耕地生態(tài)安全動態(tài)評價及障礙因子診斷
——以黃河下游沿黃縣區(qū)為例

韓 琭, 宋子言

(山東財(cái)經(jīng)大學(xué) 公共管理學(xué)院, 山東 濟(jì)南 250014)

保障耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量是國家糧食安全的根本，中國作為人口大國，耕地和種子是推動其糧食安全的關(guān)鍵要素，也是2021年確定的兩大重點(diǎn)。近年來，日益頻繁的人類活動，加重了對耕地廣度與深度的不合理利用，出現(xiàn)了耕地?cái)?shù)量驟減、投入產(chǎn)出效率不高、生態(tài)環(huán)境惡化等一系列問題[1]。黃河下游是中國的糧產(chǎn)基地與生態(tài)屏障，在社會經(jīng)濟(jì)與生態(tài)文明的頂層設(shè)計(jì)中具有重要地位[2]。但目前，黃河下游存在著資源約束與環(huán)境約束的雙重壓迫，在資源約束方面，黃河下游依靠13%的耕地資源和1.2%的水資源支撐著全中國近15%人口的糧食需求；在環(huán)境約束方面，大量農(nóng)藥、化肥、地膜等投入帶來諸多環(huán)境污染問題。2020年國務(wù)院印發(fā)《關(guān)于防止耕地“非糧化”穩(wěn)定糧食生產(chǎn)的意見》，文件提出不能簡單的以經(jīng)濟(jì)效益決定耕地用途，必須科學(xué)合理利用耕地資源，防止其無序發(fā)展[3]。因此，在“十四五”期間如何有效診斷人為限制因素，提升黃河下游耕地生態(tài)安全等級，促進(jìn)全流域糧食安全、經(jīng)濟(jì)繁榮、人地和諧可持續(xù)成為亟待解決的課題。如何評價耕地生態(tài)安全是農(nóng)學(xué)、土壤學(xué)和地理學(xué)關(guān)注的熱點(diǎn)，國內(nèi)外學(xué)者對耕地生態(tài)安全評價的研究主要集中在以下方面： ①概念內(nèi)涵。最初學(xué)者們[4]認(rèn)為耕地生態(tài)安全是耕地生態(tài)系統(tǒng)自身處于健康且不被破壞的狀態(tài)，該定義更傾向于耕地生態(tài)系統(tǒng)自身的狀態(tài)。隨著學(xué)科發(fā)展，越來越多的學(xué)者[5-6]著眼于人地關(guān)系，認(rèn)為耕地生態(tài)安全是保證耕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能不被損壞前提下，又能為人類可持續(xù)發(fā)展提供穩(wěn)定的生態(tài)與物質(zhì)服務(wù)。目前，更多文獻(xiàn)[7]基于人地協(xié)調(diào)視角，提出耕地生態(tài)安全是在自然系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會系統(tǒng)相互耦合的作用下，耕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能不被損壞前提下，并滿足人類可持續(xù)發(fā)展所需要的狀態(tài)。 ②指標(biāo)體系。學(xué)者們嘗試從單一視角[8]向PSR(壓力—狀態(tài)—響應(yīng))[9-10]、DPSIR(驅(qū)動力—壓力—狀態(tài)—影響—響應(yīng))[11-12]、EES(經(jīng)濟(jì)—環(huán)境—社會)等[13-14]綜合視角轉(zhuǎn)變，從經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件、人口、社會、資源環(huán)境等多維度構(gòu)建評價指標(biāo)體系。 ③評價方法。早期文獻(xiàn)[15]多以定性研究為主，為耕地生態(tài)安全評價提供理論基礎(chǔ)。當(dāng)前，耕地生態(tài)安全評價多用定性與定量研究相結(jié)合的方法，且由靜態(tài)評價逐漸過渡到動態(tài)評價。常用的評價方法主要包括綜合指數(shù)法[16]、生態(tài)足跡模型[17]、投影尋蹤模型[18]、景觀生態(tài)模型等[19]。總體而言，現(xiàn)有文獻(xiàn)針對流域尺度耕地生態(tài)安全的文獻(xiàn)較少，尤其對黃河流域耕地生態(tài)安全的研究不多見。同時，黃河下游作為糧食主產(chǎn)區(qū)，雖耕地質(zhì)量較高，但人地關(guān)系失調(diào)、農(nóng)田面源污染突出等人為問題已經(jīng)成為阻礙其社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。鑒于此，本文以黃河流經(jīng)下游沿黃49縣區(qū)為研究對象，基于PSR(壓力—狀態(tài)—響應(yīng))模型建立指標(biāo)體系，根據(jù)物元可拓模型、馬爾科夫鏈模型等方法，對黃河流域下游2000—2018年耕地生態(tài)安全進(jìn)行動態(tài)評價，并診斷其人為障礙因子，旨在發(fā)現(xiàn)人類不合理行為對下游耕地生態(tài)安全造成的危害，為黃河下游生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

