璩路路++師學(xué)義++榮聯(lián)偉

摘要：基于2003—2012年山西省晉城市耕地生態(tài)安全的相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用熵權(quán)法確定其指標(biāo)權(quán)重，對(duì)晉城市耕地生態(tài)安全狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，并采用GM（1，1）模型對(duì)未來(lái)耕地生態(tài)安全狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，晉城市耕地生態(tài)安全綜合值總體呈上升趨勢(shì)，耕地生態(tài)安全等級(jí)從2003年的Ⅲ級(jí)變成2012年的Ⅱ級(jí)，耕地生態(tài)安全狀態(tài)從 2003年的 “敏感”狀態(tài)變成 2012年的 “較安全”狀態(tài)；2013—2017年耕地生態(tài)安全程度預(yù)測(cè)將達(dá)到“較安全”水平，安全狀況上升趨勢(shì)較為顯著；晉城市耕地生態(tài)安全狀況空間差異明顯，不同縣（市、區(qū)）由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、自然資源稟賦、農(nóng)業(yè)科技投入水平、環(huán)保投入力度、土地利用結(jié)構(gòu)和耕地質(zhì)量等因素，導(dǎo)致晉城市耕地生態(tài)安全格局分布的差異性和空間演化的異質(zhì)性。

關(guān)鍵詞：耕地生態(tài)安全；PRS模型；主成分分析法；熵權(quán)法；黃土山丘區(qū)

中圖分類號(hào)： X24；X171.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）05-0532-05

耕地資源是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料，具有食物生產(chǎn)、空間承載、生態(tài)服務(wù)等多種功能，經(jīng)過(guò)人類長(zhǎng)期的干預(yù)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)逐漸演變成為具有高度耦合性的社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)復(fù)合系統(tǒng)[1]。耕地生態(tài)系統(tǒng)是指在耕地范圍內(nèi)，在人類活動(dòng)的干預(yù)下，以作物為生物群落主體和環(huán)境因素的相互作用而形成的生態(tài)系統(tǒng)。隨著耕地利用生態(tài)問(wèn)題逐漸凸顯，區(qū)域耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)逐漸成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。目前耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的方法有生態(tài)模型法（包括土地承載力分析法、生態(tài)足跡法）[2-4]、數(shù)學(xué)模型法（層次分析法、綜合指數(shù)法、物元分析法）[5-7]、景觀生態(tài)模型法（景觀生態(tài)安全格局法、景觀指數(shù)法）[8-10]、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[11]。耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建的方法主要有PSR框架模型和自然-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)概念框架模型[12-13]。但是，目前的大多數(shù)研究主要集中于定時(shí)、定區(qū)域研究，在耕地生態(tài)安全時(shí)空變化分析、動(dòng)態(tài)變化分析及對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)研究較少。黃土山丘區(qū)作為北方典型地貌區(qū)，長(zhǎng)期以來(lái)水土流失和土地退化嚴(yán)重，伴隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的不斷加快，正面臨著耕地?cái)?shù)量減少、質(zhì)量下降、耕地污染加劇、耕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不合理等狀況，這將對(duì)糧食安全和人類生存環(huán)境造成不利影響，因此科學(xué)評(píng)價(jià)黃土山丘區(qū)耕地生態(tài)安全具有重要意義。本研究以黃土山丘區(qū)典型城市——山西省晉城市為研究區(qū)，基于 2003—2012年山西省晉城市耕地生態(tài)安全的相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)建壓力-狀態(tài)-響應(yīng)（PSR）模型的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用熵權(quán)法確定其指標(biāo)權(quán)重，對(duì)晉城市耕地生態(tài)安全狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，并采用GM（1，1）模型對(duì)未來(lái)耕地生態(tài)安全狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。本研究可為區(qū)域耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)提供一種思路，為黃土山丘區(qū)耕地可持續(xù)利用和耕地生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)提供決策依據(jù)。

