基于熵值法的中國(guó)省域耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)

李根++楊慶媛++馬寅華++羅明++陳展圖++童小容

摘要：耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)是改善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)、促進(jìn)耕地可持續(xù)利用的基礎(chǔ)性工作。根據(jù)耕地資源生態(tài)安全內(nèi)涵及其影響因素，從自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)3個(gè)方面選取17個(gè)指標(biāo)，構(gòu)建了耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，選擇熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，并運(yùn)用綜合評(píng)價(jià)模型計(jì)算全國(guó)省域單位2005—2014年的耕地生態(tài)安全指數(shù)，劃分耕地生態(tài)安全等級(jí)。結(jié)果表明：近10年來(lái)全國(guó)總體耕地生態(tài)安全等級(jí)由“臨界安全”逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤拜^不安全”，耕地生態(tài)安全指數(shù)整體呈波動(dòng)下降態(tài)勢(shì)，耕地生態(tài)安全朝逆向演化的方向發(fā)展。北京市、上海市近10年耕地生態(tài)安全相對(duì)穩(wěn)定，且基本處于“較安全”等級(jí)；2006—2014年天津市耕地生態(tài)安全等級(jí)經(jīng)歷“較安全—臨界安全”的變化，但在2012年后有明顯提升；2006—2014年吉林、黑龍江耕地生態(tài)安全明顯呈下降態(tài)勢(shì)，大致經(jīng)歷了“臨界安全—較不安全—臨界安全”的演變歷程；近10年江蘇、浙江、新疆、西藏、內(nèi)蒙古、海南地區(qū)耕地生態(tài)安全相對(duì)穩(wěn)定，處于“臨界安全”；云南、貴州、廣西地區(qū)耕地生態(tài)安全指數(shù)呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，但也處于“不安全”等級(jí)；其他地區(qū)近10年耕地生態(tài)安全總體上雖然小有波動(dòng)，但一直處于“較不安全”等級(jí)。

關(guān)鍵詞：耕地生態(tài)安全；安全等級(jí)；熵值法；綜合評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)： F323.211文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）09-0223-05

耕地資源是人類生存和發(fā)展最寶貴的物質(zhì)基礎(chǔ)，是地球資源的精華所在，我國(guó)以占世界7%的耕地養(yǎng)活了世界22%的人口，取得舉世矚目的成就[1-2]。然而近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，由于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，建設(shè)用地占用以及災(zāi)害毀壞，耕地資源的稀缺性增強(qiáng)，耕地的生態(tài)安全受到極大威脅[3-5]。因此，診斷區(qū)域耕地生態(tài)安全等級(jí)、加強(qiáng)耕地生態(tài)安全建設(shè)顯得尤為重要。

國(guó)外學(xué)者主要把耕地生態(tài)安全與可持續(xù)利用相結(jié)合進(jìn)行研究，Rasul等從自然生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求方面構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，分析孟加拉耕地可持續(xù)利用與自然生態(tài)狀況[6]。Beesley等認(rèn)為，農(nóng)用地利用中，耕地的質(zhì)量與生態(tài)安全越來(lái)越受農(nóng)場(chǎng)主關(guān)注[7]。國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)于耕地生態(tài)安全的研究集中在耕地生態(tài)安全內(nèi)涵、耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)、耕地生態(tài)安全影響因素以及耕地生態(tài)安全調(diào)控對(duì)策等[2，8-9]。朱紅波在分析耕地資源生態(tài)安全內(nèi)涵、特征和影響因素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了耕地資源生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，認(rèn)為耕地資源生態(tài)安全是指在一定時(shí)間和空間尺度內(nèi)，耕地資源生態(tài)系統(tǒng)處于保持自身正常功能結(jié)構(gòu)和滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展需要的狀態(tài)[2]。趙其國(guó)等分別從耕地利用內(nèi)外部環(huán)境及耕地供給方面探討了耕地生態(tài)安全，但是由于研究對(duì)象的復(fù)雜性和特殊性，人們對(duì)耕地生態(tài)安全的內(nèi)涵認(rèn)識(shí)不足，在評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建和研究方法選擇上形成的共識(shí)多為宏觀研究，使得耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究滯后[10]。筆者以全國(guó)為研究區(qū)域，以省域?yàn)檠芯繂卧?，?gòu)建基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）模型的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用綜合評(píng)價(jià)法和熵值法對(duì)我國(guó)耕地生態(tài)安全進(jìn)行實(shí)證研究，識(shí)別并診斷耕地生態(tài)安全的制約因子，旨在為改善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)安全狀況、協(xié)調(diào)人地關(guān)系、促進(jìn)耕地資源可持續(xù)利用提供理論依據(jù)。

