基于PSR模型的耕地生態安全物元分析評價

張 銳，鄭華偉，劉友兆

(南京農業大學公共管理學院，南京 210095)

基于PSR模型的耕地生態安全物元分析評價

張 銳，鄭華偉，劉友兆*

(南京農業大學公共管理學院，南京 210095)

耕地生態安全評價是改善農田生態系統安全狀況、促進耕地可持續利用的重要基礎。針對多數綜合評價研究中存在信息屏蔽和主觀性的問題，在界定耕地生態安全內涵的基礎上，構建了基于壓力-狀態-響應(PSR)模型的評價指標體系，采用物元分析方法和改進的熵值法對我國耕地生態安全進行評價。研究結果表明：(1)1996—2010年我國耕地生態安全水平不斷提高，安全等級經歷了“臨界安全-較安全”的演變歷程，但2010年“較安全”等級關聯度很弱；(2)單位耕地化肥負荷、人均耕地面積、單位耕地農藥負荷、土地墾殖率、水土流失程度等是耕地生態安全等級提升的關鍵制約因素。為了促進耕地生態安全等級不斷提升，需要進一步轉變經濟發展方式，加強土地利用監督管理，降低經濟增長對土地資源的過度消耗；大力發展綠色農業，合理施用農藥、化肥；積極開展農村土地整治，加強高標準基本農田建設；加大環境治理力度，有效控制水土流失程度。基于PSR模型的評價指標體系能更準確地反映農田生態系統各要素之間的關系，物元分析方法可以揭示單個評價指標的分異信息和綜合評價結果的中間信息、挖掘耕地生態安全存在的具體問題，適合用于耕地生態安全的評價。

耕地生態安全；物元分析；PSR模型；障礙因素

耕地資源作為最寶貴的自然資源之一，是非常重要的農業生產資料，具有食物生產、空間承載、生態服務等多種功能，經過人類長期的干預，農田生態系統逐漸演變成為具有高度耦合性的社會-經濟-生態復合系統[1- 2]。隨著人類對耕地資源利用的深度和廣度增加，耕地資源的稀缺性增強，耕地利用生態問題逐漸凸顯[3]。因此，開展耕地利用生態安全研究，優化耕地生態安全的改善路徑，對于緩解人地矛盾，保障我國糧食安全，維護國家安全，促進社會經濟可持續發展具有非常重要的理論意義和現實意義[4]。

國外學者主要將耕地生態安全與可持續利用相結合進行系統研究，Rasul和Thapa[5]從農業生態環境、社會經濟方面構建了評價指標體系，分析了孟加拉的耕地可持續利用與生態狀況；Beesley和Ramsey[6]指出，在農用地保護中，耕地生態價值與安全越來越受到農場主的認可與關注。國內學者關于耕地生態安全的研究主要集中在耕地生態安全內涵、耕地生態安全評價、耕地生態安全影響因素以及耕地生態安全調控對策等[7- 9]；在耕地生態安全評價研究方面，王千等[3]結合生態學中的能值理論構建了耕地生態安全評價指標體系，運用綜合評價法估算了河北省138個縣耕地生態安全狀況，重點探討其空間聚集格局差異特征，分析聚集格局產生的主要影響因素。張傳華[7]運用層次分析法、綜合評價法測算了重慶市豐都縣耕地生態安全水平。徐輝等[9]從自然因素、經濟因素和社會因素3個方面構建了耕地生態安全評價指標體系，運用組合賦權法確定評價指標權重，采用綜合評價法對寧安市耕地生態安全進行定量評價。朱紅波和張安錄[10]從直接影響因素、間接影響因素、社會經濟影響因素3個方面構建耕地生態安全評價指標體系，選用層次分析法確定評價指標權重，采用綜合評價法測算了中國耕地生態安全水平。總體來看，耕地生態安全評價研究尚屬起步階段，定性分析相對較多、定量研究較少；評價指標多集中于資源與環境狀況，很少綜合考慮人類活動、社會經濟等對耕地生態安全評價的作用；評價方法較為單一，多采用綜合評價法，存在一定的不足：1)現有的評價方法通常先主觀確定耕地生態安全等級取值范圍并劃分若干等級，然后測算評價對象的耕地生態安全水平綜合分值，最后根據評價綜合分值歸等定級，這種方法的主觀性較強[11]；2)現有的評價方法是將分散的信息通過模型集成，再進行綜合分值分級來評價研究對象的耕地生態安全綜合水平，無法有效識別指標與評價等級之間的隸屬程度，容易遺漏單個指標之間的一些評價信息[12]；3)現有的評價方法可以測算出評價對象的耕地生態安全等級，但無法說明評價對象向某個等級轉化的中間狀態[13]。物元分析方法通過計算單個指標與各標準等級的關聯系數得到綜合評價結果，能夠揭示更加豐富的評價信息，有效診斷農田生態系統的安全狀況，但尚未被應用到耕地生態安全評價研究中；壓力-狀態-響應(PSR)模型綜合考慮社會、經濟、資源與環境，突出了人地關系。鑒于此，本文在界定耕地生態安全內涵的基礎上，構建了基于PSR模型的耕地生態安全評價指標體系，并引入物元分析法和改進的熵值法對我國耕地生態安全進行實證研究，診斷耕地生態安全的制約因子，為改善農田生態系統安全狀況、協調人地關系、促進耕地資源可持續利用提供一定的依據。

