烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全評(píng)價(jià)

付萬年,蒲春玲,劉金芝，田 恬

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展研究中心，新疆 烏魯木齊 830052；3.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715)

【研究意義】生態(tài)安全的概念一般認(rèn)為，是一個(gè)國家或地區(qū)的生態(tài)環(huán)境資源狀況不受或少受來自資源和生態(tài)環(huán)境的制約與威脅的狀態(tài)[1]。對(duì)生態(tài)安全的內(nèi)涵存在著廣義和狹義的理解，廣義的生態(tài)安全包括自然生態(tài)安全、經(jīng)濟(jì)生態(tài)安全和社會(huì)生態(tài)安全；狹義的生態(tài)安全包括自然和半自然的生態(tài)系統(tǒng)的安全[2-4]。耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全指一定時(shí)空范圍內(nèi)，土地生態(tài)系統(tǒng)能夠保持其結(jié)構(gòu)和功能不受或少受威脅的狀態(tài)，同時(shí)，土地生態(tài)系統(tǒng)為人類提供服務(wù)的質(zhì)量和數(shù)量能夠持續(xù)滿足人類生存和發(fā)展的需求，從而達(dá)到土地環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)復(fù)合體的長期協(xié)調(diào)發(fā)展[5]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】對(duì)于耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建，目前國內(nèi)學(xué)者主要分為從影響因素和利用理論模型兩方面來構(gòu)建。影響因素的指標(biāo)體系構(gòu)建有從自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)3個(gè)方面來構(gòu)建的[6]，有從直接因素、間接因素和社會(huì)因素3個(gè)方面來構(gòu)建的[7]。理論模型構(gòu)建指標(biāo)體系的研究一般借助DPSIR模型構(gòu)建[8]、PSR模型[9]、集對(duì)分析(SPA)模型[10]。由于耕地占補(bǔ)平衡的生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)具有復(fù)雜性和不確定性，并且各個(gè)指標(biāo)間對(duì)生態(tài)安全的影響呈非線性關(guān)系。因此，對(duì)生態(tài)安全的研究不只是計(jì)算綜合分值來進(jìn)行評(píng)價(jià),還應(yīng)考慮多重因素的影響?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】建立以數(shù)量為基礎(chǔ)，產(chǎn)能為核心的新機(jī)制，改進(jìn)耕地占補(bǔ)平衡管理方式；以“算大帳”的方式落實(shí)占一補(bǔ)一、占優(yōu)補(bǔ)優(yōu)、占水田補(bǔ)水田等措施；改變耕地方式，控制成片未利用地的開發(fā)，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；完善工作機(jī)制和手段，確保能完成“十三五”時(shí)期的補(bǔ)充耕地任務(wù)，加大督查力度，高效做好補(bǔ)充耕地工作?！緮M解決的關(guān)鍵問題】建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡情況從生態(tài)安全角度進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

烏魯木齊市位于亞歐大陸腹地，天山山脈北部，天山西段與東段結(jié)合部的北麓，準(zhǔn)格爾盆地南部，毗鄰中亞各國。東接吐魯番市，西以頭屯河和昌吉市為界，南臨南山礦區(qū)，北達(dá)博格達(dá)山脊。地處東經(jīng)86°37′33″～88°58′24″，北緯42°45′32″～45°00′00″。屬中溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫7.4 ℃，年降水量24.8 mm，年平均日照時(shí)數(shù)248.9 h。山區(qū)氣候垂直變化明顯，自然坡度12 ‰～15 ‰。海拔680～920 m，市區(qū)平均海拔 800 m。太陽輻射資源豐富，光照時(shí)間長。市域面積有14 216.3 km2，轄7區(qū)1縣，2015年人口為266.83萬人，其中城鎮(zhèn)人口有245.35萬人，農(nóng)業(yè)人口有21.48萬人，城鎮(zhèn)化率達(dá)到91.95 %，實(shí)現(xiàn)社會(huì)生產(chǎn)總值26 316 398萬元，完成社會(huì)固定投資17 083 873萬元。2015年，人均耕地面積達(dá)到296.52 m2，同比上年增加2.77 %，占農(nóng)用地面積5.32 %，占建設(shè)用地面積0.62 %，與其他土地面積比為5.62 %。

1.2 研究方法

運(yùn)用熵權(quán)物元模型來對(duì)烏魯木齊市2005、2010、2015、2020年耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全做出評(píng)價(jià)并分析。按照物元分析中步驟，確定生態(tài)安全物元、經(jīng)典域和節(jié)域、待評(píng)價(jià)物元和關(guān)聯(lián)函數(shù)，最終計(jì)算出綜合關(guān)聯(lián)度，確定評(píng)價(jià)等級(jí)。

