西藏“一江兩河”耕地生態(tài)安全時(shí)空格局與障礙診斷

李 丹 田沛佩 羅紅英 羅玉峰 崔遠(yuǎn)來

(1.武漢大學(xué)水資源與水電工程科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢 430072；2.華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院， 北京 102206； 3.西藏農(nóng)牧學(xué)院水利與土木工程學(xué)院， 林芝 860000)

0 引言

受高寒自然地理環(huán)境、惡劣的農(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用條件的影響，西藏耕地資源相對(duì)稀少，主要分布在海拔低、水熱條件優(yōu)越以及土壤較為肥沃的河谷地區(qū)[1-2]?！耙唤瓋珊印钡貐^(qū)是西藏重要的糧食生產(chǎn)基地和生態(tài)屏障保護(hù)區(qū)。國家“八五”計(jì)劃將“一江兩河”中部流域的綜合開發(fā)規(guī)劃為重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，要求以農(nóng)業(yè)開發(fā)為主體，從1991年起用10年左右時(shí)間，通過興修水利、改造中低產(chǎn)田等為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供穩(wěn)固、堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和良好的生態(tài)屏障。高原地區(qū)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展水平較低，具有典型的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)演變特征[3]。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的粗放經(jīng)營致使耕地土壤沙化、肥力下降，水土流失加劇[4-5]，自然界的環(huán)境壓力使生態(tài)環(huán)境極為脆弱，高原地區(qū)耕地生態(tài)安全面臨人類與自然的雙重壓力[6-7]。高原獨(dú)特的自然條件及生態(tài)環(huán)境的脆弱特征在客觀上決定了生態(tài)安全深受農(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用的影響，未來農(nóng)業(yè)發(fā)展將面臨諸多生態(tài)安全問題。

耕地生態(tài)安全是指一定時(shí)間和范圍內(nèi)耕地生態(tài)系統(tǒng)能夠保持自身結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定、不受干擾的狀態(tài)，其概念來自國內(nèi)外對(duì)“生態(tài)安全”的研究，即生態(tài)環(huán)境資源狀況不受或少受來自資源和生態(tài)環(huán)境的制約與威脅的狀態(tài)[8-9]。生態(tài)安全已成為國內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注的領(lǐng)域，包括土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)[10-12]、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[13-15]以及評(píng)價(jià)模型[16-18]等。其評(píng)價(jià)對(duì)象多集中在省域、市域尺度范圍內(nèi)或典型的生態(tài)保護(hù)區(qū)。指標(biāo)體系構(gòu)建多來源于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及環(huán)境3方面，并基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)模型、生態(tài)足跡模型等對(duì)指標(biāo)體系進(jìn)行劃分，進(jìn)而對(duì)生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)。盡管大量研究已開展定量分析，但評(píng)價(jià)年限較短，評(píng)價(jià)結(jié)果往往是靜態(tài)的，難以揭示生態(tài)安全的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律。且鮮見開展生態(tài)安全的時(shí)空特征分析，從時(shí)間和空間角度分別討論生態(tài)安全的相似性與異質(zhì)性，并分析影響區(qū)域生態(tài)安全障礙因素的相關(guān)研究。鑒于此，本文構(gòu)建耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型，從時(shí)空角度探究西藏“一江兩河”地區(qū)1985—2013年期間農(nóng)業(yè)開發(fā)對(duì)耕地生態(tài)安全的影響，并利用障礙因子診斷模型尋找影響耕地生態(tài)安全的指標(biāo)，以期為制定差別化的生態(tài)安全調(diào)控策略提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

