河南省耕地生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)研究*

楊枝茂

(許昌學(xué)院，河南許昌 461000)

0 引言

良好的生態(tài)環(huán)境是人類生存發(fā)展最基本的條件[1]，而當(dāng)前隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市迅速對(duì)外擴(kuò)張，占用大量的耕地資源，使得耕地面積持續(xù)減少； 而另一方面，由于人們對(duì)于耕地的超負(fù)荷利用以及化肥、農(nóng)藥的使用對(duì)耕地的生態(tài)環(huán)境狀況產(chǎn)生了巨大的影響[2-3]。在此背景下，文章提出了耕地生態(tài)環(huán)境承載力的概念，具體指的是耕地資源在人類活動(dòng)和自然條件的綜合作用下，在不破壞生態(tài)環(huán)境的條件下對(duì)于水、土等生態(tài)環(huán)境要素的可承受能力。目前，對(duì)于耕地生態(tài)環(huán)境承載力的研究是一個(gè)復(fù)雜的課題，涉及到較多方面的內(nèi)容，而當(dāng)前對(duì)于其研究并未達(dá)成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以出現(xiàn)了百家爭(zhēng)鳴的態(tài)勢(shì)，這也更加促進(jìn)了耕地生態(tài)環(huán)境承載力的研究。當(dāng)前對(duì)于耕地生態(tài)環(huán)境承載力的研究較少，而有些相關(guān)研究也是針對(duì)全部土地資源或者是城市土地的[4]，而以耕地作為研究對(duì)象的研究相對(duì)較少，如王奎峰等[5]以山東半島為研究區(qū)，從4個(gè)方面選取相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法，探究區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載力狀況。同時(shí)，對(duì)于生態(tài)環(huán)境承載力的研究多與生態(tài)足跡理論相結(jié)合，如易光斌[6]運(yùn)用生態(tài)承載力與生態(tài)足跡相結(jié)合的方法對(duì)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展水平進(jìn)行了定量化的分析，并指出2000年永修縣的生態(tài)赤字有逐漸上升的態(tài)勢(shì)。另外還有大量的學(xué)者對(duì)于生態(tài)環(huán)境的承載力評(píng)價(jià)的指標(biāo)也進(jìn)行了探索，如杜金輝[7]以山東省為研究區(qū)，對(duì)于區(qū)域的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系進(jìn)行了著重研究。

河南省作為重要農(nóng)業(yè)大省，其糧食產(chǎn)量在全國(guó)具有舉足輕重的作用，而以往對(duì)于有關(guān)河南省的研究，多關(guān)注區(qū)域的糧食生產(chǎn)狀況[8]，如糧食產(chǎn)量狀況，而對(duì)區(qū)域的耕地生態(tài)環(huán)境狀況，研究相對(duì)較少，故該文以河南省全部的耕地資源作為研究對(duì)象，對(duì)其耕地生態(tài)環(huán)境承載力進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，以期對(duì)當(dāng)?shù)馗氐暮侠砝锰峁┘夹g(shù)支持和理論支撐。

1 研究區(qū)概況

從地理位置上看，河南省地處中國(guó)中東部、黃河中下游，介于北緯31°23′～36°22′、東經(jīng)110°21′～116°39′之間。從行政區(qū)域組成上看，下轄17個(gè)地級(jí)市、1個(gè)省直轄縣級(jí)行政單位、52個(gè)市轄區(qū)、20個(gè)縣級(jí)市、85個(gè)縣。從氣候方面看，河南屬暖溫帶—亞熱帶、濕潤(rùn)—半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，呈西高東低地勢(shì)，地貌類型繁多，土壤母質(zhì)類型齊全。河南省是中國(guó)承東啟西、連南貫北的重要交通樞紐，地理位置優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)發(fā)展優(yōu)勢(shì)良好。同時(shí)，河南省地廣物博，是國(guó)內(nèi)重要的糧食產(chǎn)區(qū)，肩負(fù)著保障中國(guó)糧食安全的重要任務(wù)。因此，探究其耕地資源生態(tài)環(huán)境承載力研究，對(duì)于實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與耕地保護(hù)的共贏，實(shí)現(xiàn)河南省地區(qū)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一發(fā)展具有重要的意義。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)的收集與處理

