糧食主產區(qū)耕地生態(tài)安全動態(tài)評價研究進展

摘要：基于多維度的耕地生態(tài)安全評價尤其是動態(tài)評價，已成為近年來研究的熱點和難點。圍繞糧食主產區(qū)的耕地生態(tài)安全動態(tài)評價開展研究，構建了初步指標體系，應用了多種評價模型，精準地模擬了生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢，提出了不同地域和生態(tài)系統(tǒng)類型的耕地生態(tài)安全動態(tài)評價方法、發(fā)展決策支持系統(tǒng)、改進數(shù)據(jù)收集和處理技術。

關鍵詞：生態(tài)安全；動態(tài)評價；耕地；糧食主產區(qū)；進展

中圖分類號：X826 " " 文獻標識碼：A " "文章編號：1674-1161（2024）01-0011-02

國家“十四五”規(guī)劃提出要“加強生態(tài)環(huán)境共保聯(lián)治，著力構筑生態(tài)安全屏障”[1]。糧食主產區(qū)的耕地生態(tài)安全一直是糧食安全和生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。隨著人口增長、氣候變化和農業(yè)活動擴張，耕地生態(tài)系統(tǒng)面臨著日益嚴重的威脅。現(xiàn)有的耕地生態(tài)安全評價方法主要集中在靜態(tài)評價上，然而其往往無法反映出生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化和未來趨勢。由于耕地生態(tài)系統(tǒng)具有高度的動態(tài)性，因此動態(tài)評價方法的發(fā)展成為當前耕地生態(tài)安全研究的一個重要方向。探究耕地生態(tài)安全的動態(tài)評價方法，并結合指標體系來建立適合不同時間尺度的評價模型，以用于捕捉耕地生態(tài)安全的動態(tài)變化，從而為糧食主產區(qū)的農田管理和生態(tài)保護提供更具前瞻性的工具和方法，同時也為全球糧食安全和可持續(xù)發(fā)展問題貢獻新的視角和解決途徑。

1 研究方法分析

1.1 動態(tài)評價方法

1.1.1 短期動態(tài)評價方法 在短期時間尺度內，關注焦點是生態(tài)系統(tǒng)的季節(jié)性和年度變化。一是時序遙感監(jiān)測。利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)來實時監(jiān)測植被覆蓋、土壤濕度等重要指標的變化，可為我們提供有關季節(jié)性生態(tài)系統(tǒng)響應的關鍵信息。二是氣象數(shù)據(jù)分析。氣象數(shù)據(jù)可用于研究季節(jié)性降水、溫度變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響，有助于理解生態(tài)系統(tǒng)的季節(jié)性動態(tài)。三是土壤監(jiān)測。定期的土壤監(jiān)測可提供土壤健康和質量信息，其對短期風險評估至關重要。

1.1.2 中期動態(tài)評價方法 在中期時間尺度內，關注焦點是10 a內的生態(tài)系統(tǒng)趨勢。一是時間序列分析。利用不同年度的遙感數(shù)據(jù)和氣象數(shù)據(jù)，可識別生態(tài)系統(tǒng)的周期性變化和中期趨勢，有助于進一步了解土地覆蓋和植被變化。二是土壤侵蝕建模。利用土壤侵蝕模型，可模擬土壤侵蝕的中期影響，有助于了解土地退化的可能性。三是水質監(jiān)測。對水資源質量的監(jiān)測有助于評估生態(tài)系統(tǒng)對污染的響應，同時可了解中期水資源的健康狀況。

1.1.3 長期動態(tài)評價方法 在長期時間尺度內，需要考慮幾十年甚至更長時間范圍內的生態(tài)系統(tǒng)演變。一是歷史遙感分析。通過分析長期遙感數(shù)據(jù)，可了解土地利用和植被的變化趨勢。二是土地退化監(jiān)測。多年的土壤質量監(jiān)測可識別土地退化的跡象和趨勢。三是長期生態(tài)模型。建立長期生態(tài)模型，可模擬生態(tài)系統(tǒng)的長期變化，包括植被生長、土壤質量等。

