土地生态安全综合评价案例分析—以宁夏中部干旱带硒砂瓜工程为例

王亚娟 刘小鹏 米文宝

（1．宁夏大学草业科学研究所，银川 750021；2．宁夏大学资源学院，银川 750021）

土地生态安全综合评价案例分析—以宁夏中部干旱带硒砂瓜工程为例

王亚娟1,2刘小鹏2米文宝2

（1．宁夏大学草业科学研究所，银川 750021；2．宁夏大学资源学院，银川 750021）

目前针对硒砂瓜工程土地生态安全尚缺乏系统研究。以国内相关研究成果为基础，依据硒砂瓜地生态环境特点，采用“压力-状态-响应”（PSR）框架模型，建立了由23个原始指标或生成指标构成的土地生态安全评价指标体系。经研究，在13个安全趋向性为正的指标中，土壤有机质含量（C10）、植被覆盖率（C12）、水域面积比重（C16）、草地面积比重（C15）和抗灾率（C11）值较小，说明硒砂瓜工程的实施，在一定程度上导致土壤有机质、植被覆盖、水域、草地等的生态风险增大，进一步导致该地区抗灾能力减弱。在10个安全趋向性为负的指标中，耕地压力指数（C6）、人口增长率（C1）、水土流失面积比重（C23）和城镇化率（C8）值较大，这是因为，随着硒砂瓜种植面积的剧增，耕地面积骤降，覆被等变化引起水土流失风险增加。同时，由于种植硒砂瓜短期经济效益的显著提高，导致人口城镇化速度放缓，农村人口的增加进一步导致人口增长率提高。总体来说，硒砂瓜工程土地生态安全综合得分为0.6139，处于预警状态（敏感状态）。

硒砂瓜工程；土地生态安全；综合评价；宁夏中部干旱带

生态安全是任何一个区域进行资源开发必须遵循的可持续发展准则[1,2]，而土地生态安全综合评价又是协调区域发展与生态保护，实现区域可持续发展的重要手段[3]。在区域发展进程中，通过实施工程（项目）带动战略起到了巨大地推动作用。围绕工程与生态的相互作用这个核心，中国的土地生态评价开始从20世纪70年代的城市环境污染现状调查和评价，转向80年代工程建设项目的环境影响评价[4]。

大规模压砂种瓜在宁夏始于2004年，属于一种旱作农业种植模式，即在土地上压一层15-20cm厚的砂石，灌溉定额5.52m3/亩，亩灌水3次，生产出的西瓜富含硒等元素。在干旱气候条件下，实施硒砂瓜工程是对传统压砂地种植模式的改良，即通过采用塑膜覆盖技术、营养杯育苗技术和节水灌溉工程技术等的一种复合种植模式，成为一种特殊的土地利用模式[5,6]。虽然硒砂瓜工程实施的社会经济效益非常显著，但是这种改变土地利用方式的浩大工程，对可能存在的生态安全问题的研究相对滞后。课题组分别于2008年6月、2009年7月和2010年7月三次，分赴宁夏中部干旱带香山地区20个乡镇、70个行政村对硒砂瓜工程的实施情况进行了实地调研和取样，以生态安全有关理论为指导，对硒砂瓜土地生态安全进行综合评价，以期为该区域土地资源可持续利用提供理论参考。

1 研究区概况

宁夏中部干旱带北邻引黄灌区，南连黄土丘陵沟壑区，东靠毛乌素沙漠，西接腾格里沙漠，行政区划上包括中宁、中卫、青铜峡、利通、灵武等县（市、区）的山区部分和同心、盐池两县的大部分以及海原县的北部，总面积约3.05万km2，占宁夏国土面积的45.9%。该区域地形南高北低，东高西低，地貌类型南部以黄土丘陵沟壑区为主，北部为丘陵台地，海拔高程1300-2600m，植被覆盖率不足20%。气候方面表现为冬寒长，春暖迟，夏热短，秋凉早，干旱少雨，蒸发强烈，风大沙多，日照充足。年日照时数为2854.9小时，≥10℃有效积温3178℃，多年平均降雨量自南向北由400mm递减到不足200 mm，仅为189.5mm，蒸发量为2400mm[7,8]。从自然地理角度讲，这里是荒漠草原和干草原的过渡带，属生态脆弱带（Ecotone）。从经济地理角度看，它是我国北方农牧交错区，人为过度利用自然资源引起的环境退化严重。

