陳雅莉，樊 偉，齊 鵬，王曉嬌

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

隨著全球氣候變化和極端氣候事件對人類社會的經(jīng)濟發(fā)展、糧食安全以及陸地生態(tài)系統(tǒng)等方面的影響，目前碳排放問題成為影響國家甚至全球社會經(jīng)濟安全的重要因素。農(nóng)業(yè)碳排放安全作為農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的重要組成部分，對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境有很大的影響。我國作為一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)所釋放的溫室氣體占排放總量的11%[1]，因此保障農(nóng)業(yè)碳排放安全對我國來說不僅是應(yīng)對氣候變化、改善環(huán)境污染現(xiàn)狀的選擇，同時也是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的要求。“鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略”的提出表明：“三農(nóng)問題”是關(guān)乎國計民生的根本性的問題。此外，“2030 年二氧化碳排放達到峰值，努力在2060 年實現(xiàn)碳中和”的重大決定充分彰顯了碳排放安全的重要性。因此，甘肅河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)碳排放及生態(tài)環(huán)境安全與否不僅是保障國家糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，同時也是助力實現(xiàn)“雙碳目標”的必然要求。

雖然我國關(guān)于生態(tài)安全的研究起步較晚（大概1900 年后期才被提出），但近年來該問題是國內(nèi)學(xué)者與公眾研究與討論的熱點，目前已在生態(tài)安全的概念、評價指標體系的構(gòu)建及其評價方法等方面取得了很大的進展。生態(tài)安全評價指標體系構(gòu)建是生態(tài)安全評價的重要環(huán)節(jié)，評價標準被認為是對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)安全研究的關(guān)鍵點之一[2]，國內(nèi)學(xué)者在耕地[3]、土地[4]、水資源[5]、農(nóng)業(yè)[6]等方面對其進行了大量的研究。在生態(tài)安全評價指標體系構(gòu)建中，張小虎等[7]從經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境三個方面構(gòu)建了土地生態(tài)安全評價指標體系；李玉照等[8]基于DPSIR 概念模型構(gòu)建了流域生態(tài)安全評價指標體系；趙宏波[9]基于PSR-EES 模型構(gòu)建耕地生態(tài)安全評價指標體系，并以吉林省為研究對象對其生態(tài)安全進行實證分析；奉婷等[10]從耕地自然質(zhì)量、利用條件、空間形態(tài)與生態(tài)安全4 個方面構(gòu)建耕地質(zhì)量綜合評價體系，并基于GIS 平臺對耕地質(zhì)量綜合指數(shù)測算。在生態(tài)安全評價方法方面，劉勇等[11]從自然、經(jīng)濟、社會3 方面著手建立了土地資源生態(tài)安全評價指標體系，并通過計算指標的安全指數(shù)對土地資源生態(tài)安全狀況進行綜合評價；賈艷紅等[12]在PSR 概念框架模型指導(dǎo)下，將熵權(quán)法與綜合評價法有機結(jié)合，對甘肅牧區(qū)草原生態(tài)安全進行評價；余敦等[13]借助物元模型對鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的土地生態(tài)安全狀況進行研究，為生態(tài)安全評價提供了新途徑；潘竟虎等[14]利用景觀生態(tài)學(xué)方法、空間主成分分析和GIS 技術(shù)對內(nèi)陸河景觀進行生態(tài)安全評價；呂廣斌等[15]基于DPSIR-EES 模型構(gòu)建區(qū)域土地生態(tài)安全評價體系，并運用TOPSIS 法對重慶市土地生態(tài)安全狀況進行分析，采用ESDA-GIS 法進行了區(qū)域土地生態(tài)安全時空分異研究。現(xiàn)有的研究成果為農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價的研究提供了參考，但相關(guān)研究還存在一些問題：（1）目前，國內(nèi)外學(xué)者對生態(tài)安全評價的研究主要涉及耕地、水資源安全以及土地生態(tài)安全評價等方面，而對農(nóng)業(yè)生態(tài)安全研究不足。（2）在指標選取上，很少有研究考慮農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放、碳吸收和碳足跡等對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響。（3）研究尺度多以單個省市、經(jīng)濟區(qū)以及流域等為主，很少有對以灌溉農(nóng)業(yè)為主的甘肅河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全進行研究。

