基于生态安全的耕地质量安全评价

2016-05-03马立军陈召亚杨哲

江苏农业科学 2016年3期

马立军+陈召亚+杨哲

摘要：为深入了解县域耕地质量安全动态变化，结合生态学理论，选择人地关系、耕地条件、耕地利用投入水平、农业生产力、人文社会响应等指标，构建了耕地质量安全评价指标体系。以河北省卢龙县为评价单元，对耕地质量安全影响因素进行分析，并据此对卢龙县2001—2010年耕地质量安全进行分级和评价。由安全界限的划分结果可知，2007—2010年卢龙县耕地质量处于非常安全状态，2001年处于较安全状态，2005年、2006年均处于基本安全状态，而2002—2004年耕地质量状况表现为不安全。2001—2003年卢龙县耕地质量呈下降趋势，于2003年开始逐渐上升，至2007年耕地质量明显提高。

关键词：耕地质量；生态；评价；卢龙县

中图分类号： F301；F205 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2016）03-0358-06

区域的自然条件、经济水平、社会条件决定着区域耕地资源的安全状况。通过分析国内外研究得知，各个国家的自然条件、经济水平、社会背景不同，使其对耕地的重视程度、研究方向、侧重点各有差异。国外学者对耕地的研究集中于耕地质量的提升和保护、耕地生态景观功能的加强，已将生态环境因素加入到耕地质量的管护中。国内对于耕地质量安全的研究起步较晚，且我国人口多、人均耕地少，耕地资源的安全主要集中于保障粮食生产力，将生态因素加入评价体系的研究较少。我国对于耕地质量安全的研究尚处于探索阶段，并未形成统一的评判标准[1-7]。

将影响耕地质量安全的生态因素加入到评价体系，研究河北省卢龙县耕地质量安全的动态变化过程，并对其进行相对安全程度分级。通过深入了解卢龙县耕地保护的现状和成果，分析与评价耕地质量安全动态变化，有利于改善耕地质量，保障完整与稳定的耕地生态系统，使耕地的生产、生态服务等功能均能健康、可持续地发展[7]。对卢龙县耕地质量进行全面评价和分级，可为卢龙县及河北省其他低山丘陵区耕地资源的健康经营及可持续发展提供借鉴和理论指导。

1 试验区域概况

卢龙县位于河北省秦皇岛市西部，与唐山市滦县、迁安市搭界，与秦皇岛市抚宁县、青龙县、昌黎县相邻。管辖面积 1 021 km2，耕地资源4.4万hm2。辖区分布12个乡镇，548个行政村。

卢龙县为典型的低山丘陵区，地处燕山南麓，低山丘陵占全县总面积的80%以上，以种植红薯而闻名。受土地地貌、土壤条件、气候条件、耕作栽培措施等因素的影响，耕地质量整体水平不高；土壤侵蚀、盐渍化、生态环境污染、坡度限制等因素均使生态环境问题变得极为严峻。随着经济不断发展和建设用地的扩张，卢龙县耕地资源数量减少、耕地质量及生态环境下降的问题逐渐凸显。既保证城镇发展用地，又保障粮食产量，同时兼顾耕地生态安全，为工作带来巨大困难。

2 耕地质量安全影响因素

在已有研究[8-11]中，耕地质量安全影响因素分为自然因素、土地利用的社会经济因素2个方面。本研究在生态安全理念下构建评价体系，将影响耕地质量安全的生态环境因素也加入到评价体系中。

2.1 自然因素

自然条件不仅是耕地资源质量基础条件的决定性因素，也是耕地资源质量安全的基础。耕地自然条件的优劣通常决定着耕地资源质量安全的程度，自然条件较好的区域，耕地资源质量的安全程度相对较高；自然条件较差的区域，安全程度也会降低。由于山地丘陵地区独特的地貌，其耕地易 “跑水跑肥”，质量相对较差，安全程度也较低。自然条件的优劣对耕地资源质量的安全具有决定性意义。

2.2 社会经济因素

2.2.1 利用方式耕地资源安全程度的高低受耕地利用方式优劣的直接影响；因此，耕地利用方式是影响耕地资源质量安全的重要因素。好的利用方式不仅可提高耕地资源的质量安全，还可有效改善耕地质量；合理的规划布局可使耕地的多种功能相互促进、共同影响，有效保障耕地质量的安全。不合理的布局则会降低生产经营效率，甚至威胁耕地安全。在耕地利用过程中注重耕地的产出和投入平衡，在追求效益的同时注重对农田的养护，产出与投入失衡将导致土壤环境质量下降、养分贫瘠、富营养化。耕地的利用方式是影响耕地质量安全的重要因素之一。