該文所需的相關(guān)數(shù)據(jù)主要包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和自然環(huán)境方面的數(shù)據(jù)，主要源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《河南農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》以及《河南省社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》，該文以河南省18個(gè)市作為評(píng)價(jià)單元。

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取對(duì)最終評(píng)價(jià)結(jié)果的精確與否起著重要作用，該文在參考相關(guān)評(píng)價(jià)研究的基礎(chǔ)上[9-10]，并結(jié)合區(qū)域的實(shí)際狀況，從3個(gè)方面選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別從壓力—狀態(tài)—響應(yīng)3個(gè)方面選取評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中，人口密度、人口自然增長(zhǎng)率、人均耕地面積、人均糧食占有量、單位耕地化肥農(nóng)藥施用量等指標(biāo)作為耕地生態(tài)環(huán)境壓力指標(biāo)； 災(zāi)害指數(shù)、耕地糧食單產(chǎn)、土地墾殖率等作為耕地生態(tài)環(huán)境狀態(tài)指標(biāo)； 農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、有效灌溉面積、水土流失率、環(huán)境污染治理投資水平等作為耕地生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指標(biāo)，具體評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見表1。

表1 河南省耕地生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

目標(biāo)層準(zhǔn)則層指標(biāo)層指標(biāo)解釋耕地生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)耕地生態(tài)環(huán)境壓力系統(tǒng)人口密度(人/hm2)總?cè)丝?土地總面積人均糧食占用量(人/kg)糧食產(chǎn)量/人口數(shù)量人口自然增長(zhǎng)率(‰)(出生人數(shù)—死亡人數(shù))/年平均人數(shù)單位耕地化肥施用量(kg/hm2)化肥量/耕地面積單位耕地農(nóng)藥施用量(kg/hm2)農(nóng)藥量/耕地面積人均耕地面積(人/hm2)耕地面積/人口數(shù)量耕地生態(tài)環(huán)境狀態(tài)系統(tǒng)災(zāi)害指數(shù)(%)農(nóng)藥施用量/耕地面積耕地糧食單產(chǎn)(kg/hm2)化肥施用量/耕地面積人均水資源量(m3/人)水資源總量/總?cè)丝谕恋貕ㄖ陈?%)耕地面積/土地總面積耕地生態(tài)環(huán)境響應(yīng)系統(tǒng)農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平(kW/hm2)農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力/耕地面積環(huán)境污染治理投資占 GDP 比例(%)環(huán)境污染治理投資/GDP有效灌溉面積比(%)有效灌溉面積/耕地面積水土流失治理率(%)水土流失治理面積/水土流失總面積

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

為了使數(shù)據(jù)之間具有可比性且方便計(jì)算，該文對(duì)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，從而消除指標(biāo)之間的差距，對(duì)于選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要分為正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)兩種。

(1)

式(1)中,Pij為選定指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值；Xij為選定指標(biāo)處理前的值；Xi，max為同系列指標(biāo)在處理前的最大值；Xi，min為同系列指標(biāo)在處理前的最小值。

2.4 指標(biāo)權(quán)重的確定

評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定是評(píng)價(jià)工作中至關(guān)重要的一環(huán)，其方法是否科學(xué)合理與評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性與有效性密切相關(guān)。該研究采用主觀權(quán)重和客觀權(quán)重的最優(yōu)組合方式，通過(guò)建立一個(gè)數(shù)學(xué)規(guī)劃模型來(lái)使其確定的權(quán)重同時(shí)反映主觀意愿和客觀規(guī)律。