西藏“一江兩河”地區(qū)位于青藏高原西南部 (89°00′～92°35′E，28°20′～31°20′N)，尤指雅魯藏布江中游及其支流年楚河和拉薩河的河谷地區(qū)。該地區(qū)東起山南市桑日縣，西達(dá)日喀則市拉孜縣，北抵岡底斯山-念青唐古拉山脈，南接藏南河谷區(qū)，包括拉薩市、山南地區(qū)以及日喀則地區(qū)在內(nèi)的18個(gè)縣域及市區(qū)(圖1)?！耙唤瓋珊印钡貐^(qū)是西藏自治區(qū)土地利用程度最高的區(qū)域，土地面積6.57×104km2，占西藏自治區(qū)土地面積的5.52%，其中耕地面積占西藏自治區(qū)耕地總面積的60%以上，人口占西藏自治區(qū)總?cè)丝诘?6%。該地區(qū)海拔位于2 700～4 200 m之間，屬典型高原溫帶季風(fēng)半干旱氣候，氣候溫和，雨熱同期，年均氣溫4.7～8.3℃，年降水量251.7～580.0 mm，降水主要集中在5—9月，形成極為明顯的干、濕兩季。

圖1 研究區(qū)地理位置Fig.1 Location of study area

1.2 數(shù)據(jù)來源

采用的數(shù)據(jù)主要源于西藏統(tǒng)計(jì)年鑒(1989—2014年)[19]、拉薩市統(tǒng)計(jì)年鑒(2006—2014年)[20]、日喀則市統(tǒng)計(jì)年鑒(2008、2010年)[21]以及西藏自治區(qū)政府部門公開信息及年度報(bào)告，還有部分?jǐn)?shù)據(jù)根據(jù)土地利用數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算合成。

2 研究方法

2.1 耕地生態(tài)安全的PSR指標(biāo)體系構(gòu)建

PSR模型是聯(lián)合國經(jīng)濟(jì)合作和開發(fā)組織與聯(lián)合國規(guī)劃署共同組織發(fā)起的一項(xiàng)反映可持續(xù)發(fā)展機(jī)理的理論框架[22-23]。該模型以因果關(guān)系為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)壓力-狀態(tài)-響應(yīng)的邏輯思維過程，人類活動(dòng)消耗資源，對(duì)自然系統(tǒng)造成威脅，形成了“壓力”，在這段時(shí)期內(nèi)自然界所表現(xiàn)出來的生態(tài)狀況，稱為“狀態(tài)”，“響應(yīng)”則是社會(huì)通過人類意識(shí)和活動(dòng)制定環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、土地政策或措施進(jìn)而減緩人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的壓力的行為?！皦毫Α笔恰盃顟B(tài)”發(fā)生的原因，也是“響應(yīng)”的結(jié)果。在對(duì)耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的過程中，該模型同時(shí)考慮了一定時(shí)期內(nèi)農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)耕地生態(tài)安全的破壞程度和保護(hù)行為，能夠較科學(xué)、全面地評(píng)估地區(qū)的耕地生態(tài)安全狀況。因此，本研究從PSR模型出發(fā)，綜合考量“一江兩河”地區(qū)生態(tài)安全的自然環(huán)境特征和潛在的人類干擾因素，按照科學(xué)性、核心性、可操作性以及動(dòng)態(tài)性原則，借鑒國內(nèi)相關(guān)研究成果，重點(diǎn)選取13項(xiàng)農(nóng)業(yè)活動(dòng)相關(guān)指標(biāo)，構(gòu)建研究區(qū)域耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

表1 耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 Evaluation index system of cultivated land ecological security

2.2 耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)方法

2.2.1指標(biāo)權(quán)重確定

為避免人為主觀因素的誤差[24]，采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重，假設(shè)評(píng)價(jià)對(duì)象有n個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，n代表時(shí)間特征中的評(píng)價(jià)年份或空間特征中的評(píng)價(jià)對(duì)象。事實(shí)上,在分析18個(gè)縣耕地生態(tài)安全演變的時(shí)間規(guī)律時(shí)，各縣之間是獨(dú)立的個(gè)體，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)為每個(gè)縣自身的生態(tài)安全狀況，權(quán)重根據(jù)指標(biāo)的長時(shí)間序列確定。而在分析耕地生態(tài)安全的空間特征時(shí)，比較標(biāo)準(zhǔn)為“一江兩河”地區(qū)整體水平，探究是否存在某個(gè)縣的耕地生態(tài)安全水平落后，此時(shí)權(quán)重由典型年下18個(gè)縣的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)確定。評(píng)價(jià)體系原始數(shù)據(jù)矩陣可表示為X={xji}n×m(j=1,2,…,n;i=1,2,…,m)，xji表示第j個(gè)系統(tǒng)第i個(gè)指標(biāo)值。具體步驟如下：由于熵值法運(yùn)用了對(duì)數(shù)和熵的概念，需要對(duì)初始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，按照評(píng)價(jià)指標(biāo)性質(zhì)，分別采用正向和負(fù)向極值法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)矩陣Y={yji}n×m(j=1,2,…,n;i=1,2,…,m)，yji表示第j個(gè)系統(tǒng)第i個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值，之后計(jì)算各指標(biāo)的信息熵Ei，即

