新鄭市耕地生態(tài)安全動態(tài)預警研究

張秋霞，張合兵，劉文鍇，劉怡真

（1.河南理工大學 測繪與國土信息工程學院，河南 焦作454000；2.華北水利水電大學，鄭州450046；3.河南省地圖院，鄭州450008）

新鄭市耕地生態(tài)安全動態(tài)預警研究

張秋霞1，張合兵1，劉文鍇2，劉怡真3

（1.河南理工大學 測繪與國土信息工程學院，河南 焦作454000；2.華北水利水電大學，鄭州450046；3.河南省地圖院，鄭州450008）

耕地生態(tài)安全預警對改善耕地生態(tài)安全水平，保障糧食安全具有重要的意義。以河南省糧食主產(chǎn)區(qū)新鄭市為研究對象，基于壓力、狀態(tài)、響應（P-S-R）和生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟、社會（E-E-E-S）框架模型，構建了耕地生態(tài)安全預警指標體系。引入變權理論確定指標權重，運用改進物元可拓模型確定新鄭市2001—2010年耕地生態(tài)安全預警等級，并采用障礙度模型分析耕地生態(tài)安全障礙因子。結果表明：2001—2010年新鄭市耕地生態(tài)安全水平總體呈現(xiàn)上升趨勢，預警等級由Ⅲ級（預警）上升為Ⅳ級（較安全）；2009—2010年預警等級雖處于較安全（Ⅳ級），但有下降趨勢。制約新鄭市耕地生態(tài)安全水平的主要障礙因子是地均化肥使用強度、耕地復種指數(shù)、人均糧食產(chǎn)量、城市化水平、耕地墾殖率、人口自然增長率、人均水資源量、地均地膜使用強度、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟比重、未利用土地比重等，這些因子應是今后改善新鄭市耕地生態(tài)安全的重點。

耕地生態(tài)安全；障礙度；變權物元可拓模型；新鄭市

耕地資源作為最寶貴的土地資源，是糧食生產(chǎn)中最重要的生產(chǎn)要素，是國家生存安全的重要保障，是構建生態(tài)良好的土地利用格局的重要組成[1]。近年來，隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，農(nóng)田環(huán)境污染不斷加劇，耕地生態(tài)環(huán)境狀況急劇惡化，耕地生態(tài)安全問題日益凸顯。因此，研究耕地生態(tài)安全，保護現(xiàn)有耕地資源免受重復污染與破壞，成為目前需要關注和解決的科學問題，尤其是糧食主產(chǎn)區(qū)的耕地生態(tài)安全對國家糧食安全的戰(zhàn)略意義更為重要。

目前對耕地生態(tài)安全預警研究方法主要使用較為成熟的層次分析法[2]、熵值法[3]、PSR模型[4-5]、可拓模型[6]、生態(tài)足跡模型[7]、TOPSIS模型與馬爾可夫鏈模型[8]等。PSR模型與EEES框架模型相結合，更能體現(xiàn)生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟、社會之間的相互作用關系；物元可拓模型是一種解決評價對象模糊性、多樣性、不相容性的評價方法[9]，能夠綜合各種指標的全部信息，并揭示更多的分異信息，但也存在不完善之處，進而將對物元可拓模型進行改進，同時引入能反映生態(tài)安全預警及時性與動態(tài)性的變權理論確定指標權重。鑒于此，嘗試將PSR-EEES模型和改進變權物元可拓模型相結合，通過PSR-EEES模型構建耕地生態(tài)安全預警指標體系，引入變權理論確定指標權重，改進物元可拓模型構建新鄭市耕地生態(tài)安全預警模型，研究新鄭市耕地生態(tài)安全預警等級，運用障礙度模型診斷新鄭市耕地生態(tài)安全預警的主要障礙因子。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

