(biāo)量綱，還可以縮小指標(biāo)之間數(shù)量級(jí)的差異，使各項(xiàng)指標(biāo)之間具有可比性和分析性，具體做法主要分為兩種：一種為正向指標(biāo)，該類指標(biāo)的數(shù)值越大表明耕地生態(tài)越安全；另一種為負(fù)向指標(biāo)，對(duì)于這類負(fù)向指標(biāo)其數(shù)值越大表明該地區(qū)的耕地生態(tài)狀況越不穩(wěn)定，正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)采用不同的公式分別計(jì)算。具體計(jì)算公式如下：由滄州市n項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)和m個(gè)縣構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣為X=(xij)m×n，(i和j的取值范圍i=1，2，…，m；j=1，2，…，n)，Xij表示在第i個(gè)地區(qū)在第j個(gè)指標(biāo)上的值。

對(duì)于正向指標(biāo)

(1)

對(duì)于負(fù)向指標(biāo)

(2)

通過對(duì)數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣為：

A=(rij)m×n。

2.2.3 指標(biāo)權(quán)重的確定 熵權(quán)法主要目的是算出綜合指標(biāo)，它是通過各個(gè)指標(biāo)所提供的信息來綜合考慮而計(jì)算的一種數(shù)學(xué)方法。通過計(jì)算客觀而準(zhǔn)確地反映各指標(biāo)的權(quán)重值，優(yōu)點(diǎn)為能克服人為主觀意識(shí)，客觀求出各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值[16]。首先對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后根據(jù)指標(biāo)數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)化后的結(jié)果計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的信息熵，計(jì)算公式如下：

(3)

(4)

(5)

式中：Aij為標(biāo)準(zhǔn)化矩陣表示在i項(xiàng)指標(biāo)，第j年標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，i的取值為1，…，m；j的取值為j，…，n；i，j分別表示評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)年份。Pi表示在i項(xiàng)指標(biāo)下j年在整個(gè)評(píng)價(jià)年份的比重，當(dāng)fij=0時(shí)fijlnfij=0。根據(jù)以上公式可以得到指標(biāo)的權(quán)重值。

表1 滄州市耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

(1) 耕地生態(tài)環(huán)境壓力。耕地生態(tài)環(huán)境壓力表示人類對(duì)耕地資源的利用，包括人類對(duì)化肥、農(nóng)藥等的利用，這些因素會(huì)對(duì)耕地資源產(chǎn)生較好或較壞的影響。共選取5個(gè)指標(biāo)對(duì)耕地生態(tài)環(huán)境壓力進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，主要有單位耕地化肥負(fù)荷、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷、城市化水平、單位面積耕地農(nóng)膜負(fù)荷和人口密度。其中化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜過度投入是造成農(nóng)業(yè)面源污染的主要原因，同時(shí)也是造成土壤和地下水等農(nóng)業(yè)污染的主要原因，這些污染會(huì)使耕地生態(tài)環(huán)境狀況越來越差，同時(shí)也給耕地生態(tài)環(huán)境造成了巨大的壓力。

(2) 耕地生態(tài)環(huán)境狀態(tài)。在耕地生態(tài)環(huán)境的壓力下，人類利用耕地強(qiáng)度增大或減少、效率高或低這些情況對(duì)耕地生態(tài)安全狀況產(chǎn)生的影響即為耕地生態(tài)環(huán)境狀態(tài)。耕地生態(tài)環(huán)境狀態(tài)選取人均耕地面積、土地墾殖率、耕地糧食單產(chǎn)、災(zāi)害指數(shù)和人均糧食占有量5個(gè)指標(biāo)，人均耕地面積指每個(gè)人所占有的耕地面積，一般用耕地的總面積除以總?cè)丝凇Ｍ恋貕ㄖ陈手傅氖峭恋乜偯娣e除以區(qū)域內(nèi)耕地資源，反映了區(qū)域水平和土地利用結(jié)構(gòu)，其安全性趨向值越大，反映出該區(qū)域的耕地生態(tài)環(huán)境越安全。耕地糧食單產(chǎn)是單位耕地面積的糧食產(chǎn)量，一般用糧食總產(chǎn)量除以耕地總面積。災(zāi)害指數(shù)指該區(qū)域成災(zāi)面積所占播種的農(nóng)作物面積的比例，一般用該區(qū)域的成災(zāi)面積除以該區(qū)域播種的農(nóng)作物面積。糧食總產(chǎn)量除以總?cè)丝诩礊槿司Z食占有量。

