基于生態安全的耕地質量安全評價

馬立軍+陳召亞+楊哲

摘要： 為深入了解縣域耕地質量安全動態變化，結合生態學理論，選擇人地關系、耕地條件、耕地利用投入水平、農業生產力、人文社會響應等指標，構建了耕地質量安全評價指標體系。以河北省盧龍縣為評價單元，對耕地質量安全影響因素進行分析，并據此對盧龍縣2001—2010年耕地質量安全進行分級和評價。由安全界限的劃分結果可知，2007—2010年盧龍縣耕地質量處于非常安全狀態，2001年處于較安全狀態，2005年、2006年均處于基本安全狀態，而2002—2004年耕地質量狀況表現為不安全。2001—2003年盧龍縣耕地質量呈下降趨勢，于2003年開始逐漸上升，至2007年耕地質量明顯提高。

關鍵詞： 耕地質量；生態；評價；盧龍縣

中圖分類號： F301；F205 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）03-0358-06

區域的自然條件、經濟水平、社會條件決定著區域耕地資源的安全狀況。通過分析國內外研究得知，各個國家的自然條件、經濟水平、社會背景不同，使其對耕地的重視程度、研究方向、側重點各有差異。國外學者對耕地的研究集中于耕地質量的提升和保護、耕地生態景觀功能的加強，已將生態環境因素加入到耕地質量的管護中。國內對于耕地質量安全的研究起步較晚，且我國人口多、人均耕地少，耕地資源的安全主要集中于保障糧食生產力，將生態因素加入評價體系的研究較少。我國對于耕地質量安全的研究尚處于探索階段，并未形成統一的評判標準[1-7]。

將影響耕地質量安全的生態因素加入到評價體系，研究河北省盧龍縣耕地質量安全的動態變化過程，并對其進行相對安全程度分級。通過深入了解盧龍縣耕地保護的現狀和成果，分析與評價耕地質量安全動態變化，有利于改善耕地質量，保障完整與穩定的耕地生態系統，使耕地的生產、生態服務等功能均能健康、可持續地發展[7]。對盧龍縣耕地質量進行全面評價和分級，可為盧龍縣及河北省其他低山丘陵區耕地資源的健康經營及可持續發展提供借鑒和理論指導。

1 試驗區域概況

盧龍縣位于河北省秦皇島市西部，與唐山市灤縣、遷安市搭界，與秦皇島市撫寧縣、青龍縣、昌黎縣相鄰。管轄面積 1 021 km2，耕地資源4.4萬hm2。轄區分布12個鄉鎮，548個行政村。

盧龍縣為典型的低山丘陵區，地處燕山南麓，低山丘陵占全縣總面積的80%以上，以種植紅薯而聞名。受土地地貌、土壤條件、氣候條件、耕作栽培措施等因素的影響，耕地質量整體水平不高；土壤侵蝕、鹽漬化、生態環境污染、坡度限制等因素均使生態環境問題變得極為嚴峻。隨著經濟不斷發展和建設用地的擴張，盧龍縣耕地資源數量減少、耕地質量及生態環境下降的問題逐漸凸顯。既保證城鎮發展用地，又保障糧食產量，同時兼顧耕地生態安全，為工作帶來巨大困難。

2 耕地質量安全影響因素

在已有研究[8-11]中，耕地質量安全影響因素分為自然因素、土地利用的社會經濟因素2個方面。本研究在生態安全理念下構建評價體系，將影響耕地質量安全的生態環境因素也加入到評價體系中。

2.1 自然因素

自然條件不僅是耕地資源質量基礎條件的決定性因素，也是耕地資源質量安全的基礎。耕地自然條件的優劣通常決定著耕地資源質量安全的程度，自然條件較好的區域，耕地資源質量的安全程度相對較高；自然條件較差的區域，安全程度也會降低。由于山地丘陵地區獨特的地貌，其耕地易 “跑水跑肥”，質量相對較差，安全程度也較低。自然條件的優劣對耕地資源質量的安全具有決定性意義。

2.2 社會經濟因素

2.2.1 利用方式 耕地資源安全程度的高低受耕地利用方式優劣的直接影響；因此，耕地利用方式是影響耕地資源質量安全的重要因素。好的利用方式不僅可提高耕地資源的質量安全，還可有效改善耕地質量；合理的規劃布局可使耕地的多種功能相互促進、共同影響，有效保障耕地質量的安全。不合理的布局則會降低生產經營效率，甚至威脅耕地安全。在耕地利用過程中注重耕地的產出和投入平衡，在追求效益的同時注重對農田的養護，產出與投入失衡將導致土壤環境質量下降、養分貧瘠、富營養化。耕地的利用方式是影響耕地質量安全的重要因素之一。