黃河下游從河南鄭州市桃花峪開始劃分到山東墾利區(qū)注入渤海，考慮到河南省布局規(guī)劃的完整性，故將黃河中游的三門峽市、洛陽市、濟(jì)源市三市的沿黃縣區(qū)一同列為研究對象。因此，本文選取黃河下游(山東省、河南省)直接流經(jīng)的49個縣區(qū)為研究區(qū)域，原因是黃河下游雖作為黃河流域最發(fā)達(dá)區(qū)域，但受制于人口密度較大、長期不合理土地資源開發(fā)與利用、水土侵蝕等問題，耕地生態(tài)系統(tǒng)受到較大威脅。研究尺度為縣域尺度更符合耕地的特性，將生態(tài)宏觀問題寓于微觀角度加以剖析，則更能刻畫黃河流域與流經(jīng)縣區(qū)耕地生態(tài)安全的相互影響關(guān)系，以探究應(yīng)對生態(tài)問題的提升路徑。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文選取2000，2005，2010，2015和2018年作為研究時間點(diǎn)，與國民經(jīng)濟(jì)五年規(guī)劃相結(jié)合。本文使用的數(shù)據(jù)均來自2001，2006，2011，2016和2019年《山東統(tǒng)計(jì)年鑒》《河南統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國縣域統(tǒng)計(jì)年鑒》以及各地級市統(tǒng)計(jì)局官方網(wǎng)站，部分縣區(qū)耕地?cái)?shù)據(jù)來自縣區(qū)《土地利用總體規(guī)劃》，土壤數(shù)據(jù)來自耕地質(zhì)量等別數(shù)據(jù)庫，針對個別縣區(qū)數(shù)據(jù)缺失問題，采用相鄰年份數(shù)據(jù)代替。

2.2 研究方法

2.2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理 因文中各指標(biāo)單位之間存在差異，故須為原始數(shù)據(jù)做標(biāo)準(zhǔn)化處理，運(yùn)用極差法能減少各個指標(biāo)中數(shù)量級間差異。指標(biāo)分為正向、負(fù)向指標(biāo)，其中正向指標(biāo)表示隨著指標(biāo)數(shù)值升高，耕地生態(tài)安全等級也隨之變高；負(fù)向指標(biāo)表示隨著指標(biāo)數(shù)值的降低，耕地生態(tài)安全等級同樣變高。

2.2.2 指標(biāo)權(quán)重確定 相較于主觀賦權(quán)法，客觀性更強(qiáng)的熵權(quán)法是依據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的變異等級確定其指標(biāo)權(quán)數(shù)，其中信息熵能準(zhǔn)確地反映出指標(biāo)的信息量，能夠更科學(xué)合理地解釋所得到的結(jié)果。因此，本文采用該方法[13,16]對耕地生態(tài)安全各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，具體權(quán)重結(jié)果詳見表1。

2.2.3 模型構(gòu)建 物元模型將評價對象不相容的矛盾問題轉(zhuǎn)為相容問題，在對整體對象進(jìn)行評價的同時又能對各個指標(biāo)進(jìn)行分異，對于受自然、經(jīng)濟(jì)、社會等多要素指標(biāo)影響的耕地生態(tài)安全評價具有較強(qiáng)的客觀性與可適性。

(1) 確立耕地生態(tài)安全物元。耕地生態(tài)安全物元R=(N，c，v)，其中N為描述的對象，即耕地生態(tài)安全評價；c為特征向量，即耕地生態(tài)安全評價的各個指標(biāo) ；v為特征量值，即各個評價指標(biāo)的實(shí)際數(shù)值。

