重慶喀斯特山地農業發展－生態響應評價

摘要：重慶喀斯特山地屬于典型生態脆弱區，宜耕地資源不足，土地退化嚴重，社會經濟發展與生態環境承載力、粗放的農業經營方式與資源短缺的矛盾突出。該文嘗試將喀斯持山區農業發展及其影響下的生態響應作為一個系統。建立農業與生態發展協調性評價體系，利用因子分析法對重慶37個區縣喀斯特山區進行橫向對比和識別，并按綜合得分進行分級。研究發現重慶喀斯特地區農業－生態發展協調度以較差和差為主，分別占總喀斯特面積的71.12％和12.17％，主要分布在渝東北和渝東南典型喀斯特區縣，這種空間分異是自然基底背景、人為脅迫、經濟科技因素共同作用的結果。

關鍵詞：農業發展一生態響應；評價體系；因子分析；重慶喀斯特山地

中圖分類號：X144；S157.1 文獻標識碼：A 文章編號；0439-8114(2009)02-0324-05

重慶市喀斯特地區面積為3.28萬km²，占國土面積的39.71％，分布于37個區縣，喀斯特類型多樣：渝東北大巴山區為廣布的三疊系灰巖中山，山高谷深；渝東南低山、丘陵區發育有峰叢、峰林、溶丘等典型亞熱帶喀斯特景觀：川東平行嶺谷區則由于背斜軸部灰巖差異溶蝕，形成獨特的“一槽二嶺”或“二槽二嶺”槽谷。喀斯特自然環境承災能力弱。在不合理人為干擾下石漠化、植被逆向演替、巖溶塌陷、旱、澇、地下水污染等環境問題突出，進而嚴重威脅著農業經濟與生態環境的可持續發展，其農業發展及其影響下生態環境響應現狀的識別和判定能夠為環境問題防治和進一步優化土地利用結構提供客觀依據。

目前，多元定量評價方法有多種，與模糊綜合評價法、神經網絡法、灰色關聯度法等相比，因子分析能夠保證最少的原始信息損失、反映并簡化原始變量數據間的結構及內在聯系，更避免了指標權重確定的主觀隨意性。數據獲取上，以往同類型的研究都以喀斯特區縣行政區域內平均數據為基礎，包含了非喀斯特區部分，本文只以37個區縣喀斯特地區為評價單元，用Arcgis9，2軟件從重慶市1:50萬地質圖上提取出喀斯特區分布圖，再與重慶市政區圖疊加，得到評價單元空間分布及邊界信息，進一步根據研究需要導人石漠化現狀、用地類型、土壤侵蝕、農業人口密度等數字化圖件，其他數據來自重慶市相關部門2006年統計資料，數據收集只針對喀斯特地區。

1 評價體系構建

1．1 指標選取

喀斯特山地是典型的生態脆弱區，其脆弱性可以寬泛理解為喀斯特自然環境容易遭受和沒有能力應對各種外界擾動(特別是農業用地活動)是生態系統對受擾動特征、幅度、速率、適應等的函數，而系統各種生態暴露狀況則是系統與外力干擾之間聯系的特征表現。喀斯特山地農業一生態發展協調性評價將自然環境生態暴露狀況同脆弱性承擔者和適應者的人類社會結合起來才有意義，是一個包含自然和社會內涵的綜合概念。

目前自然環境與人類社會發展關系領域應用最廣泛的研究方法之一是壓力－狀態－響應模型，本文由于相關指標較多，這里借用該模型思想遵循簡單及易獲取性原則選取有代表性的指標(表1)：一是壓力層次指標，包括農業人口密度、人均耕地面積、耕地灌溉率、坡度＞25°坡耕地比例，表征人為作用對自然環境的脅迫強度：二是狀態層次指標，包括林地覆蓋率、土壤侵蝕面積比例、輕度石漠化比例、中度石漠化比例、重度及以上石漠比例、糧食單產，用來反映不合理土地利用下自然環境的負反饋及危險程度：三是社會經濟響應層次指標，包括農民年人均純收入和貧困人口比例，用來表征農業土地利用總體效率、效益。另外，土壤及水資源污染程度可以表征人類干擾下污染物質的輸入情況，但由于資料缺失，這里暫時未列入。

