烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全評價

付萬年,蒲春玲,劉金芝，田 恬

(1.新疆農業大學管理學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農業大學經濟社會發展研究中心，新疆 烏魯木齊 830052；3.西南大學資源環境學院，重慶 400715)

【研究意義】生態安全的概念一般認為，是一個國家或地區的生態環境資源狀況不受或少受來自資源和生態環境的制約與威脅的狀態[1]。對生態安全的內涵存在著廣義和狹義的理解，廣義的生態安全包括自然生態安全、經濟生態安全和社會生態安全；狹義的生態安全包括自然和半自然的生態系統的安全[2-4]。耕地占補平衡生態安全指一定時空范圍內，土地生態系統能夠保持其結構和功能不受或少受威脅的狀態，同時，土地生態系統為人類提供服務的質量和數量能夠持續滿足人類生存和發展的需求，從而達到土地環境、社會和經濟復合體的長期協調發展[5]。【前人研究進展】對于耕地生態安全評價指標體系的構建，目前國內學者主要分為從影響因素和利用理論模型兩方面來構建。影響因素的指標體系構建有從自然、經濟和社會3個方面來構建的[6]，有從直接因素、間接因素和社會因素3個方面來構建的[7]。理論模型構建指標體系的研究一般借助DPSIR模型構建[8]、PSR模型[9]、集對分析(SPA)模型[10]。由于耕地占補平衡的生態安全評價指標具有復雜性和不確定性，并且各個指標間對生態安全的影響呈非線性關系。因此，對生態安全的研究不只是計算綜合分值來進行評價,還應考慮多重因素的影響。【本研究切入點】建立以數量為基礎，產能為核心的新機制，改進耕地占補平衡管理方式；以“算大帳”的方式落實占一補一、占優補優、占水田補水田等措施；改變耕地方式，控制成片未利用地的開發，保護生態環境；完善工作機制和手段，確保能完成“十三五”時期的補充耕地任務，加大督查力度，高效做好補充耕地工作。【擬解決的關鍵問題】建立科學合理的評價指標體系，對烏魯木齊市耕地占補平衡情況從生態安全角度進行評價和分析。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

烏魯木齊市位于亞歐大陸腹地，天山山脈北部，天山西段與東段結合部的北麓，準格爾盆地南部，毗鄰中亞各國。東接吐魯番市，西以頭屯河和昌吉市為界，南臨南山礦區，北達博格達山脊。地處東經86°37′33″～88°58′24″，北緯42°45′32″～45°00′00″。屬中溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫7.4 ℃，年降水量24.8 mm，年平均日照時數248.9 h。山區氣候垂直變化明顯，自然坡度12 ‰～15 ‰。海拔680～920 m，市區平均海拔 800 m。太陽輻射資源豐富，光照時間長。市域面積有14 216.3 km2，轄7區1縣，2015年人口為266.83萬人，其中城鎮人口有245.35萬人，農業人口有21.48萬人，城鎮化率達到91.95 %，實現社會生產總值26 316 398萬元，完成社會固定投資17 083 873萬元。2015年，人均耕地面積達到296.52 m2，同比上年增加2.77 %，占農用地面積5.32 %，占建設用地面積0.62 %，與其他土地面積比為5.62 %。

1.2 研究方法

運用熵權物元模型來對烏魯木齊市2005、2010、2015、2020年耕地占補平衡生態安全做出評價并分析。按照物元分析中步驟，確定生態安全物元、經典域和節域、待評價物元和關聯函數，最終計算出綜合關聯度，確定評價等級。

1.3 數據來源

本研究中單位面積耕地糧食產量、農民人均純收入、GDP增長率、人口密度等人地關系因素和綠化覆蓋率、單位耕地化肥使用量、單位耕地農藥使用量、工業廢水排放達標率、工業固體廢物綜合利用率等生態因素來源于《烏魯木齊市統計年鑒》和《烏魯木齊市國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》；人均耕地面積、耕地增加面積、農用地面積和建設用地面積來源于《烏魯木齊市國土資源公報》。烏魯木齊市2020年的耕地因素數據主要來源于《烏魯木齊市土地利用總體規劃(2006-2020)》相關成果，人地因素和生態因素相關數據是依據現有的數據進行線性回歸模型的預測。

2 結果與分析

2.1 構建耕地占補平衡生態安全評價指標體系

本研究根據烏魯木齊市的情況，從生態建設指標中選取了與耕地占補平衡相關的人地關系因素、生態環境因素和耕地占補平衡因素共18項指標構建評價指標體系，結合烏魯木齊歷年各指標量值，利用信息熵法計算出各指標權重，結果見表1。

2.2 確定烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全等級的物元集合

2.2.1 確定經典域 根據已有數據資料和耕地占補平衡的可拓性，將烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全狀況劃分為4個等級，十分安全、安全、較安全、不安全，分別用N1、N2、N3、N4表示。烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全評價中的經典域即各安全等級關于對應特征所取的數據范圍。經典域的確定通過問卷、專家打分以及《綠色發展指標體系》和《生態文明建設考核目標體系》作為參考標準。

烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全的經典域物元可表示為R0j=(N0j,Ci,X0j)。式中R0j表示經典域物元,N0j表示所劃分的j個生態安全等級(j=1,2,3，…，n)；Ci表示生態安全等級N0j的特征，即評價指標；X0j分別為N0j關于Ci所規定的量值范圍，即各生態安全等級關于對應特征所取的數據范圍——經典域。烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全經典域物元矩陣見圖1。

