基于PSR模型與集對(duì)分析的耕地生態(tài)安全診斷

鄭華偉，張 銳，孟 展，劉友兆

基于PSR模型與集對(duì)分析的耕地生態(tài)安全診斷

鄭華偉1，張 銳2，孟 展3，劉友兆2

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)村發(fā)展學(xué)院，江蘇 南京 210095；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇 南京 210095；3.江蘇省地產(chǎn)發(fā)展中心，江蘇 南京 210024）

研究目的：彌補(bǔ)已有耕地生態(tài)安全診斷中指標(biāo)體系及評(píng)價(jià)方法的不足，構(gòu)建基于PSR模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并進(jìn)行實(shí)證研究。研究方法：集對(duì)分析法和實(shí)證研究法。研究結(jié)果：（1）1999—2013年四川省耕地生態(tài)安全水平不斷提高，耕地生態(tài)安全等級(jí)經(jīng)歷了“臨界安全—較安全”的演變歷程，但2013年“較安全”水平不高；（2）長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，壓力是影響耕地生態(tài)安全的首要因素，壓力和狀態(tài)的障礙度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，響應(yīng)的障礙度不斷下降；（3）單位耕地化肥負(fù)荷、人均耕地面積、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷、土地墾殖率、水土流失等是耕地生態(tài)安全等級(jí)提升的關(guān)鍵制約因素。研究結(jié)論：基于PSR模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系能更準(zhǔn)確地反映耕地生態(tài)安全各要素之間的關(guān)系；集對(duì)分析法能從整體和局部上剖析耕地生態(tài)安全內(nèi)在的關(guān)系，把對(duì)不確定性的辯證認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)換成具體的數(shù)學(xué)問(wèn)題，有效挖掘耕地生態(tài)安全存在的具體問(wèn)題，適合用于耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)。

土地生態(tài)；耕地生態(tài)安全；集對(duì)分析；診斷；障礙因素；四川省

耕地資源作為最寶貴的自然資源之一，是非常重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，經(jīng)過(guò)人類(lèi)長(zhǎng)期的干預(yù)，耕地生態(tài)系統(tǒng)逐漸演變成為具有高度耦合性的社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)［1-3］。伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程快速推進(jìn)，出現(xiàn)了土地生態(tài)環(huán)境日趨惡化、土地污染負(fù)荷加重、土地質(zhì)量下降等一系列問(wèn)題，耕地資源的稀缺性增強(qiáng)，耕地生態(tài)安全問(wèn)題日漸凸顯［3-5］。因此，開(kāi)展耕地生態(tài)安全診斷研究，優(yōu)化耕地生態(tài)安全的改善路徑，對(duì)于加強(qiáng)農(nóng)村生態(tài)文明建設(shè)、保障糧食安全、維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義［6］。

