豫北低山丘陵区农业生态安全及可持续发展对策

马守臣，王红亮，王 锐

（1.河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南 焦作 454000；2.新乡学院数学系，河南 新乡 453000）

生态安全是当前可持续发展问题研究的前沿课题[1]。目前，国外对于这一领域的研究主要集中在基因工程生物的生态风险与生态安全、化学物质的施用对农业生态系统健康及生态安全的影响等两个方面的微观研究[2]。国内的研究则主要集中在区域生态安全方面[3-5]。但是，由于人们对生态安全的内涵认识不足以及不同研究区域的复杂性和特殊性，目前在区域生态安全评价指标体系和研究方法上仍未形成共识。尤其是对区域农业可持续发展有着重要影响的农业生态环境安全方面的研究更为不足[6]。农业生产不但对自然资源、环境影响最大，也对自然资源、环境依赖最大。对于一个区域来说如果没有农业环境的生态安全，农业生态系统就不可能实现可持续发展，因此，区域生态安全的基础应是农业生态安全。我国学者吴国庆2001年首次提出了农业生态安全的概念，认为农业生态安全是指农业赖以发展的自然资源、生态环境处于一种不受威胁、没有危险的健康、平衡的状态，在这种状态下，农业生态系统有稳定、均衡、充裕的自然资源可供利用，农业生态环境处于无污染、未破坏的不受威胁的健康状态，只有在这种生态安全的状态下，农业才能实现生产可持续性、经济可持续性和社会可持续性[2]。此后，许多国内学者针对不同的农业生产区，开展了一些区域农业生态安全方面研究与评价[7-10]，但是由于我国幅员辽阔，不同区域有不同区域的生态环境的复杂性和特殊性，因此，这一领域的研究成果目前还远远不能在大范围内用于指导区域农业生产实践。

在豫北低山丘陵区，农业既是当地的基础产业，也是支柱产业。长期以来，农业活动的干扰以及对资源的过度开发导致这一区域内自然植被大量破坏，土地荒漠化、水土流失等土地资源退化现象非常严重。尤其是过去以改变景观、扩大资源消耗为基础的粗放型的土地利用模式，导致该区域内生态系统日趋脆弱，严重地影响了区域内的生态系统的稳定性，使人们的生活、生存环境受到了巨大的威胁，直接影响了当地社会经济的可持续发展。本文以生态环境较为脆弱的辉县市境内的低山丘陵区为例，在对该区域近30 a农业生态经济系统演变过程分析的基础上，从生态环境质量、生态环境压力和保护整治能力方面提出这一区域农业生态安全指标体系与综合评价方法，并对区域近30 a的农业生态环境的安全程度进行定量评价与动态分析。然后，针对影响区域生态安全的主要因素，提出保证这一区域农业可持续发展的生态安全对策，以便指导该区农业生态环境建设、实现区域农业可持续发展。

1 研究区概况

研究地区位于河南省辉县市境内，市域内山地、丘陵面积12.23万hm2。属暖温带大陆性季风气候，年均气温13.8℃，日照充足，年均日照时数2 446.9 h，年均降水量576.5 mm，无霜期209 d。试区选择薄壁镇、洪州乡和上八里镇3个乡镇的低山丘陵区。该区北依太行山，为太行山－华北平原过渡带，土壤为山地的洪水冲积物发育而成的褐色土，地层较薄，颗粒较粗，多为粘质砂土夹砾石。土薄石多，持水力很差，漏水漏肥，致使土壤干旱，风蚀沙化严重，植被稀疏，植被类型为荆条（Vitex negundo var）、酸枣（Ziziphus jujuba）、白羊草（Bothriochloa ischaemum）灌草丛，群落的植被覆盖率和群落的生物生产量均比较低。人工栽种的经济树种主要为一些分散种植的柿树（Diospyros Kaki）、核桃（Juglans mandshurica Maxim）、枣（Ziziphus jujuba Mill）、桃（Prunus persica）、杏（Prunus armeniaca）等树种。耕地主要为农田，农业生产力、经济效益高的果树和畜牧业未达到充分发展；其他土地为荒（滩）地，土壤结构不良，石砾含量60%～70%。农业生态系统的耕作制度为一年二熟制（水浇地）或一年一熟制（旱地），主要作物为小麦（Triticum aestivum）、玉米（Zea mays）、花生（Arachis hypogaea）。自上个世纪 70 年代以来，研究区内宜耕荒坡、荒（滩）地被大规模开发利用，自然植覆盖率严重下降。