2 材料与方法

2.1 研究材料

使用比例尺1:10万地形图及1:200万行政区划图，中部干旱带历年相关社会经济和生态环境背景统计数据，以及2008年6月、2009年7月和2010年7月三次实地调研和取样室内实验数据。

2.2 研究方法

2.2.1 评价指标体系

评价指标体系的建立是土地生态安全评价的关键环节[9]。参考国内相关成果[10-15]，依据硒砂瓜地生态环境特点，采用能够体现人类对土地生态系统的影响层次与等级的“压力-状态-响应”（PSR）框架模型[16]，并且对其进行相应扩展，选取了23个对土地生态安全有重要影响的指标，建立了土地生态安全评价指标体系（见表1）。

表1 宁夏中部干旱带硒砂瓜工程土地生态安全评价指标体系Tab.1 Index system of evaluationon Land Ecological Security of Selenium Sand Melon Project

评价指标作为影响土地生态安全的因素，可分为正安全趋向性指标和负安全趋向性指标。正安全趋向性指标数值越大表明土地生态安全的状况越好，包括：人均耕地、水资源保障率、土壤有机质含量、抗灾率、植被覆盖率、硒砂瓜地复种指数、耕地面积比重、草地面积比重、水域面积比重、人均GDP、农民人均纯收入、第三产业占GDP比重、机耕程度、农业机械化程度。

负安全趋向性指标数值越大表明对土地的压力越大，土地生态安全状况越差，包括：人口增长率、人口密度、单位耕地面积农药化肥负荷、耕地压力指数、经济密度、城镇化率、盐碱化、荒漠化面积比重、水土流失面积比重。

2.2.2 评价指标权重及评价指标基准值

采用层次分析法计算各因子的权重[17、18]。采用Delphi法，共邀请专家17位，其中硒砂瓜种植专家7位、土地利用与管理专家5位、生态环境保护专家5位，对各层指标的相对重要性进行两两比较、判断。在汇总专家评价结果的基础上，采用方根法，计算出各指标的权重，并参考国内相关成果及研究区的实际情况采用相关分析法做了部分调整，对权重可靠性进行检验，计算结果显示一致性令人满意。

基准值的选取主要来源为目前国际公认值和世界平均值[15、16、18]，考虑到研究区实际情况，部分指标的基准值依据国家、行业和地方相关部门规定的标准及国内同等指标的均值进行确定。

2.2.3 单指标评价模型

硒砂瓜地生态安全单指标值数学模型为:

式中：Ri—硒砂瓜地生态指标安全值；Pi—硒砂瓜地生态安全指数；Wi—为指标权重。

其中 作为各单项指标的安全指数，采用下列公式计算而得到：

①对于正相关性指标（即越大越安全）:当Ei≥Si时，Pi=1；当 Ei＜Si时，Pi=Ei/Si×100%。

②对于负相关性指标（即越小越安全）:当Ei≤Si时，Pi=1；当Ei＞Si时，Pi=Si/Ei×100%。

式中：Ei为各项指标的实际值；Si为各项指标的标准值。

据此，计算得到硒砂瓜地生态安全单指标值（见表2）。

表2 宁夏中部干旱带硒砂瓜工程土地生态安全单指标值Tab.2 Index security values ofevaluationon Land Ecological Security of Selenium Sand Melon Project

