松嫩高平原黑土區典型地域耕地生態安全評價及驅動力分析——以黑龍江省綏化市為例

張冰潔，宋 戈

（東北農業大學 資源與環境學院，哈爾濱150030）

耕地生態安全是耕地保護的基本內容，是耕地生產力的基礎，對其進行評價，有利于協調人地關系，保障糧食安全，對實現土地資源乃至整個區域社會經濟持續健康發展，構建和諧社會具有重要的意義［1］。目前，對于耕地生態安全方面的研究還是一個新的領域，相關研究主要集中于土地生態安全方面。土地生態安全來源于近年來興起的“生態安全”研究［2］，概念雖不統一但內涵基本一致：一是土地生態系統自身是否安全，即其自身結構是否受到破壞，其生態功能是否受到損害；二是土地生態系統對人類的生產和生活是否安全，以及土地生態系統所提供的服務是否滿足人類的生存需要［3］。本文基于土地生態安全的內涵，將耕地生態安全界定為：耕地生態環境處于一種不受威脅或少受威脅的狀態，耕地生態系統穩定，可供利用的自然資源充足，生態環境無污染。

國外學者對耕地生態安全的研究主要是將耕地生態安全與可持續利用相結合進行系統研究［4－5］，國內學者對于土地生態安全的研究比較多見，研究對象大多集中于某一區域或不同功能的土地類型，如城市、草原、流域等［1，6－9］，以耕地為對象的生態安全研究相對較少，主要集中在耕地生態安全的概念及內涵分析［10－11］，評價指標選取以及指標體系構建［12－13］，區域生態安全現狀評價與格局研究［14］等方面。松嫩高平原黑土區位于中國的大平原之一松嫩平原東部，土壤肥沃，有機質含量高，腐殖質深厚，是我國重要的商品糧基地。本文選取松嫩高平原典型的黑土區綏化市為研究區，從宏觀和中觀層面出發，根據“壓力—狀態—響應”（P—S—R）三方面選取20個具有代表性的指標構建耕地利用生態安全評價指標體系，運用多因素綜合評價法對綏化市耕地利用生態安全進行評價，并采用主成分分析法對耕地生態安全驅動力進行分析，探尋影響耕地生態安全的敏感因子，以期從根本上測度和診斷影響耕地生態環境變化的真正原因，為提高區域生態環境水平以及實現其耕地可持續利用提供重要參考。

1 研究區概況

綏化市位于松嫩高平原中部，東經124°13′—128°30′，北緯45°03′—48°02′，地勢東北高、西南低，是松嫩高平原黑土區內具有很強代表性的區域，也是黑龍江省13個地級市（區）之一，下轄1個區、3個縣級市和6個縣。2009年末，綏化市土地總面積34 854km2，其中耕地面積165.74萬hm2，占土地總面積的47.55%，年末總人口580.2萬人，其中農業人口比重達到73.2%；地區生產總值由2001年的339.6億元增加到2009年的605.9億元，其中，第一產業總產值由98.7億元增加到208.7億元。綏化市地勢平坦，土質優良肥力較高，日照時間長且雨量充沛，適于糧食作物和經濟作物生長，是國家儲備糧大區之一。2000年，國家環境保護總局正式批準綏化市為全國生態示范區建設試點，其綠色產業的發展進入了正規化，2001—2009年，糧食商品率由60%提高到80%以上，糧食總產量由467.1萬t增加到1 119.43萬t，占黑龍江省糧食總產量的1／4。

2 耕地生態安全評價指標體系的構建

目前，國內外關于構建耕地生態安全評價指標體系還沒有共識。本文在選取評價指標時，從研究區人與環境系統的相互作用與影響出發，考慮了耕地資源承受的壓力及其對耕地質量的影響，以及社會對這些變化的影響，在綜合國內外相關的研究成果基礎上［15－17］，結合研究區實際情況，從壓力、狀態、響應三個準則層選取了20個評價指標構建研究區生態安全評價指標體系，詳見表1。

3 研究區耕地生態安全評價

3.1 數據來源

本文基礎數據來源于2001—2009年綏化市國民經濟和社會發展統計公報、《黑龍江統計年鑒》（2002—2010），部分指標數據由原始數據整理計算得到，限于篇幅原因不一一列出。

3.2 數據的標準化處理

生態安全評價是多指標綜合評價，指標間缺乏統一的度量標準［18］。為了消除不同量綱對評價結果的影響，本文采用極差變換法對所選指標原始數據進行標準化處理，便于進行指標值對比和綜合測評分析。

對于正指標，即指標值要求“越大越好”的指標，采用上限效果測度，其計算方法為：

對于負指標，即指標值要求“越小越好”的指標，采用下限效果測度，其計算方法為：

式中：Xij——第i個評價單元在第j個指標上的實際數 據；max（Xij）——第 j 個 指 標 的 最 大 值；min（Xij）——第j個指標的最小值，j＝1，2，…，n。