2.2.2 利用效益耕地的利用效益指农民经营耕地得到的收益，利用效益的高低影响农民对耕地的投入情况，从而影响耕地质量的安全。当利用效益较高时，农民对耕地的重视程度较高，将进行科学的管理和耕地管护，对耕地质量安全起到良好的促进作用。当利用效益较低时，农民将粗放地进行改良或降低投入，造成耕地质量下降、经营数量减少，这是影响耕地质量安全的重要因素之一。

2.2.3 政策因素耕地政策能够引导农民进行耕地质量的建设和管护，可对耕地质量安全保驾护航。合理科学的农业政策不仅能保障耕地数量的安全，同时也能保障耕地质量的安全。目前对于耕地数量的管护已得到强有力的实施，而对于耕地生产力和生态安全等方面的政策要求尚处于理论指导和探索阶段。

2.3 生态环境因素

2.3.1 化肥的不合理和过量施用过量施用化学肥料会对耕地资源安全造成严重威胁。化肥的不合理使用可引起土壤酸化、耕层肥力下降、土壤养分失衡、加速地力下降。肥料的利用效率持续下降，导致化肥投入成本增加，出现肥料施用量增加但产量不增加的现象。化肥中含有的放射性物质和重金属在土壤中沉淀富集，是耕地资源生态安全的潜在威胁。土壤中过量的化肥通过地表径流流入水体，从而导致水体污染或富营养化的现象，生态环境安全也受到间接影响。过量施用化肥将导致土壤中硝酸盐等有害物质的累积，既破坏耕地资源生态安全，又威胁农产品品质。

2.3.2 农药的不合理使用残留的农药严重威胁耕地资源的安全，不仅直接影响土壤动物的构成和数量，使土壤中生物多样性降低，还使土壤中细菌、真菌的数量减少，降低土壤微生物的活性，影响微生物功能。土壤中的重金属向植物体集聚，使植物体出现中毒现象。另一方面，部分农药通过渗入、挥发、径流进入植物和动物体内，使作物品质降低、影响人体健康。此外，农药还可通过其他各种方式污染地下水和地表水，使耕地资源的生态安全受到影响。

2.3.3 农用地膜的污染农用地膜可提高粮食产量和农作物的抗逆性，但也存在一定的环境风险。农用地膜使用后将造成大量“白色污染”，不仅使耕地土壤结构遭到破坏，也严重污染耕地资源中的水体环境。农用地膜生产过程中添加的增塑剂邻苯二甲酸二正丁酯、邻苯二甲酸二异戊酯严重威胁耕地资源的生态环境。

2.3.4 “三废”等对耕地造成的污染被生活污水、“工业三废”等污染的水体中含有大量化学物质和金属元素，大多数为有害物质。虽然排放到农田中的污水经过处理和沉淀，但由于部分污水处理不完全，其中仍残留大量有害物质，进而对农田耕地资源的生态环境造成污染。

2.3.5 耕地资源生态保护意识社会耕地资源的生态环境保护意识起着重要作用。在经济发展水平较高的地区，耕地资源生态保护意识较强，社会各阶层支持各项耕地资源的保护措施，并很好地贯彻执行；在经济发展水平较低的地区，耕地资源生态保护意识较弱，各项措施可能因不被重视而无法实施。

3 安全评价

3.1 方法的选择

耕地质量安全评价方法较多，如多因素综合评价法、主成分分析法、模糊数学法、层次分析法。考虑到耕地质量安全评价所需指标的多层次特性及因素的综合性，本研究采用层次分析法。

层次分析法（AHP）是一种定性与定量相结合的多目标决策分析方法[12]。分析过程中将多个因素按照一定标准进行分类，通过逐类、逐层进行两两比较分析，从而建立判断矩阵，最终通过程序计算确定评价指标对于决策层的权重[13]。本项目采用层次分析法进行卢龙县耕地质量安全评价的指标体系选取及赋权重，具体过程在yaahp软件支持下完成。

3.2 指标体系的构建

结合卢龙县的实际情况，根据河北省土地学会专家的意见，同时从人地关系、耕地条件、耕地利用投入水平、农业生产力、人文社会响应5个方面考虑指标数据的可获得性，选择16个综合评价指标，构建评价指标体系（表1）的指标层。

3.2.1 人地关系人均耕地面积（C1）表示人均对耕地的占有量，反映人口对耕地资源的压力。人均耕地面积越大，对耕地质量安全的正效应越显著。人均耕地面积=卢龙县耕地总面积/卢龙县总人口，单位为hm2/人。

