基于耕地占补平衡的区域生态安全评价——以芜湖市为例

方婷婷， 程久苗， 费罗成， 徐玉婷， 鲁 帆， 周翼虎， 陈 振

(安徽师范大学 国土资源与旅游学院，安徽 芜湖 241003)



基于耕地占补平衡的区域生态安全评价
——以芜湖市为例

方婷婷， 程久苗， 费罗成， 徐玉婷， 鲁 帆， 周翼虎， 陈 振

(安徽师范大学 国土资源与旅游学院，安徽 芜湖 241003)

在分析耕地占补平衡对区域生态安全影响的基础上，利用“压力-状态-响应”(PSR)模型建立耕地占补平衡的区域生态安全评价指标体系，运用模糊物元分析法构建耕地占补平衡的区域生态安全综合评判模型，并以芜湖市为例作实证分析.结果表明：2005-2011年，芜湖市生态安全水平较为平稳，安全级别经历了由临界安全→不安全→临界安全的变化过程.总体来看，芜湖市生态安全形势仍不乐观.芜湖市需要继续控制非农建设占用耕地数量，加大高标准基本农田和农地整理项目实施力度，避免过多开发滩涂、苇地等未利用地；同时要充分重视补充耕地过程中相关工程的实施给生态环境带来的不良影响，采取生态环境保育型的土地整理方式和技术，提升芜湖市生态安全水平.

耕地占补平衡；生态安全；PSR模型；物元分析

耕地占补平衡政策在实现耕地总量动态平衡，确保区域粮食安全方面起到了重要作用，是坚守18亿亩耕地红线的重要举措.然而，耕地占补平衡也是人类对土地系统强烈干扰的活动，会对土地生态系统和区域生态系统产生不确定性影响[1].

鉴于耕地占补平衡属于土地利用行为范畴，其生态安全评价来源于土地利用生态安全评价，目前大多数研究集中在土地利用对生态环境影响方面.此外，土地整理对区域生态安全影响也是目前研究的一项重要内容，有学者通过生态学理论宏观阐述了土地整理项目实施与生态环境之间的关系[2]；还有学者运用生态系统服务价值核算、生态足迹法、能值分析法、熵权物元可拓模型等定量方法研究土地整理对生态环境的影响[3-6].而耕地占补平衡区域生态安全不仅表现为土地整理对生态安全的影响，还涉及到非农建设占用耕地这一行为对生态环境的影响.由于目前补充耕地项目立项难以定量，耕地占补平衡区域生态安全评价指标体系尚没有统一标准，此方面研究并不多见，部分学者开始尝试采用相关模型对此进行了初步研究[7-8].因此，本文采用模糊物元分析方法构建基于耕地占补平衡的区域生态安全评价综合评判模型，旨在探讨耕地占补平衡过程对区域生态安全的影响作用，为有效实施耕地占补平衡政策提供科学参考.

1 耕地占补平衡对区域生态安全的影响分析

区域生态安全是指区域尺度上人们所关心的气候、水、空气、土壤等环境和生态系统的健康状态[9].耕地占补平衡过程对生态系统具有干扰作用，具体影响过程见图1.非农建设占用耕地过程中，项目建设及其运行可能会导致土壤侵蚀、污染和其他生态环境问题，从而出现耕地生态系统的功能逐渐退化、生态景观受到的胁迫越来越大、生态服务功能不断降低的现象[10].补充耕地的过程通过土地整治活动来实现，此过程涉及土地平整工程、田间道路工程和农田水利工程等多项工程，这些工程的实施会使得项目区内土地利用结构、土壤有机质、水环境和生物多样性等发生改变，进而对局部区域内景观格局与生态过程产生影响；另外，部分地方选择开发具有生态功能的坑塘、滩涂、低丘缓坡地，也会对区域生态安全产生不利影响.耕地占补平衡政策引导区域内的耕地占用与补充活动，其对区域生态环境影响由区域内单一项目影响累加而成，具备区域生态安全内驱力.

