基于PSR模型的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)及時(shí)空格局演變

趙柯, 李偉芳, 毛菁旭, 寇相瑋, 尹昌霞

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基于PSR模型的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)及時(shí)空格局演變

趙柯, 李偉芳*, 毛菁旭, 寇相瑋, 尹昌霞

寧波大學(xué)地理與空間信息技術(shù)系, 寧波 315211

耕地的生態(tài)安全關(guān)系到區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展, 針對(duì)耕地生態(tài)安全現(xiàn)狀, 以寧波市南郊小尺度區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象, 基于人與耕地的相互作用機(jī)理, 通過改進(jìn)的PSR模型從而構(gòu)建出適用于研究區(qū)域的評(píng)價(jià)體系, 采用熵權(quán)法和綜合評(píng)價(jià)法, 對(duì)2005—2014年間寧波市南郊的耕地生態(tài)安全狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)分析, 結(jié)果表明: (1)從時(shí)間尺度上看, 2005—2014年寧波市南郊耕地生態(tài)安全經(jīng)歷了“較安全—臨界安全—較不安全—安全”的變化階段。(2)從空間尺度上看, 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道耕地生態(tài)安全狀況存在著明顯的區(qū)域性差異。西部地區(qū)整體水平較高, 東部地區(qū)次之, 其中東部以北最低; 2005—2014年寧波市南郊生態(tài)安全指數(shù)變化較小; 寧波市南郊生態(tài)安全指數(shù)呈現(xiàn)顯著的空間集聚性, 高—高聚類顯著性較弱, 低—低聚類顯著性較強(qiáng)。

耕地生態(tài)安全; PSR模型; 時(shí)空演變; 寧波市南郊

0 前言

人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)是建立在耕地資源基礎(chǔ)上的, 耕地資源具有多種功能, 是土地資源中最重要的組成部分。耕地生態(tài)安全則是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的保障, 與社會(huì)發(fā)展息息相關(guān)。經(jīng)過人類長期干預(yù), 耕地生態(tài)系統(tǒng)已演變成高度耦合的社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)[1–2]。近年來, 隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展, 對(duì)土地資源的需求量日益增加, 尤其是對(duì)耕地資源影響的程度愈發(fā)強(qiáng)烈, 耕地利用的生態(tài)安全問題逐漸凸顯。

耕地生態(tài)安全是指在一定的時(shí)間和空間尺度內(nèi), 維持自身正常功能結(jié)構(gòu), 并且能夠滿足社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的需要; 此外, 在這種模式下, 充足、平衡的自然資源能夠讓生態(tài)系統(tǒng)得以利用, 這使得生態(tài)環(huán)境處于健康狀態(tài)[3]。當(dāng)前, 在耕地生態(tài)安全方面的研究內(nèi)容比較寬泛, 主要包括了耕地生態(tài)安全內(nèi)涵、評(píng)價(jià)、影響因素以及調(diào)控等。對(duì)耕地生態(tài)安全問題的探索更傾向于食品安全問題、耕地資源利用和承載力的思考, 研究重點(diǎn)主要集中于化肥農(nóng)藥對(duì)土壤的作用[4]、地力與復(fù)種指數(shù)[5]、農(nóng)業(yè)動(dòng)力對(duì)耕地安全的影響[6]等問題。其中基于調(diào)查數(shù)據(jù)、面板數(shù)據(jù)與構(gòu)建模型(PSR模型等)結(jié)合的方法運(yùn)用較多。國外關(guān)于耕地生態(tài)安全的相關(guān)研究大多是以預(yù)測(cè)土地利用變化和耕地質(zhì)量變化為研究目的, 通過建立構(gòu)建模型來評(píng)定耕地生態(tài)安全[7–8]。王燕輝[9]等運(yùn)用PSR模型, 選取耕地生態(tài)系統(tǒng)壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3個(gè)準(zhǔn)則層, 人口自然增長率、土地墾殖率和農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平等17個(gè)指標(biāo)層, 并采用熵值法和阻力診斷模型, 對(duì)河北省生態(tài)安全狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)分析。蘇剛等[10]通過PSR模型建立耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 對(duì)河北省黃驊市耕地生態(tài)安全阻力因素進(jìn)行分析, 由于指標(biāo)阻力度有較大的上升趨勢(shì), 人均耕地面積、單位耕地化肥負(fù)荷、和人口密度等, 成為制約黃驊市耕地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況改善的主要因素。王耕等[11]通過對(duì)區(qū)域生態(tài)安全演變過程問題的分析, 提出了一種生態(tài)安全機(jī)理框架, 即狀態(tài)—隱患—響應(yīng)(S—D—R)模式, 并且與“三生”角度下的多維空間相結(jié)合, 構(gòu)建了多層次評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 為生態(tài)安全動(dòng)態(tài)變化及演變趨勢(shì)評(píng)價(jià)提供了思路。我國關(guān)于耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究仍處于發(fā)展階段, 指標(biāo)選取與評(píng)價(jià)方法不成熟, 并且對(duì)大尺度區(qū)域研究較多, 對(duì)小尺度區(qū)域研究較少。

