李明薇, 陳偉強(qiáng), 鄖雨旱, 馬月紅, 郭蕊蕊

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 鄭州 450000)

耕地是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是土地資源的精華，耕地的生態(tài)安全對于保障國家糧食安全和國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用[1]。耕地生態(tài)安全是指在一定的時間和空間范圍內(nèi)，耕地生態(tài)系統(tǒng)在保持自身正常功能結(jié)構(gòu)的情況下能夠滿足社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展所需要的狀態(tài)，包括耕地生態(tài)系統(tǒng)安全、耕地資源環(huán)境安全和耕地社會經(jīng)濟(jì)安全[2-6]。河南省是農(nóng)業(yè)大省、人口大省、國家糧食主產(chǎn)區(qū)之一，糧食產(chǎn)量居全國前列，其耕地資源的生態(tài)安全狀況直接關(guān)系到國家糧食安全保障以及社會的穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。然而近年來隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及城鎮(zhèn)化率的提高，大量耕地資源被占用，人與耕地矛盾日益加劇。與此同時，農(nóng)藥、化肥、農(nóng)膜的不合理利用帶來嚴(yán)重的水土流失、土壤污染等問題，造成耕地生態(tài)環(huán)境不斷惡化，使得河南省耕地資源生態(tài)安全面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此，對河南省耕地生態(tài)安全現(xiàn)狀進(jìn)行評價與分析具有重要的現(xiàn)實意義。

學(xué)者們對耕地生態(tài)安全進(jìn)行了大量研究。目前相關(guān)研究內(nèi)容主要集中在區(qū)域耕地生態(tài)安全現(xiàn)狀分析[7-9]、耕地生態(tài)安全影響因子分析[10-12]、區(qū)域耕地生態(tài)安全時空分布研究[13-14]等方面。相關(guān)研究常采用層次分析法、熵權(quán)法、組合賦權(quán)法等常規(guī)方法[15]，然而層次分析法在確定指標(biāo)權(quán)重方面較偏重于人的主觀性，熵值法雖然克服了層次分析法在確定指標(biāo)權(quán)重方面的缺陷，但用該方法確定的權(quán)重大小受樣本差異程度影響較為明顯[16]。投影尋蹤是處理和分析高維數(shù)據(jù)的一類新興的統(tǒng)計方法，其基本思想是將高維數(shù)據(jù)投影到低維子空間上，尋找出反映原高維數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)或特征的投影，以達(dá)到研究和分析高維數(shù)據(jù)的目的。1974年，美國Stanford大學(xué)的Friedman和Tukey首次將該方法命名為Projection Pursuit，即投影尋蹤。實證表明該方法建模評價具有信息表征豐富、客觀可靠、適用和可操作等特點[17-18]。

本文以河南省為研究對象。首先，基于壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型[19-23]，結(jié)合本省的區(qū)域狀況選取評價指標(biāo)。其次，運(yùn)用投影尋蹤模型[24]對指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行測算，進(jìn)而深入研究和分析河南省耕地資源生態(tài)安全現(xiàn)狀，為保護(hù)河南省耕地生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展提供理論指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

河南省轄17個省轄市，1個省直管市，21個縣級市，87個縣，界于北緯31°23′—36°22′，東經(jīng)110°21′—116°39′，屬大陸性季風(fēng)氣候。全省土地總面積16.7萬km2，居全國各省區(qū)市第17位，占全國總面積的1.73%，平原、盆地、山地、丘陵分別占總面積的55.7%，26.6%，17.7%。近年來，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，不合理的開發(fā)和占用耕地，導(dǎo)致耕地面積不斷減少，人地矛盾日益突出。截至2015年末，河南省總?cè)丝?0 722萬人，人均耕地面積0.075 hm2，不及全國人均耕地面積的1/3。河南省耕地生態(tài)系統(tǒng)不斷惡化，生態(tài)安全程度降低，河南省是我國的糧倉，人口大省，對其進(jìn)行生態(tài)安全評價迫在眉睫。

