基于能值分析的甘肅省耕地可持續(xù)利用時(shí)空分異研究

倪廣亞,劉學(xué)錄

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

基于能值分析的甘肅省耕地可持續(xù)利用時(shí)空分異研究

倪廣亞,劉學(xué)錄

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

【目的】 研究甘肅省耕地可持續(xù)利用的時(shí)間變化規(guī)律和空間分異特征，為甘肅土地利用總體規(guī)劃及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)?！痉椒ā?利用2005-2011年甘肅省及縣(區(qū))土地利用變更資料和社會(huì)經(jīng)濟(jì)資料，采用能值分析方法，在構(gòu)建耕地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系基礎(chǔ)上，對(duì)2005-2010年甘肅省以及2010年甘肅省各縣(區(qū))的耕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)行可持續(xù)利用評(píng)價(jià)；在Geoda和Arcgis軟件支持下，對(duì)甘肅省各縣(區(qū))耕地可持續(xù)利用綜合指數(shù)空間格局進(jìn)行分析，對(duì)耕地利用分區(qū)，探討耕地可持續(xù)利用的空間分異特征?！窘Y(jié)果】 2005-2010年甘肅省耕地可持續(xù)利用呈波動(dòng)性發(fā)展，其中生產(chǎn)穩(wěn)定性指數(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)、社會(huì)接受性指數(shù)總體提高，但生態(tài)合理性指數(shù)總體降低。2010年甘肅省各縣(區(qū))耕地可持續(xù)利用綜合指數(shù)總體較低，且縣(區(qū))耕地可持續(xù)利用綜合指數(shù)差異明顯，將甘肅省劃分為河西區(qū)、隴東區(qū)、隴南區(qū)、甘南區(qū)、隴西區(qū)5個(gè)耕地利用區(qū)，耕地可持續(xù)利用綜合指數(shù)依次降低?！窘Y(jié)論】 時(shí)間和空間變化特征都說明甘肅省耕地的可持續(xù)利用主要受生態(tài)合理性限制，為提高耕地可持續(xù)利用，必須提高耕地自身質(zhì)量等級(jí)，改善耕地外部環(huán)境，促進(jìn)耕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)由能值密集型向能值安全高效型轉(zhuǎn)變。

可持續(xù)利用評(píng)價(jià)；能值分析；空間聚集格局；時(shí)序研究；耕地；甘肅省

在城市化進(jìn)程中，地區(qū)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和生態(tài)環(huán)境結(jié)構(gòu)發(fā)生了一系列變化，其中耕地可持續(xù)利用已成為國內(nèi)外共同關(guān)注的課題。近年來，國內(nèi)外學(xué)者采用能值分析法對(duì)耕地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)進(jìn)行了諸多研究。Beesley等[1]計(jì)算了歐洲波羅的海流域地區(qū)29個(gè)大城市耕地的能值生態(tài)足跡，并對(duì)耕地可持續(xù)利用進(jìn)行了評(píng)價(jià)，指出耕地的過度利用已威脅耕地生態(tài)安全；Rasual等[2]采用能值方法，從生產(chǎn)條件、生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)孟加拉國的耕地可續(xù)利用進(jìn)行了評(píng)價(jià)。施開放等[3]基于耕地生態(tài)足跡對(duì)重慶市耕地生態(tài)承載力及可持續(xù)利用進(jìn)行了分析；徐慧等[4]對(duì)2000-2008年江蘇省沿海地區(qū)耕地系統(tǒng)進(jìn)行了能值分析及可持續(xù)利用評(píng)價(jià)；舒邦榮等[5]采用能值分析法，對(duì)南京市耕地可持續(xù)利用進(jìn)行了評(píng)價(jià)。通過對(duì)以上文獻(xiàn)分析可知，已有研究在評(píng)價(jià)耕地可持續(xù)利用時(shí)，多集中于耕地承載力變遷、時(shí)間演變規(guī)律或空間分異規(guī)律，且對(duì)西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)尤其是甘肅省的研究較少?；诖耍狙芯吭谀苤底阚E分析的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建耕地可持續(xù)利用指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法對(duì)2005-2010年甘肅省耕地可持續(xù)利用進(jìn)行評(píng)價(jià)，分析耕地可持續(xù)利用的時(shí)間變化，采用空間自相關(guān)分析法,并結(jié)合Arcgis,對(duì)2010年甘肅省87個(gè)縣(區(qū))的耕地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分區(qū)，探討耕地可持續(xù)利用的空間分異特征和原因，旨在為甘肅省土地利用總體規(guī)劃及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和決策支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)來源

