福建省草地资源生态安全评价

刘依川, 陈志彤, 陈松林, 应朝阳

(1.福建师范大学地理科学学院，福建 福州 350007；2.福建省农业科学院农业生态研究所/福建省山地草业工程技术研究中心/福建省红壤山地农业生态过程重点实验室，福建 福州 350013)

草地资源关乎生态安全、粮食安全与社会经济发展，具有极其重要的生态、经济和社会价值[1,2].我国草地资源丰富，草地是我国面积最大的绿色植被和生物资源，也是我国陆地生态系统的重要主体和生态文明建设的主战场之一[3].加强草地资源生态环境保护[4,5]，必须研究草地资源.草地资源作为福建省重要的自然资源和国土资源，不仅是水土保持、水源涵养等维系生态平衡的重要载体，还是畜牧业、旅游业等促进经济发展和提高人民生活水平的动力之一[1].

福建省草地资源多零星分布，开发利用难度较大，长期以来处于无人管理的荒废状态[6,7].游大辉[8]、杨睦忠[9]、姚颂恩[10]和董晓宁[11]等对福建省草地资源的分布、类型、特征等进行研究.陈火清[12]、苏水金[13]、应朝阳[7]和翁伯琦[14]等立足于福建省草地资源的发展潜力和优势条件，对山地草业、农业和畜牧业发展中草地资源的开发利用情况进行研究.张国森[15]基于草地植物种类，对福建省天然草地有毒有害植物进行了调查.随着经济发展水平和人们对生态环境要求的提高，草地资源受到重视，一些学者在水土保持、水源涵养和循环经济方面进行探索[16,17].另外，开展优良牧草种的引进和改良、规模化人工草场的建设等[11,18-21].作为南方草地的重要组成部分，福建省草地资源在开发利用方面有极大的潜力，因此对福建省草地资源进行生态安全进行研究具有十分重要的现实意义.本研究通过压力—状态—响应框架模型构建草地资源生态安全评价体系，运用熵权法对各评价指标进行客观赋权，并对福建省草地资源生态安全各层子系统层和综合生态安全进行评价与分析；从资源环境压力、草地状态和社会经济响应等方面具体分析了各子系统草地资源生态安全状态差异及其主要原因.

1 研究区概况

福建省位于我国东南沿海，地处北纬23°32′—28°19′，东经115°51′—120°52′，包含福州、厦门、莆田、泉州、漳州、龙岩、三明、南平、宁德9个设区市和平潭综合实验区(平潭县).为保证研究的统一性，将平潭综合实验区归入福州市，其山地、丘陵占全省总面积的80%以上.属亚热带季风气候，雨量充沛.地带性土壤为砖红壤性红壤、红壤和黄壤，淋溶作用较强，肥力较差.植被覆盖率较高，居于全国前列.

2 方法

2.1 数据来源

以福建省9个设区市为研究对象，社会经济数据来源于2015年福建省各市统计年鉴，草地数据(表1)来源于福建省农科院天然草地资源调查资料.

2.2 草地生态安全评价指标体系的构建

影响福建省草地资源生态安全的因子复杂多样，结合福建省独特的自然地理特征和草地的基本请况，运用压力—状态—响应模型[22-24]，从资源环境压力、草地状态和社会经济响应3个子系统层选取了18个指标，构建了福建省草地资源生态安全评价指标体系(图1).

表1 福建省2015年草地面积分布Table 1 Grassland resource structure of Fujian Province in 2015

2.2.1 压力系统 福建省草地主要分布于高海拔山顶、滨海、河边、江边和农(林)区，这些区域也分布有大量的园地、耕地和林地，与草地分布存在竞争关系，是影响草地分布的主要地类.人口密度和人均草地面积反映人口对草地系统的压力状况，人口密度越大，人均草地面积越小，对草地造成的压力越大.

2.2.2 状态系统 草地资源零星分散，斑块特征不明显，故分别选取多个景观指标，综合计算草地景观破碎度指数、形状指数和聚集度指数.3个不同类型的景观指数可以较全面反映草地的分布状态.其中，斑块破碎度指数越大，草地细碎化程度越严重.形状指数越大，草地受人为干扰越大.聚集度指数、草地平均NDVI和草地占比分布反映了草地的集中分布状态、植被覆盖情况和草地的重要程度.

