2001～2013年河南省耕地生态安全评价及障碍因子分析

王连超， 赵鹏飞

(河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南焦作 454000)



2001～2013年河南省耕地生态安全评价及障碍因子分析

王连超， 赵鹏飞*

(河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南焦作 454000)

耕地生态安全评价是改善耕地生态系统状况，促进耕地可持续利用和保障粮食安全的重要基础。基于DPSIR模型，运用层次分析法(AHP)和熵权法对河南省2001～2013年的耕地生态安全状况进行了评价，并对障碍因子进行分析。结果表明：河南省耕地生态安全等级变化经历了“临界安全—一般安全—临界安全—比较安全”几个阶段。从整体水平来看，耕地生态安全等级明显提升。但从局部来看，耕地生态安全等级一直处于波动变化之中，其中2003～2008年一直处于临界安全等级，2010～2013处于比较安全等级，2002和2009年为耕地生态安全等级变化的两个拐点。对耕地生态安全有显著影响的障碍因子为人均GDP、人均耕地面积、地膜覆盖比、第一产业占GDP比重，权重的百分比分别为12.82%、10.34%、9.89%、6.99%，对耕地生态安全影响较大。为促进河南省耕地生态安全等级进一步提升，需要加强农田的保护、减少耕地占用，提高农民耕地生态意识、控制耕地生态系统污染，集约节约用地、促进耕地合理流转。

耕地生态安全；DPSIR模型；AHP；熵权法；河南省

耕地是人类赖以生存和发展的物质基础，是土地资源的精华。耕地生态安全对于保障国家粮食安全、社会经济可持续发展具有重要作用。近年来，区域人口快速增加，同时伴随着国家城镇化建设的不断推进，导致耕地后备资源严重不足，人地矛盾异常突出[1-3]。同时化肥、农药、农膜的大量投入使用，造成耕地土壤污染、生态环境恶化，使耕地生态安全面临着严峻挑战，对农业生产和社会经济的可持续发展构成严重威胁。河南省是农业大省、国家粮食主产区之一，粮食产量占全国总产量的1/10，耕地资源的生态安全状况直接关系到国家粮食安全保障以及社会稳定、经济可持续发展。因此，对2001～2013年河南省耕地生态安全状况进行评价与障碍因子分析有重要意义。徐辉等[4]以黑龙江省宁安市为例研究了耕地生态安全评价；鲁迪等[5]通过主成分分析法和专家经验法从系统压力、状态、响应3个方面研究了河南省2008年的区域生态安全评价和时空差异；刘蕾等[6]基于PSR模型对河南省2009年土地生态安全做了物元评价。这些研究多基于某个特定年份或某个研究阶段，未从时间序列上对河南省耕地生态安全进行评价分析。该研究根据2001～2013年统计数据，对河南省耕地生态安全进行评价与障碍因子分析，以期为进一步改善河南省耕地生态安全状况提供参考。

1　研究方法及数据来源

1.1研究方法利用DPSIR模型构建起包括17个评价指标在内的河南省耕地生态安全评价指标体系，采用AHP法与熵值法(即主观赋权法与客观赋权法)相结合的研究方法来确定评价指标的综合权重，利用综合指数法求出河南省2001～2013年的耕地生态安全综合评价指数，然后对2001～2013年河南省耕地生态安全状况进行分等定级。

1.2数据来源数据统计主要来源于2001～2013年《河南统计年鉴》《河南农村统计年鉴》《中国农村统计年鉴》及河南省国民经济和社会发展统计公报。

2　结果与分析

2.1耕地生态安全评价

2.1.1DPSIR模型及评价指标体系。

2.1.1.1DPSIR模型。DPSIR模型是在国际经合组织提出的PSR模型的基础上增加“影响”与“驱动力”两个指标形成的一个更为完善的评价指标体系[7],该模型已成为众多国家学者研究区域农业可持续发展的研究框架[8-10]。DPSIR模型中“D”表示驱动力，指造成生态环境变化的潜在原因；“P”表示压力，指人类活动对生态环境的直接影响；“S”表示状态，指生态环境在人类活动压力下所表现出的状态；“I”表示影响，指在人类活动压力下生态环境状态反过来对人类和社会经济的影响；“R”表示响应，指人类为缓解生态环境恶化而采取的有效措施。