(1)

其中

確定各指標(biāo)的權(quán)重wi為

(2)

2.2.2評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度確定

物元可拓法是可拓性的定性分析與關(guān)聯(lián)函數(shù)的定量計(jì)算相結(jié)合的研究方法，用于解決不相容的復(fù)雜問題，適合于多因子的綜合評(píng)價(jià)[25-26]。耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)具有動(dòng)態(tài)性和模糊性，涉及的指標(biāo)較多，單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果具有不相容性，同時(shí)生態(tài)安全的優(yōu)劣沒有明確界限，因此可利用物元分析法構(gòu)建生態(tài)安全評(píng)價(jià)模型，計(jì)算步驟為：

(1)確定耕地生態(tài)安全物元

物元分析中所描述的對(duì)象N及其特征向量C和特征量值V共同構(gòu)成耕地生態(tài)安全物元R=(N,C,V)。假設(shè)“一江兩河”耕地生態(tài)安全對(duì)象N有多個(gè)特征，則它以m個(gè)特征c1,c2,…,cm和相應(yīng)的量值v1,v2,…,vm描述。表示為

(3)

(2)確定經(jīng)典域和節(jié)域

經(jīng)典域物元矩陣可表示為

Roh=(Noh,C,voh)=

(4)

式中Roh——構(gòu)建的經(jīng)典域物元

Noh——耕地生態(tài)安全的第h個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)(h=1,2,…,k)

〈aohi,bohi〉——經(jīng)典域物元對(duì)應(yīng)第i個(gè)特征向量第h個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的量值區(qū)間范圍

耕地生態(tài)安全的節(jié)域物元矩陣表示為

(5)

式中Rp——節(jié)域物元

〈api,bpi〉——節(jié)域物元對(duì)應(yīng)特征向量的量值區(qū)間范圍，〈api,bpi〉屬于〈aohi,bohi〉

Np——耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)全部的等級(jí)

(3)確定關(guān)聯(lián)函數(shù)及關(guān)聯(lián)度

任意一點(diǎn)yi(特征向量ci的量值)到經(jīng)典域區(qū)間Yohi、節(jié)域區(qū)間Ypi的距離分別為

(6)

則耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)第i個(gè)指標(biāo)相應(yīng)于第h個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)聯(lián)函數(shù)Kh(yi)定義為

(7)

式中yi——耕地生態(tài)安全物元的量值

Yohi——經(jīng)典域物元的第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)第h個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)所對(duì)應(yīng)的量值范圍

Ypi——節(jié)域物元第i個(gè)指標(biāo)的量值范圍

若Khmax(yi)=maxKh(yi)(h=1,2,…,k)，則評(píng)價(jià)對(duì)象N關(guān)于指標(biāo)i的評(píng)價(jià)等級(jí)為h級(jí)。

(4)確定耕地生態(tài)安全等級(jí)的綜合關(guān)聯(lián)度

生態(tài)安全評(píng)價(jià)對(duì)象N關(guān)于第h評(píng)價(jià)等級(jí)的綜合關(guān)聯(lián)度為

(8)

若Khmax=maxKh(h=1,2,…,k),則評(píng)價(jià)對(duì)象N的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)即為h級(jí)。

關(guān)聯(lián)函數(shù)表示待評(píng)對(duì)象隸屬于耕地生態(tài)安全水平某一等級(jí)的程度，Kh(yi)越大，表示該指標(biāo)或者評(píng)價(jià)對(duì)象在該等級(jí)中穩(wěn)定性越強(qiáng)。相反若Kh(yi)越小，則說明該指標(biāo)或者評(píng)價(jià)對(duì)象向其他等級(jí)轉(zhuǎn)化的趨勢(shì)越強(qiáng)。