2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)主要來源于《河南省統(tǒng)計年鑒》(2006—2015年)、《河南省水資源公報》(2006—2015年)、《河南省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》、《河南省環(huán)境狀況公報》、河南省人民政府門戶網(wǎng)站。本文數(shù)據(jù)部分直接從統(tǒng)計年鑒和水資源公報等以上資料查得，其他數(shù)據(jù)根據(jù)查得數(shù)據(jù)計算而來。為統(tǒng)一耕地生態(tài)安全評價各指標(biāo)值的變化范圍并消除量綱，本文采用極差法對評價指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

3 研究方法

3.1 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

PSR模型最初是由加拿大統(tǒng)計學(xué)家David J.Rapport和Tony Friend提出，后由聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)和經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(OECD)于20世紀(jì)80，90年代共同發(fā)展起來的用于研究環(huán)境問題的框架體系。該模型主要用于評價生態(tài)環(huán)境所承受的各種壓力及這些壓力給生態(tài)環(huán)境所帶來的影響，以及人們對這些影響所做的響應(yīng)。對于耕地生態(tài)安全系統(tǒng)而言，P(壓力)指各種人類活動對土地施加的壓力及對土地質(zhì)量狀況變化的影響；S(狀態(tài))指在各種壓力下植被、土壤、養(yǎng)分、水等資源環(huán)境變化的類型、程度、空間范圍和速率；R(響應(yīng))指各類土地用戶和政府為補(bǔ)救土地退化性變化所做的有意識的努力。

本文在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上[25-27]，聯(lián)系河南省的實際情況，以科學(xué)性、動態(tài)性、綜合性和可操作性為原則，利用PSR模型從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)各準(zhǔn)則層選取與河南省耕地生態(tài)安全密切相關(guān)的22項指標(biāo)，建立耕地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系(表1)。

3.2 投影尋蹤模型構(gòu)建

投影尋蹤是將高維數(shù)據(jù)投影到低維子空間上，尋找出能較好反映原高維數(shù)據(jù)信息的數(shù)理模型，以達(dá)到處理高維數(shù)據(jù)的目的，是一種新興的統(tǒng)計方法。投影尋蹤模型自1974年由美國斯坦福大學(xué)的Friedman和Tukey兩位學(xué)者提出以來，其理論和方法得到不斷深化和發(fā)展，同時與現(xiàn)代計算機(jī)科學(xué)相結(jié)合，憑借其在高維、非線性數(shù)據(jù)分析方面計算快捷、信息處理精確的優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療影像的鑒別與分類、工程項目管理、導(dǎo)彈目標(biāo)設(shè)定分析等多類學(xué)科[16]。近年來，投影尋蹤模型在多指標(biāo)綜合評價研究中的應(yīng)用，更是得到眾多學(xué)者的青睞。

醫(yī)學(xué)人文精神的缺失，不僅是醫(yī)學(xué)問題，更是社會問題，說到底是醫(yī)學(xué)教育問題。高等醫(yī)學(xué)院校是培育生命健康使者的搖籃，承載著為社會培養(yǎng)和輸送“又紅又專”高級醫(yī)務(wù)人才的崇高職責(zé)與使命。一方面，培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生具備深厚的專業(yè)知識與救助技能，有能力為廣大患者解除病痛、救死扶傷；另一方面，培育醫(yī)學(xué)生的“大愛”精神和“仁者”情懷，熱愛生命健康事業(yè)，造福人類。由此決定了科學(xué)精神和人文精神在高等醫(yī)學(xué)院校人才培養(yǎng)中的“雙引擎”地位。

表1 2006-2015年河南省耕地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系及權(quán)重

注:權(quán)重即最佳投影方向向量；“+”表示正向指標(biāo)，值越大越好；“-”表示負(fù)向指標(biāo)，值越小越好。P8是對化肥總施用量和農(nóng)藥總施用量先進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后的平均值。

