基于PSR模型的河南省耕地生態(tài)安全診斷

鄧圖南，魯春陽

(1.澳門城市大學 創(chuàng)新設計學院,澳門 999078；2.河南城建學院 測繪與城市空間信息學院,河南 平頂山 467036；3.東華理工大學 測繪工程學院,南昌 330013)

耕地是社會生產(chǎn)和發(fā)展的基礎，耕地生態(tài)安全則是國家糧食安全和生態(tài)文明建設的重要組成部分[1].近年來，隨著我國新型城鎮(zhèn)化及工業(yè)化道路的不斷邁進，人地關系的不協(xié)調(diào)問題日益顯現(xiàn)，致使耕地資源的數(shù)量和質(zhì)量雙雙下降，區(qū)域生態(tài)環(huán)境也受到一定破壞[2].為此，國家高度重視，在2017年1月發(fā)布的《關于加強耕地保護和改進占補平衡的意見》中強調(diào)“要像保護大熊貓一樣保護耕地，著力加強耕地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)‘三位一體’保護”，將耕地的生態(tài)安全保護進一步上升到國家戰(zhàn)略高度.

目前，學者們基于人地關系及可持續(xù)發(fā)展理論對耕地生態(tài)安全的評價模型、指標體系以及時空分異特征等方面開展了大量定量分析，研究成果頗豐.楊俊等[3]基于糧食安全背景，采用PSR模型對長江中下游糧食主產(chǎn)區(qū)耕地質(zhì)量與生態(tài)安全展開分析；彭文君等[4]基于景觀生態(tài)學理論，構建了景觀生態(tài)指標體系，對喀斯特山區(qū)的耕地生態(tài)安全問題進行了細致分析；袁零等[5]基于縣域尺度，采用PSR模型實證研究了干旱地區(qū)環(huán)縣的耕地生態(tài)安全情況，并建議推行耕地休耕制度，使耕地盡快恢復生態(tài)機能；朱紅波等[6]基于全國尺度對1981-2004年間的耕地生態(tài)安全時空變化特征及障礙因素展開深入分析；李強等[7]立足生態(tài)脆弱區(qū)實際，構建了由耕地健康模糊評價體系與耕地能值指數(shù)修正體系構成的耕地健康診斷體系進行耕地健康評價實踐.

河南省是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)和人口大省，近年來隨著社會經(jīng)濟建設的持續(xù)推進，耕地保護與生態(tài)安全問題正日益突顯.2018年，全省耕地資源面積達到8.16萬hm2，位居全國第二，但人均耕地占有量僅733 m2，不及全國平均水平，并且其中近70%的耕地仍屬于中低產(chǎn)田.同時，水土流失、土壤有機質(zhì)含量下降及粗放低效利用現(xiàn)象較為嚴重.鑒于此，本研究以河南省為研究對象，基于PSR框架模型構建耕地生態(tài)安全評價指標體系，測算2008-2018年河南省及其下轄18個地級市的耕地生態(tài)安全狀況和變化趨勢，并針對性地提出耕地生態(tài)安全保障措施，以有效反映地區(qū)耕地資源的綜合水平，為地區(qū)控制耕地數(shù)量、把控質(zhì)量、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)和社會可持續(xù)性發(fā)展提供一定參考.

1 研究區(qū)概況

河南省位于黃河中下游地區(qū)，介于31°23′N～36°22′N，110°21′E～116°39′E之間，下轄18個地級市，土地總面積16.7萬km2，其中耕地面積占比達到48.85%，是我國的農(nóng)業(yè)大省和人口大省.2018年，全省GDP為48 055.86億元，居全國第5位，城鎮(zhèn)化率達51.74%，仍低于全國水平8.11個百分點.全省糧食總產(chǎn)量6 649萬t，居全國第2位，占全國糧食總產(chǎn)量的10.1%，對于國家糧食安全與穩(wěn)定發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略作用.但在城鎮(zhèn)化及工業(yè)化進程下，河南省人口外流造成的空心村現(xiàn)象正進一步加劇，加之農(nóng)藥、化肥及地膜的濫用，給全省的耕地生態(tài)承載力造成嚴重影響.

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)涉及2008-2018年間河南省整體以及2018年下轄18個地級市的社會經(jīng)濟發(fā)展狀況、自然環(huán)境和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模等方面，其原始數(shù)據(jù)均來源于《河南統(tǒng)計年鑒》(2009-2019年)和河南省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報(2008-2018年)，部分數(shù)據(jù)可根據(jù)原始數(shù)據(jù)進行簡單運算得出.