2.1.1.2建立评价指标体系。依据科学性、客观性、综合性、可操作性与可度量性等原则，结合研究区域的实际情况，最终构建起了包含目标层、因素层、准则层共3个层次、17个指标在内的河南省耕地生态安全评价指标体系(表1)。其中，目标层(O)表示耕地生态安全评价综合指数，为第一层；因素层(B)包括驱动力(D)、压力(P)、状态(S)、影响(I)与响应(R)，为第二层；因子层(C)表示每一个评价指标的具体表达，为第三层。

表1　DPSIR框架下的河南省耕地生态安全评价指标体系

2.1.2数据标准化。在耕地生态安全评价过程中，由于数据来源不同，各评价指标单位不统一，不具可比性，故要对评价指标原始数据进行标准化处理。在河南省耕地生态安全评价中评价指标原始数据采用极差标准化方法进行处理。其处理过程如下：

(1)

(2)

式中，Cij为i年第j个评价指标的标准化值;Xij为第i年第j个评价指标的原始数值；maxij为第i年第j个评价指标的最大数值；minij为第i年第j个评价指标的最小数值。

2.1.3评价指标综合权重的确定。

2.1.3.1一致性检验。采用AHP法计算权重时，需要进行层次单排序一致性检验和层次总排序一致性检验。层次单排序的一致性检验结果见表2。检验结果通过一致性检验。通过计算，层次总排序一致性检验的结果CR=0.024 9<0.1，检验结果具有满意一致性，通过一致性检验。

2.1.3.2指标综合权重的确定。评价指标权重的确定，采用AHP法与熵值法相结合的方法。组合权重系数：Wj=(Wj1，Wj2,…,Wj17)T,Wj=θ1w1+θ2w2。式中，θ1、θ2为主观赋权法与客观赋权法的线性表出系数，满足单位化约束条件：θ1+θ2=1，θ1>0,θ2>0。根据主观赋权法与客观赋权法的评价指标计算结果，结合相关研究成果[11-12]。得出θ1、θ2分别为0.35、0.65，最后计算求得评价指标的综合权重，其结果见表3。

表2　层次单排序一致性检验结果

2.1.4综合指数计算与评价结果分级。采用综合指数法对河南省耕地生态安全进行评价，其综合安全指数的计算采用各评价指标标准化值加权求和求得，公式为：

(3)

式中，Ci表示第i个评价指标的标准化值;Wi表示第i个评价指标的权重;n表示评价指标的个数。依据上述计算模型求得的河南省耕地生态安全综合指数见表4。在参照相关研究成果的基础上[13-14]，结合实际情况，将河南省的耕地生态安全状况进行分级，结果列入表4最后一列。

表3河南省耕地生态安全评价指标综合权重值

Table3IntegratedweightofecologicalsecurityevaluationofcultivatedlandinHenanProvince

指标代码Indicatorcode权重(AHP)Weight(AHP)权重(熵权法)Weight(entropymethod)综合权重IntegratedweightC10.09920.04750.0656C20.23320.07170.1282C30.05480.07800.0699C40.02180.14740.1034C50.05490.06090.0588C60.04000.04750.0449C70.14210.07570.0989C80.05060.04840.0492C90.01520.08000.0573C100.06050.06610.0641C110.03110.04250.0385C120.02160.02590.0244C130.06480.02450.0386C140.00770.02610.0197C150.01810.01970.0191C160.05730.08590.0759C170.02680.05190.0431