本研究在PSR模型的基礎(chǔ)上, 從“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”三個(gè)方面對(duì)寧波市南郊具有耕地的鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道的耕地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià), 采用熵權(quán)法[12]計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重, 結(jié)合ArcGIS進(jìn)行時(shí)空格局分析。

1 研究區(qū)概況

寧波市南郊是傳統(tǒng)商品糧基地, 耕地質(zhì)量較高。地理位置特殊, 屬于城鄉(xiāng)接合部, 由于受到城鄉(xiāng)之間特定的因素所影響, 即空間過程和空間擴(kuò)展因素, 建設(shè)用地與農(nóng)用地矛盾突出, 農(nóng)產(chǎn)品的商品化程度比較高。為探索其耕地生態(tài)安全狀況, 以寧波市南郊為研究區(qū)域。

2016年9月寧波市對(duì)鄞州區(qū)行政區(qū)劃進(jìn)行了調(diào)整, 而本文研究區(qū)為老鄞州區(qū)范圍, 為了避免混淆, 將研究區(qū)統(tǒng)稱為寧波市南郊。寧波市南郊位于浙江省東部沿海, 東經(jīng)121°08'—121°54', 北緯29°37'—29°57'之間。地處長江三角洲南部, 東臨北侖港, 南至奉化, 北隔上海, 西靠杭州和紹興。寧波市南郊屬于亞熱帶溫潤季風(fēng)氣候, 瀕臨東海, 四季特征較為明顯。中部是廣闊的平原, 東南部和西部地貌為山地丘陵總形勢(shì)呈馬鞍狀。寧波市南郊因新型城鎮(zhèn)化建設(shè)與工業(yè)化發(fā)展, 人口的增多, 人地矛盾日益尖銳, 2005年耕地面積32062.313 hm2, 2014年耕地面積30090.62 hm2。在本區(qū)域內(nèi), 耕地的生態(tài)問題逐漸凸顯。

2 數(shù)據(jù)來源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)主要來源于2005—2014年《寧波市統(tǒng)計(jì)年鑒》、2005—2014年《鄞州區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒》、寧波市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020); 寧波市政府網(wǎng)站公布的土地利用相關(guān)數(shù)據(jù)和相關(guān)研究報(bào)告及寧波市國土部門、農(nóng)業(yè)部門相關(guān)資料。

2.2 研究方法

基于寧波市南郊小尺度區(qū)域及農(nóng)產(chǎn)品商品程度化高和食品安全角度下, 選取代表性指標(biāo), 通過層次分析法及PSR模型的結(jié)合, 運(yùn)用相關(guān)指標(biāo), 建立總與決策有關(guān)的元素層次。

2.2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建 耕地生態(tài)系統(tǒng)既要滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展, 又要能夠維持自身的正常結(jié)構(gòu)功能。所以, 耕地資源的生態(tài)安全需要滿足兩個(gè)條件: 一是人類能夠獲得持續(xù)穩(wěn)定的耕地資源來滿足其生存和發(fā)展; 二是在利用耕地資源過程中, 耕地生態(tài)系統(tǒng)始終保持結(jié)構(gòu)合理和功能完善[13–14]。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建指標(biāo)體系, 參考相關(guān)研究[15–17], 結(jié)合寧波市南郊區(qū)域?qū)嶋H, 考慮小尺度區(qū)域數(shù)據(jù)的可獲得性, 從耕地生態(tài)系統(tǒng)壓力、狀態(tài)和響應(yīng)三個(gè)方面, 篩選出了12個(gè)對(duì)耕地生態(tài)安全有顯著影響的指標(biāo), 構(gòu)建指標(biāo)體系(表1)。