甘肅省地處西北內(nèi)陸，位于北緯32°11′～42°57′，東經(jīng)92°13′～108°46′；轄14個(gè)地(州、市)，87個(gè)縣(區(qū))，面積4.544×107hm2[6]。2010年，甘肅省總?cè)丝? 719.23萬人，農(nóng)村人口2 087.61萬人，耕地面積3.493 8×106hm2，以土地總面積的7.68%貢獻(xiàn)了國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值的9.23%。甘肅省擁有典型的大陸性氣候特征，大部分氣候干燥，年均降雨量為280.7 mm，日照充足，日夜溫差較大；地處青藏、蒙新、黃土三大高原交匯處，地貌類型復(fù)雜多樣，山地和高原面積約占甘肅省總面積70%以上，戈壁和沙漠面積約占甘肅省總面積的14.99%；從南到北有北亞熱帶、暖溫帶、中溫帶3個(gè)氣候類型；從東南向西北依次形成濕潤、半濕潤、半干旱和干旱4個(gè)類型區(qū)[6]。太陽輻射量(4.438×106)～(6.615×106) kJ/(m2·年)，年平均氣溫0～14 ℃，大部分農(nóng)區(qū)積溫≥10 ℃，可保證農(nóng)作物一年一熟或兩年三熟[7]。

本研究對(duì)甘肅省耕地可持續(xù)利用的時(shí)序變化和空間分異進(jìn)行分析時(shí)，數(shù)據(jù)來源于2006-2011年《甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒》、2006-2011《甘肅省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《甘肅省農(nóng)業(yè)技術(shù)手冊(cè)》、2011年甘肅省各縣區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒、2011年各縣區(qū)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒及其他相關(guān)研究成果、統(tǒng)計(jì)資料以及規(guī)劃資料。各縣區(qū)耕地利用數(shù)據(jù)和行政區(qū)劃圖由甘肅省規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院提供。

1.2 研究方法

1.2.1 能值分析理論及其在耕地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)中的應(yīng)用 能值分析理論是美國著名生態(tài)學(xué)家OdumH T 基于生態(tài)足跡模型，將系統(tǒng)生態(tài)、能量生態(tài)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)理論相結(jié)合，創(chuàng)立的生態(tài)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)研究方法[8]。它將各種資源、產(chǎn)品或勞務(wù)轉(zhuǎn)化為可直接或間接應(yīng)用的太陽能，使太陽能焦耳(Solar emergy joules，sej)成為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)單位，以定量地分析生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)要素價(jià)值[8]。能值分析理論，使轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)單位的能量流、物質(zhì)流、貨幣流具有可比性和可加性，在自然資源生態(tài)系統(tǒng)與人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)間建立了橋梁。

本研究中耕地利用系統(tǒng)的能值分析步驟為:①確定耕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)邊界和內(nèi)容；②收集、整理耕地利用相關(guān)基礎(chǔ)資料；③編制耕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析表；④選擇耕地系統(tǒng)能值分析指標(biāo)；⑤對(duì)基于能值理論建立的指標(biāo)體系進(jìn)行分析。