1研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1研究區(qū)概況

晉城市位于山西省東南部，處于黃土高原區(qū)地帶，地貌以山地丘陵為主，地勢(shì)呈東西北高，中部、南部低的簸箕狀，屬于暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，冬季寒冷干燥，夏季降水集中，春秋季溫涼短促，植被類型主要為針葉林帶、闊葉及針闊混交林帶、草甸帶、旱生灌叢草本帶及農(nóng)作物，地理坐標(biāo)為東經(jīng)111°55′～113°37′，北緯 35°12′～ 36°00′，是山西省通往中原地區(qū)的門戶。根據(jù) 2012 年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，晉城市土地總面積 942 487.13 hm2，農(nóng)用地、建設(shè)用地、其他用地面積比例分別為 70.64%、6.13%、23.23%。其中全市耕地面積為204 747.07 hm2，占土地總面積的 21.72%，耕地以平川旱地、坡耕地和梯田為主，地面坡度大，中低產(chǎn)田面積多，保水保肥能力低，土壤侵蝕嚴(yán)重，水土流失面積占總面積的79.9%，耕地生態(tài)安全狀況面臨挑戰(zhàn)。

1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究相關(guān)研究數(shù)據(jù)資料來(lái)源于《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒（2003—2012年）》《山西省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒（2003—2012年）》《晉城市土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)》《晉城市統(tǒng)計(jì)年鑒（2003—2012年）》《晉城市土地利用總體規(guī)劃（2006—2020年）》《晉城市國(guó)土資源公報(bào)》《晉城市環(huán)境保護(hù)公報(bào)》和《晉城市農(nóng)業(yè)普查報(bào)告》。

2評(píng)價(jià)方法與過(guò)程

2.1構(gòu)建指標(biāo)體系

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是耕地生態(tài)安全定量評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，也是耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的關(guān)鍵，直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。運(yùn)用PSR模型分析黃土山丘區(qū)耕地生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)和主要生態(tài)安全問(wèn)題后，遵循科學(xué)性原則、可比性原則、可獲取性原則和系統(tǒng)性原則，構(gòu)建了目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層3個(gè)層次、26個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1）。該指標(biāo)體系可從總體上反映耕地資源環(huán)境狀況，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)與政策措施之間的相互依存、相互制約的關(guān)系，能夠體現(xiàn)出整個(gè)評(píng)價(jià)的層次結(jié)構(gòu)性和系統(tǒng)綜合性，為有效反映耕地生態(tài)安全的動(dòng)態(tài)變化提供理論基礎(chǔ)。

由于影響耕地生態(tài)安全的因素較多，本研究采用主成分分析法對(duì)指標(biāo)因素進(jìn)行篩選，具體步驟如下，對(duì)初選的26項(xiàng)指標(biāo)去量綱化；以2003—2012年指標(biāo)數(shù)據(jù)為樣本，利用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件計(jì)算組合矩陣的特征值和方差貢獻(xiàn)率；選取累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)85%的指標(biāo)為主成分，得到篩選后的18個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)（表1）。表1黃土山丘區(qū)耕地生態(tài)安全動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

