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

張冰潔，宋 戈

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱150030）

耕地生態(tài)安全是耕地保護的基本內(nèi)容，是耕地生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，對其進行評價，有利于協(xié)調(diào)人地關(guān)系，保障糧食安全，對實現(xiàn)土地資源乃至整個區(qū)域社會經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展，構(gòu)建和諧社會具有重要的意義［1］。目前，對于耕地生態(tài)安全方面的研究還是一個新的領(lǐng)域，相關(guān)研究主要集中于土地生態(tài)安全方面。土地生態(tài)安全來源于近年來興起的“生態(tài)安全”研究［2］，概念雖不統(tǒng)一但內(nèi)涵基本一致：一是土地生態(tài)系統(tǒng)自身是否安全，即其自身結(jié)構(gòu)是否受到破壞，其生態(tài)功能是否受到損害；二是土地生態(tài)系統(tǒng)對人類的生產(chǎn)和生活是否安全，以及土地生態(tài)系統(tǒng)所提供的服務(wù)是否滿足人類的生存需要［3］。本文基于土地生態(tài)安全的內(nèi)涵，將耕地生態(tài)安全界定為：耕地生態(tài)環(huán)境處于一種不受威脅或少受威脅的狀態(tài)，耕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，可供利用的自然資源充足，生態(tài)環(huán)境無污染。

國外學(xué)者對耕地生態(tài)安全的研究主要是將耕地生態(tài)安全與可持續(xù)利用相結(jié)合進行系統(tǒng)研究［4－5］，國內(nèi)學(xué)者對于土地生態(tài)安全的研究比較多見，研究對象大多集中于某一區(qū)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(tài)安全研究相對較少，主要集中在耕地生態(tài)安全的概念及內(nèi)涵分析［10－11］，評價指標(biāo)選取以及指標(biāo)體系構(gòu)建［12－13］，區(qū)域生態(tài)安全現(xiàn)狀評價與格局研究［14］等方面。松嫩高平原黑土區(qū)位于中國的大平原之一松嫩平原東部，土壤肥沃，有機質(zhì)含量高，腐殖質(zhì)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(qū)綏化市為研究區(qū)，從宏觀和中觀層面出發(fā)，根據(jù)“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”（P—S—R）三方面選取20個具有代表性的指標(biāo)構(gòu)建耕地利用生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，運用多因素綜合評價法對綏化市耕地利用生態(tài)安全進行評價，并采用主成分分析法對耕地生態(tài)安全驅(qū)動力進行分析，探尋影響耕地生態(tài)安全的敏感因子，以期從根本上測度和診斷影響耕地生態(tài)環(huán)境變化的真正原因，為提高區(qū)域生態(tài)環(huán)境水平以及實現(xiàn)其耕地可持續(xù)利用提供重要參考。

1 研究區(qū)概況

綏化市位于松嫩高平原中部，東經(jīng)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(qū)內(nèi)具有很強代表性的區(qū)域，也是黑龍江省13個地級市（區(qū)）之一，下轄1個區(qū)、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?cè)丝?80.2萬人，其中農(nóng)業(yè)人口比重達到73.2%；地區(qū)生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值由98.7億元增加到208.7億元。綏化市地勢平坦，土質(zhì)優(yōu)良肥力較高，日照時間長且雨量充沛，適于糧食作物和經(jīng)濟作物生長，是國家儲備糧大區(qū)之一。2000年，國家環(huán)境保護總局正式批準(zhǔn)綏化市為全國生態(tài)示范區(qū)建設(shè)試點，其綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進入了正規(guī)化，2001—2009年，糧食商品率由60%提高到80%以上，糧食總產(chǎn)量由467.1萬t增加到1 119.43萬t，占黑龍江省糧食總產(chǎn)量的1／4。