(3) 耕地生態(tài)環(huán)境響應(yīng)。耕地生態(tài)安全在壓力、狀態(tài)下所作反應(yīng)即為耕地生態(tài)環(huán)境響應(yīng)。對(duì)于耕地生態(tài)環(huán)境響應(yīng)方面的因素主要選取農(nóng)民人均純收入、有效灌溉面積比、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重和人均GDP共5個(gè)指標(biāo)來評(píng)判耕地生態(tài)響應(yīng)分值，人均GDP一般用總產(chǎn)出(即GDP 總額)除以總?cè)丝?。農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平表征維護(hù)土地生態(tài)安全的科技水平。一般是將農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力除以耕地面積所得，其值與耕地利用的科技水平和效益相關(guān)，值越大越有利于土地生態(tài)安全的維護(hù)和土地生態(tài)系統(tǒng)的健康運(yùn)行。農(nóng)民人均純收入一般用總收入除以總?cè)丝?。有效灌溉面積比指有效灌溉面積所占的耕地總面積的比重。一般用有效灌溉面積除以耕地面積。第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重第一產(chǎn)業(yè)增加值除以地區(qū)總產(chǎn)值。

2.2.4 耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)計(jì)算 耕地生態(tài)安全指數(shù)是決定耕地的安全程度，其取值范圍為0～1，區(qū)域耕地生態(tài)安全與否，主要是采用綜合評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)法依據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)、權(quán)重、標(biāo)準(zhǔn)值來評(píng)價(jià)耕地是否是安全的。具體公式如下：

(6)

(7)

式中：Fm代表系統(tǒng)種各個(gè)指標(biāo)綜合生態(tài)安全指數(shù)；wj1為第j項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)權(quán)重；Xij為標(biāo)準(zhǔn)值；F為耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)；wj表示第j項(xiàng)指標(biāo)總權(quán)重；Wj1代表j項(xiàng)指標(biāo)的的權(quán)重值。F越趨于1，表示耕地生態(tài)安全越安全、程度越高，F(xiàn)越趨于0，表示土耕地生態(tài)安全不安全、程度越低。

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地生態(tài)安全分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

參考前人進(jìn)行研究的相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合滄州市實(shí)際情況，根據(jù)計(jì)算所得滄州市各個(gè)區(qū)域的綜合安全值，建立滄州市耕地生態(tài)安全綜合標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判表(表2)。

表2 滄州市耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)

3.2 耕地生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)滄州市耕地生態(tài)安全的評(píng)價(jià)，本文首先運(yùn)用PSR模型構(gòu)建生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，進(jìn)而通過各個(gè)指標(biāo)和PSR模型對(duì)區(qū)域進(jìn)行評(píng)價(jià)，采用具有客觀性的熵權(quán)法來確定指標(biāo)權(quán)重，綜合評(píng)價(jià)法來確定滄州市14個(gè)縣市的耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)分值，從而得出滄州市各個(gè)縣市的生態(tài)安全狀況。本文以2011年滄州市耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果為例，同時(shí)參考前人對(duì)耕地生態(tài)安全已有研究成果，設(shè)置滄州市耕地生態(tài)安全等級(jí)分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)該模型，可得到滄州市2011年耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)分區(qū)結(jié)果和2002—2011年滄州區(qū)域的時(shí)空分布狀況，見表3。