2.2.2 利用效益 耕地的利用效益指農民經營耕地得到的收益，利用效益的高低影響農民對耕地的投入情況，從而影響耕地質量的安全。當利用效益較高時，農民對耕地的重視程度較高，將進行科學的管理和耕地管護，對耕地質量安全起到良好的促進作用。當利用效益較低時，農民將粗放地進行改良或降低投入，造成耕地質量下降、經營數量減少，這是影響耕地質量安全的重要因素之一。

2.2.3 政策因素 耕地政策能夠引導農民進行耕地質量的建設和管護，可對耕地質量安全保駕護航。合理科學的農業政策不僅能保障耕地數量的安全，同時也能保障耕地質量的安全。目前對于耕地數量的管護已得到強有力的實施，而對于耕地生產力和生態安全等方面的政策要求尚處于理論指導和探索階段。

2.3 生態環境因素

2.3.1 化肥的不合理和過量施用 過量施用化學肥料會對耕地資源安全造成嚴重威脅。化肥的不合理使用可引起土壤酸化、耕層肥力下降、土壤養分失衡、加速地力下降。肥料的利用效率持續下降，導致化肥投入成本增加，出現肥料施用量增加但產量不增加的現象。化肥中含有的放射性物質和重金屬在土壤中沉淀富集，是耕地資源生態安全的潛在威脅。土壤中過量的化肥通過地表徑流流入水體，從而導致水體污染或富營養化的現象，生態環境安全也受到間接影響。過量施用化肥將導致土壤中硝酸鹽等有害物質的累積，既破壞耕地資源生態安全，又威脅農產品品質。

2.3.2 農藥的不合理使用 殘留的農藥嚴重威脅耕地資源的安全，不僅直接影響土壤動物的構成和數量，使土壤中生物多樣性降低，還使土壤中細菌、真菌的數量減少，降低土壤微生物的活性，影響微生物功能。土壤中的重金屬向植物體集聚，使植物體出現中毒現象。另一方面，部分農藥通過滲入、揮發、徑流進入植物和動物體內，使作物品質降低、影響人體健康。此外，農藥還可通過其他各種方式污染地下水和地表水，使耕地資源的生態安全受到影響。

2.3.3 農用地膜的污染 農用地膜可提高糧食產量和農作物的抗逆性，但也存在一定的環境風險。農用地膜使用后將造成大量“白色污染”，不僅使耕地土壤結構遭到破壞，也嚴重污染耕地資源中的水體環境。農用地膜生產過程中添加的增塑劑鄰苯二甲酸二正丁酯、鄰苯二甲酸二異戊酯嚴重威脅耕地資源的生態環境。

2.3.4 “三廢”等對耕地造成的污染 被生活污水、“工業三廢”等污染的水體中含有大量化學物質和金屬元素，大多數為有害物質。雖然排放到農田中的污水經過處理和沉淀，但由于部分污水處理不完全，其中仍殘留大量有害物質，進而對農田耕地資源的生態環境造成污染。

2.3.5 耕地資源生態保護意識 社會耕地資源的生態環境保護意識起著重要作用。在經濟發展水平較高的地區，耕地資源生態保護意識較強，社會各階層支持各項耕地資源的保護措施，并很好地貫徹執行；在經濟發展水平較低的地區，耕地資源生態保護意識較弱，各項措施可能因不被重視而無法實施。

3 安全評價

3.1 方法的選擇

耕地質量安全評價方法較多，如多因素綜合評價法、主成分分析法、模糊數學法、層次分析法。考慮到耕地質量安全評價所需指標的多層次特性及因素的綜合性，本研究采用層次分析法。

層次分析法（AHP）是一種定性與定量相結合的多目標決策分析方法[12]。分析過程中將多個因素按照一定標準進行分類，通過逐類、逐層進行兩兩比較分析，從而建立判斷矩陣，最終通過程序計算確定評價指標對于決策層的權重[13]。本項目采用層次分析法進行盧龍縣耕地質量安全評價的指標體系選取及賦權重，具體過程在yaahp軟件支持下完成。

3.2 指標體系的構建

結合盧龍縣的實際情況，根據河北省土地學會專家的意見，同時從人地關系、耕地條件、耕地利用投入水平、農業生產力、人文社會響應5個方面考慮指標數據的可獲得性，選擇16個綜合評價指標，構建評價指標體系（表1）的指標層。

3.2.1 人地關系 人均耕地面積（C1）表示人均對耕地的占有量，反映人口對耕地資源的壓力。人均耕地面積越大，對耕地質量安全的正效應越顯著。人均耕地面積=盧龍縣耕地總面積/盧龍縣總人口，單位為hm2/人。