2.3 耕地生態(tài)安全障礙因子診斷模型

識(shí)別并分析不同區(qū)域影響耕地生態(tài)安全的障礙因子，是制定針對(duì)性生態(tài)安全調(diào)控策略的重要依據(jù)。引入因子貢獻(xiàn)度、指標(biāo)偏離度以及指標(biāo)障礙度3個(gè)基本變量，對(duì)耕地生態(tài)安全障礙因子作進(jìn)一步診斷，計(jì)算公式為

(9)

式中Oji——第j個(gè)系統(tǒng)第i項(xiàng)指標(biāo)的障礙度，即單項(xiàng)要素對(duì)耕地生態(tài)安全的影響值，其數(shù)值可以確定影響耕地生態(tài)安全的主要因素及影響程度

Fji——第j個(gè)系統(tǒng)第i項(xiàng)指標(biāo)偏離度，指單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)估值與最優(yōu)目標(biāo)值的差距，可以用1與標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)值yji的差表示

Iji——第j個(gè)系統(tǒng)第i項(xiàng)指標(biāo)的貢獻(xiàn)度，可直接用各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重wi表示

3 結(jié)果與分析

3.1 農(nóng)業(yè)開發(fā)強(qiáng)度動(dòng)態(tài)變化

耕地面積、化肥施用量、農(nóng)藥施用量以及糧食產(chǎn)量是反映農(nóng)業(yè)開發(fā)程度最為直接的指標(biāo)，為了解“一江兩河”地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展歷程，分析了拉薩市、山南地區(qū)以及日喀則地區(qū)這4個(gè)指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化(圖2)。拉薩市耕地面積總體呈現(xiàn)階梯式下降但幅度不大, 日喀則地區(qū)耕地面積呈現(xiàn)明顯的階梯式上升，山南地區(qū)耕地面積基本無變化。拉薩市、山南地區(qū)以及日喀則地區(qū)的化肥、農(nóng)藥施用量均明顯增加。拉薩市2009年左右化肥施用量出現(xiàn)增長拐點(diǎn)，僅5年時(shí)間化肥施用量增長近一倍。日喀則地區(qū)的化肥施用量呈現(xiàn)持續(xù)的翻倍增長，在耕地面積只增加15%的情況下，化肥施用量增加了300%。山南地區(qū)是“一江兩河”地區(qū)化肥施用量增長最緩慢的地區(qū)。

圖2 “一江兩河”地區(qū)耕地面積、化肥、農(nóng)藥以及糧食產(chǎn)量動(dòng)態(tài)變化曲線Fig.2 Dynamic changes of cultivated land area, chemical fertilizer, pesticide and grain yield in “one river and two tributaries” area

“一江兩河”地區(qū)農(nóng)藥施用量波動(dòng)較大。由于個(gè)別年份數(shù)據(jù)缺失，只展示1995年以來農(nóng)藥施用量的變化情況。日喀則地區(qū)的農(nóng)藥施用量在2006年左右發(fā)生突變，農(nóng)藥用量增長速率約為37.43 t/a。與化肥施用量相比，拉薩市的農(nóng)藥施用量總體上增長較為緩慢，但波動(dòng)較大。山南地區(qū)農(nóng)藥施用量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)?！耙唤瓋珊印钡貐^(qū)糧食產(chǎn)量變化趨勢(shì)較為一致，總體上分為兩個(gè)階段，分別為1988—2000年穩(wěn)定上升階段以及2000—2014年平穩(wěn)階段?？梢?990—2000年這10年是“一江兩河”地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的黃金時(shí)期，糧食產(chǎn)量翻倍增加，參考化肥、農(nóng)藥施用量的變化趨勢(shì)，可初步認(rèn)為該時(shí)期化肥、農(nóng)藥的增加主要產(chǎn)生正效應(yīng)，有助于糧食增產(chǎn)。但在2000年以后，糧食產(chǎn)量趨于平穩(wěn)，但化肥、農(nóng)藥施用量反而呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。在此階段，化肥、農(nóng)藥的過量施用給生態(tài)安全帶來巨大的隱患。盡管青藏高原用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土地范圍較小，但由于其生態(tài)環(huán)境的脆弱性與特殊的生態(tài)地位，其對(duì)生態(tài)安全的危害不容忽視。

