重庆喀斯特山地农业发展－生态响应评价

任　伟　谢世友

摘要：重庆喀斯特山地属于典型生态脆弱区，宜耕地资源不足，土地退化严重，社会经济发展与生态环境承载力、粗放的农业经营方式与资源短缺的矛盾突出。该文尝试将喀斯持山区农业发展及其影响下的生态响应作为一个系统。建立农业与生态发展协调性评价体系，利用因子分析法对重庆37个区县喀斯特山区进行横向对比和识别，并按综合得分进行分级。研究发现重庆喀斯特地区农业－生态发展协调度以较差和差为主，分别占总喀斯特面积的71.12％和12.17％，主要分布在渝东北和渝东南典型喀斯特区县，这种空间分异是自然基底背景、人为胁迫、经济科技因素共同作用的结果。

关键词：农业发展一生态响应；评价体系；因子分析；重庆喀斯特山地

中图分类号：X144；S157.1文献标识码：A文章编号；0439-8114(2009)02-0324-05

重庆市喀斯特地区面积为3.28万km²，占国土面积的39.71％，分布于37个区县，喀斯特类型多样：渝东北大巴山区为广布的三叠系灰岩中山，山高谷深；渝东南低山、丘陵区发育有峰丛、峰林、溶丘等典型亚热带喀斯特景观：川东平行岭谷区则由于背斜轴部灰岩差异溶蚀，形成独特的“一槽二岭”或“二槽二岭”槽谷。喀斯特自然环境承灾能力弱。在不合理人为干扰下石漠化、植被逆向演替、岩溶塌陷、旱、涝、地下水污染等环境问题突出，进而严重威胁着农业经济与生态环境的可持续发展，其农业发展及其影响下生态环境响应现状的识别和判定能够为环境问题防治和进一步优化土地利用结构提供客观依据。

目前，多元定量评价方法有多种，与模糊综合评价法、神经网络法、灰色关联度法等相比，因子分析能够保证最少的原始信息损失、反映并简化原始变量数据间的结构及内在联系，更避免了指标权重确定的主观随意性。数据获取上，以往同类型的研究都以喀斯特区县行政区域内平均数据为基础，包含了非喀斯特区部分，本文只以37个区县喀斯特地区为评价单元，用Arcgis9，2软件从重庆市1:50万地质图上提取出喀斯特区分布图，再与重庆市政区图叠加，得到评价单元空间分布及边界信息，进一步根据研究需要导人石漠化现状、用地类型、土壤侵蚀、农业人口密度等数字化图件，其他数据来自重庆市相关部门2006年统计资料，数据收集只针对喀斯特地区。

1评价体系构建

1．1指标选取

喀斯特山地是典型的生态脆弱区，其脆弱性可以宽泛理解为喀斯特自然环境容易遭受和没有能力应对各种外界扰动(特别是农业用地活动)是生态系统对受扰动特征、幅度、速率、适应等的函数，而系统各种生态暴露状况则是系统与外力干扰之间联系的特征表现。喀斯特山地农业一生态发展协调性评价将自然环境生态暴露状况同脆弱性承担者和适应者的人类社会结合起来才有意义，是一个包含自然和社会内涵的综合概念。

目前自然环境与人类社会发展关系领域应用最广泛的研究方法之一是压力－状态－响应模型，本文由于相关指标较多，这里借用该模型思想遵循简单及易获取性原则选取有代表性的指标(表1)：一是压力层次指标，包括农业人口密度、人均耕地面积、耕地灌溉率、坡度＞25°坡耕地比例，表征人为作用对自然环境的胁迫强度：二是状态层次指标，包括林地覆盖率、土壤侵蚀面积比例、轻度石漠化比例、中度石漠化比例、重度及以上石漠比例、粮食单产，用来反映不合理土地利用下自然环境的负反馈及危险程度：三是社会经济响应层次指标，包括农民年人均纯收入和贫困人口比例，用来表征农业土地利用总体效率、效益。另外，土壤及水资源污染程度可以表征人类干扰下污染物质的输入情况，但由于资料缺失，这里暂时未列入。