1 耕地生態安全評價指標體系的構建

農田生態系統是人類為滿足生存需要，干預自然生態系統，依靠土地資源，利用農作物的生長繁殖來獲得物質產品而形成的半自然人工生態系統[14]。耕地資源生態安全是指在一定的時間和空間尺度內，農田生態系統處于保持自身正常功能結構和滿足社會經濟可持續發展需要的狀態；在這種狀態下，農田生態系統有穩定、均衡、充裕的自然資源可供利用，生態環境處于健康狀態[10，15- 16]。由此可見，耕地生態安全主要包括兩個方面的含義，一是農田生態系統在人類利用耕地資源過程中，自身結構合理，功能得到正常發揮；二是人類可以持續獲得耕地資源來滿足健康生存的需要[15，17]。

PSR概念模型是由聯合國OECD和UNEP提出的[18- 19]，該模型以因果關系為基礎，即人類活動對環境施加一定的壓力；環境改變了其原有的性質或自然資源的數量(狀態)；人類社會采取一定的措施對這些變化做出反應，以恢復環境質量或防止環境退化[20- 22]；它突出了環境受到的壓力和環境退化之間的因果關系，壓力、狀態、響應3個環節相互制約、相互影響，正是決策和制定對策措施的全過程[20]。因此，本文借鑒PSR概念模型作為耕地生態安全評價指標體系的基本框架(圖1)：人口增長、經濟社會發展給農田生態系統帶來巨大的壓力(P)；人類不斷開發土地資源，通過社會經濟活動向農田生態系統排放污染，改變了農田生態系統結構與功能狀態(S)；壓力之下，農田生態系統在原有狀態基礎上做出反應，同時反饋于社會經濟的發展過程；人類對農田生態系統的反饋進一步做出響應(R)，進行政策調整、環境保護等，改善農田生態系統狀態，使之保持良好的結構與功能，進而實現可持續發展[22- 23]。

圖1 耕地生態安全評價的PSR模型框架Fig.1 PSR framework for evaluation on the cultivated land ecological security

從耕地生態安全評價指標體系的基本框架出發，遵循科學性原則(評價指標體系要建立在科學的基礎上，各評價指標概念必須明確，并且有一定的科學內涵，能夠衡量或反映耕地生態安全狀況)、可比性原則(評價指標在一定時期內涵義、范圍、方法等方面等保持相對穩定，以便于保證資料的可比性，從而有利于研究長期趨勢和變化規律)、可獲取性原則(評價指標盡可能建立在現有統計體系的基礎上，即使現行統計體系不能滿足，評價指標數據資料也能通過典型調查或抽樣調查獲得)、系統性原則(評價指標體系作為一個整體，要能夠比較全面地反映被評價區域的特征)[4，22]，在參考相關文獻的基礎上[3,5,9- 10]，構建了3個層次的耕地生態安全評價指標體系(表1)。基于PSR模型的評價指標體系可以從總體上反映農田生態系統、社會經濟發展目標與管理決策之間的相互依存、相互制約的關系，改變現有耕地生態安全評價研究中指標體系主要關注資源環境的狀況，能更準確地反映農田生態系統的各要素之間的關系。

