基于PSR模型的河南省耕地生态安全诊断

邓图南，鲁春阳

(1.澳门城市大学 创新设计学院,澳门 999078；2.河南城建学院 测绘与城市空间信息学院,河南 平顶山 467036；3.东华理工大学 测绘工程学院,南昌 330013)

耕地是社会生产和发展的基础，耕地生态安全则是国家粮食安全和生态文明建设的重要组成部分[1].近年来，随着我国新型城镇化及工业化道路的不断迈进，人地关系的不协调问题日益显现，致使耕地资源的数量和质量双双下降，区域生态环境也受到一定破坏[2].为此，国家高度重视，在2017年1月发布的《关于加强耕地保护和改进占补平衡的意见》中强调“要像保护大熊猫一样保护耕地，着力加强耕地数量、质量、生态‘三位一体’保护”，将耕地的生态安全保护进一步上升到国家战略高度.

目前，学者们基于人地关系及可持续发展理论对耕地生态安全的评价模型、指标体系以及时空分异特征等方面开展了大量定量分析，研究成果颇丰.杨俊等[3]基于粮食安全背景，采用PSR模型对长江中下游粮食主产区耕地质量与生态安全展开分析；彭文君等[4]基于景观生态学理论，构建了景观生态指标体系，对喀斯特山区的耕地生态安全问题进行了细致分析；袁零等[5]基于县域尺度，采用PSR模型实证研究了干旱地区环县的耕地生态安全情况，并建议推行耕地休耕制度，使耕地尽快恢复生态机能；朱红波等[6]基于全国尺度对1981-2004年间的耕地生态安全时空变化特征及障碍因素展开深入分析；李强等[7]立足生态脆弱区实际，构建了由耕地健康模糊评价体系与耕地能值指数修正体系构成的耕地健康诊断体系进行耕地健康评价实践.

河南省是我国重要的粮食主产区和人口大省，近年来随着社会经济建设的持续推进，耕地保护与生态安全问题正日益突显.2018年，全省耕地资源面积达到8.16万hm2，位居全国第二，但人均耕地占有量仅733 m2，不及全国平均水平，并且其中近70%的耕地仍属于中低产田.同时，水土流失、土壤有机质含量下降及粗放低效利用现象较为严重.鉴于此，本研究以河南省为研究对象，基于PSR框架模型构建耕地生态安全评价指标体系，测算2008-2018年河南省及其下辖18个地级市的耕地生态安全状况和变化趋势，并针对性地提出耕地生态安全保障措施，以有效反映地区耕地资源的综合水平，为地区控制耕地数量、把控质量、实现农业和社会可持续性发展提供一定参考.

1 研究区概况

河南省位于黄河中下游地区，介于31°23′N～36°22′N，110°21′E～116°39′E之间，下辖18个地级市，土地总面积16.7万km2，其中耕地面积占比达到48.85%，是我国的农业大省和人口大省.2018年，全省GDP为48 055.86亿元，居全国第5位，城镇化率达51.74%，仍低于全国水平8.11个百分点.全省粮食总产量6 649万t，居全国第2位，占全国粮食总产量的10.1%，对于国家粮食安全与稳定发展具有重要的战略作用.但在城镇化及工业化进程下，河南省人口外流造成的空心村现象正进一步加剧，加之农药、化肥及地膜的滥用，给全省的耕地生态承载力造成严重影响.

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文数据涉及2008-2018年间河南省整体以及2018年下辖18个地级市的社会经济发展状况、自然环境和产业发展规模等方面，其原始数据均来源于《河南统计年鉴》(2009-2019年)和河南省国民经济和社会发展统计公报(2008-2018年)，部分数据可根据原始数据进行简单运算得出.

2.2 研究方法

2.2.1基于PSR模型的评价指标体系构建

PSR模型是联合国经济合作与发展组织和联合国环境规划署在1990年联合提出的生态安全评价模型[8]，因其系统性、灵活性和权威性的特点，一经问世便受到学术界的广泛应用，也是我国目前在生态安全领域评价常用的模型[9-12].该模型主要包括人类社会生产给生态系统造成的压力、生态系统被这一压力影响后的状态以及人类为缓解受影响的生态系统而制定的响应措施.结合这3方面内容构建的指标体系能够较好地衡量出人类活动与生态系统的相互作用关系[13].本文基于PSR模型及指标的连续性和可比性，从耕地生态系统压力、状态、响应3个方面构建评价指标体系以综合诊断耕地生态系统健康状况(表1).

表1 河南省耕地资源生态安全评价指标体系

耕地生态安全压力指数表示研究区人类社会经济活动对耕地生态系统的作用程度.主要为人口、社会、经济和环境压力等，本文选用人口密度、人口自然增长率、城镇化率、人均耕地面积和单位耕地面积化肥负荷5项指标来测算.

