中国耕地资源安全预警系统探讨

宋 伟，陈百明，张 英，2

（1．中国科学院 地理科学与资源研究所，北京100101；2．中国科学院大学，北京100049）

然而，已有的耕地资源安全预警研究大多从区域出发，耕地资源安全评价指标和预警方法更侧重于区域适宜性。同时，现有研究多集中在耕地资源安全评价方面，对于监测部分的研究涉及较少。鉴于此，本文尝试建立一套更具普适性和操作性的耕地资源安全预警程序和技术方法，以期为编制耕地资源安全预警技术规范和合理保护利用耕地提供参考。

1 耕地资源安全预警系统框架

耕地资源安全预警系统框架主要包括耕地资源安全的监测、评价和预警3个组成部分。其中，耕地资源安全监测主要是持续定期地调查影响耕地资源安全的主要指标或属性；耕地资源安全评价主要是筛选影响耕地资源安全的重要指标，评价耕地资源安全的状态；耕地资源安全预警主要是根据耕地资源安全的评价结果，判断、描述和预测耕地资源安全的变化趋势，利用设定的方式和信号，实行预告和示警，提出防范措施。根据上述分析，耕地资源安全预警系统和预警技术流程设计如图1所示。

图1 耕地资源安全预警技术流程

2 耕地资源安全评价指标

2．1 耕地资源安全的内涵

耕地资源安全指一个国家或地区的耕地资源得到有效保护，能够保障人类社会的生存和发展，促进生态系统和谐、平衡的耕地资源状态和能力。耕地资源安全包括数量安全、质量安全和生态安全3个方面的含义。数量安全指为满足人类社会基本生存和发展需求而必须保护的耕地数量状态；质量安全指耕地生产能力得到有效保护、质量有改善的状态；生态安全指耕地开发利用的生态环境负面影响小、利用可持续的状态［9］。

2．2 耕地资源安全评价指标体系

根据耕地资源安全的定义，依据耕地资源安全评价、监测和预警指标数据能够准确及时获取，指标对耕地资源安全运行状态变化反应灵敏，以及易于统计、量化、表述、简洁和可操作的原则，分别从耕地资源的数量、质量和生态安全3个方面选取9个指标构建耕地资源安全评价指标体系。

2．2．1 数量安全指标

（1）距离耕地保有量差值，即耕地面积现状与规划期末耕地保有量的差值。该指标安全趋向为正，其计算公式为：距离耕地保有量差值＝耕地面积现状—规划期末耕地保有量。

（2）耕地减少率，即本年度耕地数量在上一年度的基础上减少的百分比。该指标安全趋向为负，其计算公式为：耕地减少率＝（上年度耕地数量—本年度耕地数量）／上年度耕地数量×100%。

除了以上讨论的三大类，“do/does/did+v.”构式还具有延伸义，可用于强调状态、竞技、消耗、接触和创造等，虽然出现频率较低，但是能说明该构式具有丰富的能产性。在这种情况下，如果没有do/did/does，句子所强调的将会是动词后的新信息，但是现在用于目标构式，强调的信息则转移到了动词上面，听话者的注意力被转移到动词语义。例10中，强调的是“打破”而不是“模型”，例11强调的是“致使”而不是“结果”，例12强调的是“存在”而不是“死亡”，例13强调的是“需要”而不是“渴望和预料”，例14强调的是“赢得”而不是赢得的事物。

（3）基本农田减少率，即本年度基本农田数量在上一年度的基础上减少的百分比。该指标安全趋向为负，其计算公式为：基本农田减少率＝（上年度基本农田数量—本年度基本农田数量）／上年度基本农田数量×100%。

2．2．2 质量安全指标

（1）自然质量等别，即在全国范围内，按照标准耕作制度，根据规定的方法和程序进行农用地自然质量评定而划分出的等别。该指标安全趋向为正，自然质量等别的计算方法参见《农用地分等规程》（TD／T1004－2003）。

（2）耕地结构质量，即耕地内部各土地利用类型的组成状况，可以在一定程度上衡量耕地质量。耕地结构质量可以用耕地结构指数来衡量（CSI），该指标安全趋向为正。根据《土地利用分类》（GB／T21010－2007），耕地内部的二级土地利用类型包括水田、水浇地和旱地3个类型，CSI的计算公式如下：

式中：Ti——耕地内部i土地利用类型的赋值（水田赋值 0．40，水浇地赋值0．35，旱地赋值 0．25）；Wi——对应土地利用类型面积占耕地面积的比率。

（3）耕地退化面积比重，即评价区域内耕地盐渍化、沙化、石漠化面积占耕地面积的比重。该指标安全趋向为负，其计算公式为：耕地退化面积比重＝（耕地盐渍化面积＋耕地沙化面积＋耕地石漠化面积）／耕地面积×100%。

2．2．3 生态安全指标

（1）化肥农药农膜负荷，即单位耕地面积承载的化肥、农药、农膜负荷量。该指标安全趋向为负，其计算公式为：化肥农药农膜负荷＝0．4×化肥负荷标准化数值＋0．3×农药负荷标准化数值＋0．3×农膜负荷标准化数值。化肥负荷＝化肥折纯施用量／农作物播种面积；农药负荷＝农药施用量／农作物播种面积；农膜负荷＝农膜施用量／农作物播种面积。