1評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1耕地生態(tài)安全的內(nèi)涵

筆者認(rèn)為，耕地生態(tài)安全是土地生態(tài)安全的一個(gè)重要方向，主要包括三方面的含義：（1）它是實(shí)現(xiàn)耕地與自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的前提與基礎(chǔ)；（2）它是耕地資源環(huán)境和生物環(huán)境所處的不受或少受威脅的可持續(xù)狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，耕地生態(tài)系統(tǒng)有均衡、充裕、穩(wěn)定的自然資源可供利用；（3）指在一定時(shí)間和空間尺度內(nèi)，耕地生態(tài)系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)自身結(jié)構(gòu)功能的完整，又能滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要[10]。

1.2耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況，結(jié)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究成果[10-16]，遵循科學(xué)性、可比性、系統(tǒng)性、可獲取性原則，基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）模型，綜合考慮自然壓力、環(huán)境壓力、人口壓力、社會(huì)經(jīng)濟(jì)壓力、耕地質(zhì)量、耕地資源狀態(tài)、環(huán)境響應(yīng)等7個(gè)方面影響耕地資源生態(tài)安全的因素，選取17個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)為指標(biāo)層，構(gòu)建了耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1）。

2耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法與模型

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源與標(biāo)準(zhǔn)化處理

數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)國(guó)土資源年鑒》《中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒》《中國(guó)國(guó)[CM（25]土資源公報(bào)》和各省、直轄市、自治區(qū)（以下簡(jiǎn)稱省市自治區(qū)）統(tǒng)計(jì)年鑒。由于數(shù)據(jù)的可獲取限制性，本研究只對(duì)2005—2014年我國(guó)耕地生態(tài)安全水平進(jìn)行分析。

本研究構(gòu)建的指標(biāo)體系對(duì)耕地生態(tài)安全的影響分為正、負(fù)趨向性2個(gè)方面。正向性指標(biāo)是數(shù)值越大，對(duì)耕地生態(tài)安全越有利；負(fù)向指標(biāo)是數(shù)值越小，對(duì)耕地生態(tài)安全越有利。在獲取原始數(shù)據(jù)后，需對(duì)正、負(fù)趨向指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，具體步驟如下：

式中：Xij指第i指標(biāo)第j?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)）的原始值；max（Xij）指第i指標(biāo)第j省（市、自治區(qū)）的最大值；min（Xij）指第i指標(biāo)第j?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)）的最小值；Zij指第i指標(biāo)第j?。ㄊ?、自治區(qū)）標(biāo)準(zhǔn)化后的值。

2.2指標(biāo)權(quán)重確定

不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)耕地生態(tài)安全的重要程度存在一定差異，為了反映這一差異，需要對(duì)不同的指標(biāo)賦予權(quán)重，確定指標(biāo)權(quán)重的方法主要有主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法兩大類。為了避免人為主觀判斷的影響，使得出的耕地生態(tài)安全權(quán)重更有科學(xué)性，本研究選取客觀賦權(quán)法里的熵值法來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重。熵值法根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)變異程度的大小來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重，指標(biāo)變異程度越大，信息熵越少，該指標(biāo)權(quán)重值就越大，反之越小[15-17]。