2 生态安全评价方法

2.1 农业生态安全评价指标体系的建立及权重的确定

一个区域农业生态安全评价涉及众多要素，一方面要遵循农业生态系统的一般规律，另一方面必须考虑区域的特点，同时又需要了解生态安全空间格局。太行山低山丘陵区农业生态安全评价指标体系的建立，主要以试区近30 a来的农业生态系统的演变过程为依据。在动态监测与实地调研的基础上，根据系统性，指标选择的独立性、可比性、科学性、实用性以及指标数据的可得性，在广泛研究前人区域生态安全评价指标体系和区域农业生态安全评价指标体系，并征询众多专家的基础上，从农业生态环境压力、生态环境质量和保护整治能力3方面，筛选出20个指标构建太行山低山丘陵区农业生态安全的评价体系（表1）。采用层次分析法，并结合专家经验确定各级评价指标的权重。在指标体系的各指标数值中，部分来自TM/ETM遥感解译数据（如景观多样性指数、森林、草地覆盖率等），其他部分取自辉县市国民经济统计年鉴。

2.2 评价指标数据标准化处理

为了消除评价指标间由于量纲不同带来的不可比性，在评价前，需要对这些指标进行标准化处理，使不同类型的指标数据具有可比性，本研究采用下列方法对原始数据进行无量纲化：

式中：Xi为某一参评因子原始值；Xmax为某一参评因子最大值；Xmin为某一参评因子最小值；Si为某一参评因子标准化值。如果某一参评因子对生态安全起正作用，则用公式（1）进行标准化处理；如果某一参评因子对生态安全起负作用，则用公式（2）进行标准化处理。

2.3 农业生态安全度的计算

表1 豫北低山丘陵区农业生态安全评价指标体系

生态安全度指数（ESIA）计算依据公式（3）：

式中，Sj为第i项分类指标所属的第j个单项指标的标准化值；Wj为第i项分类指标所属的第j个单项指标相对应的权重；Pi为第i项分类指标的权重；ΣWjSj表示各分类评价指标的综合评价值。

3 评价结果及分析

3.1 生态安全分析

农业生态环境质量指数：从图1可以看出，研究区的农业生态环境质量在1975～1985年急剧下降。造成农业生态环境质量不断下降的主要原因是，这一时期内宜耕的荒山（滩）地被大规模开发利用，自然植覆盖率严重下降，生物多样性下降，水土流失加剧，土壤质量严重退化。20世纪90年代以后随着城市建设对砂资源的需求日益增加，砂资源价格不断上涨，受利益驱动，有些地方乱采滥挖现象严重，生态环境进一步恶化，土地几乎没有农业利用价值，农业生态环境质量进一步下降。2000年后农业生产环境质量开始缓慢上升，其原因是农业建设投资增加，提高了有效灌溉面积；同时，由于林果业和畜牧业迅速发展，土地利用结构得到优化，森林覆盖率都有较大幅度提高，农业景观多样性得到提高。

图1 豫北低山丘陵区农业生态安全各分类指标的动态变化

农业生态环境压力指数：农业生态环境压力指数从1980年以来，一直处于上升状态，其原因一是人口不断增加导致人均耕地面积下降；二是工矿业（主要是石材场）的发展，占用和破坏了大量土地；三是化肥、农药大量使用导致生物多样性大量下降。

生态环境整治能力指数：农业生态环境整治能力指数在1985年和2000年分别比上一年稍有降低。但从总体上看，自1975年以来区域生态环境整治能力呈波动式上升趋势。导致这一趋势的主要原因是由于国家的政策引导，农民的生产积极性提高，人均纯收入增加；再加上人们的环境意识增强，也加大了农业基础建设和环境治理投资力度。

3.2 农业生态安全度指数

随着农业生态环境质量指数、农业生态环境压力指数和农业生态环境整治能力指数的变化，农业生态安全综合值也发生相应的变化。农业生态安全度指数在2000年以前一直处于下降趋势（图2），主要原因有以下两个方面：一方面是人类对土地资源不合理地利用开发，滥垦、滥伐、滥采乱挖等经济活动加速了生态环境质量退化；另一方面是由于土地贫瘠，耕地生产力较低，为了提高土地生产力，人们大量施用化肥农药，从而对生态环境产生了严重的负面影响，造成生物多样性的严重丧失。另外，政府无力实施大规模的生态环境改善工程，导致农业生态系统对自然灾害的防御能力降低，这也是农业生态安全度指数逐年下降的原因之一。2000年后，由于国家出台了一系列的惠农政策，并且加大了对农业的投资力度；农民文化素质提高，经营理念发生变化，农业结构开始调整，农林牧土地利用结构日趋合理化。同时，地方政府也加大了环境治理力度，因此农业生态安全度指数开始缓慢上升。