投影尋蹤模型的建模過程如下：

(1) 綜合投影值的定義。設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)化處理后的x(i,j)為評價對象第i樣本，第j個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。其中(i=1，2，…，n；j=1，2，…，p；n，p分別為樣本數(shù)量與指標(biāo)個數(shù))，α=(α1,α2,…,αp)為p維單位投影向量，那么第i個樣本的綜合投影值為：

(1)

(2) 投影指標(biāo)函數(shù)的構(gòu)造。為了在數(shù)據(jù)降維過程中，保證投影值全面準(zhǔn)確地反映指標(biāo)信息特征，要求投影值的分布特征為：局部各投影值點集聚，投影值區(qū)間形成若干密集點團(tuán)；整體上各個密集點團(tuán)分散開來，盡量分布在整個投影值區(qū)間。設(shè)定Sz，Dz，Qz分別為各個樣本z(i)綜合投影值的標(biāo)準(zhǔn)差、局部密度、投影指標(biāo)函數(shù)。則投影指標(biāo)函數(shù)為:

Qz=Sz·Dz

(3)

式中：設(shè)定R為樣本投影值局部密度的窗口半徑；r(i,j)表示樣本投影值間的距離，r(i,j)=|z(i)-z(j)|；符號函數(shù)u[R-r(i,j)]為單位階躍函數(shù)，當(dāng)R≥r(i,j)時，函數(shù)值為1；當(dāng)R

(3) 投影指標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化。當(dāng)一維投影指標(biāo)函數(shù)值最大時，可以較好地揭示高維數(shù)據(jù)的基本特征，因此，樣本投影指標(biāo)函數(shù)值Qz盡量取最大值。此時，單位向量α為最佳投影向量。優(yōu)化函數(shù)如下：

最大化指標(biāo)函數(shù)：

maxQz=Sz·Dz

(4)

‖α‖=1

(5)

(4) 投影指標(biāo)函數(shù)的求解。目前，大多數(shù)學(xué)者對投影指標(biāo)函數(shù)的求解多采用蟻群算法、加速遺傳算法、粒子群算法等智能算法與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合來進(jìn)行優(yōu)化計算。本文選用更加可靠和有效的多智能體遺傳算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行全局優(yōu)化，以期求得最優(yōu)解。然后利用所求的最佳投影單位向量，得到充分反映各指標(biāo)信息的綜合投影值，從而進(jìn)行評價。

3.3 評價結(jié)果的優(yōu)劣排序

本文以最佳投影方向向量作為各評價指標(biāo)的權(quán)重，以求得的最佳投影方向向量，與各指標(biāo)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化值相乘，將其積進(jìn)行加和，得到各個樣本點的投影值(即耕地生態(tài)安全評價值)，包括子系統(tǒng)評價值和系統(tǒng)綜合評價值，然后根據(jù)樣本投影值的大小進(jìn)行優(yōu)劣排序。根據(jù)最佳投影方向向量對各評價指標(biāo)對子系統(tǒng)和系統(tǒng)的影響程度進(jìn)行分析。

3.4 評價標(biāo)準(zhǔn)的建立

目前關(guān)于耕地生態(tài)安全評價標(biāo)準(zhǔn)并沒有統(tǒng)一的閾值，本文參考相關(guān)研究[28-30]，并結(jié)合研究區(qū)域?qū)嶋H情況，通過SPSS分析將研究區(qū)域耕地生態(tài)安全綜合評價值的取值劃分為5個區(qū)間，依次對應(yīng)5個等級，并對系統(tǒng)特征進(jìn)行詳細(xì)描述，具體評價標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 耕地生態(tài)安全評價標(biāo)準(zhǔn)

4 結(jié)果與分析

4.1 評價指標(biāo)最佳投影方向向量的確定

本研究以2006—2015年河南省各年度和各省轄市評價指標(biāo)數(shù)據(jù)為樣本，采用基于遺傳算法的投影尋蹤模型評價分析河南省耕地生態(tài)安全時序變化和空間分異。在耕地集約利用時序變化評價分析中，樣本維數(shù)為10(樣本為年度)，指標(biāo)數(shù)為22；在耕地生態(tài)安全空間分異評價分析中，樣本維數(shù)為18(樣本為各省轄市)，指標(biāo)數(shù)為22。利用基于多智能體遺傳算法的投影尋蹤模型，將標(biāo)準(zhǔn)化處理后的數(shù)據(jù)在Matlab 2016中進(jìn)行仿真計算[31-33]，得出河南省耕地生態(tài)安全時序變化和空間分異各評價指標(biāo)的最佳投影方向向量(表1)。

