中國(guó)耕地資源安全預(yù)警系統(tǒng)探討

宋 偉，陳百明，張 英，2

（1．中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所，北京100101；2．中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

然而，已有的耕地資源安全預(yù)警研究大多從區(qū)域出發(fā)，耕地資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)和預(yù)警方法更側(cè)重于區(qū)域適宜性。同時(shí)，現(xiàn)有研究多集中在耕地資源安全評(píng)價(jià)方面，對(duì)于監(jiān)測(cè)部分的研究涉及較少。鑒于此，本文嘗試建立一套更具普適性和操作性的耕地資源安全預(yù)警程序和技術(shù)方法，以期為編制耕地資源安全預(yù)警技術(shù)規(guī)范和合理保護(hù)利用耕地提供參考。

1 耕地資源安全預(yù)警系統(tǒng)框架

耕地資源安全預(yù)警系統(tǒng)框架主要包括耕地資源安全的監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和預(yù)警3個(gè)組成部分。其中，耕地資源安全監(jiān)測(cè)主要是持續(xù)定期地調(diào)查影響耕地資源安全的主要指標(biāo)或?qū)傩裕桓刭Y源安全評(píng)價(jià)主要是篩選影響耕地資源安全的重要指標(biāo)，評(píng)價(jià)耕地資源安全的狀態(tài)；耕地資源安全預(yù)警主要是根據(jù)耕地資源安全的評(píng)價(jià)結(jié)果，判斷、描述和預(yù)測(cè)耕地資源安全的變化趨勢(shì)，利用設(shè)定的方式和信號(hào)，實(shí)行預(yù)告和示警，提出防范措施。根據(jù)上述分析，耕地資源安全預(yù)警系統(tǒng)和預(yù)警技術(shù)流程設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 耕地資源安全預(yù)警技術(shù)流程

2 耕地資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)

2．1 耕地資源安全的內(nèi)涵

耕地資源安全指一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的耕地資源得到有效保護(hù)，能夠保障人類社會(huì)的生存和發(fā)展，促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)和諧、平衡的耕地資源狀態(tài)和能力。耕地資源安全包括數(shù)量安全、質(zhì)量安全和生態(tài)安全3個(gè)方面的含義。數(shù)量安全指為滿足人類社會(huì)基本生存和發(fā)展需求而必須保護(hù)的耕地?cái)?shù)量狀態(tài)；質(zhì)量安全指耕地生產(chǎn)能力得到有效保護(hù)、質(zhì)量有改善的狀態(tài)；生態(tài)安全指耕地開(kāi)發(fā)利用的生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響小、利用可持續(xù)的狀態(tài)［9］。

2．2 耕地資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)耕地資源安全的定義，依據(jù)耕地資源安全評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)和預(yù)警指標(biāo)數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確及時(shí)獲取，指標(biāo)對(duì)耕地資源安全運(yùn)行狀態(tài)變化反應(yīng)靈敏，以及易于統(tǒng)計(jì)、量化、表述、簡(jiǎn)潔和可操作的原則，分別從耕地資源的數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)安全3個(gè)方面選取9個(gè)指標(biāo)構(gòu)建耕地資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2．2．1 數(shù)量安全指標(biāo)

（1）距離耕地保有量差值，即耕地面積現(xiàn)狀與規(guī)劃期末耕地保有量的差值。該指標(biāo)安全趨向?yàn)檎溆?jì)算公式為：距離耕地保有量差值＝耕地面積現(xiàn)狀—規(guī)劃期末耕地保有量。

（2）耕地減少率，即本年度耕地?cái)?shù)量在上一年度的基礎(chǔ)上減少的百分比。該指標(biāo)安全趨向?yàn)樨?fù)，其計(jì)算公式為：耕地減少率＝（上年度耕地?cái)?shù)量—本年度耕地?cái)?shù)量）／上年度耕地?cái)?shù)量×100%。

除了以上討論的三大類，“do/does/did+v.”構(gòu)式還具有延伸義，可用于強(qiáng)調(diào)狀態(tài)、競(jìng)技、消耗、接觸和創(chuàng)造等，雖然出現(xiàn)頻率較低，但是能說(shuō)明該構(gòu)式具有豐富的能產(chǎn)性。在這種情況下，如果沒(méi)有do/did/does，句子所強(qiáng)調(diào)的將會(huì)是動(dòng)詞后的新信息，但是現(xiàn)在用于目標(biāo)構(gòu)式，強(qiáng)調(diào)的信息則轉(zhuǎn)移到了動(dòng)詞上面，聽(tīng)話者的注意力被轉(zhuǎn)移到動(dòng)詞語(yǔ)義。例10中，強(qiáng)調(diào)的是“打破”而不是“模型”，例11強(qiáng)調(diào)的是“致使”而不是“結(jié)果”，例12強(qiáng)調(diào)的是“存在”而不是“死亡”，例13強(qiáng)調(diào)的是“需要”而不是“渴望和預(yù)料”，例14強(qiáng)調(diào)的是“贏得”而不是贏得的事物。