耕地生态安全状态指数表示研究区耕地资源在人口、社会、经济和环境等压力作用下的状态.本文选取了资源状态和经济状态两类指标，资源状态为研究区耕地资源规模和生态资源保护状况，此处用耕地垦殖率和森林覆盖率表征；经济状态为耕地资源的经济产出状况，此处用第一产业占GDP比重表征.

耕地生态安全响应指数为研究区受影响的耕地生态系统内部自我调节措施和外部人为管理措施.本文关注于外部响应措施，主要是为推动区域农业现代化发展，加强农业基础设施建设，以缓解农业发展对耕地资源的依存和压力，此处选取人均粮食占有量和有效灌溉面积比重表征.

2.2.2指标标准化处理

2.2.3指标权重确定

层次分析法(Analytic Hierarchy Process，AHP)是一种解决多目标复杂问题的权重分析方法[14].其一经问世，就因较强的系统性和简便性而在统计决策领域得到诸多应用.该方法的基本原理是将定性与定量分析相融合，根据决策主体对研究领域的丰富经验来判定各层次目标之间的相对重要程度，然后基于一定的分值标度为各层次要素打分，根据打分结果测算出各个指标的权重.本文基于目前已应用较为成熟的分值标度准则(表2)对同一层级下不同指标因子因重要程度不同而两两比较打分，并构建该层级的判断矩阵，进而借助yaahp软件在可通过一致性检验(CR=0.011<0.1)的基础上，计算其特征向量并归一化处理，最终将处理结果作为各个指标因子的权重(表1).

表2 层次分析法分值标度

2.2.4耕地生态安全综合指数测算

2.2.5耕地生态安全等级划分

为进一步探究河南省的耕地生态安全状况，在有关学者研究的基础上[15]，本文将综合评价指数按其取值范围划分为5个等级区间(表3)，以差异性反映耕地资源生态安全现状.

表3 河南省耕地生态安全等级

3 结果与分析

根据上文构建的评价指标体系，依据公式计算出2008-2018年河南省耕地生态安全系统的相关指数(表4).

3.1 耕地生态安全时序特征分析

由表4可知，2008-2018年河南省耕地生态安全综合指数总体呈波动下降趋势，由2008年的0.771 0下降到2018年的0.394 1，降幅为44.6%.其中在2008-2012年耕地安全处于较安全阶段(>0.6～0.8)，耕地生态环境受到较小干扰，生态系统功能处于良好的状态；在2013-2015年耕地安全处于临界安全阶段(>0.4～0.6)，此时耕地生态环境受到较少破坏，生态系统尚可维持基本功能；在2016-2018年期间耕地安全处于较不安全阶段(>0.2～0.4)，此时耕地生态环境遭受较大破坏.同时，以2009年和2017年为分界点，研究期内全省耕地生态安全状况呈“缓慢上升—缓慢下降—缓慢上升”阶段性趋势.其中2008-2009年这一阶段，耕地生态安全受压力子系统变化影响，综合指数由0.711 0上升到0.772 2，说明2008年河南省耕地安全压力较弱，人们对耕地的改造和干扰减少.2009-2017年耕地的生态安全状况处于“缓慢下降”阶段，耕地安全综合指数由2009年的0.772 2下降到2017年的0.325 3，主要因为压力系统和状态系统评价指数的持续下降远远大于响应系统评价指数的上升.主要体现在人口密度、城镇化率、人口自然增长率的不断增加，分别从2009年的597人/km2,37.7%,4.99%增加到2017年的650 人/km2,50.16%,5.98%.第一产业占GDP比重由2009年的13.64%下降到2017年的9.28%.2017-2018年，耕地安全综合评价指数由2017年的0.325 3增加到2018年的0.394 1.其原因在于国土资源部于2018年发布《关于全面实行永久基本农田特殊保护的通知》中强调，“永久基本农田必须坚持农地农用，坚决防止任何单位和个人以任何理由使其非农化”，使耕地资源的保护得到进一步加强.

表4 2008-2018年河南省耕地生态安全综合评价结果

2008-2018年，耕地生态安全压力指数总体呈现先下降后上升的趋势，压力指数从2008年的0.341 2降低到2018年的0.120 9，下降幅度达64.76%.其中2009-2017年耕地安全压力系统评价指数呈现直线下降趋势，以平均10.96%的下降率，从2009年的0.345 6下降到2017年的0.042 6.这说明在这9年间耕地安全压力状况没有得到明显的改善，人们对耕地的干扰和破坏逐渐增多，因此需要增强对耕地的保护，减少耕地的生态压力.2017-2018年耕地安全压力系统评价值出现上升趋势，增幅高达183.8%.

