糧食主產(chǎn)區(qū)耕地生態(tài)安全障礙診斷及調(diào)控策略

范樹(shù)平, 李 鵬, 余波平, 米逸詩(shī), 張紅梅, 吳 楠, 蔡擎宇

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院, 合肥 230036; 2.安徽省土地勘測(cè)規(guī)劃院,江淮耕地資源保護(hù)與生態(tài)修復(fù)自然資源部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 合肥 230601; 3.安徽省環(huán)境科學(xué)研究院, 合肥 230071)

土地是人類賴以生存和文明發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，耕地資源是土地資源的精華，具有生產(chǎn)、生活、承載及生態(tài)環(huán)境等多種功能的復(fù)合體，更是糧食生產(chǎn)的重要保障[1-2]。中國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)及土地資源開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度的逐步提高，特別是城鎮(zhèn)用地、工礦用地等集聚擴(kuò)展而導(dǎo)致耕地資源總量減少、質(zhì)量下降及生態(tài)環(huán)境整體惡化，促使人地矛盾進(jìn)一步惡化及耕地生態(tài)安全將面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，可能對(duì)國(guó)家糧食安全、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、生態(tài)環(huán)境乃至綜合國(guó)力構(gòu)成嚴(yán)重威脅[3-4]。耕地生態(tài)安全對(duì)保障國(guó)家糧食安全、經(jīng)濟(jì)安全和社會(huì)安全具有重要作用，特別是處于國(guó)家糧食主產(chǎn)區(qū)的耕地生態(tài)安全戰(zhàn)略意義更為重要[5-6]。黨的十八大以來(lái)，將生態(tài)文明建設(shè)提升至“五位一體”的戰(zhàn)略高度，生態(tài)安全越來(lái)越受到政府部門及廣大群眾的高度關(guān)注，耕地生態(tài)安全研究逐漸成為近年來(lái)研究熱點(diǎn)及難點(diǎn)。縱觀國(guó)內(nèi)外研究，關(guān)于耕地生態(tài)安全研究已受到諸多學(xué)者廣泛關(guān)注。國(guó)外學(xué)者側(cè)重與可持續(xù)發(fā)展相結(jié)合的農(nóng)地生態(tài)研究，分析糧食安全與生態(tài)平衡的協(xié)調(diào)關(guān)系并提出改善農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的有效措施[7]，也有改進(jìn)傳統(tǒng)生態(tài)安全評(píng)價(jià)并運(yùn)用至土壤生態(tài)安全評(píng)價(jià)[8-9]。中國(guó)耕地生態(tài)安全研究起步較晚，針對(duì)土地生態(tài)安全評(píng)價(jià)[10]及其空間格局[11]逐步過(guò)渡到耕地生態(tài)安全研究[12]，聚焦耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)[13-14]、空間格局演化[15]、障礙因子分析等[16]層面，空間尺度涵蓋中國(guó)[2,16]、跨區(qū)域[5,11,13,17]、省級(jí)[12,14-15,18-19]、市縣級(jí)[20-21]甚至鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)[22]，且以定量化研究為主?？v觀分析，國(guó)內(nèi)外學(xué)者運(yùn)用多種模型算法，從多學(xué)科、多尺度開(kāi)展耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)及其影響分析，同時(shí)綜合考慮多維空間尺度，以及分區(qū)域類型探究障礙因子及其提出差別化調(diào)控策略研究尚屬少見(jiàn)，深入此方面研究顯得尤為重要。

在此，選取國(guó)家糧食主產(chǎn)區(qū)的安徽省為研究對(duì)象，基于PSR模型構(gòu)建耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用改進(jìn)熵權(quán)法確定其指標(biāo)權(quán)重，綜合采用TOPSIS模型、ESDA模型、障礙度模型，分步測(cè)算耕地生態(tài)安全度及其時(shí)空分異，診斷障礙因子及對(duì)應(yīng)提出調(diào)控策略，以期為深化耕地生態(tài)安全研究提供技術(shù)路徑，同時(shí)為安徽省及類似省份耕地生態(tài)安全提升提供決策參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

安徽省地處長(zhǎng)江、淮河中下游，長(zhǎng)江三角洲腹地，全省地勢(shì)西南高、東北低，地形南北迥異，復(fù)雜的氣候條件和自然地理造就生態(tài)系統(tǒng)與生物物種的多樣性。全省國(guó)土面積14.01萬(wàn)km2，轄16個(gè)地級(jí)市，耕地面積587.66萬(wàn)hm2，占國(guó)土面積41.93%，人均耕地0.088 hm2，僅為全國(guó)平均水平86.18%。作為全國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)的省份之一，安徽省糧食總產(chǎn)量居全國(guó)前列，同時(shí)長(zhǎng)三角一體化安徽行動(dòng)計(jì)劃已全面啟動(dòng)，綠色生態(tài)發(fā)展成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的永恒主題，嚴(yán)把耕地生態(tài)安全亦是安徽省生態(tài)文明建設(shè)示范區(qū)的重要舉措。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展可能導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境保護(hù)日益突出，水土資源污染越發(fā)加劇，尤其是耕地生態(tài)安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，研究具有典型代表區(qū)域，對(duì)保障區(qū)域生態(tài)環(huán)境安全、糧食安全及綠色高質(zhì)量發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 研究方法