新鄭市位于河南省中部，處于華北平原、豫西山地向豫東平原過渡地帶，是中原經(jīng)濟區(qū)的核心地帶，隸屬于鄭州市，地處北緯34°16′—34°39′，東經(jīng)113°30′—113°54′，北靠鄭州市，東鄰中牟、尉氏，南連長葛、禹州市，西與新密市接壤，囊接鄭州市建設航空港區(qū)的重要經(jīng)濟發(fā)展區(qū)域，鄭州市規(guī)劃建設中的三大物流中心之一，即首個國家級航空港試驗區(qū)——鄭州航空港經(jīng)濟綜合試驗區(qū)。屬暖溫帶大陸性季風氣候，氣溫適中，四季分明。年均氣溫14.2℃，年均降水量676.1 mm，年均日照時數(shù)2 114.2 h，全年無霜期208 d。多年平均水資源總量為1.473 3億m3，人均占有水資源量236 m3。

新鄭市屬糧食主產(chǎn)區(qū)，全年糧食總產(chǎn)量27.31萬t，土地總面積886.721 7 km2，轄12鄉(xiāng)鎮(zhèn)，耕地占全市土地面積的60.51%，達到536.545 4 km2，土壤類型多樣，主要以褐土、潮土與風砂土土類為主，境內(nèi)主要為平原高效區(qū)、低山丘陵區(qū)和沙地區(qū)三個不同生態(tài)類型區(qū)，是中原經(jīng)濟區(qū)的典型區(qū)域，素有“河南縮影”之稱。根據(jù)新鄭市2014年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報顯示，年末總人口64.61萬人，全年地區(qū)生產(chǎn)總值525.3億元，一、二、三產(chǎn)業(yè)增加值占地區(qū)生產(chǎn)總值的比重分別為3.4%，69%和27.6%。當前，河南省正處于推進“三化協(xié)調(diào)，科學發(fā)展”的關鍵時期，隨著新鄭市經(jīng)濟社會發(fā)展進程的加快，以及航空港經(jīng)濟區(qū)的快速發(fā)展，耕地生態(tài)安全將面臨著較大挑戰(zhàn)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

原始經(jīng)濟數(shù)據(jù)均來源于《新鄭市統(tǒng)計年鑒》（2001—2010年）和《河南省統(tǒng)計年鑒》（2001—2010年），耕地面積相關數(shù)據(jù)均來源于河南省土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)集（2001—2010年）。

1.3 指標體系構建

評價指標體系是耕地生態(tài)安全預警的基礎和關鍵，直接影響到預警評價結果的科學性和可靠性。耕地生態(tài)安全系統(tǒng)是一個受人口、資源、環(huán)境、經(jīng)濟和社會等多方面因素共同作用的復合系統(tǒng)，預警指標的選取不僅要反映人類活動和經(jīng)濟社會發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的影響，同時也需要體現(xiàn)出生態(tài)環(huán)境對人類活動和經(jīng)濟社會發(fā)展的反饋作用。結合新鄭市耕地生態(tài)安全的特征，采用經(jīng)濟合作與開發(fā)組織（OECD）與聯(lián)合國環(huán)境規(guī)署（UNEP）共同提出的用于研究環(huán)境問題的PSR框架體系模型[即壓力（Pressure）—狀態(tài)（State）—響應（Response）]，依據(jù)指標體系構建的科學性、全面性、代表性和可操作性原則，結合EEES框架模型[即生態(tài)（Ecological）—環(huán)境（Environment）—經(jīng)濟（Economy）—社會（Society）]，從壓力、狀態(tài)、響應三個方面，遴選和構建3個準則層12個因素層31個指標的耕地生態(tài)安全預警指標體系，見表1。

1.4 物元可拓模型的改進

物元可拓模型以物元理論和可拓集合論作為理論框架，通過建立經(jīng)典域、節(jié)域和評價等級，根據(jù)實測值計算待評物元關于評級等級的關聯(lián)度，以此來確定待評對象的等級[10]。