1.2.2 空間自相關(guān)分析 空間自相關(guān)分析主要思想源于地理學(xué)第一定律，即地理事物或?qū)傩栽诳臻g分布上互為相關(guān)，存在集聚、隨機(jī)、規(guī)則分布。一個(gè)空間單元內(nèi)的信息與周圍單元有相似性，反映了一個(gè)區(qū)域單元上某種地理現(xiàn)象或某一屬性與鄰近區(qū)域單元上同一現(xiàn)象或?qū)傩韵嚓P(guān)的程度，包括全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)2大類[9-10]。全局空間自相關(guān)常利用Moran’sI指數(shù)判斷某現(xiàn)象或?qū)傩灾翟谡麄€(gè)區(qū)域上是否存在聚集特性。局部自相關(guān)是在判定全局自相關(guān)后，對(duì)局部區(qū)域單元上的某種地理現(xiàn)象或?qū)傩缘目臻g異質(zhì)性進(jìn)行度量，進(jìn)而推算聚集地的空間位置和范圍[9，11]。全局空間自相關(guān)中Moran’sI指數(shù)的計(jì)算公式為：

Moran’sI指數(shù)的取值為-1～1，Moran’sI指數(shù)<0，表示負(fù)相關(guān)；Moran’sI指數(shù)>0，表示正相關(guān)；Moran’sI指數(shù)=0時(shí)，表示不相關(guān)。

常用空間聯(lián)系的局部指標(biāo)(local indicators of spatial association，LISA)聚集圖顯示各個(gè)區(qū)域單元空間自相關(guān)的程度。用LISA 值判定局域空間自相關(guān)時(shí)，有4種類型:1) High-High:是通過顯著性檢驗(yàn)的單元為高值集聚中心，說明該單元屬性值和周圍單元屬性值均較高，二者的空間相關(guān)性較高；2) Low-Low:是通過顯著性檢驗(yàn)的單元為低值集聚中心，說明該單元屬性值和周圍單元屬性值均較低，二者空間差異較??；3)High-Low:是通過顯著性檢驗(yàn)的高值孤立單元，說明該單元屬性值高而周圍單元屬性值低，二者空間差異較大;4) Low-High:是通過顯著性檢驗(yàn)的低值孤立單元,說明該單元屬性值低而周圍單元屬性值高，二者空間差異較大。本研究利用Geoda軟件計(jì)算不同指標(biāo)的LISA值，之后利用Arcgis軟件繪制LISA聚集圖。

1.2.3 能值的計(jì)算 根據(jù)OdumH 創(chuàng)建的能量圖例[12]，結(jié)合甘肅省耕地利用實(shí)踐，選擇各種投入產(chǎn)出要素項(xiàng)目,建立耕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)框架。耕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的能量結(jié)構(gòu)包括：①可更新資源能值(R),包括太陽輻射能、雨水化學(xué)能、土壤有機(jī)能、雨水勢(shì)能、風(fēng)能、灌溉能；②不可更新資源能值(N),包括表層土損失能值；③工業(yè)輔助能值(F),包括氨肥、磷肥、鉀肥、復(fù)合肥能值以及薄膜能、農(nóng)藥能、生產(chǎn)用電、機(jī)械能值；④有機(jī)輔助能值(T),包括勞動(dòng)力、有機(jī)綠肥和種子能值；⑤輸出能值(O),包括各種作物的能值。①、②、③、④之和為總投入能值，⑤中各種作物能值之和為總輸出能值。各要素太陽能值(sej)=原始數(shù)據(jù)×能量折算系數(shù)(J/kg)×能值轉(zhuǎn)換率(sej/J或sej/g)，其中各要素的能量折算系數(shù)、能值轉(zhuǎn)換率見文獻(xiàn)[3-5,12-14]。計(jì)算的甘肅省耕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值見表1。