1．2 主要指標狀況

林地比例：喀斯特山地較高的植被覆蓋率是維持生態平衡的關鍵，除能有效地涵養水源防止旱澇外，其生物、化學和物理效應還能對碳酸鹽巖的風化成土具有促進作用，植被覆蓋的減少和逆向演替使生態系統的自調節功能和承災能力下降，成為生態退化的前兆和根源。許多地區多年來的過度開墾及亂砍濫伐、過度放牧致使植被遭受了嚴重的破壞。喀斯特區生態環境要處于良性循環，林地覆蓋率至少要達到30％。

土壤侵蝕：我國喀斯特地區碳酸鹽巖由于結構致密、酸不溶物質含量低，成土過程極其緩慢，土壤淺薄且分布分散(如重慶喀斯特槽谷區自然土層一般不超過40cm)，加上C層缺失，土壤先天穩定性差。雖然土壤侵蝕絕對量較黃土高原少得多，但由于土壤極難恢復，造成的生態問題更加突出，根據重慶市土壤侵蝕現狀圖，所有喀斯特地區中土壤侵蝕面積占44％，其中又以強度、中度和輕度侵蝕為主，分別占侵蝕面積的33.24％、32.97％和28.51％，極強度和劇烈侵蝕只占5.23％和1.05％。

石漠化狀況：石漠化是熱帶亞熱帶喀斯特生態系統退化的終極態，石漠化的發生使基巖裸露，土壤變薄，原本相對肥沃、濕潤、陰暗生境逐漸轉變為土少、水少、石多、干旱的生態環境，表現在水分貯存量減少和儲存時間縮短、溫度變化幅度增加等方面，進而導致土地生產力嚴重下降。重慶市目前石漠化面積占總喀斯特面積的28.3％，石漠化程度又以中度、輕度、重度為主。

坡度＞25°坡耕地比：坡度是水土流失重要的控制因子，而斜坡耕作更造成坡面土壤的不穩定性，高強度的耕地利用導致3～5年撂荒現象頻繁，根據水土保持相關法規，坡度＞25°地區已不適宜耕種。

糧食單產：反映了土地質量及耕地產出效益，從收集的數據來看，重慶大部分喀斯特區糧食單產遠低于全市平均水平，如2005年重慶市平均公頃產量4665kg，而喀斯特區一般不到4050kg，最低的城口僅2658.75kg。

農業人口密度：喀斯特環境是脆弱敏感的生態系統，宜耕地資源不足，土地潛在質量差，旱澇頻繁，造成人口承載力低，伴隨人口增加而來的往往是土地過度開墾、亂砍濫伐和過度放牧。2005年重慶喀斯特區人均耕地面積為0.107hm²，遠高于全重慶市平均的0.069hm²，其中耕地灌溉率僅為20.8％，坡度25°以上順坡耕地占總耕地面積的21.9％，坡耕地面積已占總喀斯特區土壤侵蝕面積的37.8％，農用地開發利用水平較低，農業生態系統日益惡化趨勢明顯。

2 研究方法

利用因子分析方法，對重慶喀斯特山地37個樣本(喀斯特區單元)數據進行降維，分析過程在SPSS12.0統計分析軟件環境下進行，主要步驟為：①為消正負指標意義及單位不同，先將數據正向化，同時對因子分析可行性進行檢驗(KMO值＞0.5)；②根據特征根的累計方差貢獻率(80％以上)確定提取因子數量；③為使評價指標在各因子上的載荷系數差異明顯，將初始因子載荷矩陣選用適當方法進行旋轉：④計算因子得分及評價對象的綜合得分，并利用聚類分析法進行分級。