需要特别指出的是，化肥负荷指标数据的标准化方法与一般数据标准化方法略有差别。许多研究都认为粮食作物化肥施用量在225kg／hm2以内不会引起严重的生态环境问题［11－15］。因此，化肥施用量数据的标准化采用225kg／hm2与各区域化肥实际投入量相比的办法，比值超过1的标准化数值按1计算。

（2）耕地重金属污染面积比重，即评价区域内耕地重金属污染面积占耕地面积的比重。该指标安全趋向为负，其计算公式为：耕地重金属污染面积比重＝耕地重金属污染面积／耕地面积×100%。

（3）耕地水土流失面积比重，即耕地水土流失面积占耕地面积的比重。该指标安全趋向为负，其计算公式为：耕地水土流失面积比重＝耕地水土流失面积／耕地面积×100%。

3 耕地资源安全监测

美国在20世纪中期就开始运用网格法布设监测点，监测国家自然资源变化，监测样地覆盖全美50个州的所有地域［16－17］。中国虽然也相继启动了一些农用地或耕地资源的监测和预警项目，但目前大多在实施过程中，尚缺乏可以立即投入使用的监测系统。本文依据耕地资源安全监测的全覆盖和易实施原则，设计了耕地资源安全的监测系统。

监测系统的构成包括监测对象、监测周期、监测实施单位、监测点的布设等。耕地资源安全的监测对象为所选耕地资源安全评价指标的直接数据或计算该指标所需的间接数据。耕地资源安全的监测周期指连续两次监测间隔的时间，各评价指标监测周期为1～10a不等（表1）。耕地资源安全监测组织单位为国务院和省、市、县级土地行政主管部门，具体监测实施单位包括土地、农业、水利、林业、统计、环保等行政主管部门。监测网点的布设以行政区为单位，在国家、省级、县级行政区内各设置若干监测点，覆盖监测行政区域内的耕地资源安全状况。监测数据的采集时间为每监测周期末的最后一个月份。

表1 耕地资源安全监测单位和周期

4 耕地资源安全预警

4．1 警度级别和预警信号的划分

耕地资源安全警度级别是警情大小的定量刻划，警情由低至高划分为无警、轻警、中警和重警4个层次，对应的预警信号依次为白色、蓝色、黄色和红色。其中，无警表示耕地资源数量得到有效保护，质量不降低或有改善，耕地开发利用的生态环境负面影响小，耕地资源安全程度很高的状态；轻警表示耕地资源的数量、质量或生态安全指标有轻微超过安全限度的情况，需要进行适度局部调整。中警表示耕地资源安全中某些指标出现了比较严重的偏差，应启动安全预警的预案，运用法律、行政和经济多种手段进行调整；重警表示耕地资源利用出现数量紧缺、质量大幅下降或生态环境遭到严重破坏等问题，各级政府应启动应急预案，动员一切力量改善耕地资源安全状态，确保耕地资源的可持续利用。

4．2 耕地资源安全指标警度的划分

警度的划分原则一般有均数原则、多数原则、半数原则、其他原则等。均数原则指选择往年评价指标数据的平均值作为无警下限；多数原则指选择往年评价指标数据总数2／3的数据区间作为无警下限；半数原则指选择往年评价指标数据中位数对应的数值作为无警下限；均数原则、多数原则和半数原则的其他各级别警度阈值在剩下的数据区间中划分。其他原则指结合实际运用以上原则以外的方法或者综合运用以上原则划分警度。

本文中9个耕地资源安全评价和监测指标的警度划分方法主要借鉴了均数原则和其他原则，各指标具体警度划分方法见表2。

表2 耕地资源安全预警指标警度的划分

4．3 耕地资源安全综合评价预警方法

耕地资源的数量、质量和生态安全是一个有机联系的整体，三者之间并非简单的线性或非线性关系，因此常规的综合评价模型有时很难准确反映不同类别耕地资源安全之间的关系。考虑突出各评价指标对综合评价结果的限制性，采用短板效应模型综合评价耕地资源安全程度，其计算公式如下：

P＝min（Ps，Pz，Pt） （2）

Ps＝min（S1，S2，S3） （3）

Pz＝min（Z1，Z2，Z3） （4）

Pt＝min（T1，T2，T3） （5）

式中：P——综合警度；Ps——耕地资源数量安全警度；Pz——耕地资源质量安全警度；Pt——耕地资源生态安全警度；S1、S2、S3——评价指标“距离耕地保有量差值”、“耕地减少率”、“基本农田减少率”的警度；Z1、Z2、Z3——评价指标“自然质量等别”、“耕地结构质量”、“耕地退化面积比重”的警度；T1、T2、T3——评价指标“化肥农药农膜负荷”、“耕地重金属污染面积比重”、“耕地水土流失面积比重”的警度；min——取各耕地资源安全评价指标最低安全警度。

5 结 论

预警是当今国际公共管理改革发展的重要方向，耕地资源安全的预警系统设计工作也亟待开展。耕地资源安全预警系统的设计包括监测、评价和预警3个组成部分。其中，耕地资源安全的内涵包括数量安全、质量安全和生态安全3个方面。耕地资源安全监测和评价指标主要包括距离耕地保有量差值、自然质量等别和化肥农药农膜负荷等9个指标。短板效应模型能够突出反映不同耕地资源安全评价指标的限制性，适宜于耕地资源安全预警综合评价。耕地资源安全预警系统的建设需要包括土地、农业、林业、水利、环保等多个行政主管部门的通力合作。

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