2001～2013年河南省耕地生態安全評價及障礙因子分析

王連超， 趙鵬飛

(河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南焦作 454000)

?

2001～2013年河南省耕地生態安全評價及障礙因子分析

王連超， 趙鵬飛*

(河南理工大學測繪與國土信息工程學院，河南焦作 454000)

耕地生態安全評價是改善耕地生態系統狀況，促進耕地可持續利用和保障糧食安全的重要基礎?；贒PSIR模型，運用層次分析法(AHP)和熵權法對河南省2001～2013年的耕地生態安全狀況進行了評價，并對障礙因子進行分析。結果表明：河南省耕地生態安全等級變化經歷了“臨界安全—一般安全—臨界安全—比較安全”幾個階段。從整體水平來看，耕地生態安全等級明顯提升。但從局部來看，耕地生態安全等級一直處于波動變化之中，其中2003～2008年一直處于臨界安全等級，2010～2013處于比較安全等級，2002和2009年為耕地生態安全等級變化的兩個拐點。對耕地生態安全有顯著影響的障礙因子為人均GDP、人均耕地面積、地膜覆蓋比、第一產業占GDP比重，權重的百分比分別為12.82%、10.34%、9.89%、6.99%，對耕地生態安全影響較大。為促進河南省耕地生態安全等級進一步提升，需要加強農田的保護、減少耕地占用，提高農民耕地生態意識、控制耕地生態系統污染，集約節約用地、促進耕地合理流轉。

耕地生態安全；DPSIR模型；AHP；熵權法；河南省

耕地是人類賴以生存和發展的物質基礎，是土地資源的精華。耕地生態安全對于保障國家糧食安全、社會經濟可持續發展具有重要作用。近年來，區域人口快速增加，同時伴隨著國家城鎮化建設的不斷推進，導致耕地后備資源嚴重不足，人地矛盾異常突出[1-3]。同時化肥、農藥、農膜的大量投入使用，造成耕地土壤污染、生態環境惡化，使耕地生態安全面臨著嚴峻挑戰，對農業生產和社會經濟的可持續發展構成嚴重威脅。河南省是農業大省、國家糧食主產區之一，糧食產量占全國總產量的1/10，耕地資源的生態安全狀況直接關系到國家糧食安全保障以及社會穩定、經濟可持續發展。因此，對2001～2013年河南省耕地生態安全狀況進行評價與障礙因子分析有重要意義。徐輝等[4]以黑龍江省寧安市為例研究了耕地生態安全評價；魯迪等[5]通過主成分分析法和專家經驗法從系統壓力、狀態、響應3個方面研究了河南省2008年的區域生態安全評價和時空差異；劉蕾等[6]基于PSR模型對河南省2009年土地生態安全做了物元評價。這些研究多基于某個特定年份或某個研究階段，未從時間序列上對河南省耕地生態安全進行評價分析。該研究根據2001～2013年統計數據，對河南省耕地生態安全進行評價與障礙因子分析，以期為進一步改善河南省耕地生態安全狀況提供參考。

1　研究方法及數據來源

1.1研究方法利用DPSIR模型構建起包括17個評價指標在內的河南省耕地生態安全評價指標體系，采用AHP法與熵值法(即主觀賦權法與客觀賦權法)相結合的研究方法來確定評價指標的綜合權重，利用綜合指數法求出河南省2001～2013年的耕地生態安全綜合評價指數，然后對2001～2013年河南省耕地生態安全狀況進行分等定級。

1.2數據來源數據統計主要來源于2001～2013年《河南統計年鑒》《河南農村統計年鑒》《中國農村統計年鑒》及河南省國民經濟和社會發展統計公報。

2　結果與分析

2.1耕地生態安全評價

2.1.1DPSIR模型及評價指標體系。

2.1.1.1DPSIR模型。DPSIR模型是在國際經合組織提出的PSR模型的基礎上增加“影響”與“驅動力”兩個指標形成的一個更為完善的評價指標體系[7],該模型已成為眾多國家學者研究區域農業可持續發展的研究框架[8-10]。DPSIR模型中“D”表示驅動力，指造成生態環境變化的潛在原因；“P”表示壓力，指人類活動對生態環境的直接影響；“S”表示狀態，指生態環境在人類活動壓力下所表現出的狀態；“I”表示影響，指在人類活動壓力下生態環境狀態反過來對人類和社會經濟的影響；“R”表示響應，指人類為緩解生態環境惡化而采取的有效措施。

