洞庭湖區域耕地健康狀況評價研究

張馨瑤 張 鳳

湖南師范大學地理科學學院，湖南 長沙 410081

0 引言

近年來，我國耕地數量不斷減少，土地質量日益下降。隨著社會經濟的迅速發展，城市邊界不斷擴張，對建設用地的需求日益增加，在保護耕地的政策要求下，滿足城市建設用地需求的壓力日益加大。耕地是確保國家糧食安全的戰略性資源，耕地健康一直是國家重點關注的問題。為了有效保障我國耕地健康，有必要對耕地健康情況進行評估。因此，筆者以洞庭湖區域為例，依據PSR（Pressure-State-Response，壓力—狀態—響應）模型建立耕地健康狀況評價指標體系，采用TOPSIS模型測度洞庭湖區域的耕地健康程度，并分析洞庭湖區域耕地健康時空狀況。

1 研究進展

“土地健康”這一概念是由美國生態學家Aldo Lcopold[1］在20 世紀40 年代 提 出來的。Aldo Lcopold認為，健康的土地是指被人類占領而沒有使其功能受到破壞的狀態，把土地有機體健康作為內部的自我更新能力，認為考慮土地有機體健康應與人們考慮個人有機體健康一樣。Papport 等[2］認為土地健康表現在系統活力健康、恢復力健康、組織結構健康等幾方面。為了保護土地健康，實現土地資源可持續利用，國內外許多學者對土地健康監測和評價進行了探索。例如，Rainer[3］依據德國土壤實際情況，構建了相應的土壤健康狀況評價指標體系，并計算出了德國的土壤健康程度。Keith 等[4］對造成土地健康退化的因素進行了分析，并在此基礎上構建了土地質量健康評價的量化指標體系。蔡為民等[5］在分析土地利用系統的基礎上，提出土地利用系統健康的概念，闡述土地利用系統健康評價的本質、目的，并初步建立了土地利用系統健康評價框架體系。趙青等[6］基于生態系統服務價值，從糧食安全角度出發，通過計算糧食耕地盈虧量、糧食耕地超載指數和補償系數，建立了耕地生態補償模型，通過量化縣域耕地生態補償，對河北省環京津地區耕地生態補償問題進行了研究。鄖文聚等[7］歸納了中國耕地目前所面臨的問題及不健康類型，分析了導致耕地不健康的原因，提出了維護耕地健康的相關建議。張虹波等[8］詮釋了土地資源生態安全的概念，并且對當前土地資源生態安全的主要研究內容及研究進展進行了綜述，提出了將土地資源生態安全機制研究、土地資源生態安全評價和土地資源生態安全設計研究整合起來進行綜合研究的框架體系。李沅澍等[9］以長沙市為例，建立了土地健康狀況評價指標體系，應用SPSS 13.0 軟件分析評價了2004—2010 年長沙市土地健康狀況。國內外關于耕地質量評價的研究已經取得了較大進展，但目前耕地質量評價多研究中等尺度或大尺度區域，對于縣級及以下的小尺度耕地質量評價研究較少。基于此，筆者從縣級尺度出發，對洞庭湖區域的耕地健康狀況進行評價。

2 耕地健康狀況評價指標體系的構建與研究方法

2.1 耕地健康狀況評價指標體系的構建

在耕地健康狀況評價中，指標的選取決定評價結果的準確性和全面性。因此，選取指標時要遵循科學性、綜合性、針對性和可行性原則，以滿足耕地健康狀況評價要求。

筆者依據PSR（Pressure-State-Response，壓力—狀態—響應）模型，結合洞庭湖區域的實際情況及數據的可及性構建洞庭湖區域耕地健康評價指標體系（見表1），以綜合評價當地耕地健康狀況[10］。其中，壓力（Pressure，P）是指人類社會經濟活動對環境造成的影響和破壞。筆者選取城市化水平、單位面積化肥施用量、單位面積農藥施用量、耕地面積作為耕地健康狀況評價指標體系中的壓力指標。狀態（State，S）是指在特定時間內的環境狀況。筆者選取糧食單位面積產量、農業產值和農民人均純收入作為耕地健康狀況評價指標體系中的狀態指標[11］。響應（Response，R）是指為了控制和預防社會經濟活動對環境的負面影響，個人和社會采取的相關措施。筆者選取有效灌溉比例和作物結構作為耕地健康狀況評價指標體系中的響應指標。

表1 耕地健康狀況評價指標體系

2.2 研究方法

筆者根據實際情況選取熵權法確定耕地健康狀況評價指標體系中各指標的權重，采用TOPSIS 模型測算洞庭湖區域耕地健康狀態[12］。

2.2.1 耕地健康狀況評價指標體系中各指標的權重確定

2.2.1.1 數據標準化處理。為消除各個指標之間的數量級差異，筆者采用極差標準化方法對原始數據進行處理。計算公式為

正向指標：

2.2.1.2 計算各指標信息熵。根據信息熵的定義，一組數據的信息熵為

2.2.1.3 確定各指標權重。根據信息熵計算公式，計算出各個指標的信息熵為E1，E2，…，Ek。根據信息熵計算各指標的權重，計算公式為

2.2.2 耕地健康狀況評價綜合值確定。筆者選取TOPSIS 模型測算洞庭湖區域的耕地健康狀況。TOPSIS 法是根據有限個評價對象與理想化目標的接近程度進行排序的方法，是在現有的對象中進行相對優劣的評價。計算公式為

