豫北低山丘陵區農業生態安全及可持續發展對策

馬守臣，王紅亮，王 銳

（1.河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南 焦作 454000；2.新鄉學院數學系，河南 新鄉 453000）

生態安全是當前可持續發展問題研究的前沿課題[1]。目前，國外對于這一領域的研究主要集中在基因工程生物的生態風險與生態安全、化學物質的施用對農業生態系統健康及生態安全的影響等兩個方面的微觀研究[2]。國內的研究則主要集中在區域生態安全方面[3-5]。但是，由于人們對生態安全的內涵認識不足以及不同研究區域的復雜性和特殊性，目前在區域生態安全評價指標體系和研究方法上仍未形成共識。尤其是對區域農業可持續發展有著重要影響的農業生態環境安全方面的研究更為不足[6]。農業生產不但對自然資源、環境影響最大，也對自然資源、環境依賴最大。對于一個區域來說如果沒有農業環境的生態安全，農業生態系統就不可能實現可持續發展，因此，區域生態安全的基礎應是農業生態安全。我國學者吳國慶2001年首次提出了農業生態安全的概念，認為農業生態安全是指農業賴以發展的自然資源、生態環境處于一種不受威脅、沒有危險的健康、平衡的狀態，在這種狀態下，農業生態系統有穩定、均衡、充裕的自然資源可供利用，農業生態環境處于無污染、未破壞的不受威脅的健康狀態，只有在這種生態安全的狀態下，農業才能實現生產可持續性、經濟可持續性和社會可持續性[2]。此后，許多國內學者針對不同的農業生產區，開展了一些區域農業生態安全方面研究與評價[7-10]，但是由于我國幅員遼闊，不同區域有不同區域的生態環境的復雜性和特殊性，因此，這一領域的研究成果目前還遠遠不能在大范圍內用于指導區域農業生產實踐。

在豫北低山丘陵區，農業既是當地的基礎產業，也是支柱產業。長期以來，農業活動的干擾以及對資源的過度開發導致這一區域內自然植被大量破壞，土地荒漠化、水土流失等土地資源退化現象非常嚴重。尤其是過去以改變景觀、擴大資源消耗為基礎的粗放型的土地利用模式，導致該區域內生態系統日趨脆弱，嚴重地影響了區域內的生態系統的穩定性，使人們的生活、生存環境受到了巨大的威脅，直接影響了當地社會經濟的可持續發展。本文以生態環境較為脆弱的輝縣市境內的低山丘陵區為例，在對該區域近30 a農業生態經濟系統演變過程分析的基礎上，從生態環境質量、生態環境壓力和保護整治能力方面提出這一區域農業生態安全指標體系與綜合評價方法，并對區域近30 a的農業生態環境的安全程度進行定量評價與動態分析。然后，針對影響區域生態安全的主要因素，提出保證這一區域農業可持續發展的生態安全對策，以便指導該區農業生態環境建設、實現區域農業可持續發展。

1 研究區概況

研究地區位于河南省輝縣市境內，市域內山地、丘陵面積12.23萬hm2。屬暖溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫13.8℃，日照充足，年均日照時數2 446.9 h，年均降水量576.5 mm，無霜期209 d。試區選擇薄壁鎮、洪州鄉和上八里鎮3個鄉鎮的低山丘陵區。該區北依太行山，為太行山－華北平原過渡帶，土壤為山地的洪水沖積物發育而成的褐色土，地層較薄，顆粒較粗，多為粘質砂土夾礫石。土薄石多，持水力很差，漏水漏肥，致使土壤干旱，風蝕沙化嚴重，植被稀疏，植被類型為荊條（Vitex negundo var）、酸棗（Ziziphus jujuba）、白羊草（Bothriochloa ischaemum）灌草叢，群落的植被覆蓋率和群落的生物生產量均比較低。人工栽種的經濟樹種主要為一些分散種植的柿樹（Diospyros Kaki）、核桃（Juglans mandshurica Maxim）、棗（Ziziphus jujuba Mill）、桃（Prunus persica）、杏（Prunus armeniaca）等樹種。耕地主要為農田，農業生產力、經濟效益高的果樹和畜牧業未達到充分發展；其他土地為荒（灘）地，土壤結構不良，石礫含量60%～70%。農業生態系統的耕作制度為一年二熟制（水澆地）或一年一熟制（旱地），主要作物為小麥（Triticum aestivum）、玉米（Zea mays）、花生（Arachis hypogaea）。自上個世紀 70 年代以來，研究區內宜耕荒坡、荒（灘）地被大規模開發利用，自然植覆蓋率嚴重下降。