2.2结果与分析

2.2.1耕地生态安全整体概况。根据表4结果，得到2000～2014年河南省耕地生态安全指数变化曲线。从整体水平来看，河南省耕地生态安全呈上升趋势(图1)，综合指数由2001的0.419 0上升为2013年的0.605 7，升幅为44.59%，由临界安全转为比较安全，安全等级明显提升。这与2003年以后国家实行严格的耕地保护政策和积极的土地开发整理政策有关。在此13年间河南省耕地生态安全级等级变化经历了“临界安全—一般安全—临界安全—比较安全”几个阶段。大致可以划分为3个阶段：第一阶段为临界—一般安全阶段(2001～2002年)，相比于2001年，2002年的生态安全综合指数明显提升，由0.419 0上升为0.519 8，耕地生态安全等级由临界安全转为一般安全。第二阶段为临界安全阶段(2003～2008年)，生态安全综合指数先由2003年的0.362 1上升为2004年的0.398 6；2004～2007年，生态安全综合指数一直处于小幅下降状态，相比于2007年，2008年的生态安全综合指数有小幅提升，此时间段内，呈现出上升—下降—上升的波动变化状态，耕地生态安全等级一直处于临界安全。第三阶段为比较安全阶段(2009～2013年)，生态安全综合指数也呈现出波动变化，先由2009年0.580 4下降为2010年的0.552 0，2012年又逐步上升为0.608 2，2013年的生态安全综合指数相较于2012年出现了微幅下降，降为0.605 7，此时间段内，耕地生态安全等级一直处于比较安全。2002、2009年为河南省耕地生态安全等级变化较为明显的两个拐点，综合指数分别为0.519 8、0.580 4，安全等级为一般安全和比较生态安全安全。2001～2009年的综合指数曲线变化与压力指数曲线变化基本一致，说明在该评价指标体系框架内，压力指数的变化对河南省耕地生态安全产生了重要影响；2010～2013年的综合指数曲线变化与响应指数曲线变化基本一致，说明响应子系统对河南省耕地生态安全提升有重要的促进作用。

表4　河南省耕地生态安全综合指数

图1　2000～2014年河南省耕地生态安全指数变化曲线Fig. 1　Index curve for ecological security of cultivated land in Henan Province (2000-2014)

2.2.2障碍因子分析。关于17个评价指标的合理性已通过一致性检验，其结果合理。由表3可知，权重值较大的几个评价指标分别为人均GDP、人均耕地面积、地膜覆盖面积比、第一产业占GDP比重，权重的百分比分别为12.82%、10.34%、9.89%、6.99%，4项总和的百分比为40.04%。说明这几项评价指标在耕地生态安全中的地位较为重要，对耕地生态安全的影响相对较大；而权重值比重较小的几个评价指标分别为水土流失治理面积、工业废水排放达标率、人均粮食占有量、单位农业耕地机械化水平，权重的百分比分别为1.91%、1.97%、2.44%、3.85%，4项总和的百分比为10.17%，说明其在耕地中的地位相对较轻，对耕地生态安全的影响相对较弱。单位耕地化肥负荷、单位耕地农药负荷的权重百分比分别为5.88%、4.49%，总和为10.37%，对耕地生态安全的影响相对较大，今后如果能够增加人均GDP、人均粮食占有量、扩大人均耕地面积、减少地膜覆盖面积比、单位耕地化肥负荷、单位耕地农药负荷，将会对河南省耕地生态安全状况朝良性发展起到积极的推动作用，使其生态安全状况进一步得到改善。

3　结论与建议

3.1基本结论

(1)从整体水平来看，河南省耕地生态安全等级明显提升。但从局部来看，安全等级处于变化之中，2002～2008年综合指数在0.362 1～0.393 9之间微幅波动，一直处于临界安全阶段；2010～2013年综合指数由0.552 0上升为0.605 7，处于比较安全阶段。2002和2009年为河南省耕地生态安全等级变化较为明显的2个拐点，综合指数分别为0.519 8和0.580 4，安全等级为一般安全和比较安全。