1.3 耕地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建與分析 耕地可持續(xù)利用涉及面廣，內(nèi)涵豐富，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系設(shè)計(jì)不僅要符合耕地可持續(xù)利用內(nèi)涵，而且要客觀全面地反映區(qū)域耕地實(shí)際利用情況。本研究根據(jù)FAO頒布的可持續(xù)土地利用評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，即土地生產(chǎn)性、土地安全性、水土資源保護(hù)性、經(jīng)濟(jì)可行性和社會(huì)可接受性[15],借鑒相關(guān)研究成果[16]，遵循系統(tǒng)性、相對(duì)完備性、科學(xué)性、客觀性、診斷性、預(yù)見性原則，結(jié)合甘肅省耕地利用實(shí)踐，構(gòu)建耕地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2)。

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系由能值指標(biāo)構(gòu)建。生產(chǎn)穩(wěn)定性方面，C11=灌溉能值/耕地面積，單位面積耕地灌溉能值越高，灌溉保障率越高；C12=O/(R+N)，體現(xiàn)區(qū)域利用自然資源的效率，其值越大說明自然資源利用的越充分；甘肅省的主要糧食作物為小麥、玉米、稻谷，C13=(小麥能值+玉米能值+稻谷能值)/能值產(chǎn)出，其體現(xiàn)了糧食生產(chǎn)安全性。

生態(tài)合理性方面，C21=(N+F)/(R+T)，較高的環(huán)境負(fù)載率表明在經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中存在高強(qiáng)度的能值利用，說明科技發(fā)展水平較高，同時(shí)人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的壓力也較大，系統(tǒng)若長期處于高不可更新資源投入負(fù)載下，系統(tǒng)平衡容易遭到破壞，因而C21對(duì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的運(yùn)行具有預(yù)警作用；C22=凈能值產(chǎn)出率/環(huán)境負(fù)載率，從該公式可以看出，某個(gè)地區(qū)環(huán)境負(fù)載率較低而同時(shí)凈能值產(chǎn)出較高，則表明該地區(qū)發(fā)展是可持續(xù)的，反之則不可持續(xù)，但并非可持續(xù)發(fā)展指數(shù)越大，可持續(xù)發(fā)展能力越強(qiáng)，本研究認(rèn)為，C22為1～10時(shí)表明系統(tǒng)發(fā)展充滿活力，C22值大于10則表明系統(tǒng)發(fā)展是不可持續(xù)的[14]；C23=工業(yè)輔助能值/耕地面積，由于工業(yè)輔助能為直接或間接化石能源，生態(tài)環(huán)境對(duì)工業(yè)輔助能值的承載能力有限，當(dāng)工業(yè)輔助能值過高時(shí)會(huì)影響生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定。

經(jīng)濟(jì)可行性方面，C31=O/(R+N+F+T)，其代表投入能值的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，其值越高代表產(chǎn)出效益越好；C32=(R+N+F+T)/耕地面積，表示耕地集約利用水平。社會(huì)接受性方面，C41=能值產(chǎn)出/農(nóng)村人口，C42=能值產(chǎn)出/耕地面積，兩者數(shù)值越高則表示人民生活水平越好。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘肅耕地可持續(xù)利用的時(shí)序變化

根據(jù)表1、表2中的數(shù)據(jù)計(jì)算甘肅省耕地利用的生產(chǎn)穩(wěn)定性指數(shù)、生態(tài)合理性指數(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)、社會(huì)接受性指數(shù)、可持續(xù)發(fā)展綜合指數(shù)，結(jié)果見表3。

表3表明，2005-2010年，甘肅省耕地生產(chǎn)穩(wěn)定性指數(shù)總體呈增加趨勢(shì)。這主要是因?yàn)?，甘肅省不斷加大農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)科技投入，生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提升；但耕地的生態(tài)合理性指數(shù)總體下降，是因?yàn)楣I(yè)輔助能值(F)和不可更新資源能值(N)的投入總量在不斷增加；此外，高強(qiáng)度的工業(yè)輔助能值投入和土地資源損耗，使得區(qū)域環(huán)境所承受的壓力越來越大，使得甘肅生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了不可逆轉(zhuǎn)的功能退化。2005-2010年，甘肅省耕地利用的社會(huì)接受性指數(shù)平穩(wěn)提升。這主要是因?yàn)槿司a(chǎn)足跡和耕地產(chǎn)出能值密度保持穩(wěn)定增長，人民生活水平不斷提高所致。

