高標準農田建設背景下寧夏生態安全與糧食安全評價研究

摘" 要：該文以寧夏耕地斑塊為評價基準，開展生態安全評價和糧食安全評價。利用極差變換法和熵權法對數據進行預處理，再將處理后的結果運用二維關聯矩陣加以綜合，進行寧夏高標準農田建設分區。該研究結果顯示，寧夏生態安全級別存在著明顯的地域差異，南部區域的生態等級明顯高于中部和北部區域。糧食安全評價等級的空間差異也較明顯，整體分布不均衡，以二級、三級居多。寧夏高標準農田建設時序則包括近、近中、中、遠期建設的4種類型區，其耕地面積分別為16.59萬、42.66萬、59.01萬、58.88萬hm2。該研究結果為寧夏高標準農田的建設區域劃分及時序安排提供借鑒參考。

關鍵詞：生態安全評價；糧食安全評價；寧夏高標準農田建設分區；P-S-R模型；鄉村振興戰略

中圖分類號：F323" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2096-9902（2023）08-0044-06

Abstract： This paper takes the cultivated land patch in Ningxia as the evaluation benchmark to carry out ecological security evaluation and food security evaluation. The range transformation method and entropy method are used to preprocess the data， and then the processed results are synthesized by two-dimensional correlation matrix to partition the high-standard farmland construction in Ningxia. The results show that there are obvious regional differences in the level of ecological security in Ningxia， and the ecological level in the southern region is significantly higher than that in the central and northern regions. The spatial difference of the evaluation grade of food security is also obvious， and the overall distribution is uneven， mainly in the second and third levels. The time series of high standard farmland construction in Ningxia includes four types of areas： near， medium， medium and long-term construction， and the area of cultivated land is 165 900， 426 600， 590 100 and 588 800 hm2 respectively. The results of this study provide a reference for the regional division and timely arrangement of high-standard farmland construction in Ningxia.

Keywords： ecological security assessment; food security assessment; division of high-standard farmland construction in Ningxia; P-S-R model; rural revitalization strategy

當前我國正處于從傳統農業向現代農業過渡的關鍵時期，為了保障糧食安全，提高農產品產量，就必須建設高標準農田，大力實施“藏糧于地、藏糧于技”戰略。通過查閱相關文獻可知，國內許多學者認為，建設高標準農田可以改善生產條件和農民的生活水平，能夠有效增加糧食產量，使得農田灌溉變得方便起來，大大降低了耕種成本。現如今我國有關生態安全和糧食安全的研究主要采用AHP模糊綜合評價法[1]、耦合協調度模型[2]、AHP熵權物元評價模型[3]、四象限法[4]、理想點近似法[5]和局部空間自相關分析[6-7]等方法。目前限制性因子識別[8]、構建評價模型[9-10]、效益評價[11]和適宜性評價[12]的研究方法比較成熟，研究內容涉及面廣。從研究對象出發，學者們對糧食安全和生態安全開展不同空間范圍尺度下的省、市、縣或區的研究。寧夏生態安全和糧食安全評價主要停留在地級市空間范圍，而具體到縣域空間的研究較少，其基本農田建設時序和空間分布格局研究還較欠缺，本研究結果將為寧夏黃河流域生態保護和高質量發展先行區建設提供有力支撐，為寧夏高標準基本農田建設提供理論依據。

1" 研究區概況

寧夏深居西北內陸，屬于典型的大陸性半濕潤半干旱氣候區。氣候具有夏短秋長、干燥少雨，風大沙多，南寒北暖的特點。全區土地總面積為6.64萬km2，其中耕地總面積約177萬hm2，總人口約721萬（2021年）。截至2021年，全區建成高標準農田52萬hm2，其中北部引黃灌區建成溝渠縱橫、林路成網、野綠禾青、旱澇無虞的高標準農田33萬hm2；中部干旱帶建成以滴灌和水肥一體化為主的高效節水灌溉10.27萬hm2；南部山區結合小流域治理、水土保持和水源涵養，建設高標準旱作梯田8.73萬hm2[13]（圖1）。

2" 研究方法與數據來源

2.1" 數據來源

文中的地圖底圖來源于http：//bzdt.ch.mnr.gov.cn；數據來源于中國科學院地理科學與資源研究所（https：//www.resdc.cn/）；社會數據來源于2022年《寧夏統計年鑒》。