人口密度（C2）在一定程度上反映了人口聚集程度對耕地資源安全的壓力。人口密度越小，耕地資源安全性越高。人口密度=區域總人口/區域土地總面積，單位為人/km2。

非農業人口比例（C3）在一定程度上反映了人口結構對耕地資源安全的壓力。在一定范圍內，非農業人口比例越大，表明對耕地的經營程度越低，耕地資源安全壓力越大。非農業人口比例=（區域內總人口-區域鄉村人口）/區域內總人口×100%。

3.2.2 耕地條件 依據《土地利用現狀調查技術規程》將耕地坡度分為≤2°、>2°～6°、>6°～15°、>15°～25°、>25°共5級[14]。本研究以≤2°、>2°～6°為平耕地，以>6°～15°、>15°～25°為坡耕地。坡耕地面積比例（C4）的安全性趨向為越小越安全。坡耕地面積比例=區域6°以上（不含6°）25°以下（含25°）坡耕地面積/該區域耕地總面積×100%。

坡耕地面積（C5）指6°以上（不含6°）25°以下（含25°）坡耕地面積。該指標的安全性趨向為越小越安全，即坡耕地面積越小，對耕地資源質量安全的壓力越小，單位為hm2。

3.2.3 耕地利用投入水平 第一產業從業人員比例（C6）可在一定程度上反映農村勞動力的聚集程度，該指標越大越安全，即從事第一產業人員的比例越大，對耕地資源質量安全的壓力越小。第一產業從業人員比例=區域第一產業從業人員數/區域從業人員總數×100%。

單位面積農用化肥施用量（C7）在一定程度上直接影響耕地質量安全，該指標越小越安全。單位面積農用化肥施用量=區域農用化肥施用總量/耕地面積，單位為kg/hm2。

有效灌溉面積比例（C8）越大，表明該區域耕地質量建設投入越大，且對耕地質量保障性越強，表現為正效應。有效灌溉面積比例=區域有效灌溉面積/區域耕地面積×100%。

單位面積農用地膜使用量（C9）的安全趨向性為越小越安全，即農用地膜使用量越小，耕地資源質量安全的壓力越小。單位面積農用地膜使用量=農用地膜總使用量/耕地面積，單位為kg/hm2。

單位面積農藥使用量（C10）數值越大，表示對耕地安全的破壞性越大，對耕地質量安全的保障呈負效應。單位面積農藥使用量=農藥使用總量/耕地面積，單位為kg/hm2。

單位面積農業機械總動力（C11）表征機械化實現程度，該指標越高，對耕地質量的保障性越好。單位面積農業機械總動力=區域農業機械總動力/區域耕地面積，單位為W/hm2。

3.2.4 農業生產力 單位面積糧食產量（C12）表示耕地的生產力，從糧食產量表征耕地質量的好壞。糧食單產越高，表現為正效應，表明耕地質量越好、安全性越高。單位面積糧食產量=糧食總產量/糧食播種面積，單位為t/hm2。

人均糧食產量（C13）表示糧食生產需求對耕地的壓力，人均糧食產量低，對耕地的生產能力需求越迫切，從而對耕地質量安全的壓力越大。人均糧食產量=盧龍縣糧食總產量/盧龍縣總人口，單位為t/人。

3.2.5 人文社會響應 農民是土地的生產者，也是耕地質量保護和建設的主體，農民人均純收入（C14）可表示農民在耕地質量建設中可能的投入能力。該指標數值越大，對耕地質量安全的保障能力越強，單位為元。

農業總產值（C15）表示農民經營土地的總收益。該指標數值越大，對于耕地質量安全的保障性越強。高收益會激勵農民加強耕地質量的建設和管護，加強對耕地資源的保護力度，降低耕地質量安全出現風險的可能性，單位為萬元。

地區總產值（C16）越高，可用于改善耕地質量的投資越高。該指標的安全趨向性為越大越安全，單位為萬元。

3.3 安全評價

3.3.1 模型構建 層次模型見圖1。

3.3.2 構造判斷矩陣 判斷矩陣由河北省土地學會專家給出，進行兩兩比較并確定相對重要程度，以構成判斷值的矩陣。由表2可知，Ci/Cj的數值表示橫向指標Ci比縱向指標Cj的相對重要程度，一般用1～9各整數或其倒數表示。1表示Ci的重要性與Cj相等，3表示Ci比Cj略重要，5表示Ci比Cj明顯重要，7表示Ci比Cj非常重要，9表示Ci比Cj極端重要；2、4、6、8則表示2個判斷的中值[15]。1～9各數字倒數的含義與上述意義相反，如1/5表示Cj比Ci明顯重要，即Ci的重要程度明顯不如Cj。根據此規則，經專家判斷，各層次的判斷矩陣見表3至表8。