目標(biāo)層準(zhǔn)則層指標(biāo)層指標(biāo)含義方向權(quán)重黃土山丘區(qū)生態(tài)安全綜合值CESCV耕地生態(tài)安全壓力值CESPV人均耕地面積（hm2/人）區(qū)域耕地面積/總?cè)丝谡?.056人口密度（人/km2）總?cè)丝?行政區(qū)面積 負(fù)0.045城市化水平（%）非農(nóng)業(yè)人口/總?cè)丝谪?fù)0.041單位面積耕地化肥負(fù)荷（kg/hm2）化肥施用量/耕地面積負(fù)0.066人均糧食占有量（t/人）糧食總產(chǎn)/總?cè)丝谡?.027耕地生態(tài)安全水土流失面積比例（%）水土流失/土地總面積負(fù)0.042狀態(tài)值CESSV耕地糧食單產(chǎn)（kg/hm2）糧食總產(chǎn)/耕地面積正0.026土壤侵蝕模數(shù)（mm/年）土壤侵蝕厚度/年負(fù)0.038土地墾殖率（%）耕地面積/土地總面積正0.072森林覆蓋率（%）林地面積/土地總面積正0.062自然災(zāi)害受災(zāi)指數(shù)（%）受災(zāi)面積/耕地總面積負(fù)0.039旱田面積占耕地比重（%）旱地面積/耕地總面積負(fù)0.07225°以上坡耕地面積比（%）25°以上坡耕地面積/耕地總面積負(fù)0.071耕地生態(tài)安全有效灌溉面積比（%）有效灌溉面積/耕地面積正0.060響應(yīng)值CESRV單位農(nóng)機(jī)總動(dòng)力（kW/hm2）農(nóng)機(jī)總動(dòng)力/耕地面積正0.037水土流失治理率（%）水土流失治理面積/水土流失總面積正0.027環(huán)境污染治理占GDP比例（%）環(huán)境污染治理投資/GDP正0.105農(nóng)業(yè)財(cái)政支出比重（%）農(nóng)業(yè)財(cái)政支出/財(cái)政總支出正0.114

2.2數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、確定指標(biāo)權(quán)重

由于選取的指標(biāo)來(lái)自于評(píng)價(jià)系統(tǒng)的各個(gè)方面，為了消除量綱和單位不同所帶來(lái)的影響，使數(shù)據(jù)之間具有可比性，需要用標(biāo)準(zhǔn)化法對(duì)原始指標(biāo)值進(jìn)行變換：

rij=xij-minxjmaxxj-minxj；（1）

rij=maxxj-xijmaxxj-minxj。（2）

式中：xij為第i年第j個(gè)指標(biāo)實(shí)際值；rij為其標(biāo)準(zhǔn)化值；maxxj和minxj分別為第j個(gè)指標(biāo)的最大值和最小值。公式（1）為正向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式，公式（2）為負(fù)向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式。

權(quán)重表示被評(píng)價(jià)對(duì)象不同側(cè)面重要程度的定量分配，常用確定指標(biāo)權(quán)重的方法包括主觀賦權(quán)法如 Delphi法、層次分析（AHP）法、成對(duì)比較法等；客觀賦權(quán)法如主成分分析法、熵權(quán)法和灰色關(guān)聯(lián)度法等。為避免人為主觀性，本研究采用客觀賦權(quán)法——熵權(quán)法確定耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。熵權(quán)法根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)變異程度的大小來(lái)確定指標(biāo)權(quán)重，指標(biāo)變異程度越大，信息熵越少，該指標(biāo)權(quán)重值就越大，反之越小。設(shè)有m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，n個(gè)被評(píng)事物，定義第 j個(gè)指標(biāo)的信息熵為ej，其權(quán)重為wj，主要算法為：

計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下的i個(gè)樣本值的比重Pij

Pij=rij∑ni=1rij。（3）

計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值

ej=-k∑ni=1PijlnPij，k=1lnn。（4）

定義第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重

wj=1-ejm-∑mi=1ej。（5）

式中：rij為第i個(gè)被評(píng)事物第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值；為使lnPij有意義，一般約定，當(dāng)Pij=0 時(shí)，lnP ij=0，其中0≤ej ≤1。

2.3測(cè)算生態(tài)安全綜合指數(shù)

考慮影響耕地生態(tài)安全因素的多樣性，本研究采用多因素綜合指數(shù)法對(duì)晉城市耕地生態(tài)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。采用綜合指數(shù)法計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)，再加權(quán)評(píng)分，最終得到耕地生態(tài)安全的綜合值[14]，即