河西走廊自古以來一直具有重要的經(jīng)濟和戰(zhàn)略地位，是中國東部通往西域的咽喉要道，在經(jīng)歷了漫長的歷史變幻后，河西絲綢之路逐漸走向了衰落，但隨著“一帶一路”戰(zhàn)略構(gòu)想的提出，河西走廊的再次繁榮迎來了機遇。新中國成立以來，由于具有生態(tài)屏障作用的祁連山與河西走廊地區(qū)的生態(tài)問題長期沒有得到足夠的重視，加上粗放型的經(jīng)濟增長方式，致使祁連山與走廊綠洲生態(tài)系統(tǒng)受到嚴重破壞且已出現(xiàn)相應(yīng)生態(tài)環(huán)境問題，如祁連山雪山上升、草原退化、地下水位下降、土地荒漠化等。河西五市中，由于嘉峪關(guān)、金昌兩市是礦業(yè)城市，所以針對于農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的評價與分析只選取武威、張掖、酒泉3 市作為研究對象。本文在考慮農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放、碳吸收等基礎(chǔ)上，基于PSR模型構(gòu)建的農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指標體系，包括從農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境壓力、狀態(tài)以及響應(yīng)3 方面選取共18 個指標，同時運用綜合評價模型評價甘肅河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全狀況，采用因子障礙度模型對指標層中的各評價指標進行障礙度診斷。研究河西走廊農(nóng)業(yè)發(fā)展問題，既是實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必然要求，也是全面貫徹國家相關(guān)重大戰(zhàn)略布局的現(xiàn)實需要，同時也為甘肅河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展、推進供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和加快農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供科學(xué)支撐。

1 研究地區(qū)及數(shù)據(jù)來源

1.1 區(qū)域概況

河西走廊位于甘肅西部烏鞘嶺以西，祁連山以北，合黎山以南，走廊狹長且直，地處黃河之西，被稱為“河西走廊”。如今多指甘肅14 個市州中的河西五市，包括酒泉、張掖、武威、金昌、嘉峪關(guān)，本研究選取酒泉、張掖、武威3 市作為研究對象。石羊河、黑河和疏勒河三大內(nèi)陸河從東至西流經(jīng)該地區(qū)，在張掖、臨澤、高臺區(qū)域內(nèi)，以及酒泉一帶形成大面積綠洲，是甘肅河西地區(qū)的重要農(nóng)業(yè)區(qū)。河西走廊地處西北干旱區(qū)，山地- 綠洲- 荒漠- 沙漠是其主要的生態(tài)系統(tǒng)。其氣候?qū)俅箨懶愿珊禋夂?，年降水量只?00 mm 左右，全年日照時長處于2 550 ～3 500 h，光照資源豐富，對農(nóng)作物的生長發(fā)育十分有利。其中，2017 年武威市完成人工造林3.55 萬hm2、封育2.2 萬hm2、防沙治沙用沙面積1.5 萬hm2，森林覆蓋率19.7%。2017 年張掖市農(nóng)業(yè)用水20.35億m3，森林覆蓋率15.66%，綠化覆蓋率39.99%。2017年，酒泉市農(nóng)業(yè)用水量22.4 億m3，退耕還林面積0.43萬hm2，森林覆蓋率5.29%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)源自《甘肅發(fā)展年鑒》（2009-2018 年）；《張掖統(tǒng)計年鑒》（2009-2018 年）；《武威統(tǒng)計年鑒》（2009-2018 年）；《酒泉年鑒》（2009-2018 年），以及張掖、武威、酒泉3 市的2008-2017 年國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。其中指標碳排放量、碳吸收量以及碳足跡計算方法由研究方法中碳足跡估算方法算得。

