三峡库区土地整理生态安全评价——以黔江区水田乡为例∗

刘则方，张安明，郭栋梁

(西南大学地理科学学院，重庆400715)

三峡库区山多坡陡，地质地貌复杂，土层瘠薄，水土保持能力极差，生态环境先天脆弱[1].目前，三峡库区生态屏障区水土保持治理项目已经启动，针对农村地区，修建排水沟、沉砂池，实现坡地改梯田等成为农村土地整理项目的重点，既能保证经济行为的合理性，也能建立和谐统一的生态经济系统.

重庆市黔江区作为三峡库区生态经济区之一，肩负着缓解人地矛盾、保障粮食安全、实现区域经济可持续发展和保护库区生态环境的重要职责.为了改善农业生产条件和生态环境，提高农民生活水平，特在黔江区水田乡大塘村、石郞村、水田村实施土地整理项目.本文对该项目区土地整理前后的生态安全进行评价，重点在于生态环境的改善程度，评估项目开展的生态环境效益.

1 土地整理生态安全评价的物元模型

利用物元模型对土地整理进行评价的研究近年来发展的较成熟，其科学性和合理性与模糊综合评价法相比较，也得到验证，且物元模型主要适合解决不相容的、多因子评价问题，利用物元模型对土地整理生态安全进行评价，更能反映评价指标与生态安全等级之间存在的非线性关系[2−5].因此，本文选择构建物元模型进行评价.

1.1 确定土地整理生态安全评价物元

将土地整理生态安全评价等级N作为评价对象，特征c和量值v共同构成土地整理生态安全评价物元R=(N,c,v).土地整理生态安全评价物元表示为

1.2 确定经典域和节域物元矩阵

土地整理的生态安全经典域矩阵可以表示为

式中：Rmj为土地整理生态安全的经典物元，Nmj为所划分土地整理生态安全的第j个评价等级(j=1,2,…,m)；表示第i个评价指标；区间(amji,bmji)为对应评价等级j的量值范围，即经典域.

同样的节域矩阵可以表示为

式中：RP称为节域物元，xp1=(ap1,bp1)为节域物元关于特征ci的量值范围；p表示评价等级，显然，在这里，(ap1,bp1)⊂(api,bpi)(i=1,2,…,n).

1.3 确定待评价物元

土地整理生态安全作为待评价对象表示为Rx

式中：Nx为土地整理生态安全；ci为标准等级的评价指标；xi关于评价指标ci的实际值.

1.4 “距”的计算模型

事物之间的区别，在物元模型中，需要通过计算实际值与评价等级区间之间的距离表现，通过计算出“距”得以量化.实际值xi到经典域Vmji和节域Xpi的距分别为

式中：ρ=(xi,Vmji)表示实际值与经典域的“距”，amji、bmji为经典域的下限和上限；ρ=(xi,Xpi)表示实际值与节域的“距”，api、bpi是节域的下限和上限.

1.5 关联函数模型

根据可拓学理论，定义关联函数为

式中：kj(xi)为标准等级与评价指标之间的关联度值.若k(x)=max[kj(xi)]，则评价对象第i指标处于土地整理生态安全等级j级，j=1,2,…,n.

关联度值用在实数轴(−∞,+∞)中的大小，表示被评对象属于某一等级的程度，揭示指标分异信息，取值范围不同，代表不同的含义，具体含义见表1.

表1 关联度的意义

1.6 计算综合关联度并确定评价等级

评价对象Nx关于等级j的综合关联度进行处理，得到关于等级j的综合关联度值

其中，ωi为土地整理生态安全各指标权重，kj(xi)为各指标关于生态安全等级的简关联度，Kj(Nx)为评价对象关于j等级的综合关联度.若Kjx=max[Kj(Nx)]，则Nx处于土地整理生态安全标准等级j级，j=1,2,…,n.

1.7 确定指标权重

利用改进的层次分析法IAHP进行计算，求得各指标权重，具体计算结果见表2，由于篇幅原因，具体过程省略.

2 构建土地整理生态安全评价指标体系以及确定经典域和节域

2.1 土地整理生态安全评价指标体系的建立

本文采用压力—状态—响应（简称PSR）框架模型，为生态安全指标提供逻辑基础，建立人与生态系统之间的关系[5].该模型不仅可以衡量人类行为对生态造成的影响和压力，也能反应生态系统对人类行为的反馈，从而探索生态环境问题产生的原因，指导人与自然的和谐相处.

借鉴国内的研究成果[6−14]，根据《生态县、生态市、生态省建设指标（试行）》关于生态安全的指标，重点选取了土壤侵蚀模数、土地垦殖率、人均耕地面积、中低产田比重、农田防护网密度、土地利用多样化指数等18个属性指标构建影响土地整理生态安全的评价指标体系.利用层次分析法计算各指标权重，结果见表2.

2.2 确定土地整理生态安全评价的经典域和节域

本文根据土地整理的基本特点，结合生态安全指标体系，将生态安全状态划分4个等级：安全、较安全、临界安全和不安全，即N01→N02→N03→N04.经典域和节域的确定主要参考《生态县、生态市、生态省建设指标（试行）》、《农用地分等规程》、《农用地定级规程》以及问卷调查、实地踏勘、专家评价等.建立的经典域和节域矩阵R01、R02、R03、R04和Rp具体如下.

