南寧市農業生態安全評價及障礙因子診斷

王政強 唐世斌 黃宇超,2 許瑋,2 黃小華,2 左德坤

（1. 廣西大學林學院 廣西南寧 530004；2. 廣西壯族自治區國有七坡林場 廣西南寧 530225；3. 東北林業大學園林學院 黑龍江哈爾濱 150006）

農業生態安全作為中國生態安全的重要組成部分，是指農業自然資源和生態環境處于一種健康、平衡、不受威脅的狀態[1]，生態安全是城市生態文明建設的主要目標，也是社會可持續發展的根本基礎[2]。近年來，鑒于城鎮建設和人類活動的無序擴張，城市資源環境約束力不斷加大[3]，農業用地面臨著環境破壞、資源短缺、生態惡化等問題，對農業生態系統的安全性與穩定性構成極大威脅。隨著國土空間規劃及北部灣城市群建設“十四五”方案的實施，南寧市作為北部灣城市集群的中心城市，無序的城市建設規模擴增必然會對農業生態環境產生制約，農業生態安全問題日趨嚴峻，因而，對南寧市農業生態安全進行綜合評價，有助于推動區域綠色農業發展和生態文明建設。

農業生態問題一直是各相關領域學者研究的熱點。目前，學者們對農業生態安全的研究多著眼于對策研究[4]、生態安全指數[5]、土地利用[6]等方面，生態安全評價的現有研究內容、空間尺度十分廣泛，研究體系十分完整，各領域的學者研究主要集中在指標體系構建[7-9]、影響因子分析[10-13]、多尺度視角[14-17]、模型方法構建[18-20]等方面。

南寧市作為北部灣城市集群的重要生態空間[21]，隨著黨的十九大生態文明建設和國家生態安全屏障戰略的提出，為南寧市農業發展以及轉型升級提供了難得的機遇。鑒于此，本文采用PSR—熵權TOPSIS模型對2000—2020年南寧市農業生態安全進行評價分析，審視南寧市農業生態安全演變情況并進行障礙因素分析，以期為南寧市實現農業可持續發展、推進供給側結構性改革和加快農業轉型升級提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 研究區概況南 寧 市（22°12′-24°2′N,107°18′-109°38′E）位于廣西壯族自治區南部，是廣西首府和北部灣城市群核心城市，下轄12個區（縣），總面積22 112 km2，地形是以邕江延伸的廣大河谷為中心的盆地形態，南、北、西3個方向均有山地圍繞。南寧屬亞熱帶季風氣候，氣候濕潤、日照充足，年均溫度為21.6℃，水系發達，是傳統的灌溉農業區以及國家重要的亞熱帶水果基地、糧食基地。2020年，南寧市全年地區總產值為4 726.34億元，年末常住人口875.85萬人，城鎮化率達到68.79%，人均GDP為59 729元，農林業發展水平較高，其中農業總產值為577.44億元，農作物播種面積達97.61萬hm2，全年糧食產量209.28萬t。

1.1.2 數據來源本研究涉及土地、資源、人口、經濟、環境等數據。相關的指標數據主要來源于2010—2020年的《南寧統計年鑒》《廣西統計年鑒》，2010—2020年南寧市國民經濟和社會發展統計公報、南寧市環境狀況公報、南寧市農業發展統計公報等作為補充。

1.2 方法

1.2.1 指標體系（1） 指標體系構建 采用PSR模型[22]，并根據以往學者對農業生態環境和生態安全評價體系的研究為參考[23-25]，從農業生態安全壓力、農業生態安全狀態、農業生態安全響應3個方面，選取具有代表性的22個評價指標來構建南寧農業生態安全評價指標體系（表1）。

表1 南寧市農業生態安全評價指標體系

（2）數據標準化處理 采用極差法對指標數據進行標準化處理。計算公式為：

式中，xij指第j項指標第i年的指標值；x’ij為標準化后的值，maxxij和minxij分別表示第i個樣本的第j項指標的最大值和最小值。

（3）指標權重確定 采用熵權法[26]進行計算以確定指標權重，計算公式為：

式中，Pij表示待求的第j個影響因子向量中的第i個值所占該影響因子的概率，其中Pij=xij/Σxij；ej為第j項指標的熵值，ln為自然對數；dj為第j項指標的差系數其中（dj=1-ej），其中Wj為各指標的權重，m為指標總數。

1.2.2 熵權TOPSIS模型運用TOPSIS法[27]計算目標與正、負理想解的偏離和靠近度來研究生態安全變化趨勢，為增強矩陣客觀性，結合熵權法對TOPSIS模型進行改進，對南寧市農業生態安全進行測度評價。相關計算過程見公式（5）～（10）。