2 研究方法

2.1 PSR 概念模型的構(gòu)建

2.1.1 農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指標體系構(gòu)建

PSR 模型是經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（OECD）和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）共同提出的用于研究環(huán)境問題的一種框架體系，該模型強調(diào)社會經(jīng)濟運作與環(huán)境變化的互動關(guān)系。評價指標的選取是評價的基礎(chǔ)，本研究結(jié)合其他學(xué)者對農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的研究，在此基礎(chǔ)上分析PSR 模型中壓力、狀態(tài)、響應(yīng)的內(nèi)涵以及對農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的影響，構(gòu)建基于PSR 模型的河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價的概念框架。

壓力（P）指標主要指在農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，人類活動對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的直接或間接的影響。狀態(tài)（S）指標主要指由于壓力而形成的當前農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的狀態(tài)。響應(yīng)（R）指標是指在生態(tài)系統(tǒng)或者社會為應(yīng)對面臨的風(fēng)險所采取的措施。將PSR 模型的壓力、狀態(tài)和響應(yīng)與甘肅河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全狀況進行結(jié)合，按照指標體系構(gòu)建的原則，借鑒相關(guān)學(xué)者已有的研究成果[16-25]，結(jié)合該地區(qū)實際情況與特點，從農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境壓力、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境狀態(tài)、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)3 方面共選取18 個指標，建立農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指標體系，見表1。

表1 甘肅河西地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指標權(quán)重值

2.1.2 數(shù)據(jù)標準化

因指標的性質(zhì)、數(shù)值和單位等各不相同，并且具有較大的差異性，因此，為消除量綱影響，需要對選取的指標進行統(tǒng)一標準化，本文采用極值法對各指標原始數(shù)據(jù)進行標準化處理。計算公式為：

式中，Xij為標準化后的值；xjmax表示第i個樣本的第j個指標的最大值；xjmin表示第i個樣本的第j個指標的最小值。

2.1.3 指標權(quán)重的確定

熵值法是一種依據(jù)各指標的變異程度，利用信息熵計算出較為客觀的指標權(quán)重，評價結(jié)果具有較高的可信度。因此本研究選擇熵值法進行指標權(quán)重的確定，計算公式[26]如下所示。

2.1.3.1 計算第j項指標的第i年樣本值的比重pij：

2.1.3.2 計算得到第j個指標的熵值ej和冗余值fj：

2.1.3.3 計算第j個指標的熵權(quán)ωj，（計算結(jié)果見表1）。

2.1.4 碳足跡估算方法

2.1.4.1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放量計算式[27]如下：

式中，E為碳排放總量；Ef為施用化肥引起的碳排放量；Ep農(nóng)藥施用引起的碳排放量；Em為使用農(nóng)膜引起的碳排放量；Ee為使用農(nóng)業(yè)機械引起的碳排放量；Ei為農(nóng)業(yè)灌溉引起的碳排放量。計算方法分別為：

式中，Gf為化肥施用量；Gp為農(nóng)藥施用量；Gm為農(nóng)膜使用量；Ae為農(nóng)作物種植面積；We為農(nóng)業(yè)機械總動力；Gi為有效灌溉面積。A、B、C、D、F、G 為各碳排放源的碳排放轉(zhuǎn)化系數(shù)，確定數(shù)值見表2。

表2 農(nóng)資投入品碳排放轉(zhuǎn)化系數(shù)

2.1.4.2 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量估算方法。本研究中將農(nóng)田作物全生育期碳吸收作為碳吸收的主要途徑，農(nóng)田作物碳吸收主要表現(xiàn)為其上農(nóng)作物光合作用所固定的碳。通過作物平均含碳率、作物經(jīng)濟產(chǎn)量、作物含水率和作物經(jīng)濟系數(shù)等指標計算農(nóng)作物全生育期對碳的吸收量，其計算公式[28]如下：

式中，Y為區(qū)域農(nóng)作物生育期對碳的吸收總量；Yi為第i類作物生育期對碳的吸收量；Ci為第i類作物的含碳率；Qi為第i類作物的經(jīng)濟產(chǎn)量；fi為第i類作物果實的含水率；Hi為i類作物的經(jīng)濟系數(shù)。結(jié)合河西走廊實際情況，選取的主要農(nóng)作物及其經(jīng)濟系數(shù)（Hi）、碳吸收率（Ci）、含水率（fi）[32-38]見表3。