E=∑18i=1ciwi。（6）

式中：E表示耕地生態(tài)安全綜合值；ci表示第 i個(gè)指標(biāo)的安全值（即第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值）；wi表示各指標(biāo)權(quán)重。綜合指數(shù)處于0～1之間，其值越小，說(shuō)明耕地生態(tài)安全狀況越差。同理可得到耕地生態(tài)安全3個(gè)分項(xiàng)值，即耕地生態(tài)安全壓力值（P）、耕地生態(tài)安全狀態(tài)值（S）和耕地生態(tài)安全響應(yīng)值（R）（表2）。

2.4耕地生態(tài)安全綜合評(píng)判

參照生態(tài)系統(tǒng)安全等級(jí)劃分[15]，并考慮標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)勢(shì)性與超前性要求，將安全綜合指數(shù)取值范圍分為5個(gè)區(qū)間，依次對(duì)應(yīng)5個(gè)等級(jí)，并對(duì)系統(tǒng)特征進(jìn)行描述得到黃土山丘區(qū)耕地生態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn)綜合評(píng)判集（表3）。

2.5耕地生態(tài)安全動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)

針對(duì)生態(tài)安全研究對(duì)象的變化敏感性和模糊不確定性，本研究采用灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型對(duì)2013—2017年黃土山

2.5.1灰色系統(tǒng) GM（1，1）預(yù)測(cè)模型原理灰色預(yù)測(cè)是建立一種以灰色模塊為基礎(chǔ)的描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化特征的模型。對(duì)于灰色量的處理，不是尋求它的統(tǒng)計(jì)規(guī)律和概率分布，而是將無(wú)規(guī)律的原始數(shù)據(jù)通過(guò)一定的方法處理，變成比較有規(guī)律的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，即以數(shù)找數(shù)的規(guī)律，再建立動(dòng)態(tài)模型?；疑到y(tǒng)GM（1，1）模型的建?；A(chǔ)是將無(wú)規(guī)律的原始數(shù)據(jù)X（0）依次進(jìn)行累加，從而得到規(guī)律性較強(qiáng)的生成數(shù)列X（1），然后構(gòu)造累加矩陣B和常數(shù)向量Yn，并用最小二乘法擬合求解系數(shù)，進(jìn)行微分建模，由生成模型得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行累減得到原始數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值，進(jìn)而進(jìn)行預(yù)測(cè)[16]，其時(shí)間相應(yīng)函數(shù)為：

X（1）（t+1）=X（0）（1）-uae-at+ua。（7）

為了驗(yàn)證模型的可靠性，通常需要對(duì)模型進(jìn)行后驗(yàn)檢驗(yàn)，先計(jì)算原始數(shù)據(jù)離差S1和殘差離差S2，再計(jì)算后驗(yàn)比C和小誤差概率P。

S1=∑mt=1[X（0）（t）-X（t）]2，

S2=1m-1∑m-1t=1[q（0）（t）-q-（0）（t）]2，

C=S1/S2。（8）

P={q（0）（t）-q-（0）（t）<0.674 5S1}。（9）表3黃土山丘區(qū)耕地生態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn)綜合評(píng)判集