2 物元評價模型及經典域的確定

2.1 耕地生態安全評價的物元模型

物元分析方法是中國學者蔡文于20世紀80年代提出的用于解決矛盾問題的技術方法，可應用于生態環境、水資源承載力、農用地分級和土地生態水平等綜合評價研究中[13]。物元分析方法以可拓數學為基礎，把現實問題概括為相容性、不相容性問題并進行轉化處理；通過引入負數的概念建立關聯度，可以無丟失地綜合各種因素的全部信息，并能以定量的數值表示評價結果，從而較完整、客觀地反映事物質量的綜合水平[12，24]。因此，本文運用物元分析的理念，建立耕地生態安全評價模型，同時采用改進的熵值法確定評價指標的權重，可以比較全面、客觀地對農田生態系統的安全狀況進行診斷。根據物元分析方法和改進的熵值法構建耕地生態安全評價模型[11，13，24]。

表1 耕地生態安全評價指標體系

2.1.1 確定耕地生態安全物元

耕地生態安全N，耕地生態安全特征c和特征量值v共同構成耕地生態安全物元。假設耕地生態安全N有多個特征，它以n個特征c1，c2，…，cn和相應的量值v1，v2，…，vn描述，則表示為：

(1)

式中，R為n維耕地生態安全物元，簡記R=(N，c，v)。

2.1.2 確定耕地生態安全的經典域

耕地生態安全的經典域物元矩陣可表示為：

(2)

式中，Roj稱為經典域物元；Noj表示所劃分耕地生態安全的第j個評價等級(j=1，2，…，m)；ci表示第i個評價指標；區間lt;aoji，bojigt;為ci對應評價等級j的量值范圍，即經典域。

2.1.3 確定耕地生態安全的節域

耕地生態安全的節域物元矩陣表示為：

(3)

式中，Rp稱為節域物元；vpi=lt;api，bpigt;為節域物元關于特征ci的量值范圍，p表示耕地生態安全評價等級的全體，顯然有lt;aoi，boigt;?lt;api，bpigt;(i=1，2，…，n)。

2.1.4 確定待評物元

把待評對象Nx的物元表示為Rx：

(4)

2.1.5 確定關聯函數及關聯度

令有界區間Xo=[a,b]的模定義為：

|Xo|=|b-a|

(5)

某一點x到區間Xo=[a,b]的距離為：

(6)

則耕地生態安全評價指標關聯函數K(x)的定義為：

(7)

式中，ρ(x，Xo)表示點x與有限區間Xo=[a，b]的距離；ρ(x，Xp)表示點x與有限區間Xp=[ap，bp]的距離；x、Xo、Xp分別表示待評耕地生態安全物元的量值、經典域物元的量值范圍和節域物元的量值范圍。

2.1.6 評價指標權重確定

不同評價指標對于耕地生態安全的影響程度存在一定的差異，為了反映這種差異性，需要對評價指標賦以一定的權重，確定評價指標權重的方法主要有客觀賦權法和主觀賦權法。為了避免人為因素的影響，使耕地生態安全評價指標權重確定更加具有科學性，本文采用客觀賦權法中的熵值法來確定指標權重；熵值法根據評價指標變異程度的大小來確定指標權重，指標變異程度越大，信息熵越少，該指標權重值就越大，反之越小[25- 26]。在熵值法的計算過程中，運用了對數和熵的概念，根據相應的約束規則，負值和極值不能直接參與運算，應對其進行一定的變換，即應該對熵值法進行一些必要的改進；改進的辦法主要有兩種：功效系數法和標準化變換法，本文采用標準化變換法對熵值法進行改進[25]。用改進的熵值法確立評價指標權重的主要步驟如下[26]。

(1)評價指標標準化處理

由于不同的指標具有不同的量綱和單位，為了消除量綱和量綱單位的不同所帶來的不可公度性，需要對指標數據用標準化法進行變換：

(8)