2.2.2 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理 對(duì)于量綱不同即度量單位不同的評(píng)價(jià)指標(biāo), 為了使數(shù)據(jù)的指標(biāo)具有可分析性、對(duì)比性, 需要對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理, 采用的方法為極差標(biāo)準(zhǔn)化。

正向指標(biāo)安全值, 數(shù)值越大表明該地區(qū)耕地生態(tài)越安全:

負(fù)向指標(biāo)安全值, 數(shù)值越大表明該地區(qū)耕地生態(tài)越不安全:

2.2.3 指標(biāo)權(quán)重的確定 根據(jù)不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取, 對(duì)耕地生態(tài)安全影響程度也會(huì)不同, 需要對(duì)各個(gè)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行賦值。為了能夠減少非相關(guān)因素的干擾, 讓評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重更具有科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性, 對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重的確定將采用客觀賦權(quán)法中的熵值法。

計(jì)算各指標(biāo)的信息熵, 計(jì)算公式:

計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值, 計(jì)算公式:

2.2.4 耕地生態(tài)安全指數(shù)計(jì)算 采用綜合指數(shù)法對(duì)區(qū)域內(nèi)的耕地生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià), 綜合指數(shù)法依據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)、權(quán)重、標(biāo)準(zhǔn)值來評(píng)價(jià)耕地的生態(tài)安全程度。

各子系統(tǒng)生態(tài)安全指數(shù)計(jì)算公式:

綜合生態(tài)安全指數(shù)計(jì)算公式:

表1 耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2.5 耕地生態(tài)安全分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 在前人研究的基礎(chǔ)上, 參考相關(guān)文獻(xiàn)[18–19], 結(jié)合寧波市南郊的實(shí)際情況, 耕地生態(tài)系統(tǒng)的完整性、受干擾程度、生態(tài)問題狀況等綜合特征, 根據(jù)計(jì)算所得到的寧波市南郊耕地的綜合安全指數(shù), 基于模糊隸屬度將耕地生態(tài)安全指數(shù)分為5個(gè)等級(jí), 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。由于研究區(qū)域較小, 區(qū)域差異不明顯, 生態(tài)安全綜合值跨度較小, 其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不同于大尺度研究。

2.2.6 探索性空間數(shù)據(jù)分析—局部自相關(guān) 局部自相關(guān)用來研究空間地域單元局部的相關(guān)性質(zhì), 對(duì)局部地區(qū)是否存在變量集聚現(xiàn)象的檢驗(yàn)采用局域莫蘭指數(shù)(LISA)。局部莫蘭指數(shù)高值則表明在空間集聚中出現(xiàn)了相似變量的面積單元(高值或低值), 低值則表明在空間集聚中出現(xiàn)了不相似變量的面積單元。為了度量地域單元與周圍地域單元之間的相關(guān)性, 通常用地域單元的局部莫蘭指數(shù)來表示。公式為:

3 結(jié)果與分析

3.1 時(shí)間序列分析

寧波市南郊2005—2014年耕地生態(tài)安全指數(shù)為0.3348—0.5587, 生態(tài)安全經(jīng)歷了“較安全—臨界安全—較不安全—安全”的過程, 整體呈現(xiàn)生態(tài)安全逐漸好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。2005年到2008年, 生態(tài)安全指數(shù)普遍較高, 在0.4539—0.5299。2009年到2012年, 生態(tài)安全指數(shù)普遍偏低, 在0.3348—0.4035。從數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)來看, 本階段單位耕地化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等物資大量增加, 化肥施用量從2009年646.18 kg·hm-2增加到2012年648.88 kg·hm-2, 農(nóng)藥使用量從2009年32.34 kg·hm-2增加到2012年33.87 kg·hm-2, 農(nóng)膜使用量從2009年49.33 kg·hm-2增加到2012年49.53 kg·hm-2。這段期間隨著使用量增大導(dǎo)致耕地生態(tài)環(huán)境受到影響, 持續(xù)惡化。2009年到2011年耕地生態(tài)安全狀態(tài)均處于臨界安全, 2012年生態(tài)安全處于較不安全。其中, 2012年耕地生態(tài)安全指數(shù)最低為0.3348。2012年以后, 耕地生態(tài)安全指數(shù)逐漸上升, 2014年生態(tài)安全指數(shù)達(dá)到最高值0.5587, 處于安全狀態(tài)。為統(tǒng)籌耕地建設(shè)和保護(hù)工作, 在經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展過程中, 需要國土資源提供后續(xù)保障, 浙江省政府針對(duì)此問題, 決定對(duì)相關(guān)的土地進(jìn)行整治, 提高土地利用效率, 組織實(shí)施土地整治工程, 即“812”土地整治工程。在2013年到2017年這五年時(shí)間, 在浙江省內(nèi)計(jì)劃實(shí)施墾造耕地53333.33 hm2、建成高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田695333.33 hm2、綜合整治農(nóng)村建設(shè)用地13333.33 hm2, 2014年寧波市鄞州區(qū)“812”高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)實(shí)施實(shí)際完成3401 hm2。除政策支撐外, 2012年到2014年期間, 本階段單位耕地化肥、農(nóng)藥等物資有所減少, 化肥施用量從2012年655.27kg·hm-2降低到2014年647.38 kg·hm-2, 農(nóng)藥使用量從2012年34.20 kg·hm-2降低到2014年30.01 kg·hm-2, 土地墾殖率從2012年22.9%上升到23.0%, 耕地糧食單產(chǎn)從2012年6265.94 kg·hm-2增加到2014年6313.30 kg·hm-2, 城市人口比例從2012年34%上升到2014年37%。期間使用量下降使得耕地生態(tài)環(huán)境得到改善, 單位耕地面積的利用率和產(chǎn)出率上升, 生態(tài)安全呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。這是由各級(jí)政府采取的一系列積極措施, 注重耕地的保護(hù)制度和質(zhì)量建設(shè), 穩(wěn)步提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力, 在一定程度上促進(jìn)耕地生態(tài)質(zhì)量的改善。

表2 耕地生態(tài)安全分級(jí)與特征

圖1 2005—2014年寧波市南郊耕地生態(tài)安全指數(shù)變化

Figure 1 Comprehensive security value of ecological security of cultivated land in the southern suburbs of Ningbo in 2005-2014.

3.2 空間序列分析

2005年—2014年近十年期間, 研究區(qū)域內(nèi)耕地生態(tài)安全指數(shù)有明顯上升的變化, 東部地區(qū)和西部地區(qū)耕地生態(tài)安全皆有好轉(zhuǎn)。其中, 西部地區(qū)的橫街、鄞江和古林由較安全區(qū)上升為安全區(qū), 章水和龍觀由臨界安全區(qū)上升為較安全區(qū); 東部地區(qū)的咸祥由較安全區(qū)上升為安全區(qū), 鐘公廟由不安全區(qū)上升為較不安全區(qū), 下應(yīng)由較不安全區(qū)上升為較安全區(qū), 東錢湖由較安全區(qū)下降為臨界安全區(qū)。

2005年(見圖2)安全區(qū)和較安全區(qū)的分布占主要部分, 包括了姜山、云龍、橫街、古林、鄞江、洞橋、東錢湖、東吳、塘溪和咸祥, 占到區(qū)域面積的52.92%。區(qū)域內(nèi)單位耕地面積化肥、農(nóng)藥等負(fù)荷量較低, 自然條件相對(duì)較好, 土壤肥沃, 環(huán)境壓力小, 生態(tài)問題不顯著。臨界安全區(qū)分布在地區(qū)東西兩側(cè)較分散, 包括了章水、龍觀、高橋、集士港、石碶、邱隘、五鄉(xiāng)、橫溪和瞻岐, 占到區(qū)域面積的44.23%。人口多, 耕地面積少, 耕地面臨的人口壓力大, 土壤肥力下降, 受到干擾后環(huán)境容易遭到破壞, 生態(tài)問題開始顯現(xiàn)。較不安全和不安全區(qū)主要分布在東部以北, 包括了下應(yīng)和鐘公廟, 占到區(qū)域面積的2.85%。區(qū)域內(nèi)工業(yè)企業(yè)較多, 導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境惡化, 耕地生態(tài)環(huán)境功能退化。2005年寧波市南郊的耕地生態(tài)安全指數(shù)等級(jí)處在0.45以上, 表明這些街道的耕地生態(tài)系統(tǒng)尚穩(wěn)定, 可以發(fā)揮基本的耕地生態(tài)功能, 其中臨界安全以上街道占到97.15%, 鐘公廟狀況不樂觀, 總體而言, 寧波市南郊的耕地生態(tài)安全良好。