（3）基本農(nóng)田減少率，即本年度基本農(nóng)田數(shù)量在上一年度的基礎(chǔ)上減少的百分比。該指標(biāo)安全趨向?yàn)樨?fù)，其計(jì)算公式為：基本農(nóng)田減少率＝（上年度基本農(nóng)田數(shù)量—本年度基本農(nóng)田數(shù)量）／上年度基本農(nóng)田數(shù)量×100%。

2．2．2 質(zhì)量安全指標(biāo)

（1）自然質(zhì)量等別，即在全國(guó)范圍內(nèi)，按照標(biāo)準(zhǔn)耕作制度，根據(jù)規(guī)定的方法和程序進(jìn)行農(nóng)用地自然質(zhì)量評(píng)定而劃分出的等別。該指標(biāo)安全趨向?yàn)檎匀毁|(zhì)量等別的計(jì)算方法參見(jiàn)《農(nóng)用地分等規(guī)程》（TD／T1004－2003）。

（2）耕地結(jié)構(gòu)質(zhì)量，即耕地內(nèi)部各土地利用類型的組成狀況，可以在一定程度上衡量耕地質(zhì)量。耕地結(jié)構(gòu)質(zhì)量可以用耕地結(jié)構(gòu)指數(shù)來(lái)衡量（CSI），該指標(biāo)安全趨向?yàn)檎８鶕?jù)《土地利用分類》（GB／T21010－2007），耕地內(nèi)部的二級(jí)土地利用類型包括水田、水澆地和旱地3個(gè)類型，CSI的計(jì)算公式如下：

式中：Ti——耕地內(nèi)部i土地利用類型的賦值（水田賦值 0．40，水澆地賦值0．35，旱地賦值 0．25）；Wi——對(duì)應(yīng)土地利用類型面積占耕地面積的比率。

（3）耕地退化面積比重，即評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)耕地鹽漬化、沙化、石漠化面積占耕地面積的比重。該指標(biāo)安全趨向?yàn)樨?fù)，其計(jì)算公式為：耕地退化面積比重＝（耕地鹽漬化面積＋耕地沙化面積＋耕地石漠化面積）／耕地面積×100%。

2．2．3 生態(tài)安全指標(biāo)

（1）化肥農(nóng)藥農(nóng)膜負(fù)荷，即單位耕地面積承載的化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜負(fù)荷量。該指標(biāo)安全趨向?yàn)樨?fù)，其計(jì)算公式為：化肥農(nóng)藥農(nóng)膜負(fù)荷＝0．4×化肥負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值＋0．3×農(nóng)藥負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值＋0．3×農(nóng)膜負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值。化肥負(fù)荷＝化肥折純施用量／農(nóng)作物播種面積；農(nóng)藥負(fù)荷＝農(nóng)藥施用量／農(nóng)作物播種面積；農(nóng)膜負(fù)荷＝農(nóng)膜施用量／農(nóng)作物播種面積。

需要特別指出的是，化肥負(fù)荷指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化方法與一般數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化方法略有差別。許多研究都認(rèn)為糧食作物化肥施用量在225kg／hm2以內(nèi)不會(huì)引起嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題［11－15］。因此，化肥施用量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化采用225kg／hm2與各區(qū)域化肥實(shí)際投入量相比的辦法，比值超過(guò)1的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值按1計(jì)算。

（2）耕地重金屬污染面積比重，即評(píng)價(jià)區(qū)域內(nèi)耕地重金屬污染面積占耕地面積的比重。該指標(biāo)安全趨向?yàn)樨?fù)，其計(jì)算公式為：耕地重金屬污染面積比重＝耕地重金屬污染面積／耕地面積×100%。

（3）耕地水土流失面積比重，即耕地水土流失面積占耕地面積的比重。該指標(biāo)安全趨向?yàn)樨?fù)，其計(jì)算公式為：耕地水土流失面積比重＝耕地水土流失面積／耕地面積×100%。

3 耕地資源安全監(jiān)測(cè)