1.1.4 數(shù)據(jù)整合和模型應用 實現(xiàn)動態(tài)評價需要整合不同時間尺度的數(shù)據(jù)以建立全面評價，而動態(tài)模型在此過程中可起到關鍵作用。這些模型可整合數(shù)據(jù)，模擬生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化，并提供全面的評價結果。模型可根據(jù)不同時間尺度的數(shù)據(jù)生成預測結果，能幫助決策者更好地理解未來可能產生的風險和生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢。

1.2 指標體系構建

1.2.1 選擇關鍵指標 指標體系的構建始于選擇合適的關鍵指標，這些指標應覆蓋生態(tài)系統(tǒng)的各個方面，包括植被、土壤、水資源、氣象等[2]。在短期評價中，可能需要更強調季節(jié)性變化的指標，如植被覆蓋度和降雨分布；但在中期和長期評價中，土壤質量和水資源等穩(wěn)定性指標可能更重要。

1.2.2 指標權重和關聯(lián) 每個指標的權重應根據(jù)其在生態(tài)系統(tǒng)中的重要性來分配，這就需要專業(yè)意見和多元參與以確保權重分配的合理性。此外，指標之間的關聯(lián)性也需要被考慮到，例如植被覆蓋度和土壤濕度可能具有相關性，這些關聯(lián)性應在權重分配和數(shù)據(jù)分析中被納入。

1.2.3 空間分辨率 評價的空間分辨率十分關鍵。短期評價可能需要高分辨率的數(shù)據(jù)以便捕捉小尺度的生態(tài)變化；中期和長期評價可采用較低分辨率的數(shù)據(jù)以減少數(shù)據(jù)處理的復雜性。但值得注意的是，分辨率的選擇應與評價的目標和實際數(shù)據(jù)的可獲得性相匹配。

1.2.4 時間尺度的適應性 不同時間尺度下的評價需要適應性的指標體系，同時指標的選擇和權重應隨時間尺度的不同而變化。在短期評價中，指標體系可能更注重季節(jié)性和年度變化；而在中期和長期評價中，則更側重中期趨勢和長期演變。

1.2.5 綜合指標 除了單個指標外，綜合指標也非常重要。這些綜合指標可以將各個關鍵指標整合在一起，進而提供對整體生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)的綜合評價。常見的綜合指標包括生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)和生態(tài)系統(tǒng)服務價值，它們可以為政策制定者提供更直觀的決策支持。

1.2.6 數(shù)據(jù)來源和質量 數(shù)據(jù)的來源和質量對于評價的可靠性至關重要，不同時間尺度下的評價可能需要來自不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)，如衛(wèi)星遙感、氣象站、土壤監(jiān)測等。數(shù)據(jù)的準確性和一致性對于評價結果的信任度也具有關鍵作用，因此數(shù)據(jù)的收集和處理過程應嚴格把控。

1.2.7 定期更新 隨著時間的推移，指標體系應定期更新以反映生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化。為確保信息的時效性和可操作性，不同時間尺度下的評價可能需要每年、每季或更頻繁地更新數(shù)據(jù)和評價結果。

1.2.8 專業(yè)意見和多元參與 在指標體系的構建過程中，專業(yè)意見和多元參與至關重要。為確保評價方法的全面性和可操作性，生態(tài)學家、農業(yè)專家、政策制定者和農業(yè)生產人員等不同利益相關者的意見都可以為指標體系的合理性和適用性提供重要參考。

1.3 評價模型建立

1.3.1 模型選擇 評價模型的選擇應考慮不同時間尺度的評價需求。在短期評價中，可能需要時間序列分析模型以用于捕捉季節(jié)性變化；在中期評價中，土壤侵蝕模型和水質模型可能更適用；在長期評價中，需要綜合性的生態(tài)系統(tǒng)模型，其可以模擬多年的變化趨勢。

1.3.2 數(shù)據(jù)整合 模型需要能夠整合不同時間尺度的數(shù)據(jù)，包括遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、土壤監(jiān)測數(shù)據(jù)等，這就要求對數(shù)據(jù)進行標準化設置和處理，從而確保數(shù)據(jù)的一致性和可比性。為反映生態(tài)系統(tǒng)的復雜性，模型的輸入數(shù)據(jù)應具備足夠的時空分辨率。