2008年(見圖2)安全區(qū)和較安全區(qū)分布在東部居多, 包括了姜山、云龍、咸祥、東錢湖、五鄉(xiāng)、東吳、瞻岐、塘溪、橫街、鄞江、高橋、古林、石碶, 占到區(qū)域面積的66.97%, 咸祥由較安全區(qū)上升到安全區(qū)。臨界安全區(qū)在東部和西部皆有分布且較分散, 包括了龍觀、洞橋、集士港、下應(yīng)、邱隘和橫溪, 占區(qū)域面積的21.96%, 下應(yīng)由不安全區(qū)上升到臨界安全區(qū)。較不安全區(qū)分布在地區(qū)西部, 只有章水, 占到區(qū)域面積10.12%, 章水由臨界安全區(qū)下降到較不安全區(qū)。不安全區(qū)分布在東部, 為鐘公廟, 占到區(qū)域面積的0.95%, 較上時(shí)期沒有發(fā)生生態(tài)安全變化。本時(shí)期生態(tài)安全指數(shù)偏高, 耕地質(zhì)量得到了改善, 生態(tài)壞境基本穩(wěn)定。2008年寧波市南郊的耕地生態(tài)安全指數(shù)等級(jí)處在0.50以上, 表明這些街道的生態(tài)安全狀況較好, 其中較安全以上街道占66.97%, 章水和鐘公廟耕地生態(tài)安全呈下降趨勢(shì), 狀態(tài)不容樂觀, 寧波市南郊的耕地生態(tài)安全狀況有所上升。

2011年(如圖2)較安全區(qū)占大部分區(qū)域, 包括了橫街、鄞江、洞橋、石碶、姜山、云龍、橫溪、塘溪、咸祥、瞻岐、東吳和五鄉(xiāng), 占到區(qū)域面積的58.55%, 姜山、云龍和咸祥由安全區(qū)下降為較安全區(qū)。臨界安全區(qū)向東部和西部擴(kuò)展, 包括了章水、龍觀、高橋、古林、鐘公廟和東錢湖, 占到區(qū)域面積的34.06%, 臨界安全區(qū)的分布出現(xiàn)了較大的調(diào)整。較不安全區(qū)和不安全區(qū)分布在東部以北和西部以北, 包括了集士港、邱隘和下應(yīng), 占到區(qū)域面積的7.39%, 下應(yīng)由臨界安全區(qū)下降到不安全區(qū)。本時(shí)期的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量良好, 農(nóng)業(yè)廢棄物循環(huán)利用方式得到了改善, 減少了秸稈的焚燒數(shù)量, 增加了土壤肥力, 并實(shí)行了生態(tài)農(nóng)業(yè)工程, 減少了農(nóng)藥使用量, 降低了農(nóng)藥殘留, 使得安全區(qū)和較安全區(qū)占到了區(qū)域面積的一半以上。2011年寧波市南郊的耕地生態(tài)安全指數(shù)等級(jí)處在0.38以上, 表明這些街道的耕地生態(tài)安全系統(tǒng)尚穩(wěn)定, 可以發(fā)揮其基本的耕地生態(tài)功能, 其中臨界安全以上的街道占到92.61%, 集士港、邱隘和下應(yīng)耕地生態(tài)安全下降較為明顯, 狀態(tài)較嚴(yán)重, 總體而言, 寧波市南郊的耕地生態(tài)安全有所下降。