3.2 耕地生態(tài)安全演化的時(shí)空格局

3.2.1耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

由于耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)具有可拓性，將耕地生態(tài)安全的程度描述為5個(gè)等級(jí)：優(yōu)秀、良好、中等、較差、差。本研究確定的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的經(jīng)典域完全依據(jù)國家各行業(yè)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)、地區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要、公報(bào)以及國內(nèi)學(xué)者對(duì)相關(guān)內(nèi)容的研究成果，確保每個(gè)指標(biāo)經(jīng)典域的確定有理可依、有據(jù)可循，因地制宜、綜合考量各指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，保證各經(jīng)典域的代表性。此外，為保證分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的合理性，同時(shí)參考了2014、2015年度西藏自治區(qū)生態(tài)縣名單，以這兩年生態(tài)縣的各項(xiàng)指標(biāo)值衡量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的可靠性，建立的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的物元經(jīng)典域、節(jié)域范圍如表2所示。

人均耕地面積(C1)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考聯(lián)合國糧農(nóng)組織0.053 hm2警戒線的標(biāo)準(zhǔn)，以及全國人均耕地面積平均水平0.091 hm2，并結(jié)合擺萬奇等[27]以及王西琴等[28]對(duì)人均耕地面積的等級(jí)劃分。單位面積農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力(C2)指標(biāo)經(jīng)典域依據(jù)蔣和平等[29]劃分的標(biāo)準(zhǔn)值范圍、“國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范區(qū)建設(shè)規(guī)劃(2015—2020年)”中農(nóng)業(yè)機(jī)械化標(biāo)準(zhǔn)以及國內(nèi)農(nóng)機(jī)裝備較高水平。單位面積氮肥、磷肥、鉀肥施用量(C3～C5)經(jīng)典域的確定參考劉欽普[30]及王激清等[31]相關(guān)結(jié)論。單位面積農(nóng)藥施用量(C6)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考《西藏自治區(qū)“十三五”時(shí)期國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃綱要》、《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)》以及《水生態(tài)文明城市建設(shè)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》。單位面積塑料薄膜使用量(C7)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要參考2014年度及2015年度生態(tài)縣林芝縣、工布江達(dá)縣、米林縣以及朗縣的農(nóng)用塑料薄膜使用量以及全自治區(qū)薄膜使用量情況。農(nóng)村居民人均純收入(C8)指標(biāo)經(jīng)典域的確定參考《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)》以及陸華東[32]指出的西藏自治區(qū)新世紀(jì)扶貧指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，為消除通貨膨脹對(duì)人均收入的影響，各年份的收入均通過通貨膨脹率換算而得。單位面積糧食產(chǎn)量(C9)指標(biāo)經(jīng)典域的確定依據(jù)《西藏自治區(qū)“十三五”時(shí)期國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃綱要》以及劉景輝等[33]指出的全國縣級(jí)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)后備土地資源調(diào)查中對(duì)高、中、低產(chǎn)田的標(biāo)準(zhǔn)。歸一化植被指數(shù)(C10)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參考研究中常用的NDVI劃分[34]。水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率(C11)指標(biāo)根據(jù)《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)》中相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)劃分。有效灌溉面積比重(C12)指標(biāo)根據(jù)《西藏自治區(qū)“十三五”時(shí)期國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃綱要》以及蔣和平等[29]提出的范圍確定。旱澇保收面積比重(C13)指標(biāo)根據(jù)《西藏自治區(qū)“十三五”時(shí)期國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃綱要》以及中國國情領(lǐng)導(dǎo)決策數(shù)據(jù)分析中心的全國旱澇保收耕地比重僅為34.5%確定。

表2 耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)經(jīng)典域、節(jié)域范圍Tab.2 Classical domain scale and section domain scale of cultivated land ecological security evaluation index