2.1.1.2建立評價指標體系。依據科學性、客觀性、綜合性、可操作性與可度量性等原則，結合研究區域的實際情況，最終構建起了包含目標層、因素層、準則層共3個層次、17個指標在內的河南省耕地生態安全評價指標體系(表1)。其中，目標層(O)表示耕地生態安全評價綜合指數，為第一層；因素層(B)包括驅動力(D)、壓力(P)、狀態(S)、影響(I)與響應(R)，為第二層；因子層(C)表示每一個評價指標的具體表達，為第三層。

表1　DPSIR框架下的河南省耕地生態安全評價指標體系

2.1.2數據標準化。在耕地生態安全評價過程中，由于數據來源不同，各評價指標單位不統一，不具可比性，故要對評價指標原始數據進行標準化處理。在河南省耕地生態安全評價中評價指標原始數據采用極差標準化方法進行處理。其處理過程如下：

(1)

(2)

式中，Cij為i年第j個評價指標的標準化值;Xij為第i年第j個評價指標的原始數值；maxij為第i年第j個評價指標的最大數值；minij為第i年第j個評價指標的最小數值。

2.1.3評價指標綜合權重的確定。

2.1.3.1一致性檢驗。采用AHP法計算權重時，需要進行層次單排序一致性檢驗和層次總排序一致性檢驗。層次單排序的一致性檢驗結果見表2。檢驗結果通過一致性檢驗。通過計算，層次總排序一致性檢驗的結果CR=0.024 9<0.1，檢驗結果具有滿意一致性，通過一致性檢驗。

2.1.3.2指標綜合權重的確定。評價指標權重的確定，采用AHP法與熵值法相結合的方法。組合權重系數：Wj=(Wj1，Wj2,…,Wj17)T,Wj=θ1w1+θ2w2。式中，θ1、θ2為主觀賦權法與客觀賦權法的線性表出系數，滿足單位化約束條件：θ1+θ2=1，θ1>0,θ2>0。根據主觀賦權法與客觀賦權法的評價指標計算結果，結合相關研究成果[11-12]。得出θ1、θ2分別為0.35、0.65，最后計算求得評價指標的綜合權重，其結果見表3。

表2　層次單排序一致性檢驗結果

2.1.4綜合指數計算與評價結果分級。采用綜合指數法對河南省耕地生態安全進行評價，其綜合安全指數的計算采用各評價指標標準化值加權求和求得，公式為：

(3)

式中，Ci表示第i個評價指標的標準化值;Wi表示第i個評價指標的權重;n表示評價指標的個數。依據上述計算模型求得的河南省耕地生態安全綜合指數見表4。在參照相關研究成果的基礎上[13-14]，結合實際情況，將河南省的耕地生態安全狀況進行分級，結果列入表4最后一列。

表3河南省耕地生態安全評價指標綜合權重值

Table3IntegratedweightofecologicalsecurityevaluationofcultivatedlandinHenanProvince

指標代碼Indicatorcode權重(AHP)Weight(AHP)權重(熵權法)Weight(entropymethod)綜合權重IntegratedweightC10.09920.04750.0656C20.23320.07170.1282C30.05480.07800.0699C40.02180.14740.1034C50.05490.06090.0588C60.04000.04750.0449C70.14210.07570.0989C80.05060.04840.0492C90.01520.08000.0573C100.06050.06610.0641C110.03110.04250.0385C120.02160.02590.0244C130.06480.02450.0386C140.00770.02610.0197C150.01810.01970.0191C160.05730.08590.0759C170.02680.05190.0431

2.2結果與分析

2.2.1耕地生態安全整體概況。根據表4結果，得到2000～2014年河南省耕地生態安全指數變化曲線。從整體水平來看，河南省耕地生態安全呈上升趨勢(圖1)，綜合指數由2001的0.419 0上升為2013年的0.605 7，升幅為44.59%，由臨界安全轉為比較安全，安全等級明顯提升。這與2003年以后國家實行嚴格的耕地保護政策和積極的土地開發整理政策有關。在此13年間河南省耕地生態安全級等級變化經歷了“臨界安全—一般安全—臨界安全—比較安全”幾個階段。大致可以劃分為3個階段：第一階段為臨界—一般安全階段(2001～2002年)，相比于2001年，2002年的生態安全綜合指數明顯提升，由0.419 0上升為0.519 8，耕地生態安全等級由臨界安全轉為一般安全。第二階段為臨界安全階段(2003～2008年)，生態安全綜合指數先由2003年的0.362 1上升為2004年的0.398 6；2004～2007年，生態安全綜合指數一直處于小幅下降狀態，相比于2007年，2008年的生態安全綜合指數有小幅提升，此時間段內，呈現出上升—下降—上升的波動變化狀態，耕地生態安全等級一直處于臨界安全。第三階段為比較安全階段(2009～2013年)，生態安全綜合指數也呈現出波動變化，先由2009年0.580 4下降為2010年的0.552 0，2012年又逐步上升為0.608 2，2013年的生態安全綜合指數相較于2012年出現了微幅下降，降為0.605 7，此時間段內，耕地生態安全等級一直處于比較安全。2002、2009年為河南省耕地生態安全等級變化較為明顯的兩個拐點，綜合指數分別為0.519 8、0.580 4，安全等級為一般安全和比較生態安全安全。2001～2009年的綜合指數曲線變化與壓力指數曲線變化基本一致，說明在該評價指標體系框架內，壓力指數的變化對河南省耕地生態安全產生了重要影響；2010～2013年的綜合指數曲線變化與響應指數曲線變化基本一致，說明響應子系統對河南省耕地生態安全提升有重要的促進作用。