國(guó)外學(xué)者主要將耕地生態(tài)安全與可持續(xù)利用相結(jié)合進(jìn)行系統(tǒng)研究，Rasul和Thapa［7］從農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面構(gòu)建了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，分析了孟加拉的耕地可持續(xù)利用與生態(tài)狀況；Mark等［8］運(yùn)用磷肥廠附近的耕地土壤與蔬菜樣本中天然放射性評(píng)估化肥廠對(duì)周?chē)h(huán)境的潛在放射性影響。國(guó)內(nèi)學(xué)者關(guān)于耕地生態(tài)安全的研究主要集中在內(nèi)涵［2，9-10］、評(píng)價(jià)［3，11-13］、影響因素［11］、調(diào)控對(duì)策［12-13］等?？傮w來(lái)看，耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究尚屬起步階段，定性分析相對(duì)較多、定量研究較少；耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)是對(duì)耕地生態(tài)系統(tǒng)的全面診斷，但現(xiàn)有的評(píng)價(jià)指標(biāo)多集中于資源與環(huán)境狀況，很少綜合考慮人類(lèi)活動(dòng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等對(duì)耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的作用。與此同時(shí)，耕地生態(tài)安全診斷多采用綜合評(píng)價(jià)法［2，11］、層次分析法［12］等，針對(duì)這些方法的不足之處，專家學(xué)者作了改進(jìn)（采用物元分析法［10，13］優(yōu)化綜合評(píng)價(jià)法，運(yùn)用改進(jìn)的熵值法替代層次分析法等），取得了一定的研究成果（通過(guò)物元分析法得到的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果信息更豐富，能夠顯示綜合水平的中間轉(zhuǎn)化狀態(tài)；通過(guò)改進(jìn)的熵值法可以克服一些主觀賦值法所帶來(lái)的結(jié)果不穩(wěn)定的現(xiàn)象，在一定程度上改善和提高了診斷的質(zhì)量），但由于耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)影響因素的不確定性，評(píng)價(jià)指標(biāo)與安全等級(jí)之間存在復(fù)雜的非線性關(guān)系，所以至今尚沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的評(píng)價(jià)模型來(lái)診斷耕地生態(tài)安全水平［14］。集對(duì)分析法面世以來(lái)，在數(shù)學(xué)、物理、信息管理、經(jīng)濟(jì)、資源與環(huán)境等領(lǐng)域得到了廣泛的運(yùn)用，它是一種綜合的不確定性分析方法［15-16］，能從整體和局部上剖析研究系統(tǒng)內(nèi)在的關(guān)系，把對(duì)不確定性的辯證認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)換成具體的數(shù)學(xué)問(wèn)題，但尚未被應(yīng)用到耕地生態(tài)安全診斷研究中；“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”（Pressure-State-Response，PSR）模型是目前應(yīng)用最廣泛的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系之一，它綜合考慮了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、資源與環(huán)境，突出了人地關(guān)系，被運(yùn)用在土地（耕地）質(zhì)量評(píng)價(jià)、農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)、環(huán)境保護(hù)投資分析等方面，但在耕地生態(tài)安全診斷中的應(yīng)用則鮮見(jiàn)報(bào)道。

鑒于此，本文構(gòu)建了基于PSR模型的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立基于集對(duì)分析法和改進(jìn)熵值法的耕地生態(tài)安全診斷模型，并以四川省為例進(jìn)行實(shí)證研究，有效診斷耕地生態(tài)安全障礙因子，以期為改善耕地生態(tài)系統(tǒng)狀況、協(xié)調(diào)人地關(guān)系、促進(jìn)耕地資源可持續(xù)利用提供一定的參考依據(jù)。

1　耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

耕地生態(tài)系統(tǒng)是人類(lèi)在長(zhǎng)期的使用中使耕地資源在自身組織功能的作用下形成的人工生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅提供人類(lèi)穩(wěn)定的農(nóng)產(chǎn)品，而且形成了一種新的生物生存環(huán)境，促進(jìn)了生物多樣性的存續(xù)與發(fā)展，同時(shí)還具有生態(tài)環(huán)境保護(hù)等功能［17］。耕地生態(tài)安全是指在一定的時(shí)間和空間尺度內(nèi)，耕地生態(tài)系統(tǒng)處于保持自身正常功能結(jié)構(gòu)和滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展需要的狀態(tài)［10，12-13］。耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)是以耕地生態(tài)系統(tǒng)為評(píng)價(jià)對(duì)象，對(duì)一定時(shí)間、一定區(qū)域的自然生態(tài)要素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，它本質(zhì)上是一種診斷評(píng)價(jià)［18］。

PSR概念模型是由聯(lián)合國(guó)OECD和UNEP提出的［19］，該模型以因果關(guān)系為基礎(chǔ)，主要目的是診斷生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)性，剖析生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在的因果關(guān)系，構(gòu)建人類(lèi)活動(dòng)與生態(tài)環(huán)境影響之間的因果鏈，得到較為普遍的認(rèn)可與應(yīng)用［15，20］。因此，本文借鑒PSR概念模型作為耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基本框架：人口增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展給耕地生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)一定的壓力（P）；人類(lèi)不斷利用土地資源，通過(guò)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)向耕地生態(tài)系統(tǒng)排放污染，改變了耕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能（S）；壓力之下，耕地生態(tài)系統(tǒng)在原有狀態(tài)基礎(chǔ)上做出反應(yīng)，同時(shí)反饋于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展過(guò)程，人類(lèi)對(duì)耕地生態(tài)系統(tǒng)的反饋進(jìn)一步做出響應(yīng)（R），進(jìn)行政策調(diào)整、環(huán)境保護(hù)等，改善耕地生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)，使之保持良好的結(jié)構(gòu)與功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展［15］。根據(jù)耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基本框架，遵循科學(xué)性原則、可比性原則、可獲取性原則、系統(tǒng)性原則［18］，在參考現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上［3，7，11-13］，構(gòu)建了基于PSR模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1）。

