基于熵值法的中国省域耕地生态安全评价

李根++杨庆媛++马寅华++罗明++陈展图++童小容

摘要：耕地生态安全评价是改善农田生态系统、促进耕地可持续利用的基础性工作。根据耕地资源生态安全内涵及其影响因素，从自然、社会、经济3个方面选取17个指标，构建了耕地生态安全评价指标体系，选择熵值法确定指标权重，并运用综合评价模型计算全国省域单位2005—2014年的耕地生态安全指数，划分耕地生态安全等级。结果表明：近10年来全国总体耕地生态安全等级由“临界安全”逐步转变为“较不安全”，耕地生态安全指数整体呈波动下降态势，耕地生态安全朝逆向演化的方向发展。北京市、上海市近10年耕地生态安全相对稳定，且基本处于“较安全”等级；2006—2014年天津市耕地生态安全等级经历“较安全—临界安全”的变化，但在2012年后有明显提升；2006—2014年吉林、黑龙江耕地生态安全明显呈下降态势，大致经历了“临界安全—较不安全—临界安全”的演变历程；近10年江苏、浙江、新疆、西藏、内蒙古、海南地区耕地生态安全相对稳定，处于“临界安全”；云南、贵州、广西地区耕地生态安全指数呈波动上升趋势，但也处于“不安全”等级；其他地区近10年耕地生态安全总体上虽然小有波动，但一直处于“较不安全”等级。

关键词：耕地生态安全；安全等级；熵值法；综合评价

中图分类号： F323.211文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）09-0223-05

耕地資源是人类生存和发展最宝贵的物质基础，是地球资源的精华所在，我国以占世界7%的耕地养活了世界22%的人口，取得举世瞩目的成就[1-2]。然而近半个世纪以来，由于工业化、城镇化快速发展，建设用地占用以及灾害毁坏，耕地资源的稀缺性增强，耕地的生态安全受到极大威胁[3-5]。因此，诊断区域耕地生态安全等级、加强耕地生态安全建设显得尤为重要。

国外学者主要把耕地生态安全与可持续利用相结合进行研究，Rasul等从自然生态环境、社会经济需求方面构建评价指标体系，分析孟加拉耕地可持续利用与自然生态状况[6]。Beesley等认为，农用地利用中，耕地的质量与生态安全越来越受农场主关注[7]。国内学者关于耕地生态安全的研究集中在耕地生态安全内涵、耕地生态安全评价、耕地生态安全影响因素以及耕地生态安全调控对策等[2，8-9]。朱红波在分析耕地资源生态安全内涵、特征和影响因素的基础上，构建了耕地资源生态安全评价指标体系，认为耕地资源生态安全是指在一定时间和空间尺度内，耕地资源生态系统处于保持自身正常功能结构和满足社会经济可持续发展需要的状态[2]。赵其国等分别从耕地利用内外部环境及耕地供给方面探讨了耕地生态安全，但是由于研究对象的复杂性和特殊性，人们对耕地生态安全的内涵认识不足，在评价指标体系构建和研究方法选择上形成的共识多为宏观研究，使得耕地生态安全评价研究滞后[10]。笔者以全国为研究区域，以省域为研究单元，构建基于压力-状态-响应（PSR）模型的耕地生态安全评价指标体系，采用综合评价法和熵值法对我国耕地生态安全进行实证研究，识别并诊断耕地生态安全的制约因子，旨在为改善农田生态系统安全状况、协调人地关系、促进耕地资源可持续利用提供理论依据。

1评价指标体系构建

1.1耕地生态安全的内涵

笔者认为，耕地生态安全是土地生态安全的一个重要方向，主要包括三方面的含义：（1）它是实现耕地与自然、经济、社会可持续发展的前提与基础；（2）它是耕地资源环境和生物环境所处的不受或少受威胁的可持续状态，在这种状态下，耕地生态系统有均衡、充裕、稳定的自然资源可供利用；（3）指在一定时间和空间尺度内，耕地生态系统既能实现自身结构功能的完整，又能满足社会经济发展的需要[10]。