等級(jí)區(qū)間安全程度系統(tǒng)特征Ⅰ≥0.9安全人地關(guān)系和諧，耕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整、功能較強(qiáng)，土地肥沃，無(wú)農(nóng)業(yè)污染，耕地生態(tài)環(huán)境基本未受到干擾破壞，植被覆蓋率高，無(wú)沙化、堿化現(xiàn)象，生態(tài)問(wèn)題不顯著。Ⅱ<0.9～0.7較安全耕地資源承載能力強(qiáng)，耕地生態(tài)受到一定破壞，耕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)尚完整，土壤肥力高，農(nóng)業(yè)污染程度較輕，土地利用程度高，水土協(xié)調(diào)性好，可持續(xù)發(fā)展能力較強(qiáng)。Ⅲ<0.7～0.6敏感耕地生態(tài)環(huán)境受到較少破壞，耕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有惡化趨勢(shì)，但尚能維持基本功能，受干擾后易惡化，鹽堿化程度較高，土壤肥力降低，生態(tài)問(wèn)題顯現(xiàn)，可持續(xù)能力較弱。Ⅳ<0.6～0.4風(fēng)險(xiǎn)耕地生態(tài)環(huán)境受到較大破壞，耕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)惡化較大，功能不全，受外界干擾后恢復(fù)困難，鹽堿化程度高，治理困難，一般為低產(chǎn)田，生態(tài)問(wèn)題較大，自然災(zāi)害較多。Ⅴ<0.4惡化耕地生態(tài)環(huán)境受到很大破壞，耕地承載能力很低，生態(tài)環(huán)境很脆弱，自然災(zāi)害頻繁，耕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)殘缺不全，功能低下，發(fā)生退化性變化與重建很困難。

2.5.2灰色GM（1，1）模型動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)耕地生態(tài)安全以2003—2012年黃土山丘區(qū)耕地生態(tài)安全綜合值為原始數(shù)據(jù)，利用灰色系統(tǒng)理論及其應(yīng)用軟件V 3.0和Matlab 8.0，建立灰色GM（1，1）模型[17]，得到后驗(yàn)檢驗(yàn)結(jié)果參數(shù)值（表4），根據(jù)灰色預(yù)測(cè)精度檢驗(yàn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，后驗(yàn)差比值C<0.35，小誤差概率 P>0.95，模型精度等級(jí)為好，模型可用于預(yù)測(cè)2013—2017年耕地生態(tài)安全綜合值（表5）。表4灰色GM（1，1）模型預(yù)測(cè)后驗(yàn)結(jié)果參數(shù)值

時(shí)間響應(yīng)函數(shù)平均相對(duì)誤差后驗(yàn)差比小誤差概率模型精度等級(jí)x（k+1）=17.393 301exp（0.033 021k）-16.768 9014.861 058C=0.176P→1好

3結(jié)果與分析

3.1耕地生態(tài)安全時(shí)間變化

3.1.1總體變化分析2003—2012年，晉城市耕地生態(tài)安全總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，從表5可以看出綜合指數(shù)從0.624 4上升到0.807 6，安全等級(jí)也由2003年的“敏感”變?yōu)?012年的“較安全”。晉城市山多川少，水土流失嚴(yán)重，作為重要的煤炭基地，由于長(zhǎng)期煤炭開(kāi)采塌陷，致使生態(tài)環(huán)境較為脆弱，加之粗放耕作的傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，耕地生態(tài)安全本底值較低。10年期間可分為2個(gè)階段，第一階段（2003—2007年），耕地生態(tài)安全波動(dòng)下降，此階段晉城市處于工業(yè)化階段，城市擴(kuò)張，大量耕地被占用，工業(yè)化帶來(lái)耕地污染，日益增大的人口壓力和化肥的不合理施用對(duì)區(qū)域耕地生態(tài)安全狀況造成威脅，同時(shí)水土流失和干旱缺水仍然是限制因素，耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)下降，甚至出現(xiàn)了2007年的“敏感”狀態(tài)；第二階段（2008—2012年）耕地生態(tài)安全下降趨勢(shì)得以緩和，耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)逐漸回升，特別是2010—2012年耕地生態(tài)安全綜合指數(shù)上升明顯，主要是因?yàn)榄h(huán)保投入的加大和農(nóng)村土地整治，尤其是2008年以來(lái)開(kāi)展的全市范圍內(nèi)農(nóng)村土地整治，坡耕地顯著減少，農(nóng)田生產(chǎn)條件持續(xù)改善，同時(shí)積極開(kāi)展水土流失治理和退耕還林還草工程，以小流域?yàn)榛締卧瓿闪?0多條小流域治理任務(wù)，有效減少了水土流失帶來(lái)的土壤侵蝕，退耕還林初見(jiàn)成效，森林覆蓋率有所增加，耕地生態(tài)安全狀況改善顯著。