3.2.1 耕地壓力安全評(píng)價(jià) 從表3可以看出，耕地生態(tài)壓力分值較高的地區(qū)分別為青縣、海興縣、孟村回族自治縣和黃驊市，表現(xiàn)為單位耕地化肥、單位面積耕地農(nóng)膜、農(nóng)藥施用量較少。東光縣和肅寧縣的耕地生態(tài)安全狀況不太理想，主要表現(xiàn)在單位耕地面積農(nóng)藥、化肥施用量和耕地農(nóng)膜使用較多，由于這些因素的增多對(duì)耕地的生態(tài)安全狀況造成了一定的壓力，所以使得這些地區(qū)的生態(tài)狀況不太理想。

3.2.2 耕地狀態(tài)安全評(píng)價(jià) 通過表3可知，耕地生態(tài)狀態(tài)分值較高地區(qū)為東光縣、肅寧縣、吳橋縣，主要表現(xiàn)為人們對(duì)土地利用較高，開墾了許多耕地資源、對(duì)農(nóng)業(yè)的保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，使農(nóng)用地受災(zāi)面積減少；東光縣的耕地經(jīng)濟(jì)狀態(tài)較好，表現(xiàn)為土地墾殖率較高、人均耕地占有量較大、成災(zāi)面積較少；海興和鹽山的耕地狀態(tài)指數(shù)偏低，集中表現(xiàn)為這兩地區(qū)的耕地糧食單產(chǎn)、人均糧食占有量較少，即經(jīng)濟(jì)狀態(tài)較低。

表3 滄州市各縣生態(tài)安全壓力、狀態(tài)、響應(yīng)及綜合指數(shù)

3.2.3 耕地響應(yīng)安全評(píng)價(jià) 通過表3可知耕地生態(tài)響應(yīng)分值較高地區(qū)為青縣、肅寧縣、吳橋縣和任丘市，表現(xiàn)為農(nóng)民人均GDP、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、有效灌溉面積都較高。其中任丘市、肅寧縣灌溉面積比重較大，第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重較高，在綜合因素作用下，這幾個(gè)地區(qū)土地生態(tài)安全響應(yīng)狀態(tài)較好。

3.2.4 耕地綜合生態(tài)安全評(píng)價(jià)及等級(jí)分區(qū) 通過表3可知，滄州市14個(gè)區(qū)域耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)為0.447 3～0.697 2，按表2標(biāo)準(zhǔn)，即處于較不安全—臨界安全—較安全等級(jí)，因此滄州市總體的耕地生態(tài)安全水平不是很理想，生態(tài)狀況需要改善。2011年滄州市耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)分區(qū)結(jié)果見圖1。

圖1 滄州市2011年耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)分區(qū)結(jié)果

由圖1可以看出，青縣、吳橋、任丘、黃驊耕地生態(tài)安全狀況處于較安全狀態(tài)。其中，吳橋耕地狀態(tài)較高，主要表現(xiàn)在人均耕地面積、人均糧食占有量比較大。青縣、黃驊耕地狀況較好主要表現(xiàn)在壓力較小，人口密度較小，化肥、農(nóng)藥使用料較低。任丘響應(yīng)分值較高主要是由于人均收入較高、灌溉面積較多、機(jī)械化水平較高的緣故。

河間市、肅寧縣、獻(xiàn)縣、泊頭市、南皮縣、孟村回族

自治縣耕地生態(tài)安全狀態(tài)尚處于臨界安全狀態(tài)中，這些地區(qū)處于滄州市中部和西部地區(qū)，是滄州市的糧食主產(chǎn)區(qū)，因此對(duì)化肥和農(nóng)藥的使用量相對(duì)增加，人口密度較大導(dǎo)致耕地資源壓力大，這類地區(qū)屬耕地生態(tài)環(huán)境待改善區(qū)域。