美國(guó)在20世紀(jì)中期就開(kāi)始運(yùn)用網(wǎng)格法布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)國(guó)家自然資源變化，監(jiān)測(cè)樣地覆蓋全美50個(gè)州的所有地域［16－17］。中國(guó)雖然也相繼啟動(dòng)了一些農(nóng)用地或耕地資源的監(jiān)測(cè)和預(yù)警項(xiàng)目，但目前大多在實(shí)施過(guò)程中，尚缺乏可以立即投入使用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本文依據(jù)耕地資源安全監(jiān)測(cè)的全覆蓋和易實(shí)施原則，設(shè)計(jì)了耕地資源安全的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成包括監(jiān)測(cè)對(duì)象、監(jiān)測(cè)周期、監(jiān)測(cè)實(shí)施單位、監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)等。耕地資源安全的監(jiān)測(cè)對(duì)象為所選耕地資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的直接數(shù)據(jù)或計(jì)算該指標(biāo)所需的間接數(shù)據(jù)。耕地資源安全的監(jiān)測(cè)周期指連續(xù)兩次監(jiān)測(cè)間隔的時(shí)間，各評(píng)價(jià)指標(biāo)監(jiān)測(cè)周期為1～10a不等（表1）。耕地資源安全監(jiān)測(cè)組織單位為國(guó)務(wù)院和省、市、縣級(jí)土地行政主管部門，具體監(jiān)測(cè)實(shí)施單位包括土地、農(nóng)業(yè)、水利、林業(yè)、統(tǒng)計(jì)、環(huán)保等行政主管部門。監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)的布設(shè)以行政區(qū)為單位，在國(guó)家、省級(jí)、縣級(jí)行政區(qū)內(nèi)各設(shè)置若干監(jiān)測(cè)點(diǎn)，覆蓋監(jiān)測(cè)行政區(qū)域內(nèi)的耕地資源安全狀況。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集時(shí)間為每監(jiān)測(cè)周期末的最后一個(gè)月份。

表1 耕地資源安全監(jiān)測(cè)單位和周期

4 耕地資源安全預(yù)警

4．1 警度級(jí)別和預(yù)警信號(hào)的劃分

耕地資源安全警度級(jí)別是警情大小的定量刻劃，警情由低至高劃分為無(wú)警、輕警、中警和重警4個(gè)層次，對(duì)應(yīng)的預(yù)警信號(hào)依次為白色、藍(lán)色、黃色和紅色。其中，無(wú)警表示耕地資源數(shù)量得到有效保護(hù)，質(zhì)量不降低或有改善，耕地開(kāi)發(fā)利用的生態(tài)環(huán)境負(fù)面影響小，耕地資源安全程度很高的狀態(tài)；輕警表示耕地資源的數(shù)量、質(zhì)量或生態(tài)安全指標(biāo)有輕微超過(guò)安全限度的情況，需要進(jìn)行適度局部調(diào)整。中警表示耕地資源安全中某些指標(biāo)出現(xiàn)了比較嚴(yán)重的偏差，應(yīng)啟動(dòng)安全預(yù)警的預(yù)案，運(yùn)用法律、行政和經(jīng)濟(jì)多種手段進(jìn)行調(diào)整；重警表示耕地資源利用出現(xiàn)數(shù)量緊缺、質(zhì)量大幅下降或生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞等問(wèn)題，各級(jí)政府應(yīng)啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，動(dòng)員一切力量改善耕地資源安全狀態(tài)，確保耕地資源的可持續(xù)利用。

4．2 耕地資源安全指標(biāo)警度的劃分

警度的劃分原則一般有均數(shù)原則、多數(shù)原則、半數(shù)原則、其他原則等。均數(shù)原則指選擇往年評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)的平均值作為無(wú)警下限；多數(shù)原則指選擇往年評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)總數(shù)2／3的數(shù)據(jù)區(qū)間作為無(wú)警下限；半數(shù)原則指選擇往年評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)中位數(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)值作為無(wú)警下限；均數(shù)原則、多數(shù)原則和半數(shù)原則的其他各級(jí)別警度閾值在剩下的數(shù)據(jù)區(qū)間中劃分。其他原則指結(jié)合實(shí)際運(yùn)用以上原則以外的方法或者綜合運(yùn)用以上原則劃分警度。

本文中9個(gè)耕地資源安全評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)指標(biāo)的警度劃分方法主要借鑒了均數(shù)原則和其他原則，各指標(biāo)具體警度劃分方法見(jiàn)表2。

表2 耕地資源安全預(yù)警指標(biāo)警度的劃分

4．3 耕地資源安全綜合評(píng)價(jià)預(yù)警方法

耕地資源的數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)安全是一個(gè)有機(jī)聯(lián)系的整體，三者之間并非簡(jiǎn)單的線性或非線性關(guān)系，因此常規(guī)的綜合評(píng)價(jià)模型有時(shí)很難準(zhǔn)確反映不同類別耕地資源安全之間的關(guān)系。考慮突出各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的限制性，采用短板效應(yīng)模型綜合評(píng)價(jià)耕地資源安全程度，其計(jì)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——綜合警度；Ps——耕地資源數(shù)量安全警度；Pz——耕地資源質(zhì)量安全警度；Pt——耕地資源生態(tài)安全警度；S1、S2、S3——評(píng)價(jià)指標(biāo)“距離耕地保有量差值”、“耕地減少率”、“基本農(nóng)田減少率”的警度；Z1、Z2、Z3——評(píng)價(jià)指標(biāo)“自然質(zhì)量等別”、“耕地結(jié)構(gòu)質(zhì)量”、“耕地退化面積比重”的警度；T1、T2、T3——評(píng)價(jià)指標(biāo)“化肥農(nóng)藥農(nóng)膜負(fù)荷”、“耕地重金屬污染面積比重”、“耕地水土流失面積比重”的警度；min——取各耕地資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)最低安全警度。