2 耕地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

目前，國內(nèi)外關(guān)于構(gòu)建耕地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系還沒有共識。本文在選取評價指標(biāo)時，從研究區(qū)人與環(huán)境系統(tǒng)的相互作用與影響出發(fā)，考慮了耕地資源承受的壓力及其對耕地質(zhì)量的影響，以及社會對這些變化的影響，在綜合國內(nèi)外相關(guān)的研究成果基礎(chǔ)上［15－17］，結(jié)合研究區(qū)實際情況，從壓力、狀態(tài)、響應(yīng)三個準(zhǔn)則層選取了20個評價指標(biāo)構(gòu)建研究區(qū)生態(tài)安全評價指標(biāo)體系，詳見表1。

3 研究區(qū)耕地生態(tài)安全評價

3.1 數(shù)據(jù)來源

本文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于2001—2009年綏化市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報、《黑龍江統(tǒng)計年鑒》（2002—2010），部分指標(biāo)數(shù)據(jù)由原始數(shù)據(jù)整理計算得到，限于篇幅原因不一一列出。

3.2 數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

生態(tài)安全評價是多指標(biāo)綜合評價，指標(biāo)間缺乏統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)［18］。為了消除不同量綱對評價結(jié)果的影響，本文采用極差變換法對所選指標(biāo)原始數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，便于進行指標(biāo)值對比和綜合測評分析。

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

對于負(fù)指標(biāo)，即指標(biāo)值要求“越小越好”的指標(biāo)，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(biāo)上的實際數(shù) 據(jù)；max（Xij）——第 j 個 指 標(biāo) 的 最 大 值；min（Xij）——第j個指標(biāo)的最小值，j＝1，2，…，n。

表1 綏化市耕地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系

3.3 權(quán)重的確定

本文采用主客觀綜合賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，將層次分析法和熵值法相結(jié)合，綜合考慮主觀意向和客觀數(shù)學(xué)理論，突破單一方法確定權(quán)重的局限，客觀地反映各指標(biāo)層對目標(biāo)層的影響度（表2）。

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

（2）確定組合權(quán)重向量 WC＝ （WC1WC2…WC20）T，令：WC＝θ1W1＋θ2W2，其中θ1、θ2為組合權(quán)系數(shù)向量的線性表出系數(shù)，θ1，θ2≥0，且滿足單位化約束條件：θ21＋θ22＝1。對原始數(shù)據(jù)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(quán)重方法計算得出生態(tài)安全評價指標(biāo)的組合權(quán)重值。

3.4 綜合評價值的確定

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)和指標(biāo)層的權(quán)重，計算指標(biāo)層中各因素的綜合評價值，通過指標(biāo)層中各因素的評價值和對目標(biāo)層的權(quán)重，計算得出2001—2009年綏化市耕地生態(tài)安全的最終評價值。

式中：Di（ω）——綜合評價值；Wj——第j個指標(biāo)的權(quán)重；Xij——第i個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值；n——指標(biāo)個數(shù)。綜合評價值的大小反映了各年份耕地生態(tài)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(tài)安全評價指標(biāo)權(quán)重

3.5 評價標(biāo)準(zhǔn)的確定

目前，對于耕地生態(tài)安全還沒有一個統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，本文根據(jù)研究區(qū)耕地生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，參考有關(guān)文獻［19－23］，將耕地生態(tài)安全評價值劃分為5個等級：惡劣級、風(fēng)險級、敏感級、良好級和安全級（表4）。

表3 綏化市耕地生態(tài)安全評價結(jié)果

表4 綏化市耕地生態(tài)安全評價等級

3.6 評價結(jié)果分析

評價結(jié)果表明（表3—4），2001年綏化市耕地生態(tài)安全評價值為0.385 9，生態(tài)安全等級為Ⅴ級，安全程度處于惡劣級，生態(tài)環(huán)境受到很大破壞，生態(tài)功能低下，生態(tài)災(zāi)害嚴(yán)重；2002—2004年生態(tài)安全評價值由0.470 3增長到0.580 7，生態(tài)安全等級為Ⅳ級，安全程度處于風(fēng)險級，隨著政府對環(huán)境治理力度的加強，生態(tài)環(huán)境有所改善，但是生態(tài)問題仍然突出，環(huán)境破壞較為嚴(yán)重，災(zāi)害較多；2005—2009年生態(tài)安全評價值均處于0.6～0.8，生態(tài)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(tài)環(huán)境受到一定破壞，但可以維持基本功能。

