葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)及預(yù)警分析*

麥麗開(kāi)·艾麥提，滿蘇爾·沙比提，張雪琪

(新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊 830054)

0 引言

耕地是最寶貴的土地資源之一，它不僅是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，而且還密切關(guān)系到區(qū)域的糧食安全及可持續(xù)發(fā)展，是非常重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料。經(jīng)過(guò)人類的長(zhǎng)期開(kāi)發(fā)與經(jīng)營(yíng)，耕地生態(tài)系統(tǒng)逐漸演變成為具有高度耦合性的社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)[1，2]。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人們對(duì)物質(zhì)的需求量不斷提高，對(duì)耕地資源的利用程度加深以及諸多不合理的利用方式導(dǎo)致耕地生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，并直接或間接地影響著耕地的生態(tài)安全，制約著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)也面臨著嚴(yán)重的沖擊與破壞，這些破壞程度已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了農(nóng)田自身的生態(tài)承受能力。因此，對(duì)耕地生態(tài)安全進(jìn)行預(yù)警已成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展測(cè)度的一個(gè)重要內(nèi)容。耕地生態(tài)安全預(yù)警是對(duì)區(qū)域耕地環(huán)境質(zhì)量的狀態(tài)與變化的評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)和警告，目的是促使耕地生態(tài)系統(tǒng)能夠基本保持自身正常功能的運(yùn)轉(zhuǎn)以及滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需求[3]。

目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)耕地生態(tài)安全預(yù)警方面的研究參差不齊。國(guó)外由于起步早，已具有較為完整的理論體系和系統(tǒng)方法，所以預(yù)警研究主要集中在生態(tài)環(huán)境沖突預(yù)警[4]、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)[5]、自然災(zāi)害預(yù)警[6]等方面。國(guó)內(nèi)相關(guān)研究在20世紀(jì)90年代后期才起步，導(dǎo)致預(yù)警研究仍停留在耕地安全預(yù)警的理論、模型、指標(biāo)與方法等方面上。隨后諸多學(xué)者展開(kāi)了實(shí)踐，研究對(duì)象主要包括耕地[2]、土地[3]、流域[7]等生態(tài)系統(tǒng)，在研究方法和技術(shù)上，已逐步由定性為主走向定量探討為主，方法主要包括物元分析法[8]、綜合指數(shù)法[9]、生態(tài)足跡法[10]、可拓分析法[11]、BP、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等[12]，同時(shí)，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，基于3S技術(shù)的生態(tài)安全預(yù)警方法正逐步發(fā)展起來(lái)[7]并豐富了我國(guó)生態(tài)安全預(yù)警工作的內(nèi)涵，但目前預(yù)警方法還不夠成熟，指標(biāo)評(píng)價(jià)體系不一、有待進(jìn)一步完善[13]。鑒于此，文章以葉爾羌河平原綠洲為研究對(duì)象，通過(guò)建立基于DPSIR(驅(qū)動(dòng)力—壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng))模型的預(yù)警指標(biāo)體系，運(yùn)用DPSIR概念模型與障礙度模型探討1991—2016年葉爾羌河平原綠洲的耕地生態(tài)安全狀況并進(jìn)行主要障礙因子分析。最后通過(guò)運(yùn)用GM(1，1)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)2018—2025年8個(gè)年份的耕地生態(tài)安全狀態(tài)，以期為區(qū)域耕地生態(tài)安全的有效調(diào)控提供決策參考。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

葉爾羌河平原綠洲介于74°28′E～80°54′E，34°50′N～40°31′N之間，地處塔克拉瑪干沙漠西緣，喀喇昆侖山北麓，北抵天山南麓與阿克蘇地區(qū)相接。流域地形西南高、東北低，大致分為山區(qū)和平原兩大部分。其平原區(qū)總面積為3.81萬(wàn)km2。該文研究區(qū)域?yàn)槿~爾羌河流域中下游的平原綠洲區(qū)(以下簡(jiǎn)稱“研究區(qū)”)，在行政區(qū)劃上包括喀什地區(qū)的葉城、澤普、莎車、麥蓋提、巴楚等縣域(圖1)。