(2)為了清除負數，進行坐標平移：

(9)

式中，X?ij為平移后的指標值，H為指標平移的幅度。

(3)計算第j項指標下的i個樣本值的比重

(4)計算第j項指標的熵值

(5)計算第j項指標的差異性系數gj。熵值越小，指標間的差異性越大，指標就越重要：

gj=1-ej

(6)定義第j項指標的權重

2.1.7 計算綜合關聯度并確定評價等級

待評對象Nx關于等級j的綜合關聯度Kj(Nx)為：

(10)

式中，Kj(Nx)為待評對象Nx關于等級j的綜合關聯度；Kj(xi)為待評對象Nx的第i個指標關于等級j的單指標關聯度(j=1，2，…，n)；wij為各評價指標的權重。

若Kji=max[Kj(xi)]，(j=1，2，…，n)，則待評對象第i指標屬于耕地生態安全等級j；若Kjx=max[Kj(Nx)]，(j=1，2，…，n)，則待評對象Nx屬于耕地生態安全等級j。

2.2 耕地生態安全評價經典域、節域的確定

評價標準的制定是耕地生態安全評價的關鍵環節，現階段耕地生態安全評價在我國尚處于探索階段，還沒有統一的評價標準；耕地生態安全的評價標準不僅復雜，而且需要因地制宜[13]。經典域(評價標準)的確定是物元評價模型的基礎，本文依據耕地生態安全的可拓性，將其劃分為5個等級，即N01→N05，定性描述為：安全→較安全→臨界安全→較不安全→不安全。評價經典域的確定主要參考國家、行業及國際相關標準，科學研究的判定標準，研究區域背景值或本底值等[4，11，13，27]，具體取值區間見表2。以x1人口密度(人/km2)為例，安全、較安全、臨界安全、較不安全和不安全的取值區間分別為[0，80)、[80，120)、[120，250)、[250，500)、[500，800)。由于數據的可獲得性限制，本文主要分析全國尺度的耕地生態安全狀況，耕地生態安全評價標準的確定主要著眼于全國整體；水土流失程度、水土流失治理率、災害指數、耕地糧食單產等指標的評價標準在不同地理區域存在一定的差異，在分析不同地理區域耕地生態安全水平時，需要結合區域的實際情況進一步討論確定評價標準。

3 結果與分析

3.1 數據來源

本研究數據主要來源于《中國統計年鑒》、《中國農村統計年鑒》、《中國農業年鑒》、《中國國土資源年鑒》和中國國土資源公報等。由于數據的可獲得性限制，本研究只選擇對1996、2003和2010三年我國耕地生態安全水平進行分析。

3.2 結果分析

收集我國有關耕地生態安全評價指標數據，經分析整理后，按照改進的熵值法確定各評價指標的權重(表3)。根據1996年、2003年、2010年各評價指標的具體量值，建立我國耕地生態安全水平待評物元矩陣R1996、R2003、R2010，將待評物元的數據輸入物元模型，得到耕地生態安全評價指標關聯度與綜合關聯度的測算結果(表4，表5)。表4中Kj(xi)(i=1，2，…,17)即第i個指標對應各評價等級的關聯度，以評價指標人口密度(人/km2)(x1)為例，2010年其對應5個評價等級的關聯度分別為K1(x1)=-0.2994、K2(x1)=-0.1235、K3(x1)=0.1514、K4(x1)=-0.4413、K5(x1)=-0.7206，因此可以判定該指標屬于級別N03，即“臨界安全”。同理，可以得到其他指標評價結果(表4)。

表2 耕地生態安全評價指標經典域、節域的取值范圍

No1—No5表示所劃分耕地生態安全的評價等級

表3 耕地生態安全評價指標權重

Kj(Nx)是指多指標加權求和的綜合關聯度，將耕地生態安全各評價指標對應的關聯度與其權重輸入式(10)可以得到綜合關聯度。2010年耕地生態安全水平對應5個評價等級的綜合關聯度分別為K1(N2010)=-0.2623、K2(N2010)=-0.0735、K3(N2010)=-0.1494、K4(N2010)=-0.2595、K5(N2010)=-0.4704，可以判定該年耕地生態安全水平屬于級別N02，即“較安全”。同理可知，1996年、2003年耕地生態安全等級分別為“臨界安全”、“臨界安全”(表5)。從表5可知，K3(N2003)gt;K3(N1996)，由此可見雖然1996年與2003年耕地生態安全等級均為“臨界安全”，但2003年對應的N03在[0，1]區間內更接近于標準上限，即耕地生態安全水平較1996年稍高。從耕地生態安全的變化來看，1996—2010年我國農田生態系統的安全狀況有所改善，耕地生態安全等級在提升，耕地生態安全水平有變好的趨勢。