1.2.1 TOPSIS模型 TOPSIS原理是通過(guò)計(jì)算備選方案與理想解和負(fù)理想解的相對(duì)距離排序進(jìn)而對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象優(yōu)選，已廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)工程決策分析的科學(xué)技術(shù)[23]。在此，為確保評(píng)價(jià)結(jié)果客觀科學(xué)，采用熵值法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，從而改進(jìn)傳統(tǒng)TOPSIS，由于篇幅限制，熵值法不再贅述。

(1) 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。采用極值標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以確定評(píng)價(jià)指標(biāo)實(shí)際值在該指標(biāo)權(quán)重所處位置，直接利用熵值法確定標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果。

(2) 構(gòu)建決策矩陣。通過(guò)熵值法確定的指標(biāo)權(quán)重向量wj，加權(quán)規(guī)范化決策矩陣X=(X′ij)m×n通過(guò)矩陣R的每一行與其相應(yīng)的權(quán)重相乘得到

(3) 確定正、負(fù)理想解。X+表示最偏好的方案(正理想解)，X-表示最不偏好的方案(負(fù)理想解)，則有

(4) 計(jì)算距離。分別計(jì)算每個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)向量到正理想解的距離D+和負(fù)理想解的距離D-

(5) 計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)方案的貼近度Ci。

式中:Ci越大,表明第i評(píng)價(jià)對(duì)象耕地生態(tài)安全值越接近最優(yōu)水平。貼近度Ci的值介于0～1,當(dāng)Ci=1時(shí),耕地生態(tài)安全值水平最高,耕地生態(tài)處于最為安全狀態(tài);當(dāng)Ci=0時(shí),耕地生態(tài)處于無(wú)安全狀態(tài),耕地生態(tài)安全已受到嚴(yán)重威脅或危機(jī)警戒。

1.2.2 空間數(shù)據(jù)探索分析 綜合運(yùn)用全局空間自相關(guān)(GSA)和局部空間自相關(guān)(LISA)，深入挖掘耕地生態(tài)安全空間格局及其演變規(guī)律特征。

(1) 全局空間自相關(guān)(GSA)。全局空間自相關(guān)的指標(biāo)有Moran′sI，Geary′sC和Getis′G等，考慮到不易受偏離正態(tài)分布影響，在此采用較為廣泛Moran′sI指標(biāo)描述全局空間自相關(guān)情況。

(2) 局部空間自相關(guān)(LISA)。全局空間自相關(guān)指標(biāo)只能反映區(qū)域整體基本情況，難以體現(xiàn)局部區(qū)域差異性，局部空間自相關(guān)指標(biāo)能夠表達(dá)區(qū)域之間的分異情況。在此，采用Local Moran′sI衡量局部空間相關(guān)度，其實(shí)是將表達(dá)區(qū)域總體的Moran′sI分解到每個(gè)空間單元，計(jì)算公式如下：

式中:Wij同前式,若兩區(qū)鄰接,Wij=1，若兩區(qū)不鄰接,Wij=0。Moran′sI大于零時(shí),表示特征值相似的區(qū)域存在集聚(高值或低值的集聚);當(dāng)Moran′sI指數(shù)小于零時(shí),表示特征值不相似的區(qū)域存在集聚(低高或高低的集聚)。

1.2.3 障礙度模型 通過(guò)耕地生態(tài)安全值的時(shí)空分析，能夠較為顯著得到耕地總體時(shí)序變化及空間集聚情況，但為了針對(duì)性提出對(duì)策建議，需要進(jìn)一步分析耕地生態(tài)安全的障礙因子，為此構(gòu)建耕地生態(tài)安全障礙度模型，分別測(cè)算貢獻(xiàn)度、偏離度及障礙度，具體計(jì)算公式如下：

rij=1-Xij

式中:Aj為指標(biāo)障礙度；rij為指標(biāo)偏離度；Xij為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值；Wj為指標(biāo)因子貢獻(xiàn)度,即各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。

1.3 指標(biāo)體系及權(quán)重確定

采用“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”(PSR)模型診斷生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)性，能夠有效剖析生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在因果關(guān)系，可全面系統(tǒng)反映耕地生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)活動(dòng)之間的相互作用關(guān)系，具有很強(qiáng)因果邏輯性及說(shuō)服能力。其中，壓力指標(biāo)(P)涉及人均耕地面積、經(jīng)濟(jì)密度、人口密度、城鎮(zhèn)化水平及人均水資源量等人類活動(dòng)對(duì)耕地資源開(kāi)發(fā)利用自身情況，以及單位耕地化肥負(fù)荷、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷、單位耕地農(nóng)膜負(fù)荷等耕地資源開(kāi)發(fā)利用對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成影響情況；狀態(tài)指標(biāo)(S)從耕地資源受到壓力之后導(dǎo)致人類利用耕地資源及耕地自身生態(tài)環(huán)境表現(xiàn)形態(tài)，具體包括森林覆蓋率、耕地墾殖率、復(fù)種指數(shù)、人均建設(shè)用地面積、人均糧食產(chǎn)量、單位耕地糧食產(chǎn)量及第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重7個(gè)指標(biāo)；響應(yīng)(R)從人類為了改變耕地生態(tài)環(huán)境而做出措施或者手段的響應(yīng)路徑，具體包括建成區(qū)綠化覆蓋率、工業(yè)固體廢物綜合利用率、第三產(chǎn)業(yè)比重、農(nóng)民人均純收入、污水處理率及單位耕地農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力6個(gè)指標(biāo)。上述指標(biāo)數(shù)據(jù)資料來(lái)源于《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒(2000—2019年)》及安徽省社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)公報(bào)，以及安徽省統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站公布部分信息資料整理。