至2016年底，土地總面積為496萬(wàn)hm2，占新疆總面積的2.98%。劇烈的人為活動(dòng)使區(qū)域土地利用/覆被發(fā)生了明顯變化，綠洲外圍荒漠區(qū)的地下水位不斷下降，未利用土地占總面積的74.74%，成為區(qū)域景觀面積最大、連通程度最高的地類(圖2)，耕地生態(tài)環(huán)境狀況也隨之惡化，耕地生態(tài)安全問(wèn)題日益凸顯。因此，探討耕地生態(tài)安全預(yù)警研究的問(wèn)題，不僅有利于協(xié)調(diào)人地矛盾，保障糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定，而且對(duì)實(shí)現(xiàn)研究區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)建和諧社會(huì)具有更重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 研究區(qū)示意圖 圖2 2016年土地利用變化

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

該文所依據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒(1992—2017)》《喀什統(tǒng)計(jì)年鑒(1992—2017)》、所轄縣地方志以及政府網(wǎng)站公布的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，整理獲得；結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)，借助DPS 6.5、Microsoft Excel和ArcGIS 10.2等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計(jì)分析、模型計(jì)算、繪圖及完成專題地圖制作。

2 研究方法

2.1 DPSIR概念模型的構(gòu)建

2.1.1 預(yù)警指標(biāo)體系構(gòu)建

DPSIR概念模型是在PSR模型的基礎(chǔ)上發(fā)展演化而來(lái)的。它將表征一個(gè)自然系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)分成驅(qū)動(dòng)力、壓力、狀態(tài)、影響及響應(yīng)5種元素，每種元素涉及多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)[14]，并通過(guò)各元素間的相互作用，揭示人類活動(dòng)與耕地環(huán)境的相互關(guān)系，有效地判斷出狀態(tài)和問(wèn)題之間的因果關(guān)系，把復(fù)雜的問(wèn)題細(xì)化，并能夠綜合性、系統(tǒng)性地描述和分析耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)之間的連續(xù)反饋機(jī)制，有效開(kāi)展生態(tài)預(yù)警研究[15]。

該文據(jù)此借鑒DPSIR預(yù)警模型，從研究區(qū)的實(shí)際情況出發(fā)，綜合考慮各種障礙因子，同時(shí)在參考相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[1，2，16，17]，結(jié)合數(shù)據(jù)的可得性，遵守指標(biāo)選取的完整性、動(dòng)態(tài)性、科學(xué)性、實(shí)用性、針對(duì)性等原則，最終篩選出了相應(yīng)的27個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)并構(gòu)建了葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系。其中，“驅(qū)動(dòng)力”是使耕地生態(tài)安全變化的潛在原因，包括人口增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展；“壓力”是人類活動(dòng)對(duì)耕地生態(tài)安全的影響，包括化肥、農(nóng)藥和地膜的大量使用；“狀態(tài)”即耕地生態(tài)安全在上述壓力下所呈現(xiàn)出的狀況，主要體現(xiàn)在人均糧食產(chǎn)量與第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重等方面；“影響”是狀態(tài)的改變對(duì)耕地生態(tài)安全以及人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平所產(chǎn)生的影響，包括農(nóng)牧民人均純收入和單位耕地的糧食產(chǎn)量等方面；“響應(yīng)”即人類在促進(jìn)耕地生態(tài)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程中所采取的一系列措施，包括造林面積、第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值和水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)投資等方面，表1。

表1 葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系及權(quán)重

2.1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于各指標(biāo)具有不同的測(cè)度量級(jí)，無(wú)可比性，不便于分析甚至?xí)绊戭A(yù)警結(jié)果，因此該文采用極差法進(jìn)行各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，具體見(jiàn)參考文獻(xiàn)[18]。

2.1.3 計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

該文采用客觀性較強(qiáng)的熵值法[3，14]進(jìn)行計(jì)算，其將避免評(píng)價(jià)結(jié)果產(chǎn)生主觀偏差，能夠更客觀地反映各指標(biāo)對(duì)耕地生態(tài)安全狀況的影響程度。具體計(jì)算公式如下。

①計(jì)算指標(biāo)信息熵Hj

(1)

②計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的差異性系數(shù)Gj

Gj=1-Hj

(2)

③計(jì)算指標(biāo)權(quán)重wj(表1)

(3)