图1 耕地占补平衡对区域生态安全的影响Fig.1 Cultivated land occupation and compensation balance on impact of regional ecological security

2 区域生态安全评价指标体系的构建

“压力-状态-响应”(PSR)模型*Land Quality Indicators and their Use in Sustainable Agricultrue and Rural Development. Proceedings of the Workshop organized by the Land and Water Development Division, FAO Agriculture Department, and the Research, Extension and Training Division, FAO Sustainable Development Department, 25-26 January 1996. FAO Land and Water Bulletin 5, Rome, 1997.体现了外来压力施加与生态环境恶化之间的因果关系.压力、状态、响应三个方面相互约束、相互影响，体现了决策和措施制定的整个过程.本文运用PSR模型建立耕地占补平衡与区域生态安全之间的因果关系：耕地占用不当对区域生态环境带来巨大的压力；人类不断开发补充耕地，导致土地利用方式转变和利用结构改变，进而改变区域生态环境状态；针对区域环境的改变人类作出反应，采取适当措施改善区域生态环境质量.

考虑到区域城镇化发展进程、社会经济发展特点以及后备资源开发利用局限性，根据指标选取的原则，借鉴国内最新的相关研究成果[7-8,12-13]，结合PSR模型框架，构建出基于耕地占补平衡的区域生态安全评价指标体系(表1).

表1 基于耕地占补平衡的区域生态安全评价指标体系

3 模糊物元模型的构建及经典域的确定

3.1 基于耕地占补平衡的区域生态安全模糊物元模型

3.1.1 构建区域生态安全模糊物元 事物T(某年度区域生态安全水平)、特征C(评价指标)、量值X(某年度评价指标数值)共同构成区域生态安全物元.其中，量值X带有模糊性，称做区域生态安全模糊物元.若区域生态安全T有n个特征C1,C2…Cn，其对应的模糊量值为X1,X2…Xn，则称做n维模糊物元.m个事物的n维特征称作n维复合模糊物元，相应矩阵为

(1)

3.1.2 确定区域生态安全经典域及节域物元矩阵以Toj表示所划分的区域生态安全的第j等级，Ci表示第i个评价指标(i=1,2,…,n)，Xoij表示第i个评价指标对应的等级j的量值范围(aoij,boij)，称为经典域，记为Roij=(Toij，Ci，Xoij)，其对应的经典域复合物元矩阵为

(2)

以Tp表示评价等级的全体，Xpi表示Tp关于Ci的量值范围，称为节域，记为Rp=(Tp，Ci，Xpi)，其对应的节域复合物元矩阵为

(3)

3.1.3 确定关联函数及关联度

(4)

式中，K(Ci)j为第i项指标对应的区域生态安全第j等级的关联度.

(5)

(6)

式中，ρij(xi，Xoij)为点xi与有限区间Xoij=[aoij,boij]的距离；ρpi(xi，Xpi)为点xi与有限区间Xpi=[api,bpi]的距离；|Xoij|=|boij-aoij|；xi，Xoij，Xpi分别表示区域生态安全物元的量值、经典域物元的量值范围和节域物元的量值范围.

3.1.4 计算综合关联度并确定评价等级 待评对象TV(V=1,2,…,m)关于等级j的综合关联度为

(7)

式中，wi为各评价指标的权重，K(Ci)j为待评对象TV第i指标关于等级j的关联度.若Kij=maxK(Ci)j，j=1,2,…,n，则待评对象第i指标处于区域生态安全等级j级.若KVj=maxK(TV)j，j=1,2,…,n，则待评对象TV处于区域生态安全等级j级.

3.2 基于耕地占补平衡的区域生态安全评价经典域、节域的确定

依据区域生态安全的可拓性，将经典域分为五级：Ⅰ为理想安全、II为较安全、III为临界安全、IV为不安全、Ⅴ为极不安全.其取值区间的确定主要参考国际通行标准值、国家环境保护总局《生态县、生态市、生态省建设指标(试行)》标准值、全国平均水平及相关学者研究的判定标准等[13-15](表2).