2 生態安全評價方法

2.1 農業生態安全評價指標體系的建立及權重的確定

一個區域農業生態安全評價涉及眾多要素，一方面要遵循農業生態系統的一般規律，另一方面必須考慮區域的特點，同時又需要了解生態安全空間格局。太行山低山丘陵區農業生態安全評價指標體系的建立，主要以試區近30 a來的農業生態系統的演變過程為依據。在動態監測與實地調研的基礎上，根據系統性，指標選擇的獨立性、可比性、科學性、實用性以及指標數據的可得性，在廣泛研究前人區域生態安全評價指標體系和區域農業生態安全評價指標體系，并征詢眾多專家的基礎上，從農業生態環境壓力、生態環境質量和保護整治能力3方面，篩選出20個指標構建太行山低山丘陵區農業生態安全的評價體系（表1）。采用層次分析法，并結合專家經驗確定各級評價指標的權重。在指標體系的各指標數值中，部分來自TM/ETM遙感解譯數據（如景觀多樣性指數、森林、草地覆蓋率等），其他部分取自輝縣市國民經濟統計年鑒。

2.2 評價指標數據標準化處理

為了消除評價指標間由于量綱不同帶來的不可比性，在評價前，需要對這些指標進行標準化處理，使不同類型的指標數據具有可比性，本研究采用下列方法對原始數據進行無量綱化：

式中：Xi為某一參評因子原始值；Xmax為某一參評因子最大值；Xmin為某一參評因子最小值；Si為某一參評因子標準化值。如果某一參評因子對生態安全起正作用，則用公式（1）進行標準化處理；如果某一參評因子對生態安全起負作用，則用公式（2）進行標準化處理。

2.3 農業生態安全度的計算

表1 豫北低山丘陵區農業生態安全評價指標體系

生態安全度指數（ESIA）計算依據公式（3）：

式中，Sj為第i項分類指標所屬的第j個單項指標的標準化值；Wj為第i項分類指標所屬的第j個單項指標相對應的權重；Pi為第i項分類指標的權重；ΣWjSj表示各分類評價指標的綜合評價值。

3 評價結果及分析

3.1 生態安全分析

農業生態環境質量指數：從圖1可以看出，研究區的農業生態環境質量在1975～1985年急劇下降。造成農業生態環境質量不斷下降的主要原因是，這一時期內宜耕的荒山（灘）地被大規模開發利用，自然植覆蓋率嚴重下降，生物多樣性下降，水土流失加劇，土壤質量嚴重退化。20世紀90年代以后隨著城市建設對砂資源的需求日益增加，砂資源價格不斷上漲，受利益驅動，有些地方亂采濫挖現象嚴重，生態環境進一步惡化，土地幾乎沒有農業利用價值，農業生態環境質量進一步下降。2000年后農業生產環境質量開始緩慢上升，其原因是農業建設投資增加，提高了有效灌溉面積；同時，由于林果業和畜牧業迅速發展，土地利用結構得到優化，森林覆蓋率都有較大幅度提高，農業景觀多樣性得到提高。

圖1 豫北低山丘陵區農業生態安全各分類指標的動態變化

農業生態環境壓力指數：農業生態環境壓力指數從1980年以來，一直處于上升狀態，其原因一是人口不斷增加導致人均耕地面積下降；二是工礦業（主要是石材場）的發展，占用和破壞了大量土地；三是化肥、農藥大量使用導致生物多樣性大量下降。

生態環境整治能力指數：農業生態環境整治能力指數在1985年和2000年分別比上一年稍有降低。但從總體上看，自1975年以來區域生態環境整治能力呈波動式上升趨勢。導致這一趨勢的主要原因是由于國家的政策引導，農民的生產積極性提高，人均純收入增加；再加上人們的環境意識增強，也加大了農業基礎建設和環境治理投資力度。

3.2 農業生態安全度指數

隨著農業生態環境質量指數、農業生態環境壓力指數和農業生態環境整治能力指數的變化，農業生態安全綜合值也發生相應的變化。農業生態安全度指數在2000年以前一直處于下降趨勢（圖2），主要原因有以下兩個方面：一方面是人類對土地資源不合理地利用開發，濫墾、濫伐、濫采亂挖等經濟活動加速了生態環境質量退化；另一方面是由于土地貧瘠，耕地生產力較低，為了提高土地生產力，人們大量施用化肥農藥，從而對生態環境產生了嚴重的負面影響，造成生物多樣性的嚴重喪失。另外，政府無力實施大規模的生態環境改善工程，導致農業生態系統對自然災害的防御能力降低，這也是農業生態安全度指數逐年下降的原因之一。2000年后，由于國家出臺了一系列的惠農政策，并且加大了對農業的投資力度；農民文化素質提高，經營理念發生變化，農業結構開始調整，農林牧土地利用結構日趨合理化。同時，地方政府也加大了環境治理力度，因此農業生態安全度指數開始緩慢上升。