3.2.2耕地生態(tài)安全時(shí)間特征

以“一江兩河”地區(qū)各縣為單位，分別探究每個(gè)縣從1985—2013年耕地生態(tài)安全的變化。由于篇幅有限，不一一列舉18個(gè)縣的計(jì)算結(jié)果，僅以2013年拉薩市墨竹工卡縣為例敘述耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)過程。根據(jù)2013年墨竹工卡縣耕地生態(tài)安全指標(biāo)體系的量值，得到每個(gè)指標(biāo)關(guān)于每個(gè)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度(表3)，并根據(jù)求得的關(guān)聯(lián)度判定各年份每個(gè)指標(biāo)所處的評(píng)價(jià)等級(jí)。以墨竹工卡縣人均耕地面積(C1)為例，計(jì)算求得C1的K1～K5分別為-0.015、-0.002、0.004、-0.019、-0.028，其中K3取值最大，可判定2013年C1處于Ⅲ等級(jí)，即中等水平。同理可以判定出其他指標(biāo)所處的水平。結(jié)合耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重和相應(yīng)的耕地生態(tài)安全指標(biāo)關(guān)聯(lián)度得到耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合關(guān)聯(lián)度，進(jìn)而可判定耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的壓力關(guān)聯(lián)度、狀態(tài)關(guān)聯(lián)度、響應(yīng)關(guān)聯(lián)度以及綜合關(guān)聯(lián)度所處的等級(jí)(表3)。由表3可以看出，2013年拉薩市墨竹工卡縣壓力水平處于Ⅳ較差等級(jí)，狀態(tài)水平處于Ⅰ優(yōu)秀等級(jí)，響應(yīng)水平處于Ⅳ較差等級(jí)，最終耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)處于Ⅳ較差等級(jí)。結(jié)果表明，耕地面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械、化肥、農(nóng)藥和塑料薄膜的使用對(duì)耕地生態(tài)安全帶來了較大的負(fù)荷，而同時(shí)人類社會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的能力還不夠，但是由于生態(tài)環(huán)境本身具有一定的承載力，糧食產(chǎn)量、植被以及水質(zhì)尚處于優(yōu)秀水平，但從整體來看，綜合3方面的影響，耕地生態(tài)安全的水平仍舊處于較差水平，耕地生態(tài)環(huán)境承載的負(fù)荷大，人類的監(jiān)管力度也應(yīng)有進(jìn)一步的提高。

表3 2013年墨竹工卡縣耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度Tab.3 Degree of association for evaluation index of cultivated land ecological security in Maizhokunggar County