2.1.4 計(jì)算預(yù)警指數(shù)Fi

該文采用多因素綜合指數(shù)法[19]計(jì)算區(qū)域耕地生態(tài)安全預(yù)警值。其計(jì)算公式為：

Fij=wj×yij

(4)

(5)

2.1.5 警情劃分標(biāo)準(zhǔn)

該文參考相關(guān)學(xué)者有關(guān)研究成果[20，9]，同時(shí)結(jié)合研究區(qū)耕地生態(tài)環(huán)境的實(shí)際情況，以等間距的方式將研究區(qū)耕地生態(tài)安全警情狀況劃分為5個(gè)等級(jí)(表2)。

表2 葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全警情劃分標(biāo)準(zhǔn)

表3 GM(1，1)模型精度檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 障礙因子分析方法

為有效提高研究區(qū)耕地生態(tài)安全水平，篩選出評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中對(duì)研究區(qū)耕地生態(tài)安全預(yù)警等級(jí)起主要影響作用的因子，該文采用障礙度模型[21]對(duì)障礙因子進(jìn)行分析，其計(jì)算公式為：

(6)

式(6)中，Qi為第i年各指標(biāo)對(duì)耕地生態(tài)安全的影響程度，即障礙度；Lij為第j個(gè)指標(biāo)值與安全值之間的差距，即Lij=1-yij；yij為單項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

2.3 警情演變趨勢(shì)預(yù)測(cè)方法

灰色GM(1，1)模型具有簡(jiǎn)便、精確度高、無(wú)需典型概率分布等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于生態(tài)學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域并取得了較好的效果[22]。該文將運(yùn)用灰色GM(1，1)模型對(duì)2018—2025年葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)警，其具體建模步驟為[20，23]：

①對(duì)數(shù)據(jù)序列X(0)={x(0)(1)x(0)(2)…，x(0)(N)}做一次累加加成

②將X(1)的變化趨勢(shì)近似地用微分方程描述

(7)

式(7)中，a為灰發(fā)展系數(shù)；u為灰作用量；t為時(shí)間。求解式(8)得GM(1，1)模式對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)型解為：

(8)

通過(guò)式(8)可對(duì)指定時(shí)間的值進(jìn)行預(yù)測(cè)。

③進(jìn)行精度檢驗(yàn)

為了模型分析的可靠性，必須對(duì)模型精度進(jìn)行檢驗(yàn)。目前較通用的檢驗(yàn)方法是對(duì)模型進(jìn)行后驗(yàn)差檢驗(yàn)，后驗(yàn)差檢驗(yàn)通過(guò)求解后驗(yàn)差比值(C)和小誤差頻率(P)來(lái)檢驗(yàn)(表3)。若檢驗(yàn)結(jié)果可用，則可利用灰色預(yù)測(cè)模型GM(1，1)進(jìn)行預(yù)測(cè)；否則，建立殘差模型對(duì)其進(jìn)行修正。

3 結(jié)果與分析

3.1 耕地生態(tài)安全現(xiàn)狀警情

運(yùn)用前述預(yù)警方法計(jì)算得出1991—2016年葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全預(yù)警值及趨勢(shì)見(jiàn)表4和圖3。

圖3 1991—2016年葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全預(yù)警趨勢(shì)分析

3.1.1 總體警情狀況

1991—2016年，葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全預(yù)警綜合指數(shù)整體上呈現(xiàn)出遞增趨勢(shì)，耕地生態(tài)安全狀況得到進(jìn)一步改善。耕地生態(tài)安全預(yù)警值由1991年的0.149 1上升到2016年的0.691 8，耕地生態(tài)安全不斷好轉(zhuǎn)，年均增長(zhǎng)率達(dá)到6.33%，說(shuō)明耕地生態(tài)安全水平不斷提高。根據(jù)耕地生態(tài)安全警情劃分標(biāo)準(zhǔn)(表2)，耕地生態(tài)安全警情狀況由“巨警”緩解為“輕警”。這表明：1991年以來(lái)研究區(qū)域的國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展，農(nóng)牧民人均純收入和人均生產(chǎn)總值都不斷提高，人民生活水平得以改善；尤其是，2000年以來(lái)，隨著國(guó)家對(duì)于西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的重視程度不斷提高，技術(shù)型人才不斷引進(jìn)，對(duì)科技、水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)的投資加大，葉爾羌河平原綠洲的經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)出良好的發(fā)展趨勢(shì)，這也是葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全預(yù)警綜合指數(shù)從2008年以后呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)的原因；另外，2010年召開(kāi)的中央新疆工作座談會(huì)和2015年召開(kāi)的第五次全國(guó)對(duì)口援疆工作會(huì)議之后，推動(dòng)了各項(xiàng)事業(yè)的快速發(fā)展，整個(gè)耕地生態(tài)系統(tǒng)的警度已由“中警”轉(zhuǎn)為“輕警”。這一變化表明于政府的政策引導(dǎo)下，研究區(qū)耕地生態(tài)安全正在逐漸改善，所實(shí)施的一系列政策計(jì)劃對(duì)于研究區(qū)耕地生態(tài)安全有很大的作用。

