乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全评价

付万年,蒲春玲,刘金芝，田 恬

(1.新疆农业大学管理学院，新疆 乌鲁木齐 830052；2.新疆农业大学经济社会发展研究中心，新疆 乌鲁木齐 830052；3.西南大学资源环境学院，重庆 400715)

【研究意义】生态安全的概念一般认为，是一个国家或地区的生态环境资源状况不受或少受来自资源和生态环境的制约与威胁的状态[1]。对生态安全的内涵存在着广义和狭义的理解，广义的生态安全包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全；狭义的生态安全包括自然和半自然的生态系统的安全[2-4]。耕地占补平衡生态安全指一定时空范围内，土地生态系统能够保持其结构和功能不受或少受威胁的状态，同时，土地生态系统为人类提供服务的质量和数量能够持续满足人类生存和发展的需求，从而达到土地环境、社会和经济复合体的长期协调发展[5]。【前人研究进展】对于耕地生态安全评价指标体系的构建，目前国内学者主要分为从影响因素和利用理论模型两方面来构建。影响因素的指标体系构建有从自然、经济和社会3个方面来构建的[6]，有从直接因素、间接因素和社会因素3个方面来构建的[7]。理论模型构建指标体系的研究一般借助DPSIR模型构建[8]、PSR模型[9]、集对分析(SPA)模型[10]。由于耕地占补平衡的生态安全评价指标具有复杂性和不确定性，并且各个指标间对生态安全的影响呈非线性关系。因此，对生态安全的研究不只是计算综合分值来进行评价,还应考虑多重因素的影响。【本研究切入点】建立以数量为基础，产能为核心的新机制，改进耕地占补平衡管理方式；以“算大帐”的方式落实占一补一、占优补优、占水田补水田等措施；改变耕地方式，控制成片未利用地的开发，保护生态环境；完善工作机制和手段，确保能完成“十三五”时期的补充耕地任务，加大督查力度，高效做好补充耕地工作。【拟解决的关键问题】建立科学合理的评价指标体系，对乌鲁木齐市耕地占补平衡情况从生态安全角度进行评价和分析。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

乌鲁木齐市位于亚欧大陆腹地，天山山脉北部，天山西段与东段结合部的北麓，准格尔盆地南部，毗邻中亚各国。东接吐鲁番市，西以头屯河和昌吉市为界，南临南山矿区，北达博格达山脊。地处东经86°37′33″～88°58′24″，北纬42°45′32″～45°00′00″。属中温带大陆性干旱气候，年平均气温7.4 ℃，年降水量24.8 mm，年平均日照时数248.9 h。山区气候垂直变化明显，自然坡度12 ‰～15 ‰。海拔680～920 m，市区平均海拔 800 m。太阳辐射资源丰富，光照时间长。市域面积有14 216.3 km2，辖7区1县，2015年人口为266.83万人，其中城镇人口有245.35万人，农业人口有21.48万人，城镇化率达到91.95 %，实现社会生产总值26 316 398万元，完成社会固定投资17 083 873万元。2015年，人均耕地面积达到296.52 m2，同比上年增加2.77 %，占农用地面积5.32 %，占建设用地面积0.62 %，与其他土地面积比为5.62 %。

1.2 研究方法

运用熵权物元模型来对乌鲁木齐市2005、2010、2015、2020年耕地占补平衡生态安全做出评价并分析。按照物元分析中步骤，确定生态安全物元、经典域和节域、待评价物元和关联函数，最终计算出综合关联度，确定评价等级。

1.3 数据来源

本研究中单位面积耕地粮食产量、农民人均纯收入、GDP增长率、人口密度等人地关系因素和绿化覆盖率、单位耕地化肥使用量、单位耕地农药使用量、工业废水排放达标率、工业固体废物综合利用率等生态因素来源于《乌鲁木齐市统计年鉴》和《乌鲁木齐市国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》；人均耕地面积、耕地增加面积、农用地面积和建设用地面积来源于《乌鲁木齐市国土资源公报》。乌鲁木齐市2020年的耕地因素数据主要来源于《乌鲁木齐市土地利用总体规划(2006-2020)》相关成果，人地因素和生态因素相关数据是依据现有的数据进行线性回归模型的预测。

2 结果与分析

2.1 构建耕地占补平衡生态安全评价指标体系

本研究根据乌鲁木齐市的情况，从生态建设指标中选取了与耕地占补平衡相关的人地关系因素、生态环境因素和耕地占补平衡因素共18项指标构建评价指标体系，结合乌鲁木齐历年各指标量值，利用信息熵法计算出各指标权重，结果见表1。

2.2 确定乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全等级的物元集合

2.2.1 确定经典域 根据已有数据资料和耕地占补平衡的可拓性，将乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全状况划分为4个等级，十分安全、安全、较安全、不安全，分别用N1、N2、N3、N4表示。乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全评价中的经典域即各安全等级关于对应特征所取的数据范围。经典域的确定通过问卷、专家打分以及《绿色发展指标体系》和《生态文明建设考核目标体系》作为参考标准。

乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全的经典域物元可表示为R0j=(N0j,Ci,X0j)。式中R0j表示经典域物元,N0j表示所划分的j个生态安全等级(j=1,2,3，…，n)；Ci表示生态安全等级N0j的特征，即评价指标；X0j分别为N0j关于Ci所规定的量值范围，即各生态安全等级关于对应特征所取的数据范围——经典域。乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全经典域物元矩阵见图1。