表4　河南省耕地生態安全綜合指數

圖1　2000～2014年河南省耕地生態安全指數變化曲線Fig. 1　Index curve for ecological security of cultivated land in Henan Province (2000-2014)

2.2.2障礙因子分析。關于17個評價指標的合理性已通過一致性檢驗，其結果合理。由表3可知，權重值較大的幾個評價指標分別為人均GDP、人均耕地面積、地膜覆蓋面積比、第一產業占GDP比重，權重的百分比分別為12.82%、10.34%、9.89%、6.99%，4項總和的百分比為40.04%。說明這幾項評價指標在耕地生態安全中的地位較為重要，對耕地生態安全的影響相對較大；而權重值比重較小的幾個評價指標分別為水土流失治理面積、工業廢水排放達標率、人均糧食占有量、單位農業耕地機械化水平，權重的百分比分別為1.91%、1.97%、2.44%、3.85%，4項總和的百分比為10.17%，說明其在耕地中的地位相對較輕，對耕地生態安全的影響相對較弱。單位耕地化肥負荷、單位耕地農藥負荷的權重百分比分別為5.88%、4.49%，總和為10.37%，對耕地生態安全的影響相對較大，今后如果能夠增加人均GDP、人均糧食占有量、擴大人均耕地面積、減少地膜覆蓋面積比、單位耕地化肥負荷、單位耕地農藥負荷，將會對河南省耕地生態安全狀況朝良性發展起到積極的推動作用，使其生態安全狀況進一步得到改善。

3　結論與建議

3.1基本結論

(1)從整體水平來看，河南省耕地生態安全等級明顯提升。但從局部來看，安全等級處于變化之中，2002～2008年綜合指數在0.362 1～0.393 9之間微幅波動，一直處于臨界安全階段；2010～2013年綜合指數由0.552 0上升為0.605 7，處于比較安全階段。2002和2009年為河南省耕地生態安全等級變化較為明顯的2個拐點，綜合指數分別為0.519 8和0.580 4，安全等級為一般安全和比較安全。

(2)人均GDP、人均耕地面積、地膜覆蓋面積比、第一產業占GDP比重四項指標權重百分比為12.82%、10.34%、9.89%、6.99%，四項指標權重百分比之和為40.04%，對河南省耕地生態安全影響十分顯著。

3.2對策建議評價分析結果表明，2001～2013年間的河南省耕地生態安全受單項評價指標人均GDP、人均耕地面積、地膜覆蓋面積比、第一產業占GDP比重、單位耕地化肥負荷、單位耕地農藥負荷的影響比重較大，故應從以下3個方面來進一步改善河南省的耕地生態安全狀況。

3.2.1加強農田保護，減少耕地占用，借以提高人均耕地面積。由于城市規?？焖贁U張，城鎮化建設不斷推進，建設用地需求量越來越大，結果導致耕地日益減少，所以應該按照“占多少、補多少，并且保證質量”的原則，落實耕地占補平衡制度，這樣就為耕地總量的動態平衡奠定了基礎，并且應在保護環境的前提下，把土地復墾和土地整理逐步變為補充耕地的主要途徑，用以緩解后備土地資源不足和用地需求增加之間的矛盾。

3.2.2提高農民土地生態意識，控制耕地生態系統污染。由于人們環保意識淡薄，化肥、農藥、農膜大量投入使用，造成了耕地生態系統嚴重污染，使得耕地生態承載力顯著降低。為進一步促進耕地生態安全狀況好轉，應減少化肥、農藥、農膜的使用，鼓勵人們多用有機肥料，以改良耕地土壤結構，提高耕地生態承載力。

3.2.3節約集約用地，促進耕地合理流轉。由于耕地總量有限，城鎮化建設不斷推進、城市快速擴張，用地需求越來越大，在提倡節約集約用地，減少耕地占用，提高每宗建設用地投入產出強度的同時，也應促進耕地合理流轉，以提高耕地有效利用率。

[1] 鄧先瑞,嚴玲,楊淑玲.湖北省耕地資源及其可持續利用對策[J].長江流域資源與環境，1998(1):32-37.

