竇學誠, 付 濱

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學 財經(jīng)學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省區(qū)域農(nóng)業(yè)與產(chǎn)業(yè)組織研究基地，甘肅 蘭州 730000)

【研究意義】耕地生態(tài)安全作為一個復雜的系統(tǒng)，包括資源環(huán)境安全、生態(tài)系統(tǒng)安全和社會經(jīng)濟安全，是一種相對于生態(tài)威脅的對立狀態(tài)。耕地生態(tài)安全系統(tǒng)是在長期社會發(fā)展過程中，人類使用耕地同時耕地系統(tǒng)在自身組織功能作用下形成的生態(tài)系統(tǒng)。該系統(tǒng)為生物生存環(huán)境、生物多樣性的存續(xù)提供了空間[1]。對耕地生態(tài)安全進行評價，不僅對協(xié)調(diào)人地矛盾、保障糧食安全和促進社會和諧穩(wěn)定有重要幫助，同時也對實現(xiàn)河西地區(qū)以制種經(jīng)濟為代表的社會經(jīng)濟與河西地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護的協(xié)調(diào)發(fā)展也有促進作用[2]。【前人研究進展】耕地生態(tài)處于不安全狀態(tài)，不僅會導致耕地數(shù)量的減少，同時也會對耕地質(zhì)量產(chǎn)生負面影響[3]。國外學者將耕地生態(tài)安全與耕地的可持續(xù)性作以結(jié)合進行系統(tǒng)研究，Rasul和Thapa針對孟加拉耕地就其可持續(xù)性和生態(tài)狀況通過農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟兩個方面構(gòu)建了指標體系進行評價[4]；Beesley和Ramsey表示，農(nóng)場主對農(nóng)業(yè)用地的保護認知主要停留在耕地的生態(tài)價值和生態(tài)安全上[5]。國內(nèi)學者現(xiàn)階段對土地生態(tài)安全的研究涉及到內(nèi)涵、評價方法、影響因素以及保護措施和方案等。學者在土地生態(tài)安全研究方面，多以全國、省、市、草原、濕地為研究對象，從不同尺度和不同類型的土地出發(fā)，對土地生態(tài)安全進行分析評價[6-14]。而目前對制種行業(yè)的研究多集中在制種基地存在的操作問題、管理問題以及制種農(nóng)戶和企業(yè)的安全生產(chǎn)意識如何影響作物品種安全上，理論分析居多，實證分析偏少[6]，且單獨剝離研究某一因素對作物品種安全的影響，卻沒有系統(tǒng)的建立人類制種行為、社會經(jīng)濟發(fā)展以及生態(tài)安全之間的相互關(guān)系，缺乏作物品種安全的系統(tǒng)性研究。作物品種產(chǎn)業(yè)鏈涉及資源、人為操作、環(huán)境影響，是一個系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈。河西地區(qū)作為全國最重要的制種基地，常年連作制種給制種基地耕地的生態(tài)安全造成嚴重的負面影響。目前河西制種基地面臨著制種田塊小、耕地平整性差、制種土壤結(jié)構(gòu)固化、制種土地肥力下降、制種耕地墾殖過度、水土流失面積及水蝕面積逐年增加、病蟲害積累、土壤含有的微生物多樣性遭到破壞、地下水減少等一系列的生態(tài)安全問題?！颈狙芯壳腥朦c】綜上所述，目前仍存在較多因素影響河西制種基地耕地生態(tài)安全，本文以壓力-狀態(tài)-響應(PSR)模型為基礎(chǔ)，綜合考慮經(jīng)濟、資源、環(huán)境、人為因素，構(gòu)建基于(PSR)模型的河西制種基地耕地生態(tài)安全評價指標，并將物元分析法和改進的熵值法作為工具，對河西制種基地耕地生態(tài)安全做出實證研究，分析影響制種基地耕地生態(tài)安全的制約因子。【擬解決的關(guān)鍵問題】為改善制種基地生態(tài)安全狀況、從源頭保證作物品種安全提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

