鄱阳县位于江西省东北部、鄱阳湖东岸,地处东经116°23'—117°06',北纬28°46'—29°42',是江西省面积第二大县(图1)。属典型的中亚热带季风气候,平均气温17.5℃,雨季长,雨量充沛; 全县土地总面积达4 215 km²,占土地总面积的45%; 下辖14个镇、15个乡,境内低山丘陵分布广泛,东北多为低山,向西南方向渐变为丘陵和湖区平原,是江西省典型的山区农业县,是国家商品粮、棉、油、鱼基地县。2016年底,全县GDP突破190亿元,农民人均纯收入也大幅度增长,达到8 574元。

图1 鄱阳县区域位置示意图

本文所需数据主要来源于2008—2018年《中国环境统计年鉴》、2008—2018年《江西省农村统计年鉴》、2008—2018年《上饶市统计年鉴》、2008—2018年《鄱阳县国民经济和社会发展统计公报》、以及鄱阳县国土部门和规划部门的相关资料。

变异系数法又称“标准差率”,是另一种统计数据,用来衡量数据中观测值的变化程度。变异系数就是标准差和平均数的比值,记为C.V。计算公式为下^[19]:

求取标准差σ:

式中:X_ij表示第i年的第j个指标值; X_j表示指标的均值。

求取平均值μ:

μ=(∑ⁿ_j=nX_ij)/((n-1))(2)

则变异系数为:

C.V=σ/μ(3)

将变异系数进行归一化处理得到各评价指标的变异系数权重W_i,即:

W_i=(v_i)/(∑^m_i=1v_i)(4)

熵值法是一种客观赋权方法,通过计算指标的信息熵,根据指标的相对变化程度对系统的整体影响来决定指标的权重,相对变化程度大的指标(既指标的无序度越低),该指标的效用值就越大^[20-22]。熵值法的计算步骤为:

(1)不同指标对耕地生态安全状态的影响不一致,首先需明确区分指标的正负作用。

(2)数据处理指标标准化:

正向指标:X_ij=(X_j-X_min)/(X_max-X_min)(5)

负向指标:X_ij=(max(X_ij)-X_ij)/(max(X_ij)-min(X_ij))(6)

(3)计算各指标的熵值,第i项的指标熵值E

E_j=-k∑ⁿ_i=1P_ij·lnP_ij(7)

其中:P_ij=(X_ij)/(∑ⁿ_i=1X_ij)

(4)计算指标权重W_j

W_j=(d_j)/(∑ⁿ_i=1d_j)(8)

式中:d_j=1-E_j。

状态空间是欧式几何空间定量描述不同因素组合下的事物稳定状态的一种有效方法,它是由多个表示系统各要素的向量构成的三维状态空间轴^[23-25]。图2所表示的三维状态空间包括耕地的自然环境、社会经济条件和耕地利用状态,耕地安全状态是一定空间和时间内两者共同作用下的一种空间稳定状态。在这些状态空间中,由不同的自然环境条件、耕地利用状态和社会经济条件组合形成生态安全状态点,再由点构成了生态安全状态曲面BYmax和BXmax。点B处于生态安全临界点,表征在自然环境条件良好和社会经济发展需求压力最适量时,耕地的利用效果能达到稳定的状态; 点C处于生态安全临界曲面之外,表征已经超过社会经济发展需求压力的承载范围和突破了耕地本地最优自然环境条件,耕地的利用状态效果极低,耕地将出现耕地污染、粮食减产、耕地产品质量下降等状况; 点A所处位置表征耕地利用处于较为宽松的状态,此时耕地本底自然条件优良且社会经济发展压力较小,耕地的承载力高,发展潜力较大。

图2 状态空间模型示意图

不同内外因条件组合下的耕地状态所构成的矢量模|OB|为:

式中:X_ij为各指标因素标准化的值; Q_ij为各指标因素所对应的权重。

耕地临界生态安全的矢量模为:

式中:Z_ab表示各指标因素的理想状态值; Q_ij表示为各指标因素的权重。

耕地生态安全状态指数μ为:

μ=(|OB|)/(|OH|)(11)