(1)

(2) 確立經(jīng)典域和節(jié)域物元。

(2)

(3)

式中：Ror為耕地生態(tài)安全的經(jīng)典域物元；Nor為第r個評價等級；Cn為第n個評價指標(biāo)； 為關(guān)于評價指標(biāo)Cn對應(yīng)等級r的取值范圍；Rp為節(jié)域物元； 為評價指標(biāo)Cn的總?cè)≈捣秶?/p>

(3) 確立關(guān)聯(lián)函數(shù)和關(guān)聯(lián)度。

(4)

其中：

(5)

式中：ρ(x,X0)為點(diǎn)x與對應(yīng)的評價指標(biāo)的有限區(qū)間即Xo=[a,b]的距離；ρ(x,X0)為點(diǎn)x與對應(yīng)的評價指標(biāo)節(jié)域的有限區(qū)間即Xp=[a,b]的距離；x為待評價物元的取值；X0為經(jīng)典物元取值范圍；Xp為節(jié)域物元取值范圍。

(4) 確立綜合關(guān)聯(lián)度和評價等級。

(6)

式中：Kr(Nx)為耕地生態(tài)安全關(guān)于等級r的綜合關(guān)聯(lián)度;Wj為耕地生態(tài)安全各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重;Kr(xj)為單項(xiàng)指標(biāo)關(guān)于等級r的關(guān)聯(lián)度。

0≤K(x)<1，表示評價對象符合評價等級，數(shù)值越大則表明對應(yīng)的評價等級越穩(wěn)定 ；-1≤K(x)≤0，表示評價對象不完全符合評價等級，但是具備向評價等級轉(zhuǎn)變的條件，同時，隨著數(shù)值的增大，轉(zhuǎn)化可能性也增大； 若K(x)<-1，表示評價對象不符合標(biāo)準(zhǔn)等級要求。確定評價指標(biāo)最終屬于哪個等級采取最大值標(biāo)準(zhǔn)，即Krj=max[Kr(xj)]，則表示各評價指標(biāo)等級為r級；Krx=max[Kr(Nj)]，則表示評價事物Nx等級為r級。

2.2.4 馬爾科夫鏈 耕地生態(tài)安全等級之間會相互轉(zhuǎn)化，耕地生態(tài)安全格局的動態(tài)變化符合馬爾科夫過程，能夠有效的反映等級的變化過程[20-21]。具體為：

(7)

2.2.5 障礙因子診斷 障礙度模型作為診斷區(qū)域生態(tài)安全的重要方法，已在諸多領(lǐng)域得到應(yīng)用[22-24]。障礙度模型包括因子貢獻(xiàn)度(Rj)、指標(biāo)偏離度(Ptj)、障礙度(Mtj)3個指標(biāo)。

(8)

式中：Mtj為第j項(xiàng)指標(biāo)對第i年耕地生態(tài)安全的障礙度；Rj為各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重；Ptj=1-ytj表示指標(biāo)與發(fā)展目標(biāo)之間的偏差；ytj為各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

