洞庭湖區(qū)域耕地健康狀況評(píng)價(jià)研究

張馨瑤 張 鳳

湖南師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410081

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)耕地?cái)?shù)量不斷減少，土地質(zhì)量日益下降。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市邊界不斷擴(kuò)張，對(duì)建設(shè)用地的需求日益增加，在保護(hù)耕地的政策要求下，滿(mǎn)足城市建設(shè)用地需求的壓力日益加大。耕地是確保國(guó)家糧食安全的戰(zhàn)略性資源，耕地健康一直是國(guó)家重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。為了有效保障我國(guó)耕地健康，有必要對(duì)耕地健康情況進(jìn)行評(píng)估。因此，筆者以洞庭湖區(qū)域?yàn)槔?，依?jù)PSR（Pressure-State-Response，壓力—狀態(tài)—響應(yīng)）模型建立耕地健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用TOPSIS模型測(cè)度洞庭湖區(qū)域的耕地健康程度，并分析洞庭湖區(qū)域耕地健康時(shí)空狀況。

1 研究進(jìn)展

“土地健康”這一概念是由美國(guó)生態(tài)學(xué)家Aldo Lcopold[1］在20 世紀(jì)40 年代 提 出來(lái)的。Aldo Lcopold認(rèn)為，健康的土地是指被人類(lèi)占領(lǐng)而沒(méi)有使其功能受到破壞的狀態(tài)，把土地有機(jī)體健康作為內(nèi)部的自我更新能力，認(rèn)為考慮土地有機(jī)體健康應(yīng)與人們考慮個(gè)人有機(jī)體健康一樣。Papport 等[2］認(rèn)為土地健康表現(xiàn)在系統(tǒng)活力健康、恢復(fù)力健康、組織結(jié)構(gòu)健康等幾方面。為了保護(hù)土地健康，實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)利用，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)土地健康監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)進(jìn)行了探索。例如，Rainer[3］依據(jù)德國(guó)土壤實(shí)際情況，構(gòu)建了相應(yīng)的土壤健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并計(jì)算出了德國(guó)的土壤健康程度。Keith 等[4］對(duì)造成土地健康退化的因素進(jìn)行了分析，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了土地質(zhì)量健康評(píng)價(jià)的量化指標(biāo)體系。蔡為民等[5］在分析土地利用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，提出土地利用系統(tǒng)健康的概念，闡述土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的本質(zhì)、目的，并初步建立了土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)框架體系。趙青等[6］基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，從糧食安全角度出發(fā)，通過(guò)計(jì)算糧食耕地盈虧量、糧食耕地超載指數(shù)和補(bǔ)償系數(shù)，建立了耕地生態(tài)補(bǔ)償模型，通過(guò)量化縣域耕地生態(tài)補(bǔ)償，對(duì)河北省環(huán)京津地區(qū)耕地生態(tài)補(bǔ)償問(wèn)題進(jìn)行了研究。鄖文聚等[7］歸納了中國(guó)耕地目前所面臨的問(wèn)題及不健康類(lèi)型，分析了導(dǎo)致耕地不健康的原因，提出了維護(hù)耕地健康的相關(guān)建議。張虹波等[8］詮釋了土地資源生態(tài)安全的概念，并且對(duì)當(dāng)前土地資源生態(tài)安全的主要研究?jī)?nèi)容及研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，提出了將土地資源生態(tài)安全機(jī)制研究、土地資源生態(tài)安全評(píng)價(jià)和土地資源生態(tài)安全設(shè)計(jì)研究整合起來(lái)進(jìn)行綜合研究的框架體系。李沅澍等[9］以長(zhǎng)沙市為例，建立了土地健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，應(yīng)用SPSS 13.0 軟件分析評(píng)價(jià)了2004—2010 年長(zhǎng)沙市土地健康狀況。國(guó)內(nèi)外關(guān)于耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)的研究已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，但目前耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)多研究中等尺度或大尺度區(qū)域，對(duì)于縣級(jí)及以下的小尺度耕地質(zhì)量評(píng)價(jià)研究較少?；诖耍P者從縣級(jí)尺度出發(fā)，對(duì)洞庭湖區(qū)域的耕地健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 耕地健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建與研究方法

2.1 耕地健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

在耕地健康狀況評(píng)價(jià)中，指標(biāo)的選取決定評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性和全面性。因此，選取指標(biāo)時(shí)要遵循科學(xué)性、綜合性、針對(duì)性和可行性原則，以滿(mǎn)足耕地健康狀況評(píng)價(jià)要求。