表3和表4表明，2005-2010年甘肅省耕地利用經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)總體增加。2005年，生產(chǎn)要素能值投入密度為5.133 8×1015sej/hm2，2010年為6.145 9×1015sej/hm2，較2005年增長了19.71%，這說明耕地生產(chǎn)集約度不斷提升。2005-2010年投入產(chǎn)出效能指數(shù)為1.033 0～1.182 6，其未能隨著生產(chǎn)要素能值投入密度的增加而增大，說明生產(chǎn)要素能值投入存在集約不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象。

生產(chǎn)要素能值總投入包括可更新資源能值(R)、不可更新資源能值(N)、工業(yè)輔助能值(F)、有機(jī)輔助能值(T)，分別計(jì)算R、N、F、T占生產(chǎn)要素能值總投入的比例，結(jié)果見表5。由表5可知，2005-2010年，可更新資源能值(R)、工業(yè)輔助能值(F)所占比例均較高，不可更新資源能值(N)、有機(jī)輔助能值(T)所占比例均較低，投入結(jié)構(gòu)不合理?？芍I(yè)輔助能的部分資源未充分利用，增加了環(huán)境壓力，此外有機(jī)肥等投入不足，不能及時(shí)補(bǔ)充土壤肥力，造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降，影響耕地生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 甘肅耕地可持續(xù)利用的空間分異特征

利用2010年甘肅省各縣(區(qū))的基礎(chǔ)資料和數(shù)據(jù)，采用能值方法，分別計(jì)算甘肅省87個(gè)縣(區(qū))的耕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2)，對(duì)各縣(區(qū))耕地可持續(xù)利用進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見圖1。由圖1知，甘肅省各縣(區(qū))的可持續(xù)利用綜合指數(shù)普遍較低，其中有44個(gè)縣(區(qū))綜合指數(shù)在0.75以下；且各縣(區(qū))耕地可持續(xù)利用綜合指數(shù)存在明顯差異。

為深入研究甘肅省各縣(區(qū))耕地可持續(xù)利用分布特點(diǎn)，引入空間自相關(guān)和局域自相關(guān)分析，對(duì)耕地可持續(xù)利用情況相近的縣(區(qū))進(jìn)行歸類。對(duì)縣(區(qū))耕地的生產(chǎn)穩(wěn)定性指數(shù)、生態(tài)合理性指數(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)、社會(huì)接受性指數(shù)、可持續(xù)利用綜合指數(shù)進(jìn)行空間聚集性判定，經(jīng)計(jì)算可知以上5個(gè)指標(biāo)的Moran’sI指數(shù)分別為0.443 4，0.309 8，0.209 1，0.202 3，0.488 6，其中耕地生產(chǎn)穩(wěn)定性指數(shù)和可持續(xù)利用綜合指數(shù)的結(jié)果通過Two-Tailed雙側(cè)顯著性檢驗(yàn)(P≤0.05)。說明各項(xiàng)耕地可持續(xù)利用指數(shù)在甘肅省域內(nèi)存在空間相關(guān)性，其中甘肅省耕地的生產(chǎn)穩(wěn)定性指數(shù)、可持續(xù)利用綜合指數(shù)空間相關(guān)性顯著。

進(jìn)一步制作LISA聚集圖以反映各縣(區(qū))空間自相關(guān)程度。采用 Geoda 軟件計(jì)算2010年甘肅省生產(chǎn)穩(wěn)定性指數(shù)、可持續(xù)利用綜合指數(shù)的 LISA 值，結(jié)合 Arcgis 軟件繪制 LISA聚集圖( 圖2-a和圖2-b)。