1.3.3 模型參數(shù)化 模型參數(shù)的設定需要基于現(xiàn)實數(shù)據(jù)和專家意見。模型的參數(shù)化可根據(jù)不同時間尺度的評價需求來進行調整，而參數(shù)化的關鍵是準確地捕捉生態(tài)系統(tǒng)的響應和變化，以便提供可信賴的評價結果。

1.3.4 模型驗證 評價模型的驗證是確保其可靠性的關鍵步驟，這可通過將模型的預測結果與實際觀測數(shù)據(jù)進行比較來完成。模型的驗證應覆蓋不同時間尺度，從而確保模型在各種情況下的適用性。

2 討論

2.1 動態(tài)評價方法

研究中采用了不同的時間尺度進行動態(tài)評價，包括短期、中期和長期評價。這種多時間尺度的方法有助于更全面地了解生態(tài)系統(tǒng)的演變，然而時間尺度的選擇仍然是一個重要問題。不同的農田管理決策需要不同時間尺度的信息，因此需要根據(jù)具體決策需求來選擇最適合的時間尺度。未來的研究可以探討如何根據(jù)決策背景和目標來靈活選擇時間尺度，以此來平衡實用性和準確性。

2.2 指標體系構建

研究中使用了植被覆蓋率、降雨量、土壤濕度和平均氣溫等指標來評價生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)，然而這是一個初步的指標體系，還需要進一步完善。未來的研究可以考慮包括更多的與生態(tài)系統(tǒng)健康相關的指標，如土壤質量、生物多樣性和土地覆蓋類型。此外，還可以研究如何為不同的地域和生態(tài)系統(tǒng)類型構建適用的指標體系，從而更好地滿足不同地區(qū)和環(huán)境的需求。

2.3 評價模型建立

研究中使用了不同的模型來評價生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)，包括遙感模型、氣象模型和土壤水分模型。這些模型在不同時間尺度的評價中發(fā)揮了重要作用，然而模型的準確性和穩(wěn)定性仍然是一個挑戰(zhàn)。未來的研究可以進一步改進這些模型，提高它們的性能，從而使其能更精確地模擬生態(tài)系統(tǒng)的變化。

3 結論

3.1 建立了多時間尺度評價方法

建立了短期、中期和長期的評價方法，以用于支持農田管理者根據(jù)不同的決策需求來評估生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)。這種多時間尺度方法的建立為決策者提供了更靈活的工具，有助于更好地應對生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)變化[3]。

3.2 初步構建了指標體系

提出了包括植被覆蓋率、降雨量、土壤濕度和平均氣溫在內的初步指標體系，以用于評價生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)。這為今后的研究和實際應用提供了指導，同時也強調了指標體系的靈活性和改進需求。

3.3 開展了評價模型應用

成功地應用了遙感模型、氣象模型和土壤水分模型等模型以評估生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)，這為研究提供了有力的工具，有助于更精確地模擬生態(tài)系統(tǒng)的變化趨勢。

參考文獻

[1] 羅海平，李卓雅，王佳鋮.基于PSR模型的中國糧食主產區(qū)農業(yè)生態(tài)安全評價及障礙因素診斷[J].統(tǒng)計與信息論壇，2022，37（1）：22-33.

[2] 宋蕾，胡振琪，李峰.煤炭開采的生態(tài)補償機制研究[J].煤炭經濟研究，2006（10）：4-7+10.

[3] 黃俊樺.大數(shù)據(jù)技術在生態(tài)環(huán)境保護中的應用價值[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2021（8）：126-127.

Research Progress on Dynamic Assessment of Cultivated Land Ecological Security in Major Grain Producing Areas

MA Liangliang

（Liaoning Agricultural Development Service Center， Shenyang 110033， China）

Abstract： Cultivated land ecological security evaluation based on multiple dimensions， especially dynamic evaluation， has become a hot and difficult research topic in recent years. The research focused on the dynamic evaluation of cultivated land ecological security in major grain producing areas， established a preliminary index system， applied a variety of evaluation models， accurately simulated the changing trend of the ecosystem， and put forward dynamic evaluation methods of cultivated land ecological security in different regions and ecosystem types， the development of decision support system， and the improvement of data collection and processing technology.

Key words： ecological security; dynamic evaluation; cultivated land; major grain producing area; progress