土地生態(tài)安全綜合評價案例分析—以寧夏中部干旱帶硒砂瓜工程為例

王亞娟 劉小鵬 米文寶

（1．寧夏大學草業(yè)科學研究所，銀川 750021；2．寧夏大學資源學院，銀川 750021）

土地生態(tài)安全綜合評價案例分析—以寧夏中部干旱帶硒砂瓜工程為例

王亞娟1,2劉小鵬2米文寶2

（1．寧夏大學草業(yè)科學研究所，銀川 750021；2．寧夏大學資源學院，銀川 750021）

目前針對硒砂瓜工程土地生態(tài)安全尚缺乏系統(tǒng)研究。以國內(nèi)相關研究成果為基礎，依據(jù)硒砂瓜地生態(tài)環(huán)境特點，采用“壓力-狀態(tài)-響應”（PSR）框架模型，建立了由23個原始指標或生成指標構(gòu)成的土地生態(tài)安全評價指標體系。經(jīng)研究，在13個安全趨向性為正的指標中，土壤有機質(zhì)含量（C10）、植被覆蓋率（C12）、水域面積比重（C16）、草地面積比重（C15）和抗災率（C11）值較小，說明硒砂瓜工程的實施，在一定程度上導致土壤有機質(zhì)、植被覆蓋、水域、草地等的生態(tài)風險增大，進一步導致該地區(qū)抗災能力減弱。在10個安全趨向性為負的指標中，耕地壓力指數(shù)（C6）、人口增長率（C1）、水土流失面積比重（C23）和城鎮(zhèn)化率（C8）值較大，這是因為，隨著硒砂瓜種植面積的劇增，耕地面積驟降，覆被等變化引起水土流失風險增加。同時，由于種植硒砂瓜短期經(jīng)濟效益的顯著提高，導致人口城鎮(zhèn)化速度放緩，農(nóng)村人口的增加進一步導致人口增長率提高。總體來說，硒砂瓜工程土地生態(tài)安全綜合得分為0.6139，處于預警狀態(tài)（敏感狀態(tài)）。

硒砂瓜工程；土地生態(tài)安全；綜合評價；寧夏中部干旱帶

生態(tài)安全是任何一個區(qū)域進行資源開發(fā)必須遵循的可持續(xù)發(fā)展準則[1,2]，而土地生態(tài)安全綜合評價又是協(xié)調(diào)區(qū)域發(fā)展與生態(tài)保護，實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要手段[3]。在區(qū)域發(fā)展進程中，通過實施工程（項目）帶動戰(zhàn)略起到了巨大地推動作用。圍繞工程與生態(tài)的相互作用這個核心，中國的土地生態(tài)評價開始從20世紀70年代的城市環(huán)境污染現(xiàn)狀調(diào)查和評價，轉(zhuǎn)向80年代工程建設項目的環(huán)境影響評價[4]。

大規(guī)模壓砂種瓜在寧夏始于2004年，屬于一種旱作農(nóng)業(yè)種植模式，即在土地上壓一層15-20cm厚的砂石，灌溉定額5.52m3/畝，畝灌水3次，生產(chǎn)出的西瓜富含硒等元素。在干旱氣候條件下，實施硒砂瓜工程是對傳統(tǒng)壓砂地種植模式的改良，即通過采用塑膜覆蓋技術、營養(yǎng)杯育苗技術和節(jié)水灌溉工程技術等的一種復合種植模式，成為一種特殊的土地利用模式[5,6]。雖然硒砂瓜工程實施的社會經(jīng)濟效益非常顯著，但是這種改變土地利用方式的浩大工程，對可能存在的生態(tài)安全問題的研究相對滯后。課題組分別于2008年6月、2009年7月和2010年7月三次，分赴寧夏中部干旱帶香山地區(qū)20個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、70個行政村對硒砂瓜工程的實施情況進行了實地調(diào)研和取樣，以生態(tài)安全有關理論為指導，對硒砂瓜土地生態(tài)安全進行綜合評價，以期為該區(qū)域土地資源可持續(xù)利用提供理論參考。

1 研究區(qū)概況

寧夏中部干旱帶北鄰引黃灌區(qū)，南連黃土丘陵溝壑區(qū)，東靠毛烏素沙漠，西接騰格里沙漠，行政區(qū)劃上包括中寧、中衛(wèi)、青銅峽、利通、靈武等縣（市、區(qū)）的山區(qū)部分和同心、鹽池兩縣的大部分以及海原縣的北部，總面積約3.05萬km2，占寧夏國土面積的45.9%。該區(qū)域地形南高北低，東高西低，地貌類型南部以黃土丘陵溝壑區(qū)為主，北部為丘陵臺地，海拔高程1300-2600m，植被覆蓋率不足20%。氣候方面表現(xiàn)為冬寒長，春暖遲，夏熱短，秋涼早，干旱少雨，蒸發(fā)強烈，風大沙多，日照充足。年日照時數(shù)為2854.9小時，≥10℃有效積溫3178℃，多年平均降雨量自南向北由400mm遞減到不足200 mm，僅為189.5mm，蒸發(fā)量為2400mm[7,8]。從自然地理角度講，這里是荒漠草原和干草原的過渡帶，屬生態(tài)脆弱帶（Ecotone）。從經(jīng)濟地理角度看，它是我國北方農(nóng)牧交錯區(qū)，人為過度利用自然資源引起的環(huán)境退化嚴重。