①構(gòu)建層次分析圖

②判斷矩陣的構(gòu)造建立

這是層次分析法中需要慎重考慮判斷的一步，首先要根據(jù)每一個(gè)層次所對(duì)應(yīng)的上一層次中的某個(gè)因素將該層次中要素進(jìn)行一一相互對(duì)比，通過(guò)比較評(píng)判出各層次里面因素之間誰(shuí)比誰(shuí)更為重要，根據(jù)重要性大小和大小賦值規(guī)則確定出判斷矩陣，建立比較判斷矩陣。準(zhǔn)則層中各元素(B1，B2，…，Bn)對(duì)目標(biāo)層中的元素A有影響，那么，將準(zhǔn)則層中元素進(jìn)行兩兩比較，得到判斷矩陣。其中，Pij=wi/wj，相對(duì)于Ak來(lái)說(shuō)，表示第i元素的標(biāo)度值與第j元素的標(biāo)度值的重要性程度的比。其標(biāo)度值的取值規(guī)則采用1-9重要度規(guī)則，具體如表2。

表2 判斷矩陣的取值規(guī)則

Pij的賦值代表的具體含義12個(gè)指標(biāo)要素對(duì)比,表明同等重要32個(gè)指標(biāo)要素對(duì)比,表明一個(gè)要素的重要性稍微大于另外一個(gè)52個(gè)指標(biāo)要素對(duì)比,表明一個(gè)要素的重要性稍明顯于另外一個(gè)72個(gè)指標(biāo)要素對(duì)比,表明一個(gè)要素的重要性非常大于另外一個(gè)92個(gè)指標(biāo)要素對(duì)比,表明一個(gè)要素的重要性極度大于另外一個(gè)倒數(shù)表明j與i作對(duì)比,則確定為Pij=1/Pji2,4,6,8表示相似的兩個(gè)判斷的中間值取,就是處于1, 3, 5, 7, 9兩個(gè)判斷值之間的中值

表3 耕地生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

目標(biāo)層準(zhǔn)則層指標(biāo)層耕地生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)耕地生態(tài)環(huán)境壓力系統(tǒng)(0.37)X1人口密度(0.13)X2人均糧食占用量(0.16)X3人口自然增長(zhǎng)率(0.14)X4單位耕地化肥施用量(0.16)X5單位耕地農(nóng)藥施用量(0.17)X6人均耕地面積(0.15)耕地生態(tài)環(huán)境狀態(tài)系統(tǒng)(0.34)X7災(zāi)害指數(shù)(0.21)X8耕地糧食單產(chǎn)(0.30)X9人均水資源量(0.18)X10土地墾殖率(0.31)耕地生態(tài)環(huán)境響應(yīng)系統(tǒng)(0.29)X11農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平(0.27) X12環(huán)境污染治理投資占 GDP 比例(0.22)X13有效灌溉面積比(0.23)X14水土流失治理率(0.28)

③對(duì)層次重要度排位和驗(yàn)證其是否一致

層次重要度單排列是為了明確下層各個(gè)要素對(duì)于相應(yīng)的上一層中某要素的作用力度大小。驗(yàn)證其是否相一致的公式為：

CR=CI/RI

(2)

式(2)中，CR代表隨機(jī)取得的一致性指標(biāo)值；CI表示通常的一致性指標(biāo)值；RI代表判斷矩陣的平均的隨機(jī)一致性特征值。如果CR<0.10，則可以判定該判斷矩陣具有一致性。最終確定的評(píng)價(jià)指標(biāo)各指標(biāo)權(quán)重如表3所示。

2.5 評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

根據(jù)上面計(jì)算的各指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化值和確定出的指標(biāo)數(shù)據(jù)權(quán)重，將兩值相乘，再對(duì)各指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行累加，應(yīng)用加權(quán)求和評(píng)價(jià)模型可以量化區(qū)域耕地承載力狀況。其計(jì)算公式為：

(3)

式(3)中：xi為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元耕地生態(tài)承載力指數(shù)；P(xi)為第i個(gè)評(píng)價(jià)單元第j項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；Wi為第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重；i為評(píng)價(jià)單元的編號(hào)(i=1， 2， 3…，m)，j為指標(biāo)個(gè)數(shù)(j=1， 2， 3…，n)。

