長江中下游糧食主產區耕地生態安全評價

宋振江+楊俊+李爭

摘要：通過測算當前長江中下游糧食主產區耕地生態安全評價值，以評價該區域的耕地生態安全狀況，構造PSR價評價模型。選取單位耕地面積農藥施用量、單位耕地面積化肥施用量、森林覆蓋率等20個評價指標，構建綜合度測算方程與協調度測算方程，以求出最終研究區域的耕地生態安全評價值。結果表明，江蘇省耕地生態安全綜合評價位于流域5省之首，湖南與湖北2省位列其次也超過區域平均水平；江西與安徽2省的耕地生態安全壓力較大，安徽與湖北2省的耕地生態安全狀態相對堪憂，湖南、湖北及安徽3省的耕地生態安全響應系統相對薄弱，尚存改善空間。

關鍵詞：長江中下游；糧食主產區；PSR模型；耕地生態安全

中圖分類號：F301.24 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）20-0290-05

黨的十八大將生態文明建設提升到“五位一體”的國家戰略層面，在深化生態文明體制建設、合理開發國土資源的背景下保護耕地紅線、維護耕地生態安全、促進耕地可持續利用愈發受到各方關注。對于耕地生態安全的學理定義發端于對生態安全的研究，國內學者在這一領域做了豐富的探索性研究，發現耕地生態安全是一種使耕地資源的利用，既能滿足人類當期利用需求，又能夠作為子孫后代持續利用的健康狀態[1-4]。目前，國內學者主要從糧食安全角度對耕地生態安全加以探討，對耕地生態安全主要從耕地的可持續人口供養能力[5-6]、耕地質量與可持續利用路徑[7-8]、農藥化肥對耕地生態的正負效應[9-10]、復種指數[11-12]、機械化問題[13-14]、合理的種植結構[15]等指標加以刻畫。綜合看來，當前相關領域學者對耕地生態安全評價體系的核心點存在差異，研究方法多基于通過調研數據、面板數據加以分析、探討，從多方領域融合角度思考尚少，所以本研究在當前耕地生態安全研究基礎上，結合糧食安全、耕地利用經濟安全問題的研究，融合多方相關數據資料，基于“壓力-狀態-響應”（pressure-state-response，簡稱PSR）模型構造長江中下游5個糧食主產區的耕地生態安全評價指標體系，對區域總體狀況及子體系狀況予以定量評價，以診斷這一農耕歷史悠久區域的耕地生態安全狀況，為耕地資源的修復、合理利用提供指導，以期對改善耕地利用生態系統安全狀況、協調人地矛盾、促進流域耕地可持續利用提供有益的參考。

1 研究區域與數據來源

1.1 研究區域概況

長江中下游糧食主產區為江蘇、安徽、湖北、湖南、江西等5省，其劃分依據來源于13個糧主產區范疇與長江中下游覆蓋地區范疇。該流域國土總面積80.68萬km2，耕地面積 217 746 km2，占國土面積26.99%，常住人口30 981.04萬人（2013年末），農業人口比重高于三江平原、遼河平原等糧食主產區。長江中下游糧食主產區是我國構建長江經濟的重點建設區域，區內地形復雜、土壤種類眾多、耕地保護問題種類繁多、各省省情差異相對較大，耕地生態安全問題長期成為該地區農業發展的瓶頸，因而長久以來成為學界探討的焦點地帶，因此選取這一區域作為研究區域具有典型意義[35]。

1.2 數據來源

本研究長江中下游糧食主產區5個省域的環境、經濟、社會層面影響數據來源于中國統計年鑒（2003—2014）、長江中下游糧食主產區各省統計年鑒（2003—2014）、中國農村統計年鑒（2003—2014）、中國環境統計年鑒（2003—2014）、各省統計年報、各省各專項統計報告等，主要涉及指標有單位耕地面積農藥施用量、單位耕地面積化肥施用量、有效灌溉面積變化率、除澇面積變化率、森林面積增長率、生態治理投資占GDP比重、流域防護林工程投入變化率等。

