重慶喀斯特山地農(nóng)業(yè)發(fā)展－生態(tài)響應(yīng)評(píng)價(jià)

任　偉　謝世友

摘要：重慶喀斯特山地屬于典型生態(tài)脆弱區(qū)，宜耕地資源不足，土地退化嚴(yán)重，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境承載力、粗放的農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)方式與資源短缺的矛盾突出。該文嘗試將喀斯持山區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展及其影響下的生態(tài)響應(yīng)作為一個(gè)系統(tǒng)。建立農(nóng)業(yè)與生態(tài)發(fā)展協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)體系，利用因子分析法對(duì)重慶37個(gè)區(qū)縣喀斯特山區(qū)進(jìn)行橫向?qū)Ρ群妥R(shí)別，并按綜合得分進(jìn)行分級(jí)。研究發(fā)現(xiàn)重慶喀斯特地區(qū)農(nóng)業(yè)－生態(tài)發(fā)展協(xié)調(diào)度以較差和差為主，分別占總喀斯特面積的71.12％和12.17％，主要分布在渝東北和渝東南典型喀斯特區(qū)縣，這種空間分異是自然基底背景、人為脅迫、經(jīng)濟(jì)科技因素共同作用的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)發(fā)展一生態(tài)響應(yīng)；評(píng)價(jià)體系；因子分析；重慶喀斯特山地

中圖分類號(hào)：X144；S157.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)；0439-8114(2009)02-0324-05

重慶市喀斯特地區(qū)面積為3.28萬(wàn)km²，占國(guó)土面積的39.71％，分布于37個(gè)區(qū)縣，喀斯特類型多樣：渝東北大巴山區(qū)為廣布的三疊系灰?guī)r中山，山高谷深；渝東南低山、丘陵區(qū)發(fā)育有峰叢、峰林、溶丘等典型亞熱帶喀斯特景觀：川東平行嶺谷區(qū)則由于背斜軸部灰?guī)r差異溶蝕，形成獨(dú)特的“一槽二嶺”或“二槽二嶺”槽谷?？λ固刈匀画h(huán)境承災(zāi)能力弱。在不合理人為干擾下石漠化、植被逆向演替、巖溶塌陷、旱、澇、地下水污染等環(huán)境問(wèn)題突出，進(jìn)而嚴(yán)重威脅著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，其農(nóng)業(yè)發(fā)展及其影響下生態(tài)環(huán)境響應(yīng)現(xiàn)狀的識(shí)別和判定能夠?yàn)榄h(huán)境問(wèn)題防治和進(jìn)一步優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)提供客觀依據(jù)。

目前，多元定量評(píng)價(jià)方法有多種，與模糊綜合評(píng)價(jià)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、灰色關(guān)聯(lián)度法等相比，因子分析能夠保證最少的原始信息損失、反映并簡(jiǎn)化原始變量數(shù)據(jù)間的結(jié)構(gòu)及內(nèi)在聯(lián)系，更避免了指標(biāo)權(quán)重確定的主觀隨意性。數(shù)據(jù)獲取上，以往同類型的研究都以喀斯特區(qū)縣行政區(qū)域內(nèi)平均數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，包含了非喀斯特區(qū)部分，本文只以37個(gè)區(qū)縣喀斯特地區(qū)為評(píng)價(jià)單元，用Arcgis9，2軟件從重慶市1:50萬(wàn)地質(zhì)圖上提取出喀斯特區(qū)分布圖，再與重慶市政區(qū)圖疊加，得到評(píng)價(jià)單元空間分布及邊界信息，進(jìn)一步根據(jù)研究需要導(dǎo)人石漠化現(xiàn)狀、用地類型、土壤侵蝕、農(nóng)業(yè)人口密度等數(shù)字化圖件，其他數(shù)據(jù)來(lái)自重慶市相關(guān)部門2006年統(tǒng)計(jì)資料，數(shù)據(jù)收集只針對(duì)喀斯特地區(qū)。

1評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

1．1指標(biāo)選取

喀斯特山地是典型的生態(tài)脆弱區(qū)，其脆弱性可以寬泛理解為喀斯特自然環(huán)境容易遭受和沒(méi)有能力應(yīng)對(duì)各種外界擾動(dòng)(特別是農(nóng)業(yè)用地活動(dòng))是生態(tài)系統(tǒng)對(duì)受擾動(dòng)特征、幅度、速率、適應(yīng)等的函數(shù)，而系統(tǒng)各種生態(tài)暴露狀況則是系統(tǒng)與外力干擾之間聯(lián)系的特征表現(xiàn)?？λ固厣降剞r(nóng)業(yè)一生態(tài)發(fā)展協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)將自然環(huán)境生態(tài)暴露狀況同脆弱性承擔(dān)者和適應(yīng)者的人類社會(huì)結(jié)合起來(lái)才有意義，是一個(gè)包含自然和社會(huì)內(nèi)涵的綜合概念。