3 結(jié)果分析

3.1 耕地生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)結(jié)果及等級(jí)劃分

根據(jù)公式(1)～(3)計(jì)算得到河南省18個(gè)市耕地資源生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)結(jié)果，如表4所示：

表4 河南省各市耕地生態(tài)環(huán)境承載力綜合值及在全省中排名

各市綜合承載力值排名各市綜合承載力值排名各市綜合承載力值排名鄭州0.21516新鄉(xiāng)0.27914商丘0.7963開封0.17717焦作0.5299周口0.31213洛陽(yáng)0.43815濮陽(yáng)0.5788駐馬店0.36612平頂山0.43511許昌0.15218南陽(yáng)0.49110安陽(yáng)0.6067漯河0.7704信陽(yáng)0.8042鶴壁0.7275三門峽0.8421濟(jì)源0.6636

表5 河南省耕地資源生態(tài)環(huán)境承載力分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

級(jí)別耕地生態(tài)環(huán)境承載力分級(jí)生態(tài)環(huán)境承載度范圍1承載力優(yōu)良區(qū)(I)EVD>0.752承載力良好區(qū)(Ⅱ)0.50

表6 河南省各級(jí)耕地生態(tài)環(huán)境承載力面積分布

借助ArcGIS的重分類法，針對(duì)得出的區(qū)域耕地生態(tài)承載力的綜合分值，結(jié)合以往的研究成果[11]，運(yùn)用聚類分析法，將河南省耕地生態(tài)環(huán)境承載力結(jié)果劃分為4個(gè)級(jí)別，即生態(tài)環(huán)境承載力優(yōu)良區(qū)、生態(tài)環(huán)境承載力良好區(qū)、生態(tài)環(huán)境承載力一般區(qū)以及生態(tài)環(huán)境承載力較差區(qū)4個(gè)等級(jí)。具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表5。

3.2 耕地生態(tài)環(huán)境承載力結(jié)果分析

根據(jù)表5的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可得到河南省耕地生態(tài)環(huán)境承載力的綜合分級(jí)圖(圖1)。從中可以看出，河南省18個(gè)市的耕地生態(tài)環(huán)境承載力分別處在I、Ⅱ、Ⅲ、IV 4個(gè)等級(jí)的區(qū)域，個(gè)數(shù)分別為4， 5， 5， 4。三門峽市、信陽(yáng)市、商丘市、漯河市處于耕地生態(tài)承載力的第I等級(jí)——屬于耕地生態(tài)環(huán)境承載力優(yōu)良區(qū)，發(fā)展最好； 鶴壁市、濟(jì)源市等5市處于耕地生態(tài)環(huán)境承載力的第Ⅱ等級(jí)——屬于耕地生態(tài)環(huán)境承載力良好區(qū)； 南陽(yáng)市、平頂山市、駐馬店市等5市處于生態(tài)環(huán)境承載力的第Ⅲ等級(jí)——屬于耕地生態(tài)環(huán)境承載力一般區(qū)； 鄭州市、開封市、洛陽(yáng)市、許昌市處于耕地生態(tài)環(huán)境承載力的第Ⅳ等級(jí)——屬于耕地生態(tài)環(huán)境承載力較差區(qū)。綜上可知，河南省的不同評(píng)價(jià)單元之間，耕地生態(tài)環(huán)境承載力差異較大，且水平一般，其中承載力水平最高的三門峽市，相比承載力最低的許昌市高出0.690，相差已經(jīng)達(dá)到了3個(gè)等級(jí)。

從數(shù)量分布方面看，耕地承載力一般區(qū)的面積范圍最廣，為2 982.43萬(wàn)hm2，占河南省耕地總面積的41.54%； 其次為承載力優(yōu)良區(qū)，面積為65.609 479 0萬(wàn)hm2，占比達(dá)到36.00%； 然后是承載力較差區(qū)，面積是1 851.98萬(wàn)hm2，占比達(dá)到25.80%； 承載力良好區(qū)所占比例最小，僅為11.93%。

