基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價
——以蕪湖市為例

方婷婷， 程久苗， 費羅成， 徐玉婷， 魯 帆， 周翼虎， 陳 振

(安徽師范大學 國土資源與旅游學院，安徽 蕪湖 241003)

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基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價
——以蕪湖市為例

方婷婷， 程久苗， 費羅成， 徐玉婷， 魯 帆， 周翼虎， 陳 振

(安徽師范大學 國土資源與旅游學院，安徽 蕪湖 241003)

在分析耕地占補平衡對區(qū)域生態(tài)安全影響的基礎上，利用“壓力-狀態(tài)-響應”(PSR)模型建立耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價指標體系，運用模糊物元分析法構建耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全綜合評判模型，并以蕪湖市為例作實證分析.結果表明：2005-2011年，蕪湖市生態(tài)安全水平較為平穩(wěn)，安全級別經(jīng)歷了由臨界安全→不安全→臨界安全的變化過程.總體來看，蕪湖市生態(tài)安全形勢仍不樂觀.蕪湖市需要繼續(xù)控制非農(nóng)建設占用耕地數(shù)量，加大高標準基本農(nóng)田和農(nóng)地整理項目實施力度，避免過多開發(fā)灘涂、葦?shù)氐任蠢玫?；同時要充分重視補充耕地過程中相關工程的實施給生態(tài)環(huán)境帶來的不良影響，采取生態(tài)環(huán)境保育型的土地整理方式和技術，提升蕪湖市生態(tài)安全水平.

耕地占補平衡；生態(tài)安全；PSR模型；物元分析

耕地占補平衡政策在實現(xiàn)耕地總量動態(tài)平衡，確保區(qū)域糧食安全方面起到了重要作用，是堅守18億畝耕地紅線的重要舉措.然而，耕地占補平衡也是人類對土地系統(tǒng)強烈干擾的活動，會對土地生態(tài)系統(tǒng)和區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不確定性影響[1].

鑒于耕地占補平衡屬于土地利用行為范疇，其生態(tài)安全評價來源于土地利用生態(tài)安全評價，目前大多數(shù)研究集中在土地利用對生態(tài)環(huán)境影響方面.此外，土地整理對區(qū)域生態(tài)安全影響也是目前研究的一項重要內(nèi)容，有學者通過生態(tài)學理論宏觀闡述了土地整理項目實施與生態(tài)環(huán)境之間的關系[2]；還有學者運用生態(tài)系統(tǒng)服務價值核算、生態(tài)足跡法、能值分析法、熵權物元可拓模型等定量方法研究土地整理對生態(tài)環(huán)境的影響[3-6].而耕地占補平衡區(qū)域生態(tài)安全不僅表現(xiàn)為土地整理對生態(tài)安全的影響，還涉及到非農(nóng)建設占用耕地這一行為對生態(tài)環(huán)境的影響.由于目前補充耕地項目立項難以定量，耕地占補平衡區(qū)域生態(tài)安全評價指標體系尚沒有統(tǒng)一標準，此方面研究并不多見，部分學者開始嘗試采用相關模型對此進行了初步研究[7-8].因此，本文采用模糊物元分析方法構建基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價綜合評判模型，旨在探討耕地占補平衡過程對區(qū)域生態(tài)安全的影響作用，為有效實施耕地占補平衡政策提供科學參考.

1 耕地占補平衡對區(qū)域生態(tài)安全的影響分析

區(qū)域生態(tài)安全是指區(qū)域尺度上人們所關心的氣候、水、空氣、土壤等環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)[9].耕地占補平衡過程對生態(tài)系統(tǒng)具有干擾作用，具體影響過程見圖1.非農(nóng)建設占用耕地過程中，項目建設及其運行可能會導致土壤侵蝕、污染和其他生態(tài)環(huán)境問題，從而出現(xiàn)耕地生態(tài)系統(tǒng)的功能逐漸退化、生態(tài)景觀受到的脅迫越來越大、生態(tài)服務功能不斷降低的現(xiàn)象[10].補充耕地的過程通過土地整治活動來實現(xiàn)，此過程涉及土地平整工程、田間道路工程和農(nóng)田水利工程等多項工程，這些工程的實施會使得項目區(qū)內(nèi)土地利用結構、土壤有機質、水環(huán)境和生物多樣性等發(fā)生改變，進而對局部區(qū)域內(nèi)景觀格局與生態(tài)過程產(chǎn)生影響；另外，部分地方選擇開發(fā)具有生態(tài)功能的坑塘、灘涂、低丘緩坡地，也會對區(qū)域生態(tài)安全產(chǎn)生不利影響.耕地占補平衡政策引導區(qū)域內(nèi)的耕地占用與補充活動，其對區(qū)域生態(tài)環(huán)境影響由區(qū)域內(nèi)單一項目影響累加而成，具備區(qū)域生態(tài)安全內(nèi)驅力.