2.2.6 指標(biāo)體系構(gòu)建 基于已有研究，本文將耕地生態(tài)安全定義為當(dāng)耕地資源所處的生態(tài)環(huán)境處于不被損害的健康狀態(tài)下，耕地生態(tài)系統(tǒng)既可以維持自身功能結(jié)構(gòu)正常運(yùn)行，又可以滿足人類社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的需求。PSR模型以因果關(guān)系為基礎(chǔ)，能夠客觀說明經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)程度，為耕地生態(tài)安全評價提供了理論基礎(chǔ)。文中在參考已有文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上[8,10-14,20-21,25-26]，從社會—經(jīng)濟(jì)—自然3方面出發(fā)，遵循科學(xué)性與代表性原則，根據(jù)黃河下游耕地的實(shí)際情況，重點(diǎn)選取19個指標(biāo)建立耕地生態(tài)安全指標(biāo)體系(表1)。 ①壓力層反映了人口增長、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對耕地生態(tài)系統(tǒng)造成較好與較壞的影響。人口自然增長率與人口密度表示人口對耕地生態(tài)系統(tǒng)施加的負(fù)荷，兩者的數(shù)值越高，耕地生態(tài)安全壓力越大；單位耕地面積地膜、化肥、農(nóng)藥使用量指在糧食生產(chǎn)過程中耕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部遭到的破壞，三者是土壤有機(jī)質(zhì)流失、重金屬增加、酸化的重要原因；人均GDP和城鎮(zhèn)化率表征經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展對耕地生態(tài)系統(tǒng)帶來的影響。 ②狀態(tài)層反映了耕地生態(tài)系統(tǒng)目前所處的狀態(tài)。人均耕地面積與耕地面積比重反映了耕地資源被建設(shè)用地占用、撂荒的狀況，突出了其稀缺程度；單位耕地面積糧產(chǎn)量代表了糧食保障供給能力以及糧食數(shù)量安全程度；農(nóng)民人均可支配收入表示了農(nóng)民的耕地生產(chǎn)收益；土壤容重、pH值、有機(jī)質(zhì)含量反映了耕地質(zhì)量的自然屬性。 ③響應(yīng)層反映了人類根據(jù)耕地生態(tài)系統(tǒng)目前的壓力與狀態(tài)所做出的舉措。水土協(xié)調(diào)度表示水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對耕地旱情的緩解程度；耕地旱澇保收率突出了政府對耕地旱澇災(zāi)害的治理力度；單位耕地農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平表示了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和技術(shù)水平對耕地生態(tài)系統(tǒng)的影響，其農(nóng)業(yè)技術(shù)水平越高，對耕地生態(tài)系統(tǒng)的損害越小；農(nóng)業(yè)從業(yè)人員投入反映了高素質(zhì)農(nóng)業(yè)技術(shù)人員對耕地生態(tài)系統(tǒng)的提升作用；第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重反映了耕地資源受第二、三產(chǎn)業(yè)的驅(qū)動變化情況。

表1 耕地生態(tài)安全評價指標(biāo)體系

2.2.7 耕地生態(tài)安全經(jīng)典域和節(jié)域物元的確定 根據(jù)耕地生態(tài)安全的可拓性，將其劃分為安全(Ⅰ級)、較安全(Ⅱ級)、臨界安全(Ⅲ級)、較不安全(Ⅳ級)、不安全(Ⅴ級)。

經(jīng)典域的范圍確定一般要參考相關(guān)國際或國家的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但目前對耕地生態(tài)安全評價指標(biāo)沒有統(tǒng)一的參考標(biāo)準(zhǔn)，因此本文主要依據(jù)《河南省省級生態(tài)縣建設(shè)指標(biāo)》《山東省省級生態(tài)文明建設(shè)示范區(qū)指標(biāo)》、現(xiàn)有研究成果[8,12-14,25-28]來確定經(jīng)典域與節(jié)域，具體標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。

表2 耕地生態(tài)安全評價指標(biāo)經(jīng)典域與節(jié)域取值范圍

3 結(jié)果與分析

3.1 黃河下游耕地生態(tài)安全等級時間變化

將指標(biāo)數(shù)據(jù)輸入公式(4)，得到各個指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度，再將各指標(biāo)關(guān)聯(lián)度和權(quán)重輸入公式(5)，計(jì)算出2000—2018年黃河下游沿黃縣區(qū)耕地生態(tài)安全的評價等級(表3)。整體而言，2000—2018年黃河下游沿黃縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級從Ⅳ級向Ⅰ級轉(zhuǎn)變，耕地生態(tài)安全等級持上升趨勢。其中，2000與2005年黃河下游沿黃縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級為Ⅳ級，2000年綜合關(guān)聯(lián)度在[-1,0]之間，屬于不穩(wěn)定的Ⅳ級；2005年的綜合和關(guān)聯(lián)度在[0,1]之間，屬于穩(wěn)定的Ⅳ級，耕地生態(tài)安全等級有所改善。2010年耕地生態(tài)等級躍升到Ⅱ級，這是因?yàn)樵撃晔恰笆晃逡?guī)劃”的收官之年，各縣區(qū)在政策驅(qū)動下更好地貫徹了國家提出的耕地紅線、倡導(dǎo)生態(tài)文明建設(shè)等一系列政策和建議，為其耕地生態(tài)安全等級提升起到了積極影響。2015與2018年的安全等級均為Ⅰ級，并且Kj(N2018)>Kj(N2015)，說明與Ⅰ級的綜合關(guān)聯(lián)不斷提高，這是由于“十三五”規(guī)劃明確提出要從根本解決生態(tài)環(huán)境污染、耕地土壤退化等問題，凸顯了農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要性，耕地生態(tài)安全持續(xù)向安全轉(zhuǎn)化。雖然2000—2018年黃河下游沿黃縣區(qū)總體耕地生態(tài)安全等級不斷提高，但數(shù)值仍在[-1,0]之間，安全等級不夠穩(wěn)定，有等級下滑的風(fēng)險。