2 材料與方法

2.1 研究材料

使用比例尺1:10萬地形圖及1:200萬行政區(qū)劃圖，中部干旱帶歷年相關社會經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境背景統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以及2008年6月、2009年7月和2010年7月三次實地調(diào)研和取樣室內(nèi)實驗數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 評價指標體系

評價指標體系的建立是土地生態(tài)安全評價的關鍵環(huán)節(jié)[9]。參考國內(nèi)相關成果[10-15]，依據(jù)硒砂瓜地生態(tài)環(huán)境特點，采用能夠體現(xiàn)人類對土地生態(tài)系統(tǒng)的影響層次與等級的“壓力-狀態(tài)-響應”（PSR）框架模型[16]，并且對其進行相應擴展，選取了23個對土地生態(tài)安全有重要影響的指標，建立了土地生態(tài)安全評價指標體系（見表1）。

表1 寧夏中部干旱帶硒砂瓜工程土地生態(tài)安全評價指標體系Tab.1 Index system of evaluationon Land Ecological Security of Selenium Sand Melon Project

評價指標作為影響土地生態(tài)安全的因素，可分為正安全趨向性指標和負安全趨向性指標。正安全趨向性指標數(shù)值越大表明土地生態(tài)安全的狀況越好，包括：人均耕地、水資源保障率、土壤有機質(zhì)含量、抗災率、植被覆蓋率、硒砂瓜地復種指數(shù)、耕地面積比重、草地面積比重、水域面積比重、人均GDP、農(nóng)民人均純收入、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、機耕程度、農(nóng)業(yè)機械化程度。

負安全趨向性指標數(shù)值越大表明對土地的壓力越大，土地生態(tài)安全狀況越差，包括：人口增長率、人口密度、單位耕地面積農(nóng)藥化肥負荷、耕地壓力指數(shù)、經(jīng)濟密度、城鎮(zhèn)化率、鹽堿化、荒漠化面積比重、水土流失面積比重。

2.2.2 評價指標權(quán)重及評價指標基準值

采用層次分析法計算各因子的權(quán)重[17、18]。采用Delphi法，共邀請專家17位，其中硒砂瓜種植專家7位、土地利用與管理專家5位、生態(tài)環(huán)境保護專家5位，對各層指標的相對重要性進行兩兩比較、判斷。在匯總專家評價結(jié)果的基礎上，采用方根法，計算出各指標的權(quán)重，并參考國內(nèi)相關成果及研究區(qū)的實際情況采用相關分析法做了部分調(diào)整，對權(quán)重可靠性進行檢驗，計算結(jié)果顯示一致性令人滿意。

基準值的選取主要來源為目前國際公認值和世界平均值[15、16、18]，考慮到研究區(qū)實際情況，部分指標的基準值依據(jù)國家、行業(yè)和地方相關部門規(guī)定的標準及國內(nèi)同等指標的均值進行確定。

2.2.3 單指標評價模型

硒砂瓜地生態(tài)安全單指標值數(shù)學模型為:

式中：Ri—硒砂瓜地生態(tài)指標安全值；Pi—硒砂瓜地生態(tài)安全指數(shù)；Wi—為指標權(quán)重。

其中 作為各單項指標的安全指數(shù)，采用下列公式計算而得到：

①對于正相關性指標（即越大越安全）:當Ei≥Si時，Pi=1；當 Ei＜Si時，Pi=Ei/Si×100%。

②對于負相關性指標（即越小越安全）:當Ei≤Si時，Pi=1；當Ei＞Si時，Pi=Si/Ei×100%。

式中：Ei為各項指標的實際值；Si為各項指標的標準值。

據(jù)此，計算得到硒砂瓜地生態(tài)安全單指標值（見表2）。

表2 寧夏中部干旱帶硒砂瓜工程土地生態(tài)安全單指標值Tab.2 Index security values ofevaluationon Land Ecological Security of Selenium Sand Melon Project

2.2.4 綜合評價模型

雖然單項指標安全值可以從不同的側(cè)面反映硒砂瓜地生態(tài)安全的水平，但是要更全面綜合地反映硒砂瓜地生態(tài)安全現(xiàn)狀，還需對指標進行綜合計算。