筆者依據(jù)PSR（Pressure-State-Response，壓力—狀態(tài)—響應(yīng)）模型，結(jié)合洞庭湖區(qū)域的實(shí)際情況及數(shù)據(jù)的可及性構(gòu)建洞庭湖區(qū)域耕地健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（見(jiàn)表1），以綜合評(píng)價(jià)當(dāng)?shù)馗亟】禒顩r[10］。其中，壓力（Pressure，P）是指人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)環(huán)境造成的影響和破壞。筆者選取城市化水平、單位面積化肥施用量、單位面積農(nóng)藥施用量、耕地面積作為耕地健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的壓力指標(biāo)。狀態(tài)（State，S）是指在特定時(shí)間內(nèi)的環(huán)境狀況。筆者選取糧食單位面積產(chǎn)量、農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和農(nóng)民人均純收入作為耕地健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的狀態(tài)指標(biāo)[11］。響應(yīng)（Response，R）是指為了控制和預(yù)防社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響，個(gè)人和社會(huì)采取的相關(guān)措施。筆者選取有效灌溉比例和作物結(jié)構(gòu)作為耕地健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的響應(yīng)指標(biāo)。

表1 耕地健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 研究方法

筆者根據(jù)實(shí)際情況選取熵權(quán)法確定耕地健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重，采用TOPSIS 模型測(cè)算洞庭湖區(qū)域耕地健康狀態(tài)[12］。

2.2.1 耕地健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重確定

2.2.1.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。為消除各個(gè)指標(biāo)之間的數(shù)量級(jí)差異，筆者采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。計(jì)算公式為

正向指標(biāo)：

2.2.1.2 計(jì)算各指標(biāo)信息熵。根據(jù)信息熵的定義，一組數(shù)據(jù)的信息熵為

2.2.1.3 確定各指標(biāo)權(quán)重。根據(jù)信息熵計(jì)算公式，計(jì)算出各個(gè)指標(biāo)的信息熵為E1，E2，…，Ek。根據(jù)信息熵計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，計(jì)算公式為

2.2.2 耕地健康狀況評(píng)價(jià)綜合值確定。筆者選取TOPSIS 模型測(cè)算洞庭湖區(qū)域的耕地健康狀況。TOPSIS 法是根據(jù)有限個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象與理想化目標(biāo)的接近程度進(jìn)行排序的方法，是在現(xiàn)有的對(duì)象中進(jìn)行相對(duì)優(yōu)劣的評(píng)價(jià)。計(jì)算公式為

式（6）至式（8）中：Z+j為最優(yōu)方案，由Z中每列的最 大 值 構(gòu) 成：Z+=(maxZi1，maxZi2，…，maxZin)；為最劣方案，由Z中每列的最小值構(gòu)成：Z-=(minZi1，minZi2，…，minZin)；Di+為評(píng)價(jià)方案與最優(yōu)方案之間的加權(quán)歐氏距離；Di-為評(píng)價(jià)方案與最劣方案之間的加權(quán)歐氏距離；Ci為評(píng)價(jià)方案與最優(yōu)方案的接近程度，Ci越接近1，表示評(píng)價(jià)對(duì)象越接近最優(yōu)水平[13］。

3 洞庭湖區(qū)域耕地健康狀況評(píng)價(jià)

3.1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來(lái)源

洞庭湖區(qū)域位于長(zhǎng)江中游以南。在行政區(qū)劃上，洞庭湖區(qū)域包括湖南省岳陽(yáng)、華容、湘陰、南縣、安鄉(xiāng)、漢壽、澧縣、臨澧、桃源、望城10 縣，臨湘、沅江、汨羅、津市4 縣級(jí)市，以及岳陽(yáng)市的岳陽(yáng)樓區(qū)、君山區(qū)、云溪區(qū)，益陽(yáng)市的資陽(yáng)區(qū)、赫山區(qū)，常德市的武陵區(qū)、鼎城區(qū)7 區(qū)，共計(jì)21 個(gè)縣（區(qū)、市）。此外，還涉及湖北省的松滋、公安、石首等。洞庭湖區(qū)域擁有15 個(gè)國(guó)營(yíng)農(nóng)場(chǎng)，是我國(guó)重要的商品糧基地。筆者選擇洞庭湖區(qū)域湖南省內(nèi)的21 縣（區(qū)、市）作為研究區(qū)域，將2016—2020 年共5 年的《湖南農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》《湖南統(tǒng)計(jì)年鑒》及研究區(qū)域各地區(qū)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展公報(bào)作為主要數(shù)據(jù)來(lái)源。

3.2 結(jié)果與分析

采用熵權(quán)法計(jì)算耕地健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，結(jié)果如表2所示。