投影指標(biāo)的絕對值越大，指標(biāo)越重要[16]。由最佳投影方向向量可知，排在前5位的依次是人均耕地面積、單位耕地面積化肥負(fù)荷、第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重、耕地墾殖率、城鎮(zhèn)化水平，說明該5項指標(biāo)是影響河南省耕地生態(tài)安全狀況的主要因素。

4.2 耕地生態(tài)安全綜合評價值分析

4.2.1 壓力系統(tǒng)綜合評價值變化分析 由圖1可知，河南省耕地生態(tài)安全壓力系統(tǒng)評價值在2006—2015年期間總體上呈現(xiàn)波動上升態(tài)勢。其中，2006—2009年，耕地生態(tài)安全壓力系統(tǒng)評價值呈現(xiàn)快速上升態(tài)勢，以26.93%的增長率，由2006年的0.157 8上升到到2009年的0.200 3；2010—2013年，耕地生態(tài)安全壓力系統(tǒng)評價值呈下降趨勢，由2010年的0.194 5下降到2013年的0.182 8；2014—2015年，耕地生態(tài)安全壓力系統(tǒng)評價值增長了0.2%。這表明耕地利用系統(tǒng)壓力狀況有所改善，人類對耕地利用系統(tǒng)的干擾逐漸減少，但是仍需加強(qiáng)對耕地利用系統(tǒng)的保護(hù)，減少耕地生態(tài)環(huán)境壓力。

4.2.2 狀態(tài)系統(tǒng)綜合評價值變化分析 由圖2可知，河南省耕地生態(tài)安全狀態(tài)系統(tǒng)評價值在2006—2015年期間總體呈現(xiàn)緩慢下降態(tài)勢，耕地生態(tài)安全狀態(tài)系統(tǒng)評價值由2006年的0.546 2下降到2015年的0.526 9，年均減少率為3.66%。其中，2006年生態(tài)安全狀態(tài)系統(tǒng)評價值為0.546 2，是研究期間的該系統(tǒng)的最大值；2007—2010年，狀態(tài)系統(tǒng)評價值出現(xiàn)上升態(tài)勢，由2007年的0.540 1上升到2010年的0.546 0；2011—2015年狀態(tài)系統(tǒng)評價值呈現(xiàn)波動下降態(tài)勢，以1.46%的減少率由2011年0.534 6下降到2015年的0.526 9。這表明在此期間，當(dāng)?shù)卣畬ν恋氐木C合整治力度不夠，農(nóng)業(yè)環(huán)境污染治理效果不明顯，還應(yīng)積極發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，推廣土壤改良技術(shù)，促進(jìn)耕地生態(tài)環(huán)境不斷改善。

圖1 2006-2015年河南省耕地生態(tài)安全壓力系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢

圖2 2006-2015年河南省耕地生態(tài)安全狀態(tài)系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢

4.2.3 響應(yīng)系統(tǒng)綜合評價值變化分析 由圖3可知，河南省耕地生態(tài)安全響應(yīng)系統(tǒng)評價值在2006—2015年期間整體上呈波動上升態(tài)勢，由2006年的0.189 7上升到2015年的0.236 7，年均增長率為24.78%。其中，人均糧食占有量、環(huán)境污染治理投資比例、農(nóng)林水事務(wù)投資比例分別由2006年的544.32 kg，57%，7.73%增加到2015年的639.99 kg，86%，11.64%。這說明政府部門對耕地生態(tài)環(huán)境的保護(hù)措施起到了比較明顯的成效，加大了對耕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)和農(nóng)業(yè)科技的投入，加強(qiáng)了對耕地污染的治理，糧食產(chǎn)量不斷提高；同時也得益于國土整治工程的持續(xù)推進(jìn)和嚴(yán)格耕地保護(hù)制度的穩(wěn)步實施。