表4 1991—2016年葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全及其子系統(tǒng)預(yù)警指數(shù)

3.1.2 各子系統(tǒng)變化狀況

(1)驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)變化:1991—2016年葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全驅(qū)動(dòng)力層預(yù)警值總體上呈波動(dòng)式上升趨勢(shì)，根據(jù)(圖3)曲線的形狀，大體可以分為2個(gè)階段：第一階段(1991—2005年)預(yù)警值從0.014 7增長(zhǎng)為0.024 1，年均增長(zhǎng)率為3.59%；第二階段(2006—2016年)預(yù)警值上升幅度較大，增長(zhǎng)率為6.16%。在全面落實(shí)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略、推動(dòng)全省經(jīng)濟(jì)跨越式發(fā)展和全面建成小康社會(huì)的背景下，葉爾羌河平原綠洲的經(jīng)濟(jì)保持快速增長(zhǎng)，人民生活穩(wěn)步提高，使人均GDP和GDP增長(zhǎng)率都有所提高，從而有助于驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)的提升和生態(tài)環(huán)境的改善。

(2)壓力系統(tǒng)變化:壓力層預(yù)警值呈下降趨勢(shì)，由1991年0.082 7減小到2016年0.074 5，說(shuō)明葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全所承受的壓力逐漸增大(負(fù)向指標(biāo)，壓力指數(shù)越小，生態(tài)安全壓力就越大，反之就越小)[1]。這主要由化肥使用強(qiáng)度和人口密度所致。近26年來(lái)，平原綠洲區(qū)化肥使用量由250.2kg/hm2增加到542.8kg/hm2，人口密度由53.68人/km2上升到86.04人/km2，由此可見(jiàn)，隨著人口的增長(zhǎng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和新型城鎮(zhèn)化的加速推進(jìn)，對(duì)耕地生態(tài)造成了一定程度的壓力，尤其是近幾年壓力持續(xù)增加。另外，葉爾羌河平原綠洲的生產(chǎn)活動(dòng)以農(nóng)業(yè)為主，其與化肥的使用強(qiáng)度有密切的關(guān)系，這些將導(dǎo)致水土資源污染，土壤鹽堿化程度加劇，最終增加了耕地生態(tài)安全壓力。

(3)狀態(tài)系統(tǒng)變化:由圖3可以看出，1991—2016年?duì)顟B(tài)層預(yù)警值呈現(xiàn)波動(dòng)式緩慢遞增趨勢(shì)，這表明研究區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)正緩慢趨向好轉(zhuǎn)，這主要是因?yàn)樵跔顟B(tài)層指標(biāo)中人均糧食產(chǎn)量處于不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，1991—2016年人均糧食產(chǎn)量從482kg增加到774.4kg，農(nóng)作播種面積從28.32萬(wàn)hm2增加到45.42萬(wàn)hm2，同時(shí)區(qū)域更注重二、三產(chǎn)業(yè)發(fā)展，第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重亦由72.89%下降到44.92%，平原綠洲區(qū)生態(tài)安全狀態(tài)得到了較明顯改善。另外，復(fù)種指數(shù)、水土協(xié)調(diào)度也不斷提高，保障了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率，并反映出平原綠洲在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境和生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展，但由于研究區(qū)耕地生態(tài)環(huán)境比較脆弱，自然災(zāi)害頻繁，各年份災(zāi)情程度和受災(zāi)面積差異較大，一旦受損，恢復(fù)困難；同時(shí)，在壓力系統(tǒng)的影響下，狀態(tài)系統(tǒng)預(yù)警值大體上呈現(xiàn)出緩慢上升的趨勢(shì)，并還需要進(jìn)一步改善。