表1　耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.1 The evaluation index system of cultivated land ecological security

2　集對(duì)評(píng)價(jià)模型

2.1集對(duì)分析法的原理

集對(duì)分析是指對(duì)不確定性系統(tǒng)中的兩個(gè)有關(guān)聯(lián)的集合構(gòu)造集對(duì)，對(duì)集對(duì)的某特性做同一性、差異性、對(duì)立性分析，建立聯(lián)系度描述集對(duì)的同、異、反關(guān)系的分析方法［16］，它通過(guò)注重信息處理過(guò)程中的模糊性和相對(duì)性比較好地解決了問(wèn)題的不確定性［14］。對(duì)于兩個(gè)有關(guān)聯(lián)的集合A和B組成的集對(duì)H（A，B），A、B分別有N項(xiàng)表征其特性，在具體問(wèn)題Z的背景下，分析集對(duì)H（A，B）的特性，其中有S特性為A和B共同擁有的，P特性為A和B對(duì)立的，其余的F特性既不為A和B共同擁有也不相互對(duì)立［15，21］，則有：

令a = S / N，b = F / N，c = P / N，則式（1）可改寫(xiě)為：

式（2）中：μ為聯(lián)系度，μ∈［-1，1］；a、b、c為聯(lián)系度分量，a，b，c∈［0，1］，分別稱為集對(duì)H（A，B）的同一度、差異度和對(duì)立度，且滿足a + b + c = 1；i為差異度系數(shù)，i∈［-1，1］；j為對(duì)立度系數(shù)，其恒取值為-1［21］。

式（1）、式（2）是常用的三元聯(lián)系度，將其看成1個(gè)數(shù)，可以稱為三元聯(lián)系數(shù)，將式中的bi進(jìn)一步展開(kāi)可以得到K元聯(lián)系數(shù)：

本文依據(jù)耕地生態(tài)安全的特征，將其劃分為5個(gè)等級(jí)：安全、較安全、臨界安全、較不安全和不安全，運(yùn)用集對(duì)分析法進(jìn)行耕地生態(tài)安全水平診斷，在安全等級(jí)界定上更加精確，不僅可以得到評(píng)價(jià)對(duì)象安全等級(jí)，還可以得到評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)于不同安全等級(jí)的趨同程度，診斷結(jié)果準(zhǔn)確可靠、合理直觀。

2.2指標(biāo)聯(lián)系度的確定

假設(shè)評(píng)價(jià)對(duì)象為集合Al（x1，x2，…，xl）（l = 1，2，…，L，L為評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)），xl為評(píng)價(jià)指標(biāo)，評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為Sk（k = 1，2，…，K，K為等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)），Bk為評(píng)價(jià)指標(biāo)k級(jí)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，H（Al，Bk）為Al、Bk構(gòu)成的集對(duì)。根據(jù)集對(duì)分析法的原理，確定H（Al，Bk）的聯(lián)系度［21-22］。

對(duì)于負(fù)向指標(biāo)，當(dāng)K＞2時(shí)，集對(duì)H（Al，Bk）的聯(lián)系度為：

對(duì)于正向指標(biāo)，當(dāng)K＞2時(shí)，集對(duì)H（Al，Bk）的聯(lián)系度為：

2.3評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

對(duì)于耕地生態(tài)安全，不同評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響程度存在一定的差異，為了反映這種差異性，需要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)賦以一定的權(quán)重，本文采用改進(jìn)的熵值法來(lái)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，主要步驟包括評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理、坐標(biāo)平移、評(píng)價(jià)指標(biāo)熵值計(jì)算、評(píng)價(jià)指標(biāo)差異性系數(shù)測(cè)算、指標(biāo)權(quán)重確定［15］。