圖3 2006-2015年河南省耕地生態(tài)安全響應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢

4.2.4 綜合系統(tǒng)評價值變化分析 從圖4可以看出，在2006—2015年期間，河南省耕地生態(tài)安全投影值整體上呈波動上升趨勢，由2006年的0.893 7上升到2015年的0.941 9，均處于敏感級別(Ⅲ)，表明河南省耕地生態(tài)環(huán)境受到較少破壞，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尚能維持基本功能，但受干擾后易惡化。進(jìn)一步分析可知研究期間河南省耕地生態(tài)安全以2009年、2012年為分界點呈現(xiàn)出“快速上升—緩慢下降—波動上升”的階段性發(fā)展態(tài)勢。2006—2009年(快速上升階段)，耕地生態(tài)安全綜合評價值由2006年的0.893 7上升到2009年的0.956。主要是因為耕地生態(tài)安全壓力系統(tǒng)評價值的上升，說明耕地生態(tài)安全壓力在此研究階段不斷減小，人們對耕地的改造和干擾減少。2009—2011年(緩慢下降階段)，耕地生態(tài)安全綜合評價值由2009年的0.956 3下降到2012年的0.925 4，主要因為壓力系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)評價值均緩慢下降。主要體現(xiàn)在，單位化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜負(fù)荷的不斷增加，分別從2009年的628.67萬t，12.14萬t，14.14萬t增加到2011年的673.71萬t，12.87萬t，15.16萬t，第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重由2006年的13.90%下降到2012年的12.77%。2012—2015年(波動上升階段)，耕地生態(tài)安全綜合評價值由2012年的0.925 2增加到2015年的0.941 9。主要得益于2011年9月國務(wù)院頒布的《關(guān)于支持河南省加快建設(shè)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的指導(dǎo)意見》，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)建設(shè)正式上升為國家戰(zhàn)略，省九次黨代會提出了建設(shè)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的宏偉事業(yè)，《意見》指出“堅持高起點推進(jìn)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，把加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、節(jié)約集約利用資源作為轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要著力點，加快構(gòu)建資源節(jié)約、環(huán)境友好的生產(chǎn)方式和消費模式，不斷提高可持續(xù)發(fā)展能力”。同時《意見》要求河南持續(xù)探索走好一條不以犧牲農(nóng)業(yè)和糧食、生態(tài)和環(huán)境為代價的新型城鎮(zhèn)化、新型工業(yè)化、新型農(nóng)業(yè)化三化協(xié)調(diào)科學(xué)發(fā)展的路子。作為對政策的響應(yīng)，本省加大了對環(huán)境污染治理和農(nóng)林水事務(wù)的投資比例，分別由2012年的60%，11%上升到90%，11.6%；農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施有了比較大的改善，單位耕地面積農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、有效灌溉面積比重分別由2012年的10 872.73萬kW，61%上升到11 710.08萬kW，66%。

圖4 2006-2015年河南省耕地生態(tài)安全綜合評價值發(fā)展態(tài)勢

4.3 各省轄市耕地生態(tài)安全時空演變結(jié)果與分析

4.3.1 各省轄市耕地生態(tài)安全時間變化 以河南省18個省轄市為評價單元，計算獲取河南省2006—2015年各個省轄市的耕地生態(tài)安全綜合評價值。根據(jù)研究區(qū)域的地域特征并咨詢相關(guān)專家，對18個省轄市耕地生態(tài)安全評價值在2006—2015年的變化率(Q)進(jìn)行分類，將各省轄市分為3大類，即快速上升區(qū)(Q>20%)、慢速上升區(qū)(10%