模型的改進克服傳統(tǒng)物元可拓模型的局限性，有效解決評價指標實測值超出節(jié)域等問題，使評價結果更準確，更真實反映指標對待評物元的正向影響和逆向影響。首先對經(jīng)典域、節(jié)域和待評物元作歸一化處理，即每個經(jīng)典域和待評物元的實測值都除以節(jié)域右節(jié)點的數(shù)值。其次耕地生態(tài)安全預警是一個多指標定量綜合研究的過程，確定合理的預警指標權重具有舉足輕重的地位，大多數(shù)研究中權重的確定采用常權權重方法[11]，不能反映生態(tài)安全預警的及時性與動態(tài)性。運用變權理論，采用歸一化處理后的數(shù)值確定各預警指標的權重，則有助于解決常權方法中的缺陷，減少確定評價指標權重時的主觀性，體現(xiàn)預警對象在耕地生態(tài)安全預警等級確定中的主動參與，使耕地生態(tài)安全預警指標權重的確定更加具有科學性。最后是改進物元可拓模型中計算待評物元等級時引入非對稱貼近度公式和等級變量特征值確定預警對象等級，克服模糊關聯(lián)度法在某些情況下不能反映待評物元自身界限的模糊性、容易損失信息，從而易導致評定結果偏差的問題。

表1 新鄭市耕地生態(tài)安全預警指標體系

改進的變權物元可拓模型的基本思想是：首先將預警對象分為j個等級，結合國家、地方有關標準和相關文獻資料確定各預警指標等級的范圍和預警等級的劃分；其次，對經(jīng)典域、節(jié)域和預警對象進行歸一化處理，并運用變權理論確定各預警指標的權重；然后運用歸一化數(shù)值和權重值計算貼近度和等級變量特征值，確定預警對象的等級。

改進變權物元可拓模型的耕地生態(tài)安全預警等級計算步驟為：

（1）確定耕地生態(tài)安全物元R，由耕地生態(tài)安全等級P，耕地生態(tài)安全預警指標c和特征量值v共同構成，模型中具有n個指標，m個預警等級。即：

（2）確定耕地生態(tài)安全的經(jīng)典域νij、節(jié)域νpi和預警對象R0。

式中：Pj為第j個預警等級；c1，c2，…，cn為Pj的n個不同特征；ν1j，ν2j，…，νnj分別是Pj對應于c1，c2，…，cn的取值范圍，即經(jīng)典域；aij和bij為vij的取值邊界。

式中：P為預警對象等級的全體；νp1，νp2，…，νpn分別是P對應于c1，c2，…，cn的取值范圍，即節(jié)域。

綜合物元矩陣、經(jīng)典域矩陣與節(jié)域矩陣，確定耕地生態(tài)安全預警對象的矩陣，即：

式中：R0為預警對象；ν1，ν2，…，νn分別是P0關于c1，c2，…，cn的實測數(shù)據(jù)。

（3）對預警對象、經(jīng)典域、節(jié)域做歸一化處理。由于預警指標特征值量綱不一，取值范圍不同，需要對物元可拓模型進行改進，在進行變權和貼近度函數(shù)計算之前需對預警對象、經(jīng)典域和節(jié)域做歸一化處理。

（4）運用變權公式確定權重。基于變權理論的指標權重計算，首先運用步驟（3）的公式（5），（6）對因素常權變量做歸一化處理，即各指標的常權變量相等，由預警指標實測值的歸一化處理數(shù)據(jù)和其對應節(jié)域來確定變權向量。ωi（x）的計算公式為：

（5）計算等級變量特征值，確定預警等級。通過對貼近度準則代替最大隸屬度準則的分析[12]，提出非對稱貼近度公式：

式中：N為貼近度；D為距離；ωi為權重。

將公式（8）應用到可拓評價模型中，可得

式中：j*為待預警對象R0的等級變量特征值，通過j*可以判斷待預警對象R0偏向相鄰等級的程度，確定預警對象的等級。

1.5 障礙度模型

為了進一步了解耕地生態(tài)安全預警指標對預警等級的影響，有針對地提高耕地生態(tài)安全預警等級，尋找耕地生態(tài)安全預警等級障礙因子至關重要。根據(jù)障礙度模型，引入因子貢獻度ωj、指標偏離度pij和障礙度Aj共3個指標對預警指標障礙度進行診斷，即：