3 結果與分析

3．1 指標正向化

采用極值法消除正負指標差異。對于正向指標r(Xi)=Xi/Xim，對于負向指標y(xi)=(Xim-Xi)/(Xim-Xin)，r(ZZ)為某指標的正向化值，Zi為某指標的實際值，Xim為某項指標中的最大值，Xin為某項指標中的最小值，正向化后的值越大表明評價對象在該項指標上越接近最先進程度。

3．2 因子提取

原始變量相關系數矩陣的KMO值為0.752，Bartlett球形度顯著性檢驗P值為0.000，表明所采用數據適合進行因子分析，同時所有指標信息提取率除耕地灌溉率為0.68外，其他都大于0.8，即提取的因子能夠很好地反映原信息。根據因子方差解釋表，前5個因子累計方差貢獻率達83.309％，即反映了總信息的83.309％，我們選取前5個因子作為公共因子，并采用方差最大正交旋轉法對初始因子載荷矩陣進行旋轉。

表2為旋轉后的因子載荷矩陣，可以看出因子1在林地比例、農業人口密度、耕地灌溉率、人均耕地面積、糧食單產、農民人均收入及貧困人口比例上載荷較高(絕對值大小表示載荷高低，符號表示影響方向)，主要表達了農業社會經濟發展水平方面的信息，其方差貢獻率占40％左右，在評價體系中重要性最為明顯，其中林地比例、人均耕地面積、農業人口密度為負，根據指標正向化后的意義，隨著人口規模的擴大，非林用地比例增加，林地覆蓋減少，雖然人均耕地面積有減小的趨勢，但耕地灌溉率等農業有效基礎投入增加，糧食產量和土地利用效益是增加的：因子2主要反映了輕度和中度石漠化信息，可作為這兩方面在脆弱性中重要性的表征因子，方差貢獻率約為14.6％；因子3、4、5分別在土壤侵蝕面積、重度及以上石漠化比例、坡度＞25°坡耕地比例上具有較大的載荷，而在其他方面反映程度較小，反映了各自在評價體系中的重要性。方差貢獻率都約為10％。

3．3 綜合得分計算及分級

表3為因子得分系數矩陣，由此可得到各因子關于變量的線性組合表達式，需注意的是因子得分系數矩陣為軟件對數據標準化后的系數表達，必須乘以各變量的標準化值。由此因子1為：F₁=-0.218x₁-0.081x₂-0.049x₃-0.035X₄+0.038x₅-0.101x₆+0.128X₇-0.245x₈-0.174x₉+0.183x₁₀+0.157x₁₁+0.137x₁₂，同理可得F₁、F₂、F₃、F₄、F₅。建立各喀斯特地區農業-生態發展協調度計量模型為：F=(F₁λ₁+F₂λ₂+F₃λ₃+F₄λ₄+F₅λ₅)/0.83309，A為各因子的方差貢獻率，綜合得分越高表明農業發展與自然生態協調性越好，將綜合得分結果利用聚類分析法分為5類，分別表示協調性較好、良好、一般、差、較差，結果如表4。

3．4 山地農業一生態發展協調度評價結果

根據分級結果及各區面積，重慶37個喀斯特地區農業一生態發展協調程度從較好到較差級別分別占總面積的2.93％，2.07％、11.71％、12.17％和71.12％，因此總體橫向上以較差和差為主，且較差地區面積超過了2/3，空間上這兩類地區都分布在渝東北和東南翼，與自然背景及各地區經濟發達程度的空間分布高度一致。

1) I級區 包括長壽等5個區縣的喀斯特地區，都屬于縣域農業經濟較發達區。一方面喀斯特地形分布分散，以丘陵為主，海拔低，坡度小，地質災害少，宜耕地資源相對豐富，農業發展的先天條件較好：另一方面，由于經濟發展水平相對發達，往往農業有效投入越多，農業基礎設施越完善，農業產業化、多樣化和集約化程度越高，進一步提高了農業效率和效益。這些地區不合理土地利用程度低，對自然環境脅迫較弱。