(2)人均GDP、人均耕地面积、地膜覆盖面积比、第一产业占GDP比重四项指标权重百分比为12.82%、10.34%、9.89%、6.99%，四项指标权重百分比之和为40.04%，对河南省耕地生态安全影响十分显著。

3.2对策建议评价分析结果表明，2001～2013年间的河南省耕地生态安全受单项评价指标人均GDP、人均耕地面积、地膜覆盖面积比、第一产业占GDP比重、单位耕地化肥负荷、单位耕地农药负荷的影响比重较大，故应从以下3个方面来进一步改善河南省的耕地生态安全状况。

3.2.1加强农田保护，减少耕地占用，借以提高人均耕地面积。由于城市规模快速扩张，城镇化建设不断推进，建设用地需求量越来越大，结果导致耕地日益减少，所以应该按照“占多少、补多少，并且保证质量”的原则，落实耕地占补平衡制度，这样就为耕地总量的动态平衡奠定了基础，并且应在保护环境的前提下，把土地复垦和土地整理逐步变为补充耕地的主要途径，用以缓解后备土地资源不足和用地需求增加之间的矛盾。

3.2.2提高农民土地生态意识，控制耕地生态系统污染。由于人们环保意识淡薄，化肥、农药、农膜大量投入使用，造成了耕地生态系统严重污染，使得耕地生态承载力显著降低。为进一步促进耕地生态安全状况好转，应减少化肥、农药、农膜的使用，鼓励人们多用有机肥料，以改良耕地土壤结构，提高耕地生态承载力。

3.2.3节约集约用地，促进耕地合理流转。由于耕地总量有限，城镇化建设不断推进、城市快速扩张，用地需求越来越大，在提倡节约集约用地，减少耕地占用，提高每宗建设用地投入产出强度的同时，也应促进耕地合理流转，以提高耕地有效利用率。

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DPSIR-based Evaluation on Ecological Security of Cultivated Land in Henan Province

WANG Lian-chao, ZHAO Peng-fei*

(School of Survey and Land Information Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000)

The evaluation on ecological security of cultivated land is to improve the condition of ecosystem, and it is an essential basis for promoting the sustainable use of cultivated land and guaranteeing food security. Based on the DPSIR model, ecological security of cultivated land from 2001 to 2013 was evaluated by combining the Analytic Hierarchy Process (AHP) amd Entropy method. The evaluation results indicate that the variation in ecological security grade levels of cultivated land has experienced several stages in Henan Province, from “Critical Security”, “General Security”, “Critical Security” to “Security”. Judging from the overall level, the security level had improved significantly. However, from the local perspective, the ecological security of cultivated land has suffered slight fluctuation, and it has been in safety critical stage from 2003 to 2008, from 2010 to 2013 in a relatively safe stage, the years of 2002 and 2009 were two inflection points where the level of the ecological security of cultivated land in Henan Province changed obviously. There were several obstacle factors which exert significant influence on the ecological security of cultivated land in Henan Province, including the per capita GDP of impediments, the per capita arable land, mulching ratio of the first industries in GDP, and the percentage weights were 12.82%, 10.34%, 9.89%, and 6.99%, so they had a greater impact on ecological security of cultivated land. Therefore, in order to promote the ecological security level of cultivated land in Henan Province, it is necessary to strengthen farmland protection, reduce cultivated land occupation, strengthen their ecological awareness of cultivated land, control the pollution of cultivated land ecosystem, save land use and promote reasonable circulation of cultivated land.

Ecological security of cultivated land; DPSIR model; AHP; Entropy method; Henan Province

国家自然科学基金项目(41371105)。

王连超(1990- )，男，河南封丘人，硕士研究生，研究方向：地理空间信息处理与应用。*通讯作者，硕士研究生，研究方向：微波遥感与理论应用。

2016-05-27

F 301

A

0517-6611(2016)21-192-04