式（6）至式（8）中：Z+j為最優方案，由Z中每列的最 大 值 構 成：Z+=(maxZi1，maxZi2，…，maxZin)；為最劣方案，由Z中每列的最小值構成：Z-=(minZi1，minZi2，…，minZin)；Di+為評價方案與最優方案之間的加權歐氏距離；Di-為評價方案與最劣方案之間的加權歐氏距離；Ci為評價方案與最優方案的接近程度，Ci越接近1，表示評價對象越接近最優水平[13］。

3 洞庭湖區域耕地健康狀況評價

3.1 研究區域與數據來源

洞庭湖區域位于長江中游以南。在行政區劃上，洞庭湖區域包括湖南省岳陽、華容、湘陰、南縣、安鄉、漢壽、澧縣、臨澧、桃源、望城10 縣，臨湘、沅江、汨羅、津市4 縣級市，以及岳陽市的岳陽樓區、君山區、云溪區，益陽市的資陽區、赫山區，常德市的武陵區、鼎城區7 區，共計21 個縣（區、市）。此外，還涉及湖北省的松滋、公安、石首等。洞庭湖區域擁有15 個國營農場，是我國重要的商品糧基地。筆者選擇洞庭湖區域湖南省內的21 縣（區、市）作為研究區域，將2016—2020 年共5 年的《湖南農村統計年鑒》《湖南統計年鑒》及研究區域各地區的國民經濟發展公報作為主要數據來源。

3.2 結果與分析

采用熵權法計算耕地健康狀況評價指標的權重，結果如表2所示。

表2 耕地健康狀況評價指標體系權重

洞庭湖區域21個縣（區、市）2016—2020年的耕地健康程度如表3 所示，耕地健康指數分級如表4 所示。從表3 可以看出，2016 年洞庭湖區域耕地為健康狀態的只有桃源縣，其耕地健康指數為0.608 9；耕地為亞健康狀態的縣（區、市）有13 個，分別為望城區、岳陽縣、華容縣、湘陰市、汨羅市、安鄉縣、漢壽縣、鼎城區、澧縣、臨澧縣、赫山區、南縣和沅江市；耕地狀況為不健康的縣（區、市）有7個，分別為岳陽樓區、云溪區、君山區、臨湘市、武陵區、津市市、資陽區。2020 年，耕地為健康狀態的縣（區、市）的數量增至7 個。其中，鼎城區、漢壽縣、澧縣在2017 年時耕地健康情況從亞健康轉為健康，華容縣、望城區和南縣分別在2018 年和2020 年達到健康耕地狀態。2020 年，耕地為亞健康的縣（區、市）有11 個，分別為君山區、岳陽縣、湘陰市、汨羅市、臨湘市、武陵區、安鄉縣、臨澧縣、資陽區、赫山區、沅江市；耕地處于不健康狀況的縣（區、市）下降至3 個，分別是岳陽樓區、云溪區和津市市。這可能是因為其城鎮化率較高，對耕地生產水平和健康保護的重視不足所導致的。綜上可知，洞庭湖區域各縣（區、市）的耕地健康指數在2016—2020年呈逐年上升的趨勢。

表3 2016—2020年洞庭湖區域耕地健康程度表

表4 耕地健康指數分級表

綜上所述，截至2020 年，洞庭湖區域大部分縣（區、市）耕地處于健康狀態或亞健康狀態，相比2016年的耕地健康程度有所提高。雖然部分縣（區、市）仍處于不健康狀態，如岳陽樓區、云溪區和津市市，但耕地健康指數也有所增長。個別縣（區、市）通過加大農業科學技術的投入和減少化肥、農藥等的使用，其耕地健康狀況由不健康狀態提升至亞健康狀態，如岳陽縣、湘陰市等[14］。

4 結論與建議

筆者采用定性和定量相結合的方式對湖南省洞庭湖區域耕地健康狀況進行評價，得到以下結論。

①2016—2020 年，洞庭湖區域大部分縣（區、市）耕地健康程度介于0.4～0.7，其中2020 年耕地健康狀態為健康的縣（區、市）有7個，耕地健康狀態為亞健康的縣（區、市）有11 個，耕地健康狀態為不健康的縣（區、市）有3個（岳陽樓區、云溪區、津市市）。

②洞庭湖區域整體的耕地健康指數由2016 年的0.431 2上升到了2020年的0.521 7，耕地健康指數達到0.6以上的區域基本上分布在洞庭湖區域的西南部，東部地區的耕地健康情況仍有待提升。

筆者根據上述結論提出如下建議：第一，當地政府應嚴格落實耕地保護政策，限制農用地轉為建設用地，并強化重點區域的耕地健康保護；第二，在耕地管理中，相關部門應對中低產田進行綜合改造與治理，引進并推廣先進的耕作技術，改善農業生產條件，實現在保護耕地的基礎上增加糧食產量，維護國家糧食安全；第三，當地政府應重視耕地污染治理，引導農戶減少化肥、農藥的施用量，推廣測土配方施肥技術，增施有機肥；第四，當地政府應加大宣傳力度，提升大眾的耕地保護意識，形成對耕地健康的有效監督與保護。