圖3為18個(gè)縣域耕地生態(tài)安全演變的時(shí)間特征。城關(guān)區(qū)耕地生態(tài)安全變化波動(dòng)性較大，2006—2007年生態(tài)安全等級(jí)為“差”，2008—2013年期間生態(tài)安全水平有提高的跡象。林周縣、尼木縣、達(dá)孜縣以及墨竹工卡縣1985—2010年生態(tài)安全等級(jí)基本為“優(yōu)秀”或“良好”，進(jìn)入2010年后耕地生態(tài)安全出現(xiàn)惡化，尤其墨竹工卡縣耕地生態(tài)安全等級(jí)為“差”。堆龍德慶縣在20世紀(jì)90年代就出現(xiàn)了生態(tài)安全“差”的情況，且在2010—2013年表現(xiàn)出生態(tài)安全逐漸惡化的趨勢(shì)，安全等級(jí)由“優(yōu)秀”向“中等”、“較差”演變。類似地，曲水縣在2010—2013年連續(xù)4年生態(tài)安全等級(jí)為“中等”水平。除日喀則市區(qū)以外，日喀則地區(qū)耕地生態(tài)安全等級(jí)基本為“優(yōu)秀”，盡管有個(gè)別年份如南木林縣2009年、白朗縣2003年出現(xiàn)生態(tài)安全水平“較差”的情況。日喀則市區(qū)生態(tài)安全等級(jí)的變化大體分為3個(gè)階段，20世紀(jì)以前生態(tài)安全為“優(yōu)秀”，步入20世紀(jì)后，到2008年，生態(tài)安全持續(xù)“差”，2009年以后生態(tài)安全轉(zhuǎn)為“優(yōu)秀”。山南地區(qū)總體來看生態(tài)安全最為優(yōu)秀，除貢嘎縣在2004—2005年及2008—2009年出現(xiàn)生態(tài)安全“差”的情況，其余各縣自20世紀(jì)80年代以來，生態(tài)安全始終保持優(yōu)秀，農(nóng)業(yè)開發(fā)對(duì)耕地生態(tài)安全的影響較小。總體來看， 20世紀(jì)以前，各縣耕地生態(tài)安全基本處于“優(yōu)秀”水平，而2005年以后，即經(jīng)歷農(nóng)業(yè)開發(fā)時(shí)期后，各縣耕地生態(tài)安全等級(jí)下降，主要呈現(xiàn)“中等”水平。相比較而言，“一江兩河”日喀則地區(qū)、山南地區(qū)各縣域生態(tài)安全基本能保持較好的狀態(tài)，農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)耕地生態(tài)安全的影響較小。但在拉薩市各縣，由于農(nóng)業(yè)活動(dòng)增強(qiáng)，耕地生態(tài)安全水平呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖3 “一江兩河”地區(qū)農(nóng)業(yè)開發(fā)對(duì)耕地生態(tài)安全的影響Fig.3 Impact of agricultural development on ecological security of cultivated land in “one river and two tributaries” area

3.2.3耕地生態(tài)安全空間特征

由于“一江兩河”地區(qū)2005年后耕地生態(tài)安全等級(jí)明顯下降，因此選取2004、2010、2013年作為典型年，對(duì)比分析不同典型年下，各縣域之間的生態(tài)安全水平差異。圖4為各典型年內(nèi)18個(gè)縣耕地生態(tài)安全的空間分異性，采用自然間斷點(diǎn)分級(jí)法對(duì)綜合關(guān)聯(lián)度進(jìn)行分類，綜合關(guān)聯(lián)度指數(shù)越小說明該縣生態(tài)安全問題更突出，耕地生態(tài)安全發(fā)展不協(xié)調(diào)?？梢钥闯?，較“一江兩河”地區(qū)整體水平來看，2004年貢嘎縣，2010年曲水縣、尼木縣、城關(guān)區(qū)、達(dá)孜縣、林周縣，以及2013年堆龍德慶縣、林周縣和墨竹工卡縣農(nóng)業(yè)開發(fā)對(duì)耕地生態(tài)安全問題的危害更大，農(nóng)業(yè)活動(dòng)和生態(tài)保護(hù)的協(xié)調(diào)一致性有待提高。整體來看，2004年“一江兩河”地區(qū)整體的耕地生態(tài)安全水平較為一致，未出現(xiàn)明顯的參差不齊情況。2010、2013年拉薩市各縣的耕地生態(tài)安全水平較為落后。在不同典型年下，耕地生態(tài)安全水平處于落后的縣域不同，說明各個(gè)縣的生態(tài)安全水平波動(dòng)較大，政府仍應(yīng)該加強(qiáng)統(tǒng)一監(jiān)管力度，保證“一江兩河”農(nóng)耕區(qū)的協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展。

圖4 “一江兩河”地區(qū)各縣生態(tài)安全綜合關(guān)聯(lián)度指數(shù)Fig.4 Comprehensive correlation index of ecological security in “one river and two rivers” area