耕地安全问题是一个复杂的、系统的、全面的科学问题,它包括4个方面的含义:耕地数量安全、耕地质量安全、粮食安全和耕地生态安全。吴大放等^[27]指出耕地资源安全不仅仅要从单一的耕地数量和质量安全来研究,应对最基础的生态安全进行深入研究。鉴于此,本文重点探讨了鄱阳县近10 a来耕地生态安全状况。

从评价尺度来看,现有研究多集中大尺度空间上,例如全国、省级、市级、粮食主产区和流域等; 少有在县级及以下小尺度空间上评估。本文以鄱阳县为研究对象,有利于具体的体现生态安全机理和安全状况,避免了与实际情况差异太大的情况。

评价指标体系的构建是生态安全评价的灵魂,指标的选择对评价结果具有重大的影响,现如今国内外没有统一标准的指标体系,常用的评价体系有压力—状态—响应、景观指标体系等。本文在参考学者们的研究结果的基础上,结合当地实际情况,从自然、经济、社会等3个方面构建了评价指标体系,总体来讲能涵盖耕地自身环境与人类社会的联系,但由于受到指标可获取性、连续性等客观因素的影响,会使评价结果与实际情况有略微偏差。

耕地生态安全评价方法已经从单一的定性评价转为了定量评价。目前常用的评价方法有PSR模型法、TOPSIS模型法、物元模型法、模糊综合评价法、景观生态法以及人工神经网络法等; 也有学者采用地统计学和3S技术作为支撑,将遥感影像与统计数据相结合的评价方法。本文所采用的状态空间模型,学者较多的是用来对资源环境承载力的计算。本研究将该模型运用于对生态安全的评价上,评价结果较符合鄱阳县耕地利用的实际特点,验证了模型的适用性。但不足之处在于在确定指标理想值时,忽略了理想值的时差性,带有主观因素,这也是今后对研究方法需要进一步加强的地方。

从评价结果来看,鄱阳县耕地生态安全状态趋于好转,究其原因这主要得益于对农业污染的治理和预防,改善了农业生态环境。这也是今后鄱阳县要坚守的改良方向。最后,本文在对耕地生态安全预测和解决措施这方面有所欠缺,这是今后研究的重点。

(1)鄱阳县在2008—2017年耕地生态安全指数从2008年0.289 2上升到2017年0.692 1,总体呈上升趋势,期间有小幅度的波动。这10 a的变化总共经历上升—急速下降—缓慢上升3个阶段:第一阶段2008—2012年处于较不安全级别; 第二阶段2012—2014年从较不安全级别上升为临界安全级别,耕地生态安全状况有所好转; 第三阶段2014—2017年从临界安全界别转化为较安全级别,这一阶段耕地生态安全状况得到快速发展,表明鄱阳县近年来耕地生态环境问题在不断改善。

(2)就各子系统而言,自然因素、社会因素、经济因素3个系统的指数总体都呈上升趋势。自然因素指数在2008—2010年这一时期缓慢上升,在2010—2011年急剧下降至最低点,随后2011—2017年指数持续上升,在2015年达到峰值。经济因素指数2008—2010年缓慢上升,在2010年达到峰值; 在2010—2012年急剧下降,在2012年达到低谷,随后在2012—2017年逐年上升。社会因素指数在2008年最低,随后持续上涨,在2017年达到峰值。

(3)总体来说,尽管鄱阳县在这10 a间耕地生态安全有了显著提升,生态环境问题在逐渐改善,但是在对耕地利用过程中依然存在不容忽视的问题。通过分析可以得出,耕地生态环境因素、社会条件因素是影响区域耕地生态安全水平的主要原因; 从具体指标来看,单位面积化肥、农药、农膜的过量使用,是引发生态污染从而导致人地矛盾的主要原因; 而人口自然增长率的减少和城市化水平的提升可以减轻土地利用的负担,有利于促进耕地生态安全指数的提高。在今后的改善措施中,应坚持生态优先,有节制的使用农药、化肥等农资品,提高农产品质量,同时控制人口数量,实现人地协调发展。