2 結果與分析

2.1 預警結果與分析

2.1.1 評價標準的確定 耕地生態(tài)安全預警評價標準的制定是耕地生態(tài)安全預警的關鍵環(huán)節(jié)，耕地生態(tài)安全預警等級的評價標準不僅復雜，而且需要因地制宜，由于現(xiàn)階段我國耕地生態(tài)安全預警尚處于探索階段，還未有統(tǒng)一的評價標準，參照國家生態(tài)安全評估體系研究成果[13]以及相關研究[14-15]，依據(jù)耕地生態(tài)安全的可拓性，將耕地生態(tài)安全等級劃分為五級即Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ，按照警度由劣到優(yōu)，分別為危險—脆弱—預警—較安全—安全。

2.1.2 經(jīng)典域和節(jié)域的確定 經(jīng)典域的確定是物元評價模型的基礎，在確定生態(tài)安全預警指標體系和安全等級基礎上，參考國家、行業(yè)及國際相關標準，研究區(qū)域背景值、類比標準和相關研究[16]等，通過對新鄭市歷年數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析并結合新鄭市區(qū)域特點，確定新鄭市各預警指標對應的各生態(tài)安全級別的閾值，即經(jīng)典域；節(jié)域為其對應指標經(jīng)典域之和，見表2。

表2 耕地生態(tài)安全預警指標經(jīng)典域和節(jié)域值

2.1.3 預警等級確定 通過對預警對象實測數(shù)據(jù)，經(jīng)典域和節(jié)域的歸一化處理，采用變權公式計算預警指標的權重，運用非對稱貼近度模型和可拓模型，計算2001—2010年新鄭市耕地生態(tài)安全預警指標準則層（即耕地生態(tài)安全壓力指標P、耕地生態(tài)安全狀態(tài)指標S和耕地生態(tài)安全響應指標R）預警等級的貼近度和等級變量特征值，以及2001—2010年新鄭市耕地生態(tài)安全預警等級的貼近度和等級變量特征值（表3），最后，根據(jù)等級變量特征值判斷待預警對象R0偏向相鄰等級的程度，確定預警對象R0所在的等級。

表3 新鄭市耕地生態(tài)安全預警等級變量特征值及等級評定

2.1.4 預警結果與分析 由表3可知，2001—2010年新鄭市耕地生態(tài)安全預警等級總體上呈現(xiàn)不同等級的上升趨勢，表明新鄭市耕地生態(tài)安全水平不斷提高，等級變量特征值從2001年的3.386增加到2010年的3.686，耕地生態(tài)安全預警等級從Ⅲ級（預警）上升Ⅳ級（較安全），其中在2009年下降為3.678，2010年上升為3.686，與2008年基本持平，說明雖然新鄭市的耕地生態(tài)安全整體上向較安全發(fā)展，但近兩年仍然出現(xiàn)了不同程度的波動，這與新鄭市近年來經(jīng)濟快速發(fā)展以及航空港經(jīng)濟區(qū)建設有關。

新鄭市耕地生態(tài)安全預警等級的不斷上升，耕地生態(tài)安全預警指標的等級及其變化的影響起到至關重要的作用。

（1）由表3可知，2001—2010年，新鄭市耕地生態(tài)安全壓力指標預警等級總體呈現(xiàn)上升趨勢，從Ⅲ級（預警）上升為Ⅳ級（較安全），等級變量特征值由2001年的3.348到2010年的3.523。其中2003年在2001—2002年上升后出現(xiàn)了下降，甚至低于2001年，主要是由于人均日生活用水量在2002年減少到120.74 L，之后2003年突然增加到129 L，幾乎與2001年持平，人均耕地面積2003年出現(xiàn)減少，GDP增長率2003年增長到13%，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟比重在2003年出現(xiàn)大幅度下降，人口自然增長率在2002年降低后出現(xiàn)小幅上漲；2004—2008年逐漸上升為較安全（Ⅳ級），而2009—2010年雖然仍處于較安全（Ⅳ級），但出現(xiàn)了下降趨勢，主要是由于單位面積的化肥使用強度逐漸增加，單位面積地膜使用強度2008年開始下降后在2010年增加到6.371 kg/hm2。表明新鄭市耕地生態(tài)安全面臨的生態(tài)壓力、環(huán)境壓力、經(jīng)濟壓力和社會壓力仍有不斷增大的趨勢，主要是農(nóng)藥、化肥和地膜的使用強度對耕地的污染，GDP增長率的不穩(wěn)定，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟結構的調(diào)整，以及近兩年人口自然增長率的增加等對耕地生態(tài)安全所面臨的壓力有一定的制約作用。