硒砂瓜地生態(tài)安全綜合值數(shù)學模型為：

式中：—為硒砂瓜地生態(tài)綜合安全值；Ri、Pi和 Wi同上。

利用此評價模型，對各單項指標進行加權(quán)求和后，計算得出硒砂瓜地生態(tài)安全綜合評分（見表3）。

3 結(jié)果分析

3.1 單指標分析

基于生態(tài)安全單指標值數(shù)學模型及參數(shù)意義，據(jù)表2計算結(jié)果，在13個安全趨向性為正的指標中，機耕程度（C20）、農(nóng)民人均純收入（C18）值較大，即越大越安全。相反，其他指標值較小導致生態(tài)不安全，特別是土壤有機質(zhì)含量（C10）、植被覆蓋率（C12）、水域面積比重（C16）、草地面積比重（C15）和抗旱率（C11）等值較小（圖2）。這說明，硒砂瓜工程的實施，在一定程度上導致土壤有機質(zhì)、植被覆蓋、水域、草地等的生態(tài)風險增大，進一步導致該地區(qū)抗災能力減弱。

表3 寧夏中部干旱帶硒砂瓜工程土地生態(tài)安全綜合評價指數(shù)Tab.3 the comprehensive evaluation index on Land Ecological Security of Selenium Sand Melon Project

在10個安全趨向性為負的指標中，耕地壓力指數(shù)（C6）、人口增長率（C1）、水土流失面積比重（C23）和城鎮(zhèn)化率（C8）值較大，即越大越不安全（圖2）。這是因為，隨著硒砂瓜種植面積的劇增，其他類型耕地面積驟降，機井灌溉面積增加，地下水位下降，覆被變化引起水土流失和荒漠化風險增加。同時，由于種植硒砂瓜短期經(jīng)濟效益的顯著提高，導致人口城鎮(zhèn)化速度放緩，農(nóng)村人口的增加進一步導致人口增長率提高。

圖1 安全趨向性指標值Fig.1 Index value of security trend

3.2 綜合分析

按照“壓力-狀態(tài)-響應”（PSR）模型，土地壓力、土地質(zhì)量和土地利用結(jié)構(gòu)值較小（表3、圖3），表明硒砂瓜工程對于自然環(huán)境整體影響風險較大。

圖2 “壓力-狀態(tài)-響應”(PSR)指標值Fig.2 Index value of “pressure-state-response”(PSR)

據(jù)有關研究[15]，土地生態(tài)安全狀況可分為5類，分別是巨警狀態(tài)（惡劣狀態(tài)）、中警狀態(tài)（風險狀態(tài)）、預警狀態(tài)（敏感狀態(tài)）、較安全狀態(tài)（良好狀態(tài)）、安全狀態(tài)（理想狀態(tài)）（見表4）。

據(jù)表3，寧夏中部干旱帶硒砂瓜工程土地生態(tài)安全綜合得分為0.6139。參考表4可以看到，該地區(qū)硒砂瓜工程土地生態(tài)安全屬于Ⅲ級，即預警狀態(tài)（敏感狀態(tài)）。這表明，通過自2004年以來的硒砂瓜工程的實施，土地生態(tài)系統(tǒng)服務功能已有退化，生態(tài)環(huán)境已受到一定破壞。

表4 土地生態(tài)安全評價標準Tab.4 The evaluation standards of land ecological security

4 結(jié)論和討論

自2004年以來，寧夏中部干旱帶硒砂瓜種植面積逐年增加，經(jīng)濟效益十分顯著。但對硒砂瓜工程生態(tài)影響尚缺乏系統(tǒng)研究。經(jīng)初步研究，在10個安全趨向性為負的指標中，耕地壓力指數(shù)（C6）、人口增長率（C1）、水土流失面積比重（C23）和城鎮(zhèn)化率（C8）值較大，分別為。在13個安全趨向性為正的指標中，土壤有機質(zhì)含量（C10）、植被覆蓋率（C12）、水域面積比重（C16）、草地面積比重（C15）和抗旱率（C11）值較小，分別為。綜合來看，硒砂瓜工程土地生態(tài)環(huán)境安全綜合得分為0.6139，屬于Ⅲ級，即預警狀態(tài)（敏感狀態(tài)）。

硒砂瓜工程的實施，改變了土地利用結(jié)構(gòu)，導致覆被變化，生態(tài)安全問題理論上存在，實證分析上也表明了具有一定的敏感性（預警狀態(tài)）。因此，硒砂瓜工程生態(tài)影響應當引起學術界和決策層的廣泛關注，特別要加強硒砂瓜工程生態(tài)影響的長期定位檢測和預警預報，以促進硒砂瓜土地可持續(xù)利用。

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X53

A

1673-288X（2011）03-0061-05

項目資助： 國家自然科學基金 (40661006); 教育部科學技術重點項目 (210237); 寧夏高等學校科研項目.

王亞娟, 講師, 博士研究生, 主要研究方向為環(huán)境影響評價.