表4 耕地生態安全評價指標關聯度

從單個評價指標來看，我國耕地生態安全評價指標相對應各個水平等級的關聯度計算結果顯示，1996—2010年大部分指標發生等級跳躍。根據單個評價指標提供的分異信息，農業機械總動力、災害指數、森林覆蓋率、農民人均純收入、有效灌溉面積比、環境污染治理投資占GDP比例、水土流失治理率等指標出現不同等級的上升趨勢，說明以上指標對我國耕地生態安全水平的提升有重要的貢獻。研究發現：1996年以來我國經濟持續發展，農民收入水平不斷提高，耕地生態保護意識不斷強化；不斷加強農田基礎設施建設，積極開展農村土地整治，加大中低產田改造力度，有效改善農業生產條件；持續加大農業科技投入，加強農業技術推廣普及，積極開展農民科技培訓，著力提高耕地糧食單產；加大生態環境保護建設的力度，有效加強水土流失治理，環境污染治理投資比例不斷提高，水土流失治理率持續增加，促進了農田生態系統安全狀況改善。

表5 耕地生態安全評價結果

0gt;K2(N2010)gt;K3(N2010)，說明雖然2010年我國耕地生態安全等級為“較安全”，但不完全符合N02的標準，具備轉化為N02的條件，“較安全”水平不太穩定；為了促使2010年的耕地生態安全等級穩定在“較安全”狀態，仍需進一步改善農田生態系統的安全狀況。根據單個指標提供的分異信息，1996—2010年單位耕地化肥負荷、人均耕地面積、單位耕地農藥負荷、土地墾殖率等指標呈現等級下降趨勢，水土流失程度改善幅度較小，這些指標成為制約我國農田生態系統安全狀況改善的因素。從單個指標評價結果來看，2010年我國耕地生態安全有14個指標未達到“較安全”，而單位耕地化肥負荷、人均耕地面積、單位耕地農藥負荷、土地墾殖率、水土流失程度等指標只達到“較不安全”等級。雖然我國一直致力于水土流失的綜合治理，但由于易水土流失區域較大，且存在反復的現象，目前水土流失程度仍較大，還需加大治理力度，有效保護土地資源。隨著經濟社會的發展，我國固定資產投資增長速度明顯提升、國內生產總值持續增長，但這種高速增長是以資源高消耗為代價的，建設用地規模不斷擴大，耕地面積持續減少，土地集約利用水平較低。與此同時，單位面積耕地農藥施用量、單位面積耕地化肥施用量不斷增加。

4 結論與討論

(1)通過對1996—2010年我國耕地生態安全評價的實證分析表明，PSR模型從社會經濟與資源環境有機統一的觀點出發，將資源環境、人類活動、社會經濟等聯系起來并考慮它們之間的相互作用，改變現有研究主要關注資源環境的狀況，能更準確地反映農田生態系統的各要素之間的關系；基于PSR模型的評價指標體系能夠實現對耕地生態安全的綜合評價。

(2)傳統綜合評價法中，較少揭示單個指標的評價信息，評價結果不會顯示超出等級外的中間狀態，而物元分析法能夠獲得單個指標的評價結果，揭示各評價指標的水平狀態，在此基礎上得到的綜合評價結果信息更豐富，能夠顯示綜合水平的中間轉化狀態(如2010年耕地生態安全評價的綜合結果)，有效挖掘耕地生態安全存在的具體問題；熵值法根據評價指標間的離散程度，用信息熵來確定評價指標的權重，可以克服一些主觀賦值法所帶來的結果不穩定的現象，在一定程度上改善和提高了評價的質量；物元分析法和熵值法適用于耕地生態安全評價，有利于提高耕地生態安全水平。