2.2 研究方法

2.2.1基于PSR模型的評價指標體系構建

PSR模型是聯(lián)合國經(jīng)濟合作與發(fā)展組織和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署在1990年聯(lián)合提出的生態(tài)安全評價模型[8]，因其系統(tǒng)性、靈活性和權威性的特點，一經(jīng)問世便受到學術界的廣泛應用，也是我國目前在生態(tài)安全領域評價常用的模型[9-12].該模型主要包括人類社會生產(chǎn)給生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力、生態(tài)系統(tǒng)被這一壓力影響后的狀態(tài)以及人類為緩解受影響的生態(tài)系統(tǒng)而制定的響應措施.結合這3方面內(nèi)容構建的指標體系能夠較好地衡量出人類活動與生態(tài)系統(tǒng)的相互作用關系[13].本文基于PSR模型及指標的連續(xù)性和可比性，從耕地生態(tài)系統(tǒng)壓力、狀態(tài)、響應3個方面構建評價指標體系以綜合診斷耕地生態(tài)系統(tǒng)健康狀況(表1).

表1 河南省耕地資源生態(tài)安全評價指標體系

耕地生態(tài)安全壓力指數(shù)表示研究區(qū)人類社會經(jīng)濟活動對耕地生態(tài)系統(tǒng)的作用程度.主要為人口、社會、經(jīng)濟和環(huán)境壓力等，本文選用人口密度、人口自然增長率、城鎮(zhèn)化率、人均耕地面積和單位耕地面積化肥負荷5項指標來測算.

耕地生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)表示研究區(qū)耕地資源在人口、社會、經(jīng)濟和環(huán)境等壓力作用下的狀態(tài).本文選取了資源狀態(tài)和經(jīng)濟狀態(tài)兩類指標，資源狀態(tài)為研究區(qū)耕地資源規(guī)模和生態(tài)資源保護狀況，此處用耕地墾殖率和森林覆蓋率表征；經(jīng)濟狀態(tài)為耕地資源的經(jīng)濟產(chǎn)出狀況，此處用第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重表征.

耕地生態(tài)安全響應指數(shù)為研究區(qū)受影響的耕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部自我調(diào)節(jié)措施和外部人為管理措施.本文關注于外部響應措施，主要是為推動區(qū)域農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展，加強農(nóng)業(yè)基礎設施建設，以緩解農(nóng)業(yè)發(fā)展對耕地資源的依存和壓力，此處選取人均糧食占有量和有效灌溉面積比重表征.

2.2.2指標標準化處理

2.2.3指標權重確定

層次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)是一種解決多目標復雜問題的權重分析方法[14].其一經(jīng)問世，就因較強的系統(tǒng)性和簡便性而在統(tǒng)計決策領域得到諸多應用.該方法的基本原理是將定性與定量分析相融合，根據(jù)決策主體對研究領域的豐富經(jīng)驗來判定各層次目標之間的相對重要程度，然后基于一定的分值標度為各層次要素打分，根據(jù)打分結果測算出各個指標的權重.本文基于目前已應用較為成熟的分值標度準則(表2)對同一層級下不同指標因子因重要程度不同而兩兩比較打分，并構建該層級的判斷矩陣，進而借助yaahp軟件在可通過一致性檢驗(CR=0.011<0.1)的基礎上，計算其特征向量并歸一化處理，最終將處理結果作為各個指標因子的權重(表1).

表2 層次分析法分值標度

2.2.4耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)測算

2.2.5耕地生態(tài)安全等級劃分

為進一步探究河南省的耕地生態(tài)安全狀況，在有關學者研究的基礎上[15]，本文將綜合評價指數(shù)按其取值范圍劃分為5個等級區(qū)間(表3)，以差異性反映耕地資源生態(tài)安全現(xiàn)狀.

表3 河南省耕地生態(tài)安全等級

3 結果與分析

根據(jù)上文構建的評價指標體系，依據(jù)公式計算出2008-2018年河南省耕地生態(tài)安全系統(tǒng)的相關指數(shù)(表4).