2.2.3 响应系统 农村居民人均可支配收入、人均GDP和GDP增长率是反映区域经济发展状况的主要因素，代表草地投入和建设的能力和潜力.畜牧业比重表示畜牧业产值在地区生产总值中的比重，可在一定程度上反映草地的产出状况，同时也反映草地在区域经济发展过程中的重要程度.

2.3 草地资源生态安全指标权重的确定

在生态安全评价过程中，权重的确定至关重要，常用的指标权重确定方法有专家打分法、熵权法、层次分析法和主成分分析法等.本研究采取熵权法确定各评价指标的权重.熵权法是一种客观的定权方法，能够立足数据本身所反映的信息，在消除人为因素的基础上计算出各个指标的权重大小[23,25].依照熵权法的原理和步骤，利用Matlab软件计算指标权重[26,27].对于正向指标来说，值越大越利于生态安全；对于逆向指标来说，值越小越利于生态安全.故在计算过程中将逆向指标取倒数，以消除逆向指标的影响.

图1 福建省草地资源生态安全评价体系示意图Fig.1 Schematic diagram of ecological security evaluation system of grassland resources in Fujian Province

熵值法的原理是权重随指标的变化而变化，变化程度越大，信息效用值越大，权重值越大；反之，权重值越小.其确定权重的步骤如下：

(1)在m个样本中有n项指标，那么第i个样本的第j项评价指标表示为Xij(i=1，2...，m；j=1，2…，n).

(2)将所有数值写成矩阵X={Xij}m×n，再进行标准化处理，得到新矩阵g={gij}m×n.

(3)计算第j项指标的信息熵ej和信息效用值dj.

(1)

dj=1-ej

(2)

(4)计算第j项指标的权重Wj：

(3)

2.4 草地资源生态安全综合评判标准等级的划分

判断草地资源生态安全状态是否适宜，可以通过生态安全指数对生态安全状态进行等级评价.本研究参照文献[28-30]和福建省草地资源的特征，将福建省草地资源生态安全状态划分为5级(表2).

3 结果与分析

基于2015年福建省9个设区市的18个草地资源生态安全评价指标，采用熵权法计算出各评价指标的权重值，并得出福建省9个设区市的子系统层指数和生态安全综合指数，结果如图2所示，2015年福建省草地综合生态安全指数为0.28～0.51，9个设区市的平均生态安全指数为0.386.表明草地资源生态安全状态处于一般水平，境内草地生态环境受到一定干扰或破坏，生态系统结构稳定性和完整性一般，局部地区存在生态环境问题和生态灾害.研究区内各层子系统中，三明市、龙岩市和南平市的草地资源生态压力较小，泉州市、莆田市、漳州市和福州市的草地资源生态安全压力较大；福州市和莆田市的草地生长状态较好，厦门市的草地生长状态较差；厦门市草地生态系统的社会经济响应能力优势明显.

表2 福建省草地资源生态安全等级划分Table 2 Classification of ecological security level of grassland resources in Fujian Province

图2 福建省草地资源生态安全指数Fig.2 Ecological security index of grassland resources in Fujian Province

3.1 基于各子系统的草地资源生态安全评价

在压力系统中，三明市、龙岩市和南平市的压力指数较高，均在0.45以上；而泉州市、莆田市、漳州市和福州市在压力系统中的压力指数较低，均在0.25以下.从具体指标分析来看，压力指数与各地类比重和人口的多少关系密切.福建省境内山地、丘陵所占比重较大，草地多分布于高海拔山顶、滨海、河边、江边和农(林)区.在压力系统中，与草地分布密切相关的耕地、林地和园地所占比重是影响草地生态安全的重要因素.从图3可知，三明市、龙岩市和南平市土地总面积较大，分别占福建省土地总面积的18.52%，15.35%和21.2%，占区域土地总面积的比重不大.另外，这些区域的人口密度处于较低水平，人均草地面积较大，草地资源生态压力较小.而泉州市、莆田市、漳州市和福州市的耕地、林地和园地占区域土地总面积的比重较大，人口稠密，造成草地资源生态安全压力较大.