由評價結(jié)果可以看出，雖然2001—2009年以來，綏化市耕地生態(tài)安全評價值呈總體上升趨勢，但綏化市耕地生態(tài)安全問題仍然突出，耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能有所退化，生態(tài)環(huán)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(chǎn)生以上問題的主要原因有：（1）自然災(zāi)害嚴(yán)重，2001—2009年間，綏化市耕地受災(zāi)面積累積達到1 005萬hm2，洪澇災(zāi)害、龍卷風(fēng)侵襲都給綏化市耕地生態(tài)安全帶來很大威脅；（2）工業(yè)廢水過量排放，2003年綏化市工業(yè)廢水排放達標(biāo)率為71.24%，達9a間最低點，工業(yè)廢水的過量排放，使得綏化市本來就少的水資源受到嚴(yán)重污染，地表水質(zhì)不斷惡化，耕地生態(tài)環(huán)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(zhì)量惡化，但2003年后，由于洪澇災(zāi)害成災(zāi)率及其直接經(jīng)濟損失大幅度下降，生態(tài)環(huán)境質(zhì)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(xiàn)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(tài)勢；（5）農(nóng)藥化肥大量施用，根據(jù)統(tǒng)計資料可知，2001—2009年綏化市的化肥、農(nóng)藥使用強度逐年都在增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中濫施化肥和農(nóng)藥，在很大程度上對生態(tài)環(huán)境造成污染。

4 耕地生態(tài)安全驅(qū)動力分析

因耕地生態(tài)環(huán)境的變化情況主要取決于耕地利用的壓力因素、狀態(tài)因素和響應(yīng)因素的綜合變化情況，而各因素又最終受到指標(biāo)層各因子的影響。要對耕地生態(tài)安全情況進行把握，對耕地生態(tài)安全影響因子（驅(qū)動力）的研究顯得尤為重要。而影響耕地生態(tài)安全的因子錯綜復(fù)雜，相互之間耦合關(guān)聯(lián)，給研究帶來困難。因此，本文遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、區(qū)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(biāo)體系中2001—2009年各指標(biāo)序列資料作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用SPSS 17.0統(tǒng)計軟件對樣本進行計算，分析對綏化市耕地生態(tài)安全產(chǎn)生影響的驅(qū)動力。

4.1 結(jié)果總體分析

通過對相關(guān)系數(shù)矩陣進行分析，發(fā)現(xiàn)耕地生態(tài)安全與農(nóng)作物播種面積、耕地墾殖率、人均耕地面積、人口密度、農(nóng)村人均純收入、人均糧食產(chǎn)量、第一產(chǎn)業(yè)比重、耕地用電量以及廢水排放達標(biāo)率有較大的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)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(tài)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(guān)性系數(shù)分別為0.932，0.904，0.843；與耕地生態(tài)安全狀態(tài)相關(guān)性較高的指標(biāo)有廢水排放達標(biāo)率、單位耕地面積建設(shè)機械動力以及耕地墾殖率，相關(guān)性系數(shù)分別為0.800，0.720，0.644；另外，農(nóng)作物播種面積、人均糧食產(chǎn)量、人均GDP以及固體廢物綜合利用量與耕地生態(tài)安全響應(yīng)相關(guān)性較高，相關(guān)性系數(shù)分別為0.954，0.919，0.846，0.794。