由圖2-a和圖2-b可知，河西、隴東存在部分高值(High-high)聚集區(qū)，隴南、隴西存在部分低值(Low-Low)聚集區(qū)。由上述分析知,甘肅省耕地利用存在明顯的區(qū)域差異，大致分為河西、隴東、隴南、隴西、甘南等不同的區(qū)域。為充分了解耕地利用空間分布狀況，維護(hù)耕地可持續(xù)利用政策的普適性，根據(jù)縣(區(qū))耕地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)結(jié)果和LISA聚集圖，結(jié)合地形地貌、土壤、人類活動(dòng)等影響因素,采用Arcgis軟件，將圖2-a和圖2-b疊置，將甘肅耕地劃分為有別于傳統(tǒng)概念中的“河西、隴東、隴南、隴西、甘南”5個(gè)分區(qū) (圖3),具體范圍如下。

1)隴東區(qū)：包括慶陽地區(qū)全部以及平?jīng)鍪械尼轻紖^(qū)、涇川、靈臺(tái)、崇信和華亭。

2)隴西區(qū)：包括蘭州市，臨夏州全部地區(qū)，白銀市的白銀區(qū)、平川、靖遠(yuǎn)、會(huì)寧，平?jīng)鍪械撵o寧、莊浪，定西地區(qū)的安定、通渭、隴西、渭源、臨洮、漳縣,天水市的甘谷、武山、秦安。

3)隴南區(qū)：包括隴南市全部地區(qū)，甘南州的舟曲縣，天水市的秦州、麥積、清水、張家川。

4)甘南區(qū)：包括甘南州的合作、夏河、臨潭、卓尼、迭部、瑪曲、碌曲以及定西的岷縣。

5)河西區(qū)：包括酒泉、張掖、武威、金昌、嘉峪關(guān)五地的全部縣(區(qū))以及白銀的景泰縣。

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2)，對(duì)同一分區(qū)的各縣(區(qū))耕地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的各項(xiàng)指數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表6和表7。

表6和表7表明，2010年甘肅省河西區(qū)耕地可持續(xù)利用綜合指數(shù)最高。這是因?yàn)楹游鲄^(qū)的土壤類型主要為灌耕土和潮土，灌溉主要依靠石羊河、黑河、疏勒河河水。灌溉水源豐富、土壤肥力高和生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展較快都保障了該地區(qū)耕地生產(chǎn)的穩(wěn)定性。此外，耕地生產(chǎn)穩(wěn)定、生產(chǎn)要素能值高投入保障了該地區(qū)耕地利用的經(jīng)濟(jì)可行性和社會(huì)接受性均較高。但生產(chǎn)要素能值高投入加大了環(huán)境壓力，2010年河西區(qū)的環(huán)境負(fù)載率為1.651 2，遠(yuǎn)高于甘肅省平均水平1.068 4。2010年河西區(qū)單位面積耕地工業(yè)輔助能值投入為5.568 3×1015sej/hm2，隴東區(qū)的為2.588 7×1015sej/hm2,河西區(qū)的工業(yè)輔助能投入是隴東區(qū)的2倍左右，但兩區(qū)的投入產(chǎn)出效能指數(shù)相近，說明河西區(qū)的工業(yè)輔助能值投入存在集約不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象。