(3)研究結果表明，1996—2010年我國耕地生態安全水平不斷提高，農田生態系統安全狀況有所改善，安全等級經歷了“臨界安全—較安全”的演變歷程，但2010年“較安全”等級關聯度很弱；單位耕地化肥負荷、人均耕地面積、單位耕地農藥負荷、土地墾殖率、水土流失程度等是制約農田生態系統安全狀況改善的關鍵因素。因此，應進一步轉變經濟發展方式，推動經濟結構戰略性調整，優化產業升級布局，加強土地利用監督管理，提高土地資源市場化配置程度，形成節約集約用地的“倒逼機制”，有效增加土地利用集約度，降低經濟增長對土地資源的過度消耗；大力發展綠色農業，加快推進農業科技創新，合理施用農藥、化肥，減少對耕地資源的污染；積極開展農村土地整治，加強高標準基本農田建設，增加有效耕地數量、提高耕地資源質量；持續增加環境保護投入，加大環境治理力度，有效控制水土流失程度，持續提升耕地生態安全等級。

(4)本文作為一種研究方法的探討，在構建耕地生態安全評價指標體系的基礎上，嘗試性將物元分析方法和熵值法運用到耕地生態安全評價中，基本達到預期的研究目的。由于此類研究尚不多，耕地生態安全評價的指標選擇、經典域的確定，物元分析方法中的關聯函數的普適性等問題有待深入研究。

[1] Wang Q, Jin X B, Zhou Y K, Ayituerxun S. Spatial differences and its driving factors of emergy indices on cultivated land eco-economic system in Hebei Province. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(1): 247- 256.

[2] Jiang G H, Zhang F R, Kong X B, Zhao H F, Zhou D Y. The different levels and the protection of multi-functions of cultivated land. China Land Science, 2011, 25(8): 42- 47.

[3] Wang Q, Jin X B, Zhou Y K. Cultivated land ecological security and spatial aggregation pattern in Hebei Province. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2011, 27(8): 338- 344.

[4] He B B. Study on Regional Cultivated Land Resources Security [D]. Nanjing: Nanjing Agricultural University, 2009.

[5] Rasul G, Thapa G. Sustainability analysis of ecological and conventional agricultural systems in Bangladesh. World Development, 2003, 31(10): 1721- 1741.

[6] Beesley K B, Ramsey D. Agricultural land preservation // International Encyclopedia of Human Geography. Oxford: Elsevier Press, 2009, 25(6): 65- 69.

[7] Zhang C H. A Study of Cultivated Land Ecological Security Appraisal [D]. Chongqing: Southwest University, 2006.

[8] Zhu H B. Characters and influencing factors of cultivated land resource ecological security in China. Research of Agricultural Modernization, 2008, 29(2): 194- 197.

[9] Xu H, Lei G P, Cui D P, Zhao H B. Study on evaluation for ecological security of cultivated land---A case study of Nin′an city in Heilongjiang Province. Research of Soil and Water Conservation, 2011, 18(6): 180- 184.

[10] Zhu H B, Zhang A L. Analysis on spatial-temporal difference in ecological security of cultivated resources in China. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2007, 16(6): 754- 758.

[11] Yu J, Fang L, Cang D B, Zhu L, Bian Z F. Evaluation of land eco-security in Wanjiang district base on entropy weight and matter element model. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2012, 28(5): 260- 266.

[12] Cai W. Matter Element Model and Its Application. Beijing: Science Press, 1994.

[13] Zhang X B, Lei G P, Yuan L, Li L, Tian Q C. Evaluation on ecological security of land based on entropy weight and matter-element model: a case study of Heilongjiang Province. China Population, Resources and Environment, 2009, 19(1): 88- 93.

[14] Bai L H, Wang W, Zhang Y. Health status evaluation of the farmland supply function at county level in Hebei Province. Acta Ecologica Sinica, 2012, 32(7): 2033- 2039.

[15] Xie G L. Research on the farmland ecological safety in Guangzhou. Guangdong Agricultural Sciences, 2011, 38(22): 152- 154.