4.2 影響耕地生態(tài)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(jié)果對大多數(shù)指標(biāo)已經(jīng)給出充分的概括，完全符合分析要求，而彼此之間又不相關(guān)，信息不重疊，可以進行結(jié)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(chǎn)量、農(nóng)村人均純收入、人口密度、農(nóng)作物播種面積、耕地墾殖率、人均耕地面積、人均GDP、農(nóng)業(yè)人口比重、第一產(chǎn)業(yè)比重、人口自然增長率以及糧食單產(chǎn)有較大的相關(guān)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(shè)機械動力和固體廢物綜合利用量有較大的正相關(guān)；第三主成分與年降水量、水資源總量和廢水排放達標(biāo)率有較大的相關(guān)性；第四主成分與除澇面積占易澇面積比和耕地受災(zāi)面積有一定的相關(guān)性。經(jīng)觀察分析發(fā)現(xiàn)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(guān)因子進行分析和整理，可將綏化市耕地生態(tài)安全的驅(qū)動力歸納為社會經(jīng)濟壓力因素、農(nóng)業(yè)科技進步因素和生態(tài)環(huán)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(jīng)濟壓力因素，耕地生態(tài)安全壓力指標(biāo)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(chǎn)量由0.85t／人增加到1.93t／人，增長127.01%，農(nóng)村人均純收入由1 956元增加到4 250元，農(nóng)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(xiàn)出增長的態(tài)勢，說明綏化市經(jīng)濟在此期間穩(wěn)步發(fā)展，所帶來的社會經(jīng)濟壓力變小，隨著經(jīng)濟的發(fā)展耕地生態(tài)環(huán)境安全值逐漸增加。

農(nóng)業(yè)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(shè)機械動力等因子，依靠科技進步，加大對農(nóng)業(yè)的投入，改良耕地，提高糧食單產(chǎn)，間接體現(xiàn)了農(nóng)業(yè)科技進步、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率提高對耕地生態(tài)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(shè)機械動力也增加了43.85%。

生態(tài)環(huán)境因素，主要包括自然因素和環(huán)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(huán)境污染進行整治，2001—2009年間，綏化市廢水排放達標(biāo)率由75.8%增加到85.9%，耕地生態(tài)環(huán)境向良好態(tài)勢發(fā)展。

5 結(jié)論

通過對2001—2009年綏化市耕地生態(tài)安全進行評價，分析得出影響耕地生態(tài)安全的三類因素——社會經(jīng)濟壓力因素、農(nóng)業(yè)科技進步因素和生態(tài)環(huán)境因素，其中人均糧食產(chǎn)量、農(nóng)村人均純收入、人口密度、農(nóng)作物播種面積、人均GDP、單位耕地面積建設(shè)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(biāo)率幾個指標(biāo)是影響耕地生態(tài)安全的主要因子。研究結(jié)果表明近年來綏化市耕地生態(tài)安全程度逐漸好轉(zhuǎn)，但生態(tài)環(huán)境仍受到一定破壞，評價結(jié)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(xù)利用和人地協(xié)調(diào)發(fā)展提供依據(jù)。

針對綏化市耕地生態(tài)安全現(xiàn)狀，應(yīng)加強耕地環(huán)境保護和生態(tài)建設(shè)，盡可能降低自然災(zāi)害給耕地帶來的損失和影響；制定相關(guān)政策，限制工業(yè)企業(yè)廢水廢氣排放量，降低對區(qū)域水資源和空氣的污染；控制人口增長，提高人口素質(zhì)，減輕耕地環(huán)境壓力；引導(dǎo)農(nóng)民采用先進合理的耕作方式，努力培肥地力，減少化肥農(nóng)藥施用量，控制耕地鹽堿化，促進該地區(qū)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)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(tài)安全進行了評價，由于微觀層次包括土地生物特征、土壤結(jié)構(gòu)特征和土壤化學(xué)特征等方面的指標(biāo)在這9a間變化不大，所以本研究假定該類指標(biāo)是定值，對結(jié)論影響不大。

［1］ 董飛，宋戈.城市區(qū)域土地生態(tài)安全評價：以哈爾濱市阿城區(qū)為例［J］.國土資源情報，2010（4）：41.