圖1 耕地占補平衡對區(qū)域生態(tài)安全的影響Fig.1 Cultivated land occupation and compensation balance on impact of regional ecological security

2 區(qū)域生態(tài)安全評價指標體系的構建

“壓力-狀態(tài)-響應”(PSR)模型*Land Quality Indicators and their Use in Sustainable Agricultrue and Rural Development. Proceedings of the Workshop organized by the Land and Water Development Division, FAO Agriculture Department, and the Research, Extension and Training Division, FAO Sustainable Development Department, 25-26 January 1996. FAO Land and Water Bulletin 5, Rome, 1997.體現(xiàn)了外來壓力施加與生態(tài)環(huán)境惡化之間的因果關系.壓力、狀態(tài)、響應三個方面相互約束、相互影響，體現(xiàn)了決策和措施制定的整個過程.本文運用PSR模型建立耕地占補平衡與區(qū)域生態(tài)安全之間的因果關系：耕地占用不當對區(qū)域生態(tài)環(huán)境帶來巨大的壓力；人類不斷開發(fā)補充耕地，導致土地利用方式轉變和利用結構改變，進而改變區(qū)域生態(tài)環(huán)境狀態(tài)；針對區(qū)域環(huán)境的改變?nèi)祟愖鞒龇磻?，采取適當措施改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境質量.

考慮到區(qū)域城鎮(zhèn)化發(fā)展進程、社會經(jīng)濟發(fā)展特點以及后備資源開發(fā)利用局限性，根據(jù)指標選取的原則，借鑒國內(nèi)最新的相關研究成果[7-8,12-13]，結合PSR模型框架，構建出基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價指標體系(表1).

表1 基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價指標體系

3 模糊物元模型的構建及經(jīng)典域的確定

3.1 基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全模糊物元模型

3.1.1 構建區(qū)域生態(tài)安全模糊物元 事物T(某年度區(qū)域生態(tài)安全水平)、特征C(評價指標)、量值X(某年度評價指標數(shù)值)共同構成區(qū)域生態(tài)安全物元.其中，量值X帶有模糊性，稱做區(qū)域生態(tài)安全模糊物元.若區(qū)域生態(tài)安全T有n個特征C1,C2…Cn，其對應的模糊量值為X1,X2…Xn，則稱做n維模糊物元.m個事物的n維特征稱作n維復合模糊物元，相應矩陣為

(1)

3.1.2 確定區(qū)域生態(tài)安全經(jīng)典域及節(jié)域物元矩陣以Toj表示所劃分的區(qū)域生態(tài)安全的第j等級，Ci表示第i個評價指標(i=1,2,…,n)，Xoij表示第i個評價指標對應的等級j的量值范圍(aoij,boij)，稱為經(jīng)典域，記為Roij=(Toij，Ci，Xoij)，其對應的經(jīng)典域復合物元矩陣為

(2)

以Tp表示評價等級的全體，Xpi表示Tp關于Ci的量值范圍，稱為節(jié)域，記為Rp=(Tp，Ci，Xpi)，其對應的節(jié)域復合物元矩陣為

(3)

3.1.3 確定關聯(lián)函數(shù)及關聯(lián)度

(4)

式中，K(Ci)j為第i項指標對應的區(qū)域生態(tài)安全第j等級的關聯(lián)度.

(5)

(6)

式中，ρij(xi，Xoij)為點xi與有限區(qū)間Xoij=[aoij,boij]的距離；ρpi(xi，Xpi)為點xi與有限區(qū)間Xpi=[api,bpi]的距離；|Xoij|=|boij-aoij|；xi，Xoij，Xpi分別表示區(qū)域生態(tài)安全物元的量值、經(jīng)典域物元的量值范圍和節(jié)域物元的量值范圍.

3.1.4 計算綜合關聯(lián)度并確定評價等級 待評對象TV(V=1,2,…,m)關于等級j的綜合關聯(lián)度為

(7)

式中，wi為各評價指標的權重，K(Ci)j為待評對象TV第i指標關于等級j的關聯(lián)度.若Kij=maxK(Ci)j，j=1,2,…,n，則待評對象第i指標處于區(qū)域生態(tài)安全等級j級.若KVj=maxK(TV)j，j=1,2,…,n，則待評對象TV處于區(qū)域生態(tài)安全等級j級.

3.2 基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價經(jīng)典域、節(jié)域的確定

依據(jù)區(qū)域生態(tài)安全的可拓性，將經(jīng)典域分為五級：Ⅰ為理想安全、II為較安全、III為臨界安全、IV為不安全、Ⅴ為極不安全.其取值區(qū)間的確定主要參考國際通行標準值、國家環(huán)境保護總局《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設指標(試行)》標準值、全國平均水平及相關學者研究的判定標準等[13-15](表2).