河西地區(qū)位于甘肅省黃河以西地區(qū)，因位于黃河以西，自古稱為河西。河西地區(qū)處北緯37°17′～42°48′，東經(jīng)92°23′～104°12′之間，祁連山與北部山系之間，東南起烏鞘嶺，西北到疏勒河下游，長1000 km以上，猶如一條狹長的天然走廊，亦稱河西走廊。河西地區(qū)總面積為27.11×104km2，面積占甘肅省總面積的59.7 %。河西地處西北干旱區(qū)，石羊河、弱水、疏勒河流域則分布著較大的沖積平原，土壤肥沃，水草豐美，宜農(nóng)宜牧。祁連山終年積雪，春夏消融，引以灌溉，尤適于發(fā)展“綠洲農(nóng)業(yè)”。以其獨特的地理優(yōu)勢，充足的光照，成為天然優(yōu)良的制種基地，吸引了包括杜邦先鋒、利馬格蘭等在內(nèi)的國內(nèi)外70多家種業(yè)公司入駐。河西制種基地作為我國高標準的主要制種基地，制種產(chǎn)量占全國制種的70 %。河西制種基地總耕地面積占甘肅省總耕地面積的17.5 %，河西制種基地面積達到8.87萬hm2，產(chǎn)量高達7600～9000 kg/hm2，河西制種基地主要包括武威、張掖、酒泉等主要的制種基地。

制種產(chǎn)業(yè)相比種植大田作物而言可以帶來較為客觀的經(jīng)濟收入，但制種產(chǎn)業(yè)相比種植大田作物也有更多的要求，比如降低病蟲害的發(fā)生率、提高單位土地的產(chǎn)量、采用薄膜種植等。為了滿足制種公司的要求，制種基地往往采用加大化肥施用量、提高農(nóng)藥的播打次數(shù)、加大薄膜的使用量等措施，這些措施給河西制種基地帶來了嚴重的生態(tài)安全影響。目前河西制種基地面臨著制種田塊小、耕地平整性差、制種土壤結(jié)構(gòu)固化、制種土地肥力下降、制種耕地墾殖過度、水土流失面積及水蝕面積逐年增加、病蟲害積累、土壤含有的微生物多樣性遭到破壞、地下水減少等一系列的生態(tài)安全問題。制種廢棄物地膜的隨意堆放造成了河西地區(qū)耕地白色污染；玉米根莖的焚燒給當?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成了環(huán)境污染。

1.2 生態(tài)安全理論界定

河西制種基地耕地生態(tài)安全主要包括“農(nóng)田基質(zhì)”環(huán)境安全、作物種植殘留茬口效應安全、生產(chǎn)操作技術(shù)生態(tài)安全。“農(nóng)田基質(zhì)”環(huán)境安全作為農(nóng)田環(huán)境的基礎(chǔ)構(gòu)成因素，其安全主要包括農(nóng)業(yè)基質(zhì)層(種植作物可利用層次和深層土壤對作物根系影響層)安全，耕作層(耕作和土壤管理措施主要影響層)安全，基質(zhì)基礎(chǔ)層環(huán)境(地下水位等)的安全。耕作層作為農(nóng)田系統(tǒng)的核心層次，其安全主要包括物理安全(土壤結(jié)構(gòu)安全)、化學安全(重金屬、化肥等影響)、生物安全(土壤基質(zhì)微生物區(qū)系、動物區(qū)系安全)。生產(chǎn)操作技術(shù)生態(tài)安全主要包括化肥、地膜等生產(chǎn)操作過程中對生態(tài)安全的影響。