2.2.2 確定耕地占補平衡生態安全節域 節域的確定參考定義域的確定方式，烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全的節域物元可表示為Rp=(P,Ci,Xp)。其中，P表示生態安全評價等級的全體，Xp為p關于Ci所取的量值范圍，即評價指標的取值范圍(圖2)。

2.2.3 確定烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全待評價物元 將收集到的烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全評價指標數據用物元表示R0=(Np,Ci,Xi)。R0為烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全待評價物元，式中Np表示待評價年份；Xi為待評價年份關于指標的量值，即待評價年份評價所得的具體數據(圖3)。

圖2 烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全節域物元Fig.2 The controlled-field matter-element of cultivated land requisition-compensation balance ecological security in Urumqi

2.3 確定耕地占補平衡生態安全關聯函數和關聯度

根據物元模型中距的定義，計算點到區間的距離：

(i=1,2,3,…，n)

(1)

(i=1,2,3,…，n)

(2)

式中，p(Xi,Xp)為點X與對應特征向量的有限區間

的距離，即待評價指標與經典域之間的絕對距離。p(Xi,Xp)為點X與特征向量節域的有限區間的距，即待評價指標與節域之間的絕對距離。

烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全指標關聯函數為：

(3)

根據已確定的4個年份的指標，代入到公式(1)、(2)、(3)中，可以得出各個年份相對應的評價等級的關聯度。以2005年C1指標(人均耕地面積)為例，將指標值271.97代入公式，可以得出：K1=-0.36、K2=-0.11、K3=0.10、K4=-0.24，所以2005年人均耕地面積屬于N3，較安全。照此計算，可以得出各個年份各個指標的安全度(表2)。

2.4 計算出耕地占補平衡生態安全評價等級

根據表1各個指標值的權重和各個年份的關聯度計算結果，代入到公式(4)，可以求出烏魯木齊市所有指標的綜合關聯度。再用公式(5)判斷關聯度屬于的生態安全等級，結果見表3。

(4)

Kj0=maxKj(p0)

(5)

3 小 結

本文應用熵權物元模型對烏魯木齊市2005、2010、2015、2020年 4年的耕地占補平衡生態安全情況進行了定量分析。從結果可以看出，2005、2010、2015年耕地占補平衡生態安全程度均為安全，2020年耕地占補平衡生態安全程度為較安全。可見，烏魯木齊市整體耕地占補平衡過程中對于生態的重視程度較低，按照土地利用總體規劃的要求，到2020年烏魯木齊市耕地占補平衡中生態安全程度有所提升。在2005-2015年間，從耕地因素看，烏魯木齊10年間正處于城市經濟發展迅速時期，耕地與農用地面積持續減少，占建設用地面積比例也有在下降。但是單位面積耕地糧食產量在經濟發展中有所提升，可以推測出是生產技術水平的提升帶動了糧食產量。人地關系因素中，固定資產投資總額度和GDP增長率以及第一產業產值年增長率卻始終處于平穩水平，是限制烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全的主要因素。生態因素方面，綠化覆蓋率、單位耕地化肥使用量和單位耕地農藥使用量對于耕地占補平衡生態安全的影響已經逐漸由不安全或者安全上升到較安全和安全程度，化肥和農藥的使用的降低是對生態安全更為有利。工業固體廢物利用率和污水的集中處理率生態安全程度均有所提升，可以看出，在十年的發展中，耕地占補平衡中對于生態的保護已有所加強，生態因素對耕地占補平衡生態安全的影響基本上處于積極作用。從2020年預測的各項指標來看，烏魯木齊市耕地占補平衡無論是從數量還是質量都有所提升；人地關系因素中無論是農民人均純收入增長率、GDP增長率還是第一產業產值已經提升至安全狀態；生態因素整體均有穩步提升，各項指標均已提升至安全或十分安全狀態。

圖3 烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全評價值Fig.3 Evaluation on the ecological security of cultivated land occupation and compensation balance in Urumqi

關聯度Relevancy耕地占補平衡生態安全等級Occupation of farmland balance ecological security grade2005年2010年2015年2020年K1較安全安全安全較安全K2十分安全十分安全安全不安全K3較安全安全不安全安全K4十分安全十分安全安全不安全K5安全較安全安全不安全K6較安全安全較安全十分安全K7不安全不安全安全安全K8較安全安全安全安全K9較安全安全安全安全K10較安全安全安全安全K11不安全不安全較安全較安全K12安全較安全十分安全十分安全K13不安全不安全十分安全十分安全K14較安全安全安全安全K15安全較安全較安全較安全K16安全較安全安全安全K17較安全安全十分安全十分安全K18不安全不安全十分安全十分安全

表3 烏魯木齊市耕地占補平衡生態安全等級

4 討 論

對于烏魯木齊市耕地占補平衡的生態安全評價，本研究中仍存在一些不足。首先，反映耕地占補平衡的生態安全指標的選取。由于目前尚無標準的評價指標，再加上對生態安全影響的因素的多樣性和復雜性，所以本文并沒有對所有相關因素進行定量分析。其次，運用物元模型過程中，經典域和值域的選擇問題。由于當前的準則和指標設定中只有標準值，并無范圍區間。因此，耕地占補平衡過程中各級指標區域的制定和生態安全的指標體系的建立，以及各指標的量化和影響度確定的問題仍是本文今后需要進一步研究的問題。