2.1.4.3 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡核算。碳足跡（CEF,單位：hm2）的計算公式[31]如下：

式中，E為農(nóng)田利用的碳排放總量；Ns為1 hm2的農(nóng)作物1 年吸收的碳量；Y為所有農(nóng)作物全生育期對碳的吸收量；S為耕地面積。CEF為河西走廊地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)吸收其農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放所需要的生產(chǎn)性土地的面積[37]。

2.1.5 農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價

多指標綜合評價模型是根據(jù)不同評價目的，選擇多個指標構(gòu)建指標體系，并通過特定的方法對被評價的事物作出定量化的總體的判斷，是用來反映評價對象整體狀態(tài)的評價模型。本研究選用多指標綜合評價模型評價河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全狀況，計算公式[26]如下：

式中，U為農(nóng)業(yè)生態(tài)安全值；ωi為指標i的權(quán)重；Xij為指標的標準化值。

2.1.6 農(nóng)業(yè)生態(tài)安全等級劃分標準

目前對農(nóng)業(yè)生態(tài)安全等級的劃分沒有統(tǒng)一的標準，各學(xué)者都是借鑒前人研究的成果及經(jīng)驗，并根據(jù)區(qū)域特點對評價等級進行劃分。本研究在參考相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[26，,39-42]，結(jié)合本文的計算結(jié)果及河西走廊地區(qū)的實際情況，將河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全情況劃分為5 個等級（見表4），該分級標準以求最大程度地反映甘肅河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的區(qū)域差異，為分析該地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全狀況提供參考。

表4 農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指數(shù)分級標準

2.2 因子障礙度分析

農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價并非只停留在水平發(fā)展趨勢的研究，更為關(guān)鍵的是找到制約其安全水平提升的因素，為此，本文在綜合評價的基礎(chǔ)上引入因子障礙度模型對河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全進行障礙因素判斷。具體計算公式[26]如下：

式中，Ai為因子障礙度；pi為指標偏離度，pi=1-Xij，Xij為單項指標的標準化值；ωi為因子貢獻度，即指標權(quán)重。

3 結(jié)果與分析

3.1 河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價結(jié)果分析

3.1.1 河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全特征分析

張掖市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全綜合值和安全等級見表5，由表5 可知，2008-2017 年張掖市農(nóng)業(yè)生態(tài)壓力指數(shù)、狀態(tài)指數(shù)、響應(yīng)指數(shù)與綜合指數(shù)均呈現(xiàn)波動上升趨勢，其中壓力指數(shù)數(shù)值變化狀態(tài)接近于動態(tài)平衡，變化范圍較??；狀態(tài)指數(shù)數(shù)值上升趨勢明顯，變化范圍最大。張掖市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全等級在10 年間由Ⅱ級上升到Ⅳ級，經(jīng)歷了“較不安全- 臨界安全- 較安全”的發(fā)展過程，表明張掖農(nóng)業(yè)生態(tài)安全狀況在逐步改善。

表5 張掖市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全綜合值與安全等級

武威市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全綜合值和安全等級見表6，由表6 可知，2008-2017 年武威市農(nóng)業(yè)生態(tài)壓力指數(shù)、狀態(tài)指數(shù)、響應(yīng)指數(shù)與綜合指數(shù)均呈現(xiàn)波動上升的趨勢，其中壓力指數(shù)數(shù)值在2013-2014 年存在極其明顯的下降過程，其余指數(shù)保持較穩(wěn)定的上升趨勢。武威市10 年間的農(nóng)業(yè)生態(tài)安全等級由Ⅱ級上升到Ⅳ級，安全等級經(jīng)歷了“較不安全- 臨界安全- 較安全”的發(fā)展過程，表明武威市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全狀況在逐步改善。