表2 基于耕地占补平衡的区域生态安全评价经典域、节域取值区间

4 实证分析

4.1 研究区域概况

芜湖市地处长江平原生态区，境内分布有大量的沿江滩涂、湿地及洲岛，以及众多的山水等自然资源，生态敏感性很高.外来干扰不仅对其自身影响反映强烈，甚至可能对整个生态系统带来破坏.作为安徽省长江经济带的中心，2005-2011年正是芜湖市城市化、工业化快速发展阶段，而市域耕地后备资源较少，其耕地占补平衡压力不断增加.因此，本文选取芜湖市作为研究案例地，探索耕地占补平衡对区域生态安全的影响具有一定的代表性，对于快速城市化地区在耕地占补平衡压力下提高生态安全水平具有一定的参考价值.

4.2 数据来源

本文所使用的社会经济方面数据，如人口、GDP、粮食产量等均来自于芜湖市统计年鉴(2006-2012年)；土地相关数据均来自国土部门2005-2011年土地变更调查数据.

4.3 指标权重的确定

为避免人为主观因素干扰，同时体现评判者对不同属性指标的重视程度，本文采用层次分析法结合熵权法获取权值，取偏好系数μ=0.5，计算综合权重，结果见表3.

4.4 结果与分析

根据2005-2011年芜湖市各评价指标的具体量值，建立基于耕地占补平衡的芜湖市生态安全水平待评物元矩阵Roij.将待评物元数据输入物元模型，得到芜湖市生态安全评价指标关联度结果(表4).

表3 基于耕地占补平衡的区域生态安全评价指标权重

表4 基于耕地占补平衡的芜湖市生态安全评价指标关联度

将各评价指标对应等级的关联度数值及对应权重输入公式(7)，得到基于耕地占补平衡的芜湖市生态安全综合关联度，并判定其生态安全级别(表5).

表5 基于耕地占补平衡的芜湖市生态安全评价结果

从表4可知，2005-2011年城市化水平、人均绿地面积、地均农业产值、农田旱涝保收率、水土协调度、农民人均纯收入等指标关联度出现不同级别的上升趋势，说明以上指标对芜湖市生态安全水平的提升有重要的贡献.但废弃坑塘复垦增加耕地占新增耕地比重、人口自然增长率、城镇工矿用地占用耕地比例、人均城镇建设用地还处于临界安全状态；而交通运输用地占用耕地比例、低丘缓坡地开发增加耕地占新增耕地比重、耕地面积减少率、建成区面积增长率、环境污染治理投资额占GDP比重处于不安全或极不安全状态，以上指标制约着芜湖市生态安全水平的提升.

从表5可以看出，2005-2011年，芜湖市生态安全水平变化较为平稳，安全级别经历了由临界安全→不安全→临界安全的变化过程.2005年、2006年、2010年、2011年芜湖市安全状态达到7年内最高水平，安全级别为临界安全.2007-2009年生态安全水平处于7年内最低水平，安全级别属于不安全.2005-2009年芜湖市生态安全水平有所下降，其主要原因在于2005-2009年，芜湖市经济快速发展的同时，大量耕地加速转化为建设用地，而耕地后备资源有限，为完成耕地占补平衡任务芜湖市加大复垦坑塘、开发低丘缓坡地力度，这都导致其生态安全的压力不断增加，从而致使其生态安全级别由临界安全转化为不安全.2009-2011年芜湖市生态安全级别由不安全升至临界安全，其主要原因在于2009-2011年是芜湖市发展的战略机遇期，经济发展迅速、农业生产投入快速增加，粮食产量稳步提升，农民收入水平不断提高.同时，芜湖市广泛宣传环保理念、加大对生态环境的关注力度，全面启动生态市、生态县建设，这些都促进了芜湖市生态安全状况改善.在此期间，芜湖市生态安全状态虽有所好转，但2011年其生态安全水平仍处于临界安全状态，主要原因为低丘缓坡地开发新增耕地面积占耕地增加面积比重、坑塘复垦新增耕地面积占耕地增加面积比重、耕地补充系数等因子的制约.