2.2" 研究方法

2.2.1" 構建寧夏生態安全評價指標體系

本文在參考相關文獻[14]的基礎上，主要采用P-S-R模型[14]，然后結合研究區的特點及相關影響因素構建寧夏生態安全指標體系，由壓力（Pressure）、狀態（State）和響應（Response）3個指標構成（表1）。

壓力指數（P）是指人們在不同的生產、生活活動中所引起的環境壓力。人口密度通常用來反映人口的稠密情況，近年來隨著人口增加，對資源的需求量逐漸增大，還會造成環境污染；本文單位耕地化肥負荷是指2021年寧夏農業生產實際使用化肥量與耕地面積之比。化肥施用量并不是越多越好，過多的化肥會導致土壤養分過剩，造成環境污染。

狀態指標（S）是指自然資源和環境所處的現狀。土地墾殖率是指某一區域的耕地比例，其值越高表明該區域的土地利用程度高，通常與自然條件、社會經濟條件緊密聯系起來；災害指數在本文中是指農作物受災面積占耕地面積的百分比，即受災面積越小，耕地受到的影響就越小，耕地的狀態就越好；森林覆蓋率與一個國家或區域的森林資源狀況有很大的關系，其森林覆蓋率越高，生態環境越好。

響應指標（R）指的是當人類在經受各種壓力時，需要采取的手段和方法。有效灌溉面積就是指較為平整的地塊、能提供較為干凈的水源、還能正常進行灌溉的耕地面積；環境污染治理投資包括治理廢水、廢氣、噪聲及其他的投資。

2.2.2" 構建寧夏糧食安全評價指標體系

糧食安全就是從只強調數量安全，能不能吃飽的問題，逐漸深入到關注獲取糧食的質量問題，即保證不管在什么時候都能獲得足夠的和有營養的食物[15-16]。本文結合糧食安全的影響因素，通過對相關文獻的梳理，從供給條件、獲取條件、保障條件和資源條件4個方面構建寧夏糧食安全評價指標體系（表2）。

供給條件包括糧食產量和糧食播種面積，其是保證糧食安全的根本，單位面積的糧食產量越高，就能供應更多的糧食，以此來保證糧食的安全。

獲取條件是指從糧食生產端到糧食消費端的獲取過程。集中連片程度表示耕地的集中程度，文中利用ArcGIS中的空間連接對其進行了分析，結果表明：空間連接越多，則說明集中連片程度越低，因此指標向性為負；人均糧食占有量是保障糧食安全的一個重要指標，而真正的糧食安全則要保證人民的生活需要。

保障條件是糧食安全的支撐條件。第一產業占比大，說明本地農業發展程度較高；生產力穩定性除了正值之外還有負值，當生產力穩定性為負值時，就表示生產力不穩定，負值越大生產力就越不穩定。

資源條件是保障糧食供給的前提。地形坡度是地表單元的陡緩程度，一般來說，坡度越大的地方越不適宜種植農作物；黏土是含砂粒很少、有黏性的土壤，適合種植如水稻、小麥等發育周期長的作物，只有土地資源條件好，糧食產量才能提高。

2.2.3" 指標數據標準化

指標標準化是最后進行綜合評價的重要步驟，標準化后產生的結果往往會對后續的結論產生非常重要的影響[17]，常見的處理方法一般為線性比例變換[18]、向量歸一化[19]、極差變換[20]等。由于每個數據指標量綱不同，所以不能進行比較，因此使用極差變換法對每個指標進行標準化。正向指標和負向指標的計算公式分別為

X正=（Xi－Xmin）/（Xmax－Xmin），" " （1）

X負=（Xmax－Xi）/（Xmax－Xmin），（2）

式中：Xi為第i指標的初始指標值；Xmin為最小值；Xmax為最大值。

通過對各評價指標進行標準化，其結果均在０～１之間。其中，０表示某一縣區的某一項指標和其他縣區的同一個指標相比，處于更差的狀態；１表示某一縣區的某一指標和其他縣區的同一指標相比，處于更佳的狀態。

2.2.4" 指標權重的確定

本文計算指標權重所用的是熵權法，其是一種客觀的賦權方法，該方法與主觀賦權法相比，克服了計算結果的不穩定性[21]。定義fij為標準化值占總標準化值的比重，則有

式中：m為縣區數；j為指標個數。最后根據公式（5）得出各指標的權重。

2.2.5" 二維關聯矩陣判斷分析

通過以上建立的評價指標體系，將評價的結果劃分為一級、二級、三級和四級，然后構建二維關聯矩陣[22]，見表3。其中，在一級區和二級區相比較時，結果以二級區為主，即為適宜建設區，在二級區和三級區比較時，結果以三級區為主，即為一般建設區，故當等級較高的區域和等級較低的區域相比較時，結果以等級低的區域為主。利用該方法使計算結果相對快速、清晰，可以更好地將評價結果進行整合，使其更加的簡單明了。