（1）基于熵權的評價矩陣構建：

（2）正負理想解確定

令Y+為最偏好的方案（正理想解），Y?為最不偏好方案（負理想解），計算公式為：

（3）距離計算 選用歐式距離法，分別計算每個指標向量到正理想解的距離Dj+和負理想解的距離計算公式為：

（4）與理想解的貼近度計算：

依據本研究，指標貼進度值越大，該年份地農業生態安全狀況越好，反之則越差，其中0

表2 南寧市農業生態安全評價等級標準

1.2.3 障礙因子診斷模型采用障礙因子診斷模型[31]，分別對準則層與指標層指標進行障礙度測算，分析南寧市農業生態安全狀況的主要障礙因素。計算公式如下：

式中，Fij為因子貢獻度，即wj*v，其中wj為各項指標層權重，v為準則層權重；Pij表示指標偏離度，即Pij=1?xij；Oij為指標層障礙度；Uij為準則層障礙度。

2 結果與分析

2.1 南寧市農業生態安全現狀分析

2.1.1 農業生態安全整體狀況根據以上數據和方法，計算出2010—2020年南寧市農業生態安全壓力、狀態、響應指數及生態安全綜合評價指數（表3）。從圖1可以看出，農業生態安全等級基本上都處于Ⅱ級，生態安全為較危險狀態，僅有2010、2011年指標貼進度高于0.4，處于Ⅲ級。整體上，2010—2015年農業生態安全評價指數由0.477 3下降至0.301 3，由臨界安全狀態降至較危險狀態；2016—2020年呈現先下降后上升趨勢，但整體上仍處于較危險狀態，且2018年生態安全指數呈現極低值0.250 7。

表3 南寧市農業生態安全綜合指數

2.1.2 各子系統變化狀況（1）農業生態安全壓力變化 由圖1~3可知，整體來看，2010—2020年南寧市壓力層面農業生態安全整體狀況呈現下降趨勢。具體來看，D+數值波動增加，偏離正理想解，D?數值逐漸減少，趨近負理想解，指標貼近度T由2010年的0.731 3下降為2020年的0.245 8，壓力層面農業生態安全等級由Ⅳ級降為Ⅱ級，生態安全狀況由較安全下降至較危險。2000—2015年壓力指數層處于下降狀態，評價指數由較安全下降為臨界狀態最后至較危險狀態；2016—2020年指數雖然有上下波動，但整體上仍然處于下降狀態，基本位于較危險等級。這一階段南寧市人口密度一直處于較高的水平，由301.26人/km2增至395.82人/km2人地矛盾加劇，并且伴隨南寧市經濟建設力度與城市規模加大，建設用地不斷擴張、城鎮化率逐年增加以及農藥施用強度等指標增大了農業生態安全所承受的壓力。

（2）農業生態安全狀態變化 由圖1~3可知，2010—2020年南寧市狀態層面農業生態安全整體狀況呈現波動式下降趨勢，其中，正理想距離D+數值先上升后下降，向正理想解先偏離后靠攏，負理想距離D?數值增大，遠離負理想解。指標貼近度由2010年的0.450 9下降至2020年的0.340 8，狀態層面農業生態安全等級由Ⅲ級降為Ⅱ級，生態安全狀況由臨界安全下降至較危險。2000—2015年狀態指數層呈現先增長后穩步下降狀態，評價指數臨界狀態下降至較危險狀態；2016—2020指數層出現3個變化，2016—2017年指數有反彈上升趨勢，但2018年又呈現出極低值，2019—2020年則呈現出較為穩步的上升趨勢，但生態狀態等級基本處于臨界安全狀態。主要是因為南寧市本身生態基底良好，森林資源豐富，森林覆蓋率達45%以上。但一方面由于城鎮建設發展，出現建設用地掠奪農業用地，又會在城市其余地方將占用的農用地給補回來的情況，因而有效灌溉面積、單位面積糧食產量和土地墾殖率均會有所變化；另一方面受自然災害的影響，農作物成災率不穩定，致使農業生態安全處于波動變化狀態。

圖1 南寧市農業生態安全指數動態變化

（3）農業生態安全響應變化。由圖1~3可知，2010—2020年南寧市響應層面農業生態安全整體狀況呈現穩步上升趨勢，其中，正理想距離D+數值先上升后下降，逐漸傾近于正理想解，負理想距離D?數值增大，逐漸脫離負理想解。指標貼近度由2010年的0.176 9上升至2020年的0.516 4，響應層面農業生態安全等級由Ⅰ級升為Ⅲ級，生態安全狀況由危險上升至臨界安全。該階段經濟朝向高質量高水平方向發展，產業結構不斷完善，減少了農業發展對土地的過度損耗以及工業發展對生態環境造成的污染破壞；另一方面，“十四五規劃”制定以來，南寧市生態文明建設和三農工作成效顯著，南寧市農民人均純收入由5 005元增至16 130元，建成區綠化覆蓋率由40.36%增至41.1%，農業機械化程度也不斷提高，截至2020年農業機械總動力達到495萬kW。