圖2 豫北低山丘陵區農業生態安全度指數的動態變化

4 農業生態安全建設和可持續發展對策

4.1 繼續調整和優化農業產業結構，積極發展生態農業

在低山丘陵區，地形、地貌、自然資源的多樣性為農業生產的多種經營與開發利用提供了基本的物質保障。因此，可以根據不同地域的土地生態適宜性，充分利用時空差異性及生物多樣互補性，科學配置各類農業用地。在此基礎上大力發展經濟效益高的生態養殖業和生態林果業來提高農民收入。在農田生態系統中，盡可能減少農民對土地頻繁和高強度的擾動，采取合理的耕作措施，建立有機農業或生態農業體系，注重引進經濟和生態效益雙高的優良植物品種，并通過優化種植業結構，發展高效經濟作物。另外，在對土地利用結構進行優化配置時，土地利用結構的選擇必須有助于農業生態景觀的修復，避免或減少農業活動對生態環境的負面影響。

4.2 切實保護耕地資源，加大農田基本建設投資

應采取切實有效的行政、法律和經濟手段，嚴格控制各種土地開發項目，以保護極其有限的耕地資源。特別是要嚴歷打擊對砂資源亂采濫挖的行為，并合理規劃工礦企業用地，改變當前工礦業違法占地、破壞耕地的局面；提高農業基礎建設投資在總建設投資中的比例、加強農業基礎設施建設、提高農業的抗災能力。重點治理坡耕地，可采取多種蓄水、節水的坡地水土調控措施，開發雨水集蓄利用技術，充分利用天然降水，發展旱作林果業和旱作農業。同時，積極進行土地整理，改造中低產田，提高單位土地面積的生產力，大力提高耕地的復種指數，充分挖掘耕地生產潛力。

4.3 加大生態環境綜合治理力度

針對過度放牧、濫砍亂伐致使植被遭到嚴重破壞的區域，可利用物種共生原理，進行多物種人工復合搭配，通過喬灌草結合、多層配置，增加區域水土保持與水源養護林面積。針對砂資源亂采濫挖導致耕地嚴重破壞的區域，可通過采取適當的工程措施及物理、化學、生物、生態措施進行土壤重構和土壤改良，重新構造一個適宜的土壤剖面與土壤肥力生境，并盡快地恢復和提高重構土壤的生產力。具體操作上要因地制宜：如在相對平整、有一定覆蓋土層的地帶，采用生物措施如種植豆科牧草進行土壤改良，也可施加有機肥和化肥快速提高土地肥力，在此基礎上養草育灌、以灌培林，從而達到恢復植被的目的；在土壤條件極差、礫石含量高的砂資源采空區，采取削高墊低和覆土等方式平整土地，在此基礎上發展養殖業，建立養殖場，利用動物糞便結合外來客土逐漸改良場地周圍土地肥力，并在場地內外空地上采用覆土栽培技術植樹種草，建立人工植被，提高植被覆蓋率。

4.4 保護區域生物多樣性

生物多樣性作為人類賴以生存的基礎，最能反應一個地區的生態環境的狀況，也是實現資源可持續利用的重要保證，對于區域經濟、社會、生態協調發展有著重要作用[11]。因此，要實現區域資源的可持續利用和經濟的可持續發展，必須保護好該地區生物多樣性。農田生態系統作為人類經濟活動的主要區域，是生物多樣性破壞量嚴重的區域。然而，它卻不能像自然生態系統那樣通過建立自然保護區的途徑來管理和保護生物多樣性，必須在不影響或少影響農業生產力的前提下，對生物多樣性從生境多樣性、物種多樣性層次上進行保護[12]。農業生態系統中生境多樣性可以通過建立多樣性的人工生境和野生生境來實現。在低山丘陵區農業用地一直是土地利用的主要形式，通過在這一區域建立多樣化的生態農業用地模式，便可達到在農業景觀內形成多樣性的人工生境的目的；另外，在農田生態系統中，許多邊際土地，如荒地、農墾區濕地、小片山林地、溝渠邊、路邊、田埂等是野生生物種相對集中的地域，既可以作為害蟲天敵的越冬場所，也可在農田噴撒農藥時作為害蟲天敵避難場所[13]。因此，在進行生態農業模式設計時，必須注重各種邊際地帶等野生生境科學管理，以達到維護農田生態系統中生物多樣性的目的。

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