人口密度（C2）在一定程度上反映了人口聚集程度对耕地资源安全的压力。人口密度越小，耕地资源安全性越高。人口密度=区域总人口/区域土地总面积，单位为人/km2。

非农业人口比例（C3）在一定程度上反映了人口结构对耕地资源安全的压力。在一定范围内，非农业人口比例越大，表明对耕地的经营程度越低，耕地资源安全压力越大。非农业人口比例=（区域内总人口-区域乡村人口）/区域内总人口×100%。

3.2.2 耕地条件依据《土地利用现状调查技术规程》将耕地坡度分为≤2°、>2°～6°、>6°～15°、>15°～25°、>25°共5级[14]。本研究以≤2°、>2°～6°为平耕地，以>6°～15°、>15°～25°为坡耕地。坡耕地面积比例（C4）的安全性趋向为越小越安全。坡耕地面积比例=区域6°以上（不含6°）25°以下（含25°）坡耕地面积/该区域耕地总面积×100%。

坡耕地面积（C5）指6°以上（不含6°）25°以下（含25°）坡耕地面积。该指标的安全性趋向为越小越安全，即坡耕地面积越小，对耕地资源质量安全的压力越小，单位为hm2。

3.2.3 耕地利用投入水平第一产业从业人员比例（C6）可在一定程度上反映农村劳动力的聚集程度，该指标越大越安全，即从事第一产业人员的比例越大，对耕地资源质量安全的压力越小。第一产业从业人员比例=区域第一产业从业人员数/区域从业人员总数×100%。

单位面积农用化肥施用量（C7）在一定程度上直接影响耕地质量安全，该指标越小越安全。单位面积农用化肥施用量=区域农用化肥施用总量/耕地面积，单位为kg/hm2。

有效灌溉面积比例（C8）越大，表明该区域耕地质量建设投入越大，且对耕地质量保障性越强，表现为正效应。有效灌溉面积比例=区域有效灌溉面积/区域耕地面积×100%。

单位面积农用地膜使用量（C9）的安全趋向性为越小越安全，即农用地膜使用量越小，耕地资源质量安全的压力越小。单位面积农用地膜使用量=农用地膜总使用量/耕地面积，单位为kg/hm2。

单位面积农药使用量（C10）数值越大，表示对耕地安全的破坏性越大，对耕地质量安全的保障呈负效应。单位面积农药使用量=农药使用总量/耕地面积，单位为kg/hm2。

单位面积农业机械总动力（C11）表征机械化实现程度，该指标越高，对耕地质量的保障性越好。单位面积农业机械总动力=区域农业机械总动力/区域耕地面积，单位为W/hm2。

3.2.4 农业生产力单位面积粮食产量（C12）表示耕地的生产力，从粮食产量表征耕地质量的好坏。粮食单产越高，表现为正效应，表明耕地质量越好、安全性越高。单位面积粮食产量=粮食总产量/粮食播种面积，单位为t/hm2。

人均粮食产量（C13）表示粮食生产需求对耕地的压力，人均粮食产量低，对耕地的生产能力需求越迫切，从而对耕地质量安全的压力越大。人均粮食产量=卢龙县粮食总产量/卢龙县总人口，单位为t/人。

3.2.5 人文社会响应农民是土地的生产者，也是耕地质量保护和建设的主体，农民人均纯收入（C14）可表示农民在耕地质量建设中可能的投入能力。该指标数值越大，对耕地质量安全的保障能力越强，单位为元。

农业总产值（C15）表示农民经营土地的总收益。该指标数值越大，对于耕地质量安全的保障性越强。高收益会激励农民加强耕地质量的建设和管护，加强对耕地资源的保护力度，降低耕地质量安全出现风险的可能性，单位为万元。

地区总产值（C16）越高，可用于改善耕地质量的投资越高。该指标的安全趋向性为越大越安全，单位为万元。

3.3 安全评价

3.3.1 模型构建层次模型见图1。

3.3.2 构造判断矩阵判断矩阵由河北省土地学会专家给出，进行两两比较并确定相对重要程度，以构成判断值的矩阵。由表2可知，Ci/Cj的数值表示横向指标Ci比纵向指标Cj的相对重要程度，一般用1～9各整数或其倒数表示。1表示Ci的重要性与Cj相等，3表示Ci比Cj略重要，5表示Ci比Cj明显重要，7表示Ci比Cj非常重要，9表示Ci比Cj极端重要；2、4、6、8则表示2个判断的中值[15]。1～9各数字倒数的含义与上述意义相反，如1/5表示Cj比Ci明显重要，即Ci的重要程度明显不如Cj。根据此规则，经专家判断，各层次的判断矩阵见表3至表8。