1．2主要指标状况

林地比例：喀斯特山地较高的植被覆盖率是维持生态平衡的关键，除能有效地涵养水源防止旱涝外，其生物、化学和物理效应还能对碳酸盐岩的风化成土具有促进作用，植被覆盖的减少和逆向演替使生态系统的自调节功能和承灾能力下降，成为生态退化的前兆和根源。许多地区多年来的过度开垦及乱砍滥伐、过度放牧致使植被遭受了严重的破坏。喀斯特区生态环境要处于良性循环，林地覆盖率至少要达到30％。

土壤侵蚀：我国喀斯特地区碳酸盐岩由于结构致密、酸不溶物质含量低，成土过程极其缓慢，土壤浅薄且分布分散(如重庆喀斯特槽谷区自然土层一般不超过40cm)，加上C层缺失，土壤先天稳定性差。虽然土壤侵蚀绝对量较黄土高原少得多，但由于土壤极难恢复，造成的生态问题更加突出，根据重庆市土壤侵蚀现状图，所有喀斯特地区中土壤侵蚀面积占44％，其中又以强度、中度和轻度侵蚀为主，分别占侵蚀面积的33.24％、32.97％和28.51％，极强度和剧烈侵蚀只占5.23％和1.05％。

石漠化状况：石漠化是热带亚热带喀斯特生态系统退化的终极态，石漠化的发生使基岩裸露，土壤变薄，原本相对肥沃、湿润、阴暗生境逐渐转变为土少、水少、石多、干旱的生态环境，表现在水分贮存量减少和储存时间缩短、温度变化幅度增加等方面，进而导致土地生产力严重下降。重庆市目前石漠化面积占总喀斯特面积的28.3％，石漠化程度又以中度、轻度、重度为主。

坡度＞25°坡耕地比：坡度是水土流失重要的控制因子，而斜坡耕作更造成坡面土壤的不稳定性，高强度的耕地利用导致3～5年撂荒现象频繁，根据水土保持相关法规，坡度＞25°地区已不适宜耕种。

粮食单产：反映了土地质量及耕地产出效益，从收集的数据来看，重庆大部分喀斯特区粮食单产远低于全市平均水平，如2005年重庆市平均公顷产量4665kg，而喀斯特区一般不到4050kg，最低的城口仅2658.75kg。

农业人口密度：喀斯特环境是脆弱敏感的生态系统，宜耕地资源不足，土地潜在质量差，旱涝频繁，造成人口承载力低，伴随人口增加而来的往往是土地过度开垦、乱砍滥伐和过度放牧。2005年重庆喀斯特区人均耕地面积为0.107hm²，远高于全重庆市平均的0.069hm²，其中耕地灌溉率仅为20.8％，坡度25°以上顺坡耕地占总耕地面积的21.9％，坡耕地面积已占总喀斯特区土壤侵蚀面积的37.8％，农用地开发利用水平较低，农业生态系统日益恶化趋势明显。

2研究方法

利用因子分析方法，对重庆喀斯特山地37个样本(喀斯特区单元)数据进行降维，分析过程在SPSS12.0统计分析软件环境下进行，主要步骤为：①为消正负指标意义及单位不同，先将数据正向化，同时对因子分析可行性进行检验(KMO值＞0.5)；②根据特征根的累计方差贡献率(80％以上)确定提取因子数量；③为使评价指标在各因子上的载荷系数差异明显，将初始因子载荷矩阵选用适当

方法进行旋转：④计算因子得分及评价对象的综合得分，并利用聚类分析法进行分级。

3结果与分析

3．1指标正向化

采用极值法消除正负指标差异。对于正向指标r(Xi)=Xi/Xim，对于负向指标y(xi)=(Xim-Xi)/(Xim-Xin)，r(ZZ)为某指标的正向化值，Zi为某指标的实际值，Xim为某项指标中的最大值，Xin为某项指标中的最小值，正向化后的值越大表明评价对象在该项指标上越接近最先进程度。