2 研究方法

2.1 數據處理方法

2.1.1 數據標準化 數據標準化的目的在于統一各個指標的單位與量綱，對各指標數據采用標準差方式進行標準化處理，其公式為：

式中：Xij、xij、xj、δj分別表示第i個省第j個指標的標準化值、原始值以及第j個指標的算術平均值、標準差。

2.1.2 指標權重計算 指標權重計算公式為：

式中：CV為每個指標的變異系數；Wj為第j個指標的權重；SD、MN分別為指標值的標準差與平均值。

2.2 指標體系構建

PSR模型是20世紀70年代有經濟合作與發展組織（OECD）和聯合國環境規劃署（UNEP）基于“原因-效益-反應”原理而共同提出的生態評價模型[16]。該模型中，P為壓力、S為狀態、R為相應，主要調節what、why、how此3個問題[17]。自90年代以來，PSR模型在生態研究領域廣為利用，冷疏影等基于PSR模型構建土地質量指標體系[18]，殷克東等通過增添經濟、環境、行為者變量以修正PSR模型[19]，李爭等基于PSR模型進行生態文明建設[20]。顏利等通過建立流域生態系統健康評價的指標體系和PSR框架評價模型對流域生態健康予以研究[21]。本研究在前人研究的基礎上構造基于PSR的評價指標體系（表1），以探索流域耕地生態安全問題，因而本研究所構建的PSR模型框架存在3個子系統。

2.2.1 壓力系統 農藥與化肥的施用、人口非農化、人口增長、耕地地力等帶來的環境、社會壓力構成了耕地生態安全壓力系統。農藥、化肥投入對糧食產出具有邊際報酬遞減效應，當農藥、化肥用量在科學合理的范圍時，對耕地利用經濟安全具有正效應，而超過均衡點，則呈現出負效應。過量使用化學農藥與肥料、存在一些化學性質不利于土壤生態的農藥和肥料會造成土壤板結、土壤肥力流失等惡性事件，最終造成土壤鹽堿化、荒漠化等惡性后果，威脅耕地生態安全[10]。人口指標的提出目的在于協同區域差異，以為宏觀分析服務。非農人口比例以及單位耕地面積人口供養量是土地人口承載潛力的具體表現，針對耕地生態安全，非農人口比例指向的供養人口數量，單位耕地面積人口供養量指向耕地可持續供養能力，這是對耕地地力、耕地可持續利用的考量[6]。合理調整復種指數也是提升耕地質量的有效途徑，其對于耕地資源的永續利用具有現實意義，對耕地生態安全起到強有力的保障作用。工業污水排放問題的設置出于對耕地土壤污染情況與農業用水質量的考量。而農田水利渠道硬化指標的選取基于農田生物鏈系統與耕地生態平衡的視角，硬化溝渠阻隔生物生活與遷徙，對于生物農藥、生物肥料、生物對土壤的改良造成一定影響，因而探究耕地生態安全壓力問題[22-23]。endprint

2.2.2 狀態系統 狀態系統涵蓋主要耕作地類比重、有效灌溉面積比重、森林覆蓋率、除澇面積比重、糧食產量、農機動力保有率、單位耕地面積產值等指標，其中主要耕作地類比重、糧食產量、單位耕地面積產值指標在于闡釋經濟發展不平衡區域耕地生態安全可以從協同糧食生產指標角度基于整體性加以衡量[7，24]。此外，有效灌溉面積比重、除澇面積比重則是從農田保護角度加以探討[24-25]，農業機械化指標用以評價區域現狀對農業生產效率、衍生生態與社會問題所導致的耕地安全正負效應[13-14，23]，森林覆蓋率則是對現狀下耕地防護林狀態的測評[24-26]。

2.2.3 響應系統 響應系統指標主要指森林面積增長率、生活垃圾清運量、自然災害救濟變化率、水土流失治理面積變化率、生態治理投資占GDP比重、流域防護林工程投入變化率等。森林面積增長率、流域防護林工程投入變化率指標用以衡量響應狀態耕地生態安全的動態狀況，此指標選取歸因于林木的生態效益與耕地利用的經濟效益的正向關系對于生態和諧與經濟發展的共贏起到積極的推動作用[24-26]。生活垃圾清運量、自然災害救濟變化率、水土流失治理面積變化率、生態治理投資占GDP比重指標等基于耕地生態治理與維護角度加以研究，為本研究探索生態和諧問題提供數據基礎，也為生態可持續研究砥礪護航[24-25]。