目前自然環(huán)境與人類社會(huì)發(fā)展關(guān)系領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的研究方法之一是壓力－狀態(tài)－響應(yīng)模型，本文由于相關(guān)指標(biāo)較多，這里借用該模型思想遵循簡(jiǎn)單及易獲取性原則選取有代表性的指標(biāo)(表1)：一是壓力層次指標(biāo)，包括農(nóng)業(yè)人口密度、人均耕地面積、耕地灌溉率、坡度＞25°坡耕地比例，表征人為作用對(duì)自然環(huán)境的脅迫強(qiáng)度：二是狀態(tài)層次指標(biāo)，包括林地覆蓋率、土壤侵蝕面積比例、輕度石漠化比例、中度石漠化比例、重度及以上石漠比例、糧食單產(chǎn)，用來(lái)反映不合理土地利用下自然環(huán)境的負(fù)反饋及危險(xiǎn)程度：三是社會(huì)經(jīng)濟(jì)響應(yīng)層次指標(biāo)，包括農(nóng)民年人均純收入和貧困人口比例，用來(lái)表征農(nóng)業(yè)土地利用總體效率、效益。另外，土壤及水資源污染程度可以表征人類干擾下污染物質(zhì)的輸入情況，但由于資料缺失，這里暫時(shí)未列入。

1．2主要指標(biāo)狀況

林地比例：喀斯特山地較高的植被覆蓋率是維持生態(tài)平衡的關(guān)鍵，除能有效地涵養(yǎng)水源防止旱澇外，其生物、化學(xué)和物理效應(yīng)還能對(duì)碳酸鹽巖的風(fēng)化成土具有促進(jìn)作用，植被覆蓋的減少和逆向演替使生態(tài)系統(tǒng)的自調(diào)節(jié)功能和承災(zāi)能力下降，成為生態(tài)退化的前兆和根源。許多地區(qū)多年來(lái)的過(guò)度開(kāi)墾及亂砍濫伐、過(guò)度放牧致使植被遭受了嚴(yán)重的破壞。喀斯特區(qū)生態(tài)環(huán)境要處于良性循環(huán)，林地覆蓋率至少要達(dá)到30％。

土壤侵蝕：我國(guó)喀斯特地區(qū)碳酸鹽巖由于結(jié)構(gòu)致密、酸不溶物質(zhì)含量低，成土過(guò)程極其緩慢，土壤淺薄且分布分散(如重慶喀斯特槽谷區(qū)自然土層一般不超過(guò)40cm)，加上C層缺失，土壤先天穩(wěn)定性差。雖然土壤侵蝕絕對(duì)量較黃土高原少得多，但由于土壤極難恢復(fù)，造成的生態(tài)問(wèn)題更加突出，根據(jù)重慶市土壤侵蝕現(xiàn)狀圖，所有喀斯特地區(qū)中土壤侵蝕面積占44％，其中又以強(qiáng)度、中度和輕度侵蝕為主，分別占侵蝕面積的33.24％、32.97％和28.51％，極強(qiáng)度和劇烈侵蝕只占5.23％和1.05％。

石漠化狀況：石漠化是熱帶亞熱帶喀斯特生態(tài)系統(tǒng)退化的終極態(tài)，石漠化的發(fā)生使基巖裸露，土壤變薄，原本相對(duì)肥沃、濕潤(rùn)、陰暗生境逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橥辽?、水少、石多、干旱的生態(tài)環(huán)境，表現(xiàn)在水分貯存量減少和儲(chǔ)存時(shí)間縮短、溫度變化幅度增加等方面，進(jìn)而導(dǎo)致土地生產(chǎn)力嚴(yán)重下降。重慶市目前石漠化面積占總喀斯特面積的28.3％，石漠化程度又以中度、輕度、重度為主。

坡度＞25°坡耕地比：坡度是水土流失重要的控制因子，而斜坡耕作更造成坡面土壤的不穩(wěn)定性，高強(qiáng)度的耕地利用導(dǎo)致3～5年撂荒現(xiàn)象頻繁，根據(jù)水土保持相關(guān)法規(guī)，坡度＞25°地區(qū)已不適宜耕種。