2.2.4 综合评价模型

虽然单项指标安全值可以从不同的侧面反映硒砂瓜地生态安全的水平，但是要更全面综合地反映硒砂瓜地生态安全现状，还需对指标进行综合计算。

硒砂瓜地生态安全综合值数学模型为：

式中：—为硒砂瓜地生态综合安全值；Ri、Pi和 Wi同上。

利用此评价模型，对各单项指标进行加权求和后，计算得出硒砂瓜地生态安全综合评分（见表3）。

3 结果分析

3.1 单指标分析

基于生态安全单指标值数学模型及参数意义，据表2计算结果，在13个安全趋向性为正的指标中，机耕程度（C20）、农民人均纯收入（C18）值较大，即越大越安全。相反，其他指标值较小导致生态不安全，特别是土壤有机质含量（C10）、植被覆盖率（C12）、水域面积比重（C16）、草地面积比重（C15）和抗旱率（C11）等值较小（图2）。这说明，硒砂瓜工程的实施，在一定程度上导致土壤有机质、植被覆盖、水域、草地等的生态风险增大，进一步导致该地区抗灾能力减弱。

表3 宁夏中部干旱带硒砂瓜工程土地生态安全综合评价指数Tab.3 the comprehensive evaluation index on Land Ecological Security of Selenium Sand Melon Project

在10个安全趋向性为负的指标中，耕地压力指数（C6）、人口增长率（C1）、水土流失面积比重（C23）和城镇化率（C8）值较大，即越大越不安全（图2）。这是因为，随着硒砂瓜种植面积的剧增，其他类型耕地面积骤降，机井灌溉面积增加，地下水位下降，覆被变化引起水土流失和荒漠化风险增加。同时，由于种植硒砂瓜短期经济效益的显著提高，导致人口城镇化速度放缓，农村人口的增加进一步导致人口增长率提高。

图1 安全趋向性指标值Fig.1 Index value of security trend

3.2 综合分析

按照“压力-状态-响应”（PSR）模型，土地压力、土地质量和土地利用结构值较小（表3、图3），表明硒砂瓜工程对于自然环境整体影响风险较大。

图2 “压力-状态-响应”(PSR)指标值Fig.2 Index value of “pressure-state-response”(PSR)

据有关研究[15]，土地生态安全状况可分为5类，分别是巨警状态（恶劣状态）、中警状态（风险状态）、预警状态（敏感状态）、较安全状态（良好状态）、安全状态（理想状态）（见表4）。

据表3，宁夏中部干旱带硒砂瓜工程土地生态安全综合得分为0.6139。参考表4可以看到，该地区硒砂瓜工程土地生态安全属于Ⅲ级，即预警状态（敏感状态）。这表明，通过自2004年以来的硒砂瓜工程的实施，土地生态系统服务功能已有退化，生态环境已受到一定破坏。

表4 土地生态安全评价标准Tab.4 The evaluation standards of land ecological security

4 结论和讨论

自2004年以来，宁夏中部干旱带硒砂瓜种植面积逐年增加，经济效益十分显著。但对硒砂瓜工程生态影响尚缺乏系统研究。经初步研究，在10个安全趋向性为负的指标中，耕地压力指数（C6）、人口增长率（C1）、水土流失面积比重（C23）和城镇化率（C8）值较大，分别为。在13个安全趋向性为正的指标中，土壤有机质含量（C10）、植被覆盖率（C12）、水域面积比重（C16）、草地面积比重（C15）和抗旱率（C11）值较小，分别为。综合来看，硒砂瓜工程土地生态环境安全综合得分为0.6139，属于Ⅲ级，即预警状态（敏感状态）。

硒砂瓜工程的实施，改变了土地利用结构，导致覆被变化，生态安全问题理论上存在，实证分析上也表明了具有一定的敏感性（预警状态）。因此，硒砂瓜工程生态影响应当引起学术界和决策层的广泛关注，特别要加强硒砂瓜工程生态影响的长期定位检测和预警预报，以促进硒砂瓜土地可持续利用。

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X53

A

1673-288X（2011）03-0061-05

项目资助： 国家自然科学基金 (40661006); 教育部科学技术重点项目 (210237); 宁夏高等学校科研项目.

王亚娟, 讲师, 博士研究生, 主要研究方向为环境影响评价.