在状态系统中，选取能够反映草地破碎度、形状复杂度和聚集度的景观指数和草地平均NDVI.各景观指数通过Fragstats 4.2计算得到.草地平均NDVI指数是根据各设区市的NDVI栅格数据中的分区统计功能提取获得，可在一定程度上反映各设区市的草地植被覆盖程度.福州市和莆田市的草地状态指数较高，均在0.7以上.福州市和莆田市的草地景观破碎度和形状复杂度低、聚集度高，是草地生长状态较好的区域，有利于草地生态系统的稳定性发展，草地受干扰和破坏程度较低.因厦门市草地平均NDVI指数和草地所占比重均处于较低水平，且与其他区域相差较大，所以厦门市为状态指数最低的区域.多项状态指标显示其草地生长状态较差，草地资源生态安全处于较低水平.

图3 福建省各设区市土地总面积及园地、耕地和林地分布Fig.3 Total land area and distribution of garden land, cultivated land and forest land at municipal level in Fujian Province

在响应系统中，社会经济的发展是影响草地生态安全的重要因素.因此，选取与草地生态安全相关的社会经济因子，可以从经济发展、畜牧业发展、乡村从业人员、农民收入等方面侧面反映草地资源生态安全状况.从图4可知，经济发展好、农民收入高的地区，对生态环境保护力度大，人们对土地的依赖较低，对草地的干扰和破坏程度就较低.厦门市经济实力较强，人均GDP和农村居民人均可支配收入均在省内排第1位，响应指数优势明显.而人均GDP和GDP增长率均处于较低水平的宁德市响应指数最低，生态安全响应压力较大.大部分区域响应指数为0.25～0.35.

图4 福建省各设区市经济发展情况及乡村从业人员分布Fig.4 Economic condition of each city in Fujian Province and distribution of rural employees

3.2 草地资源生态安全综合评价

由于自然条件、草地资源的分布和社会经济发展水平存在差异，福建省草地资源生态安全状况在空间上也存在较大差异.将福建省9个设区市作为生态安全空间差异评价单元，在评价过程中，运用前述的草地资源生态安全评价体系和评价方法，基于2015年各设区市的指标数据进行定量化计算；并结合福建省草地资源生态安全等级划分，对9个设区市在空间上进行生态安全状态差异对比.

由图5可知：2015年福建省草地资源生态安全状态多处于良好和一般的状态；南平市、三明市和龙岩市生态安全状态良好，综合生态安全指数均大于0.45，境内草地生态环境受较少干扰或破坏，生态系统结构尚稳定且完整，生态环境问题和生态灾害不明显，生态修复能力较好；福州市、莆田市和厦门市的草地资源生态安全状态一般，综合生态安全指数为0.35～0.45，境内草地生态环境受到一定的干扰或破坏，生态系统结构稳定性和完整性一般，存在一些生态环境问题和生态灾害；而位于沿海地区的宁德市、泉州市和漳州市的草地资源生态安全状态较差，综合生态安全指数均小于0.35，境内草地生态环境受到较大干扰或破坏，生态系统结构不稳定，功能性较差，生态灾害和环境问题较多，生态修复能力较差.从生态安全综合评价数值上看，三明市、南平市、龙岩市和福州市的草地资源综合生态安全指数高于全省平均水平.其中，三明市的草地资源综合生态安全指数最高，为0.51.草地资源生态安全水平从大到小表现为三明市>南平市>龙岩市>福州市>厦门市>莆田市>泉州市>宁德市>漳州市.

4 小结

基于压力—状态—响应模型对福建省草地资源生态安全状态进行研究，并对草地资源综合生态安全状态进行空间分析与评价.结果表明，福建省草地资源生态安全综合状态一般，9个设区市草地资源生态安全多处于良好和一般的状态，并呈内陆优于沿海的态势.资源环境压力、草地生长状态和社会经济响应等是草地资源生态安全状态产生差异的主要影响因素.

图5 福建省草地生态安全状态Fig.5 Ecological security state of grassland in Fujian Province