3.3 耕地生態(tài)安全障礙度診斷

由表4可知，“一江兩河”地區(qū)各縣域的障礙因子具有區(qū)域相似性和明顯的空間異質(zhì)性。在拉薩市，單位面積氮肥施用量C3、單位面積磷肥施用量C4、以及單位面積農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力C2這3個(gè)指標(biāo)對(duì)各縣耕地生態(tài)安全影響的障礙度普遍排序靠前，表明拉薩市各縣都承受化肥施用量高的壓力，外加農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平不高而限制了耕地生態(tài)安全。指標(biāo)如單位面積鉀肥施用量C5、單位面積農(nóng)藥施用量C6只在拉薩市個(gè)別縣存在障礙，說明這2項(xiàng)因子對(duì)耕地生態(tài)安全的影響微弱，而其他障礙度較小的指標(biāo)對(duì)耕地生態(tài)安全的影響基本可以忽略。類似地，日喀則地區(qū)各縣的耕地生態(tài)安全受單位面積鉀肥施用量C5、人均耕地面積C1以及單位面積磷肥施用量C4的影響較大，個(gè)別縣也受到單位面積農(nóng)藥施用量C6、有效灌溉面積比重C12以及旱澇保收面積比重C13這3個(gè)指標(biāo)的影響。山南地區(qū)各縣的耕地生態(tài)安全主要受到單位面積農(nóng)藥施用量C6、單位面積鉀肥施用量C5以及單位面積塑料薄膜使用量C7這3個(gè)指標(biāo)的限制，單位面積氮肥施用量C3以及單位面積磷肥施用量C4僅在個(gè)別縣域存在限制性。此外，相似性也表現(xiàn)在“一江兩河”地區(qū)的耕地生態(tài)安全普遍與各種類化肥施用量相關(guān)，不同成分的化肥施用量的障礙度較高。其他指標(biāo)如水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率C11均未對(duì)耕地生態(tài)安全產(chǎn)生限制。而異質(zhì)性一方面表現(xiàn)在剩余指標(biāo)在各縣(市、區(qū))發(fā)生障礙的作用有所差異，即不同的縣域的障礙因子不完全相同，另一方面也表現(xiàn)在拉薩市、日喀則地區(qū)以及山南地區(qū)3個(gè)地區(qū)的障礙因子的差異性。如單位面積塑料薄膜使用量C7僅在山南地區(qū)對(duì)耕地生態(tài)安全發(fā)生障礙作用，事實(shí)上，山南地區(qū)設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展較快，塑料薄膜施用量較大，因此對(duì)耕地生態(tài)安全的影響更為顯著。此外，從PSR模型角度可以看出，障礙度較高的因子基本為壓力指標(biāo)，個(gè)別縣域的障礙因子來源于響應(yīng)指標(biāo)，而狀態(tài)指標(biāo)對(duì)耕地生態(tài)安全的影響較為微弱，說明政府對(duì)當(dāng)?shù)馗厣鷳B(tài)安全的保護(hù)從源頭采取措施將更為有效。

表4 “一江兩河”地區(qū)耕地生態(tài)安全障礙診斷結(jié)果Tab.4 Diagnosis of ecological security barriers of cultivated land in “one river and two tributaries” area

4 結(jié)論

(1)西藏“一江兩河”地區(qū)農(nóng)業(yè)活動(dòng)強(qiáng)度較大，受耕地資源限制，為滿足糧食生產(chǎn)需求，化肥施用量大幅增加，農(nóng)藥施用量年際波動(dòng)較大，給生態(tài)安全帶來隱患。

(2)20世紀(jì)以前，各縣耕地生態(tài)安全基本處于“優(yōu)秀”水平；2000—2010年，各縣耕地生態(tài)安全等級(jí)下降，逐步向“差”轉(zhuǎn)化；2010年以后，耕地生態(tài)安全有改善趨勢(shì)，逐漸恢復(fù)為“優(yōu)秀”或“良好”。

(3)西藏“一江兩河”地區(qū)整體的耕地生態(tài)安全發(fā)展水平較為一致，僅個(gè)別縣域生態(tài)安全水平較為落后，政府仍需加強(qiáng)統(tǒng)一監(jiān)管力度，保證“一江兩河”農(nóng)耕區(qū)的協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展。

(4)區(qū)域耕地生態(tài)安全障礙因子具有相似性和差異性雙重特征?！耙唤瓋珊印钡貐^(qū)的耕地生態(tài)安全主要與單位面積氮肥、磷肥施用量有關(guān)。拉薩市各縣的單位面積農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、日喀則地區(qū)人均耕地面積以及山南地區(qū)單位面積塑料薄膜使用量也是限制耕地生態(tài)安全的主要因素。