2008-2018年，耕地生态安全状态指数整体呈不断下降的变化趋势，状态指数从2008年的0.343 2下降至2018年的0.225 3，年均减少率为3.44%.其中2008-2009年期间耕地安全状态系统评价指数从0.343 2增加到0.417 6，增幅高达21.68%.在2009-2017年期间耕地安全状态系统评价指数总体呈现快速减少阶段，只有在2012-2013年期间出现小幅度的上升现象，在2009-2017年期间耕地安全状态系统评价指数年降低率10.96%.说明耕地资源的综合整治及生态修复尚需加强，农业面源污染治理及生态绿色农业发展已迫在眉睫.

2008-2018年，耕地生态安全响应指数一直处于平稳上升的变化态势，从0.026 6提高到0.0479，增幅达80.1%.但在2008-2010年期间耕地安全响应系统评价指数由0.026 6持续下降到0.006 2，降幅高达61.65%.而在2010-2018年期间耕地生态安全响应指数出现显著上涨，年增加率84.07%.这说明随着农业资源生态修复和基础设施建设的不断加强，耕地生态系统安全得到改善，粮食产量稳定提高.

3.2 耕地生态安全截面特征分析

进一步计算2018年河南省下辖18个地级市的耕地生态安全评价指数，以探究河南省各地级市的耕地生态安全状况，结果见表5.

从表5可以看出，耕地生态安全综合评价指数排名前六的城市主要是信阳市(0.791 3)、驻马店市(0.769 6)、南阳市(0.668 2)、商丘市(0.649 3)、开封市(0.633 8)和周口市(0.610 0)，这6个城市的耕地安全评价指数均处于较安全(>0.6～0.8)阶段，此时耕地生态环境受到较小干扰，生态系统功能处于良好的状态.三门峡市、濮阳市、洛阳市、平顶山市、安阳市、鹤壁市、新乡市、焦作市、许昌市、漯河市、济源市等11个城市都处于临界安全(>0.4～0.6)阶段，此时耕地生态环境受到较少破坏.郑州市(0.244 0)的综合评价指数处于较不安全(>0.2～0.4)阶段，此时耕地生态环境遭受较大破坏.总体来看，河南省2018年各市的耕地安全状态不容乐观，大部分的城市都处于临界安全状态，郑州市更是处于较不安全阶段.其原因在于郑州市的城镇化及工业化进程加快，耕地资源受影响程度较高，需注意进一步加强耕地资源安全保障力度.

表5 2018年河南省各地市耕地生态安全评价结果

4 结论与建议

4.1 结论

本研究应用PSR模型对2008-2018年河南省耕地资源生态安全进行综合评价，得出主要结论如下：

(1)2008-2018年河南省耕地生态安全总体状况不容乐观，生态安全综合指数呈现下降趋势，由2008年的0.771 0下降到2018年的0.394 1，综合指数平均值为0.558 1，属于临界安全级别，研究期内经历了“较安全—临界安全—较不安全”的波动状态.

(2)从分子系统来看，耕地生态系统压力和生态系统状态变化在耕地资源生态安全中变化较大，其中从指标层权重发现人口自然增长率、城镇化率、单位耕地面积化肥负荷和耕地垦殖率是影响全省耕地生态安全状况的主要因素.

(3)选取2018年这个节点来看，河南省2018年各地级市的耕地安全形势同样不佳，仅有信阳、驻马店和南阳等6个地级市处于较安全状态，洛阳、安阳和鹤壁等10个地级市处于临界安全状态，郑州和平顶山更是处于较不安全状态，其中郑州市耕地生态安全综合指数仅为0.244 0，为全省末位，需要特别注意城镇化进程中的耕地资源保护与利用问题.

4.2 建议

(1)提高农业面源治污水平.积极发展绿色农业，减少农药、化肥使用率，推动秸秆及畜禽粪污等有机肥料还田，鼓励应用测土配方施肥技术，提高地膜回收利用率，改善耕地有机质环境，促进耕地资源长效健康利用.

(2)落实耕地轮作休耕制度.大力实施中低产田改良工程，在不减少或破坏耕地前提下，结合各地区特点实行以免耕少耕、深松浅翻、深施肥料和粮豆轮作套作等为主的保护性耕作制度，促进区域耕地用养结合，保障耕地产能稳步上升.

(3)构建耕地生态保护经济补偿机制.从省级层面统筹设立专项资金，用于奖励支持耕地轮作休耕、减药控肥以及耕保工作优异的乡镇，以改善农业生产条件及推动农业基础设施建设.