根據(jù)熵權(quán)法分步確定指標(biāo)權(quán)重并加以分析，狀態(tài)層所占權(quán)重最大，達(dá)到0.387 8，涉及耕地墾殖率、森林覆蓋率、第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重所占權(quán)重相對(duì)較大；壓力層權(quán)重次之，但也達(dá)到0.377 2，其中，人均耕地面積、人口密度、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷三項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重居前；最低為響應(yīng)層，僅為0.235 0，其中農(nóng)民人均純收入所占權(quán)重相對(duì)較高，且在整個(gè)指標(biāo)體系位居第三，可見(jiàn)對(duì)耕地生態(tài)安全影響較高(表1)。

表1 安徽省耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其權(quán)重

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地生態(tài)安全時(shí)間變化特征

綜合運(yùn)用熵值法、TOPSIS模型，測(cè)算安徽省2000年以來(lái)耕地生態(tài)安全度，由表2可見(jiàn)全省耕地生態(tài)安全度總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，由2000年的0.234 1增至2018年的0.724 7，結(jié)合實(shí)際情況可劃分為3個(gè)階段，第一階段為2000—2006年，屬于低位波動(dòng)階段；第二階段為2007—2013年，屬于快速增長(zhǎng)階段；第三階段為2014—2018年，屬于高位爬坡階段。

第一階段，安徽省耕地生態(tài)安全增減幅度較大，由2000年的0.234 1降至2001年0.209 8，減少幅度達(dá)到10%以上，隨后連續(xù)2 a緩慢增長(zhǎng)，至2004年減少幅度達(dá)到12.66%，降至2000年以下最低點(diǎn)0.202 5，可能原因在于人均耕地、人均水資源量、耕地墾殖率等正向指標(biāo)總體減少，單位耕地化肥負(fù)荷、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷、單位耕地農(nóng)膜負(fù)荷、經(jīng)濟(jì)密度、人均建設(shè)用地面積等負(fù)向指標(biāo)卻在增加，進(jìn)而導(dǎo)致全省耕地生態(tài)安全降低，但森林覆蓋率、單位耕地糧食產(chǎn)量、農(nóng)民人均純收入、單位耕地農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力等正向指標(biāo)增長(zhǎng)而減緩安全度下降趨勢(shì)。

第二階段，安徽省耕地生態(tài)安全總體呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)階段，年平均增長(zhǎng)率高達(dá)15.91%，以2010年增長(zhǎng)尤為突出，達(dá)到25.40%。隨著農(nóng)村農(nóng)業(yè)稅取消及家庭承包經(jīng)營(yíng)更加深入，新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)主體對(duì)種植業(yè)更加積極，全省墾殖率高達(dá)41.933 8%，人均耕地面積高達(dá)1.270 8，耕地農(nóng)業(yè)機(jī)械化普遍推廣，人均糧食產(chǎn)量、農(nóng)民人均純收入等大幅度提升，單位耕地化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜等危害耕地生態(tài)安全均不同程度下降；二是，政府部門在農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民等“三農(nóng)問(wèn)題”上主動(dòng)作為，突出耕地資源數(shù)量、質(zhì)量及生態(tài)全方位保護(hù)，體現(xiàn)在森林覆蓋率持續(xù)增長(zhǎng)，減緩人均建設(shè)用地增長(zhǎng)幅度，加大工業(yè)生產(chǎn)生態(tài)環(huán)保投入，工業(yè)固體綜合利用率、污水處理率等穩(wěn)步提升，間接保護(hù)改善耕地及其周邊生態(tài)安全及生態(tài)環(huán)境。

第三階段，安徽省耕地生態(tài)安全程度處于高位緩慢爬坡階段，甚至2017年還存在下降0.31%，從各指標(biāo)情況分析可見(jiàn)，諸如耕地面積、水資源量、森林資源等自然資源，以及耕地墾殖率、復(fù)種指數(shù)等反映其綜合開(kāi)發(fā)利用表征已接近極限，以及單位耕地化肥、農(nóng)藥及農(nóng)膜等要求持續(xù)下降已較為困難，工業(yè)固體處理、污水處理等已接近全部達(dá)標(biāo)。由此可見(jiàn)，全省耕地生態(tài)安全若要持續(xù)提升，加大生態(tài)環(huán)境科技投入、優(yōu)化耕地資源空間格局及完善監(jiān)管機(jī)制體制勢(shì)在必行。

表2 安徽省耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果匯總

2.2 耕地生態(tài)安全空間格局演變

綜合運(yùn)用熵值法、TOPSIS，分市測(cè)度2000年、2010年、2018年耕地生態(tài)安全數(shù)值，應(yīng)用ArcGIS軟件評(píng)價(jià)單元空間關(guān)聯(lián)及其自然斷裂法 ( Jenks)，顯示安徽省耕地生態(tài)安全空間格局演變并分析其規(guī)律及演變特征(圖1)。