研究結(jié)果表明，鶴壁市、三門峽市、信陽市3個省轄市屬于耕地生態(tài)安全綜合評價值快速上升區(qū)，開封市、洛陽市、平頂山市等10個省轄市屬于耕地生態(tài)安全綜合評價值慢速上升區(qū)，鄭州市、漯河市、商丘市、周口市、駐馬店5個省轄市在研究期間耕地生態(tài)安全綜合評價值變化不大，則屬于基本穩(wěn)定區(qū)。

2006—2015年，除了鄭州市外，其他17個省轄市的耕地生態(tài)安全綜合評價值均呈波動上升態(tài)勢，主要因為研究期間鄭州市城鎮(zhèn)化水平不斷提高，人口密度以46%的增長率快速增加，人均耕地面積不斷減少，由2006年的0.05 hm2下降到2015年的0.03 hm2，第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重不斷下降，由2006年的4%下降到2015年的2%。說明影響鄭州耕地生態(tài)安全的主要因素是城鎮(zhèn)化水平、人口密度、人均耕地面積、第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重。

表3 2006-2015年河南省各省轄市耕地生態(tài)安全綜合評價值

4.3.2 各省轄市耕地生態(tài)安全空間分異 本研究選取2006年、2011年、2015年作為典型年份，根據(jù)計算的各省轄市的耕地生態(tài)安全綜合評價值，生成18個省轄市的耕地生態(tài)安全空間分布圖(圖5)。

2006年，只有周口市和駐馬店市屬于安全級別，商丘市屬于良好級別，安陽市、開封市、南陽市等8個省轄市屬于敏感級別，平頂山市、鶴壁市、焦作市這3個省轄市屬于風(fēng)險級別，鄭州市、洛陽市、三門峽市、濟(jì)源市屬于危險級別；2011年，屬于安全級別的省轄市在2006年的基礎(chǔ)上增加了兩個(商丘市和信陽市)，而屬于良好級別的省轄市增加了5個(開封市、新鄉(xiāng)市、南陽市等)，屬于敏感級別的省轄市則減少了4個，屬于危險級別的省轄市依舊不變，但是鄭州、洛陽、三門峽、濟(jì)源這4個省轄市的耕地生態(tài)安全綜合評價值卻均有所上升；到2015年，除了漯河市由良好級別降低為敏感級別外，其他省轄市的生態(tài)安全狀況均保持同2011年相同的狀態(tài)，主要是因為漯河市人口密度的增大、人口自然增長率的升高，僅次于河南省省會鄭州，且環(huán)境污染投資比例有所下降，由2011年的27%下降到2015年的20%。

從圖5可以看出，2006年、2011年、2015年屬于危險級別的省轄市一直是鄭州市、洛陽市、三門峽市、濟(jì)源市，雖然這4個省轄市的耕地生態(tài)安全綜合評價值在研究期內(nèi)均有不同程度的上升，但耕地生態(tài)安全狀況依舊不容樂觀，需加大整治力度。但是總體而言，研究期間河南省各省轄市的耕地生態(tài)安全水平都得到了不同程度的提高。

圖5 2006-2015年河南省各省轄市耕地生態(tài)安全空間變化格局

5 討論與結(jié)論

(1) 根據(jù)最佳投影方向向量值，壓力系統(tǒng)中的人均耕地面積、城鎮(zhèn)化率、單位耕地面積化肥負(fù)荷，狀態(tài)系統(tǒng)中的耕地墾殖率、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP比重等指標(biāo)已經(jīng)成為影響河南省耕地生態(tài)安全狀況的主要因素，這可作為未來河南省耕地生態(tài)安全改進(jìn)或提升的重點方向。

(2) 2006—2015年，河南省耕地生態(tài)安全綜合評價值從0.893 7增加至0.941 9，耕地生態(tài)安全整體水平呈波動上升態(tài)勢，以2009年、2011年為分界點，呈現(xiàn)出“快速上升—緩慢下降—波動上升”的階段性發(fā)展態(tài)勢。表明研究區(qū)域耕地生態(tài)環(huán)境有所改善，生態(tài)水平有所提高。