2)Ⅱ級和Ⅲ級區 包括大足等7個區縣的喀斯特區，他們地形同I級區相似，同屬農業經濟發達地區，但農業人口密度較大特別是大渡口、沙坪壩、江北和北碚等主城區，接近每平方千米500人，較大的人口規模導致居住用地、社會服務基礎設施等建設交通用地規模不斷擴大，農用地尤其是耕地數量急劇減少，可供開發土地潛力與產品提供矛盾突出，土地利用率很高，影響著其他方面的得分。Ⅲ級區包括巴南等11個區縣的喀斯特區，在聚類分析中都屬于Ⅲ級區，他們的共同特點是大多數指標屬于一般水平，既有得分稍高的指標又有得分稍低指標。

3)Ⅳ級和V級區 這兩個級別的喀斯特區都位于渝東南和東北翼，喀斯特山區連片分布，海拔高，地形起伏及相對高差大，由于遠離侵蝕基準面，垂向上的地下水循環顯著，使碳酸鹽巖節理不斷得以拓寬和加深，地表儲水能力及工程穩定性差，地表地下雙層水文結構更加突出，造成水土沿裂隙或落水洞向下運動，水文過程變化迅速，水土保持及農業活動開展限制性較大。渝東北區縣如城口、巫溪、巫山、奉節等為大巴山褶皺帶腹地，山高坡陡、灌木叢生、巖體裸露；渝東南區縣如秀山、武隆、酉陽、彭水、黔江屬于云貴高原及鄂西山地的過渡地帶，喀斯特洼地、干谷、漏斗和落水洞發育，為典型亞熱帶喀斯特地貌；加上長江、烏江、大寧河等河流劇烈切割下的破碎地形，獨特的地貌過程和類型構成了喀斯特山地自然生態環境脆弱的基底背景。

另外，這些地區普遍經濟條件差，農業從業人口比例大，土地利用模式落后，土壤侵蝕面積比例大，石漠化嚴重，綜合得分低。如占總喀斯特面積71.12％的農業一生態發展協調性較差地區，2005年農民年人均純收入為1246元，協調性差的地區為1467元，都大致為重慶市平均水平的1/2。這些地區農業以種植業為主，社會經濟狀況又決定著農業種植結構、規模、農田基本建設和經營管理成本的有效投入，較低的財力又使各地政府無力大規模推行生態環境建設及改善措施。因此，改變落后的農業經營模式，完善農業生產基礎設施，實施農業產業化和多樣化在延長產業鏈的同時，可提高生產效率和資源利用率，利于轉移勞動力和增加農民收入。此外，農業科技儲備量是影響喀斯特區土地利用程度的重要因素，與非喀斯特山地相比，實行等高耕作、修建水柜溝渠等儲水灌溉設施、秸稈還田、適生高附加值作物套種，在不同坡位發展立體生態農業，不僅可促使農業生態系統的規模和技術更加有效，更可為喀斯特區水土流失的治理起到積極作用。然而目前很多喀斯特山區耕作粗放，農業種植結構簡單，土地質量下降、耕地撂荒頻繁，人為擾動引起的嚴重石漠化、旱澇等環境問題已成為這些地區日益嚴重的社會經濟發展及生態威脅。

4 小結

本文根據喀斯特山地具體特征建立了農業一生態發展協調性評價體系，利用因子分析法對重慶37區縣的喀斯特山地進行了綜合評價，并建立了計量綜合模型，較好地解釋了各影響因素的結構差異及其重要性，比較符合重慶喀斯特山地實際狀況。評價結果表明重慶喀斯特山地農業一生態發展協調性是以較差和差為主，分布在渝東南和東北翼典型喀斯特區縣，是自然因素、人為脅迫和經濟科技因素共同作用的結果。今后在重慶喀斯特山地生態環境整治及農業經濟發展中，應以已開展的典型地區相關農業技術模式研究、示范為基礎，引進和探索適合本地的既改善生態環境又提高土地利用效益的農業高效發展模式。另外。由于資料限制，本文評價指標選取還不夠完善，一定程度上影響了脆弱性評價的精度，在以后的研究中有待進一步改進。

(責任編輯 鄭 威)