(4)影響系統(tǒng)變化:隨著狀態(tài)系統(tǒng)安全狀況的逐步好轉(zhuǎn)，其對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響也趨于好轉(zhuǎn)，這主要是因?yàn)樵谟绊憣又笜?biāo)中農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平不斷提高，單位耕地面積農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力由1 156w/hm2提高至6 882.88w/hm2，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)逐步優(yōu)化，人民生活水平進(jìn)一步提升。

(5)響應(yīng)系統(tǒng)變化:由于政府加大了對(duì)環(huán)境的保護(hù)和治理力度，響應(yīng)系統(tǒng)預(yù)警值總體呈增加趨勢(shì)，2016年響應(yīng)預(yù)警指數(shù)是1991年的105.71倍，尤以2005—2012年表現(xiàn)突出，增長(zhǎng)幅度較大，其年均增長(zhǎng)率為26.29%，這表明該綠洲的抵御生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的能力增強(qiáng)并為減緩區(qū)域耕地生態(tài)壓力所采取的一系列措施取得了較明顯的成績(jī)。在研究時(shí)段內(nèi)平原綠洲區(qū)當(dāng)年造林面積由6 091hm2提高到2.538 5 萬(wàn)hm2，年均增長(zhǎng)率為5.88%；水利、環(huán)境和公共設(shè)施管理業(yè)投資由7 303萬(wàn)元增加到16.845 1億元；2016年第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重是1991年的2.2倍，年均增長(zhǎng)率達(dá)到3.2%；近年來(lái)，伴隨著西部大開(kāi)發(fā)的進(jìn)程不斷深入，政府的財(cái)政調(diào)控能力不斷增強(qiáng)，因而對(duì)環(huán)保的投入更加科學(xué)合理，對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和建設(shè)的支持力度增強(qiáng)。由此可知，葉爾羌河平原綠洲解決耕地生態(tài)安全系統(tǒng)問(wèn)題的能力也在不斷地提高與改善。

3.2 障礙因子分析

3.2.1 耕地生態(tài)安全主要障礙因子分析

通過(guò)障礙因子分析得出1991年、2016年的耕地生態(tài)安全障礙度(表5)。1991年阻礙耕地生態(tài)安全狀況改善的障礙因素主要集中在系統(tǒng)影響和系統(tǒng)狀態(tài)方面，主要包括農(nóng)作物受災(zāi)面積、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、單位耕地的糧食產(chǎn)量、第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重和耕地墾殖指數(shù)等；而2016年阻礙耕地生態(tài)安全狀況改善的障礙因素主要集中在系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)狀態(tài)方面，主要包括農(nóng)作物受災(zāi)面積、農(nóng)藥使用強(qiáng)度、災(zāi)害指數(shù)、地膜使用強(qiáng)度、化肥使用強(qiáng)度和人口密度等。從單項(xiàng)指標(biāo)變化趨勢(shì)上看，1991—2016年農(nóng)作物受災(zāi)面積、農(nóng)藥使用強(qiáng)度、災(zāi)害指數(shù)、地膜使用強(qiáng)度、化肥使用強(qiáng)度和人口密度等指標(biāo)障礙度上升幅度較大。研究發(fā)現(xiàn)造成這一現(xiàn)象的主要原因是隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、人們對(duì)物質(zhì)的需求在不斷加強(qiáng)，因此，人們通過(guò)大量施用農(nóng)藥、地膜和化肥等有害物質(zhì)來(lái)促進(jìn)農(nóng)作物產(chǎn)生高產(chǎn)，從而導(dǎo)致耕地農(nóng)藥、地膜和化肥使用強(qiáng)度的障礙度增大并且直接或間接地影響了耕地生態(tài)環(huán)境。