(3) 河南省各省轄市的耕地生態(tài)安全綜合評價值在時間維上具有動態(tài)變化規(guī)律，研究期間，除了鄭州市，其他各省轄市的耕地生態(tài)安全綜合評價值整體上均呈上升趨勢?？臻g維上，除了鄭州、洛陽、三門峽、濟(jì)源這4個省轄市的耕地生態(tài)安全綜合評價值一直處于危險級別外，其他省轄市的耕地生態(tài)安全級別均有所提高。鄭州市是河南省的省會，人口密度的快速增大、新城區(qū)的建設(shè)、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展等問題是造成鄭州市耕地生態(tài)安全狀況逐年下降的主要原因；洛陽、三門峽、濟(jì)源這3個城市是河南省的重要礦產(chǎn)城市，礦產(chǎn)的不合理開采對耕地生態(tài)安全有較大的影響。因此，河南省應(yīng)加強(qiáng)對“優(yōu)生優(yōu)育”的宣傳，控制人控增長過快；加大土地整治力度，嚴(yán)格控制不合理占用耕地現(xiàn)象；規(guī)范礦產(chǎn)開采，減少土地污染；提高農(nóng)藥、化肥的利用率，減少殘留，降低污染；加強(qiáng)環(huán)保投入力度，提高森林覆蓋率。

(4) 本文提出的基于多智能體遺傳算法的投影尋蹤模型，與常規(guī)的評價方法相比，其客觀可靠，能有效避免人為賦權(quán)的干擾，信息表征比較豐富，克服了常規(guī)評價方法的不足，評價結(jié)果較符合河南省耕地利用現(xiàn)勢特點。但是，耕地生態(tài)系統(tǒng)是一個復(fù)雜的綜合系統(tǒng)，河南省跨緯度較大，南北兩端不同省轄市間的社會、經(jīng)濟(jì)、自然狀況差異較大，運(yùn)用統(tǒng)一的指標(biāo)體系對其進(jìn)行評價，對于地域特征比較顯著的省轄市可能有失其準(zhǔn)確性，因此在評價指標(biāo)體系的構(gòu)建方面有待深入研究。

參考文獻(xiàn):

[1] 楊永霞.基于空間聚類的西藏耕地后備資源開發(fā)組合模型研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2016,47(4):239-247.

[2] 彭少麟.生態(tài)安全的涵義與尺度[J].中山大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2004,43(6):27-31.

[3] 張虹波.土地資源生態(tài)安全研究進(jìn)展與展望[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2006,25(5):77-85.

[4] 陳星,周成虎.生態(tài)安全:國內(nèi)外研究綜述[J].地理科學(xué)進(jìn)展,2005,24(6):8-20.

[5] 陳保東,趙方杰,張莘,等.土壤生物與土壤污染研究前沿與展望[J].生態(tài)學(xué)報,2015,35(20):6604-6613.

[6] 王玉軍,劉存,周東美,等.客觀地看待我國耕地土壤環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀：關(guān)于《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》中有關(guān)問題的討論和建議[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2014,33(8):1465-1473.

[7] 范勝龍,楊玉珍,陳訓(xùn)爭,等.基于PSR和無偏GM(1,1)模型的福建省耕地生態(tài)安全評價與預(yù)測[J].中國土地科學(xué),2016,30(9):19-27.

[8] 任平,洪步庭,周介銘.長江上游農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)耕地生態(tài)安全評價與時空特征研究[J].中國人口·資源與環(huán)境,2013,23(12):65-69.

[9] 趙宏波,馬延吉.東北糧食主產(chǎn)區(qū)耕地生態(tài)全的時空格局及障礙因子:以吉林省為例[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2014,25(2):515-524.

[10] 朱紅波.我國耕地資源生態(tài)安全的特征與影響因素分析[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究,2008,29(2):194-197.

[11] 揚(yáng)曙輝,宋天慶,陳懷軍,等.中國耕地生態(tài)安全:危象及成因[J].中國人口·資源與環(huán)境,2011,21(12):125-128.