表3 黃河下游耕地生態(tài)安全整體評價結(jié)果

以黃河下游沿黃各縣區(qū)為單位，將各縣區(qū)指標(biāo)數(shù)據(jù)帶入上述公式得到黃河下游沿黃各縣區(qū)耕地生態(tài)安全綜合關(guān)聯(lián)度，詳見表4。結(jié)果表明，2000—2018年處于Ⅴ等級和Ⅳ等級的縣區(qū)不斷減少，處于Ⅲ等級和Ⅰ等級的縣區(qū)不斷增加，處于Ⅱ等級的縣區(qū)先增加后減少，高等級耕地生態(tài)安全縣區(qū)數(shù)量不斷增加，低等級耕地生態(tài)安全縣區(qū)數(shù)量不斷減少，呈不斷改善的趨勢。

表4 各縣區(qū)耕地生態(tài)安等級分布

3.2 黃河下游耕地生態(tài)安全等級空間變化

3.2.1 耕地生態(tài)安全空間格局變化 利用GIS可視化分析，得到2000—2018年黃河下游沿黃各縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級分布圖(圖1)。整體看來，2000—2018年黃河下游沿黃縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級在空間上呈現(xiàn)出東北—西南高，中部低的分布格局，安全等級較高縣區(qū)集中在濟(jì)南、東營、三門峽、開封市的縣區(qū)，等級較低縣區(qū)集中在菏澤、濱州、濮陽、洛陽等縣區(qū)，呈現(xiàn)由發(fā)達(dá)縣區(qū)向較不發(fā)達(dá)縣區(qū)擴(kuò)展的梯度等級分布特征。其中，2000年耕地生態(tài)安全為Ⅳ級的縣區(qū)占比較大，且遍布全域；2005年Ⅱ與Ⅲ等級縣區(qū)小幅度增加，主要位于黃河下游中部的開封市(開封縣、龍亭區(qū))以及東部的濟(jì)南市(槐蔭區(qū)、長清區(qū)等)、東營市(河口區(qū))，其耕地生態(tài)安全等級有所提升；2010年黃河下游沿黃縣區(qū)等級較高區(qū)域由2005年的東北部向東北—西南部方向發(fā)展；2015—2018年，Ⅳ等級縣區(qū)不斷減少，等級較高區(qū)域穩(wěn)定在東北—西南部區(qū)域，多數(shù)縣區(qū)從Ⅳ級轉(zhuǎn)化到Ⅲ級和Ⅰ級?？傮w而言，黃河下游沿黃縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級呈逐漸改善趨勢，但其等級提升速度不一致，如東營區(qū)、天橋區(qū)、東阿縣、惠濟(jì)區(qū)、蘭考縣等提升較快；東平縣、惠民縣、中牟縣、濮陽縣等提升較慢，各縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級仍有較大的提升空間。

圖1 黃河下游沿黃縣區(qū)2000-2018年耕地生態(tài)安全等級空間格局變化

3.2.2 空間轉(zhuǎn)移特征 運(yùn)用傳統(tǒng)Markov鏈模型構(gòu)建黃河下游沿黃縣區(qū)2000—2005年，2005—2010年，2010—2015年，2015—2018年耕地生態(tài)安全Markov概率轉(zhuǎn)移矩陣，將各縣區(qū)在5個時間斷點(diǎn)的耕地生態(tài)安全等級從不安全到安全，分成5個等級類型(表5)，對角線位置的數(shù)據(jù)代表各縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級不發(fā)生轉(zhuǎn)移的可能性，非對角線位置上的數(shù)據(jù)代表各縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級發(fā)生轉(zhuǎn)移的可能性[20]。