從空間分布方面看，河南省耕地生態(tài)環(huán)境承載力越向中部地區(qū)越弱，呈現(xiàn)出明顯的由外向內(nèi)逐漸減弱的分布規(guī)律。承載力優(yōu)良區(qū)和良好區(qū)集中分布于漯河市、商丘市等地區(qū)，這些地區(qū)地勢(shì)平坦，多為農(nóng)業(yè)種植區(qū)，遠(yuǎn)離山地丘陵區(qū)，受滑坡、泥石流的危害小，故而生態(tài)環(huán)境承載力水平較高； 鄭州市、開封市等多為人口集聚的活躍區(qū)，人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響明顯，加之受山體滑坡的危害較小，這些地區(qū)海拔較高，坡度較大，極易受山體自然災(zāi)害的影響，故耕地表現(xiàn)為生態(tài)承載力較差。

4 結(jié)論

圖1 河南省耕地生態(tài)環(huán)境承載力等級(jí)空間分布

(1)為更合理和更具針對(duì)性地指導(dǎo)土地資源的利用情況，必須首先明確河南省耕地生態(tài)環(huán)境承載力狀況及其空間分布規(guī)律，該文在借鑒前人相關(guān)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，從耕地生態(tài)的環(huán)境壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3個(gè)方面入手，通過(guò)選取具有代表性的指標(biāo)因素，構(gòu)建了耕地生態(tài)承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并分別在數(shù)量特征、空間分布特征兩個(gè)維度對(duì)結(jié)果進(jìn)行研究分析，以使評(píng)價(jià)結(jié)果的更有應(yīng)用性與針對(duì)性。從數(shù)量分布方面看，河南省耕地生態(tài)環(huán)境承載力等級(jí)主要為一般區(qū)，其次為承載力優(yōu)良區(qū)?？臻g分布上，三門峽市、商丘市等處于耕地生態(tài)承載力的第I等級(jí)； 鄭州市、開封市等處于耕地生態(tài)環(huán)境承載力的第Ⅳ等級(jí)。

(2)目前河南省耕地生態(tài)環(huán)境承載力正處于瓶頸階段，具有較大提升的潛力。應(yīng)該通過(guò)加快耕地生產(chǎn)模式上的轉(zhuǎn)變，探索一條兼具多樣化、高效性、合理性的生態(tài)經(jīng)營(yíng)化道路，使耕地利用實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。同時(shí)，除了要提高耕地產(chǎn)出效率，還必須強(qiáng)化耕地生態(tài)保護(hù)，特別是嚴(yán)控化肥農(nóng)藥類的濫用，積極發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)。政府應(yīng)加大在耕地保護(hù)方面的資金投入，依靠新科技和技術(shù)創(chuàng)新，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，降低能耗，提高耕地生態(tài)安全的整體水平； 此外，各地區(qū)還要根據(jù)耕地不同利用等級(jí)，及時(shí)制定有效的政策措施，從宏觀方面進(jìn)行調(diào)控。一方面要提較高人們對(duì)耕地保護(hù)的意識(shí)，另一方面可將耕地保護(hù)舉措作為地方政府政績(jī)考核的標(biāo)準(zhǔn)，提高人們保護(hù)耕地的主動(dòng)性和積極性，借此促進(jìn)耕地資源生態(tài)環(huán)境承載力的良性發(fā)展。

(3)因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)是一個(gè)由各種要素共同組成的復(fù)雜的統(tǒng)一整體，因此很難找到一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)能夠?qū)ζ涓厣鷳B(tài)承載力進(jìn)行合理而有效評(píng)價(jià)。該文只是結(jié)合河南省當(dāng)前的實(shí)際情況，選取部分具有代表性的相關(guān)指標(biāo)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，由于數(shù)據(jù)獲取方面的限制，一些指標(biāo)未能入選，需要在今后的研究工作做再進(jìn)一步的深入研究。