[12] 張銳,劉友兆.我國耕地生態(tài)安全評價及障礙因子診斷[J].長江流域資源與環(huán)境,2013,22(7):945-951.

[13] 王千,金曉斌,周寅康.河北省耕地生態(tài)安全及空間聚集格局[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2011,27(8):338-344.

[14] 蔡銀鶯,羅成.漢江平原耕地資源生態(tài)安全狀況及空間集聚格局[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報:社會科學(xué)版,2015(5):110-120.

[15] 郭榮中,楊敏華,申海建.長株潭地區(qū)耕地生態(tài)安全評價研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報,2016,47(10):193-201.

[16] 付強(qiáng),趙小勇.投影尋蹤模型原理及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2006.

[17] 裴巍,付強(qiáng),劉東,等.基于改進(jìn)投影尋蹤模型黑龍江省土地資源生態(tài)安全評價[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2016,47(7):92-100.

[18] 聶艷,彭雅婷,于婧,等.基于量子遺傳投影尋蹤模型的湖北省耕地生態(tài)安全評價[J].經(jīng)濟(jì)地理,2015(11):172-178.

[19] 劉蕾,姜靈彥,高軍俠.基于P-S-R模型的土地生態(tài)安全物元評價:以河南省為例[J].地域研究與開發(fā),2011,30(4):117-121.

[20] 李玲,侯淑濤,趙悅,等.基于P-S-R模型的河南省土地生態(tài)安全評價及預(yù)測[J].水土保持研究,2014,21(1):188-192.

[21] 許國平.中國土地資源安全評價研究進(jìn)展及展望[J].水土保持研究,2012,19(2):276-284.

[22] 楊春紅,張正棟,田楠楠.,等.基于P-S-R模型的汕頭市土地生態(tài)安全評價[J].水土保持研究,2012,19(13):209-214.

[23] 孫奇奇,宋戈.基于主成分分析的哈爾濱市土地生態(tài)安全評價[J].水土保持研究,2012,19(2):234-238.

[24] 鄧楚雄,謝炳庚,李曉青,等.基于投影尋蹤法的長株潭城市群地區(qū)耕地集約利用評價[J].地理研究,2013,32(11):2000-2008.

[25] 張銳,鄭華偉,劉友兆.基于壓力—狀態(tài)—響應(yīng)模型與集對分析的土地利用系統(tǒng)健康評價[J].水土保持通報,2014,34(5):146-152.

[26] 謝花林,劉曲,姚冠榮,等.基于PSR模型的區(qū)域土地利用可持續(xù)性水平測度:以鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)為例[J].資源科學(xué),2015,37(3):449-457.

[27] 顏利,王金坑,黃浩.基于PSR框架模型的東溪流域生態(tài)系統(tǒng)健康評價[J].資源科學(xué),2008,30(1):107-113.

[28] 張銳,鄭華偉,劉友兆.基于PSR模型與集對分析的耕地生態(tài)安全診斷[J].中國土地科學(xué),2015,29(12):42-50.

[29] 毛德華,鄒君,李杰,等.基于遺傳算法的投影尋蹤方法在洞庭湖區(qū)洪澇災(zāi)害易損性評價中的應(yīng)用[J].冰川凍土,2010,32(2):389-396.

[30] 陳曜,丁晶,趙永紅.基于投影尋蹤原理的四川省洪災(zāi)評估[J].水利學(xué)報,2010,41(2):220-225.

[31] 曹永強(qiáng),馬靜,李香云,等.投影尋蹤技術(shù)在大連市農(nóng)業(yè)干旱脆弱性評價中的應(yīng)用[J].資源科學(xué),2011,33(6):1106-1110.

[32] 王茜茜,周敬宣,李湘梅,等.基于投影尋蹤法的武漢市“兩型社會”評價模型與實證研究[J].生態(tài)學(xué)報,2011,31(20):6224-6230.

[33] 陳文峰.基于投影尋蹤模型的河南城市化水平綜合評價[J].經(jīng)濟(jì)地理,2012,32(9):61-66.