表6 武威市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全綜合值與安全等級

酒泉市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全綜合值和安全等級見表7，由表7 可知，2008-2017 年酒泉市農(nóng)業(yè)生態(tài)壓力指數(shù)整體變化趨勢為動態(tài)下降，狀態(tài)指數(shù)、響應(yīng)指數(shù)與綜合指數(shù)均為上升趨勢，其中狀態(tài)指數(shù)在2012-2013 年上升趨勢最明顯。酒泉市10 年間的農(nóng)業(yè)生態(tài)安全等級由Ⅱ級升至Ⅲ級，其安全狀態(tài)經(jīng)歷了“較不安全- 臨界安全”的發(fā)展過程，表明酒泉農(nóng)業(yè)生態(tài)安全狀況正逐步改善，但其生態(tài)安全整體情況依舊較差，因此酒泉市仍然需要加大生態(tài)環(huán)境保護，加強生態(tài)文明建設(shè)。

表7 酒泉市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全綜合值與安全等級

3.1.2 河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全時空演變分析

從空間尺度上對河西走廊地區(qū)各地市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全進行評價，可以看出河西走廊地區(qū)各地市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全程度差異性，根據(jù)河西走廊地區(qū)各地市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價結(jié)果，選擇2008、2013、2017 年的數(shù)據(jù)對河西走廊地區(qū)各地市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全水平進行分析。

應(yīng)用ArcGIS 軟件揭示河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全時空演變特征，由圖1 可知，2008 年，酒泉市、張掖市和武威市均處于較不安全等級；2008-2013 年，武威市依舊處于較不安全狀態(tài)，酒泉市、張掖市達到臨界安全狀態(tài)，農(nóng)業(yè)生態(tài)安全狀況總體有所改善，甘肅河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全格局發(fā)生改變；2013-2017 年，該地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全水平持續(xù)改善，除酒泉市依舊處于臨界安全狀態(tài)外，其余地市均上升至較安全狀態(tài)。整體來看，甘肅河西走廊地區(qū)的三個地市各年份農(nóng)業(yè)生態(tài)安全狀況均有所好轉(zhuǎn)，但整體農(nóng)業(yè)生態(tài)安全狀況仍然較差，因此還需要不斷加強對生態(tài)環(huán)境的保護力度。

圖1 農(nóng)業(yè)生態(tài)安全等級時空差異

3.2 河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全影響因素分析

3.2.1 準則層障礙因子

張掖市、武威市以及酒泉市2008-2017 年各準則層的障礙度采用因子障礙度模型計算。

由圖2 可以看出，2008-2010 年，張掖市處于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟向工業(yè)經(jīng)濟轉(zhuǎn)軌的關(guān)鍵時期，粗放的經(jīng)濟增長方式，加之處在工業(yè)化的初級階段等，使得狀態(tài)層和響應(yīng)層障礙度較大，其狀態(tài)層障礙度＞響應(yīng)層的障礙度＞壓力層障礙度。2011-2014 年，由于張掖市農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜的使用量較高，面源污染較為嚴重，對其農(nóng)業(yè)生態(tài)安全水平有較大的制約，期間農(nóng)作物還受低溫冰凍災(zāi)害和高溫干旱的影響，成災(zāi)率較高，糧食產(chǎn)量較低，因而壓力層障礙度快速增大，致使狀態(tài)層障礙度＞壓力層障礙度＞響應(yīng)層的障礙度。2015-2017 年，壓力層障礙度超過狀態(tài)層和響應(yīng)層障礙度，此時，提升農(nóng)業(yè)生態(tài)安全性的關(guān)鍵在于降低壓力系統(tǒng)障礙度。因此，從長遠來看，壓力層是影響張掖市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全水平的主要因素。

圖2 張掖市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全準則層障礙度

由圖3 可以看出，武威市壓力層障礙度在2017 年驟降，是由于化肥施用量的減少，導(dǎo)致碳排放也降低，使得壓力層障礙度減小。由于農(nóng)業(yè)對氣候變化比較敏感，受氣溫和降水的影響農(nóng)作物受災(zāi)率與單位面積糧食產(chǎn)量都會發(fā)生變化，農(nóng)業(yè)發(fā)展容易受到制約，因此武威市2017 年的狀態(tài)層障礙度突然升高。由于武威市生態(tài)治理相關(guān)重點項目的實施，其生態(tài)環(huán)境的惡化得到有效遏制，對農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的影響逐年減小，響應(yīng)層的障礙度呈波動下降趨勢，說明武威市在應(yīng)對惡化的生態(tài)環(huán)境時所采取的措施起到了正向的作用。