5 结论与讨论

5.1 结论

(1)PSR模型是一种可以反映系统中因果关系的概念模型，耕地占补平衡与区域生态安全之间正体现着这样的因果关系，因此PSR模型适用于基于耕地占补平衡的区域生态安全评价指标体系的构建，便于理清指标之间的相互关系从而进行分类.模糊物元模型能够将耕地占补平衡对区域生态安全影响这个复杂的不确定性问题转化为可量化的模型，通过关联度来反映与对象的耦合程度；因此，可以用于基于耕地占补平衡的区域生态安全评价.运用模糊物元模型评价基于耕地占补平衡的芜湖市生态安全，可以了解耕地占补平衡对区域生态安全的影响程度，获取制约因素，为耕地占补平衡顺利实施提供理论依据，从而保障区域生态安全和实现区域可持续发展.

(2)2005-2011年，芜湖市生态安全水平变化较为平稳，安全级别经历了由临界安全→不安全→临界安全的变化过程，生态安全形势仍不乐观，直至2011年芜湖市生态安全状态仍处于临界安全水平.芜湖市今后需要继续控制非农建设占用耕地数量，加大高标准基本农田和农地整理项目实施力度，避免过多开发滩涂、苇地等未利用地；需要充分重视补充耕地过程中相关工程的实施给生态环境带来的不良影响，项目实施前要进行环境影响评价；另外，芜湖市需要放弃一味追求新增耕地的目标，采取生态环境保育型的土地整理方式和技术，从而促进其生态安全水平的提升.

5.2 讨论

鉴于耕地占补平衡涉及到各类土地改良工程，基于耕地占补平衡的区域生态安全评价较为复杂.有些能够反映耕地占补平衡对区域生态安全状态影响的指标难以获取，如土壤重金属含量、耕地年度异地代补数量及类型等；有些描述性指标无法量化，如区域政策，制度等，这都对评价结果产生一定的影响.另外，基于耕地占补平衡的区域生态安全评价目前尚处于初步研究阶段，评价指标体系的构建、评价指标的取值区间方面仍需要进一步探索和研究.

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The Evaluation of Regional Ecological Security Based on Cultivated Land Occupation and Compensation Balance：A Case Study in Wuhu

FANG Ting-ting, CHENG Jiu-miao, FEI Luo-cheng, XU Yu-ting,LU Fan, ZHOU Yi-hu, CHEN Zhen

(College of Territorial Resources and Tourism, Anhui Normal University, Wuhu 241003, China)

On the basis of analyzing the impact of cultivated land occupation and compensation to regional ecological security balance, building the evaluation index system based on the pressure-state-response (PSR) model, using the fuzzy matter-element analysis method to build the comprehensive evaluation model of regional ecological security evaluation in the perspective of cultivated land occupation and compensation balance, and taking Wuhu as an example for empirical study. The results show: during the 2005 to 2011, the level of ecological security of Wuhu is relatively stable, undergoing the changing process from critical safety, unsafety to criticality safety. Overall, the ecological security situation of Wuhu is not optimistic. Wuhu needs to continue to control the number of arable land occupation, intensify efforts to implement the project of high-standard primary farmland and rural land consolidation. Avoid excessive development of mudflat and reed and other unused land. Simultaneously Wuhu should pay full attention to the implementation of related engineering which caused adverse effects on the ecological environment, adopt the methods and technology of eco-environmental care design in land consolidation, so as to promote the level of ecological security of Wuhu.

land occupation and compensation balance；ecological security；PSR model；matter-element analysis

10.14182/J.cnki.1001-2443.2015.02.013

2014-05-22

国土资源部公益性行业科研专项2011年度项目计划(201111010)；安徽省教育厅人文社科基金(sk2013b218).

方婷婷(1989-)，女，安徽安庆人，硕士研究生，主要研究方向为土地规划与土地评价.

方婷婷，程久苗，费罗成，等.基于耕地占补平衡的区域生态安全评价——以芜湖市为例[J].安徽师范大学学报：自然科学版，2015，38(2)：278-284.

X826

A

1001-2443(2015)03-0278-07