張秋霞，張合兵，劉文鍇，劉怡真

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

耕地生態(tài)安全預(yù)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(yīng)（P-S-R）和生態(tài)、環(huán)境、經(jīng)濟、社會（E-E-E-S）框架模型，構(gòu)建了耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系。引入變權(quán)理論確定指標(biāo)權(quán)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(yù)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(jié)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(yù)警等級由Ⅲ級（預(yù)警）上升為Ⅳ級（較安全）；2009—2010年預(yù)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(fù)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(yīng)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(quán)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(gòu)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(fù)污染與破壞，成為目前需要關(guān)注和解決的科學(xué)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(yù)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(jié)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(guān)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(biāo)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(yù)警及時性與動態(tài)性的變權(quán)理論確定指標(biāo)權(quán)重。鑒于此，嘗試將PSR-EEES模型和改進變權(quán)物元可拓模型相結(jié)合，通過PSR-EEES模型構(gòu)建耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系，引入變權(quán)理論確定指標(biāo)權(quán)重，改進物元可拓模型構(gòu)建新鄭市耕地生態(tài)安全預(yù)警模型，研究新鄭市耕地生態(tài)安全預(yù)警等級，運用障礙度模型診斷新鄭市耕地生態(tài)安全預(yù)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(shè)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(shè)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(fēng)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(fēng)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?cè)丝?4.61萬人，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(dāng)前，河南省正處于推進“三化協(xié)調(diào)，科學(xué)發(fā)展”的關(guān)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(guān)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(biāo)體系構(gòu)建

評價指標(biāo)體系是耕地生態(tài)安全預(yù)警的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，直接影響到預(yù)警評價結(jié)果的科學(xué)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(fù)合系統(tǒng)，預(yù)警指標(biāo)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(jié)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(yīng)（Response）]，依據(jù)指標(biāo)體系構(gòu)建的科學(xué)性、全面性、代表性和可操作性原則，結(jié)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(yīng)三個方面，遴選和構(gòu)建3個準(zhǔn)則層12個因素層31個指標(biāo)的耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)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(guān)于評級等級的關(guān)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(biāo)實測值超出節(jié)域等問題，使評價結(jié)果更準(zhǔn)確，更真實反映指標(biāo)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(yù)警是一個多指標(biāo)定量綜合研究的過程，確定合理的預(yù)警指標(biāo)權(quán)重具有舉足輕重的地位，大多數(shù)研究中權(quán)重的確定采用常權(quán)權(quán)重方法[11]，不能反映生態(tài)安全預(yù)警的及時性與動態(tài)性。運用變權(quán)理論，采用歸一化處理后的數(shù)值確定各預(yù)警指標(biāo)的權(quán)重，則有助于解決常權(quán)方法中的缺陷，減少確定評價指標(biāo)權(quán)重時的主觀性，體現(xiàn)預(yù)警對象在耕地生態(tài)安全預(yù)警等級確定中的主動參與，使耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)權(quán)重的確定更加具有科學(xué)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(yù)警對象等級，克服模糊關(guān)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(dǎo)致評定結(jié)果偏差的問題。

表1 新鄭市耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系

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

改進變權(quán)物元可拓模型的耕地生態(tài)安全預(yù)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(yù)警指標(biāo)c和特征量值v共同構(gòu)成，模型中具有n個指標(biāo)，m個預(yù)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(yù)警對象R0。

式中：Pj為第j個預(yù)警等級；c1，c2，…，cn為Pj的n個不同特征；ν1j，ν2j，…，νnj分別是Pj對應(yīng)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(yù)警對象等級的全體；νp1，νp2，…，νpn分別是P對應(yīng)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(yù)警對象的矩陣，即：

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

（3）對預(yù)警對象、經(jīng)典域、節(jié)域做歸一化處理。由于預(yù)警指標(biāo)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(quán)和貼近度函數(shù)計算之前需對預(yù)警對象、經(jīng)典域和節(jié)域做歸一化處理。

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

（5）計算等級變量特征值，確定預(yù)警等級。通過對貼近度準(zhǔn)則代替最大隸屬度準(zhǔn)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(quán)重。

將公式（8）應(yīng)用到可拓評價模型中，可得

式中：j*為待預(yù)警對象R0的等級變量特征值，通過j*可以判斷待預(yù)警對象R0偏向相鄰等級的程度，確定預(yù)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(yù)警指標(biāo)對預(yù)警等級的影響，有針對地提高耕地生態(tài)安全預(yù)警等級，尋找耕地生態(tài)安全預(yù)警等級障礙因子至關(guān)重要。根據(jù)障礙度模型，引入因子貢獻度ωj、指標(biāo)偏離度pij和障礙度Aj共3個指標(biāo)對預(yù)警指標(biāo)障礙度進行診斷，即：

2 結(jié)果與分析

2.1 預(yù)警結(jié)果與分析

2.1.1 評價標(biāo)準(zhǔn)的確定 耕地生態(tài)安全預(yù)警評價標(biāo)準(zhǔn)的制定是耕地生態(tài)安全預(yù)警的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，耕地生態(tài)安全預(yù)警等級的評價標(biāo)準(zhǔn)不僅復(fù)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(yù)警尚處于探索階段，還未有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)，參照國家生態(tài)安全評估體系研究成果[13]以及相關(guān)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(yù)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(chǔ)，在確定生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)體系和安全等級基礎(chǔ)上，參考國家、行業(yè)及國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，研究區(qū)域背景值、類比標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)研究[16]等，通過對新鄭市歷年數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析并結(jié)合新鄭市區(qū)域特點，確定新鄭市各預(yù)警指標(biāo)對應(yīng)的各生態(tài)安全級別的閾值，即經(jīng)典域；節(jié)域為其對應(yīng)指標(biāo)經(jīng)典域之和，見表2。