表5 1991年和2016年葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全障礙因素排序

3.2.2 子系統(tǒng)的障礙度分析

在計(jì)算單項(xiàng)指標(biāo)障礙度的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步計(jì)算耕地生態(tài)安全分類指標(biāo)的障礙度(圖4)。從整體來(lái)看，系統(tǒng)壓力的障礙度呈現(xiàn)遞增態(tài)勢(shì)，而系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力、系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)影響和系統(tǒng)響應(yīng)的障礙度呈下降趨勢(shì)，從5個(gè)子系統(tǒng)的障礙度數(shù)值來(lái)看，2003年之前系統(tǒng)狀態(tài)、系統(tǒng)影響和系統(tǒng)響應(yīng)的障礙度較高，其次是系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力；從2003年開(kāi)始，系統(tǒng)狀態(tài)障礙度最大，其次是系統(tǒng)響應(yīng)、系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)影響和系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力；2008年以后系統(tǒng)壓力障礙度超過(guò)系統(tǒng)狀態(tài)和系統(tǒng)響應(yīng)，位居第一位；從2008年開(kāi)始系統(tǒng)狀態(tài)障礙度由23.32%波動(dòng)上升到2016年的31.94%?？梢?jiàn)，提高耕地生態(tài)安全水平必須從系統(tǒng)壓力、系統(tǒng)狀態(tài)入手，同時(shí)注重加強(qiáng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力、影響和響應(yīng)。從各子系統(tǒng)的障礙度年變化率來(lái)看，1991—2016年系統(tǒng)壓力的障礙度以年均7.57%的速度增加，而系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)力、狀態(tài)、影響和響應(yīng)的障礙度分別以年均0.34%、1.01%、100%和4.65%的速度下降。顯然，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，系統(tǒng)壓力逐漸成為影響耕地生態(tài)安全的主要因素。

圖4 1991—2016年各子系統(tǒng)障礙度

圖5 2018—2025年葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全預(yù)測(cè)趨勢(shì)

3.3 耕地生態(tài)安全警情演變趨勢(shì)

運(yùn)用GM(1，1)預(yù)測(cè)模型計(jì)算得出2018—2025年葉爾羌河平原綠洲各子系統(tǒng)及總體的耕地生態(tài)安全發(fā)展趨勢(shì)(圖5)。從各子系統(tǒng)看，由于葉爾羌河平原綠洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式正由粗放式向集約式轉(zhuǎn)變，加之科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)預(yù)警值逐年增大；未來(lái)人口增長(zhǎng)和化肥使用量將進(jìn)一步的顯現(xiàn)，使壓力系統(tǒng)預(yù)警值逐年下降并導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)預(yù)警值的減少，同時(shí)，影響研究區(qū)的耕地生態(tài)安全；隨著生態(tài)文明建設(shè)的提出，一系列環(huán)境保護(hù)政策將進(jìn)一步落實(shí)，環(huán)境保護(hù)和治理力度繼續(xù)加強(qiáng)，影響系統(tǒng)預(yù)警值將會(huì)持續(xù)上升；從總體來(lái)看，基于驅(qū)動(dòng)力、影響系統(tǒng)力度的加強(qiáng)，葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全預(yù)警值不斷上升，按目前的發(fā)展態(tài)勢(shì)，2018—2025年警度將由“輕警”逐步轉(zhuǎn)變“無(wú)警”，耕地生態(tài)環(huán)境狀況將有所改善。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

該文基于DPSIR概念模型構(gòu)建了葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系，運(yùn)用客觀性較高的熵值法計(jì)算得出指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重及預(yù)警指數(shù)對(duì)1991—2016年研究區(qū)域耕地生態(tài)安全警情格局進(jìn)行評(píng)估和主要障礙因子分析，最后通過(guò)采用GM(1，1)預(yù)測(cè)模型對(duì)其2018—2025年的警情演變趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。研究結(jié)果表明如下。

(1)1991年以來(lái)葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全水平總體不斷提高，2016年耕地生態(tài)安全預(yù)警指數(shù)是1991年的4.64倍，且警度由1991年的“巨警”緩解為2016年的“輕警”；從子系統(tǒng)看，驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)、狀態(tài)系統(tǒng)、影響系統(tǒng)和響應(yīng)系統(tǒng)預(yù)警值大體呈上升態(tài)勢(shì)，但壓力系統(tǒng)預(yù)警值呈遞減趨勢(shì)，從而影響了葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全整體水平的提高。