根據(jù)耕地生態(tài)安全的變化趨勢(shì)和預(yù)測(cè)結(jié)果可知，晉城市2013—2017年耕地生態(tài)狀況不斷優(yōu)化， 晉城市不斷采取改善措施，到2017年，安全等級(jí)可達(dá)“Ⅱ級(jí)”，安全程度為“較安全”狀態(tài)，耕地生態(tài)安全狀態(tài)良好。根據(jù)預(yù)測(cè)的耕地生態(tài)安全綜合值，擬合出2013—2017年區(qū)域耕地生態(tài)安全指數(shù)變化的趨勢(shì)線及對(duì)應(yīng)函數(shù)（圖1），擬合度R2趨向于1，擬合度為優(yōu)?！笆濉逼陂g，生態(tài)文明建設(shè)的提出，對(duì)耕地生態(tài)安全提出了更高要求，晉城市大力推進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)，修建農(nóng)田水利設(shè)施，改善農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)條件，實(shí)施以退坡還林為主的水保生態(tài)建設(shè)，科學(xué)規(guī)劃土地利用，提高了有效灌溉面積，緩解了洪澇災(zāi)害，保證了耕地的保收面積，同時(shí)積極推廣種子品種改良，測(cè)土配方施肥，提高土壤肥力，保證了耕地的糧食產(chǎn)量，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)不斷完善對(duì)其排放的“三廢”的處理水平，耕地生態(tài)安全能夠在一定時(shí)期內(nèi)處于增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2017年耕地生態(tài)安全等級(jí)為“Ⅱ級(jí)”，其安全綜合指數(shù)仍然小于0.9，表明晉城市耕地生態(tài)安全還具有較大提升空間，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題依然比較嚴(yán)峻。

3.1.2評(píng)價(jià)子系統(tǒng)變化分析將表2中的耕地生態(tài)安全壓力值、狀態(tài)值和響應(yīng)值分別除以3個(gè)準(zhǔn)則層的權(quán)重（0.235、0.422、0.343）得到耕地生態(tài)安全系統(tǒng)的壓力系數(shù)、狀態(tài)系數(shù)、響應(yīng)系數(shù)及其安全狀態(tài)（表6）。耕地生態(tài)安全壓力分析表明，2003—2012年晉城市耕地生態(tài)安全壓力總體呈下降趨勢(shì)，壓力系數(shù)由2003年的0.721下降到2012年的0.432，耕地安全狀態(tài)經(jīng)過(guò)了較安全狀態(tài)—敏感狀態(tài)—風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，10年期間晉城市人口增長(zhǎng)較快，加之城鎮(zhèn)化速度加快，大量農(nóng)村勞動(dòng)力向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致城鎮(zhèn)人口急劇增加，耕地面積減少，使得土地壓力加大；同時(shí)為了追求耕地產(chǎn)量的提高，大量施用化肥，從而導(dǎo)致土壤肥力下降，雖然糧食產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)連增，但是耕地生態(tài)安全限制因素凸顯，從各指標(biāo)生態(tài)安全壓力指數(shù)來(lái)看，土壤肥力下降、人口增長(zhǎng)和城市化帶來(lái)的耕地減少是主要限制因素，耕地生態(tài)安全壓力巨大。