[16] Feng Y F. Analysis on cultivated land ecological security in the past 20 years in Guangdong Province. Environmental Protection, 2006, (17): 53- 55.

[17] Cai W M, Tang H J, Chen Y Q, Zhang F R. Framework of conception and option of health assessment index in land sue system. China Population, Resources and Environment, 2004, 14(1): 31- 35.

[18] Fao Proceedings. Land quality indicators and their use in sustainable agriculture and rural development // Proceedings of the Workshop Organized by the Land and Water Development Division FAO Agriculture Department, 1997, (2): 5- 5.

[19] Walz R. Development of environmental indicator systems: experiences from Germany. Environmental Management, 2000, 25(6): 613- 623.

[20] Yan L, Wang J K, Huang H. An assessment of ecosystem health in Dongxi River Basin based on PSR framework. Resources Science, 2008, 30(1): 107- 113.

[21] Mai S Z, Xu S J, Pan Y J. Application of the PSR model to the evaluation of wetland ecosystem health. Tropical Geography, 2005, 25(4): 317- 321.

[22] Qiu L. Study on River Basin Ecosystem Health Diagnosing and Early-Warning Based on Immune Mechanism [D]. Nanjing: Hehai University, 2006.

[23] Gao S, Huang X J. Performance evaluation of eco-construction based on PSR model in China from 1953 to 2008. Journal of Natural Resources, 2010, 25(2): 341- 350.

[24] Luo W B, Wu C F, Wu Y J. Assessment on ecological level of urban land based on matter element analysis---a case study of Binzhou city in Shandong Province. Acta Ecologica Sinica, 2009, 29(7): 3818- 3827.

[25] Zheng H W, Liu Y Z, Wang X R. Dynamic econometric analysis of the relationship between urbanization and land intensive utilization in China. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2011, 20(9): 1029- 1034.

[26] Tao X Y, Zhang R J, Xu H, Zhu J L. Assessment of city′s sustainable development based on improved entropy method. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2006, 20(5): 38- 41.

[27] Zheng H W, Zhang R, Liu Y Z. Health diagnosis on land use system based on matter element analysis. China Land Science, 2012, 26(11): 33- 39.

參考文獻:

[1] 王千, 金曉斌, 周寅康, 阿依吐爾遜·沙木西. 河北省耕地生態經濟系統能值指標空間分布差異及其動因. 生態學報, 2011, 31(1): 247- 256.

[2] 姜廣輝, 張鳳榮, 孔祥斌, 趙華甫, 周丁揚. 耕地多功能的層次性及其多功能保護. 中國土地科學, 2011, 25(8): 42- 47.

[3] 王千, 金曉斌, 周寅康. 河北省耕地生態安全及空間聚集格局. 農業工程學報, 2011, 27(8): 338- 344.

[4] 何蓓蓓. 區域耕地資源安全研究 [D]. 南京: 南京農業大學, 2009.

[7] 張傳華. 耕地生態安全評價研究 [D]. 重慶: 西南大學, 2006.

[8] 朱紅波. 我國耕地資源生態安全的特征與影響因素分析. 農業現代化研究, 2008, 29(2): 194- 197.

[9] 徐輝, 雷國平, 崔登攀, 趙宏波. 耕地生態安全評價研究: 以黑龍江省寧安市為例. 水土保持研究, 2011, 18(6): 180- 184.

[10] 朱紅波, 張安錄. 我國耕地資源生態安全的時空差異分析. 長江流域資源與環境, 2007, 16(6): 754- 758.

[11] 余健, 房莉, 倉定幫, 朱琳, 卞正富. 熵權模糊物元模型在土地生態安全評價中的應用. 農業工程學報, 2012, 28(5): 260- 266.

[12] 蔡文. 物元模型及其應用. 北京: 科學出版社, 1994.

[13] 張小虎, 雷國平, 袁磊, 李輝, 田慶昌. 黑龍江省土地生態安全評價. 中國人口·資源與環境, 2009, 19(1): 88- 93.

[14] 白琳紅, 王衛, 張玉. 河北省縣域農田生態系統供給功能的健康評價. 生態學報, 2012, 32(7): 2033- 2039.