3．2因子提取

原始变量相关系数矩阵的KMO值为0.752，Bartlett球形度显著性检验P值为0.000，表明所采用数据适合进行因子分析，同时所有指标信息提取率除耕地灌溉率为0.68外，其他都大于0.8，即提取的因子能够很好地反映原信息。根据因子方差解释表，前5个因子累计方差贡献率达83.309％，即反映了总信息的83.309％，我们选取前5个因子作为公共因子，并采用方差最大正交旋转法对初始因子载荷矩阵进行旋转。

表2为旋转后的因子载荷矩阵，可以看出因子1在林地比例、农业人口密度、耕地灌溉率、人均耕地面积、粮食单产、农民人均收入及贫困人口比例上载荷较高(绝对值大小表示载荷高低，符号表示影响方向)，主要表达了农业社会经济发展水平方面的信息，其方差贡献率占40％左右，在评价体系中重要性最为明显，其中林地比例、人均耕地面积、农业人口密度为负，根据指标正向化后的意义，随着人口规模的扩大，非林用地比例增加，林地覆盖减少，虽然人均耕地面积有减小的趋势，但耕地灌溉率等农业有效基础投入增加，粮食产量和土地利用效益是增加的：因子2主要反映了轻度和中度石漠化信息，可作为这两方面在脆弱性中重要性的表征因子，方差贡献率约为14.6％；因子3、4、5分别在土壤侵蚀面积、重度及以上石漠化比例、坡度＞25°坡耕地比例上具有较大的载荷，而在其他方面反映程度较小，反映了各自在评价体系中的重要性。方差贡献率都约为10％。

3．3综合得分计算及分级

表3为因子得分系数矩阵，由此可得到各因子关于变量的线性组合表达式，需注意的是因子得分系数矩阵为软件对数据标准化后的系数表达，必须乘以各变量的标准化值。由此因子1为：F₁=-0.218x₁-0.081x₂-0.049x₃-0.035X₄+0.038x₅-0.101x₆+0.128X₇-0.245x₈-0.174x₉+0.183x₁₀+0.157x₁₁+0.137x₁₂，同理可得F₁、F₂、F₃、F₄、F₅。建立各喀斯特地区农业-生态发展协调度计量模型为：F=(F₁λ₁+F₂λ₂+F₃λ₃+F₄λ₄+F₅λ₅)/0.83309，A为各因子的方差贡献率，综合得分越高表明农业发展与自然生态协调性越好，将综合得分结果利用聚类分析法分为5类，分别表示协调性较好、良好、一般、差、较差，结果如表4。

3．4山地农业一生态发展协调度评价结果

根据分级结果及各区面积，重庆37个喀斯特地区农业一生态发展协调程度从较好到较差级别分别占总面积的2.93％，2.07％、11.71％、12.17％和71.12％，因此总体横向上以较差和差为主，且较差地区面积超过了2/3，空间上这两类地区都分布在渝东北和东南翼，与自然背景及各地区经济发达程度的空间分布高度一致。

1)I级区包括长寿等5个区县的喀斯特地区，都属于县域农业经济较发达区。一方面喀斯特地形分布分散，以丘陵为主，海拔低，坡度小，地质灾害少，宜耕地资源相对丰富，农业发展的先天条件较好：另一方面，由于经济发展水平相对发达，往往农业有效投入越多，农业基础设施越完善，农业产业化、多样化和集约化程度越高，进一步提高了农业效率和效益。这些地区不合理土地利用程度低，对自然环境胁迫较弱。