2.4樣本聯(lián)系度的確定

假設(shè)集合A為評(píng)價(jià)樣本，B為評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的集合，則H（A，B）的聯(lián)系度為［21］：

在此基礎(chǔ)上，按照直接途徑求取不確定（分量）系數(shù)，得到聯(lián)系數(shù)μ（A，B）的值［16］。根據(jù)均勻取值法，i0= 1，j = -1，差異不確定（分量）系數(shù)i1，i2，…，ik-2將i0和j之間（即［-1，1］之間）進(jìn)行K-1等分，等分點(diǎn)的值為i1，i2，…，ik-2的值，即

2.5評(píng)價(jià)等級(jí)的確定

根據(jù)“均分原則”，將［-1，1］區(qū)間K等分，則從右至左每個(gè)區(qū)間依次分別對(duì)應(yīng)耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)B1，B2，…，BK，將μ（A，B）與各個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)應(yīng)的區(qū)間范圍進(jìn)行比較，得到耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)［15-16］。

2.6障礙因素診斷

障礙因素診斷采用因子貢獻(xiàn)度、指標(biāo)偏離度和障礙度三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行分析［23］，因子貢獻(xiàn)度（Vl）表示單項(xiàng)因素對(duì)總目標(biāo)的影響程度，即單因素對(duì)總目標(biāo)的權(quán)重（wl），指標(biāo)偏離度（xil）表示單項(xiàng)指標(biāo)與耕地生態(tài)安全目標(biāo)之間的差距，設(shè)為單項(xiàng)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值與100%之差；障礙度（Yi，yi）分別表示第i年分類(lèi)指標(biāo)和單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)耕地生態(tài)安全的影響，是耕地生態(tài)安全障礙因素診斷的目標(biāo)和結(jié)果。

3　實(shí)證研究——以四川省為例

3.1區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

四川省地處長(zhǎng)江上游，東與重慶市接壤，南與云南省、貴州省相連，西鄰西藏自治區(qū)，北接青海、甘肅、陜西省。轄區(qū)東西長(zhǎng)約1075 km，南北寬約921 km，現(xiàn)轄18個(gè)地級(jí)市、3個(gè)自治州。四川省是中國(guó)重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)和糧食主產(chǎn)區(qū)，承擔(dān)著國(guó)家糧食安全的重任［18］。然而隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，建設(shè)用地規(guī)模持續(xù)擴(kuò)張，耕地?cái)?shù)量銳減，耕地生態(tài)功能減弱，土壤污染加劇，耕地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況亟待改善。

耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《四川統(tǒng)計(jì)年鑒》、《四川農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒》和四川省土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)等。土壤污染程度由于缺乏省域尺度的歷年數(shù)據(jù)，在開(kāi)展實(shí)證分析時(shí)沒(méi)有納入評(píng)價(jià)模型。

3.2評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)制定

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定是集對(duì)評(píng)價(jià)模型的基礎(chǔ)，主要參考國(guó)家、行業(yè)或國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如《全面建成小康社會(huì)標(biāo)準(zhǔn)》、國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局制定的《生態(tài)縣、生態(tài)市、生態(tài)省建設(shè)指標(biāo)（試行）》、聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織確定的人均耕地0.053 hm2的警戒線、國(guó)際公認(rèn)的化肥施用安全上限225 kg/hm2等），具體指標(biāo)包括單位耕地化肥負(fù)荷、人均耕地面積、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷、人口密度、災(zāi)害指數(shù)、人口自然增長(zhǎng)率、可持續(xù)發(fā)展指數(shù)等；科學(xué)研究的判定標(biāo)準(zhǔn)（如城市化水平、森林覆蓋率等）；研究區(qū)域本底背景值（如水土流失治理率、單位耕地農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力、人均水資源量、耕地糧食單產(chǎn)、污水排放量、土地墾殖率、水土流失程度、農(nóng)民人均純收入、有效灌溉面積比等）［10，18，24］，具體標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2　耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The evaluation grading standard of cultivated land ecological security