圖3 武威市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全準則層障礙度

由圖4 可以看出，10 年間酒泉市壓力層障礙度呈波動上升趨勢，說明制約農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的因素持續(xù)增強，其中在2013 年壓力層障礙度達到最大。狀態(tài)層的障礙度呈波動性下降趨勢，說明酒泉市農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境正在不斷改善，對農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的影響逐漸減小，2013年由于前期相關(guān)生態(tài)工程效果開始顯現(xiàn)，狀態(tài)層障礙度達到最低。除此之外，其響應(yīng)層障礙度也在相關(guān)生態(tài)工程的成效影響下呈波動下降趨勢。長遠角度來看，壓力層依舊是影響酒泉市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的主要因素。

圖4 酒泉市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全準則層障礙度

3.2.2 指標層障礙因子

本研究為找出影響張掖、武威、酒泉三市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的具體因素，采用因子障礙度模型計算張掖、武威、酒泉三市2008-2017 年各指標的障礙度，并選前6 項障礙度最大的指標為主要影響因子，結(jié)果見表8 至表10。

表8 張掖市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全障礙因素排序

由表8 可知，10 年間，張掖市“人口密度”“農(nóng)田碳足跡”“居民受教育程度”“農(nóng)作物成災(zāi)率”“非農(nóng)業(yè)人口比率”等因子的障礙度逐年提高。這是由于人口增多、非農(nóng)業(yè)人口比率不斷提升等情況的出現(xiàn)，在不斷增加的增產(chǎn)增收的需求下，大量化肥及農(nóng)膜的投入使用導(dǎo)致農(nóng)田碳足跡增長過快。同時，大部分為抵御自然災(zāi)害的能力不強的山灘旱地的耕地狀況與農(nóng)民綜合素質(zhì)較低等問題也在很大程度上影響了張掖市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

此外，在系列生態(tài)戰(zhàn)略提出的背景下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)化肥零增長措施的施行、生態(tài)工程建設(shè)步伐的加快、有效灌溉面積的持續(xù)增加、土地資源利用程度的不斷加強，這不僅明顯改善了農(nóng)民生活質(zhì)量，“土地墾殖率”“森林覆蓋率”“化肥施用強度”“農(nóng)民人均純收入”“造林面積”等因子的障礙度的逐漸減小，也體現(xiàn)出了張掖市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全穩(wěn)定性的增強。

由表9 可知，10 年間，武威市“農(nóng)膜施用強度”“居民受教育程度”“農(nóng)作物成災(zāi)率”“非農(nóng)業(yè)人口比率”等因子的障礙度逐年提高，說明農(nóng)村勞動力的不足，受教育程度低而無法跟上產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建不夠完善，農(nóng)膜使用量一直較高等因素制約了武威農(nóng)業(yè)生態(tài)安全水平的提升。

表9 武威市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全障礙因素排序

“森林覆蓋率”“有效灌溉面積”“化肥施用強度”“土地墾殖率”“農(nóng)業(yè)人均用水量”等因子的障礙度逐漸減小，說明武威市深入推進全域生態(tài)文明建設(shè)專項行動，圍繞“一控兩減三基本”目標，實施化肥農(nóng)藥使用量零增長，面源污染防治水平顯著提升。

由表10 可知，酒泉市2008-2017 年間，“人口密度”“農(nóng)膜施用強度”“居民受教育程度”“單位耕地碳排放”等因子的障礙度逐年提高。物質(zhì)需求伴隨著人口的增加日益增長，較高的農(nóng)膜使用量，居民對生態(tài)保護的意識因受教育程度較低而較弱，較為粗放的經(jīng)濟發(fā)展方式以及工業(yè)發(fā)展對生態(tài)環(huán)境較嚴重的破壞等，都影響了酒泉市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全。