表2 耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)經(jīng)典域和節(jié)域值

2.1.3 預(yù)警等級確定 通過對預(yù)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(quán)公式計算預(yù)警指標(biāo)的權(quán)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(yù)警指標(biāo)準(zhǔn)則層（即耕地生態(tài)安全壓力指標(biāo)P、耕地生態(tài)安全狀態(tài)指標(biāo)S和耕地生態(tài)安全響應(yīng)指標(biāo)R）預(yù)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(yù)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(yù)警對象R0偏向相鄰等級的程度，確定預(yù)警對象R0所在的等級。

表3 新鄭市耕地生態(tài)安全預(yù)警等級變量特征值及等級評定

2.1.4 預(yù)警結(jié)果與分析 由表3可知，2001—2010年新鄭市耕地生態(tài)安全預(yù)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(yù)警等級從Ⅲ級（預(yù)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(shè)有關(guān)。

新鄭市耕地生態(tài)安全預(yù)警等級的不斷上升，耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)的等級及其變化的影響起到至關(guān)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(biāo)預(yù)警等級總體呈現(xiàn)上升趨勢，從Ⅲ級（預(yù)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(jié)構(gòu)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(biāo)預(yù)警等級總體呈現(xiàn)上升趨勢，從Ⅲ級（預(yù)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(shè)用地面積的增加都應(yīng)該加強重視，預(yù)防耕地生態(tài)安全的惡化。

（3）2001—2010年耕地生態(tài)安全響應(yīng)指標(biāo)預(yù)警等級整體呈現(xiàn)上升趨勢，從預(yù)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(yīng)指標(biāo)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(shù)的提高，人均綠地面積、污水處理等指標(biāo)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(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)均由Ⅲ級（預(yù)警）上升為Ⅳ級（較安全），新鄭市耕地生態(tài)安全預(yù)警等級也由Ⅲ級（預(yù)警）上升為Ⅳ級（較安全）；耕地生態(tài)安全響應(yīng)指標(biāo)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(yīng)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(yù)警等級的下降。與此同時，還應(yīng)該加強耕地質(zhì)量，合理調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，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(yù)警指標(biāo)層障礙度（表4）和準(zhǔn)則層障礙度（表5），并排序得出新鄭市耕地生態(tài)安全預(yù)警的主要障礙因子（表6）。

表4 新鄭市耕地生態(tài)安全預(yù)警指標(biāo)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(yù)警主要障礙因子出現(xiàn)的頻率

2.2.1 準(zhǔn)則層障礙因子診斷 由表5可知，準(zhǔn)則層指標(biāo)對新鄭市耕地生態(tài)安全預(yù)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(biāo)障礙度總體呈現(xiàn)上升趨勢，耕地生態(tài)安全狀態(tài)指標(biāo)障礙度總體呈現(xiàn)下降的趨勢，耕地生態(tài)安全響應(yīng)指標(biāo)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(yīng)均呈現(xiàn)上升趨勢；經(jīng)濟狀態(tài)、社會狀態(tài)、經(jīng)濟響應(yīng)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(zhǔn)則層中耕地生態(tài)安全壓力指標(biāo)是最大的障礙度；因素層中環(huán)境壓力、經(jīng)濟響應(yīng)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(shè)。

2.2.2 指標(biāo)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(yù)警指標(biāo)主要障礙因子是地均化肥使用強度v4，耕地復(fù)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(shè)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(fù)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(fù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，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(fù)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(jié)論與討論

利用建立的PSR-EEES預(yù)警指標(biāo)體系和改進變權(quán)物元可拓模型，對新鄭市2001—2010年耕地生態(tài)安全預(yù)警進行分析，得到2001—2010年新鄭市耕地生態(tài)安全預(yù)警等級呈現(xiàn)上升趨勢，從Ⅲ級（預(yù)警）上升為Ⅳ級（較安全）；新鄭市耕地生態(tài)安全壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)均由Ⅲ級（預(yù)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(biāo)的下降使得預(yù)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(yù)防和保護力度，減輕耕地生態(tài)壓力，防范進一步惡化的風(fēng)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(zhǔn)則層中新鄭市耕地生態(tài)安全壓力指標(biāo)是最大的障礙度；因素層中環(huán)境壓力、經(jīng)濟響應(yīng)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(yù)警指標(biāo)中主要障礙因子是地均化肥使用強度、耕地復(fù)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(xué)用地，提高土地利用的效率和效益，轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)調(diào)整，引導(dǎo)和促進經(jīng)濟增長方式的轉(zhuǎn)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(quán)理論和物元可拓模型的改進構(gòu)建耕地生態(tài)安全預(yù)警模型，動態(tài)分析了新鄭市耕地生態(tài)安全預(yù)警等級和預(yù)警指標(biāo)的預(yù)警等級，提出主要障礙因子對耕地生態(tài)安全預(yù)警未來發(fā)展的影響。但是在構(gòu)建指標(biāo)體系時，由于數(shù)據(jù)的難以獲取和局限性，在指標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)，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(dǎo)致預(yù)警結(jié)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(yù)警進行研究，空間上的研究以及預(yù)警系統(tǒng)的建立將是今后進一步研究和探討的方向。

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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(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田建設(shè)技術(shù)及應(yīng)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(fù)墾與生態(tài)重建。E-mail：zqx307784104＠163.com