（2）2001—2010年耕地生態(tài)安全狀態(tài)指標預警等級總體呈現(xiàn)上升趨勢，從Ⅲ級（預警）上升為Ⅳ級（較安全），等級變量特征值逐漸由2001年的3.40上升至2010年的3.747，表明耕地生態(tài)安全狀態(tài)在不斷得到改善，但是近兩年耕地墾殖率的降低，人均糧食產(chǎn)量的減少，建設用地面積的增加都應該加強重視，預防耕地生態(tài)安全的惡化。

（3）2001—2010年耕地生態(tài)安全響應指標預警等級整體呈現(xiàn)上升趨勢，從預警（Ⅲ級）上升為較安全（Ⅳ級），等級變量特征值逐漸由2001年的3.419上升至2010年的3.833。其中2004年、2006年、2009年的等級變量特征值相比上年都有微弱下降，主要是由于建成區(qū)綠地覆蓋率和第三產(chǎn)業(yè)占GDP的比重在2004年、2006年、2009年都出現(xiàn)了不同程度的下降，表明耕地生態(tài)安全響應指標的生態(tài)安全水平處于逐漸提高的趨勢，2003年以來對農(nóng)業(yè)投入的重視和農(nóng)業(yè)機械化技術的提高，人均綠地面積、污水處理等指標的逐漸重視，使得人均GDP、農(nóng)民人均年純收入得到不斷增加，對耕地生態(tài)安全的改善起到了很大的作用。

綜上所述，2001—2010年，新鄭市耕地生態(tài)安全壓力指標、狀態(tài)指標和響應指標均由Ⅲ級（預警）上升為Ⅳ級（較安全），新鄭市耕地生態(tài)安全預警等級也由Ⅲ級（預警）上升為Ⅳ級（較安全）；耕地生態(tài)安全響應指標在2003年已經(jīng)為Ⅳ級（較安全），說明在2003年開始新鄭逐漸重視耕地生態(tài)安全，但隨著耕地生態(tài)安全面臨壓力的不斷增加，新鄭市耕地生態(tài)安全開始上升緩慢，甚至在2009年出現(xiàn)小幅下降趨勢。因此，在加快新鄭市“三化協(xié)調(diào)”發(fā)展的過程中，應該重視新鄭市耕地生態(tài)安全面臨的壓力，如人均日生活用水量的減少、人均耕地面積、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟比重、人口自然增長率以及農(nóng)藥化肥地膜的污染等等，將來可能會影響并阻礙新鄭市耕地生態(tài)安全的提高，甚至造成耕地生態(tài)安全預警等級的下降。與此同時，還應該加強耕地質(zhì)量，合理調(diào)整土地利用結構，優(yōu)化資源配置，提高農(nóng)村經(jīng)濟社會發(fā)展，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的同時保證耕地生態(tài)安全。

2.2 障礙因子診斷

運用障礙度模型，計算出新鄭市耕地生態(tài)安全預警指標層障礙度（表4）和準則層障礙度（表5），并排序得出新鄭市耕地生態(tài)安全預警的主要障礙因子（表6）。