2014年(如圖2)安全區(qū)分布在東部的有姜山、云龍和咸祥, 分布在西部的有橫街、鄞江和洞橋, 占到區(qū)域面積的27.69%, 云龍、咸祥、橫街、鄞江和洞橋由較安全區(qū)上升為安全區(qū)。較安全區(qū)占主要成分, 包括了龍觀、章水、高橋、石碶、下應(yīng)、五鄉(xiāng)、東吳、瞻岐、塘溪和橫溪, 占到區(qū)域面積的52.31%, 安全區(qū)和較安全區(qū)占到區(qū)域面積的一半以上。臨界安全區(qū)分布在西部以北和東部以北的區(qū)域, 包括了集士港、古林、邱隘和東錢湖, 占到區(qū)域面積的19.05%。較不安全區(qū)分布在東部, 只有鐘公廟, 占到區(qū)域面積的0.95%。本時(shí)期不存在不安全區(qū)域, 生態(tài)安全指數(shù)為最高, 生態(tài)環(huán)境保持在較好的水平, 耕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完善, 功能較強(qiáng), 生態(tài)問題不顯著。2014年寧波市南郊的耕地生態(tài)安全指數(shù)等級(jí)處在0.56以上, 表明這些街道的耕地生態(tài)安全狀況較好, 其中安全街道占27.69%, 寧波市南郊的耕地生態(tài)安全狀況趨向好轉(zhuǎn)。

3.3 局部自相關(guān)

利用GeoDA軟件繪制出2005、2008、2011和2014年寧波市南郊耕地生態(tài)安全指數(shù)LISA聚類圖, 并且通過P≤0.05的顯著性檢驗(yàn)。分析LISA聚類圖可以發(fā)現(xiàn): ①從數(shù)量上看, 在99.5%置信度水平下存在空間顯著聚類的鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道, 2005年有4個(gè), 其中H—H顯著聚類區(qū)域有1個(gè), L—L顯著聚類區(qū)域有1個(gè)。2008年有2個(gè), 且都是L—H顯著聚類區(qū)域。2011年有5個(gè), 其中H—H顯著聚類區(qū)域有1個(gè), L—L顯著聚類區(qū)域有1個(gè)。2014年顯著聚類區(qū)域有2個(gè), 其中L—L顯著聚類區(qū)域有1個(gè), 沒有H—H顯著聚類區(qū)域。②從空間分布上看, 2005、2008、2011和2014年的高—高顯著聚類較少且分散, 不同年份顯著集聚區(qū)略有不同, 主要集中分散在云龍和洞橋, 該類區(qū)域的特點(diǎn)是耕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完善, 功能強(qiáng), 植被覆蓋率高, 生態(tài)問題不顯著; 低—低顯著聚類主要分布在東部地區(qū)的邱隘。該類區(qū)域的特點(diǎn)是耕地系統(tǒng)生態(tài)結(jié)構(gòu)相對(duì)不夠完善, 生態(tài)問題較多。

圖2 寧波市南郊耕地生態(tài)安全空間格局變化

Figure 2 Spatial pattern of cultivated land ecological security in the southern suburbs of Ningbo

圖3 2005、2008、2011、2014 LISA聚集

Figure 3 LISA cluster map

4 結(jié)論與討論

基于壓力—狀態(tài)—響應(yīng)(PSR)模型構(gòu)建指標(biāo)體系, 選取熵值法對(duì)各指標(biāo)賦予權(quán)重, 嘗試著對(duì)小尺度區(qū)域內(nèi)的耕地資源進(jìn)行生態(tài)安全評(píng)價(jià), 運(yùn)用綜合指數(shù)法計(jì)算耕地生態(tài)安全指數(shù)。得出的結(jié)論如下:

(1)人均耕地面積、人均糧食占有量、土地墾殖率比重等指標(biāo)權(quán)重最大, 要提高寧波市南郊耕地生態(tài)安全狀況的重要方式是減少人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的干擾, 減少耕地沙化、堿化的現(xiàn)象, 降低農(nóng)業(yè)污染, 以利于耕地資源數(shù)量和質(zhì)量的提高。

(2)2005—2014年寧波市南郊耕地生態(tài)安全狀況經(jīng)歷了“較安全—臨界安全—較不安全—安全”的過程, 水平總體上呈良好的狀況, 變化幅度較小, 整體處于平穩(wěn)的趨勢(shì)。大部分(47.62%)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道增幅均保持在10%以內(nèi), 38.10%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道耕地生態(tài)安全指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