2.2 障礙因子診斷分析

根據障礙因素診斷計算，得出南寧市2000—2020年農業生態安全準則層障礙度及障礙因子，按照大小順序篩選出主要指標，具體如圖4、表4所示。

圖2 正理想距離D+動態變化

圖3 負理想距離D?動態變化

南寧市準則層3個子系統對其農業生態安全的阻礙度略有不同（圖4），2010—2012年南寧市農業生態環境壓力系統的障礙度呈現波動性上升趨勢，并于2012年達到峰值35.2%，2013—2020年障礙度偶有波動但整體呈現下降趨勢。農業生態環境狀態系統的障礙度，由2010年30.87%上升至2020年51.98%，整體呈現波動式上升。農業生態環境響應系統的障礙度分為2個階段，2010—2017呈現上升狀態，2017年達到峰值44.42%后陡然下降至2020年的22.86%?！笆濉彪A段，整體上響應系統障礙度>狀態系統障礙度>壓力系統障礙度，說明對南寧市農業生態安全的威脅性逐步減弱，“十三五”后狀態系統的障礙度逐步成為主導因素。

圖4 南寧市農業生態安全準則層障礙度變化趨勢

選取每年障礙度排名前10的指標作為南寧市農業生態安全的主要障礙因子（表4）。

表4 南寧市農業生態安全障礙因素排序 單位：%

其中，第三產業占GDP比重在2010—2017年一直占據障礙因子主要位置，2018年退至第8位，而后逐漸退出主要障礙因子行列，人口密度與城鎮化率在2010—2015基本保持在8、9位，2016年以后不再作為主導因子，農業總產值與農民人均純收入均出現類似情況，說明十三五規劃以后，南寧市作出相應一系列農業生態發展政策的調整，經濟因素逐漸不再是影響農業生態安全的主要障礙因素。人均耕地面積在2016年以后逐漸成為主要障礙因子，化肥施用強度和耕地復種指數在研究期間內基本處于前10，農作物成災率和年均降水量則在整個期間內反復出現，說明農業生態環境所面對的壓力是屬于長期存在的障礙因子，需要采取持續性的措施加以解決。有效灌溉面積在整個研究期間內基本處于前3的位置，2018—2020年才開始有下降的趨勢，2010—2020年，單位面積糧食產量和土地墾殖率等指標的阻礙度總體呈現下降趨勢，但仍然位于前10位，說明“十二五”以來，南寧市加快了集約型經濟的步伐，但是對土地資源利用仍然不合理，致使土地資源利用程度較低。因此，要在保持南寧市農業優勢的基礎上，減少對環境的破壞，并要不斷調整優化產業結構。

3 討論與結論

3.1 討論

人與生態環境協調發展一直是研究熱點話題。本研究選取2010—2020年的南寧市作為研究對象，結合城市建設發展特征分析農業生態安全狀況，為國土空間規劃、區域綠色農業發展和生態文明建設提供理論依據，對農業安全和可持續發展具有重要理論意義和借鑒價值。同時農業生態安全評價是項復雜的系統工程，涉及較多方面的因素，考慮到數據的準確性、可獲得性以及可操作性，構建指標體系時未能納入部分指標，因而并不能完全反映南寧市農業生態環境狀況，研究結果可能會存在一定的誤差，有待進一步優化；適當延長時間跨度，能更準確地反映農業生態安全的變化趨勢；研究方法上還需深入探討出更科學合理的系統方法。

3.2 結論

本研究采用PSR模型構建南寧市農業生態安全評價指標體系，結合熵權法和TOPSIS模型分析了2010—2020年南寧市農業生態安全變化狀況，并結合評價結果構建障礙因子模型判定影響南寧市農業生態安全的主要障礙因素。結論如下：2010—2020年農業生態安全評價指數由0.477 3下降至0.365 8，其生態安全等級由臨界安全至較危險；從子系統來看，壓力系統、狀態系統、響應系統的安全指數，2010—2018年期間整體呈現下降狀態，2019以后才略有上升趨勢，表明南寧市農業生態安全狀況不容樂觀。

從因子障礙度來看，第三產業占GDP比重、農民人均純收入、化肥施用強度、耕地復種指數、有效灌溉面積、農作物成災率和土地墾殖率等是影響南寧市農業生態安全的主要障礙因子，從子系統障礙度來看，狀態準則層和響應準則層的障礙度總體呈上升趨勢，阻礙程度逐漸增強，這表明南寧市生態治理雖取得了一定的成效，生態環境得到改善。但是，農業生態安全狀況并未取得顯著成效，仍需從源頭入手，降低農業生產對生態環境的壓力，南寧市以后應合理利用土地資源、調整和優化產業結構以及加強農業科技力量和生態建設力度。