表4 新鄭市耕地生態(tài)安全預警指標層主要障礙因子障礙度及排序

表6 2001-2010年新鄭市耕地生態(tài)安全預警主要障礙因子出現(xiàn)的頻率

2.2.1 準則層障礙因子診斷 由表5可知，準則層指標對新鄭市耕地生態(tài)安全預警的障礙度及變化趨勢各不相同。從總體上看，耕地生態(tài)安全壓力指標障礙度總體呈現(xiàn)上升趨勢，耕地生態(tài)安全狀態(tài)指標障礙度總體呈現(xiàn)下降的趨勢，耕地生態(tài)安全響應指標障礙度基本穩(wěn)定，但也存在不同程度的上升或下降。其中因素層中生態(tài)壓力、環(huán)境壓力、環(huán)境狀態(tài)、社會響應均呈現(xiàn)上升趨勢；經(jīng)濟狀態(tài)、社會狀態(tài)、經(jīng)濟響應均呈現(xiàn)下降趨勢；生態(tài)狀態(tài)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。從障礙度數(shù)值上看，準則層中耕地生態(tài)安全壓力指標是最大的障礙度；因素層中環(huán)境壓力、經(jīng)濟響應始終是新鄭市耕地生態(tài)安全的最大障礙度。因此，要提高新鄭耕地生態(tài)安全，需要緩解環(huán)境污染對耕地的壓力，才能加快農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化的進程，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設。

2.2.2 指標層障礙因子診斷 由表4和表6可知，2001—2010年新鄭市耕地生態(tài)安全預警指標主要障礙因子是地均化肥使用強度v4，耕地復種指數(shù)v16，人均糧食產(chǎn)量v21，城市化水平v11，耕地墾殖率v13，人口自然增長率v12，人均水資源量v1，地均地膜使用強度v6，第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重v29，農(nóng)民人均年純收入v28，人均GDPv27，經(jīng)濟密度v9，建設用地增加率v22，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟比重v8，未利用土地比重v17，農(nóng)電集約度v19，建成區(qū)綠地覆蓋率v24。

2001—2007 年地均化肥使用強度v4是新鄭市耕地生態(tài)安全最大的障礙因子，耕地復種指數(shù)v16，人均糧食產(chǎn)量v21，城市化水平v11，耕地墾殖率v13，人口自然增長率v12，人均水資源量v1，地均地膜使用強v6，第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重v29，農(nóng)民人均年純收入v28，人均GDPv27和地均化肥使用強度v4出現(xiàn)的頻率相同。除了農(nóng)民人均年純收入v28，人均GDPv27外，2008—2010年耕地復種指數(shù)v16，人均糧食產(chǎn)量v21，城市化水平v11，耕地墾殖率v13，人口自然增長率v12，人均水資源量v1，地均地膜使用強度v6，第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重v29和地均化肥使用強度v4仍然是主要的障礙因子，表明隨著城鎮(zhèn)化進程的加快，作為糧食主產(chǎn)區(qū)新鄭市的糧食產(chǎn)量、人口增長、產(chǎn)業(yè)結構的合理布局以及造成的環(huán)境污染和水資源大幅度下降都成為新鄭市耕地生態(tài)安全的主要影響因素。

2008年農(nóng)業(yè)經(jīng)濟比重v8成為新鄭市耕地生態(tài)安全最大的障礙因子，到2009年和2010年未利用土地比重v17和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟比重v8成為新鄭市耕地生態(tài)安全主要的障礙因子。表明2008—2010年，新鄭市的未利用地比重和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟比重逐漸成為新鄭市耕地生態(tài)安全的主要障礙因子，因此，調(diào)整優(yōu)化土地利用結構和產(chǎn)業(yè)結構，不斷提高糧食綜合生產(chǎn)能力成為目前“三化協(xié)調(diào)”發(fā)展的主要調(diào)控對象。

綜上所述，制約新鄭市耕地生態(tài)安全的主要障礙因子是地均化肥使用強度、耕地復種指數(shù)、人均糧食產(chǎn)量、城市化水平、耕地墾殖率、人口自然增長率、人均水資源量、地均地膜使用強度、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟比重、未利用土地比重。