從狀態(tài)系統(tǒng)來(lái)看，狀態(tài)系數(shù)由2003年的0.752上升到2012年的0.987，安全狀態(tài)呈總體上升趨勢(shì)，等級(jí)由2003年的“較安全”變?yōu)?012年的“安全”。晉城市大面積植樹(shù)造林，水土流失得到有效遏制，林地覆蓋率提高，以及實(shí)施“沃土工程”、“坡改梯工程”，推廣節(jié)水抗旱技術(shù)，使得區(qū)域旱田作物產(chǎn)量安全得以保證，土壤侵蝕減少，自然災(zāi)害受災(zāi)面積銳減，耕地生態(tài)安全狀態(tài)達(dá)到較高水平。從響應(yīng)系統(tǒng)來(lái)看，響應(yīng)系數(shù)從2003年的0.401上升到0.844，正向演化明顯，其等級(jí)由2003年的“風(fēng)險(xiǎn)”變?yōu)?012年的“較安全”，期間可分為2個(gè)階段，第一階段（2003—2007年）響應(yīng)指數(shù)變化不大，且響應(yīng)安全等級(jí)處于“風(fēng)險(xiǎn)”的低水平狀態(tài)，說(shuō)明人們耕地環(huán)保意識(shí)還較薄弱；第二階段（2008—2012年）隨著晉城市生態(tài)區(qū)劃和新一輪土地利用規(guī)劃的實(shí)施，環(huán)境污染治理投入和農(nóng)業(yè)財(cái)政投入不斷加大，有效灌溉面積比例增大，農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力和水土流失治理率增加，耕地集約利用率提高，響應(yīng)系數(shù)不斷上升。

3.2耕地生態(tài)安全空間分異

以晉城市所轄縣（市、區(qū)）為基本評(píng)價(jià)單元，按照上述評(píng)價(jià)方法對(duì)晉城市各縣（市、區(qū)）的耕地生態(tài)安全進(jìn)行了分析。以2012年為例，晉城市耕地生態(tài)安全等級(jí)整體處于“較安全”狀態(tài)，但各縣（市、區(qū)）安全狀態(tài)存在明顯的空間差異。晉城市城區(qū)、南部的陽(yáng)城縣和北部的高平市耕地生態(tài)安全均為“敏感”狀態(tài)，3個(gè)縣（市、區(qū)）在空間上呈“U”形分布，雖然耕地生態(tài)安全綜合值接近，但生態(tài)安全子系統(tǒng)存在差異：城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，環(huán)保投入大，但耕地非農(nóng)化比例相對(duì)高，人口密度大，耕地生態(tài)安全壓力大；陽(yáng)城縣位于晉城市南部丘陵，自然狀況良好，但是耕地投入、農(nóng)業(yè)財(cái)政支出、單位耕地農(nóng)業(yè)機(jī)械化總動(dòng)力不大，水土流失治理率較低，耕地集約化水平不高，耕地生態(tài)安全處于“敏感”狀態(tài)；高平市位于晉城市北部，自然環(huán)境較為脆弱，水土流失治理率處于較低水平，且旱田面積占耕地比重較大，耕地生態(tài)安全狀態(tài)值相對(duì)較低。澤州縣、沁水縣和陵川縣的耕地生態(tài)安全為“較安全”狀態(tài)，耕地生態(tài)安全壓力小，響應(yīng)指數(shù)較高。

通過(guò)對(duì)比2012、2017年（預(yù)測(cè)）的耕地生態(tài)安全空間分布圖（圖2、圖3），耕地生態(tài)安全空間演化明顯，且總體呈優(yōu)化趨勢(shì)。陽(yáng)城縣和高平市隨著經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，農(nóng)業(yè)財(cái)政支出提高，加大了環(huán)保投入力度，水土流失治理率和森林覆蓋率顯著提高；土地整治規(guī)劃的實(shí)施，土地利用結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化，農(nóng)田有效灌溉面積比例提高，耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量均有提高，耕地生態(tài)安全狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椤拜^安全”狀態(tài)。城區(qū)由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口集聚化，人均耕地面積、人均水資源量受到限制，而建設(shè)用地占用耕地的需求短期內(nèi)仍為剛性，雖然環(huán)境污染治理投入加大，但是耕地生態(tài)安全壓力依然較大，因此城區(qū)周邊耕地生態(tài)安全狀態(tài)保持不變。澤州縣、沁水縣和陵川縣的安全狀態(tài)仍保持“較安全”狀態(tài)，但耕地生態(tài)安全綜合值有所提高，耕地生態(tài)安全朝著良性趨勢(shì)演化。耕地生態(tài)安全是個(gè)過(guò)程值，受到各因素（包括指標(biāo)體系中的壓力、狀態(tài)及響應(yīng)）綜合作用，這3個(gè)縣生態(tài)安全指數(shù)均已達(dá)到“較安全”狀態(tài)，進(jìn)一步提高生態(tài)等級(jí)的難度加大，需要持續(xù)不斷的環(huán)保投入、農(nóng)業(yè)科技投入、產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整等一系列的積極響應(yīng)措施。