1.3 數(shù)據(jù)來源

本研究中單位面積耕地糧食產(chǎn)量、農(nóng)民人均純收入、GDP增長率、人口密度等人地關(guān)系因素和綠化覆蓋率、單位耕地化肥使用量、單位耕地農(nóng)藥使用量、工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率、工業(yè)固體廢物綜合利用率等生態(tài)因素來源于《烏魯木齊市統(tǒng)計(jì)年鑒》和《烏魯木齊市國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》；人均耕地面積、耕地增加面積、農(nóng)用地面積和建設(shè)用地面積來源于《烏魯木齊市國土資源公報(bào)》。烏魯木齊市2020年的耕地因素?cái)?shù)據(jù)主要來源于《烏魯木齊市土地利用總體規(guī)劃(2006-2020)》相關(guān)成果，人地因素和生態(tài)因素相關(guān)數(shù)據(jù)是依據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸模型的預(yù)測。

2 結(jié)果與分析

2.1 構(gòu)建耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

本研究根據(jù)烏魯木齊市的情況，從生態(tài)建設(shè)指標(biāo)中選取了與耕地占補(bǔ)平衡相關(guān)的人地關(guān)系因素、生態(tài)環(huán)境因素和耕地占補(bǔ)平衡因素共18項(xiàng)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合烏魯木齊歷年各指標(biāo)量值，利用信息熵法計(jì)算出各指標(biāo)權(quán)重，結(jié)果見表1。

2.2 確定烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全等級(jí)的物元集合

2.2.1 確定經(jīng)典域 根據(jù)已有數(shù)據(jù)資料和耕地占補(bǔ)平衡的可拓性，將烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全狀況劃分為4個(gè)等級(jí)，十分安全、安全、較安全、不安全，分別用N1、N2、N3、N4表示。烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全評(píng)價(jià)中的經(jīng)典域即各安全等級(jí)關(guān)于對(duì)應(yīng)特征所取的數(shù)據(jù)范圍。經(jīng)典域的確定通過問卷、專家打分以及《綠色發(fā)展指標(biāo)體系》和《生態(tài)文明建設(shè)考核目標(biāo)體系》作為參考標(biāo)準(zhǔn)。

烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全的經(jīng)典域物元可表示為R0j=(N0j,Ci,X0j)。式中R0j表示經(jīng)典域物元,N0j表示所劃分的j個(gè)生態(tài)安全等級(jí)(j=1,2,3，…，n)；Ci表示生態(tài)安全等級(jí)N0j的特征，即評(píng)價(jià)指標(biāo)；X0j分別為N0j關(guān)于Ci所規(guī)定的量值范圍，即各生態(tài)安全等級(jí)關(guān)于對(duì)應(yīng)特征所取的數(shù)據(jù)范圍——經(jīng)典域。烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全經(jīng)典域物元矩陣見圖1。

2.2.2 確定耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全節(jié)域 節(jié)域的確定參考定義域的確定方式，烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全的節(jié)域物元可表示為Rp=(P,Ci,Xp)。其中，P表示生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)的全體，Xp為p關(guān)于Ci所取的量值范圍，即評(píng)價(jià)指標(biāo)的取值范圍(圖2)。

2.2.3 確定烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全待評(píng)價(jià)物元 將收集到的烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)用物元表示R0=(Np,Ci,Xi)。R0為烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全待評(píng)價(jià)物元，式中Np表示待評(píng)價(jià)年份；Xi為待評(píng)價(jià)年份關(guān)于指標(biāo)的量值，即待評(píng)價(jià)年份評(píng)價(jià)所得的具體數(shù)據(jù)(圖3)。

圖2 烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全節(jié)域物元Fig.2 The controlled-field matter-element of cultivated land requisition-compensation balance ecological security in Urumqi

2.3 確定耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全關(guān)聯(lián)函數(shù)和關(guān)聯(lián)度

根據(jù)物元模型中距的定義，計(jì)算點(diǎn)到區(qū)間的距離：

(i=1,2,3,…，n)

(1)

(i=1,2,3,…，n)

(2)

式中，p(Xi,Xp)為點(diǎn)X與對(duì)應(yīng)特征向量的有限區(qū)間

的距離，即待評(píng)價(jià)指標(biāo)與經(jīng)典域之間的絕對(duì)距離。p(Xi,Xp)為點(diǎn)X與特征向量節(jié)域的有限區(qū)間的距，即待評(píng)價(jià)指標(biāo)與節(jié)域之間的絕對(duì)距離。

烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全指標(biāo)關(guān)聯(lián)函數(shù)為：

(3)

根據(jù)已確定的4個(gè)年份的指標(biāo)，代入到公式(1)、(2)、(3)中，可以得出各個(gè)年份相對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度。以2005年C1指標(biāo)(人均耕地面積)為例，將指標(biāo)值271.97代入公式，可以得出：K1=-0.36、K2=-0.11、K3=0.10、K4=-0.24，所以2005年人均耕地面積屬于N3，較安全。照此計(jì)算，可以得出各個(gè)年份各個(gè)指標(biāo)的安全度(表2)。