3 結論與討論

利用建立的PSR-EEES預警指標體系和改進變權物元可拓模型，對新鄭市2001—2010年耕地生態(tài)安全預警進行分析，得到2001—2010年新鄭市耕地生態(tài)安全預警等級呈現(xiàn)上升趨勢，從Ⅲ級（預警）上升為Ⅳ級（較安全）；新鄭市耕地生態(tài)安全壓力指標、狀態(tài)指標和響應指標均由Ⅲ級（預警）上升為Ⅳ級（較安全）。等級變量特征值從2001年的3.386增加到2010年的3.686，耕地生態(tài)安全水平不斷提高，但是2009—2010年耕地生態(tài)安全壓力指標的下降使得預警等級的增速變緩，表明耕地生態(tài)安全仍面臨威脅，仍需加強預防和保護力度，減輕耕地生態(tài)壓力，防范進一步惡化的風險，保證耕地生態(tài)安全水平。

通過對障礙因子的診斷可知，準則層中新鄭市耕地生態(tài)安全壓力指標是最大的障礙度；因素層中環(huán)境壓力、經(jīng)濟響應始終是新鄭市耕地生態(tài)安全的最大障礙度。新鄭市耕地生態(tài)安全預警指標中主要障礙因子是地均化肥使用強度、耕地復種指數(shù)、人均糧食產(chǎn)量、城市化水平、耕地墾殖率、人口自然增長率、人均水資源量、地均地膜使用強度、第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟比重、未利用土地比重。因此，目前在“三化”協(xié)調(diào)發(fā)展的同時，仍需要節(jié)約和集約利用土地為核心，科學用地，提高土地利用的效率和效益，轉變土地利用方式，優(yōu)化土地利用布局，提高耕地質(zhì)量和產(chǎn)能；深化結構調(diào)整，引導和促進經(jīng)濟增長方式的轉變，優(yōu)化資源配置，控制水資源總量的用量和污染，加強對耕地退化、耕地污染的防范與治理，改善耕地生態(tài)環(huán)境，提高耕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，保證耕地生態(tài)安全。

通過變權理論和物元可拓模型的改進構建耕地生態(tài)安全預警模型，動態(tài)分析了新鄭市耕地生態(tài)安全預警等級和預警指標的預警等級，提出主要障礙因子對耕地生態(tài)安全預警未來發(fā)展的影響。但是在構建指標體系時，由于數(shù)據(jù)的難以獲取和局限性，在指標的選取方面仍存在不足和缺陷；經(jīng)典域目前沒有統(tǒng)一的標準，在制定的過程中必定會存在一定的主觀性，而這些不足都會導致預警結果的偏差，因此需要進一步研究并改善。文章僅從時間上對新鄭市耕地生態(tài)安全預警進行研究，空間上的研究以及預警系統(tǒng)的建立將是今后進一步研究和探討的方向。

[1]張利，陳影，王樹濤，等.濱海快速城市化地區(qū)土地生態(tài)安全評價與預警：以曹妃甸新區(qū)為例[J].應用生態(tài)學報，2015，26（8）：2445-2454.

[2]Tian J，Gang G.Research on regional ecological security assessment[J].Energy Procedia，2012，16：1180-1186.

[3]Han B，Liu H，Wang R.Urban ecological security assessment for cities in the Beijing—Tianjin—Hebei metropolitan region based on fuzzy and entropy methods[J].Ecological Modelling，2015，318：217-225.

[4]Liang P，Liming D，Guijie Y.Ecological security assessment of Beijing based on PSR model[J].Procedia Environmental Sciences，2010，2：832-841.

[5]Hua Y E，Yan M A，Limin D.Land ecological security assessment for Bai autonomous prefecture of Dali based using PSR model-with data in 2009 as case[J].Energy Procedia，2011，5：2172-2177.

[6]趙文暉，楊偉州，王利香，等.基于可拓優(yōu)度評價模型的耕地生態(tài)安全評價：以保定市為例[J].河南農(nóng)業(yè)科學，2015，44（2）：60-65.