表5 黃河下游沿黃縣區(qū)2000-2018年耕地生態(tài)安全等級轉(zhuǎn)移概率矩陣

2000—2005年，對角線上的數(shù)據(jù)并非完全大于非對角線上的數(shù)據(jù)，這表明各縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級并不穩(wěn)定；Ⅴ級向Ⅳ級、Ⅱ級轉(zhuǎn)移的概率分別為0.833和0.166 7，Ⅳ級向Ⅲ級、Ⅱ級轉(zhuǎn)移概率分別為0.158和0.026，表明黃河下游沿黃各縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級呈跳躍式發(fā)展，即有跨等級轉(zhuǎn)移概率發(fā)生。2005—2010年，對角線位置上的數(shù)據(jù)均大于非對角線位置上的數(shù)據(jù)，Ⅳ級不發(fā)生轉(zhuǎn)移的概率較之前下降0.21，Ⅲ級不發(fā)生轉(zhuǎn)移的概率增加0.09，Ⅴ級、Ⅱ級、Ⅰ級不發(fā)生轉(zhuǎn)移概率不變，各縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級保持一致概率減少，且Ⅳ級與Ⅲ級跨等級轉(zhuǎn)移概率增加，表明各縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級流動性加強(qiáng)，持續(xù)性減弱，耕地生態(tài)安全等級空間差異增大。2010—2015年，對角線位置上的數(shù)據(jù)未全部大于非對角線位置上的數(shù)據(jù)，Ⅳ級、Ⅱ級不發(fā)生轉(zhuǎn)移的概率相較于之前分別下降0.165和0.228，Ⅳ級向Ⅲ級、Ⅰ級轉(zhuǎn)移概率增加，Ⅱ級向下轉(zhuǎn)移概率同樣增加，表明各縣區(qū)之間的等級轉(zhuǎn)移更加頻繁，耕地生態(tài)安全等級趨向不穩(wěn)定狀態(tài)，其空間差異進(jìn)一步增大。2015—2018年，雖對角線上的數(shù)據(jù)未全部大于非對角線上的數(shù)據(jù)，但各個等級同水平轉(zhuǎn)移概率較之前都有所增加。各縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級保持不變概率增大，Ⅳ級、Ⅲ級向上移動概率減少，Ⅰ級向下移動概率減少，各安全等級在縣區(qū)之間轉(zhuǎn)換減弱，持續(xù)性增強(qiáng)，耕地生態(tài)安全等級空間差異縮小。