根據(jù)公式（1）、（2）得出的標(biāo)準(zhǔn)化值，再計(jì)算第i指標(biāo)第j?。ㄊ小⒆灾螀^(qū)）的比重Yij：

計(jì)算第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息熵值ei：

式中：ei≥0，k為調(diào)節(jié)系數(shù)，與樣本數(shù)m有關(guān)，一般令k=1lnm。

計(jì)算第i項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重wi。

最后，利用熵值法的公式，與均值法相結(jié)合，求取全國(guó)2005—2014年耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重（表2）。

2.3評(píng)價(jià)模型

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)生態(tài)安全的評(píng)價(jià)多采用灰色關(guān)聯(lián)度評(píng)價(jià)模型、生態(tài)足跡評(píng)價(jià)模型、模糊綜合評(píng)價(jià)模型等[18-20]。本研究采用綜合評(píng)價(jià)模型，定量分析中國(guó)省域單位耕地生態(tài)安全狀況。

式中：Ej為第j?。ㄊ?、自治區(qū)）的耕地生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；wi為指標(biāo)i的權(quán)重；zij為指標(biāo)i的標(biāo)準(zhǔn)值。

2.4評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

借鑒相關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)論[21-23]，并且考慮到指標(biāo)選取的局限性，表3將全國(guó)耕地生態(tài)安全指數(shù)值按其取值范圍（0～1），運(yùn)用非等間距法分為5個(gè)安全檔次，指數(shù)值越大，耕地生態(tài)安全度越高，指數(shù)值越小，耕地生態(tài)安全度越低；并依次將5個(gè)對(duì)應(yīng)的耕地生態(tài)安全等級(jí)與特征進(jìn)行相應(yīng)描述。

3結(jié)果與分析

3.1全國(guó)各省市自治區(qū)耕地生態(tài)安全等級(jí)劃分

通過(guò)收集中國(guó)省域相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)前文構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，進(jìn)行定量計(jì)算，得到耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)綜合指數(shù)值。由于筆者研究的是2005—2014年中國(guó)省域耕地生態(tài)安全狀況及動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，計(jì)算量較大，文章篇幅所限，在此省略計(jì)算過(guò)程。中國(guó)省域2005—2014年耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)見(jiàn)表4、表5。

由表4、表5可知，中國(guó)省域近10年的耕地生態(tài)安全總體水平并不高，全部處于生態(tài)安全等級(jí)的Ⅱ級(jí)到Ⅴ級(jí)。其中，北京市、上海市的耕地生態(tài)安全等級(jí)較高，總體處于Ⅱ級(jí)（較安全）；云南、貴州、廣西地區(qū)的耕地生態(tài)安全水平等級(jí)較低，近年來(lái)波動(dòng)較小，基本處于Ⅴ級(jí)（不安全）。近年來(lái)，河北、河南、陜西、山西、江西、山東、安徽、湖北、湖南、福建、遼寧、廣東、四川、重慶、甘肅、青海、寧夏等地耕地生態(tài)安全總體處于Ⅳ級(jí)（較不安全），江蘇、浙江、天津、內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江、西藏、新疆、海南等地近年來(lái)耕地生態(tài)安全總體處于Ⅲ級(jí)（臨界安全）。2005—2014年中國(guó)省域單位耕地生態(tài)安全空間分異及耕地生態(tài)安全變化分別見(jiàn)圖1、圖2。