1.3 數(shù)據(jù)來源

在參考相關(guān)學者[6-7, 9-10]研究基礎(chǔ)上，結(jié)合筆者對甘肅省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)專家，蘭州大學草地農(nóng)業(yè)科技學院的專家教授的訪談，依據(jù)前文對生態(tài)安全的理論界定，本文利用PSR模型，從制種基地從事的制種、種子加工活動對制種基地耕地的生態(tài)安全產(chǎn)生的壓力以及目前耕地的狀態(tài)、制種基地采取的措施出發(fā)構(gòu)建17個評價指標(此類指標為影響生態(tài)安全主要的可變因素)對河西地區(qū)制種基地耕地生態(tài)安全進行評價，具體的指標見表1。

表1 河西制種基地耕地生態(tài)安全評價指標體系

1.4 研究方法

1.4.1 分析方法 物元分析為處理不相容問題提供了新思路，它摒棄了傳統(tǒng)思路對抽象量和形的考慮，通過對質(zhì)和量進行變換，使問題迎刃而解。這也是選擇物元法原因所在[9]。

1.4.2 制種基地耕地生態(tài)安全評價指標權(quán)重的確定 在對河西制種基地耕地生態(tài)安全進行評價時，不同評價指標對于評價結(jié)果在影響程度上存在一定的差異，為了能夠詳盡反映存在的差異，需要對各評價指標賦予一定的權(quán)重，目前，德爾菲法、專家打分法、熵值法等都可以滿足確定權(quán)重的需求。在本文中，為了避免人為主觀因素對權(quán)重確定產(chǎn)生的影響，使得制種基地耕地生態(tài)安全的評價更加科學、嚴謹，選擇熵值法實現(xiàn)預期目的。熵值法的根本原理是根據(jù)評價指標的差異程度來確定權(quán)重，指標的差異程度越大，權(quán)重越大；相反，就越小[6]。在進行計算時，規(guī)則約束使得負值和極值只有經(jīng)過相應的變換才參與運算。本文在計算權(quán)重時采用最大離差法對原始數(shù)據(jù)進行無量綱化標準化處理[6]。

(1)

(2)

公式中，Xij為經(jīng)過標準化處理后的值，xij為標準化前的原始值，xjmax為待標準化數(shù)據(jù)中的最大值，xjmin、xjmax分別為待標準化處理數(shù)據(jù)中的最小值和最大值。

計算第j項指標下的i個樣本值比重：

(3)

計算第j項評價指標熵值：

(4)

計算第j項評價指標權(quán)重：

(5)

(6)

其中，Kj(Nx)為待評價對象Nx的第i個指標關(guān)于等級j的單指標的關(guān)聯(lián)度(j=1, 2, ……，n),ωij為評價指標的權(quán)重。

另定義為：Kji=max[Kj(xi)], (j=1, 2, ……,n)，那么待評對象第i指標屬于制種基地耕地生態(tài)安全等級j；若Kji=max[Kj(Nx)]，(j=1, 2, ……,n)，則待評價對象Nx屬于制種基地耕地生態(tài)安全等級j。

1.4.4 河西制種基地耕地生態(tài)安全阻礙因素判斷 在對河西制種基地耕地生態(tài)安全做出評價之后，為了提高當?shù)氐纳鷳B(tài)安全水平，對單項指標和分類指標阻礙作用的大小排序，深挖阻礙生態(tài)安全水平提高的阻礙因素成為了目前工作的重心。阻礙因素的確定主要包括因子貢獻度、評價指標偏離度和阻礙度。具體的計算公式如下：

xij=1-Xij

(7)

(8)

1.4.5 綜合指數(shù)的計算 河西制種基地耕地生態(tài)安全評價的單一指標無法全面的確定安全等級，只能從某一側(cè)面反映安全狀況，只有通過指標權(quán)重的確定將評價指標逐層合成綜合指數(shù)，才能全面的反映河西制種基地耕地生態(tài)安全的整體情況。具體的計算公式如下：

(9)