2.4 計(jì)算出耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全評(píng)價(jià)等級(jí)

根據(jù)表1各個(gè)指標(biāo)值的權(quán)重和各個(gè)年份的關(guān)聯(lián)度計(jì)算結(jié)果，代入到公式(4)，可以求出烏魯木齊市所有指標(biāo)的綜合關(guān)聯(lián)度。再用公式(5)判斷關(guān)聯(lián)度屬于的生態(tài)安全等級(jí)，結(jié)果見表3。

(4)

Kj0=maxKj(p0)

(5)

3 小 結(jié)

本文應(yīng)用熵權(quán)物元模型對(duì)烏魯木齊市2005、2010、2015、2020年 4年的耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全情況進(jìn)行了定量分析。從結(jié)果可以看出，2005、2010、2015年耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全程度均為安全，2020年耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全程度為較安全?？梢?，烏魯木齊市整體耕地占補(bǔ)平衡過程中對(duì)于生態(tài)的重視程度較低，按照土地利用總體規(guī)劃的要求，到2020年烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡中生態(tài)安全程度有所提升。在2005-2015年間，從耕地因素看，烏魯木齊10年間正處于城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速時(shí)期，耕地與農(nóng)用地面積持續(xù)減少，占建設(shè)用地面積比例也有在下降。但是單位面積耕地糧食產(chǎn)量在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有所提升，可以推測出是生產(chǎn)技術(shù)水平的提升帶動(dòng)了糧食產(chǎn)量。人地關(guān)系因素中，固定資產(chǎn)投資總額度和GDP增長率以及第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值年增長率卻始終處于平穩(wěn)水平，是限制烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全的主要因素。生態(tài)因素方面，綠化覆蓋率、單位耕地化肥使用量和單位耕地農(nóng)藥使用量對(duì)于耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全的影響已經(jīng)逐漸由不安全或者安全上升到較安全和安全程度，化肥和農(nóng)藥的使用的降低是對(duì)生態(tài)安全更為有利。工業(yè)固體廢物利用率和污水的集中處理率生態(tài)安全程度均有所提升，可以看出，在十年的發(fā)展中，耕地占補(bǔ)平衡中對(duì)于生態(tài)的保護(hù)已有所加強(qiáng)，生態(tài)因素對(duì)耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全的影響基本上處于積極作用。從2020年預(yù)測的各項(xiàng)指標(biāo)來看，烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡無論是從數(shù)量還是質(zhì)量都有所提升；人地關(guān)系因素中無論是農(nóng)民人均純收入增長率、GDP增長率還是第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值已經(jīng)提升至安全狀態(tài)；生態(tài)因素整體均有穩(wěn)步提升，各項(xiàng)指標(biāo)均已提升至安全或十分安全狀態(tài)。

圖3 烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全評(píng)價(jià)值Fig.3 Evaluation on the ecological security of cultivated land occupation and compensation balance in Urumqi

關(guān)聯(lián)度Relevancy耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全等級(jí)Occupation of farmland balance ecological security grade2005年2010年2015年2020年K1較安全安全安全較安全K2十分安全十分安全安全不安全K3較安全安全不安全安全K4十分安全十分安全安全不安全K5安全較安全安全不安全K6較安全安全較安全十分安全K7不安全不安全安全安全K8較安全安全安全安全K9較安全安全安全安全K10較安全安全安全安全K11不安全不安全較安全較安全K12安全較安全十分安全十分安全K13不安全不安全十分安全十分安全K14較安全安全安全安全K15安全較安全較安全較安全K16安全較安全安全安全K17較安全安全十分安全十分安全K18不安全不安全十分安全十分安全

表3 烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡生態(tài)安全等級(jí)

4 討 論

對(duì)于烏魯木齊市耕地占補(bǔ)平衡的生態(tài)安全評(píng)價(jià)，本研究中仍存在一些不足。首先，反映耕地占補(bǔ)平衡的生態(tài)安全指標(biāo)的選取。由于目前尚無標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，再加上對(duì)生態(tài)安全影響的因素的多樣性和復(fù)雜性，所以本文并沒有對(duì)所有相關(guān)因素進(jìn)行定量分析。其次，運(yùn)用物元模型過程中，經(jīng)典域和值域的選擇問題。由于當(dāng)前的準(zhǔn)則和指標(biāo)設(shè)定中只有標(biāo)準(zhǔn)值，并無范圍區(qū)間。因此，耕地占補(bǔ)平衡過程中各級(jí)指標(biāo)區(qū)域的制定和生態(tài)安全的指標(biāo)體系的建立，以及各指標(biāo)的量化和影響度確定的問題仍是本文今后需要進(jìn)一步研究的問題。