圖1 安徽省耕地生態(tài)安全空間格局變化

2000年，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域涉及合肥市、亳州市、淮北市，其中，合肥市由于人口密度、城鎮(zhèn)化發(fā)展及人均建設(shè)用地較高等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素，亳州市、淮北市受水資源量、森林生態(tài)資源等資源稟賦約束；安全、較安全區(qū)域涉及黃山市、池州市、宣城市及馬鞍山市，依靠生態(tài)資源集中分布的皖南山區(qū)為主，耕地生態(tài)安全度整體較高；皖北、皖中及皖西大別山區(qū)等諸多區(qū)域均屬于較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，說(shuō)明安徽省耕地生態(tài)安全整體水平偏低，且風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域呈現(xiàn)集中連片態(tài)勢(shì)。

2010年，最為顯著變化特征就是高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大，包括淮南市、阜陽(yáng)市、蚌埠市、滁州市，均由較高風(fēng)險(xiǎn)提升至高風(fēng)險(xiǎn)類型區(qū)域，合肥市及亳州市受到耕地墾殖率、農(nóng)民人均純收入等正向指標(biāo)大幅提高而導(dǎo)致由高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域降為較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域；整體來(lái)看，全省高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，主要由于隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化等社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展極大限制耕地生態(tài)空間，以及生態(tài)環(huán)境治理及建設(shè)尚未積極跟進(jìn)，化肥、農(nóng)藥及地膜等耕地污染尚未明顯減量化。

2018年，隨著地方政府、廣大公眾等對(duì)耕地生態(tài)安全重視，黃山市、池州市在繼續(xù)保持安全等級(jí)情況下，全省安全區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大至宣城市；滁州市由高風(fēng)險(xiǎn)降為較高風(fēng)險(xiǎn)情況下，亳州市由于人均耕地面積、森林覆蓋率等正向指標(biāo)急劇減少，經(jīng)濟(jì)密度、城鎮(zhèn)化水平等負(fù)向指標(biāo)大幅提高而導(dǎo)致成為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，并呈現(xiàn)皖北集中連片態(tài)勢(shì)；與此同時(shí)，蕪湖市、銅陵市由較高風(fēng)險(xiǎn)升至高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，六安市、安慶市卻由高風(fēng)險(xiǎn)降為較安全區(qū)域。

整體來(lái)說(shuō)，近20年來(lái)是以自然條件比較優(yōu)勢(shì)相對(duì)明顯、原有農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)發(fā)展相對(duì)較好，耕地生態(tài)環(huán)境能夠得到逐步改善，耕地生態(tài)安全得到緩慢提升。安徽省耕地生態(tài)安全狀態(tài)進(jìn)一步呈現(xiàn)不平衡、不均衡演變趨勢(shì)，導(dǎo)致全省耕地生態(tài)安全空間格局差異顯著，尤其是以高風(fēng)險(xiǎn)、安全兩類區(qū)域分布空間集中區(qū)域發(fā)生很大改變，基本呈現(xiàn)皖南地區(qū)安全程度高并由皖中地區(qū)過(guò)渡至皖北地區(qū)風(fēng)險(xiǎn)程度高的空間層級(jí)格局。

2.3 耕地生態(tài)安全空間集聚判定

(1) 全局空間集聚情況。從壓力指數(shù)分析，自2000年以來(lái)，均呈現(xiàn)為負(fù)相關(guān)性，且絕對(duì)值有增大趨勢(shì)，表明相異性趨強(qiáng)，特別是反映壓力的人均耕地面積、人均水資源量等自然資源條件，全省存在明顯地域差異性，以及各市級(jí)層面經(jīng)濟(jì)密度、人口密度及城鎮(zhèn)化發(fā)展亦存在相互之間差異顯著特征，綜合各種原因?qū)е聣毫χ笖?shù)Moran′sI指數(shù)為負(fù)值情況，進(jìn)一步說(shuō)明緩解安徽省耕地生態(tài)安全壓力要重點(diǎn)考慮尊重自然資源稟賦，以及統(tǒng)籌協(xié)調(diào)推進(jìn)各區(qū)域之間社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平(表3)。

組織管理能力是指組織和管理班集體，對(duì)學(xué)生和班級(jí)日常工作進(jìn)行組織管理的能力，包括管理班級(jí)或工程研究隊(duì)伍的經(jīng)驗(yàn)，參加學(xué)校管理活動(dòng)和組織集體活動(dòng)的經(jīng)歷等。目前我國(guó)應(yīng)用型本科院校教師在組織管理能力方面表現(xiàn)良好，大多數(shù)教師經(jīng)過(guò)培訓(xùn)和鍛煉均能較好地管理班集體。

表3 安徽省耕地生態(tài)安全Moran′s I指數(shù)

從狀態(tài)指數(shù)分析，在2000年的-0.060基礎(chǔ)上穩(wěn)步提至2018年的0.602，空間格局逐步呈現(xiàn)正相關(guān)性及趨勢(shì)越加明顯，表現(xiàn)為強(qiáng)集聚性特征，并在壓力指數(shù)負(fù)相關(guān)性情況下，未有影響狀態(tài)指數(shù)的強(qiáng)集聚性特征，從耕地墾殖率、復(fù)種指數(shù)、森林覆蓋率等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式及自然條件，以及糧食產(chǎn)量、第一產(chǎn)值等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率等均具有空間集聚性，同樣表明雖然壓力存在空間負(fù)相關(guān)性，但不影響狀態(tài)指數(shù)空間趨強(qiáng)的正相關(guān)性。