5 結(jié) 論

預(yù)警是當(dāng)今國(guó)際公共管理改革發(fā)展的重要方向，耕地資源安全的預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作也亟待開(kāi)展。耕地資源安全預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)和預(yù)警3個(gè)組成部分。其中，耕地資源安全的內(nèi)涵包括數(shù)量安全、質(zhì)量安全和生態(tài)安全3個(gè)方面。耕地資源安全監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括距離耕地保有量差值、自然質(zhì)量等別和化肥農(nóng)藥農(nóng)膜負(fù)荷等9個(gè)指標(biāo)。短板效應(yīng)模型能夠突出反映不同耕地資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的限制性，適宜于耕地資源安全預(yù)警綜合評(píng)價(jià)。耕地資源安全預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)需要包括土地、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、環(huán)保等多個(gè)行政主管部門的通力合作。

［1］ 鄭榮寶，劉毅華，董玉祥．廣州市土地資源安全預(yù)警及耕地安全警度判定［J］．資源科學(xué)，2009，31（8）：1362－1368．

［2］ 楊苗，楊萍果．近25年臨汾市耕地資源與糧食安全動(dòng)態(tài)分析［J］．水土保持研究，2012，19（5）：271－274．

［3］ 任洪玉，暢益鋒，趙健．長(zhǎng)江上游滑坡泥石流災(zāi)害現(xiàn)狀與預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)探討［J］．水土保持研究，2009，16（6）：139－142．

［4］ 莫彬，曹建華，徐祥明，等．巖溶石漠化演替階段土壤質(zhì)量退化的預(yù)警指標(biāo)評(píng)價(jià)［J］．水土保持研究，2007，14（3）：16－18．

［5］ 許國(guó)平．中國(guó)土地資源安全評(píng)價(jià)研究進(jìn)展及展望［J］．水土保持研究，2012，19（2）：276－284．

［6］ Goncharova N，Balrasheuskaya D，Putyrskaya V．Pollutant Uptake on Agricultural Land：Practical Modeling．Strategies to Enhance Environmental Security in Transition Countries［M］．Netherlands：Springer，2007：18－22．

［7］ Jeffrey A L．Agriculture and biodiversity：Finding our place in this world［J］．Agriculture and Human Values，1999，16（4）：365－379．

［8］ 趙其國(guó)，周炳中，楊浩，等．中國(guó)耕地資源安全問(wèn)題及其相關(guān)對(duì)策思考［J］．土壤，2002（6）：293－302．

［9］ 宋偉，陳百明，史文嬌，等．2007年中國(guó)耕地資源安全評(píng)價(jià)［J］．地理科學(xué)進(jìn)展，2011，30（11）：1449－1455．

［10］ 孟俊杰，蔡世忠，吳榮濤．中原農(nóng)區(qū)耕地預(yù)警實(shí)證研究［J］．中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2012，33（2）：28－33．

［11］ 侯彥林，趙慧明，李紅英．中國(guó)農(nóng)田氮肥面源污染估算方法及其實(shí)證：Ⅲ估算模型的實(shí)證［J］．農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，28（7）：1337－1340．

［12］ 趙其國(guó)，楊勁松，周華．保障我國(guó)“耕地紅線”及“糧食安全”十字戰(zhàn)略方針［J］．土壤，2011，43（5）：681－687．

［13］ 饒靜，許翔宇，紀(jì)曉婷．我國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)狀、發(fā)生機(jī)制和對(duì)策研究［J］．農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，2011（8）：81－87．

［14］ 朱兆良，諾斯，孫波．中國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染控制對(duì)策［M］．北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2006：43－55．

［15］ 程序，曾曉光，王爾大．可持續(xù)農(nóng)業(yè)導(dǎo)論［M］．北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，1997．

［16］ National Resources Inventory．A statistical survey of land use and natural resource conditions and trends on U．S．non－Federal lands［EB／OL］．http：∥www．nrcs．usda．gov／technical／NRI，2005－12－5．

［17］ 趙燁，袁順全，鄖文聚，等．農(nóng)用地資源安全的監(jiān)測(cè)—評(píng)價(jià)—預(yù)警系統(tǒng)［J］．農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2007，23（1）：77－81．