3.1 耕地生態(tài)安全時序特征分析

由表4可知，2008-2018年河南省耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)總體呈波動下降趨勢，由2008年的0.771 0下降到2018年的0.394 1，降幅為44.6%.其中在2008-2012年耕地安全處于較安全階段(>0.6～0.8)，耕地生態(tài)環(huán)境受到較小干擾，生態(tài)系統(tǒng)功能處于良好的狀態(tài)；在2013-2015年耕地安全處于臨界安全階段(>0.4～0.6)，此時耕地生態(tài)環(huán)境受到較少破壞，生態(tài)系統(tǒng)尚可維持基本功能；在2016-2018年期間耕地安全處于較不安全階段(>0.2～0.4)，此時耕地生態(tài)環(huán)境遭受較大破壞.同時，以2009年和2017年為分界點，研究期內(nèi)全省耕地生態(tài)安全狀況呈“緩慢上升—緩慢下降—緩慢上升”階段性趨勢.其中2008-2009年這一階段，耕地生態(tài)安全受壓力子系統(tǒng)變化影響，綜合指數(shù)由0.711 0上升到0.772 2，說明2008年河南省耕地安全壓力較弱，人們對耕地的改造和干擾減少.2009-2017年耕地的生態(tài)安全狀況處于“緩慢下降”階段，耕地安全綜合指數(shù)由2009年的0.772 2下降到2017年的0.325 3，主要因為壓力系統(tǒng)和狀態(tài)系統(tǒng)評價指數(shù)的持續(xù)下降遠遠大于響應系統(tǒng)評價指數(shù)的上升.主要體現(xiàn)在人口密度、城鎮(zhèn)化率、人口自然增長率的不斷增加，分別從2009年的597人/km2,37.7%,4.99%增加到2017年的650 人/km2,50.16%,5.98%.第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重由2009年的13.64%下降到2017年的9.28%.2017-2018年，耕地安全綜合評價指數(shù)由2017年的0.325 3增加到2018年的0.394 1.其原因在于國土資源部于2018年發(fā)布《關于全面實行永久基本農(nóng)田特殊保護的通知》中強調(diào)，“永久基本農(nóng)田必須堅持農(nóng)地農(nóng)用，堅決防止任何單位和個人以任何理由使其非農(nóng)化”，使耕地資源的保護得到進一步加強.

表4 2008-2018年河南省耕地生態(tài)安全綜合評價結果

2008-2018年，耕地生態(tài)安全壓力指數(shù)總體呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，壓力指數(shù)從2008年的0.341 2降低到2018年的0.120 9，下降幅度達64.76%.其中2009-2017年耕地安全壓力系統(tǒng)評價指數(shù)呈現(xiàn)直線下降趨勢，以平均10.96%的下降率，從2009年的0.345 6下降到2017年的0.042 6.這說明在這9年間耕地安全壓力狀況沒有得到明顯的改善，人們對耕地的干擾和破壞逐漸增多，因此需要增強對耕地的保護，減少耕地的生態(tài)壓力.2017-2018年耕地安全壓力系統(tǒng)評價值出現(xiàn)上升趨勢，增幅高達183.8%.

2008-2018年，耕地生態(tài)安全狀態(tài)指數(shù)整體呈不斷下降的變化趨勢，狀態(tài)指數(shù)從2008年的0.343 2下降至2018年的0.225 3，年均減少率為3.44%.其中2008-2009年期間耕地安全狀態(tài)系統(tǒng)評價指數(shù)從0.343 2增加到0.417 6，增幅高達21.68%.在2009-2017年期間耕地安全狀態(tài)系統(tǒng)評價指數(shù)總體呈現(xiàn)快速減少階段，只有在2012-2013年期間出現(xiàn)小幅度的上升現(xiàn)象，在2009-2017年期間耕地安全狀態(tài)系統(tǒng)評價指數(shù)年降低率10.96%.說明耕地資源的綜合整治及生態(tài)修復尚需加強，農(nóng)業(yè)面源污染治理及生態(tài)綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展已迫在眉睫.

2008-2018年，耕地生態(tài)安全響應指數(shù)一直處于平穩(wěn)上升的變化態(tài)勢，從0.026 6提高到0.0479，增幅達80.1%.但在2008-2010年期間耕地安全響應系統(tǒng)評價指數(shù)由0.026 6持續(xù)下降到0.006 2，降幅高達61.65%.而在2010-2018年期間耕地生態(tài)安全響應指數(shù)出現(xiàn)顯著上漲，年增加率84.07%.這說明隨著農(nóng)業(yè)資源生態(tài)修復和基礎設施建設的不斷加強，耕地生態(tài)系統(tǒng)安全得到改善，糧食產(chǎn)量穩(wěn)定提高.