表1 綏化市耕地生態安全評價指標體系

3.3 權重的確定

本文采用主客觀綜合賦權法確定指標權重，將層次分析法和熵值法相結合，綜合考慮主觀意向和客觀數學理論，突破單一方法確定權重的局限，客觀地反映各指標層對目標層的影響度（表2）。

（1）層次分析法確定的指標權重向量為W1＝（W1W2…W20）；熵值法確定的指標權重向量值為W2＝ （W＊1W＊2…W＊20）T；

（2）確定組合權重向量 WC＝ （WC1WC2…WC20）T，令：WC＝θ1W1＋θ2W2，其中θ1、θ2為組合權系數向量的線性表出系數，θ1，θ2≥0，且滿足單位化約束條件：θ21＋θ22＝1。對原始數據作無量綱化處理以及對θ1、θ2進行歸一化處理，按照上述確定組合權重方法計算得出生態安全評價指標的組合權重值。

3.4 綜合評價值的確定

根據標準化后數據和指標層的權重，計算指標層中各因素的綜合評價值，通過指標層中各因素的評價值和對目標層的權重，計算得出2001—2009年綏化市耕地生態安全的最終評價值。

式中：Di（ω）——綜合評價值；Wj——第j個指標的權重；Xij——第i個指標的標準值；n——指標個數。綜合評價值的大小反映了各年份耕地生態安全的高低程度。評價值越大，安全性越高；評價值越小，安全性越低（表3）。

表2 綏化市耕地生態安全評價指標權重

3.5 評價標準的確定

目前，對于耕地生態安全還沒有一個統一的評價標準，本文根據研究區耕地生態環境現狀，參考有關文獻［19－23］，將耕地生態安全評價值劃分為5個等級：惡劣級、風險級、敏感級、良好級和安全級（表4）。

表3 綏化市耕地生態安全評價結果

表4 綏化市耕地生態安全評價等級

3.6 評價結果分析

評價結果表明（表3—4），2001年綏化市耕地生態安全評價值為0.385 9，生態安全等級為Ⅴ級，安全程度處于惡劣級，生態環境受到很大破壞，生態功能低下，生態災害嚴重；2002—2004年生態安全評價值由0.470 3增長到0.580 7，生態安全等級為Ⅳ級，安全程度處于風險級，隨著政府對環境治理力度的加強，生態環境有所改善，但是生態問題仍然突出，環境破壞較為嚴重，災害較多；2005—2009年生態安全評價值均處于0.6～0.8，生態安全等級有所提高，處于評價等級中Ⅲ級，安全程度為敏感級，生態環境受到一定破壞，但可以維持基本功能。

由評價結果可以看出，雖然2001—2009年以來，綏化市耕地生態安全評價值呈總體上升趨勢，但綏化市耕地生態安全問題仍然突出，耕地生態系統服務功能有所退化，生態環境受到一定破壞，但尚可維持基本功能，容易受到外界干擾而惡化，產生以上問題的主要原因有：（1）自然災害嚴重，2001—2009年間，綏化市耕地受災面積累積達到1 005萬hm2，洪澇災害、龍卷風侵襲都給綏化市耕地生態安全帶來很大威脅；（2）工業廢水過量排放，2003年綏化市工業廢水排放達標率為71.24%，達9a間最低點，工業廢水的過量排放，使得綏化市本來就少的水資源受到嚴重污染，地表水質不斷惡化，耕地生態環境惡化；（3）2001—2009年間，綏化市固體廢物排放量增長1.45倍，空氣質量惡化，但2003年后，由于洪澇災害成災率及其直接經濟損失大幅度下降，生態環境質量又有所改善；（4）人口不斷增長和耕地面積不斷減少，雖然綏化市的人口控制工作目前已取得了一定的成績，但是人口增長的趨勢仍未得到控制，綏化市現仍然是黑龍江省的人口大市，2001—2009年間，綏化市人口平均增長7.11‰，人口對耕地的壓力呈上升態勢；（5）農藥化肥大量施用，根據統計資料可知，2001—2009年綏化市的化肥、農藥使用強度逐年都在增加，農業生產中濫施化肥和農藥，在很大程度上對生態環境造成污染。

4 耕地生態安全驅動力分析

因耕地生態環境的變化情況主要取決于耕地利用的壓力因素、狀態因素和響應因素的綜合變化情況，而各因素又最終受到指標層各因子的影響。要對耕地生態安全情況進行把握，對耕地生態安全影響因子（驅動力）的研究顯得尤為重要。而影響耕地生態安全的因子錯綜復雜，相互之間耦合關聯，給研究帶來困難。因此，本文遵循科學性、系統性、區域性和可操作性原則，采用主成分分析法將若干個自變量壓縮成幾個獨立成分，以此來減弱自變量之間的相互干擾，并以上文指標體系中2001—2009年各指標序列資料作為基礎數據，利用SPSS 17.0統計軟件對樣本進行計算，分析對綏化市耕地生態安全產生影響的驅動力。