(3)從子系統(tǒng)障礙度來(lái)看，系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全影響較大；從指標(biāo)層因子的障礙度來(lái)看，影響耕地生態(tài)安全的主要障礙因子包括農(nóng)作物受災(zāi)面積、農(nóng)藥使用強(qiáng)度、災(zāi)害指數(shù)、地膜使用強(qiáng)度、化肥使用強(qiáng)度和人口密度等。

(3)2018—2025年的耕地生態(tài)安全預(yù)警值分別為0.697 0，0.730 1，0.765 3，0.802 8，0.842 5，0.884 6，0.929 2,0.976 3，表明未來(lái)8年葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全狀況良好，但狀態(tài)和響應(yīng)系統(tǒng)預(yù)警值處于下降趨勢(shì)，仍將是阻礙耕地生態(tài)安全水平提高的關(guān)鍵因素。

4.2 討論

(1)該文通過(guò)DPSIR模型來(lái)架構(gòu)驅(qū)動(dòng)力、壓力、狀態(tài)、影響和響應(yīng)5個(gè)系統(tǒng)，可以更好地體現(xiàn)和表達(dá)葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人類活動(dòng)之間相互作用的響應(yīng)機(jī)制，說(shuō)明基于DPSIR模型構(gòu)建的耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系符合葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全實(shí)際情況，有利于揭示葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全預(yù)警情況。但由于可借鑒資料與指標(biāo)數(shù)據(jù)可獲得性的局限，構(gòu)建耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系是參考前人研究而來(lái)，選取指標(biāo)有限，研究區(qū)域預(yù)警研究?jī)H從時(shí)間序列做動(dòng)態(tài)分析，故在今后的研究中應(yīng)注重指標(biāo)體系的選擇，同時(shí)耕地生態(tài)安全預(yù)警評(píng)價(jià)應(yīng)從時(shí)間序列走向時(shí)空格局演變進(jìn)行動(dòng)態(tài)綜合分析。在數(shù)據(jù)采集上，需要進(jìn)一步改進(jìn)，可采用GIS、RS技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，會(huì)進(jìn)一步增強(qiáng)評(píng)價(jià)結(jié)果的可信度，使耕地生態(tài)安全預(yù)警評(píng)價(jià)更加客觀性。

(2)該研究基于熵權(quán)灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)葉爾羌河平原綠洲耕地生態(tài)安全進(jìn)行預(yù)警研究，由于熵權(quán)法計(jì)算權(quán)重相對(duì)客觀性，同時(shí)灰色預(yù)測(cè)模型在時(shí)間序列較短的預(yù)測(cè)中準(zhǔn)確性高、誤差小，將熵權(quán)法與GM(1，1)預(yù)測(cè)模型結(jié)合，使耕地生態(tài)安全預(yù)警評(píng)價(jià)更加精確，是耕地生態(tài)安全預(yù)警研究的一次嘗試。但熵權(quán)法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重理論尚未成熟，除了該文采取的熵值法，還有其他方法，如層次分析法[24]和變異系數(shù)法[25]等。在以后的研究中，對(duì)同一指標(biāo)體系，可以同時(shí)使用不同的方法來(lái)計(jì)算權(quán)重，最終取其平均值確定其指標(biāo)權(quán)重，以期使評(píng)價(jià)結(jié)果更接近于葉爾羌河平原綠洲的耕地生態(tài)安全現(xiàn)狀。

(3)根據(jù)以上研究結(jié)果，為進(jìn)一步提高葉爾羌河平原綠洲的耕地生態(tài)安全水平必須注重系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)，需繼續(xù)實(shí)行有效的人口政策，注重控制人口增長(zhǎng)，降低土地承載壓力，提高人口文化素質(zhì)，鼓勵(lì)農(nóng)牧民發(fā)展新型綠色農(nóng)業(yè)，合理施用農(nóng)藥、地膜和化肥，同時(shí)應(yīng)鼓勵(lì)農(nóng)牧民使用有機(jī)化肥替代化肥來(lái)提升耕地質(zhì)量并減輕對(duì)土地資源的污染，防止耕地生態(tài)環(huán)境的惡化，進(jìn)而持續(xù)改善耕地生態(tài)安全狀況。