3.3結(jié)果分析

根據(jù)1999年、2005年、2013年各評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體數(shù)值，建立四川省耕地生態(tài)安全的集對(duì)H1999（A18，B5）、H2005（A18，B5）、H2013（A18，B5），將三個(gè)集對(duì)的數(shù)據(jù)分別輸入集對(duì)評(píng)價(jià)模型，得到耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)聯(lián)系度、樣本聯(lián)系度（表3）。

表3　四川省耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)樣本聯(lián)系度Tab.3 The relation degree for evaluation samples of cultivated land ecological security in Sichuan

根據(jù)均勻取值法，i0= 1，j = -1，差異不確定（分量）系數(shù)i1，i2，i3將i0和j之間進(jìn)行4等分，i1= 0.5，i2= 0，i3= -0.5，根據(jù)式（6）、式（7）計(jì)算三個(gè)集對(duì)的聯(lián)系度（樣本聯(lián)系度），依次為：μ2013（A，B） = 0.2193、μ2005（A，B） = 0.1417、μ1999（A，B） = 0.1076。根據(jù)“均分原則”，將［-1，1］區(qū)間5等分（0.6—1.0）、（0.2—0.6）、（-0.2—0.2）、（-0.6—-0.2）、（-1.0—-0.6），分別對(duì)應(yīng)耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)“安全”、“較安全”、“臨界安全”、“較不安全”和“不安全”。由此可知，2013年四川省耕地生態(tài)安全水平等級(jí)為“較安全”，2005年、1999年分別為“臨界安全”、“臨界安全”。μ2005（A，B） ＞ μ1999（A，B），由此可見(jiàn)，雖然1999年與2005年耕地生態(tài)安全等級(jí)均為“臨界安全”，但2005年對(duì)應(yīng)的μ2005（A，B）在［-0.2，0.2］區(qū)間內(nèi)更接近于標(biāo)準(zhǔn)上限，即耕地生態(tài)安全水平較1999年稍高。從耕地生態(tài)安全的變化來(lái)看，1999—2013年四川省耕地生態(tài)系統(tǒng)的安全狀況有所改善，耕地生態(tài)安全等級(jí)在提升，耕地生態(tài)安全水平有變好的趨勢(shì)。

1999年阻礙耕地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況改善的障礙因素主要集中在系統(tǒng)響應(yīng)方面、系統(tǒng)狀態(tài)方面，主要包括水土流失治理率、農(nóng)民人均純收入、水土流失程度、單位耕地農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力、有效灌溉面積、土地墾殖率等。2013年阻礙耕地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況改善的障礙因素主要集中在系統(tǒng)壓力方面、系統(tǒng)狀態(tài)方面，主要包括水土流失程度、單位耕地面積化肥負(fù)荷、土地墾殖率、人均耕地面積等。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算分類(lèi)指標(biāo)障礙度，結(jié)果表明：壓力障礙度不斷增加，狀態(tài)障礙度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，響應(yīng)障礙度不斷減少。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，壓力是影響耕地生態(tài)安全的首要因素。

表4　1999和2013年四川省耕地生態(tài)安全障礙因素排序Tab.4 Order of main obstacles to cultivated land ecological security in Sichuan in 1999 and 2013

從單個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)看，1999—2013大部分指標(biāo)發(fā)生等級(jí)跳躍，單位耕地農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力、災(zāi)害指數(shù)、農(nóng)民人均純收入、有效灌溉面積比、水土流失治理率、耕地糧食單產(chǎn)等指標(biāo)出現(xiàn)不同等級(jí)的上升趨勢(shì)，說(shuō)明以上指標(biāo)對(duì)四川省耕地生態(tài)安全水平的提升有重要的貢獻(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)：1999年以來(lái)四川省經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)發(fā)展，農(nóng)民收入水平不斷提高，耕地生態(tài)保護(hù)意識(shí)不斷強(qiáng)化；不斷加強(qiáng)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，積極開(kāi)展農(nóng)村土地整治，加大中低產(chǎn)田改造力度，有效改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件；持續(xù)加大農(nóng)業(yè)科技投入，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣普及，積極開(kāi)展農(nóng)民科技培訓(xùn)，著力提高耕地糧食單產(chǎn)；加大生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)的力度，有效加強(qiáng)水土流失治理，水土流失治理率持續(xù)增加，促進(jìn)了耕地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況改善。