糧食單產(chǎn)：反映了土地質(zhì)量及耕地產(chǎn)出效益，從收集的數(shù)據(jù)來(lái)看，重慶大部分喀斯特區(qū)糧食單產(chǎn)遠(yuǎn)低于全市平均水平，如2005年重慶市平均公頃產(chǎn)量4665kg，而喀斯特區(qū)一般不到4050kg，最低的城口僅2658.75kg。

農(nóng)業(yè)人口密度：喀斯特環(huán)境是脆弱敏感的生態(tài)系統(tǒng)，宜耕地資源不足，土地潛在質(zhì)量差，旱澇頻繁，造成人口承載力低，伴隨人口增加而來(lái)的往往是土地過(guò)度開(kāi)墾、亂砍濫伐和過(guò)度放牧。2005年重慶喀斯特區(qū)人均耕地面積為0.107hm²，遠(yuǎn)高于全重慶市平均的0.069hm²，其中耕地灌溉率僅為20.8％，坡度25°以上順坡耕地占總耕地面積的21.9％，坡耕地面積已占總喀斯特區(qū)土壤侵蝕面積的37.8％，農(nóng)用地開(kāi)發(fā)利用水平較低，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)日益惡化趨勢(shì)明顯。

2研究方法

利用因子分析方法，對(duì)重慶喀斯特山地37個(gè)樣本(喀斯特區(qū)單元)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維，分析過(guò)程在SPSS12.0統(tǒng)計(jì)分析軟件環(huán)境下進(jìn)行，主要步驟為：①為消正負(fù)指標(biāo)意義及單位不同，先將數(shù)據(jù)正向化，同時(shí)對(duì)因子分析可行性進(jìn)行檢驗(yàn)(KMO值＞0.5)；②根據(jù)特征根的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率(80％以上)確定提取因子數(shù)量；③為使評(píng)價(jià)指標(biāo)在各因子上的載荷系數(shù)差異明顯，將初始因子載荷矩陣選用適當(dāng)

方法進(jìn)行旋轉(zhuǎn)：④計(jì)算因子得分及評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合得分，并利用聚類分析法進(jìn)行分級(jí)。

3結(jié)果與分析

3．1指標(biāo)正向化

采用極值法消除正負(fù)指標(biāo)差異。對(duì)于正向指標(biāo)r(Xi)=Xi/Xim，對(duì)于負(fù)向指標(biāo)y(xi)=(Xim-Xi)/(Xim-Xin)，r(ZZ)為某指標(biāo)的正向化值，Zi為某指標(biāo)的實(shí)際值，Xim為某項(xiàng)指標(biāo)中的最大值，Xin為某項(xiàng)指標(biāo)中的最小值，正向化后的值越大表明評(píng)價(jià)對(duì)象在該項(xiàng)指標(biāo)上越接近最先進(jìn)程度。

3．2因子提取

原始變量相關(guān)系數(shù)矩陣的KMO值為0.752，Bartlett球形度顯著性檢驗(yàn)P值為0.000，表明所采用數(shù)據(jù)適合進(jìn)行因子分析，同時(shí)所有指標(biāo)信息提取率除耕地灌溉率為0.68外，其他都大于0.8，即提取的因子能夠很好地反映原信息。根據(jù)因子方差解釋表，前5個(gè)因子累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)83.309％，即反映了總信息的83.309％，我們選取前5個(gè)因子作為公共因子，并采用方差最大正交旋轉(zhuǎn)法對(duì)初始因子載荷矩陣進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。

表2為旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣，可以看出因子1在林地比例、農(nóng)業(yè)人口密度、耕地灌溉率、人均耕地面積、糧食單產(chǎn)、農(nóng)民人均收入及貧困人口比例上載荷較高(絕對(duì)值大小表示載荷高低，符號(hào)表示影響方向)，主要表達(dá)了農(nóng)業(yè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平方面的信息，其方差貢獻(xiàn)率占40％左右，在評(píng)價(jià)體系中重要性最為明顯，其中林地比例、人均耕地面積、農(nóng)業(yè)人口密度為負(fù)，根據(jù)指標(biāo)正向化后的意義，隨著人口規(guī)模的擴(kuò)大，非林用地比例增加，林地覆蓋減少，雖然人均耕地面積有減小的趨勢(shì)，但耕地灌溉率等農(nóng)業(yè)有效基礎(chǔ)投入增加，糧食產(chǎn)量和土地利用效益是增加的：因子2主要反映了輕度和中度石漠化信息，可作為這兩方面在脆弱性中重要性的表征因子，方差貢獻(xiàn)率約為14.6％；因子3、4、5分別在土壤侵蝕面積、重度及以上石漠化比例、坡度＞25°坡耕地比例上具有較大的載荷，而在其他方面反映程度較小，反映了各自在評(píng)價(jià)體系中的重要性。方差貢獻(xiàn)率都約為10％。