(3)寧波市南郊耕地生態(tài)安全狀況在空間分布上存在明顯的區(qū)域性差異。東部耕地資源生態(tài)安全狀況差異最為明顯, 姜山、云龍和咸祥的耕地生態(tài)安全狀態(tài)較好, 鐘公廟、邱隘和東錢湖的耕地生態(tài)安全狀態(tài)較低。西部橫街、鄞江和洞橋耕地生態(tài)安全狀態(tài)較好, 其次是章水、龍觀、高橋和石碶地區(qū), 集士港和古林較低

(4)寧波市南郊生態(tài)安全指數(shù)具有較大的空間集聚性。高—高聚類較低—低聚類有些分散, 不同年份顯著聚集區(qū)有所不同, 主要分布在云龍和洞橋; 低—低聚類主要分布在邱隘。

通過研究發(fā)現(xiàn), 寧波市南郊耕地生態(tài)安全狀態(tài)逐漸好轉(zhuǎn), 其中東錢湖生態(tài)安全狀態(tài)有所下降, 由于受到人類活動(dòng)壓力威脅較大, 尤其以邱隘為中心的地區(qū), 生態(tài)安全指數(shù)呈現(xiàn)低—低集聚, 耕地生態(tài)安全狀況差的地區(qū)相互影響, 因此該類地區(qū)應(yīng)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展, 大力倡導(dǎo)嚴(yán)格保護(hù)耕地、節(jié)約集約用地、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)利用和可持續(xù)利用等原則, 增強(qiáng)該地區(qū)整體的耕地生態(tài)安全。姜山、云龍耕地生態(tài)狀況較好, 應(yīng)繼續(xù)保持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定, 結(jié)構(gòu)完善, 維持耕地生態(tài)安全較好的狀態(tài)。

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Evaluation of cultivated land ecological security and spatial-temporal pattern evolution based on PSR model

ZHAO Ke, LI Wei fang*, MAO Jingxu, KOU Xiangwei, YIN Changxia

Department of Geography and Spatial Information Technology, Ningbo University, Ningbo 315211, China

The ecological security of cultivated land is related to the sustainable development of the region. According to the present situation of cultivated land ecological security, the small scale area in the southern suburb of Ningbo is taken as the research object. Based on the interaction mechanism between human and cultivated land, the evaluation system suitable for the study area was constructed by PSR model. The entropy weight method and comprehensive evaluation method were used to evaluate the cultivated land ecological security status in the southern suburbs of Ningbo City during 2005-2014. The results are as follows. (1) From the time scale point of view, the cultivated land ecology of the southern suburbs of Ningbo City in 2005 and 2014 was analyzed by the entropy weight method and the comprehensive evaluation method. The ecological security status of cultivated land in the southern suburbs of Ningbo City was analyzed from 2005 to 2014. Safety has undergone a "safer-critical safety-less insecure-safe" phase of change. (2) From the perspective of space, there were obvious regional differences in ecological security of cultivated land in towns and villages. The overall level of the western region was higher than that of the eastern region, with the lowest in the north of the eastern part. The ecological security index of the southern suburbs of Ningbo City changed little in 2005-2014. The ecological security index of the southern suburbs of Ningbo showed significant spatial concentration and high-high clustering less significant, low-low clustering significantly stronger.

cultivated land ecological security; PSR model; temporal and spatial evolution; the southern suburb of Ningbo City

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.01.024

F323.21

A

1008-8873(2019)01-186-08

2017-09-28;

2017-12-05

浙江省社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地2015年度省社科規(guī)劃項(xiàng)目(15JDHY01YB)資助; 寧波大學(xué)大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(2017200000003)

趙柯(1993—), 男, 浙江寧波人, 碩士研究生, 研究方向: 土地資源管理與規(guī)劃研究。E-mail：zhaoke10271210@163.com

李偉芳(1964—), 男, 浙江寧波人, 教授, 主要研究方向: 土地資源管理與規(guī)劃研究。E-mail: liweifang@nbu.edu.cn

趙柯, 李偉芳, 毛菁旭,等. 基于PSR模型的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)及時(shí)空格局演變[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(1): 186-193.

ZHAO Ke, LI Wei fang, MAO Jingxu, et al. Evaluation of cultivated land ecological security and spatial-temporal pattern evolution based on PSR model[J]. Ecological Science, 2019, 38(1): 186-193.