μ2013（A，B） = 0.2193，說(shuō)明雖然2013年四川省耕地生態(tài)安全等級(jí)為“較安全”，但水平不高，仍需進(jìn)一步改善耕地生態(tài)系統(tǒng)的安全狀況。障礙因素診斷結(jié)果表明，1999—2013年單位耕地化肥負(fù)荷、人均耕地面積、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷、土地墾殖率、水土流失程度等指標(biāo)的障礙度上升幅度較大。從單個(gè)指標(biāo)分析結(jié)果來(lái)看，2013年四川省耕地生態(tài)安全有9個(gè)指標(biāo)未達(dá)到“較安全”，而單位耕地化肥負(fù)荷、人均耕地面積、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷、土地墾殖率、水土流失程度等指標(biāo)只達(dá)到“較不安全”等級(jí)。研究發(fā)現(xiàn)，雖然四川省一直致力于水土流失的綜合治理，但由于易水土流失區(qū)域較大，且存在反復(fù)的現(xiàn)象，目前水土流失程度仍較大，還需加大治理力度，有效保護(hù)土地資源。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，四川省國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值持續(xù)增長(zhǎng)，但這種高速增長(zhǎng)是以資源高消耗為代價(jià)的，建設(shè)用地規(guī)模不斷擴(kuò)大，耕地面積持續(xù)減少，土地集約利用水平較低。與此同時(shí)，單位面積耕地農(nóng)藥施用量、單位面積耕地化肥施用量不斷增加。

4　結(jié)論與建議

（1）四川省實(shí)證研究表明，PSR模型以因果關(guān)系為基礎(chǔ)，綜合考慮人類(lèi)活動(dòng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境之間的相互關(guān)系，改變現(xiàn)有研究主要關(guān)注資源環(huán)境的狀況，能更準(zhǔn)確地反映耕地生態(tài)系統(tǒng)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)與管理決策之間的相互依存、相互制約的關(guān)系，基于PSR模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)耕地生態(tài)安全的診斷。

（2）傳統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)法中，較少考慮耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)影響因素的不確定性、評(píng)價(jià)指標(biāo)與安全等級(jí)之間的非線性關(guān)系，而集對(duì)分析法通過(guò)注重信息處理過(guò)程中的相對(duì)性和模糊性能很好地解決不確定性問(wèn)題［25］，利用原創(chuàng)聯(lián)系度的可展性建立耕地生態(tài)安全的集對(duì)分析診斷模型，更為細(xì)致地描述了評(píng)價(jià)對(duì)象的同一性、差異性、對(duì)立性，能從整體和局部上剖析耕地生態(tài)安全內(nèi)在的關(guān)系，把對(duì)不確定性的辯證認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)換成具體的數(shù)學(xué)問(wèn)題，有效挖掘耕地生態(tài)安全存在的具體問(wèn)題。改進(jìn)的熵值法根據(jù)耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)之間離散程度，運(yùn)用信息熵確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，能夠解決一些主觀賦值法所帶來(lái)的結(jié)果不穩(wěn)定的問(wèn)題，在一定程度上改善和提高了評(píng)價(jià)的質(zhì)量。

（3）與傳統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果相比，集對(duì)分析理論簡(jiǎn)單實(shí)用、操作方便，在安全等級(jí)界定上更加精確，一方面可以得到評(píng)價(jià)對(duì)象安全等級(jí)，另一方面還可以診斷評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)于不同安全等級(jí)的趨同程度，分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠、合理直觀，為耕地生態(tài)安全綜合評(píng)價(jià)提供了一種更科學(xué)合理且簡(jiǎn)單易操作的診斷方法。