式中，F(xiàn)為河西制種基地耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)；wi為第i子系統(tǒng)權(quán)重；wi為第i子系統(tǒng)第j項指標權(quán)重；n為第i子系統(tǒng)所包含的指標數(shù)。其中F的值以1為極值，越接近于1，表明河西制種基地耕地生態(tài)安全狀態(tài)越好。

2 結(jié)果與分析

2.1 制種基地耕地生態(tài)安全評價經(jīng)典域、節(jié)域的分析

評價標準的制定是制種基地耕地生態(tài)安全評價的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，就目前階段土地的生態(tài)安全評價仍處于摸索狀態(tài)，還沒有制定出統(tǒng)一的評價標準，土地生態(tài)安全的評價標準不僅制定起來復雜，而且在制定時還需因地制宜。在物元評價模型的建立時，經(jīng)典域的確定是模型建立的基礎(chǔ)，本文在研究時，將經(jīng)典域劃分為5個等級，即安全、較安全、臨界安全、較不安全、不安全，按照最大隸屬度原則確定安全等級。評價經(jīng)典域的確定主要參考現(xiàn)有的國家、國際及行業(yè)標準和科學的研究判定標準、研究區(qū)域內(nèi)的土地背景值等[10]，評價指標經(jīng)典域與節(jié)域取值范圍見表2。

本研究所用到的數(shù)據(jù)主要來源于《甘肅發(fā)展年鑒2002-2016》、《甘肅農(nóng)村年鑒2002-2016》、《甘肅國土資源年鑒》、甘肅國土資源公報和甘肅農(nóng)業(yè)信息網(wǎng)等。

2.2 河西制種基地耕地生態(tài)安全評價指標關(guān)聯(lián)度分析

收集甘肅河西地區(qū)制種基地耕地生態(tài)安全評價指標數(shù)據(jù)，經(jīng)過計算分析整理后，利用公式，進行各指標權(quán)重的確定(表3)。

表2 制種基地耕地生態(tài)安全評價指標經(jīng)典域、節(jié)域的取值范圍

注：L1～L5表示安全等級。

表3 河西制種基地耕地生態(tài)安全評價指標權(quán)重取值

根據(jù)2002、2012、2016年各評價指標的具體量值取值(表2)，建立河西地區(qū)制種基地耕地生態(tài)安全評價物元矩陣R2002、R2012、R2016，將待評測的物元數(shù)據(jù)錄入物元模型，依據(jù)最大隸屬度原則，進行河西制種基地耕地生態(tài)安全評價指標關(guān)聯(lián)度確定，得到了河西制種基地耕地生態(tài)安全評價指標關(guān)聯(lián)度測算結(jié)果(表4)。

表4 河西制種基地耕地生態(tài)安全評價指標關(guān)聯(lián)度

注：L1～L5表示所劃分的制種基地耕地生態(tài)安全的評價等級。

表5 河西制種基地耕地生態(tài)安全評價

表4中Kj(xi) (i=1,2,…,15)表示第i個指標對應的各評價等級的關(guān)聯(lián)度。例如評價單位制種耕地化肥負荷為例，計算所得的關(guān)聯(lián)度為K1(x1)= -0.2910，K2(x1)= -0.1943，K3(x1)= -0.0768，K4(x1)= 0.2049，K5(x1)= -0.2441，由最大隸屬度原則可以得出評價指標單位制種耕地化肥負荷比例處于L04(即較不安全狀態(tài))。同理，可以對表4中其他評價指標做出安全等級評價。

2.3 河西制種基地耕地生態(tài)安全評價結(jié)果分析

將河西制種基地耕地生態(tài)安全各評價指標所對應的關(guān)聯(lián)度(表4)以及各指標確定的權(quán)重帶入綜合關(guān)聯(lián)度計算公式，可以得出河西制種基地生態(tài)安全評價指標的綜合關(guān)聯(lián)度(表5)。