［2］ 曲格平.生態(tài)環(huán)境問題已成為國家安全的熱門話題［J］.環(huán)境保護，2002（5）：3－5.

［3］ 曹新向，郭志永等.區(qū)域土地資源持續(xù)利用的生態(tài)安全研究［J］.水土保持學(xué)報，2004，18（2）：192－195.

［4］ Beesley K B，Ramsey D.Agricultural Land Presevation［J］.International Encyclopedia of Human Geography，2009，25（6）：65－69.

［5］ Rasul G，Thapa G.Sustainability Analysis of Ecological and Conventional Agricultural Systems in Bangladesh［J］.World Development，2003，31（6）：1721－1741.

［6］ 李茜，任志遠.區(qū)域土地生態(tài)環(huán)境安全評價［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2007，21（5）：75－79.

［7］ 李明月，賴笑娟.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法的城市土地生態(tài)安全評價：以廣州市為例［J］.經(jīng)濟地理，2011，31（2）：289－293.

［8］ 賈艷紅，趙軍，南忠仁，等.基于熵權(quán)法的草原生態(tài)安全評價：以甘肅牧區(qū)為例［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2006，25（8）：1003－1008.

［9］ 陳東景，徐中民.西北內(nèi)陸河流域生態(tài)安全評價研究：以黑河流域中游張掖地區(qū)為例［J］.干旱區(qū)地理，2002，25（3）：219－224.

［10］ 劉彥隨，楊子生.我國土地資源學(xué)研究新進展及其展望［J］.自然資源學(xué)報，2008，23（2）：354－360.

［11］ 鐘祥浩，劉淑珍，王小丹，等.西藏高原生態(tài)安全研究［J］.山地學(xué)報，2010，28（1）：1－10.

［12］ 龔建周，夏北成，劉彥隨.基于空間統(tǒng)計學(xué)方法的廣州市生態(tài)安全空間異質(zhì)性研究［J］.生態(tài)學(xué)報，2010，30（20）：5626－5634.

［13］ 朱紅波，張安錄.我國耕地資源生態(tài)安全的時空差異分析［J］.長江流域資源與環(huán)境，2007，16（6）：755－758.

［14］ 谷樹忠，姚予龍，沈鐳，等.資源安全及其基本屬性與研究框架［J］.自然資源學(xué)報，2002，17（4）：281－285.

［15］ 李玉平，蔡運龍.河北省土地生態(tài)安全評價［J］.北京大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，43（6）：784－789.

［16］ 高楠，宋戈.黑龍江省耕地資源安全綜合評價研究［J］.水土保持研究，2009，16（4）：251－254.

［17］ 余鴻，雷國平.大慶市土地生態(tài)安全評價與對策［J］.中州大學(xué)學(xué)報，2010，27（1）：5－8.

［18］ 張衛(wèi)華，趙銘軍.指標(biāo)無量綱化方法對綜合評價結(jié)果可靠性的影響及其實證分析［J］.統(tǒng)計與信息論壇，2005，20（3）：34－35.

［19］ Bertollo P.Assessing landscape health：A case study from northeastern Italy［J］.Environ.Manage.，2001，27（3）：349－365.

［20］ Rees W E.Ecological footptints and appropriated carrying capacity：What urban economics leaves out［J］.Environment ＆ Urbanization，1992（4）：121－130.

［21］ 王軍.石家莊市耕地動態(tài)變化與生態(tài)安全評價研究［D］.石家莊：河北師范大學(xué)，2009.

［22］ 周利軍，張淑花.基于熵權(quán)法的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評價：以綏化市為例［J］.資源開發(fā)與市場，2008，24（11）：982－984.

［23］ 曹新向.旅游地生態(tài)安全評價模型及實證研究［J］.經(jīng)濟地理，2006，26（6）：1062－1066.