2)Ⅱ级和Ⅲ级区包括大足等7个区县的喀斯特区，他们地形同I级区相似，同属农业经济发达地区，但农业人口密度较大特别是大渡口、沙坪坝、江北和北碚等主城区，接近每平方千米500人，较大的人口规模导致居住用地、社会服务基础设施等建设交通用地规模不断扩大，农用地尤其是耕地数量急剧减少，可供开发土地潜力与产品提供矛盾突出，土地利用率很高，影响着其他方面的得分。Ⅲ级区包括巴南等11个区县的喀斯特区，在聚类分析中都属于Ⅲ级区，他们的共同特点是大多数指标属于一般水平，既有得分稍高的指标又有得分稍低指标。

3)Ⅳ级和V级区这两个级别的喀斯特区都位于渝东南和东北翼，喀斯特山区连片分布，海拔高，地形起伏及相对高差大，由于远离侵蚀基准面，垂向上的地下水循环显著，使碳酸盐岩节理不断得以拓宽和加深，地表储水能力及工程稳定性差，地表地下双层水文结构更加突出，造成水土沿裂隙或落水洞向下运动，水文过程变化迅速，水土保持及农业活动开展限制性较大。渝东北区县如城口、巫溪、巫山、奉节等为大巴山褶皱带腹地，山高坡陡、灌木丛生、岩体裸露；渝东南区县如秀山、武隆、酉阳、彭水、黔江属于云贵高原及鄂西山地的过渡地带，喀斯特洼地、干谷、漏斗和落水洞发育，为典型亚热带喀斯特地貌；加上长江、乌江、大宁河等河流剧烈切割下的破碎地形，独特的地貌过程和类型构成了喀斯特山地自然生态环境脆弱的基底背景。

另外，这些地区普遍经济条件差，农业从业人口比例大，土地利用模式落后，土壤侵蚀面积比例大，石漠化严重，综合得分低。如占总喀斯特面积71.12％的农业一生态发展协调性较差地区，2005年农民年人均纯收入为1246元，协调性差的地区为1467元，都大致为重庆市平均水平的1/2。这些地区农业以种植业为主，社会经济状况又决定着农业种植结构、规模、农田基本建设和经营管理成本的有效投入，较低的财力又使各地政府无力大规模推行生态环境建设及改善措施。因此，改变落后的农业经营模式，完善农业生产基础设施，实施农业产业化和多样化在延长产业链的同时，可提高生产效率和资源利用率，利于转移劳动力和增加农民收入。此外，农业科技储备量是影响喀斯特区土地利用程度的重要因素，与非喀斯特山地相比，实行等高耕作、修建水柜沟渠等储水灌溉设施、秸秆还田、适生高附加值作物套种，在不同坡位发展立体生态农业，不仅可促使农业生态系统的规模和技术更加有效，更可为喀斯特区水土流失的治理起到积极作用。然而目前很多喀斯特山区耕作粗放，农业种植结构简单，土地质量下降、耕地撂荒频繁，人为扰动引起的严重石漠化、旱涝等环境问题已成为这些地区日益严重的社会经济发展及生态威胁。

4小结

本文根据喀斯特山地具体特征建立了农业一生态发展协调性评价体系，利用因子分析法对重庆37区县的喀斯特山地进行了综合评价，并建立了计量综合模型，较好地解释了各影响因素的结构差异及其重要性，比较符合重庆喀斯特山地实际状况。评价结果表明重庆喀斯特山地农业一生态发展协调性是以较差和差为主，分布在渝东南和东北翼典型喀斯特区县，是自然因素、人为胁迫和经济科技因素共同作用的结果。今后在重庆喀斯特山地生态环境整治及农业经济发展中，应以已开展的典型地区相关农业技术模式研究、示范为基础，引进和探索适合本地的既改善生态环境又提高土地利用效益的农业高效发展模式。另外。由于资料限制，本文评价指标选取还不够完善，一定程度上影响了脆弱性评价的精度，在以后的研究中有待进一步改进。

(责任编辑郑威)