4結(jié)論與討論

本研究從耕地生態(tài)安全壓力、耕地生態(tài)安全狀態(tài)和耕地生態(tài)安全響應(yīng)3方面構(gòu)建黃土山丘區(qū)耕地生態(tài)安全動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用主成分分析法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行篩選，用熵權(quán)法賦予指標(biāo)權(quán)重，對(duì)晉城市2003—2012年的耕地生態(tài)安全進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，并采用灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型對(duì)晉城市2013—2017年的耕地生態(tài)安全進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出以下結(jié)論：（1）晉城市耕地生態(tài)安全綜合值總體呈上升趨勢(shì)，耕地生態(tài)安全程度從 2003年的 “敏感”變成 2012年的 “較安全”，耕地生態(tài)安全波動(dòng)幅度不大，安全程度整體上相對(duì)較低；2013—2017年耕地生態(tài)安全程度處于“較安全”水平，安全狀況上升趨勢(shì)較為顯著。（2）晉城市耕地生態(tài)安全狀況空間差異明顯，2012年晉城市城區(qū)、南部的陽(yáng)城縣和北部的高平市耕地生態(tài)安全均為“敏感”狀態(tài)，3個(gè)縣（市、區(qū)）在空間上呈“U”形分布，而澤州縣、沁水縣和陵川縣的耕地生態(tài)安全為“較安全”狀態(tài)。自然條件、環(huán)保投入、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平是空間格局分布差異的主要原因。（3）通過(guò)對(duì)2003—2012年黃土山丘區(qū)耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)的實(shí)證分析，并采用灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型對(duì)晉城市2013—2017年的耕地生態(tài)安全進(jìn)行預(yù)測(cè)，既能夠反映某時(shí)間點(diǎn)上區(qū)域耕地生態(tài)安全狀態(tài)，也能夠揭示耕地生態(tài)安全的變化趨勢(shì)。

本研究可為黃土山丘區(qū)耕地生態(tài)安全動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)提供一種思路，為區(qū)域耕地可持續(xù)發(fā)展和保障糧食安全提供依據(jù)。耕地生態(tài)安全評(píng)價(jià)研究尚處于起步階段，耕地生態(tài)安全是個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，隨著社會(huì)的發(fā)展，耕地生態(tài)安全標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)隨之改變，本研究基于10 年的數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)的分析與預(yù)測(cè)，時(shí)間序列尚短，而晉城市耕地生態(tài)安全變化是個(gè)長(zhǎng)期演化的過(guò)程，因此在今后研究中應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)時(shí)間序列，進(jìn)而預(yù)測(cè)耕地生態(tài)安全的實(shí)現(xiàn)時(shí)點(diǎn)。同時(shí)本研究在用綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)耕地生態(tài)安全時(shí)，根據(jù)已有的研究成果結(jié)合晉城市所在地域的背景值，劃分耕地生態(tài)安全綜合值判別標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際值與標(biāo)準(zhǔn)值兩者閾值耦合可能存在一定偏差。如何更加有效地修正和調(diào)整也需后續(xù)研究進(jìn)一步完善。

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