2.2.2 确定耕地占补平衡生态安全节域 节域的确定参考定义域的确定方式，乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全的节域物元可表示为Rp=(P,Ci,Xp)。其中，P表示生态安全评价等级的全体，Xp为p关于Ci所取的量值范围，即评价指标的取值范围(图2)。

2.2.3 确定乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全待评价物元 将收集到的乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全评价指标数据用物元表示R0=(Np,Ci,Xi)。R0为乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全待评价物元，式中Np表示待评价年份；Xi为待评价年份关于指标的量值，即待评价年份评价所得的具体数据(图3)。

图2 乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全节域物元Fig.2 The controlled-field matter-element of cultivated land requisition-compensation balance ecological security in Urumqi

2.3 确定耕地占补平衡生态安全关联函数和关联度

根据物元模型中距的定义，计算点到区间的距离：

(i=1,2,3,…，n)

(1)

(i=1,2,3,…，n)

(2)

式中，p(Xi,Xp)为点X与对应特征向量的有限区间

的距离，即待评价指标与经典域之间的绝对距离。p(Xi,Xp)为点X与特征向量节域的有限区间的距，即待评价指标与节域之间的绝对距离。

乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全指标关联函数为：

(3)

根据已确定的4个年份的指标，代入到公式(1)、(2)、(3)中，可以得出各个年份相对应的评价等级的关联度。以2005年C1指标(人均耕地面积)为例，将指标值271.97代入公式，可以得出：K1=-0.36、K2=-0.11、K3=0.10、K4=-0.24，所以2005年人均耕地面积属于N3，较安全。照此计算，可以得出各个年份各个指标的安全度(表2)。

2.4 计算出耕地占补平衡生态安全评价等级

根据表1各个指标值的权重和各个年份的关联度计算结果，代入到公式(4)，可以求出乌鲁木齐市所有指标的综合关联度。再用公式(5)判断关联度属于的生态安全等级，结果见表3。

(4)

Kj0=maxKj(p0)

(5)

3 小 结

本文应用熵权物元模型对乌鲁木齐市2005、2010、2015、2020年 4年的耕地占补平衡生态安全情况进行了定量分析。从结果可以看出，2005、2010、2015年耕地占补平衡生态安全程度均为安全，2020年耕地占补平衡生态安全程度为较安全。可见，乌鲁木齐市整体耕地占补平衡过程中对于生态的重视程度较低，按照土地利用总体规划的要求，到2020年乌鲁木齐市耕地占补平衡中生态安全程度有所提升。在2005-2015年间，从耕地因素看，乌鲁木齐10年间正处于城市经济发展迅速时期，耕地与农用地面积持续减少，占建设用地面积比例也有在下降。但是单位面积耕地粮食产量在经济发展中有所提升，可以推测出是生产技术水平的提升带动了粮食产量。人地关系因素中，固定资产投资总额度和GDP增长率以及第一产业产值年增长率却始终处于平稳水平，是限制乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全的主要因素。生态因素方面，绿化覆盖率、单位耕地化肥使用量和单位耕地农药使用量对于耕地占补平衡生态安全的影响已经逐渐由不安全或者安全上升到较安全和安全程度，化肥和农药的使用的降低是对生态安全更为有利。工业固体废物利用率和污水的集中处理率生态安全程度均有所提升，可以看出，在十年的发展中，耕地占补平衡中对于生态的保护已有所加强，生态因素对耕地占补平衡生态安全的影响基本上处于积极作用。从2020年预测的各项指标来看，乌鲁木齐市耕地占补平衡无论是从数量还是质量都有所提升；人地关系因素中无论是农民人均纯收入增长率、GDP增长率还是第一产业产值已经提升至安全状态；生态因素整体均有稳步提升，各项指标均已提升至安全或十分安全状态。

图3 乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全评价值Fig.3 Evaluation on the ecological security of cultivated land occupation and compensation balance in Urumqi

关联度Relevancy耕地占补平衡生态安全等级Occupation of farmland balance ecological security grade2005年2010年2015年2020年K1较安全安全安全较安全K2十分安全十分安全安全不安全K3较安全安全不安全安全K4十分安全十分安全安全不安全K5安全较安全安全不安全K6较安全安全较安全十分安全K7不安全不安全安全安全K8较安全安全安全安全K9较安全安全安全安全K10较安全安全安全安全K11不安全不安全较安全较安全K12安全较安全十分安全十分安全K13不安全不安全十分安全十分安全K14较安全安全安全安全K15安全较安全较安全较安全K16安全较安全安全安全K17较安全安全十分安全十分安全K18不安全不安全十分安全十分安全

表3 乌鲁木齐市耕地占补平衡生态安全等级

4 讨 论

对于乌鲁木齐市耕地占补平衡的生态安全评价，本研究中仍存在一些不足。首先，反映耕地占补平衡的生态安全指标的选取。由于目前尚无标准的评价指标，再加上对生态安全影响的因素的多样性和复杂性，所以本文并没有对所有相关因素进行定量分析。其次，运用物元模型过程中，经典域和值域的选择问题。由于当前的准则和指标设定中只有标准值，并无范围区间。因此，耕地占补平衡过程中各级指标区域的制定和生态安全的指标体系的建立，以及各指标的量化和影响度确定的问题仍是本文今后需要进一步研究的问题。