[15] 謝戈力. 廣州市耕地資源生態安全研究. 廣東農業科學, 2011, 38(22): 152- 154.

[16] 馮艷芬. 廣東省近20年耕地生態安全探析. 環境保護, 2006, (17): 53- 55.

[17] 蔡為民, 唐華俊, 陳佑啟, 張鳳榮. 土地利用系統健康評價的框架與指標選擇. 中國人口·資源與環境, 2004, 14(1): 31- 35.

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

[21] 麥少芝, 徐頌軍, 潘穎君. PSR模型在濕地生態系統健康評價中的應用. 熱帶地理, 2005, 25(4): 317- 321.

[22] 仇蕾. 基于免疫機理的流域生態系統健康診斷預警研究 [D]. 南京: 河海大學, 2006.

[23] 高珊, 黃賢金. 基于PSR框架的1953- 2008年中國生態建設成效評價. 自然資源學報, 2010, 25(2): 341- 350.

[24] 羅文斌, 吳次芳, 吳一洲. 城市土地生態水平物元分析評價——以山東省濱州市為例. 生態學報, 2009, 29(7): 3818- 3827.

[25] 鄭華偉, 劉友兆, 王希睿. 中國城鎮化與土地集約利用關系的動態計量分析. 長江流域資源與環境, 2011, 20(9): 1029- 1034.

[26] 陶曉燕, 章仁俊, 徐輝, 朱九龍. 基于改進熵值法的城市可持續發展能力的評價. 干旱區資源與環境, 2006, 20(5): 38- 41.

[27] 鄭華偉, 張銳, 劉友兆. 基于物元分析的土地利用系統健康診斷. 中國土地科學, 2012, 26(11): 33- 39.

EvaluationoncultivatedlandecologicalsecuritybasedonthePSRmodelandmatterelementanalysis

ZHANG Rui, ZHENG Huawei, LIU Youzhao*

CollegeofPublicAdministration,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China

Evaluation on cultivated land ecological security is a significant foundation for improving the security of farmland ecosystems and the sustainable use of cultivated land. To solve the problem of asymmetric information and subjectivity in most integrated evaluations, the authors define the cultivated land ecological security, construct an evaluation index system based on the Pressure-State-Response (PSR) model, and then conduct an evaluation of the ecological security of cultivated land in China by the matter element analysis and the improved entropy method. The results show: (1) The ecological security of cultivated land in China was gradually improved from critically safe to safer from 1996 to 2010, but the correlation of “safer” was extremely weak in 2010; (2) Crucial constraints on the improvement of cultivated land ecological security include fertilizer load per unit of cultivated land, per capita cultivated land, pesticide load per unit of cultivated land, land reclamation rate, and soil erosion. For the cultivated land ecological security to be continuously improved, the economic development pattern should be transformed, land use supervision and management strengthened, and excessive consumption of land resources for economic growth reduced; green agriculture should be vigorously developed, pesticides and fertilizers applied only as needed; rural land consolidation and high-standard basic farmland construction should be strengthened, environmental protection intensified, and soil erosion effectively controlled. The evaluation index system based on the PSR model can accurately reflect the relationship between various elements of the farmland ecosystems, while the matter element analysis can reveal differentiation information of every single indicator and intermediate information of comprehensive evaluation, discovering specific problems in cultivated land ecological security. Therefore, the evaluation index system and the matter element analysis are suitable to assess the cultivated land ecological security.

cultivated land ecological security; matter element analysis; PSR model; obstacle factors

國家自然科學基金項目(71173112)；江蘇省國土資源科技項目(201003)；江蘇省普通高校研究生科研創新計劃資助項目(CXZZ11_0690)

2012- 09- 19;

2013- 04- 18

*通訊作者Corresponding author.E-mail: yzliu@njau.edu.cn

10.5846/stxb201209191319

張銳，鄭華偉，劉友兆.基于PSR模型的耕地生態安全物元分析評價.生態學報,2013,33(16):5090- 5100.

Zhang R, Zheng H W, Liu Y Z.Evaluation on cultivated land ecological security based on the PSR model and matter element analysis.Acta Ecologica Sinica,2013,33(16):5090- 5100.