1.2耕地生态安全评价指标体系构建

根据我国实际情况，结合国内外学者的研究成果[10-16]，遵循科学性、可比性、系统性、可获取性原则，基于压力-状态-响应（PSR）模型，综合考虑自然压力、环境压力、人口压力、社会经济压力、耕地质量、耕地资源状态、环境响应等7个方面影响耕地资源生态安全的因素，选取17个评价指标为指标层，构建了耕地生态安全评价指标体系（表1）。

2耕地生态安全评价方法与模型

2.1数据来源与标准化处理

数据来源于《中国统计年鉴》《中国环境统计年鉴》《中国农村统计年鉴》《中国国土资源年鉴》《中国农业年鉴》《中国国[CM（25]土资源公报》和各省、直辖市、自治区（以下简称省市自治区）统计年鉴。由于数据的可获取限制性，本研究只对2005—2014年我国耕地生态安全水平进行分析。

本研究构建的指标体系对耕地生态安全的影响分为正、负趋向性2个方面。正向性指标是数值越大，对耕地生态安全越有利；负向指标是数值越小，对耕地生态安全越有利。在获取原始数据后，需对正、负趋向指标进行无量纲化处理，具体步骤如下：

式中：Xij指第i指标第j省（市、自治区）的原始值；max（Xij）指第i指标第j省（市、自治区）的最大值；min（Xij）指第i指标第j省（市、自治区）的最小值；Zij指第i指标第j省（市、自治区）标准化后的值。

2.2指标权重确定

不同的评价指标对耕地生态安全的重要程度存在一定差异，为了反映这一差异，需要对不同的指标赋予权重，确定指标权重的方法主要有主观赋权法与客观赋权法两大类。为了避免人为主观判断的影响，使得出的耕地生态安全权重更有科学性，本研究选取客观赋权法里的熵值法来确定指标权重。熵值法根据评价指标变异程度的大小来确定指标权重，指标变异程度越大，信息熵越少，该指标权重值就越大，反之越小[15-17]。

根据公式（1）、（2）得出的标准化值，再计算第i指标第j省（市、自治区）的比重Yij：

计算第i项评价指标的信息熵值ei：

式中：ei≥0，k为调节系数，与样本数m有关，一般令k=1lnm。

计算第i项评价指标的权重wi。

最后，利用熵值法的公式，与均值法相结合，求取全国2005—2014年耕地生态安全评价指标权重（表2）。

2.3评价模型

国内学者对生态安全的评价多采用灰色关联度评价模型、生态足迹评价模型、模糊综合评价模型等[18-20]。本研究采用综合评价模型，定量分析中国省域单位耕地生态安全状况。

式中：Ej为第j省（市、自治区）的耕地生态安全综合评价指数；wi为指标i的权重；zij为指标i的标准值。

2.4评价标准

借鉴相关文献的研究结论[21-23]，并且考虑到指标选取的局限性，表3将全国耕地生态安全指数值按其取值范围（0～1），运用非等间距法分为5个安全档次，指数值越大，耕地生态安全度越高，指数值越小，耕地生态安全度越低；并依次将5个对应的耕地生态安全等级与特征进行相应描述。

3结果与分析

3.1全国各省市自治区耕地生态安全等级划分

通过收集中国省域相关数据，根据前文构建的评价指标体系，进行定量计算，得到耕地生态安全评价综合指数值。由于笔者研究的是2005—2014年中国省域耕地生态安全状况及动态变化过程，计算量较大，文章篇幅所限，在此省略计算过程。中国省域2005—2014年耕地生态安全综合指数见表4、表5。