表2 基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價經(jīng)典域、節(jié)域取值區(qū)間

4 實證分析

4.1 研究區(qū)域概況

蕪湖市地處長江平原生態(tài)區(qū)，境內(nèi)分布有大量的沿江灘涂、濕地及洲島，以及眾多的山水等自然資源，生態(tài)敏感性很高.外來干擾不僅對其自身影響反映強烈，甚至可能對整個生態(tài)系統(tǒng)帶來破壞.作為安徽省長江經(jīng)濟帶的中心，2005-2011年正是蕪湖市城市化、工業(yè)化快速發(fā)展階段，而市域耕地后備資源較少，其耕地占補平衡壓力不斷增加.因此，本文選取蕪湖市作為研究案例地，探索耕地占補平衡對區(qū)域生態(tài)安全的影響具有一定的代表性，對于快速城市化地區(qū)在耕地占補平衡壓力下提高生態(tài)安全水平具有一定的參考價值.

4.2 數(shù)據(jù)來源

本文所使用的社會經(jīng)濟方面數(shù)據(jù)，如人口、GDP、糧食產(chǎn)量等均來自于蕪湖市統(tǒng)計年鑒(2006-2012年)；土地相關數(shù)據(jù)均來自國土部門2005-2011年土地變更調查數(shù)據(jù).

4.3 指標權重的確定

為避免人為主觀因素干擾，同時體現(xiàn)評判者對不同屬性指標的重視程度，本文采用層次分析法結合熵權法獲取權值，取偏好系數(shù)μ=0.5，計算綜合權重，結果見表3.

4.4 結果與分析

根據(jù)2005-2011年蕪湖市各評價指標的具體量值，建立基于耕地占補平衡的蕪湖市生態(tài)安全水平待評物元矩陣Roij.將待評物元數(shù)據(jù)輸入物元模型，得到蕪湖市生態(tài)安全評價指標關聯(lián)度結果(表4).

表3 基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價指標權重

表4 基于耕地占補平衡的蕪湖市生態(tài)安全評價指標關聯(lián)度

將各評價指標對應等級的關聯(lián)度數(shù)值及對應權重輸入公式(7)，得到基于耕地占補平衡的蕪湖市生態(tài)安全綜合關聯(lián)度，并判定其生態(tài)安全級別(表5).

表5 基于耕地占補平衡的蕪湖市生態(tài)安全評價結果

從表4可知，2005-2011年城市化水平、人均綠地面積、地均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)田旱澇保收率、水土協(xié)調度、農(nóng)民人均純收入等指標關聯(lián)度出現(xiàn)不同級別的上升趨勢，說明以上指標對蕪湖市生態(tài)安全水平的提升有重要的貢獻.但廢棄坑塘復墾增加耕地占新增耕地比重、人口自然增長率、城鎮(zhèn)工礦用地占用耕地比例、人均城鎮(zhèn)建設用地還處于臨界安全狀態(tài)；而交通運輸用地占用耕地比例、低丘緩坡地開發(fā)增加耕地占新增耕地比重、耕地面積減少率、建成區(qū)面積增長率、環(huán)境污染治理投資額占GDP比重處于不安全或極不安全狀態(tài)，以上指標制約著蕪湖市生態(tài)安全水平的提升.

從表5可以看出，2005-2011年，蕪湖市生態(tài)安全水平變化較為平穩(wěn)，安全級別經(jīng)歷了由臨界安全→不安全→臨界安全的變化過程.2005年、2006年、2010年、2011年蕪湖市安全狀態(tài)達到7年內(nèi)最高水平，安全級別為臨界安全.2007-2009年生態(tài)安全水平處于7年內(nèi)最低水平，安全級別屬于不安全.2005-2009年蕪湖市生態(tài)安全水平有所下降，其主要原因在于2005-2009年，蕪湖市經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，大量耕地加速轉化為建設用地，而耕地后備資源有限，為完成耕地占補平衡任務蕪湖市加大復墾坑塘、開發(fā)低丘緩坡地力度，這都導致其生態(tài)安全的壓力不斷增加，從而致使其生態(tài)安全級別由臨界安全轉化為不安全.2009-2011年蕪湖市生態(tài)安全級別由不安全升至臨界安全，其主要原因在于2009-2011年是蕪湖市發(fā)展的戰(zhàn)略機遇期，經(jīng)濟發(fā)展迅速、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入快速增加，糧食產(chǎn)量穩(wěn)步提升，農(nóng)民收入水平不斷提高.同時，蕪湖市廣泛宣傳環(huán)保理念、加大對生態(tài)環(huán)境的關注力度，全面啟動生態(tài)市、生態(tài)縣建設，這些都促進了蕪湖市生態(tài)安全狀況改善.在此期間，蕪湖市生態(tài)安全狀態(tài)雖有所好轉，但2011年其生態(tài)安全水平仍處于臨界安全狀態(tài)，主要原因為低丘緩坡地開發(fā)新增耕地面積占耕地增加面積比重、坑塘復墾新增耕地面積占耕地增加面積比重、耕地補充系數(shù)等因子的制約.