3．3綜合得分計(jì)算及分級(jí)

表3為因子得分系數(shù)矩陣，由此可得到各因子關(guān)于變量的線性組合表達(dá)式，需注意的是因子得分系數(shù)矩陣為軟件對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的系數(shù)表達(dá)，必須乘以各變量的標(biāo)準(zhǔn)化值。由此因子1為：F₁=-0.218x₁-0.081x₂-0.049x₃-0.035X₄+0.038x₅-0.101x₆+0.128X₇-0.245x₈-0.174x₉+0.183x₁₀+0.157x₁₁+0.137x₁₂，同理可得F₁、F₂、F₃、F₄、F₅。建立各喀斯特地區(qū)農(nóng)業(yè)-生態(tài)發(fā)展協(xié)調(diào)度計(jì)量模型為：F=(F₁λ₁+F₂λ₂+F₃λ₃+F₄λ₄+F₅λ₅)/0.83309，A為各因子的方差貢獻(xiàn)率，綜合得分越高表明農(nóng)業(yè)發(fā)展與自然生態(tài)協(xié)調(diào)性越好，將綜合得分結(jié)果利用聚類分析法分為5類，分別表示協(xié)調(diào)性較好、良好、一般、差、較差，結(jié)果如表4。

3．4山地農(nóng)業(yè)一生態(tài)發(fā)展協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)分級(jí)結(jié)果及各區(qū)面積，重慶37個(gè)喀斯特地區(qū)農(nóng)業(yè)一生態(tài)發(fā)展協(xié)調(diào)程度從較好到較差級(jí)別分別占總面積的2.93％，2.07％、11.71％、12.17％和71.12％，因此總體橫向上以較差和差為主，且較差地區(qū)面積超過(guò)了2/3，空間上這兩類地區(qū)都分布在渝東北和東南翼，與自然背景及各地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的空間分布高度一致。

1)I級(jí)區(qū)包括長(zhǎng)壽等5個(gè)區(qū)縣的喀斯特地區(qū)，都屬于縣域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)區(qū)。一方面喀斯特地形分布分散，以丘陵為主，海拔低，坡度小，地質(zhì)災(zāi)害少，宜耕地資源相對(duì)豐富，農(nóng)業(yè)發(fā)展的先天條件較好：另一方面，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)發(fā)達(dá)，往往農(nóng)業(yè)有效投入越多，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施越完善，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、多樣化和集約化程度越高，進(jìn)一步提高了農(nóng)業(yè)效率和效益。這些地區(qū)不合理土地利用程度低，對(duì)自然環(huán)境脅迫較弱。

2)Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)區(qū)包括大足等7個(gè)區(qū)縣的喀斯特區(qū)，他們地形同I級(jí)區(qū)相似，同屬農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，但農(nóng)業(yè)人口密度較大特別是大渡口、沙坪壩、江北和北碚等主城區(qū)，接近每平方千米500人，較大的人口規(guī)模導(dǎo)致居住用地、社會(huì)服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施等建設(shè)交通用地規(guī)模不斷擴(kuò)大，農(nóng)用地尤其是耕地?cái)?shù)量急劇減少，可供開(kāi)發(fā)土地潛力與產(chǎn)品提供矛盾突出，土地利用率很高，影響著其他方面的得分。Ⅲ級(jí)區(qū)包括巴南等11個(gè)區(qū)縣的喀斯特區(qū)，在聚類分析中都屬于Ⅲ級(jí)區(qū)，他們的共同特點(diǎn)是大多數(shù)指標(biāo)屬于一般水平，既有得分稍高的指標(biāo)又有得分稍低指標(biāo)。