表10 酒泉市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全障礙因素排序

“土地墾殖率”“農(nóng)田碳足跡”“森林覆蓋率”“農(nóng)民人均收入”“單位耕地碳吸收”等因子的障礙度逐漸減小。環(huán)保力度進一步加大，系列政策與重點生態(tài)工程的出臺、實施，農(nóng)作物播種面積的擴大以及種植結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放量有所增長，但其碳吸收量遠大于排放量，農(nóng)田碳足跡的障礙度逐漸減小，農(nóng)民人均收入也持續(xù)增長。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本研究選擇甘肅河西走廊地區(qū)的3 個城市作為研究對象，在考慮農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放、碳吸收以及碳足跡的基礎(chǔ)上，基于PSR 模型構(gòu)建了該地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指標體系，運用熵值法確定指標權(quán)重，根據(jù)各項指標的權(quán)重及農(nóng)業(yè)生態(tài)安全指數(shù)對研究區(qū)域2008-2017 年的農(nóng)業(yè)生態(tài)安全進行綜合評價并對其主要障礙因子進行分析。研究結(jié)果如下：

（1）總體來看，甘肅河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全水平在不斷提升，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境在逐漸改善，但該地區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)安全水平仍有很大的提升空間。其中，張掖市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全等級由“較不安全”向“較安全”轉(zhuǎn)變；武威市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全等級由“較不安全”向“較安全”轉(zhuǎn)變；酒泉市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全等級由“較不安全”向“臨界安全”轉(zhuǎn)變。

（2）甘肅河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全壓力層障礙度對農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的影響持續(xù)增強，狀態(tài)層和響應(yīng)層的障礙度對農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的影響逐年減小。

（3）影響張掖、武威、酒泉農(nóng)業(yè)生態(tài)安全的障礙因素有重疊又有不同，其中“森林覆蓋率”“農(nóng)膜使用強度”“居民受教育程度”等因子是影響河西地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全共有的障礙因素。

4.2 討論

本研究通過多指標綜合評價模型對甘肅河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全進行評價，可以看出該地區(qū)2008-2017 年農(nóng)業(yè)生態(tài)安全狀況在向好改善，這與雷百戰(zhàn)等[43-44]的研究結(jié)果相類似。陳英等[45]對2001-2012年張掖市的土地生態(tài)安全進行預(yù)警分析，結(jié)果顯示張掖市土地生態(tài)安全維持在“中警”水平；任小鳳[46]對張掖市進行農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價，發(fā)現(xiàn)2001-2010 年農(nóng)業(yè)生態(tài)安全水平總體偏低，與本研究的研究結(jié)果相吻合。武威市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全等級由“較不安全”上升至“較安全”，這與喬蕻強等[47]的研究結(jié)果相類似，但由于評價對象、評價模型以及安全等級劃分標準的不同，其對應(yīng)年份所處生態(tài)安全等級有所差異。酒泉市農(nóng)業(yè)生態(tài)安全等級由“較不安全”上升至“臨界安全”，這與劉凌冰等[48]的研究結(jié)果相類似，但由于評價目的和對象的不同，對指標的選擇也不相同，不同的評價指標體系和模型得出的農(nóng)業(yè)生態(tài)安全指數(shù)也不同。

目前對生態(tài)安全評價的研究主要涉及土地利用績效評價、濕地生態(tài)安全評價、耕地生態(tài)安全評價等[49]，而且國內(nèi)外沒有統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指標體系?？茖W(xué)合理的評價指標體系是保證農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價結(jié)果是否準確的基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指標體系包括資源、環(huán)境、人口、社會、經(jīng)濟等多方面因素，運用PSR 模型能夠分析社會經(jīng)濟運作與環(huán)境變化之間的關(guān)系。本研究基于PSR 模型構(gòu)建了甘肅河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指標體系，但由于本研究所有數(shù)據(jù)均來自統(tǒng)計年鑒，年鑒中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)在某些年份存在缺失情況，且考慮指標數(shù)據(jù)的量化性和可獲取性，本文只選取了18 個指標。在后續(xù)研究過程中，應(yīng)進一步收集相關(guān)數(shù)據(jù)，將河西走廊地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)安全評價指標體系進一步完善。