[2] 何報寅.湖北省土地資源利用現狀分析與展望[J].長江流域資源與環境，2000(3):320-326.

[3] 陳朝,朱明棟,李翠菊，等.湖北省耕地變化驅動力分析[J].華中農業大學學報(社會科學版),2006(2):39-44.

[4] 徐輝,雷國平,崔登攀，等.耕地生態安全評價研究：以黑龍江省寧安市為例[J].水土保持研究，2011,18(6):180-185.

[5] 魯迪,王孟洲,于長立，等.河南省區域生態安全評價與時空差異分析[J].江西農業學報,2012,24(1):144-148.

[6] 劉蕾,姜靈彥,高軍俠.基于P-S-R模型的土地生態安全物元評價：以河南省為例[J].地域研究與開發，2011,30(4):117-121.

[7] 董險峰,從麗,張嘉偉.環境與生態安全[M].北京:中國環境科學出版社,2010.

[8] ACTON D F，GREGORICH L J. Executive summary of the health of our soils toward sustainable in Canada[C]//Research centre for land and biological resources research. Ottawa, Canada:Agriculture and Agri-Food Canada,1996.

[9] HARDI P, PINTER L. Model and methods of measuring sustainable development performance[M].Winnipeg Ont:International Institute for Sustainable Development,1995.

[10] 郭旭東,邱揚,連綱，等.基于PSR框架的土地質量指標體系研究進展與展望[J].地理科學進展,2003,22(5):479-489.

[11] 趙宏波,馬延吉.東北糧食主產區耕地生態安全的時空格局及障礙因子：以吉林省為例[J].應用生態學報,2014,25(2):515-524.

[12] 馮旭芳,劉晶妹,趙麗娟.基于P-S-R模型的縣域生態安全評價：以山西省寧武縣為例[J].中國農學通報,2013,29(35):127-131.

[13] 張冰潔,宋戈.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[J].水土保持研究，2012,19(3):215-220.

[14] 曹新向,郭志永,雒海潮.區域土地資源持續利用的生態安全研究[J].水土保持學報,2004,18(2):192-195.

DPSIR-based Evaluation on Ecological Security of Cultivated Land in Henan Province

WANG Lian-chao, ZHAO Peng-fei*

(School of Survey and Land Information Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000)

The evaluation on ecological security of cultivated land is to improve the condition of ecosystem, and it is an essential basis for promoting the sustainable use of cultivated land and guaranteeing food security. Based on the DPSIR model, ecological security of cultivated land from 2001 to 2013 was evaluated by combining the Analytic Hierarchy Process (AHP) amd Entropy method. The evaluation results indicate that the variation in ecological security grade levels of cultivated land has experienced several stages in Henan Province, from “Critical Security”, “General Security”, “Critical Security” to “Security”. Judging from the overall level, the security level had improved significantly. However, from the local perspective, the ecological security of cultivated land has suffered slight fluctuation, and it has been in safety critical stage from 2003 to 2008, from 2010 to 2013 in a relatively safe stage, the years of 2002 and 2009 were two inflection points where the level of the ecological security of cultivated land in Henan Province changed obviously. There were several obstacle factors which exert significant influence on the ecological security of cultivated land in Henan Province, including the per capita GDP of impediments, the per capita arable land, mulching ratio of the first industries in GDP, and the percentage weights were 12.82%, 10.34%, 9.89%, and 6.99%, so they had a greater impact on ecological security of cultivated land. Therefore, in order to promote the ecological security level of cultivated land in Henan Province, it is necessary to strengthen farmland protection, reduce cultivated land occupation, strengthen their ecological awareness of cultivated land, control the pollution of cultivated land ecosystem, save land use and promote reasonable circulation of cultivated land.

Ecological security of cultivated land; DPSIR model; AHP; Entropy method; Henan Province

國家自然科學基金項目(41371105)。

王連超(1990- )，男，河南封丘人，碩士研究生，研究方向：地理空間信息處理與應用。*通訊作者，碩士研究生，研究方向：微波遙感與理論應用。

2016-05-27

F 301

A

0517-6611(2016)21-192-04