從響應(yīng)指數(shù)分析，近20 a來(lái)絕對(duì)值有趨向于零的趨勢(shì)，表明政府對(duì)耕地生態(tài)安全直接影響或間接影響的生態(tài)環(huán)境治理投入，空間近鄰效應(yīng)尚不明顯，亦可能地市之間差異性顯著及響應(yīng)耕地生態(tài)安全態(tài)度情況亦存在明顯差異。

從綜合指數(shù)分析，總體呈現(xiàn)正相關(guān)性，但表現(xiàn)并不是很明顯，尤以2018年達(dá)到0.312最為顯著，各市耕地生態(tài)安全呈現(xiàn)空間集聚性較強(qiáng)效應(yīng)，一定程度說(shuō)明從空間整體角度，整合地市比較優(yōu)勢(shì)資源并統(tǒng)籌推進(jìn)跨地市的耕地生態(tài)安全措施，積極培育政策措施空間集聚效果并加以體現(xiàn)。

(2) 局部空間集聚情況。Moran′sI指數(shù)反映全局整體情況，無(wú)法進(jìn)行局部空間分析，運(yùn)用LISA進(jìn)一步分析2000年、2010年、2018年的耕地生態(tài)安全局部空間自相關(guān)程度(圖2)。

從壓力指數(shù)分析，集聚不顯著區(qū)域占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，僅表現(xiàn)有2000年、2010年蕪湖市、合肥市屬于高度集聚區(qū)域，2000年阜陽(yáng)市、蚌埠市屬于中度集聚區(qū)域，滁州市除了2010年以外均屬于低度集聚區(qū)域；壓力指數(shù)并沒(méi)有表現(xiàn)較為明顯的局部空間相關(guān)性，耕地生態(tài)安全并未隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展而出現(xiàn)局部相關(guān)，相反局部相關(guān)性呈現(xiàn)更加不明顯趨勢(shì)。

從狀態(tài)指數(shù)分析，總體呈現(xiàn)越來(lái)越顯著特征，高度集聚區(qū)域由2000年僅有蕪湖市而逐漸擴(kuò)展至以皖南地區(qū)為主的銅陵市、宣城市、池州市，低度集聚區(qū)域由皖北的阜陽(yáng)市、蚌埠市擴(kuò)展至亳州市、淮北市、淮南市等形成皖北、淮河沿線集中連片區(qū)域，以長(zhǎng)江以南為主的皖南地區(qū)高度集聚中心，以皖北、淮河沿岸等集中連片的低度集聚區(qū)域而形成鮮明對(duì)比。

從響應(yīng)指數(shù)分析，從局部空間相關(guān)性的系列圖分析，沒(méi)有形成明顯局部相關(guān)性，池州市、銅陵市、淮北市、安慶市等均出現(xiàn)高度集聚區(qū)域情況，變化較快且不穩(wěn)定，宣城市、馬鞍山市、宿州市等均亦出現(xiàn)低度集聚區(qū)域情況，但也同樣動(dòng)態(tài)變化之中，整體上看，響應(yīng)指標(biāo)并未顯現(xiàn)明顯局部空間集聚特性。

從綜合指數(shù)分析，局部相關(guān)性并不顯著，從時(shí)序演變情況分析，高度集聚區(qū)域逐漸由合肥市為中心逐漸向蕪湖市、銅陵市及池州市轉(zhuǎn)移，高度集聚區(qū)域具有自然資源稟賦及生態(tài)環(huán)境本底較好區(qū)域轉(zhuǎn)移傾向；低度集聚區(qū)域逐漸呈現(xiàn)向阜陽(yáng)市、淮南市、蚌埠市及淮北市等皖北地區(qū)集中，該區(qū)域也是安徽省耕地集中連片區(qū)域，耕地資源比較豐富，應(yīng)更加注重耕地生態(tài)安全措施，在保障耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量的前提下，尤其注重耕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)、維護(hù)及修復(fù)。