進行判斷矩陣的一致性檢驗時，由于2個元素的重要性通過兩兩比較得出，受主體認知及偏向性的影響，當比較因素較多時很可能得到不一致的結論。如C1/C2=1/2，C1/C3=4，當結果一致時C2/C3=8，若C2/C3不為8則結果不一致。在理論上，最大特征根λmax與階數n相同時，判定矩陣一致性的指標CI=（λmax-n）/（n-1）=0。CI值越大，判斷矩陣的完全一致性越差；當CI≤0.1，認為判斷矩陣的一致性通過[16]。經檢驗，該評價指標體系中的判斷矩陣均滿足一致性檢驗要求。

3.3.3 計算指標權重 根據所構造的判斷矩陣計算各指標權重（表9）。

耕地資源質量安全評價時選擇的指標包含多個方面、多個層次，且指標總量大、范圍廣，各指標間不能直接進行比較。對不同指標進行綜合評價時須確定度量標準，使這些指標在同一標準下對耕地資源安全進行綜合評價，因此要對各指標進行無量綱化。

根據無量綱化模型，當指標為正向指標，即安全趨向為越大越安全時：

A=x/m×100%；（1）

當指標為逆向指標，即安全趨向為越小越安全時：

A=n/x×100%。（2）

式中：A為數據量化值，x為各年份各指標數據的實際值，m、n分別為歷年實際數據值中的最大值、最小值。經計算得到各指標歷年數據的實際值（表10）與量化值（表11）。

3.3.4 安全值的計算 采用指數和法對盧龍縣耕地質量進行安全評價，公式為：

P=∑ni=1Wi×Ai。

（3）

式中：P表示耕地質量安全評價值，Wi表示各項指標權重，Ai表示各項指標無量綱化值。根據各項指標權重和無量綱化的數據，求得盧龍縣2001—2010年耕地質量安全值（表12）。

3.3.5 耕地質量的分級與分析 在上述安全值的基礎上，確定2001—2010年盧龍縣耕地質量的相對安全值。本研究結合多數原則、均數原則確定安全界限，根據安全所屬區間判定耕地資源的相對安全程度[19]。

依據多數原則，將2001—2010年盧龍縣耕地質量安全值進行排序，并由大到小選擇總數量2/3的數據作為安全邊界。數據量為10個，則前6個數據在理論上表示耕地質量屬于安全區間，第6個安全值為0.809，即盧龍縣耕地質量處于非常安全狀態的下限為0.809。將剩余數據以0.005為步長進行劃分，確定較安全、基本安全、弱安全、不安全的界限（表13）。

依據均數原則，將耕地質量安全值10個數據的平均值作為非常安全狀態的下限。經計算，10個數據的平均值為0823，即盧龍縣耕地質量狀態處于非常安全的下限為0823。將剩余數據以0.005為步長進行劃分，確定較安全、基本安全、弱安全、不安全的界限，得出耕地質量分級區間（表13）。

依據上述2種原則將各等級的界限值再進行平均，以此平均值作為盧龍縣耕地質量安全評價的劃分界限（表13）。

由安全界限的劃分結果可知，盧龍縣在2007—2010年耕地質量狀態屬于非常安全，2001年表現為較安全狀態，2005、2006年屬于基本安全，而2002—2004年耕地質量狀態屬于不安全（表14）。

由安全評價結果可得出盧龍縣2001—2010年耕地質量安全值的變化趨勢（圖2）。盧龍縣2001—2003年耕地質量呈下降趨勢，從2003年開始逐漸上升，至2007年耕地質量已有明顯提高。

4 結論

耕地質量管護的目標是緩解人地矛盾，協調人地關系，改善農民生產生活條件，使農業增效、農民增收，加快農民脫貧致富奔小康的步伐；保護和改善縣境生態環境，實現土地資源的永續利用和社會經濟的可持續發展；優化土地利用結構，科學合理布局，提高土地利用的綜合效益。

由盧龍縣2001—2010年耕地質量安全動態可知，2007—2010年耕地質量處于非常安全狀態，2001年處于較安全狀態，2005年、2006年處于基本安全狀態，而2002—2004年耕地質量狀況表現為不安全。由耕地質量安全程度動態可知，盧龍縣2001—2003年耕地質量呈下降趨勢，從2003年開始逐漸上升，至2007年耕地質量已有明顯提高。

近年來，盧龍縣的耕地質量安全呈上升趨勢，但仍存在耕地自然質量較差、耕地利用不合理、耕地生態安全重視程度低、耕地質量監測體系不健全等諸多問題。應繼續分析安全程度變化的原因，從源頭有針對性地加強耕地質量安全建設。

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