[7]Li X，Tian M，Wang H，et al.Development of an ecological security evaluation method based on the ecological footprint and application to a typical steppe region in China[J].Ecological Indicators，2014，39：153-159.

[8]蔡銀鶯，羅成.江漢平原耕地資源生態(tài)安全狀況及空間集聚格局[J].華中農(nóng)業(yè)大學學報：社會科學版，2015（5）：110-120.

[9]蔡文，楊春燕，林偉初.可拓工程方法[M].北京：科學出版社，1997：202-209.

[10]李泓澤，郭森，唐輝，等，基于改進變權物元可拓模型的電能質(zhì)量綜合評價[J].電網(wǎng)技術，2013（03）：653-659.

[11]Wu G C，Niu X.Application of an evaluation model based on Punishing variable weight for early warning of land ecological security[J].Resources Science，2010，32（5）：992-999.

[12]張曉平.基于貼近度的模糊綜合評判結果的集化[J].山東大學學報：理學版，2004，39（2）：25-29.

[13]王金南，吳舜澤.環(huán)境安全管理：評估與預警[M].北京：科學出版社，2007.

[14]榮聯(lián)偉，師學義，高奇，等.黃土高原山丘區(qū)土地生態(tài)安全動態(tài)評價及預測[J].水土保持研究，2015，22（3）：210-216.

[15]周彬，鐘林生，陳田，等.基于變權模型的舟山群島生態(tài)安全預警[J].應用生態(tài)學報，2015，26（6）：1854-1862.

[16]張銳，鄭華偉，劉友兆.基于PSR模型的耕地生態(tài)安全物元分析評價[J].生態(tài)學報，2013，33（16）：5090-5100.

Study on Early-warning of Cultivated Land Ecological Security in Xinzheng City

ZHANG Qiuxia1，ZHANG Hebing1，LIU Wenkai2，LIU Yizhen3
（1.School of Surveying and Land Information Engineering，He′nan Polytechnic University，Jiaozuo，He′nan454000，China；2.North China University of Water Resources and Electric Power，Zhengzhou450046，China；3.Map Institute of He′nan Province Zhengzhou450008，China）

Early warning of cultivated land ecological security is greatly helpful for the cultivated land ecological security situation and food security.Taking the major grain-producing area of Xinzheng City in He′nan Province as the research object，we constructed an evaluation index system of cultivated land ecological security early-warning by employing the Pressure-State-Response（P-S-R）conceptual framework model and Ecological-Environment-Economy-Society（E-E-E-S）framework model.Introducing variable weight theory to determine the weights of all rating indices，the early-warning level of cultivated land ecological from 2001 to 2010 in Xinzheng City of He′nan Province was calculated based on improved matter-element extension model，and concluded main obstruction factors which were relevant with cultivated land ecological security by using disorder degree model.The results indicated that the overall level of cultivated land ecological security presented an upward trend from ‘early warning’to‘relative security’in Xinzheng City from 2001 to 2010.The early-warning values of cultivated land ecological secutrity was appeared to the downward trend from 2009 to 2010 although level characterized as‘relative security’.The key obstacles for further improvement of cultivated land ecological security of Xinzheng City included fertilizer load per unit of cultivated land，the multiple cropping index of cultivated land，per capita output of grain，urbanization，land reclamation rate，population growth rate，per capita possession of water resources，mulch load per unit of cultivated land，the proportion of the tertiary industry in the gross domestic product，the proportion of the agricultural economy，the proportion of unused land.These factors are the focus to be improved in terms of cultivated land ecological security of Xinzheng City in the future.

cultivated land ecological security；obstacle degree；matter-element extension model；Xinzheng City

F323.22

A

1005-3409（2017）01-0256-09

2016-04-25

2016-06-20

國土資源部公益性行業(yè)科研專項“河南省典型區(qū)高標準基本農(nóng)田建設技術及應用”（201411022）

張秋霞（1985—），女，河南濟源人，博士研究生，研究方向為礦區(qū)土地復墾與生態(tài)重建。E-mail：zqx307784104＠163.com