3)Ⅳ級(jí)和V級(jí)區(qū)這兩個(gè)級(jí)別的喀斯特區(qū)都位于渝東南和東北翼，喀斯特山區(qū)連片分布，海拔高，地形起伏及相對(duì)高差大，由于遠(yuǎn)離侵蝕基準(zhǔn)面，垂向上的地下水循環(huán)顯著，使碳酸鹽巖節(jié)理不斷得以拓寬和加深，地表儲(chǔ)水能力及工程穩(wěn)定性差，地表地下雙層水文結(jié)構(gòu)更加突出，造成水土沿裂隙或落水洞向下運(yùn)動(dòng)，水文過(guò)程變化迅速，水土保持及農(nóng)業(yè)活動(dòng)開(kāi)展限制性較大。渝東北區(qū)縣如城口、巫溪、巫山、奉節(jié)等為大巴山褶皺帶腹地，山高坡陡、灌木叢生、巖體裸露；渝東南區(qū)縣如秀山、武隆、酉陽(yáng)、彭水、黔江屬于云貴高原及鄂西山地的過(guò)渡地帶，喀斯特洼地、干谷、漏斗和落水洞發(fā)育，為典型亞熱帶喀斯特地貌；加上長(zhǎng)江、烏江、大寧河等河流劇烈切割下的破碎地形，獨(dú)特的地貌過(guò)程和類型構(gòu)成了喀斯特山地自然生態(tài)環(huán)境脆弱的基底背景。

另外，這些地區(qū)普遍經(jīng)濟(jì)條件差，農(nóng)業(yè)從業(yè)人口比例大，土地利用模式落后，土壤侵蝕面積比例大，石漠化嚴(yán)重，綜合得分低。如占總喀斯特面積71.12％的農(nóng)業(yè)一生態(tài)發(fā)展協(xié)調(diào)性較差地區(qū)，2005年農(nóng)民年人均純收入為1246元，協(xié)調(diào)性差的地區(qū)為1467元，都大致為重慶市平均水平的1/2。這些地區(qū)農(nóng)業(yè)以種植業(yè)為主，社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況又決定著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、規(guī)模、農(nóng)田基本建設(shè)和經(jīng)營(yíng)管理成本的有效投入，較低的財(cái)力又使各地政府無(wú)力大規(guī)模推行生態(tài)環(huán)境建設(shè)及改善措施。因此，改變落后的農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)模式，完善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和多樣化在延長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈的同時(shí)，可提高生產(chǎn)效率和資源利用率，利于轉(zhuǎn)移勞動(dòng)力和增加農(nóng)民收入。此外，農(nóng)業(yè)科技儲(chǔ)備量是影響喀斯特區(qū)土地利用程度的重要因素，與非喀斯特山地相比，實(shí)行等高耕作、修建水柜溝渠等儲(chǔ)水灌溉設(shè)施、秸稈還田、適生高附加值作物套種，在不同坡位發(fā)展立體生態(tài)農(nóng)業(yè)，不僅可促使農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模和技術(shù)更加有效，更可為喀斯特區(qū)水土流失的治理起到積極作用。然而目前很多喀斯特山區(qū)耕作粗放，農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，土地質(zhì)量下降、耕地撂荒頻繁，人為擾動(dòng)引起的嚴(yán)重石漠化、旱澇等環(huán)境問(wèn)題已成為這些地區(qū)日益嚴(yán)重的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及生態(tài)威脅。

4小結(jié)

本文根據(jù)喀斯特山地具體特征建立了農(nóng)業(yè)一生態(tài)發(fā)展協(xié)調(diào)性評(píng)價(jià)體系，利用因子分析法對(duì)重慶37區(qū)縣的喀斯特山地進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，并建立了計(jì)量綜合模型，較好地解釋了各影響因素的結(jié)構(gòu)差異及其重要性，比較符合重慶喀斯特山地實(shí)際狀況。評(píng)價(jià)結(jié)果表明重慶喀斯特山地農(nóng)業(yè)一生態(tài)發(fā)展協(xié)調(diào)性是以較差和差為主，分布在渝東南和東北翼典型喀斯特區(qū)縣，是自然因素、人為脅迫和經(jīng)濟(jì)科技因素共同作用的結(jié)果。今后在重慶喀斯特山地生態(tài)環(huán)境整治及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中，應(yīng)以已開(kāi)展的典型地區(qū)相關(guān)農(nóng)業(yè)技術(shù)模式研究、示范為基礎(chǔ)，引進(jìn)和探索適合本地的既改善生態(tài)環(huán)境又提高土地利用效益的農(nóng)業(yè)高效發(fā)展模式。另外。由于資料限制，本文評(píng)價(jià)指標(biāo)選取還不夠完善，一定程度上影響了脆弱性評(píng)價(jià)的精度，在以后的研究中有待進(jìn)一步改進(jìn)。

(責(zé)任編輯鄭威)