滄縣、東光縣、鹽山縣和海興縣耕地生態(tài)安全狀況較差，處于較不安全狀態(tài)，此地區(qū)屬于耕地生態(tài)狀況較差地區(qū)。滄縣由于地處滄州市周邊，對(duì)農(nóng)產(chǎn)品需求量較大，單位耕地面積農(nóng)藥和化肥施用量較多；海興縣耕地響應(yīng)狀況比較小，表現(xiàn)為人均收入、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、有效灌溉面積、人均GDP較低，對(duì)農(nóng)用地造成了較大的環(huán)境壓力。這類地區(qū)屬耕地生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)治理區(qū)域。

3.3 耕地生態(tài)安全時(shí)間序列評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

同理，可以得到2002—2011年滄州市14個(gè)縣市耕地生態(tài)安全等級(jí)，耕地生態(tài)安全水平分級(jí)別統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4，時(shí)空變化結(jié)果見圖2。

表4 2002-2011年滄州市14個(gè)縣市耕地生態(tài)安全水平統(tǒng)計(jì)

圖2 滄州市2002-2011年區(qū)域耕地生態(tài)安全時(shí)序評(píng)價(jià)分區(qū)

3.3.1 滄州市耕地生態(tài)安全時(shí)空分異結(jié)果與分析

(1) 從2002—2011年滄州市耕地生態(tài)安全統(tǒng)計(jì)情況來看，滄州市2002年耕地生態(tài)安全情況中，較不安全占為35.71%，臨界安全僅占42.86%，生態(tài)較安全級(jí)別為21.43%，沒有縣市處于極不安全水平；2007年處于較安全級(jí)別的縣市占比為21.43%，臨界安全占比為71.43%，臨界安全占比上升了28.57%，處于較不安全級(jí)別的縣市占比下降到7.14%，沒有縣市處于極不安全水平；2011年處于較安全級(jí)別的縣市占比為28.57%，臨界安全占比為42.86%，較不安全占比為28.57%，沒有縣市處于極不安全水平。

(2) 在2002—2011年，任丘市和青縣耕地生態(tài)安全水平比較穩(wěn)定，一直處于較安全水平，占全部縣市的比例為14.29%；海興縣由于各種因素的影響，耕地生態(tài)安全一直處于較不安全水平狀態(tài)下，而獻(xiàn)縣和南皮縣一直處于臨界安全狀態(tài)下。2002—2007年屬于較安全級(jí)別的縣市數(shù)量呈穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)，其中2007—2011年處于較安全級(jí)別的縣市數(shù)量?jī)H增長(zhǎng)了1個(gè)；屬于臨界安全級(jí)別的縣市數(shù)量呈先增后減的態(tài)勢(shì)；屬于不安全級(jí)別的縣市數(shù)量總體上呈先減后增趨勢(shì)。2002—2011年，滄州市耕地利用的生態(tài)安全狀態(tài)總體上呈先上升后下降的趨勢(shì)，總體上看滄州區(qū)域的耕地生態(tài)安全水平狀況不容樂觀。

3.3.2 滄州市耕地生態(tài)安全時(shí)空評(píng)價(jià)結(jié)果與分析 由圖2可以看出，2002—2011年，耕地利用處于臨界安全和不安全級(jí)別的地區(qū)最初集中分布在滄州市周邊縣市及東部、南部、西部地區(qū)，滄州北部和西北部縣一直處于較安全狀態(tài)，東北部地區(qū)耕地生態(tài)安全逐漸好轉(zhuǎn)狀態(tài)。滄州市耕地利用處于生態(tài)較安全級(jí)別的縣市總體上比較穩(wěn)定，只有東北部的黃驊市由較不安全轉(zhuǎn)變?yōu)檩^安全狀態(tài)；地處滄州市周邊的滄縣的耕地生態(tài)安全水平較低；滄州南部地區(qū)的東光縣、南皮縣耕地生態(tài)安全水平較低而吳橋縣耕地生態(tài)安全由臨界安全上升為較安全。滄州東部和東南部地區(qū)耕地生態(tài)水平處于不太理想的狀態(tài)。2002—2011年其耕地生態(tài)安全狀況總體為先上升后下降的態(tài)勢(shì)，同時(shí)滄州市耕地安全水平有明顯的地域分異性；滄州市西部地區(qū)耕地生態(tài)安全水平總體上較低。

