土地生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)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(xué)草業(yè)科學(xué)研究所，銀川 750021；2．寧夏大學(xué)資源學(xué)院，銀川 750021）

土地生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)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(xué)草業(yè)科學(xué)研究所，銀川 750021；2．寧夏大學(xué)資源學(xué)院，銀川 750021）

目前針對(duì)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(guān)研究成果為基礎(chǔ)，依據(jù)硒砂瓜地生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，采用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”（PSR）框架模型，建立了由23個(gè)原始指標(biāo)或生成指標(biāo)構(gòu)成的土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。經(jīng)研究，在13個(gè)安全趨向性為正的指標(biāo)中，土壤有機(jī)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(zāi)率（C11）值較小，說明硒砂瓜工程的實(shí)施，在一定程度上導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)、植被覆蓋、水域、草地等的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增大，進(jìn)一步導(dǎo)致該地區(qū)抗災(zāi)能力減弱。在10個(gè)安全趨向性為負(fù)的指標(biāo)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?yàn)?，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(fēng)險(xiǎn)增加。同時(shí)，由于種植硒砂瓜短期經(jīng)濟(jì)效益的顯著提高，導(dǎo)致人口城鎮(zhèn)化速度放緩，農(nóng)村人口的增加進(jìn)一步導(dǎo)致人口增長率提高?？傮w來說，硒砂瓜工程土地生態(tài)安全綜合得分為0.6139，處于預(yù)警狀態(tài)（敏感狀態(tài)）。

硒砂瓜工程；土地生態(tài)安全；綜合評(píng)價(jià)；寧夏中部干旱帶

生態(tài)安全是任何一個(gè)區(qū)域進(jìn)行資源開發(fā)必須遵循的可持續(xù)發(fā)展準(zhǔn)則[1,2]，而土地生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)又是協(xié)調(diào)區(qū)域發(fā)展與生態(tài)保護(hù)，實(shí)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(jìn)程中，通過實(shí)施工程（項(xiàng)目）帶動(dòng)戰(zhàn)略起到了巨大地推動(dòng)作用。圍繞工程與生態(tài)的相互作用這個(gè)核心，中國的土地生態(tài)評(píng)價(jià)開始從20世紀(jì)70年代的城市環(huán)境污染現(xiàn)狀調(diào)查和評(píng)價(jià)，轉(zhuǎn)向80年代工程建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響評(píng)價(jià)[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(shí)施硒砂瓜工程是對(duì)傳統(tǒng)壓砂地種植模式的改良，即通過采用塑膜覆蓋技術(shù)、營養(yǎng)杯育苗技術(shù)和節(jié)水灌溉工程技術(shù)等的一種復(fù)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(shí)施的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，但是這種改變土地利用方式的浩大工程，對(duì)可能存在的生態(tài)安全問題的研究相對(duì)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(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、70個(gè)行政村對(duì)硒砂瓜工程的實(shí)施情況進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研和取樣，以生態(tài)安全有關(guān)理論為指導(dǎo)，對(duì)硒砂瓜土地生態(tài)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，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(tái)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(qiáng)烈，風(fēng)大沙多，日照充足。年日照時(shí)數(shù)為2854.9小時(shí)，≥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(jì)地理角度看，它是我國北方農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)，人為過度利用自然資源引起的環(huán)境退化嚴(yán)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(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境背景統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及2008年6月、2009年7月和2010年7月三次實(shí)地調(diào)研和取樣室內(nèi)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2 研究方法

2.2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立是土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[9]。參考國內(nèi)相關(guān)成果[10-15]，依據(jù)硒砂瓜地生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，采用能夠體現(xiàn)人類對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)的影響層次與等級(jí)的“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”（PSR）框架模型[16]，并且對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)擴(kuò)展，選取了23個(gè)對(duì)土地生態(tài)安全有重要影響的指標(biāo)，建立了土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)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(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Index system of evaluationon Land Ecological Security of Selenium Sand Melon Project

評(píng)價(jià)指標(biāo)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(biāo)和負(fù)安全趨向性指標(biāo)。正安全趨向性指標(biāo)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(jī)質(zhì)含量、抗災(zāi)率、植被覆蓋率、硒砂瓜地復(fù)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(jī)耕程度、農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度。

負(fù)安全趨向性指標(biāo)數(shù)值越大表明對(duì)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(fù)荷、耕地壓力指數(shù)、經(jīng)濟(jì)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(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重及評(píng)價(jià)指標(biāo)基準(zhǔn)值