3" 結果與分析

3.1" 寧夏生態安全評價

在對研究區進行生態安全評價時，采用ArcGIS中的自然間斷點法進行分組，能夠最大程度地區分各類別間的差異，再分為一級、二級、三級和四級，一級區為最高，代表著生態環境好（圖2）。

由圖2（a）壓力條件可見，主要為一級區，分布在鹽池縣、同心縣、海原縣、原州區、隆德縣和涇源縣，占研究區總面積的42.85%。二級區零散分布在大武口區、沙坡頭區、西吉縣和彭陽縣。三、四級區集中鑲嵌分布在北部，是因為人口密度過高導致的，會對資源和環境帶來很大的壓力，與此同時，化肥的使用也不太合理，因此受壓力條件影響較大。

由圖2（b）狀態條件可見，呈南部較好，北部略差的特征，其中一級區主要分布在南部的西吉縣、海原縣、彭陽縣、原州區、隆德縣和涇源縣，占研究區總面積的26.02%，該區域土地墾殖率高，受災面積小，森林資源較為豐富。

由圖2（c）響應條件可見，呈空間零散分布，相比較其他區域，二級區分布較為集中。其中，一級區以沙坡頭區、靈武市和鹽池縣為主，耕地面積為29.83萬hm2，占研究區總面積16.84%，有效灌溉面積比重大，對環境污染的治理投入較高。

由圖2（d）寧夏生態安全等級分布來看，存在明顯的區域差異，南部地區的生態安全水平高于中部和北部地區。一級區主要分布在南部的海原縣、西吉縣、隆德縣、涇源縣和彭陽縣，耕地面積為71.76萬hm2，占研究區總面積的40.51%，該區域所受的壓力小，土地墾殖率高，因此綜合評分較高。二級區部分分布在一級區周圍，還有一小部分分布在北部的金鳳區，耕地面積為50.53萬hm2，占研究區總面積的28.53%，與一級區比起來，生態安全評分稍低，主要受森林覆蓋率較低的影響，但和三四級區相較依然具有較大的優勢。三級區零星分布在研究區北部的大武口區、賀蘭縣和靈武市，耕地面積為11.77萬hm2，占研究區總面積的6.64%，由于土地墾殖率較低，受自然災害影響較高，化肥施用量高，故生態安全評分較低。四級區絕大多數分布在北部，耕地面積為43.08萬hm2，占研究區總面積的24.32%，由于人口密度較大，環境污染投資治理占GDP比例較少，因此生態安全評分低。

3.2" 寧夏糧食安全評價

對研究區的糧食安全評價，分別得出了4個評價指標空間分布結果和綜合評價結果，采用ArcGIS中的自然間斷點法，將其劃分為一級、二級、三級和四級，劃分等級越高，也代表著糧食安全評價越好（圖3）。

由圖3（a）可見，供給條件相對較好，一、二級區集中鑲嵌分布于研究區中部、北部部分及南部部分區域，共占研究區評價面積的81.71%。該區域糧食單產較高。由圖3（b）可見，獲取條件的空間分布存在明顯的區域差異。一級區主要分布在賀蘭縣、青銅峽市、西吉縣和彭陽縣，占研究區評價面積的24.26%。該區域人均糧食占有率高，田塊集中度和連片度也高。由圖3（c）可見，保障條件一級區主要分布在研究區南部的西吉縣、彭陽縣、隆德縣和涇源縣，占研究區總面積的19.65%，該區域生產力穩定，農業發展水平較好。由圖3（d）可見，資源條件的一級區都集中分布在北部，占研究區總面積的11.08%，其中大部分為黃河流經的縣區，水資源豐富，地形坡度平緩，土壤條件良好，便于種植農作物。