(1) 2002—2011年，滄州市東部和東南部沿海地區(qū)的耕地生態(tài)安全一直處于較低水平。這些地區(qū)相對(duì)于其他區(qū)域而言，其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥、農(nóng)用塑料薄膜使用較多，使得農(nóng)業(yè)污染水平較低，對(duì)耕地生態(tài)環(huán)境的影響較大，耕地利用的生態(tài)壓力較低，有效灌溉水平較低，抵御自然災(zāi)害的能力較弱，所以該地區(qū)耕地生態(tài)安全水平不高。東北部地區(qū)耕地生態(tài)安全逐漸上升。由于該地區(qū)對(duì)農(nóng)藥、化肥等的控制，使其耕地生態(tài)安全逐漸上升。

(2) 2002—2011年，位于滄州市濱海地區(qū)的海興縣耕地生態(tài)安全一直處于較低水平。海興縣土地墾殖率水平較低；經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，農(nóng)業(yè)發(fā)展的總體水平較低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥、農(nóng)用塑料薄膜投入水平較高；由于耕地生態(tài)壓力較大，使得該地區(qū)的耕地生態(tài)安全水平線一直較低。2002—2011年，黃驊市由較不安全逐漸上升到臨界安全再到較安全水平，黃驊市耕地生態(tài)安全上升的原因是黃驊施用化肥用量逐漸降低、農(nóng)膜使用較少、人均收入逐漸升高、灌溉率得以保證、人均耕地較多、成災(zāi)面積較小，這促進(jìn)了黃驊市耕地生態(tài)的好轉(zhuǎn)。

(3) 2002—2011年，滄州市中部的滄縣、南皮縣、孟村回族自治縣的耕地生態(tài)安全處于較不安全或臨界安全水平，耕地生態(tài)安全水平較為低下。這些地區(qū)緊鄰滄州市市區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，相應(yīng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中各種物質(zhì)要素投入水平較高，耕地利用中的化肥、農(nóng)藥、農(nóng)用塑料薄膜和農(nóng)用柴油投入水平較高，使其農(nóng)業(yè)污染嚴(yán)重，對(duì)耕地生態(tài)環(huán)境的影響較大，同時(shí)由于其人口較多，導(dǎo)致相應(yīng)的人均耕地面積較少，耕地利用的生態(tài)壓力較大，耕地生態(tài)安全水平較低，其耕地生態(tài)安全狀況趨于惡化。

(4) 2002—2011年，滄州市南部的東光縣耕地生態(tài)安全水平較低，而吳橋縣由臨界安全轉(zhuǎn)變?yōu)檩^安全。東光縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥等要素的投入水平較高，對(duì)耕地生態(tài)環(huán)境的影響較大；同時(shí)由于其耕地利用產(chǎn)出水平較低，糧食安全的壓力較大，使耕地生態(tài)壓力較大。而吳橋縣通過降低化肥農(nóng)藥投入，加大對(duì)灌水條件的改造提升，使其耕地生態(tài)安全有了進(jìn)一步的提升。

(5) 2002—2011年，滄州市北部、西北部地區(qū)的耕地生態(tài)安全水平總體上較高，滄州市西部地區(qū)耕地生態(tài)安全水平較差。青縣、任丘市耕地生態(tài)安全水平一直處于較好狀態(tài)主要是由于該地區(qū)農(nóng)藥使用較少、城市化水平較高、農(nóng)膜使用率較少、人均收入較高使該區(qū)域耕地生態(tài)一直處于較好的狀態(tài)。河間市由臨界安全到較安全再到臨界安全呈現(xiàn)出先上升后下降的變化，主要是由于化肥、農(nóng)藥使用不合理，人均GDP變化等原因造成的。滄州市西南部地區(qū)的泊頭市耕地生態(tài)安全水平呈逐漸下降趨勢(shì)，其耕地生態(tài)安全狀況趨于惡化。