表7表明，2010年隴東區(qū)、隴南區(qū)和隴西區(qū)的耕地可持續(xù)利用綜合指數(shù)依次遞減。隴東區(qū)地表水凈流量小，水勢(shì)低但是地勢(shì)高，水源利用困難，但該區(qū)的耕作土壤為甘肅省最優(yōu)良的黑壚土，一定程度上彌補(bǔ)了灌溉水源不足導(dǎo)致的耕地生產(chǎn)不穩(wěn)定性。隴南區(qū)地跨黃河、長江水系，水熱資源相對(duì)豐富，但耕地坡度大且地塊分散，水源利用困難。在隴西區(qū)，過境水源豐富，尚能滿足河谷川地的灌溉，但難以解決山區(qū)作物的灌溉問題；該區(qū)的耕地利用生態(tài)合理性指數(shù)最低，原因是該區(qū)耕地耕作歷史長，墾殖強(qiáng)度大，生態(tài)環(huán)境惡化顯著。雖然隴南區(qū)、隴西區(qū)的灌溉條件、生產(chǎn)資料投入大致相同，但隴西區(qū)的投入產(chǎn)出效能指數(shù)極低(0.862 9)。說明耕地生態(tài)環(huán)境的長期惡化，使生產(chǎn)要素能值投入得不到有效利用，耕地生產(chǎn)能力退化，輸出能值低于投入能值，最終影響了耕地的可持續(xù)利用。隴南區(qū)的耕地可持續(xù)利用綜合指數(shù)比隴東低，是因?yàn)殡m然隴南區(qū)灌溉水源豐富，但地陡、土壤貧瘠致使耕地產(chǎn)出較低，人口密度較大。由以上分析可知，灌溉水源貧乏及利用困難、土壤質(zhì)量低下是影響耕地可持續(xù)利用的重要因素。

由表7還可知，2010年甘南區(qū)耕地可持續(xù)利用狀況相對(duì)良好。這是因?yàn)楦誓蠀^(qū)地跨黃河、長江，水資源豐富，但氣候寒冷潮濕，耕地灌溉面積較小，復(fù)種指數(shù)低，故生產(chǎn)穩(wěn)定性低；此外，受牧區(qū)文化影響，該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)粗放，單位面積耕地工業(yè)輔助能投入最低，產(chǎn)出效益低。同時(shí)，由于耕地利用過程中人為干擾程度輕，該區(qū)生態(tài)合理性指數(shù)相對(duì)較高。

綜上可知，河西區(qū)的耕地利用狀況說明，只有耕地生產(chǎn)穩(wěn)定，才有條件創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)可行性和社會(huì)接受性；隴西區(qū)耕地利用狀況說明，耕地利用過程中必須以生態(tài)合理性為前提，否則只能獲得暫時(shí)的生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益。因此，耕地利用過程中的生產(chǎn)穩(wěn)定性、生態(tài)合理性、經(jīng)濟(jì)可行性、社會(huì)接受性是環(huán)環(huán)相扣的，而且生態(tài)合理性是保障，生產(chǎn)穩(wěn)定性是基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)可行性和社會(huì)接受性是動(dòng)力。

3 結(jié)論與建議

從時(shí)間上評(píng)價(jià)可知，2005-2010年，甘肅省耕地利用的生產(chǎn)穩(wěn)定性指數(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性指數(shù)和社會(huì)接受性指數(shù)總體上呈增加趨勢(shì)，但生態(tài)合理性指數(shù)總體呈降低趨勢(shì)。雖然甘肅省的耕地具有生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益，但存在生產(chǎn)要素投入不經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象，有機(jī)輔助能值投入較少,生產(chǎn)投入結(jié)構(gòu)不合理，耕地長期的輸出能值大于投入能值，造成耕地生態(tài)系統(tǒng)儲(chǔ)存能值降低，導(dǎo)致生態(tài)合理性降低，從而影響耕地可持續(xù)利用。