收集中國(guó)省域單位有關(guān)耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)，經(jīng)分析整理后，按照熵值法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重（表2），將耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)帶入綜合評(píng)價(jià)模型，計(jì)算得出中國(guó)省域單位2005—2014年的耕地生態(tài)安全指數(shù)，再運(yùn)用非等間距法將耕地生態(tài)安全指數(shù)分為5個(gè)安全等級(jí)。生態(tài)安全指數(shù)越大，耕地生態(tài)安全度越高；生態(tài)安全指數(shù)越小，耕地生態(tài)安全度越低。研究表明，北京、上海地區(qū)近10年耕地生態(tài)安全指數(shù)穩(wěn)定，達(dá)到“較安全”等級(jí)，處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先位置。江蘇、浙江、天津、山東、內(nèi)蒙古、吉林、黑龍江、西藏、新疆、海南等地近10年耕地生態(tài)安全指數(shù)波動(dòng)明顯，但基本處于“臨界安全”等級(jí)。其中，2006—2014年天津市耕地生態(tài)安全等級(jí)經(jīng)歷“較安全—臨界安全”的變化，2012年后耕地生態(tài)安全指數(shù)有明顯提升；2006—2014年吉林、黑龍江地區(qū)耕地生態(tài)安全指數(shù)呈明顯下降態(tài)勢(shì)，大致經(jīng)歷了“臨界安全—較不安全—臨界安全”的演變歷程。河北、河南、陜西、山西、江西、安徽、湖北、湖南、福建、遼寧、廣東、四川、重慶、甘肅、青海、寧夏等地近10年耕地生態(tài)安全指數(shù)總體稍有波動(dòng)，基本處于“較不安全”等級(jí)；其中，2006—2012年遼寧省耕地生態(tài)安全指數(shù)波動(dòng)明顯，由“臨界安全”下降為“較不安全”，2012年后稍有回升。近10年陜西省耕地生態(tài)安全指數(shù)總體由“不安全”等級(jí)提升到“較不安全”等級(jí)，到2014年又稍有回落，下降為“不安全等級(jí)”。云南、貴州、廣西地區(qū)的耕地生態(tài)安全指數(shù)波動(dòng)較小，基本處于“不安全”等級(jí)。其中，2005—2007年廣西耕地生態(tài)安全指數(shù)經(jīng)歷了“較不安全—不安全”的演變歷程，且之后幾年一直處于“不安全”等級(jí)。

4結(jié)論與討論

本研究通過(guò)對(duì)中國(guó)省域2005—2014年的耕地生態(tài)安全進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，近10年全國(guó)總體耕地生態(tài)安全等級(jí)由“臨界安全”逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椤拜^不安全”，耕地生態(tài)安全指數(shù)整體呈波動(dòng)下降態(tài)勢(shì)，耕地生態(tài)安全朝逆向演化的方向發(fā)展。

近年，中國(guó)省域耕地生態(tài)安全發(fā)展態(tài)勢(shì)未得到根本性轉(zhuǎn)變，這與城市化的快速擴(kuò)張、人口快速增長(zhǎng)、工業(yè)迅速發(fā)展、土地利用方式不合理等因素有密切關(guān)系。今后，應(yīng)積極制定應(yīng)對(duì)措施確保全國(guó)耕地生態(tài)安全，推進(jìn)人地協(xié)調(diào)發(fā)展與土地可持續(xù)利用。本研究結(jié)果表明，耕地農(nóng)藥和化肥負(fù)荷、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、自然環(huán)境污染程度、人均耕地面積是制約農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)安全狀況改善的關(guān)鍵因素。因此，須加快發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，提倡農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，適地適量施用農(nóng)藥、地膜、化肥，減少對(duì)耕地資源的污染；積極開(kāi)展高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)，加強(qiáng)農(nóng)村土地綜合整治，增加有效耕地，提升耕地資源質(zhì)量；重視耕地生態(tài)環(huán)境的建設(shè)與中低產(chǎn)田改造，嚴(yán)格控制建設(shè)用地占用耕地，從根本上解決人為拋荒、侵占和壓損問(wèn)題，保證耕地?cái)?shù)量與質(zhì)量的平衡，保障糧食安全；合理控制人口增長(zhǎng)，使人口規(guī)模在土地承載力范圍以內(nèi)；加強(qiáng)預(yù)防災(zāi)害能力建設(shè)，完善并優(yōu)化防災(zāi)減災(zāi)以及抗旱、救災(zāi)響應(yīng)結(jié)構(gòu)，建立耕地生態(tài)安全預(yù)警監(jiān)測(cè)體系，為耕地資源的可持續(xù)利用與管理提供支撐，政府須加大資金投入力度，有效提升耕地生態(tài)安全等級(jí)。

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