基于遙感的洞庭湖流域農業(yè)生態(tài)安全評價指標體系研建

劉平波，倪 芳，劉 蓉

（1.中南林業(yè)科技大學計算機與信息工程學院 湖南，長沙410004；2.湖南農業(yè)大學 湖南，長沙 410125）

洞庭湖區(qū)是全國重要的商品糧基地之一，但因近年來因人類活動的頻繁干擾，產生很大生態(tài)問題。因此，加強洞庭湖流域農業(yè)生態(tài)環(huán)境建設，促進農業(yè)可持續(xù)發(fā)展迫在眉睫。

1 研究方法

1.1 基于遙感的農業(yè)生態(tài)安全評價指標體系研建

1.1.1 農業(yè)生態(tài)安全的內涵農業(yè)生態(tài)安全是指農業(yè)自然資源和生態(tài)環(huán)境處于一種健康、平衡、不受威脅的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，生產出安全健康的農產品。健康的農業(yè)生態(tài)安全系統(tǒng)其環(huán)境、資源、生物、產品都應該處于健康狀態(tài)。農業(yè)生態(tài)安全的內涵主要包含農業(yè)環(huán)境、農業(yè)資源、農業(yè)生物和農業(yè)產品安全幾方面，還包括數(shù)量和質量雙重安全。其中，農業(yè)環(huán)境、資源和生物安全是農業(yè)生態(tài)和產品安全的基礎和保障，農產品安全是保障人類健康安全的基本要求。

1.1.2 PSR模型PSR模型（“壓力—狀態(tài)—響應”（Pressure-State-Response））是聯(lián)合國經(jīng)濟合作開發(fā)署針對區(qū)域生態(tài)監(jiān)測與評價工作，為滿足生態(tài)環(huán)境管理和決策的要求而建立的，是一種評價概念框架和指標體系層次結構模型。PSR模型以人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響為基礎，其因果邏輯關系嚴密。因此，在以人類活動為主導的農業(yè)生態(tài)體系中，以PSR為基礎進行生態(tài)安全評價指標的選取方法。

1.1.3 遙感遙感（RS）作為一門對地觀測綜合性科學，遙感探測能在較短的時間內，從空中乃至宇宙空間對大范圍地區(qū)進行對地觀測，并從中獲取有價值的遙感數(shù)據(jù)；獲取信息的手段多，信息量大，根據(jù)不同的任務，可選用不同波段和遙感儀器來獲取信息[1]。

傳統(tǒng)農業(yè)生態(tài)安全監(jiān)測精度受控于地面站的分布密度，很難反映精細的農業(yè)安全狀況，且監(jiān)測成本較高，遙感技術彌補了地面站點的不足。

1.1.4 評價指標初篩為了科學合理地對洞庭湖農業(yè)生態(tài)安全做出評價以達到本研究的研究目的，確立如下指標選取原則：①指示性原則②動態(tài)性原則③空間性原則④獲取性原則⑤精確性原則，依據(jù)上述指標選取原則，經(jīng)充分討論后選取洞庭湖流域農業(yè)生態(tài)安全的主要參評指標為：農業(yè)生態(tài)安全壓力指標、農業(yè)生態(tài)安全狀態(tài)指標、農業(yè)生態(tài)安全保護能力指標。

1.1.5 指標分析選取實現(xiàn)模型基于遙感數(shù)據(jù)實時獲取和監(jiān)測，體現(xiàn)遙感監(jiān)測與傳統(tǒng)監(jiān)測的絕對優(yōu)勢，PSR模型應用廣泛，但它并不是完美無缺的。PSR模型很強的因果關系正是其缺陷所在，這使得指標在選取時存在一定程度上的重疊問題。

通過上述指標的初篩，可以得到反映洞庭湖農業(yè)生態(tài)狀況三個方面安全狀況的指標，但分析發(fā)現(xiàn)其中有些指標難以采集數(shù)據(jù)；同時因本模型在指標選取上遵循盡量減少地面統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)為主體的原則；因此必須對其進行相關性分析并根據(jù)實際情況對部分指標進行合并和轉換。

1.1.6 權重分配首先根據(jù)農業(yè)生態(tài)安全評價指標體系和層次分析法的原理設計出要素層和指標層的專家咨詢表，其次選擇在農業(yè)、遙感、地理學、生態(tài)學、水力學、環(huán)境科學和計算機科學等研究領域頗有建樹的湖南各大高校、科研院所和政府機關的專家發(fā)放問卷，邀請專家按照“5標度”法獨立填寫判斷矩陣，然后回收問卷進行數(shù)據(jù)整理、計算相關矩陣的特征值和特征向量，接下來對各層次分別以層次分析法和熵權法檢驗各評判矩陣的一致性確定各要素和指標的權重，最后計算各專家咨詢得出的權重的平均值確定各要素指標的最終權重并做出最終排序。本研究共發(fā)放問卷22份，回收20份，經(jīng)檢驗其一致性發(fā)現(xiàn)，其有效問卷有18份，對問卷進行統(tǒng)計分析得到明顯結果。

2 農業(yè)生態(tài)安全遙感解譯模型

狀態(tài)層各二級指標遙感反演模型的選取主要依據(jù)以下四個原則：（1）地理、環(huán)境相似相近性；（2）遙感數(shù)據(jù)時空分辨率的適用性及易獲取性；（3）模型的可行性；（4）模型的易建性。

3 結論

第一，本研究基于農業(yè)生態(tài)安全的內涵、衛(wèi)星遙感技術及PSR模型，構建出包含農業(yè)生態(tài)、安全壓力（P）、狀態(tài)（S）、響應（R）等3個方面6個一級指標、18個二級指標的農業(yè)生態(tài)安全指標體系，其中安全狀態(tài)指標均通過衛(wèi)星遙感獲取，極大地提高了信息獲取的時效性、覆蓋性，降低了成本。

第二，以洞庭湖流域為例建立農業(yè)生態(tài)安全評價指標體系，通過層次分析法、熵權法檢驗評判矩陣的一致性，并確定各級指標的權重及綜合權重。

第三，通過研究比對和實地驗證，建立安全狀態(tài)層各指標的遙感反演模型；各反演模型具。

第四，有較高的精度和穩(wěn)定性，在大區(qū)域范圍具有很好的可行性和適用性；改變了我國農業(yè)生態(tài)安全主要監(jiān)測方式以人工調查為主、費時、費力、無法宏觀監(jiān)測大范圍農業(yè)生態(tài)安全狀態(tài)的弊端，具有快速、準確、實時的特點。

第五，本研究選取建立的反演模型中，部分參數(shù)還需要進一步驗證。