在空間分布上，甘肅河西區(qū)、隴東區(qū)、隴南區(qū)、甘南區(qū)、隴西的耕地資源可持續(xù)利用狀況逐漸變差。甘肅省的地形地貌、降雨、土壤、氣候具有明顯的地域性。自然資源的差異以及人類活動(dòng)是耕地可持續(xù)利用空間分異的主要原因。為了促進(jìn)耕地可持續(xù)利用，對(duì)耕地利用進(jìn)行分區(qū)，因地制宜，揚(yáng)長避短，對(duì)耕地利用提出以下建議：河西區(qū)，應(yīng)當(dāng)控制灌溉定額，積極改進(jìn)耕作制度，科學(xué)定位縣(區(qū))耕地的生產(chǎn)方式，使該地區(qū)耕地利用逐步向安全高效能值型轉(zhuǎn)變。隴東區(qū)，受水資源限制較大，可以通過引水、調(diào)水、蓄水解決灌溉水源，加大坡耕地的建設(shè)力度，增加有機(jī)肥施用量，增強(qiáng)耕地土壤的蓄水、保熵、保肥能力，在保證耕地生產(chǎn)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，使耕地利用逐漸向安全高效能值型轉(zhuǎn)變。隴南區(qū)，水熱條件較好，但是灌溉水源、工業(yè)輔助能投入較低，主要因?yàn)榻煌l件落后、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，農(nóng)業(yè)發(fā)展受限，應(yīng)當(dāng)穩(wěn)定和改善耕地地力，發(fā)展立體型農(nóng)業(yè)，豐富能值結(jié)構(gòu)。隴西區(qū)，當(dāng)務(wù)之急是積極提高耕地地力，長期的生產(chǎn)歷史活動(dòng)，使得該區(qū)耕地的生態(tài)合理性很低，土地生態(tài)環(huán)境亟需改善，應(yīng)當(dāng)重視耕地護(hù)養(yǎng)，提高耕地肥力水平，務(wù)必保證耕地生產(chǎn)的安全性。甘南區(qū)，耕地系統(tǒng)的開發(fā)程度相對(duì)較低，在保證耕地生產(chǎn)合理性的基礎(chǔ)上，可以適度加大工業(yè)輔助能的投入力度，發(fā)展高原特色農(nóng)業(yè)。

綜上所述，不論是從時(shí)間上還是從空間上評(píng)價(jià)，甘肅省耕地利用存在生態(tài)不合理的問題，為促進(jìn)該地區(qū)耕地可持續(xù)利用必須保護(hù)并提高耕地自身質(zhì)量等級(jí)，積極改善耕地外部條件，結(jié)合當(dāng)?shù)卮龠M(jìn)耕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)由能值密集型向能值安全高效型轉(zhuǎn)變。

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Spatial-temporal variation of sustainable use of cultivated land in Gansu Province

NI Guang-ya,LIU Xue-lu

(CollegeofResourcesandEnvironmentalSciences,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China)

【Objective】 This paper studied the spatial-temporal variation of sustainable use of cultivated land in Gansu to provide decision support for overall planning of land use and regional sustainable development.【Method】 Based on land use change and socio-economic data in Gansu from 2006 to 2011,an index system for sustainable cultivated land using energy analysis method was built and a sustainable evaluation of cultivated land in Gansu from 2005 to 2010 and in each county in 2010 was conducted.Geoda and Arcgis were used to analyze the spatial characteristics of cultivated land sustainable use index of each county and divide the land into different types.【Result】 1) During 2005-2010,sustainable use of cultivated land in Gansu developed with fluctuations,and production stability,economic feasibility and social acceptability increased while ecological rationality decreased.2) In 2010,comprehensive index of sustainable use at county level was low,and significant differences existed among different counties.Gansu can be divided into five arable land use zonings,and comprehensive indexes of them were in a decreasing order of Hexi>Longdong>Longnan>Longxi>Gannan.【Conclusion】 Temporal and spatial characteristics showed that the sustainable use of cultivated land in Gansu was mainly affected by ecological rationality.To improve the sustainable use of cultivated land,attention should be paid to improving the quality and grade of land,improving farmland external environment,changing the eco-economic system from farmland intensive to safe-efficient.

sustainability evaluation;energy theory;spatial aggregation pattern;temporal analysis,cultivated land eco-economic system;Gansu

2013-10-22

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(71263003)

倪廣亞(1989-)，女，山東臨沂人，在讀碩士，主要從事土地利用研究。E-mail:yaguangya@126.com

劉學(xué)錄(1966-)，男，甘肅天水人，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事土地利用研究。E-mail:liuxl@gsau.edu.cn

時(shí)間:2015-01-05 08:59

10.13207/j.cnki.jnwafu.2015.02.019

S181;F301.24

A

1671-9387(2015)02-0149-10

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20150105.0859.019.html