由表4、表5可知，中国省域近10年的耕地生态安全总体水平并不高，全部处于生态安全等级的Ⅱ级到Ⅴ级。其中，北京市、上海市的耕地生态安全等级较高，总体处于Ⅱ级（较安全）；云南、贵州、广西地区的耕地生态安全水平等级较低，近年来波动较小，基本处于Ⅴ级（不安全）。近年来，河北、河南、陕西、山西、江西、山东、安徽、湖北、湖南、福建、辽宁、广东、四川、重庆、甘肃、青海、宁夏等地耕地生态安全总体处于Ⅳ级（较不安全），江苏、浙江、天津、内蒙古、吉林、黑龙江、西藏、新疆、海南等地近年来耕地生态安全总体处于Ⅲ级（临界安全）。2005—2014年中国省域单位耕地生态安全空间分异及耕地生态安全变化分别见图1、图2。

收集中国省域单位有关耕地生态安全评价指标数据，经分析整理后，按照熵值法确定各评价指标的权重（表2），将耕地生态安全评价指标数据带入综合评价模型，计算得出中国省域单位2005—2014年的耕地生态安全指数，再运用非等间距法将耕地生态安全指数分为5个安全等级。生态安全指数越大，耕地生态安全度越高；生态安全指数越小，耕地生态安全度越低。研究表明，北京、上海地区近10年耕地生态安全指数稳定，达到“较安全”等级，处于国内领先位置。江苏、浙江、天津、山东、内蒙古、吉林、黑龙江、西藏、新疆、海南等地近10年耕地生态安全指数波动明显，但基本处于“临界安全”等级。其中，2006—2014年天津市耕地生态安全等级经历“较安全—临界安全”的变化，2012年后耕地生态安全指数有明显提升；2006—2014年吉林、黑龙江地区耕地生态安全指数呈明显下降态势，大致经历了“临界安全—较不安全—临界安全”的演变历程。河北、河南、陕西、山西、江西、安徽、湖北、湖南、福建、辽宁、广东、四川、重庆、甘肃、青海、宁夏等地近10年耕地生态安全指数总体稍有波动，基本处于“较不安全”等级；其中，2006—2012年辽宁省耕地生态安全指数波动明显，由“临界安全”下降为“较不安全”，2012年后稍有回升。近10年陕西省耕地生态安全指数总体由“不安全”等級提升到“较不安全”等级，到2014年又稍有回落，下降为“不安全等级”。云南、贵州、广西地区的耕地生态安全指数波动较小，基本处于“不安全”等级。其中，2005—2007年广西耕地生态安全指数经历了“较不安全—不安全”的演变历程，且之后几年一直处于“不安全”等级。

4结论与讨论

本研究通过对中国省域2005—2014年的耕地生态安全进行分析与评价，结果表明，近10年全国总体耕地生态安全等级由“临界安全”逐步转变为“较不安全”，耕地生态安全指数整体呈波动下降态势，耕地生态安全朝逆向演化的方向发展。

近年，中国省域耕地生态安全发展态势未得到根本性转变，这与城市化的快速扩张、人口快速增长、工业迅速发展、土地利用方式不合理等因素有密切关系。今后，应积极制定应对措施确保全国耕地生态安全，推进人地协调发展与土地可持续利用。本研究结果表明，耕地农药和化肥负荷、农业机械化水平、自然环境污染程度、人均耕地面积是制约农田生态系统安全状况改善的关键因素。因此，须加快发展现代农业，提倡农业技术创新，适地适量施用农药、地膜、化肥，减少对耕地资源的污染；积极开展高标准基本农田建设，加强农村土地综合整治，增加有效耕地，提升耕地资源质量；重视耕地生态环境的建设与中低产田改造，严格控制建设用地占用耕地，从根本上解决人为抛荒、侵占和压损问题，保证耕地数量与质量的平衡，保障粮食安全；合理控制人口增长，使人口规模在土地承载力范围以内；加强预防灾害能力建设，完善并优化防灾减灾以及抗旱、救灾响应结构，建立耕地生态安全预警监测体系，为耕地资源的可持续利用与管理提供支撑，政府须加大资金投入力度，有效提升耕地生态安全等级。

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