（4）診斷結(jié)果表明，四川省1999—2013年耕地生態(tài)安全水平不斷提高，系統(tǒng)安全狀況有所改善，耕地生態(tài)安全等級(jí)經(jīng)歷了“臨界安全—較安全”的演變歷程，但2013年“較安全”水平不高。長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，系統(tǒng)壓力和狀態(tài)對(duì)耕地生態(tài)安全影響較大，響應(yīng)的障礙度不斷減少，單位耕地化肥負(fù)荷、人均耕地面積、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷、土地墾殖率、水土流失程度等是制約耕地生態(tài)系統(tǒng)安全狀況改善的關(guān)鍵因素。

（5）根據(jù)耕地生態(tài)安全的診斷結(jié)果，大力開(kāi)展農(nóng)業(yè)生態(tài)文明建設(shè)，加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新，合理施用農(nóng)藥、化肥，降低單位耕地化肥負(fù)荷、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷；積極開(kāi)展農(nóng)村土地整治，加強(qiáng)高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)，增加有效耕地面積，提高人均耕地面積、土地墾殖率；持續(xù)增加環(huán)境保護(hù)投入，加大環(huán)境治理力度，提高水土流失治理率，降低水土流失程度，持續(xù)提升耕地生態(tài)安全等級(jí)。

（

）：

［1］ 王千，金曉斌，周寅康，等.河北省耕地生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值指標(biāo)空間分布差異及其動(dòng)因［J］ .生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31（1）：247 - 256.

［2］ 張銳，劉友兆.我國(guó)耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)及障礙因子診斷［J］ .長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2013，22（7）：945 - 951.

［3］ 王千，金曉斌，周寅康.河北省耕地生態(tài)安全及空間聚集格局［J］ .農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2011，27（8）：338 - 344.

［4］ 楊曙輝，宋天慶，陳懷軍，等.中國(guó)耕地生態(tài)安全危機(jī)的影響及思考［J］ .農(nóng)業(yè)科技管理，2012，31（3）：5 - 9.

［5］ 孫丕苓，楊海娟，劉慶果.南水北調(diào)重要水源地的土地生態(tài)安全動(dòng)態(tài)研究［J］ .自然資源學(xué)報(bào)，2012，27（9）：1520 - 1530.

［6］ 吳大放，劉艷艷，劉毅華，等.耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究展望［J］ .中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2015，23（3）：257 - 267.

［7］Rasul G， Thapa G. Sustainability analysis of ecological and conventional agricultural systems in Bangladesh［J］ . World Development，2003， 31（6）： 1721 - 1741.

［8］Mark C O， Kenneth K A， Felicitas U I. Natural radioactivity in cultivated land in the vicinity of a phosphate fertilizer plant in Nigeria ［J］ . Radiation Physics and Chemistry， 2012，（81）： 1823 - 1826.

［9］ 烏云嘎，聶艷，羅毅，等.湖北省耕地生態(tài)安全時(shí)空演變特征研究［J］ .江漢大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，43（4）：317 - 322.

［10］ 譚術(shù)魁，崔迪，李雅楠.基于物元可拓模型的湖北省耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)［J］ .中國(guó)房地產(chǎn)，2015，（24）：43 - 52.

［11］ 張冰潔，宋戈.松嫩高平原黑土區(qū)典型地域耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)及驅(qū)動(dòng)力分析［J］ .水土保持研究，2012，19（3）：215 - 220.

［12］任平，洪步庭，周介銘.長(zhǎng)江上游農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)與空間特征研究［J］ .中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2013，23（12）：65 - 69.

［13］ 趙文暉，楊偉州，王利香，等.基于可拓優(yōu)度評(píng)價(jià)模型的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)［J］ .河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，44（2）：60 - 65.

［14］ 施開(kāi)放，刁承泰，孫秀鋒，等.基于改進(jìn)SPA法的耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全評(píng)價(jià)［J］ .生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（4）：1317 - 1325.

［15］張銳，鄭華偉，劉友兆.基于壓力-狀態(tài)-響應(yīng)模型與集對(duì)分析的土地利用系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)［J］ .水土保持通報(bào)，2014，34（5）：146 - 152.

［16］ 王文圣，李躍清，金菊良，等.水文水資源集對(duì)分析［M］ .北京：科學(xué)出版社，2010.