4.1 結果總體分析

通過對相關系數矩陣進行分析，發現耕地生態安全與農作物播種面積、耕地墾殖率、人均耕地面積、人口密度、農村人均純收入、人均糧食產量、第一產業比重、耕地用電量以及廢水排放達標率有較大的正相關，相關系數分別達到0.926，0.920，0.920，0.871，0.813，0.800，0.748，0.754，0.708；耕地生態安全壓力與人口密度、人均耕地面積和單位耕地用電量的相關性系數分別為0.932，0.904，0.843；與耕地生態安全狀態相關性較高的指標有廢水排放達標率、單位耕地面積建設機械動力以及耕地墾殖率，相關性系數分別為0.800，0.720，0.644；另外，農作物播種面積、人均糧食產量、人均GDP以及固體廢物綜合利用量與耕地生態安全響應相關性較高，相關性系數分別為0.954，0.919，0.846，0.794。

4.2 影響耕地生態安全因子的定量分析

由因子碎石圖、特征值及主成分貢獻率表（表5）可知，第一、二、三、四主成分的累積貢獻率已達到89.965 8%（超過85%），所得的主成分結果對大多數指標已經給出充分的概括，完全符合分析要求，而彼此之間又不相關，信息不重疊，可以進行結果分析，由此進一步得出主成分載荷矩陣表（表6）。由因子載荷矩陣可知，第一主成分與人均糧食產量、農村人均純收入、人口密度、農作物播種面積、耕地墾殖率、人均耕地面積、人均GDP、農業人口比重、第一產業比重、人口自然增長率以及糧食單產有較大的相關性；第二主成分與單位耕地化肥施用量、單位耕地用電量、單位耕地面積建設機械動力和固體廢物綜合利用量有較大的正相關；第三主成分與年降水量、水資源總量和廢水排放達標率有較大的相關性；第四主成分與除澇面積占易澇面積比和耕地受災面積有一定的相關性。經觀察分析發現第四主成分中的因子具有和第三主成分中因子共同的解釋作用，可將其劃為同一類。因此對以上的強相關因子進行分析和整理，可將綏化市耕地生態安全的驅動力歸納為社會經濟壓力因素、農業科技進步因素和生態環境因素。

表5 特征值及主成分貢獻率

表6 主成分載荷矩陣

社會經濟壓力因素，耕地生態安全壓力指標人口密度和人均耕地面積在2001—2009年間均有所增加，但漲幅不大；而人均糧食產量由0.85t／人增加到1.93t／人，增長127.01%，農村人均純收入由1 956元增加到4 250元，農作物播種面積也由142.90萬hm2增加到175.94萬hm2，人均GDP由2001年的6 242元增加到2009年的10 471元，耕地墾殖率同期也表現出增長的態勢，說明綏化市經濟在此期間穩步發展，所帶來的社會經濟壓力變小，隨著經濟的發展耕地生態環境安全值逐漸增加。

農業科技進步因素，包括了單位耕地化肥施用量、單位耕地面積建設機械動力等因子，依靠科技進步，加大對農業的投入，改良耕地，提高糧食單產，間接體現了農業科技進步、農業生產率提高對耕地生態安全的影響。綏化市2009年單位耕地用電量達到433.39（kW·h）／hm2，是2001年的1.52倍，單位耕地面積建設機械動力也增加了43.85%。

生態環境因素，主要包括自然因素和環境治理，綏化市近年來通過一系列措施對水土流失、廢水廢氣排放的環境污染進行整治，2001—2009年間，綏化市廢水排放達標率由75.8%增加到85.9%，耕地生態環境向良好態勢發展。

5 結論

通過對2001—2009年綏化市耕地生態安全進行評價，分析得出影響耕地生態安全的三類因素——社會經濟壓力因素、農業科技進步因素和生態環境因素，其中人均糧食產量、農村人均純收入、人口密度、農作物播種面積、人均GDP、單位耕地面積建設機械動力、單位耕地化肥施用量、除澇面積占易澇面積比和廢水排放達標率幾個指標是影響耕地生態安全的主要因子。研究結果表明近年來綏化市耕地生態安全程度逐漸好轉，但生態環境仍受到一定破壞，評價結果比較真實貼近實際情況，可為制定耕地保護政策、耕地可持續利用和人地協調發展提供依據。

針對綏化市耕地生態安全現狀，應加強耕地環境保護和生態建設，盡可能降低自然災害給耕地帶來的損失和影響；制定相關政策，限制工業企業廢水廢氣排放量，降低對區域水資源和空氣的污染；控制人口增長，提高人口素質，減輕耕地環境壓力；引導農民采用先進合理的耕作方式，努力培肥地力，減少化肥農藥施用量，控制耕地鹽堿化，促進該地區經濟可持續發展。

本文主要從宏觀和中觀層次對綏化市2001—2009年間耕地生態安全進行了評價，由于微觀層次包括土地生物特征、土壤結構特征和土壤化學特征等方面的指標在這9a間變化不大，所以本研究假定該類指標是定值，對結論影響不大。

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