2.4 耕地生態(tài)安全障礙診斷

(1) 全省維度。綜合運(yùn)用熵值法及障礙度模型，診斷安徽省2000年以來(lái)耕地生態(tài)安全障礙度(表4)。2000—2002年，排名前5位的指標(biāo)因子以響應(yīng)準(zhǔn)則層為主，包括建成區(qū)綠化覆蓋率、污水處理率、單位耕地農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力、工業(yè)固體廢物綜合利用率等指標(biāo)因子，表明這段時(shí)間耕地生態(tài)安全主要受政府生態(tài)環(huán)境建設(shè)投入影響乃至生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)認(rèn)知，生態(tài)環(huán)境保護(hù)響應(yīng)較為滯后。2003—2005年，人均糧食產(chǎn)量、單位耕地糧食產(chǎn)量乃至森林覆蓋率逐漸成為制約耕地生態(tài)安全的重要影響因子，說(shuō)明安徽省作為糧食主產(chǎn)區(qū)在耕地生態(tài)環(huán)境較低情況，地均糧食生產(chǎn)、人均糧食產(chǎn)量逐步成為耕地生態(tài)安全狀態(tài)的制約因子。2006—2013年，以單位耕地化肥負(fù)荷、單位耕地農(nóng)藥負(fù)荷、單位耕地農(nóng)膜負(fù)荷、經(jīng)濟(jì)密度及人口密度等為主要障礙因子的壓力準(zhǔn)則層，表明以農(nóng)戶為主的耕地生產(chǎn)方式方法及耕作模式逐漸成為耕地生態(tài)安全提升的制約因素，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)科技水平投入、農(nóng)業(yè)耕地生態(tài)綠色化耕種，以及注重由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)及人口集聚，加重耕地生態(tài)安全壓力。2014—2018年，復(fù)種指數(shù)、單位耕地糧食產(chǎn)量、人均建設(shè)用地面積、人口密度及城鎮(zhèn)化水平逐漸成為耕地生態(tài)安全常態(tài)化及穩(wěn)定的制約因子，由于復(fù)種指數(shù)降低及拉低單位糧食產(chǎn)量是以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，以及建設(shè)用地規(guī)模擴(kuò)張、人口集聚、城鎮(zhèn)化等人地關(guān)系劇烈變化是傳導(dǎo)耕地生態(tài)安全的重要作用途徑。由此可見(jiàn)，應(yīng)從積極培育農(nóng)戶耕種及提升耕地復(fù)種指數(shù)達(dá)到提高單位耕地糧食產(chǎn)量為切入點(diǎn)，積極遏制建設(shè)用地盲目擴(kuò)張及嚴(yán)控建設(shè)用地總規(guī)模，尤其注重人口集聚的城鎮(zhèn)地區(qū)周邊耕地生態(tài)安全維護(hù)及保護(hù)建設(shè)。

圖2 安徽省耕地生態(tài)安全LISA圖

(2) 市級(jí)維度。同樣運(yùn)用障礙度模型，以2018年為時(shí)間點(diǎn)，分別測(cè)算市級(jí)耕地生態(tài)安全障礙度，并以各因子障礙度為指標(biāo)，進(jìn)一步采用SPSS軟件進(jìn)行聚類分析(表5)，結(jié)果顯示，合肥市、馬鞍山市、蕪湖市、銅陵市并為第一類，宣城市、池州市、安慶市、黃山市并為第2類，淮北市、亳州市、宿州市、蚌埠市、阜陽(yáng)市、淮南市、滁州市、六安市并為第3類。

第一類區(qū)域涵蓋省會(huì)合肥市，以及蕪馬銅城市群，區(qū)域總體特征表現(xiàn)為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)較好、發(fā)展水平較高，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化及產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)相對(duì)明顯，障礙度較高涉及經(jīng)濟(jì)密度、城鎮(zhèn)化水平、人均水資源量、人均建設(shè)用地面積、人均糧食產(chǎn)量、單位糧食產(chǎn)量、第一產(chǎn)業(yè)占GDP比重等指標(biāo)因子。一方面，以城鎮(zhèn)化發(fā)展、工業(yè)化推進(jìn)等帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)密度及城鎮(zhèn)化水平提高，以及建設(shè)用地規(guī)模增加、工農(nóng)業(yè)及生活用水總量大等對(duì)耕地生態(tài)安全造成制約影響，是該區(qū)域耕地生態(tài)安全提升的障礙所在；另一方面，以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為代表的人均糧食產(chǎn)量下降，單位耕地糧食產(chǎn)量較低也是影響耕地生態(tài)安全重要因子。

表4 2000-2018年安徽省耕地生態(tài)安全主要障礙因子

第2類區(qū)域集中分布于皖北平原廣域范圍，以及皖東滁州市及皖西六安市，該區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后，且耕地及永久基本農(nóng)田集中規(guī)模較大、占地比例較高，影響耕地生態(tài)安全較為重要因子涉及單位耕地農(nóng)膜負(fù)荷、農(nóng)藥及化肥負(fù)荷，人均水資源量、森林覆蓋率、建成區(qū)綠化覆蓋率、農(nóng)民人均純收入等指標(biāo)因子。該區(qū)域是安徽省產(chǎn)糧重點(diǎn)市域及重點(diǎn)區(qū)域，對(duì)全省糧食安全至關(guān)重要，障礙因子主要體現(xiàn)在，一是，耕地耕種方式過(guò)程中使用農(nóng)膜、化肥及農(nóng)藥等對(duì)耕地自然生態(tài)環(huán)境影響很大，應(yīng)從改變及降低使用量及單位使用減少對(duì)耕地及周邊環(huán)境破壞；二是，由于自然本底及資源稟賦限制導(dǎo)致人均水資源量及森林覆蓋率，以及體現(xiàn)區(qū)域生態(tài)綠化的建成區(qū)綠化覆蓋率，均是制約該區(qū)域耕地生態(tài)環(huán)境并對(duì)生態(tài)安全造成一定影響，應(yīng)加大低丘緩坡地植樹(shù)造林、農(nóng)田綠色防護(hù)，以及諸如引江濟(jì)淮等大型跨區(qū)域調(diào)水工程、農(nóng)田水利工程等建設(shè)實(shí)施運(yùn)行，以及積極開(kāi)展農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活的節(jié)約集約用水；三是，該區(qū)域糧食產(chǎn)量集中連片，農(nóng)民人均純收入亦同時(shí)相對(duì)較低，可能傳導(dǎo)至農(nóng)戶并對(duì)耕地生態(tài)安全認(rèn)識(shí)降低，以及主動(dòng)投入并運(yùn)用綠色、生態(tài)等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式方法及技術(shù)引進(jìn)受到阻礙，在此應(yīng)加大種糧、產(chǎn)糧等政府補(bǔ)貼及財(cái)政轉(zhuǎn)移支付，積極擴(kuò)大農(nóng)戶種糧增產(chǎn)且增收的有效渠道。