2.3 PSR子系統的評價值轉化與協調度測算方法

PSR子系統的評價值即通過對標準化后的各指標值進行加權平均。李爭等為直觀比較各評價單元的差異，將各個子系統的評價值轉化為百分制得分[20]，轉化公式為：

式中：Fi為進行百分制轉化后的評價值；Xk、Xkmax、Xkmin分別表示各系統的評價值、最大評價值及最小評價值。

2.4 PSR綜合評價值測算方法

PSR模型的綜合評價值測算方法為：

式中：Ei表示綜合評價值，Wj、Xij分別為第j個指標的權重、第i省第j個指標的標準化值。

2.5 PSR協調度測算方法

PSR模型的壓力、狀態、響應3個系統相互關聯，因而引入協調度函數予以測算其關聯性，其公式為：

式中：CI為協調系數，X1、X2、X3分別為壓力、狀態、響應3個子系統的得分，3個子系統分值愈趨近，則其協調度指數愈趨近3。

3 長江中下游糧食主產區耕地生態安全實證研究

3.1 長江中下游糧食主產區耕地生態安全綜合評價

由圖2、表2可知，江蘇省的耕地生態安全綜合評價的得分為78.378 5，位列首位。江蘇省在全國GDP排名與人均GDP排名中位列前茅，加之中國傳統社會2 000多年的農耕開發形成優質水稻土與近百年的現代化進程使工業反哺農業，使得農業生產步入現代化行列，耕地生態安全綜合水平優于流域其他省份。與此同時，江蘇地區的生態治理優于流域其余4?。ㄈ缰笜酥械霓r藥化肥使用情況、工業污水排放情況等），因而綜合各項指標的優異度而使綜合評價位于區域首位。湖南與湖北綜合評價位居其次，其在糧食畝產及產值、森林覆蓋率增長、自然災害應急響應、長江中下游防護林帶的建設上的投入相對突出，可見其耕地生態安全綜合狀況在區域中處于相對優越地位。而江西與安徽的耕地生態安全綜合評級值為負，突出其在耕地生態安全“壓力-狀態-響應”三系統中的問題，根據統計數據測算，問題集中表現在壓力與響應系統中的農藥化肥施用、生態治理等方面，從耕地生態安全基數水平上使2省的綜合評價值偏度。整體看來，長江中下游糧食主產區耕地生態安全綜合評價平均得分為60，江蘇、湖南、湖北的得分在平均分之上，在區域內處于占優地位。

3.2 長江中下游糧食主產區耕地生態安全子系統評價

根據表1、表2可知，選取18個指標對長江中下游糧食主產區耕地生態安全加以評價，因而對各個子系統的評價如下。

3.2.1 壓力子系統評價 從壓力子系統的評價值與得分（圖3、表2）看，湖北、江蘇占據相對優勢地位，其余3省評價值為負且得分偏低。說明湖北、江蘇在農藥與化肥合理使用壓力、人口壓力、耕地產出壓力、耕地資源可持續利用壓力等方面負擔偏重，2省在上述領域存在一定問題，耕地生態安全由此受到影響，反觀湖南、江西、安徽該領域壓力較小。

3.2.2 狀態子系統評價 從狀態子系統的評價值與得分（圖4、表2）看，湖南得分為83.864 6，其占據首位，江西與江蘇分值在50～70，安徽與湖北的分值介于40～50。表明湖南在水田比重、有效灌溉面積比重、森林覆蓋、除澇面積比重、糧食產量、農機動力保有率、耕地產值等方面占優，而安徽與湖北需在新增耕地、提升有效灌溉面積、保護林木、及時除澇、提高耕地利用效率以及農業生產現代化方面加以改善。

3.2.3 響應子系統評價 從響應子系統的評價值與得分（圖5、表2）看，江蘇省的評價值與得分分別為0.211 3、81.453 9，排在5省首位，其次為得分63.212 7的江西省，湖北、湖南的得分均在 49.191 6～59.688 0，而安徽省的排名為最末。耕地生態安全響應能力取決于林木覆蓋程度、生態與污染治理程度、災害應急響應程度等，上述分值與得分表明江蘇省對于耕地生態問題的響應程度在區內占優，湖南次之，湖北、江西、安徽在該領域相對薄弱，應加強農田防護林、水土污染治理、災害響應等方面的治理投入以維護耕地生態安全。