表2 土地整理生态安全评价指标体系及权重

3 研究区概况

3.1 研究区的自然经济概况

水田乡位于黔江区东南部，距离黔江城19 km，地处东经108˚4103700～108˚4601900、北纬29˚200900～29˚2605200之间.项目区涉及水田乡的大塘村二、三、四、五组，石郞村六组和水田村一组，属低山地貌，南高北低，高程差346.9 m.项目区处于亚热带湿润季风气候区，热量丰富、冬暖春旱、雨量充沛、四季分明、无霜期长，多年平均降雨量1 186 mm，历年平均日照时数为1 240 h；土壤主要为矿子黄泥水稻土，土层厚度介于40∼70 cm之间，土壤pH值一般在5.5～7.5之间，有机质含量为0.9%等.主要自然灾害有低温阴雨、干旱、大风、绵雨和水土流失灾害.项目区耕地面积103.56 hm2，涉及人口1 458人，人均耕地面积0.071 hm2.

3.2 研究区土地整理概况

该项目区土地利用存在干旱严重、水土流失危害突出、基础设施不完善等限制性因素，导致水稻、玉米等农作物大量减产，农村生态环境脆弱.为了实现新增耕地，提高土地利用率，改善农田基础设施、提高农村环境等目标，项目建设包括了土地平整、农田水利和田间道路三大工程，兼顾社会、经济和生态效益的统一.

表3 水田乡土地整理前后土地面积变化及百分比

通过对项目区红线范围内的土地进行土地整理和开发的适宜性分析，在农用地中扣除坡度大于25˚的陡坡耕地4.36 hm2及附属于耕地上的田坎1.48 hm2，以及不参与整理的林地、园地和其它农用地中的晒谷场86.16 hm2；扣除建设用地20.28 hm2；未利用地中不适宜开发的零星分布于林地中的荒草地0.84 hm2、裸岩石砾地0.08 hm2和其它未利用地2.96 hm2.扣除不参与整理和开发的面积共计116.15 hm2，确定项目区建设规模为190.70 hm2，其中农用地183.67 hm2、占建设规模96.31%，未利用地中荒草地7.03 hm2、占建设规模3.69%，项目区建设规模详见表3.

3.3 土地整理生态安全评价经典域、节域和待评价物元

本文搜集水田乡土地整理前后生态安全相关数据，完成2.2的研究成果，确定了黔江区水田乡项目区土地整理生态安全评价的等级、经典域和节域，也建立起整理前后的待评价物元矩阵，整理前Rb和整理后Ra.具体参见2.2.

3.4 结果与分析

利用公式（6）计算各指标的关联度，求出各指标的生态安全等级水平，见表4.

表4 水田乡土地整理前后生态安全评价指标关联度

利用公式（7），将各指标关联度和权重代入，求得水田乡土地整理前后生态安全的综合关联度，具体见表5.

表5 水田乡土地整理前后生态安全等级

3.4.1 各子系统生态系统状况分析

生态系统压力指标状况分析.从表4可以看出，水田乡土地整理生态系统压力指标的安全等级总体呈上升趋势.其中，土壤垦殖率整理前后均处于较安全等级，土壤侵蚀模数、人均耕地面积、中低产田比重、农田防护网密度、土地利用多样化指数安全级别均得到提高.其中，中低产田比重由整理前的不安全级别经整理后上升为安全级别，跃升3个安全等级，生态效果改善最佳，其主要原因是坡改梯和开沟排水.

生态系统状态指标状况分析.从表4可以看出，水田乡土地整理生态系统状态指标的安全等级总体呈上升趋势.其中，表层土壤质地安全等级未变，为较安全等级；坡度、森林覆盖率、有效土层厚度、有机质含量和田块规整率5个指标安全等级皆上升，尤其是田块规整率，跃升两个安全等级.

生态系统响应指标状况分析.从表4可以看出，水田乡土地整理生态系统响应指标的安全等级总体上也呈上升趋势，并且生态改善效果明显高于生态压力、状态指标.农田旱涝保收率、灌溉保证率和单位面积耕地粮食产量的安全级别均跃升两级，人为改善效果明显；自然灾害抵抗能力、环境改善程度、防治污染度安全等级也上升一级.

3.4.2 土地整理生态安全总体状况分析

从表5可以看出，黔江区水田乡的土地生态安全等级整理前为临界安全等级，主要是因为18个单项指标中，有9个指标处于临界安全，6个指标处于不安全，总体生态安全水平低；整理后，上升为较安全等级，不安全因素全部得到改善，剩下坡度、有效土层厚度、有机质含量和防治污染度处于临界安全，仍有待提高.

3.4.3 生态安全状况形成的主要原因分析

由于黔江区土地资源受成土母质和气候的影响，包括沙、粘、瘦、薄等种类，坡度大，水土流失严重，再加上人类的不合理利用，土地生态安全遭到威胁.土地整理项目开展后，脆弱的生态环境得到改善，人类活动也得到相应的规范.土地平整、田间道路和农田水利三大工程，对减轻水土流失，保证灌溉率和旱涝保收率，提高单位面积粮食产量，增强自然灾害抵抗能力等成效显著，生态安全等级明显提高.

4 结论

利用物元模型对黔江区水田乡项目区土地整理前后的生态安全进行评价，评价结果显示，土地整理后，生态安全级别由临界安全上升为较安全级别，安全等级呈现总体上升的趋势，生态环境不断改善.开展田、水、路的综合整治，有效地促进了生态系统的良性循环，提高了生态安全等级，但在土地整理后也依然存在防治污染程度低、土地开发利用过度等问题.在今后的土地整理过程中，如何更好地规范人类活动，减少人为造成的环境破坏，防治农村化肥农药、生活垃圾等对环境的污染，是需要进一步解决的问题.