第3類區(qū)域集中分布于皖南山區(qū)、皖西大別山區(qū)等以山區(qū)、丘陵為主，自然生態(tài)環(huán)境資源本底良好、耕地資源相對(duì)稀缺且分布較為零散，人均耕地面積、耕地墾殖率、復(fù)種指數(shù)、人均糧食產(chǎn)量、單位糧食產(chǎn)量、污水處理率及單位耕地農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力等作為耕地生態(tài)安全比重相對(duì)較高影響因子。由此可見(jiàn)，一是，從自然條件分析，受地形地貌影響及耕地資源稟賦限制，導(dǎo)致耕地面積不足及比重較低，以及山區(qū)耕地糧食產(chǎn)出率較低；二是，同樣可能受到山區(qū)丘陵地形地貌影響而導(dǎo)致污水處理率、農(nóng)業(yè)機(jī)械化推廣及運(yùn)行程度難以提高，都是造成該區(qū)域耕地生態(tài)安全進(jìn)一步提高的障礙因子。

2.5 耕地生態(tài)安全提升調(diào)控策略

耕地生態(tài)安全涉及到諸多方面，提升調(diào)控策略亦體現(xiàn)多維度及多元化，結(jié)合安徽省耕地生態(tài)安全研究案例，確保耕地?cái)?shù)量及耕地質(zhì)量為基礎(chǔ)條件，提升耕地生態(tài)為目標(biāo)，完善體制機(jī)制是核心，系統(tǒng)提出耕地生態(tài)安全提升調(diào)控策略。

從保持耕地?cái)?shù)量視角，落實(shí)耕地總量動(dòng)態(tài)平衡。安徽省作為糧食生產(chǎn)大省，確保耕地總量達(dá)到一定規(guī)模是穩(wěn)定耕地生態(tài)安全的根本保障。隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展、工業(yè)化推進(jìn)及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等占用大量耕地資源，不僅對(duì)耕地?cái)?shù)量受到影響，同樣影響耕地周邊生態(tài)環(huán)境，應(yīng)堅(jiān)持落實(shí)耕地總量動(dòng)態(tài)平衡，嚴(yán)格落實(shí)耕地占補(bǔ)平衡政策，特別是以皖南山區(qū)及皖西大別山區(qū)耕地稀缺地區(qū)更要強(qiáng)化緩解耕地資源減少趨勢(shì)、盡量提高復(fù)種指數(shù)，廣大皖北地區(qū)耕地集中連片區(qū)域更要保障耕地資源數(shù)量穩(wěn)中有升、更加集中連片。而在這一過(guò)程中，不僅僅是要保持耕地總體數(shù)量的動(dòng)態(tài)平衡，還要確保耕地質(zhì)量與原先基本保持一致，保持全省人均耕地面積不減少，只有這樣才能從根本上維護(hù)耕地的生態(tài)安全。

從保持耕地質(zhì)量視角，差異化推進(jìn)全域綜合整治。結(jié)合耕地自然稟賦條件，特別是地形地貌、土壤、水文及氣候等區(qū)域特征，應(yīng)以耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量及生態(tài)三位一體化保護(hù)要求，積極推進(jìn)以耕地保護(hù)為中心的耕地綜合整治，轉(zhuǎn)變?cè)袀鹘y(tǒng)的土地整治模式，快速推進(jìn)農(nóng)田水利以及高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，特別是皖北平原地區(qū)農(nóng)業(yè)供水保障能力，集中改造中低產(chǎn)田，擴(kuò)大農(nóng)林防護(hù)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及水資源跨區(qū)域聯(lián)動(dòng)優(yōu)化配置；針對(duì)皖南及大別山區(qū)特殊地形地貌，強(qiáng)化小微地形整治修復(fù)，逐步提高局部農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，在保護(hù)耕地生態(tài)環(huán)境前提下穩(wěn)定提高糧食產(chǎn)量。