3.2 耕地生態(tài)安全截面特征分析

進一步計算2018年河南省下轄18個地級市的耕地生態(tài)安全評價指數(shù)，以探究河南省各地級市的耕地生態(tài)安全狀況，結果見表5.

從表5可以看出，耕地生態(tài)安全綜合評價指數(shù)排名前六的城市主要是信陽市(0.791 3)、駐馬店市(0.769 6)、南陽市(0.668 2)、商丘市(0.649 3)、開封市(0.633 8)和周口市(0.610 0)，這6個城市的耕地安全評價指數(shù)均處于較安全(>0.6～0.8)階段，此時耕地生態(tài)環(huán)境受到較小干擾，生態(tài)系統(tǒng)功能處于良好的狀態(tài).三門峽市、濮陽市、洛陽市、平頂山市、安陽市、鶴壁市、新鄉(xiāng)市、焦作市、許昌市、漯河市、濟源市等11個城市都處于臨界安全(>0.4～0.6)階段，此時耕地生態(tài)環(huán)境受到較少破壞.鄭州市(0.244 0)的綜合評價指數(shù)處于較不安全(>0.2～0.4)階段，此時耕地生態(tài)環(huán)境遭受較大破壞.總體來看，河南省2018年各市的耕地安全狀態(tài)不容樂觀，大部分的城市都處于臨界安全狀態(tài)，鄭州市更是處于較不安全階段.其原因在于鄭州市的城鎮(zhèn)化及工業(yè)化進程加快，耕地資源受影響程度較高，需注意進一步加強耕地資源安全保障力度.

表5 2018年河南省各地市耕地生態(tài)安全評價結果

4 結論與建議

4.1 結論

本研究應用PSR模型對2008-2018年河南省耕地資源生態(tài)安全進行綜合評價，得出主要結論如下：

(1)2008-2018年河南省耕地生態(tài)安全總體狀況不容樂觀，生態(tài)安全綜合指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，由2008年的0.771 0下降到2018年的0.394 1，綜合指數(shù)平均值為0.558 1，屬于臨界安全級別，研究期內(nèi)經(jīng)歷了“較安全—臨界安全—較不安全”的波動狀態(tài).

(2)從分子系統(tǒng)來看，耕地生態(tài)系統(tǒng)壓力和生態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)變化在耕地資源生態(tài)安全中變化較大，其中從指標層權重發(fā)現(xiàn)人口自然增長率、城鎮(zhèn)化率、單位耕地面積化肥負荷和耕地墾殖率是影響全省耕地生態(tài)安全狀況的主要因素.

(3)選取2018年這個節(jié)點來看，河南省2018年各地級市的耕地安全形勢同樣不佳，僅有信陽、駐馬店和南陽等6個地級市處于較安全狀態(tài)，洛陽、安陽和鶴壁等10個地級市處于臨界安全狀態(tài)，鄭州和平頂山更是處于較不安全狀態(tài)，其中鄭州市耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)僅為0.244 0，為全省末位，需要特別注意城鎮(zhèn)化進程中的耕地資源保護與利用問題.

4.2 建議

(1)提高農(nóng)業(yè)面源治污水平.積極發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，減少農(nóng)藥、化肥使用率，推動秸稈及畜禽糞污等有機肥料還田，鼓勵應用測土配方施肥技術，提高地膜回收利用率，改善耕地有機質(zhì)環(huán)境，促進耕地資源長效健康利用.

(2)落實耕地輪作休耕制度.大力實施中低產(chǎn)田改良工程，在不減少或破壞耕地前提下，結合各地區(qū)特點實行以免耕少耕、深松淺翻、深施肥料和糧豆輪作套作等為主的保護性耕作制度，促進區(qū)域耕地用養(yǎng)結合，保障耕地產(chǎn)能穩(wěn)步上升.

(3)構建耕地生態(tài)保護經(jīng)濟補償機制.從省級層面統(tǒng)籌設立專項資金，用于獎勵支持耕地輪作休耕、減藥控肥以及耕保工作優(yōu)異的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，以改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件及推動農(nóng)業(yè)基礎設施建設.