3.3 耕地生態(tài)安全障礙因子診斷

黃河下游作為中國重要糧產(chǎn)基地，耕地質(zhì)量水平較高，但由于人類不恰當(dāng)?shù)男袨閷?dǎo)致其生態(tài)系統(tǒng)不斷遭到破壞，因此診斷黃河下游耕地生態(tài)安全的人為障礙因子是十分必要的。本文篩選出障礙度位于前5的指標(biāo)作為主要人為障礙因子，選取C1—C11，C15—C19共16個人為因素指標(biāo)進(jìn)行障礙度計(jì)算(表6)，以期對提高黃河下游耕地生態(tài)安全等級提出準(zhǔn)確有效的政策建議。由表6可知，阻礙黃河下游沿黃縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級的前3人為障礙因子在20 a內(nèi)基本一致，從強(qiáng)到弱依次為人均耕地面積(C8)、人口密度(C3)、單位耕地面積化肥使用量(C5)。山東、河南省人口密度在2000—2018年呈不斷上升趨勢，人口密度的增高導(dǎo)致與人類密切相關(guān)的用地需求也不斷升高，使得商業(yè)區(qū)、城鎮(zhèn)住宅區(qū)、農(nóng)村居民點(diǎn)范圍不斷外延，耕地資源面臨較大的占有壓力，人地關(guān)系矛盾凸顯，耕地承載力超載。同時，黃河下游沿黃縣區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展極度依賴水源，高密度人口使各縣區(qū)在耕地灌溉方面加劇了對黃河水的利用強(qiáng)度，造成水資源短缺與污染，破壞了耕地生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性。據(jù)年鑒數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，黃河下游沿黃49縣區(qū)單位耕地面積化肥使用量在2000，2010和2018年的均值使用量分別為637，671，684 kg/hm2?；适褂昧康脑黾与m減少了農(nóng)作物蟲害出現(xiàn)的概率，但會使土壤金屬成分增加，造成土壤板結(jié)化，這加大了耕地生態(tài)系統(tǒng)惡化的風(fēng)險性。其他主要人為障礙因子如單位耕地農(nóng)藥使用量(C6)、水土協(xié)調(diào)度(C15)的障礙度近幾年呈下降趨勢；第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重(C19)、農(nóng)業(yè)從業(yè)人員投入(C18)的障礙度近幾年呈上升趨勢，對耕地生態(tài)安全等級的提升也會產(chǎn)生不同程度的制約作用。其中，農(nóng)業(yè)從業(yè)人員投入(C18)障礙度較高的區(qū)域集中在濱州、菏澤、焦作市的縣區(qū)，其原因是該3市縣區(qū)的就業(yè)環(huán)境與社會服務(wù)環(huán)境相較于山東與河南的其他區(qū)域稍顯匱乏，人才流失失嚴(yán)重。此外，從事農(nóng)業(yè)的人員年齡偏大且專業(yè)素質(zhì)較低，人才數(shù)量與質(zhì)量的不足制約著其農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重(C19)障礙度較高的區(qū)域集中在濟(jì)南、鄭州、洛陽和新鄉(xiāng)市的縣區(qū)。其中，2000年以來隨著城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展，眾多的項(xiàng)目涌入濟(jì)南市促使其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變與升級，城市空間的快速膨脹，基礎(chǔ)設(shè)施不斷完備，第二、三產(chǎn)業(yè)值在研究期內(nèi)分別擴(kuò)大了8與11倍，導(dǎo)致建設(shè)用地規(guī)模需求增大，加劇了對耕地的占用；河南段沿黃縣區(qū)是能源產(chǎn)業(yè)集聚地帶，其二、三產(chǎn)業(yè)較多，尤其是鄭州、洛陽、新鄉(xiāng)作為中原重要核心城市，其沿黃縣區(qū)建設(shè)用地和工業(yè)用地需求持續(xù)增加，使耕地生態(tài)等級變化受二、三產(chǎn)業(yè)占比驅(qū)動較強(qiáng)。

表6 黃河下游沿黃縣區(qū)耕地生態(tài)安全障礙因子、障礙度排序

4 結(jié)論與政策建議

4.1 結(jié) 論

(1) 時間變化上，2000—2018年黃河下游沿黃縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級整體呈上升趨勢，由Ⅳ級提升到Ⅰ級，其中2010年后變化尤為明顯。各縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級逐步提升，處于Ⅴ等級和Ⅳ等級的縣區(qū)不斷減少，Ⅲ等級和Ⅰ等級的縣區(qū)不斷增加。

(2) 空間變化上，2000—2018年各縣區(qū)耕地生態(tài)安全等級由不穩(wěn)定狀態(tài)向穩(wěn)定狀態(tài)過渡，在空間上呈現(xiàn)由東北部高，中西部低向東北—西南部高，中部低轉(zhuǎn)變的特征，且空間差異持續(xù)減小。

(3) 通過障礙因子診斷可知，黃河下游沿黃縣區(qū)的前3人為障礙因子近20 a基本一致，依次是人均耕地面積、人口密度、單位耕地面積化肥使用量。同時，第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重、農(nóng)業(yè)從業(yè)人員投入的障礙度近幾年呈上升趨勢，對耕地生態(tài)安全等級的提升也會產(chǎn)生不同程度的制約作用。

(4) 耕地生態(tài)安全評價是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，科學(xué)建立經(jīng)典域與節(jié)域是耕地生態(tài)安全評價的基礎(chǔ)根基，但目前對于經(jīng)典域與節(jié)域的研究尚不完整，多數(shù)情況需要人為確定耕地生態(tài)安全閾值，存在一定主觀性。因此如何更準(zhǔn)確的選取符合地區(qū)典型性的經(jīng)典域與節(jié)域取值范圍，在今后有待進(jìn)一步的改進(jìn)與完善。