采用層次分析法計(jì)算各因子的權(quán)重[17、18]。采用Delphi法，共邀請(qǐng)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(hù)專家5位，對(duì)各層指標(biāo)的相對(duì)重要性進(jìn)行兩兩比較、判斷。在匯總專家評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用方根法，計(jì)算出各指標(biāo)的權(quán)重，并參考國內(nèi)相關(guān)成果及研究區(qū)的實(shí)際情況采用相關(guān)分析法做了部分調(diào)整，對(duì)權(quán)重可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果顯示一致性令人滿意。

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

2.2.3 單指標(biāo)評(píng)價(jià)模型

硒砂瓜地生態(tài)安全單指標(biāo)值數(shù)學(xué)模型為:

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

其中 作為各單項(xiàng)指標(biāo)的安全指數(shù)，采用下列公式計(jì)算而得到：

①對(duì)于正相關(guān)性指標(biāo)（即越大越安全）:當(dāng)Ei≥Si時(shí)，Pi=1；當(dāng) Ei＜Si時(shí)，Pi=Ei/Si×100%。

②對(duì)于負(fù)相關(guān)性指標(biāo)（即越小越安全）:當(dāng)Ei≤Si時(shí)，Pi=1；當(dāng)Ei＞Si時(shí)，Pi=Si/Ei×100%。

式中：Ei為各項(xiàng)指標(biāo)的實(shí)際值；Si為各項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值。

據(jù)此，計(jì)算得到硒砂瓜地生態(tài)安全單指標(biāo)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(biāo)值Tab.2 Index security values ofevaluationon Land Ecological Security of Selenium Sand Melon Project

2.2.4 綜合評(píng)價(jià)模型

雖然單項(xiàng)指標(biāo)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(duì)指標(biāo)進(jìn)行綜合計(jì)算。

硒砂瓜地生態(tài)安全綜合值數(shù)學(xué)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(píng)價(jià)模型，對(duì)各單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)求和后，計(jì)算得出硒砂瓜地生態(tài)安全綜合評(píng)分（見表3）。

3 結(jié)果分析

3.1 單指標(biāo)分析

基于生態(tài)安全單指標(biāo)值數(shù)學(xué)模型及參數(shù)意義，據(jù)表2計(jì)算結(jié)果，在13個(gè)安全趨向性為正的指標(biāo)中，機(jī)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(biāo)值較小導(dǎo)致生態(tài)不安全，特別是土壤有機(jī)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(shí)施，在一定程度上導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)、植被覆蓋、水域、草地等的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)增大，進(jìn)一步導(dǎo)致該地區(qū)抗災(zāi)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(píng)價(jià)指數(shù)Tab.3 the comprehensive evaluation index on Land Ecological Security of Selenium Sand Melon Project

在10個(gè)安全趨向性為負(fù)的指標(biāo)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?yàn)?，隨著硒砂瓜種植面積的劇增，其他類型耕地面積驟降，機(jī)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(fēng)險(xiǎn)增加。同時(shí)，由于種植硒砂瓜短期經(jīng)濟(jì)效益的顯著提高，導(dǎo)致人口城鎮(zhèn)化速度放緩，農(nóng)村人口的增加進(jìn)一步導(dǎo)致人口增長率提高。

圖1 安全趨向性指標(biāo)值Fig.1 Index value of security trend

3.2 綜合分析

按照“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”（PSR）模型，土地壓力、土地質(zhì)量和土地利用結(jié)構(gòu)值較?。ū?、圖3），表明硒砂瓜工程對(duì)于自然環(huán)境整體影響風(fēng)險(xiǎn)較大。

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

據(jù)有關(guān)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(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)）、預(yù)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(jí)，即預(yù)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(shí)施，土地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)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(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)效益十分顯著。但對(duì)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(gè)安全趨向性為負(fù)的指標(biāo)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(gè)安全趨向性為正的指標(biāo)中，土壤有機(jī)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(jí)，即預(yù)警狀態(tài)（敏感狀態(tài)）。

硒砂瓜工程的實(shí)施，改變了土地利用結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致覆被變化，生態(tài)安全問題理論上存在，實(shí)證分析上也表明了具有一定的敏感性（預(yù)警狀態(tài)）。因此，硒砂瓜工程生態(tài)影響應(yīng)當(dāng)引起學(xué)術(shù)界和決策層的廣泛關(guān)注，特別要加強(qiáng)硒砂瓜工程生態(tài)影響的長期定位檢測和預(yù)警預(yù)報(bào)，以促進(jìn)硒砂瓜土地可持續(xù)利用。

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X53

A

1673-288X（2011）03-0061-05

項(xiàng)目資助： 國家自然科學(xué)基金 (40661006); 教育部科學(xué)技術(shù)重點(diǎn)項(xiàng)目 (210237); 寧夏高等學(xué)校科研項(xiàng)目.

王亞娟, 講師, 博士研究生, 主要研究方向?yàn)榄h(huán)境影響評(píng)價(jià).