5 結論與討論

5.1 結論

(1)PSR模型是一種可以反映系統(tǒng)中因果關系的概念模型，耕地占補平衡與區(qū)域生態(tài)安全之間正體現(xiàn)著這樣的因果關系，因此PSR模型適用于基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價指標體系的構建，便于理清指標之間的相互關系從而進行分類.模糊物元模型能夠將耕地占補平衡對區(qū)域生態(tài)安全影響這個復雜的不確定性問題轉化為可量化的模型，通過關聯(lián)度來反映與對象的耦合程度；因此，可以用于基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價.運用模糊物元模型評價基于耕地占補平衡的蕪湖市生態(tài)安全，可以了解耕地占補平衡對區(qū)域生態(tài)安全的影響程度，獲取制約因素，為耕地占補平衡順利實施提供理論依據(jù)，從而保障區(qū)域生態(tài)安全和實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展.

(2)2005-2011年，蕪湖市生態(tài)安全水平變化較為平穩(wěn)，安全級別經(jīng)歷了由臨界安全→不安全→臨界安全的變化過程，生態(tài)安全形勢仍不樂觀，直至2011年蕪湖市生態(tài)安全狀態(tài)仍處于臨界安全水平.蕪湖市今后需要繼續(xù)控制非農(nóng)建設占用耕地數(shù)量，加大高標準基本農(nóng)田和農(nóng)地整理項目實施力度，避免過多開發(fā)灘涂、葦?shù)氐任蠢玫?；需要充分重視補充耕地過程中相關工程的實施給生態(tài)環(huán)境帶來的不良影響，項目實施前要進行環(huán)境影響評價；另外，蕪湖市需要放棄一味追求新增耕地的目標，采取生態(tài)環(huán)境保育型的土地整理方式和技術，從而促進其生態(tài)安全水平的提升.

5.2 討論

鑒于耕地占補平衡涉及到各類土地改良工程，基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價較為復雜.有些能夠反映耕地占補平衡對區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)影響的指標難以獲取，如土壤重金屬含量、耕地年度異地代補數(shù)量及類型等；有些描述性指標無法量化，如區(qū)域政策，制度等，這都對評價結果產(chǎn)生一定的影響.另外，基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價目前尚處于初步研究階段，評價指標體系的構建、評價指標的取值區(qū)間方面仍需要進一步探索和研究.

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The Evaluation of Regional Ecological Security Based on Cultivated Land Occupation and Compensation Balance：A Case Study in Wuhu

FANG Ting-ting, CHENG Jiu-miao, FEI Luo-cheng, XU Yu-ting,LU Fan, ZHOU Yi-hu, CHEN Zhen

(College of Territorial Resources and Tourism, Anhui Normal University, Wuhu 241003, China)

On the basis of analyzing the impact of cultivated land occupation and compensation to regional ecological security balance, building the evaluation index system based on the pressure-state-response (PSR) model, using the fuzzy matter-element analysis method to build the comprehensive evaluation model of regional ecological security evaluation in the perspective of cultivated land occupation and compensation balance, and taking Wuhu as an example for empirical study. The results show: during the 2005 to 2011, the level of ecological security of Wuhu is relatively stable, undergoing the changing process from critical safety, unsafety to criticality safety. Overall, the ecological security situation of Wuhu is not optimistic. Wuhu needs to continue to control the number of arable land occupation, intensify efforts to implement the project of high-standard primary farmland and rural land consolidation. Avoid excessive development of mudflat and reed and other unused land. Simultaneously Wuhu should pay full attention to the implementation of related engineering which caused adverse effects on the ecological environment, adopt the methods and technology of eco-environmental care design in land consolidation, so as to promote the level of ecological security of Wuhu.

land occupation and compensation balance；ecological security；PSR model；matter-element analysis

10.14182/J.cnki.1001-2443.2015.02.013

2014-05-22

國土資源部公益性行業(yè)科研專項2011年度項目計劃(201111010)；安徽省教育廳人文社科基金(sk2013b218).

方婷婷(1989-)，女，安徽安慶人，碩士研究生，主要研究方向為土地規(guī)劃與土地評價.

方婷婷，程久苗，費羅成，等.基于耕地占補平衡的區(qū)域生態(tài)安全評價——以蕪湖市為例[J].安徽師范大學學報：自然科學版，2015，38(2)：278-284.

X826

A

1001-2443(2015)03-0278-07