從圖4可以看出，寧夏糧食安全的空間差異顯著，總體分布不均。一級區是糧食安全性最好的區域，耕地面積為31.63萬hm2，占研究區總面積的17.86%。分布在北部的平羅縣、永寧縣和青銅峽市，以及南部的西吉縣。該區域的糧食產量高，糧食作物播種面積大，田塊集中度和連片度高，生產水平高且生產力穩定。二級區分布在一級區周圍，耕地面積為68.92萬hm2，占研究區總面積的38.91%。因為受到資源條件的影響，地形坡度較大，糧食安全評價等級稍低于一級區。三級區與一二級區鑲嵌分布，耕地面積54.29萬hm2，占研究區總面積的30.65%。雖然該地區糧食產量較高，生產力相對穩定，但人均糧食占有量小，受到地形坡度影響較大，故糧食安全評價等級較低。四級區分布在研究區的鹽池縣，耕地面積15.80萬 hm2，占研究區總面積的8.92%。該區域的糧食生產不穩定，集中連片程度低，糧食安全等級低。

3.3" 高標準農田建設分區

根據《自治區人民政府關于寧夏高標準農田建設規劃（2021—2030年）的批復》，通過構建二維關聯矩陣，根據計算結果開展寧夏高標準農田建設分區，結果如圖5所示。

優先建設區為糧食安全最好的農田，耕地面積為16.59萬hm2，占研究區面積的9.37%。主要集中在西吉縣。該地區糧食產量高，化肥的使用比較合理，生產水平高，生產力穩定性高。田塊集中連片程度高，投資少，效果好。適合近期建設高標準農田，建議2023年前完成高標準農田建設。

次級建設區耕地面積為42.66萬hm2，占研究區面積的24.08%。空間差異顯著，主要分布在同心縣、紅寺堡區、隆德縣和彭陽縣。該區域森林覆蓋率較低，地形坡度較大，集中連片程度低。在整治之后可以達到更好的水平，這是因為與其他地區相比仍然具有較大優勢。適合近中期建設高標準農田，建議2025年前完成高標準農田建設。

一般建設區耕地面積為59.01萬hm2，占研究區面積的33.31%。雖然面積占比較大，但南部地形坡度較大，北部地區人均糧食占有量較小。根據不同的生態安全評價和糧食安全的綜合評價，可以采取適當的措施進行建設。適合中期建設高標準農田，建議2030年前完成高標準農田建設。

后備建設區耕地面積為58.88萬hm2，占研究區面積的33.24%。位于研究區北部和東部的鹽池縣。北部有效灌溉面積比重小，東部集中連片程度低。可通過堅持綠色發展理念，引導農民開展生態農業，發揮生態資源的天然優勢，減少環境破壞，以此改善農業生態環境，加強農業標準化生產，確保農產品質量不斷提升。因此，該區域作為長期建設區域，建議2040年前完成高標準農田建設。

4" 結論與討論

4.1" 結論

1）寧夏回族自治區生態安全等級分布存在區域差異，南部區域的生態等級明顯高于中部和北部區域。

2）寧夏回族自治區糧食安全評價等級的空間差異較明顯，總體分布不均，以二級、三級居多，共占研究區面積的69.56%。

3）綜合生態安全和糧食安全的評價結果及建立的二維關聯矩陣表，進行寧夏回族自治區高標準農田建設類型和建設時序的安排，研究結果表明，優先建設區適宜于近期建設高標準農田，面積為16.59萬 hm2；次級建設區適宜于近中期開展高標準農田建設，面積為42.66萬hm2；一般建設區適合中期開展高標準農田建設，面積為59.01萬hm2；后備建設區為長期建設高標準農田區域，面積為58.88萬hm2。

4.2" 討論

目前，伴隨著城鎮化和工業化的不斷擴張，建設用地占用大量的耕地，造成耕地被污染，這也導致人們能用的耕地面積會越來越少。因此，要引導人們發展生態產業[23]，推進鄉村振興，不僅要保障糧食安全及保護耕地的生產功能，同時還要保護耕地的生態安全，做到因地制宜，在保證耕地糧食安全和生態安全的前提下，積極引導金融機構發展創新，鼓勵社會資本進行投資，合理利用財政資金的分配，用來促進高標準農田建設。

本文以寧夏的生態安全與糧食安全為主線，構建了生態安全與糧食安全評價指標體系，并對其進行了時序安排。但是由于數據獲取的權限問題，導致部分研究數據獲取缺失，影響局部結果與實際不相符；其次，在處理數據的過程中，對各個指標層進行綜合評價時，采用平均值數據開展研究，可能影響研究區結果的精確度；另外，在進行高標準農田建設分區時序安排時，可能出現與地方政策規劃及農民的建設意愿相違背的情況，這些問題仍需要在未來的研究中不斷改進。

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