3.3 長江中下游糧食主產區耕地生態安全子系統的協調度評價

PSR模型的協調度即為壓力、狀態、響應3個系統相互關聯，該評價值愈高，則表明該省在耕地生態安全問題上PSR的3個子系統間距與離散程度占優。由表2可測算知，長江中下游糧食主產區5省耕地生態安全子系統協調度排序為江蘇（1.277 7）、湖南（0.673 1）、湖北（0.069 2）、江西（-0.305 1）、安徽（-1.656 4）。江蘇省在綜合得分與協調度同列首位，既表明江蘇省的耕地生態安全水平高，又表明其綜合評價得分與子系統協調度呈正相關。安徽省綜合評價與子系統協調度皆為末位，這表明該省耕地生態面臨巨大挑戰。湖南、湖北、江西3省的綜合指數與協調度處于低水平狀態、基本呈正相關態勢，且協調度排名與綜合評價排名相同，顯現出在著力推動耕地生態治理的同時也應積極兼顧多方影響因素，應著力推進影響耕地生態安全的各個要素在治理中得以充分考慮，以此進一步優化這些省份耕地生態安全評價子系統的協調度。endprint

4 結論與建議

4.1 結論

由長江中下游耕地生態安全綜合評價看，江蘇省位于流域5省耕地生態安全之首，湖南與湖北2省位列其次，也超過區域平均水平。由P-S-R對應子系統評價看，江西與安徽2省的耕地生態安全壓力較大，安徽與湖北兩省的耕地生態安全狀態相對堪憂，湖南、湖北及安徽3省的耕地生態安全響應系統相對薄弱。由協調度可知，安徽、江西耕地生態安全協調性較差，在協調度與綜合指數的關系上同步，因而就上述實證數據分析可得出如下結論：

（1） 江蘇省在長江中下游糧食主產區耕地生態安全領域占據絕對優勢地位，且協調度亦穩居榜首，其表明經濟發展水平、勞動力素質、科技水平等因素對于耕地生態安全具有促進性作用，主要表現在資本反哺農業以支持生態農業與農業現代化發展、勞動力受教育程度與農業技能提升、農業科技研發力度與推廣并舉。

（2） 湖北省與湖南省耕地受到經濟發展不均衡、地理因素、人口因素等多方面的影響導致耕地生態安全壓力較大、狀態不佳、響應偏差的狀況，這些問題對耕地生態安全的影響體現在經濟欠發達地區對耕地掠奪式開發、耕地細碎化致使在機會成本博弈下致使耕地拋荒、人口激增對耕地承載力的挑戰，其暴露出中東部欠發達省份經濟高速發展過程中對耕地可持續利用上的問題。

（3） 安徽省與江西省屬于典型的中部欠發達省份，工業發展相對滯后，但污染相對較大（以江西省典型礦糧復合區鉛山永平銅礦、豐城豐礦地區為例，掠奪性礦產資源開發致使影響區耕地塌陷、滲水、重金屬與酸堿度嚴重超標，導致耕地棄耕、拋荒），而生態補償方興未艾，致使耕地生態安全瀕臨警戒，協調度差又導致惡性循環。

4.2 建議

首先，各省應因地制宜設置耕地生態緩解目標方案，諸如林木指標應結合已有植被覆蓋率狀況加以制定，而指標的設定應朝著“多歸融合”方向思考，與經濟發展規劃、土地利用規劃相協調，以此協同治理，提高治理效率，實現耕地資源的可持續利用。

其次，耕地生態安全狀況良好的省份應積極保持當前水平，并穩步彌補不足，進一步升華耕地經濟經營模式升華，力促各方人民群眾提高耕地生態安全保護意識，實現耕地資源的永續利用。

再次，經濟欠發達省份應著力推進土地整治項目的開展，對已污染耕地給予治理、對耕地占補平衡區域加以有效修復、對耕地細碎區進行平整以為規模經營和農業現代化，這些工程性措施有助于提升耕地質量與耕地生態安全。

最后，政府應充分貫徹生態文明建設與“去產能”方針的要旨，淘汰舊有資源消耗型、環境污染型產能，在保障質量的前提下確保1.2億hm2耕地紅線不縮水，走綠色發展道路，實現耕地生態安全的有效提高。

基于上述宏觀建議，從具體層面，江蘇應在保障現有耕地生態安全水平的基礎上進一步提升耕地生態安全水平，做區域的楷模，而湖北與安徽在大力發展經濟的同時應實現“供給側改革”與“去產能”以降低耕地污染，湖南與江西應兼顧經濟建設與耕地生態安全，“既要金山銀山，也要綠水青山”，加大耕地保護投入、提升污染治理能力、激發人類環保意識。

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