4 結(jié)論與討論

本文運(yùn)用PSR模型，通過熵權(quán)法計(jì)算來確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，利用綜合評(píng)價(jià)法從影響耕地生態(tài)安全的壓力—狀態(tài)—響應(yīng)3個(gè)方面因素選取15個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建滄州市耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)滄州市耕地生態(tài)安全及時(shí)空分異進(jìn)行研究分析，從結(jié)果來看，滄州市北部地區(qū)和南部吳橋耕地生態(tài)安全處于較安全狀態(tài)，其余地區(qū)生態(tài)狀況不容樂觀。綜合分析滄州市耕地生態(tài)安全時(shí)空分布情況和評(píng)價(jià)結(jié)果，我們可以發(fā)現(xiàn)在2002—2011年，滄州市區(qū)域的耕地生態(tài)安全水平在總體上呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)，同時(shí)也呈現(xiàn)出較為明顯的地域分異性，耕地生態(tài)安全處于臨界安全和較不安全級(jí)別的地區(qū)集中分布在滄州市周邊及西部、東南部地區(qū)；處于耕地生態(tài)較安全級(jí)別的縣市除位于南部的吳橋縣外，其余縣市均位于北部、東北部和西北部部地區(qū)?？傮w來說，滄州市的生態(tài)安全狀況不太好，需要進(jìn)行改善。從政策響應(yīng)上，今后要更加強(qiáng)化其力度，更加重視農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，促進(jìn)農(nóng)村多元化，加大投入，減少污染，要徹底解決耕地的生態(tài)安全問題，加強(qiáng)各方面保障措施，從而提高耕地的生態(tài)安全水平。

目前我國(guó)對(duì)于耕地生態(tài)安全研究仍處于起步階段，對(duì)一些嚴(yán)重的污染問題認(rèn)識(shí)不深入，并且研究中也存在許多不足之處，還需要在今后的研究之中找出不足并完善耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，為耕地的保護(hù)和治理提供科學(xué)依據(jù)。因此，要進(jìn)一步研究耕地及土地的生態(tài)安全問題，這將是未來研究的重要方向。

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Time and Space Differentiation Characteristics of Ecological Security of Cultivated Land Based on PSR Model —Take Cangzhou City， Hebei Province as an Example

CAO Yu1, WANG Yanhui1, ZHANG Liqiang2, WANG Xiaoqing1, KANG Wei1, ZHANG Junmei2

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentScience,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,Hebei071000,China; 2.CollegeofLandandResources,AgriculturalUniversityofHebei,Baoding,Hebei071000,China)

Evaluation on cultivated land ecological security is the basic of promoting the sustainable utilization of cultivated land. Taking Cangzhou City in Hebei Province as the example, based on PSR model to constrict the regional cultivated land ecological security evaluation model, we evaluated the state of cultivated land ecological security and quantitatively analyzed the different features of time and space from 2002 to 2011. The findings suggest the followings. First, cultivated land ecological security is in the safe state in northern and southern Wuqiao in Cangzhou City, but the other regions are not optimistic. Second, from 2002 to 2011, cultivated land ecological security level in Cangzhou City had a trend which went up and then went down and had obvious regional differentiation, the region of cultivated land ecological security mostly concentrated in northern Cangzhou City. Third, from 2002 to 2011, cultivated land ecological security level had been in a low state in the central, western and eastern parts of Cangzhou City. The results of the research can provide reference for time and space differentiation study on cultivated land ecological security.

evaluation model; time and space; cultivated land; ecological security; Cangzhou City

2016-04-01

2016-04-29

國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201311060);河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(132276329)

曹瑀(1991—),男(回族),河北滄州人,碩士生,研究方向?yàn)橥恋刭Y源。E-mail:441356960@qq.com

張俊梅 (1964— ),女,河北保定人,教授,研究方向?yàn)橥恋刭Y源。E-mail:254157642@qq.com

F301.24

A

1005-3409(2016)06-0290-06