进行判断矩阵的一致性检验时，由于2个元素的重要性通过两两比较得出，受主体认知及偏向性的影响，当比较因素较多时很可能得到不一致的结论。如C1/C2=1/2，C1/C3=4，当结果一致时C2/C3=8，若C2/C3不为8则结果不一致。在理论上，最大特征根λmax与阶数n相同时，判定矩阵一致性的指标CI=（λmax-n）/（n-1）=0。CI值越大，判断矩阵的完全一致性越差；当CI≤0.1，认为判断矩阵的一致性通过[16]。经检验，该评价指标体系中的判断矩阵均满足一致性检验要求。

3.3.3 计算指标权重根据所构造的判断矩阵计算各指标权重（表9）。

耕地资源质量安全评价时选择的指标包含多个方面、多个层次，且指标总量大、范围广，各指标间不能直接进行比较。对不同指标进行综合评价时须确定度量标准，使这些指标在同一标准下对耕地资源安全进行综合评价，因此要对各指标进行无量纲化。

根据无量纲化模型，当指标为正向指标，即安全趋向为越大越安全时：

A=x/m×100%；（1）

当指标为逆向指标，即安全趋向为越小越安全时：

A=n/x×100%。（2）

式中：A为数据量化值，x为各年份各指标数据的实际值，m、n分别为历年实际数据值中的最大值、最小值。经计算得到各指标历年数据的实际值（表10）与量化值（表11）。

3.3.4 安全值的计算采用指数和法对卢龙县耕地质量进行安全评价，公式为：

P=∑ni=1Wi×Ai。

（3）

式中：P表示耕地质量安全评价值，Wi表示各项指标权重，Ai表示各项指标无量纲化值。根据各项指标权重和无量纲化的数据，求得卢龙县2001—2010年耕地质量安全值（表12）。

3.3.5 耕地质量的分级与分析在上述安全值的基础上，确定2001—2010年卢龙县耕地质量的相对安全值。本研究结合多数原则、均数原则确定安全界限，根据安全所属区间判定耕地资源的相对安全程度[19]。

依据多数原则，将2001—2010年卢龙县耕地质量安全值进行排序，并由大到小选择总数量2/3的数据作为安全边界。数据量为10个，则前6个数据在理论上表示耕地质量属于安全区间，第6个安全值为0.809，即卢龙县耕地质量处于非常安全状态的下限为0.809。将剩余数据以0.005为步长进行划分，确定较安全、基本安全、弱安全、不安全的界限（表13）。

依据均数原则，将耕地质量安全值10个数据的平均值作为非常安全状态的下限。经计算，10个数据的平均值为0823，即卢龙县耕地质量状态处于非常安全的下限为0823。将剩余数据以0.005为步长进行划分，确定较安全、基本安全、弱安全、不安全的界限，得出耕地质量分级区间（表13）。

依据上述2种原则将各等级的界限值再进行平均，以此平均值作为卢龙县耕地质量安全评价的划分界限（表13）。

由安全界限的划分结果可知，卢龙县在2007—2010年耕地质量状态属于非常安全，2001年表现为较安全状态，2005、2006年属于基本安全，而2002—2004年耕地质量状态属于不安全（表14）。

由安全评价结果可得出卢龙县2001—2010年耕地质量安全值的变化趋势（图2）。卢龙县2001—2003年耕地质量呈下降趋势，从2003年开始逐渐上升，至2007年耕地质量已有明显提高。

4 结论

耕地质量管护的目标是缓解人地矛盾，协调人地关系，改善农民生产生活条件，使农业增效、农民增收，加快农民脱贫致富奔小康的步伐；保护和改善县境生态环境，实现土地资源的永续利用和社会经济的可持续发展；优化土地利用结构，科学合理布局，提高土地利用的综合效益。

由卢龙县2001—2010年耕地质量安全动态可知，2007—2010年耕地质量处于非常安全状态，2001年处于较安全状态，2005年、2006年处于基本安全状态，而2002—2004年耕地质量状况表现为不安全。由耕地质量安全程度动态可知，卢龙县2001—2003年耕地质量呈下降趋势，从2003年开始逐渐上升，至2007年耕地质量已有明显提高。

近年来，卢龙县的耕地质量安全呈上升趋势，但仍存在耕地自然质量较差、耕地利用不合理、耕地生态安全重视程度低、耕地质量监测体系不健全等诸多问题。应继续分析安全程度变化的原因，从源头有针对性地加强耕地质量安全建设。

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