表5 市級(jí)耕地生態(tài)安全障礙度匯總 %

從保持耕地生態(tài)視角，提高耕地生態(tài)安全保護(hù)意識(shí)。耕地生態(tài)安全保護(hù)，不僅僅是從宏觀層面考慮的國(guó)家及政府部門，同樣涉及直接參與到耕地生產(chǎn)及耕作方式的農(nóng)戶。涉及農(nóng)戶生產(chǎn)行為的農(nóng)藥、化肥、農(nóng)膜等為代表的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程行為，是直接影響耕地及周邊生態(tài)環(huán)境并對(duì)耕地生態(tài)安全。要從維護(hù)耕地生態(tài)安全考慮，應(yīng)加強(qiáng)綠色發(fā)展及耕地生態(tài)環(huán)保的宣傳力度，提倡、鼓勵(lì)及獎(jiǎng)勵(lì)農(nóng)業(yè)綠色產(chǎn)生、無(wú)公害種植，政府部門可適當(dāng)提倡農(nóng)業(yè)綠色種植補(bǔ)貼政策及措施，以及將耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果納入政府考評(píng)體系。將原先只關(guān)注耕地?cái)?shù)量及質(zhì)量的整治方式轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅馗氐纳鷳B(tài)保護(hù)及建設(shè)，提高農(nóng)田生態(tài)林地保護(hù)范圍。

從完善體制機(jī)制視角，重點(diǎn)探試落實(shí)耕地生態(tài)安全補(bǔ)償。隨著國(guó)家、地方政府及公眾對(duì)耕地生態(tài)安全問(wèn)題的重視程度越來(lái)越高，相關(guān)的法律法規(guī)也愈發(fā)完善，這也是耕地生態(tài)安全走向較安全程度的重要因素。為此，耕地生態(tài)安全補(bǔ)償機(jī)制的建立，需要建立相關(guān)法律法規(guī)明確耕地生態(tài)服務(wù)的直接受益群體，充分發(fā)揮政府的主導(dǎo)作用，給直接負(fù)擔(dān)耕地生態(tài)保護(hù)成本的個(gè)人或群體給與經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，逐步提高農(nóng)戶或農(nóng)民的收入水平，達(dá)到耕地生態(tài)得到保護(hù)同樣可以得到較好經(jīng)濟(jì)收入；精準(zhǔn)落實(shí)耕地生態(tài)補(bǔ)償方式、方法及措施，真正落實(shí)耕地生態(tài)安全補(bǔ)償機(jī)制，此已得到諸多學(xué)者廣泛呼吁[24-25]。

3 討論與結(jié)論

3.1 討 論

耕地生態(tài)安全涉及到自然條件、生態(tài)環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等諸多方面，是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)及復(fù)雜機(jī)理的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。基于PSR模型及結(jié)合安徽省實(shí)際情況，構(gòu)建耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并加以全省、市級(jí)兩維空間尺度研究，耕地安全度評(píng)價(jià)結(jié)果較為合理，且障礙度診斷及其區(qū)域類型劃分亦較為理想，但由于市級(jí)單元尺度較大而可能導(dǎo)致空間聚類分析效果相對(duì)較差。下一步研究深入，一方面，在空間尺度上進(jìn)一步縮小，并結(jié)合地方實(shí)際情況，選擇更加切合實(shí)際評(píng)價(jià)指標(biāo)；另一方面，建議結(jié)合糧食主產(chǎn)區(qū)的糧食產(chǎn)量情況及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)域差異，分區(qū)域類型構(gòu)建差別化評(píng)價(jià)指標(biāo)及其評(píng)價(jià)結(jié)果判定標(biāo)準(zhǔn)，以此實(shí)現(xiàn)既能保障國(guó)家及地方糧食安全及生態(tài)安全，又能夠滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求。另外，如何通過(guò)耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果并進(jìn)一步建立全區(qū)域、全要素并融入人類行為學(xué)的耕地生態(tài)安全監(jiān)測(cè)預(yù)警框架體系及其運(yùn)行機(jī)制，也是未來(lái)很有值得研究方面。

3.2 結(jié) 論

(1) 安徽省耕地生態(tài)安全度具有一定波動(dòng)性，但總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，由2000年的0.234 1增至2018年的0.724 7，可大致分為低位震蕩階段、快速增長(zhǎng)階段及高位爬坡階段。

(2) 近20年來(lái)耕地生態(tài)安全狀態(tài)進(jìn)一步呈現(xiàn)不平衡、不均衡演變趨勢(shì)，導(dǎo)致全省耕地生態(tài)安全空間格局差異顯著，尤其是以高風(fēng)險(xiǎn)、安全兩類區(qū)域分布空間集中區(qū)域發(fā)生很大改變，基本呈現(xiàn)皖南安全程度高并由皖中過(guò)渡至皖北風(fēng)險(xiǎn)程度高的空間層級(jí)格局；從全局、局部?jī)删S視角，耕地生態(tài)安全空間集聚情況均并不是很明顯。

(3) 從全省維度分析，障礙因子以建成區(qū)綠化覆蓋率、污水處理率等響應(yīng)準(zhǔn)則層為主，逐漸轉(zhuǎn)變至復(fù)種指數(shù)、單位耕地糧食產(chǎn)量、人均建設(shè)用地面積、人口密度及城鎮(zhèn)化水平等狀態(tài)準(zhǔn)則層、壓力準(zhǔn)則層等為主；從市級(jí)維度分析，省會(huì)及沿江城市群障礙因子以經(jīng)濟(jì)密度、城鎮(zhèn)化水平及人均資源占比為主，皖北、皖西及皖東耕地集中連片區(qū)域障礙因子以單位耕地農(nóng)膜負(fù)荷、農(nóng)藥化肥負(fù)荷、人均水資源量等為主，皖南及皖西山地丘陵區(qū)障礙因子以人均耕地面積、耕地墾殖率、復(fù)種指數(shù)等為主。