表2 耕地健康狀況評(píng)價(jià)指標(biāo)體系權(quán)重

洞庭湖區(qū)域21個(gè)縣（區(qū)、市）2016—2020年的耕地健康程度如表3 所示，耕地健康指數(shù)分級(jí)如表4 所示。從表3 可以看出，2016 年洞庭湖區(qū)域耕地為健康狀態(tài)的只有桃源縣，其耕地健康指數(shù)為0.608 9；耕地為亞健康狀態(tài)的縣（區(qū)、市）有13 個(gè)，分別為望城區(qū)、岳陽(yáng)縣、華容縣、湘陰市、汨羅市、安鄉(xiāng)縣、漢壽縣、鼎城區(qū)、澧縣、臨澧縣、赫山區(qū)、南縣和沅江市；耕地狀況為不健康的縣（區(qū)、市）有7個(gè)，分別為岳陽(yáng)樓區(qū)、云溪區(qū)、君山區(qū)、臨湘市、武陵區(qū)、津市市、資陽(yáng)區(qū)。2020 年，耕地為健康狀態(tài)的縣（區(qū)、市）的數(shù)量增至7 個(gè)。其中，鼎城區(qū)、漢壽縣、澧縣在2017 年時(shí)耕地健康情況從亞健康轉(zhuǎn)為健康，華容縣、望城區(qū)和南縣分別在2018 年和2020 年達(dá)到健康耕地狀態(tài)。2020 年，耕地為亞健康的縣（區(qū)、市）有11 個(gè)，分別為君山區(qū)、岳陽(yáng)縣、湘陰市、汨羅市、臨湘市、武陵區(qū)、安鄉(xiāng)縣、臨澧縣、資陽(yáng)區(qū)、赫山區(qū)、沅江市；耕地處于不健康狀況的縣（區(qū)、市）下降至3 個(gè)，分別是岳陽(yáng)樓區(qū)、云溪區(qū)和津市市。這可能是因?yàn)槠涑擎?zhèn)化率較高，對(duì)耕地生產(chǎn)水平和健康保護(hù)的重視不足所導(dǎo)致的。綜上可知，洞庭湖區(qū)域各縣（區(qū)、市）的耕地健康指數(shù)在2016—2020年呈逐年上升的趨勢(shì)。

表3 2016—2020年洞庭湖區(qū)域耕地健康程度表

表4 耕地健康指數(shù)分級(jí)表

綜上所述，截至2020 年，洞庭湖區(qū)域大部分縣（區(qū)、市）耕地處于健康狀態(tài)或亞健康狀態(tài)，相比2016年的耕地健康程度有所提高。雖然部分縣（區(qū)、市）仍處于不健康狀態(tài)，如岳陽(yáng)樓區(qū)、云溪區(qū)和津市市，但耕地健康指數(shù)也有所增長(zhǎng)。個(gè)別縣（區(qū)、市）通過(guò)加大農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的投入和減少化肥、農(nóng)藥等的使用，其耕地健康狀況由不健康狀態(tài)提升至亞健康狀態(tài)，如岳陽(yáng)縣、湘陰市等[14］。

4 結(jié)論與建議

筆者采用定性和定量相結(jié)合的方式對(duì)湖南省洞庭湖區(qū)域耕地健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，得到以下結(jié)論。

①2016—2020 年，洞庭湖區(qū)域大部分縣（區(qū)、市）耕地健康程度介于0.4～0.7，其中2020 年耕地健康狀態(tài)為健康的縣（區(qū)、市）有7個(gè)，耕地健康狀態(tài)為亞健康的縣（區(qū)、市）有11 個(gè)，耕地健康狀態(tài)為不健康的縣（區(qū)、市）有3個(gè)（岳陽(yáng)樓區(qū)、云溪區(qū)、津市市）。

②洞庭湖區(qū)域整體的耕地健康指數(shù)由2016 年的0.431 2上升到了2020年的0.521 7，耕地健康指數(shù)達(dá)到0.6以上的區(qū)域基本上分布在洞庭湖區(qū)域的西南部，東部地區(qū)的耕地健康情況仍有待提升。

筆者根據(jù)上述結(jié)論提出如下建議：第一，當(dāng)?shù)卣畱?yīng)嚴(yán)格落實(shí)耕地保護(hù)政策，限制農(nóng)用地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地，并強(qiáng)化重點(diǎn)區(qū)域的耕地健康保護(hù)；第二，在耕地管理中，相關(guān)部門(mén)應(yīng)對(duì)中低產(chǎn)田進(jìn)行綜合改造與治理，引進(jìn)并推廣先進(jìn)的耕作技術(shù)，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，實(shí)現(xiàn)在保護(hù)耕地的基礎(chǔ)上增加糧食產(chǎn)量，維護(hù)國(guó)家糧食安全；第三，當(dāng)?shù)卣畱?yīng)重視耕地污染治理，引導(dǎo)農(nóng)戶(hù)減少化肥、農(nóng)藥的施用量，推廣測(cè)土配方施肥技術(shù)，增施有機(jī)肥；第四，當(dāng)?shù)卣畱?yīng)加大宣傳力度，提升大眾的耕地保護(hù)意識(shí)，形成對(duì)耕地健康的有效監(jiān)督與保護(hù)。