图2 豫北低山丘陵区农业生态安全度指数的动态变化

4 农业生态安全建设和可持续发展对策

4.1 继续调整和优化农业产业结构，积极发展生态农业

在低山丘陵区，地形、地貌、自然资源的多样性为农业生产的多种经营与开发利用提供了基本的物质保障。因此，可以根据不同地域的土地生态适宜性，充分利用时空差异性及生物多样互补性，科学配置各类农业用地。在此基础上大力发展经济效益高的生态养殖业和生态林果业来提高农民收入。在农田生态系统中，尽可能减少农民对土地频繁和高强度的扰动，采取合理的耕作措施，建立有机农业或生态农业体系，注重引进经济和生态效益双高的优良植物品种，并通过优化种植业结构，发展高效经济作物。另外，在对土地利用结构进行优化配置时，土地利用结构的选择必须有助于农业生态景观的修复，避免或减少农业活动对生态环境的负面影响。

4.2 切实保护耕地资源，加大农田基本建设投资

应采取切实有效的行政、法律和经济手段，严格控制各种土地开发项目，以保护极其有限的耕地资源。特别是要严历打击对砂资源乱采滥挖的行为，并合理规划工矿企业用地，改变当前工矿业违法占地、破坏耕地的局面；提高农业基础建设投资在总建设投资中的比例、加强农业基础设施建设、提高农业的抗灾能力。重点治理坡耕地，可采取多种蓄水、节水的坡地水土调控措施，开发雨水集蓄利用技术，充分利用天然降水，发展旱作林果业和旱作农业。同时，积极进行土地整理，改造中低产田，提高单位土地面积的生产力，大力提高耕地的复种指数，充分挖掘耕地生产潜力。

4.3 加大生态环境综合治理力度

针对过度放牧、滥砍乱伐致使植被遭到严重破坏的区域，可利用物种共生原理，进行多物种人工复合搭配，通过乔灌草结合、多层配置，增加区域水土保持与水源养护林面积。针对砂资源乱采滥挖导致耕地严重破坏的区域，可通过采取适当的工程措施及物理、化学、生物、生态措施进行土壤重构和土壤改良，重新构造一个适宜的土壤剖面与土壤肥力生境，并尽快地恢复和提高重构土壤的生产力。具体操作上要因地制宜：如在相对平整、有一定覆盖土层的地带，采用生物措施如种植豆科牧草进行土壤改良，也可施加有机肥和化肥快速提高土地肥力，在此基础上养草育灌、以灌培林，从而达到恢复植被的目的；在土壤条件极差、砾石含量高的砂资源采空区，采取削高垫低和覆土等方式平整土地，在此基础上发展养殖业，建立养殖场，利用动物粪便结合外来客土逐渐改良场地周围土地肥力，并在场地内外空地上采用覆土栽培技术植树种草，建立人工植被，提高植被覆盖率。

4.4 保护区域生物多样性

生物多样性作为人类赖以生存的基础，最能反应一个地区的生态环境的状况，也是实现资源可持续利用的重要保证，对于区域经济、社会、生态协调发展有着重要作用[11]。因此，要实现区域资源的可持续利用和经济的可持续发展，必须保护好该地区生物多样性。农田生态系统作为人类经济活动的主要区域，是生物多样性破坏量严重的区域。然而，它却不能像自然生态系统那样通过建立自然保护区的途径来管理和保护生物多样性，必须在不影响或少影响农业生产力的前提下，对生物多样性从生境多样性、物种多样性层次上进行保护[12]。农业生态系统中生境多样性可以通过建立多样性的人工生境和野生生境来实现。在低山丘陵区农业用地一直是土地利用的主要形式，通过在这一区域建立多样化的生态农业用地模式，便可达到在农业景观内形成多样性的人工生境的目的；另外，在农田生态系统中，许多边际土地，如荒地、农垦区湿地、小片山林地、沟渠边、路边、田埂等是野生生物种相对集中的地域，既可以作为害虫天敌的越冬场所，也可在农田喷撒农药时作为害虫天敌避难场所[13]。因此，在进行生态农业模式设计时，必须注重各种边际地带等野生生境科学管理，以达到维护农田生态系统中生物多样性的目的。

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