［17］唐秀美，陳百明，路慶斌，等.基于生態(tài)適宜性評(píng)價(jià)的耕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化研究［J］ .中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2011，32（6）：39 - 42.

［18］ 張銳，鄭華偉，劉友兆.基于熵權(quán)可拓物元模型的耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)［J］ .水土保持通報(bào)，2013，33（4）：149 - 154.

［19］Rainer WALZ. Development of Environmental Indicator Systems： Experiences from Germany［J］ . Environmental Management， 2000，25（6）： 613 - 623.

［20］ 謝花林，劉曲，姚冠榮，等.基于PSR模型的區(qū)域土地利用可持續(xù)性水平測(cè)度［J］ .資源科學(xué)，2015，37（3）：449 - 457.

［21］王文圣，金菊良，丁晶，等.水資源系統(tǒng)評(píng)價(jià)新方法——集對(duì)評(píng)價(jià)法［J］ .中國(guó)科學(xué)（E 輯：技術(shù)科學(xué)），2009，39（9）：1529 - 1534.

［22］王宏偉，張?chǎng)?，邱俊?模糊集對(duì)分析法在水資源安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用［J］ .西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，39（10）：209 - 214.

［23］魯春陽(yáng)，文楓，楊慶媛，等.基于改進(jìn)TOPSIS法的城市土地利用績(jī)效評(píng)價(jià)及障礙因子診斷［J］ .資源科學(xué)，2011，33（3）：535 - 541.

［24］ 張小虎，雷國(guó)平，袁磊，等.黑龍江省土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)［J］ .中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2009，19（1）：88 - 93.

［25］ 南彩艷，粟曉玲.基于改進(jìn)SPA 的關(guān)中地區(qū)水土資源承載力綜合評(píng)價(jià)［J］ .自然資源學(xué)報(bào)，2012，27（1）：104 - 114.

（本文責(zé)編：仲濟(jì)香）

Diagnosis on Cultivated Land Ecological Security based on the PSR Model and Set Pair Analysis

ZHENG Hua-wei1， ZHANG Rui2， MENG Zhan3， LIU You-zhao2
（1. College of Rural Development， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China； 2. College of Public Administration， Nanjing Agricultural University， Nanjing 210095， China； 3. Jiangsu Real Estate Development Center，Nanjing 210024， China）

The aims of this study are to correct the defects in the evaluation index system applied in the diagnosis on cultivated land ecological security and to establish an evaluation index system as well as conduct an empirical study based on the PSR model. The set pair analysis and empirical approach were employed. The results showed that 1）the ecological security of cultivated land in Sichuan Province gradually improved from critically safe to safer from 1999 to 2013， but the level of “safer” was not so high in 2013. 2）In the long run， pressure will be the major factor that affects cultivated land ecological security in Sichuan Province. The obstacle degree of pressure and status increased； conversely，the obstacle degree of response decreased in Sichuan Province. 3）Crucial constraints on the improvement of cultivated land ecological security include fertilizer load per unit of cultivated land， per capita cultivated land， the pesticide loadper unit of cultivated land， land reclamation rate， and soil erosion. It concludes that： this kind of method is suitable in the assessment of cultivated land ecological security because the evaluation index system based on the PSR model can accurately reflect the relationship among various elements of the cultivated land ecological security. Moreover， the set pair analysis can discover more specific problems existing in the cultivated land ecological security by analyzing the intrinsic relationship between overall and local cultivated land ecological security and by converting the dialectical understanding of uncertainty into specific mathematical problems.

land ecology； cultivated land ecological security； set pair analysis； diagnosis； obstacle factors； Sichuan Province

F301.24

A

1001-8158（2015）12-0042-09

10.11994/zgtdkx.2015.12.006

2015-06-17

2015-11-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（71403130）；江蘇省國(guó)土資源科技項(xiàng)目（201320）；南京農(nóng)業(yè)大學(xué)人文社科重大招標(biāo)項(xiàng)目（SK2D201302）。

鄭華偉（1985-），男，江蘇漣水人，博士，講師。主要研究方向?yàn)橥恋乩门c鄉(xiāng)村發(fā)展。E-mail： zhw1985@njau.edu.cn