Kj(Nx)表示的是總的評價結(jié)果，根據(jù)最大隸屬度原則結(jié)合表5所示的結(jié)果可以得知K1(N2002)=-0.4311，K2(N2002)=-0.2147，K3(N2002)=0.1016，K4(N2002)=-0.5123，K5(N2002)=-0.3326, 由此得分可知2002年河西制種基地耕地生態(tài)安全處于臨界安全狀態(tài)，同理也可以判斷出2012和2016年河西制種基地耕地生態(tài)安全分別處于臨界安全和較安全狀態(tài)。并且在[0，1]區(qū)間內(nèi)K3(N2002)>K3(N2012)，表明雖然2002和2012年河西制種基地耕地都處于臨界安全狀態(tài)，但是2012年得分系數(shù)更接近于1，說明2012年的安全水平要比2002年的高。

0>K2(N2016)>K3(N2016)說明雖然2016年河西制種基地耕地生態(tài)安全等級為“較安全”，但是卻不完全符合L2的標準，具備轉(zhuǎn)化為L2的條件，“較安全”狀態(tài)不太穩(wěn)定，由表4可以看出，2002-2016年河西制種基地耕地生態(tài)安全總體上由臨界安全較安全發(fā)展，制種基地耕地生態(tài)安全水平有趨于安全趨勢。

由圖1顯示，2002-2016年河西制種基地耕地生態(tài)安全總體水平處于上升階段，安全等級不斷提高，所面臨的壓力也逐步減弱，這與近幾年所采取的保護措施密切相關(guān)。從河西制種基地耕地生態(tài)安全單項指標來看，各評價指標的關(guān)聯(lián)度表明2002-2016年大部分指標等級處于跳躍狀態(tài)。根據(jù)各指標提供的差異信息，人均制種面積、災害指數(shù)、單位面積制種產(chǎn)量、制種基地地下水質(zhì)量、人均水資源量、制種農(nóng)戶人均純收入、環(huán)境污染治理占GDP比例、制種基地科學規(guī)劃率等指標出現(xiàn)了不同程度安全等級的上升趨勢，說明以上指標在提升制種基地生態(tài)安全水平上的貢獻突出。研究發(fā)現(xiàn)，自《甘肅省環(huán)境保護條例》、《國務院關(guān)于加快推進現(xiàn)代化農(nóng)作物種業(yè)發(fā)展的意見》《全國現(xiàn)代農(nóng)作物發(fā)展規(guī)劃》等一系列政策措施發(fā)布實施以來，制種基地不斷加強了基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，加大了對制種基地土地的合理利用監(jiān)督，使得制種基地耕地向集約化和規(guī)模化發(fā)展；持續(xù)加大制種產(chǎn)業(yè)科技投入，加強農(nóng)業(yè)技術(shù)的推廣力度，積極開展對制種農(nóng)戶的科技培訓，推廣配方施肥技術(shù)，提高肥料的利用率，減少通過提高施肥量來增產(chǎn)的行為，指導農(nóng)戶合理使用農(nóng)藥；環(huán)境污染治理的投資比例逐年升高，促進了制種基地耕地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況的改善。

圖1 河西制種基地生態(tài)安全評價Fig.1 Ecological security evaluation of Hexi seed production base

年份Year順序Sequence1234562002阻礙因素Obstructive factorX16X8X3X4X1X13阻礙度(%)Hindrance degree9.14319.08238.98518.54608.06127.99812016阻礙因素Obstructive factorX1X3X8X4X13X16阻礙度(%)Hindrance degree12.263212.198311.116511.083110.984210.8801