4.2 政策建議

(1) 壯大新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體，推動糧食綠色生產(chǎn)。黃河下游各縣區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展仍以“小農(nóng)經(jīng)濟(jì)”為主，單一的小農(nóng)戶很難在資源與環(huán)境約束雙重壓迫下做出低碳化、規(guī)?；?、綠色化的糧食生產(chǎn)，導(dǎo)致其經(jīng)營方式粗放、高碳，抵抗風(fēng)險能力較差。因此，第一方面要壯大各種新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體，新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體更加注重糧食產(chǎn)業(yè)綠色低碳、生態(tài)高值農(nóng)業(yè)等其他模式的發(fā)揮，以及發(fā)揮模范帶頭作用，引導(dǎo)小農(nóng)采取節(jié)肥、節(jié)藥等親環(huán)境農(nóng)業(yè)技術(shù)以及采用微生物肥料、生物農(nóng)藥等新型綠色農(nóng)資，從而改善各縣區(qū)的耕地生態(tài)安全狀況。第二方面是積極實(shí)行農(nóng)業(yè)托管服務(wù)，通過農(nóng)業(yè)托管組織規(guī)?；?、專業(yè)化的特點(diǎn)，將低碳新技術(shù)、新方法融入到糧食生產(chǎn)過程中，實(shí)現(xiàn)“一控兩減三基本”的目標(biāo)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與資源環(huán)境相互協(xié)調(diào)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綠色效率。

(2) 實(shí)施歸雁工程，提升耕地保護(hù)積極性。隨著城鄉(xiāng)二元體制的戶籍壁壘被逐漸打破，大量青壯年農(nóng)民流入城市，農(nóng)業(yè)空心化嚴(yán)重，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)從業(yè)人員投入在數(shù)量和活力方面較欠缺，側(cè)面限制了耕地生態(tài)安全等級的提升。為了有效應(yīng)對農(nóng)業(yè)從業(yè)人員不足問題，一是培育新型職業(yè)農(nóng)民，將少數(shù)從城市回流到農(nóng)村的青少年當(dāng)作中國未來農(nóng)業(yè)的主力軍。二是實(shí)施“歸雁工程”，吸引更多高素質(zhì)人才回歸家鄉(xiāng)，同時各縣區(qū)積極搭建服務(wù)平臺為“歸雁工程”提供保障。三是實(shí)行多元主體農(nóng)技推廣，在各縣區(qū)成立農(nóng)技推廣機(jī)構(gòu)等社會服務(wù)組織，既守護(hù)好“農(nóng)業(yè)科技最后1公里”，又確保糧食安全底線不觸碰，充分調(diào)動農(nóng)業(yè)人員的積極性，推動一群在農(nóng)業(yè)、社會服務(wù)業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員到農(nóng)村進(jìn)行創(chuàng)業(yè)。

(3) 構(gòu)建智慧耕地平臺，從會種地到“慧”種地。如果能為糧食生產(chǎn)與耕地保護(hù)插上“互聯(lián)網(wǎng)”的翅膀，既可以減少勞動力投入，降低無用的成本約束；又提升了水資源、耕地資源等資源的利用效率，在破解當(dāng)前黃河下游自然資源短缺、勞動力不足等問題時提供了一條全新的解決路徑。一是依托物聯(lián)網(wǎng)推動糧食生產(chǎn)與耕地保護(hù)的“智慧化”，打造農(nóng)業(yè)無線管理系統(tǒng)、耕地保護(hù)監(jiān)管系統(tǒng)、糧食育種信息系統(tǒng)，構(gòu)建“天上看、地上巡、網(wǎng)上查”的整體互聯(lián)網(wǎng)體系，能夠幫助農(nóng)民精準(zhǔn)灌溉、施肥等精細(xì)化操作，從而有效節(jié)約水資源以及降低耕地面源污染，緩解黃河下游沿黃縣區(qū)的耕地生態(tài)安全壓力。二是實(shí)現(xiàn)云計(jì)算的信息共享，將黃河流域自然資源、市場供給、氣象變化等方面的信息收集起來，建立一個專門的信息共享數(shù)據(jù)庫平臺，通過網(wǎng)絡(luò)途徑傳遞給農(nóng)戶以及新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體，從而提高耕地利用效率以及綠色生產(chǎn)。