2.4 河西制種基地耕地生態(tài)安全阻礙因素分析

根據(jù)河西制種基地耕地生態(tài)安全阻礙因素計算方法，對2002和2016年河西制種基地耕地生態(tài)安全阻礙因素進行計算(表6)。

河西制種基地耕地生態(tài)安全水平逐年改善，但從表4中不難發(fā)現(xiàn)，仍有9個指標目前仍未達到較安全狀態(tài)。其中單位制種地化肥負荷、農(nóng)藥負荷、地膜負荷、復種指數(shù)以及基地降水量等指標只達到較不安全狀態(tài)。目前政府職能部門加大了對制種基地制種廢棄物的處理監(jiān)督力度和對環(huán)境治理的投資，但河西制種基地采取的包產(chǎn)值等生產(chǎn)方式與有限的土地資源矛盾突出，為了提高單位制種面積土地的制種產(chǎn)量，有些地區(qū)會采取增加施肥，連作種植，增加了土地負荷，既影響了土地生態(tài)安全，同時也對作物品種安全產(chǎn)生了負面影響。表6結(jié)果顯示，單位制種地化肥負荷、農(nóng)藥負荷、地膜負荷等影響制種耕地安全的主要指標，出現(xiàn)了安全等級降低的趨勢，說明這些指標對研究區(qū)域耕地生態(tài)安全起著阻礙作用。

3 結(jié) 論

(1)綜合上述研究結(jié)果，可以判定2002-2016年河西制種基地耕地生態(tài)安全等級取代以前的“臨界安全”實現(xiàn)“較安全”狀態(tài)，安全等級逐漸提高，但是諸如化肥負荷、農(nóng)藥負荷、地膜負荷等主要的阻礙因素，目前仍處于較不安全狀態(tài)，制種環(huán)境保護仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。制種環(huán)境保護是一項過程繁雜、涉及面廣、需要綜合保護的工作。

(2)在提高河西制種基地耕地生態(tài)安全水平上：①政府牽頭，種子公司配合，在原種播種時期，增加薄膜的厚度，采用后期薄膜回收方式，杜絕薄膜的隨意丟棄、傾倒、填埋等方式給耕地生態(tài)安全造成的負面影響。②采用玉米根莖粉碎翻地耕地方式，使制種廢棄物轉(zhuǎn)化為生物肥料，提高制種廢棄物的使用效率，減少玉米根莖焚燒的發(fā)生概率。③加強對制種基地農(nóng)戶的法律法規(guī)知識的宣傳，提供種植技術(shù)培訓與指導，推廣合理的施肥方式與制種廢棄物的處置方式，認識到耕地生態(tài)安全對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至環(huán)境保護的重要性。④加大在播種與收獲期等制種產(chǎn)業(yè)重要的時期的執(zhí)法監(jiān)督力度，做到發(fā)現(xiàn)問題及時處理，錯誤行為及時糾正。

4 討 論

(1)在以往傳統(tǒng)的綜合評價方法中，對單個指標評價信息的揭示較少，評價等級指標的確定缺少超出等級之外的中間狀態(tài)的顯示，而物元法能夠有效地解決這些缺陷，對單個評價指標的具體評價結(jié)果和水平狀態(tài)詳盡的揭示，在此基礎(chǔ)上所獲得的制種基地耕地生態(tài)安全評價結(jié)果信息更全面、更豐富，能夠較好的顯示綜合評價水平中的中間轉(zhuǎn)化狀態(tài)，對制種基地耕地生態(tài)安全存在的具體問題提出合理的改善措施。熵值法確定權(quán)重完全客觀根據(jù)指標之間的變異程度，避免了人為因素對權(quán)重確定的影響，提高了對制種基地耕地生態(tài)安全評價的質(zhì)量。選擇改進的熵值法與物元分析法作為行之有效的工具對制種基地耕地生態(tài)安全評價，有利于科學合理評價制種基地耕地生態(tài)安全水平。

(2)在研究方法上，利用PSR模型，從壓力-狀態(tài)-響應3個方面確定評價指標，吸納改進的熵值法和物元分析法的諸多優(yōu)點，將二者結(jié)合對制種基地耕地生態(tài)安全進行評價，預期目標基本實現(xiàn)。但在確定評價指標時，缺乏參照標準，可能缺乏一定的嚴謹性，在后期的研究中，力求完善。