（土地资源管理专业论文）湖北省耕地生态安全评价与预警研究.pdf

摘要 耕地生态安全的研究是一个全新的领域，在我国耕地形式日益紧张的情况下，研究 耕地生态安全具有重要的现实意义和理论意义。本研究首先将耕地生态安全界定为：耕 地生态系统处于一种不受威胁、没有危险的健康、平衡状态，在这种状态下，耕地的生 态经济系统有稳定、均衡、充裕的自然资源可供利用，生态环境处于无污染、未破坏且 不受威胁的健康状态。然后运用“压力状态响应”框架，采用数学方法对湖北省耕地 生态安全进行了综合评价。进而对湖北省耕地生态安全进行预警研究，并根据预警分析 结果，进行了湖北省耕地生态安全的警患排除。文章共分五个部分： 第一部分，前言。首先点明选题的目的和意义；其次对国内外耕地生态安全评价及 预警的研究成果进行分析评述；然后给出了论文的研究方案。 第二部分，耕地生态安全与预警的概念、内容与基本理论的研究。 第三部分，进行湖北省耕地生态安全的评价研究。在遵循一定原则的前提下，进行 评价指标体系及评价标准的构建；然后运用“压力状态响应”模型框架，分别采用物 元分析模型和模糊综合评判两种数学方法进行评价；通过两种评价结果的比较分析，最 后得到湖北省耕地生态安全的综合评价等级。 第四部分，湖北省耕地生态安全的预警分析。根据评价结果，选用对耕地生态安全 影响较大的指标作为预警指标，在进行各预警指标现状分析及未来预测的基础上，进行 各指标警度的计算，最后得到湖北省耕地生态安全的总警度，并进行警情分析及警患的 排除研究。 第五部分，结论与展望。总结本研究的结论，指出文章的创新点及不足之处，最后 展望了尚需进行深入研究的问题。 关键词：耕地；生态安全；评价；预警；湖北省 a b s t r a c t i t san e wf i e l do fs t u d yo nc u l t i v a t e dl a n de c o l o g i c a ls e c u r i t y o nt h ei n c r e a s i n g l yt e n s e s u p p l ys i t u a t i o no fc u l t i v a t e d l a n di nc h i n a , t h es t u d yh a si t st h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e f i r s t l y , t h i sp a p e rd e f i n e sc u l t i v a t e dl a n ds e c u r i t ya sa h e a l t ha n db a l a n c e d c o n d i t i o no nw h i c ht h es y s t e mo fc u l t i v a t e dl a n di s n tb et h r e a t e n e da n dd e s t r o y e d u n d e rt h i s s i t u a t i o n ，t h e r ei ss t a b l e ，e q u i l i b r i u m , a n dp l e n t i f u lr e s o u r c ei nc u l t i v a t e dl a n ds y s t e m ，a n dt h e e c o l o g i c a le n v i r o n m e n ti s n tb ep o l l u t e d ，d e s t r o y e d ：a n dt h r e a t e n e d t h e nu n d e rt h ef r a m eo f “p - s - r ，t h i sp a p e re v a l u a t e st h ec u l t i v a t e dl a n de c o l o g i c a ls e c u r i t yo fh u b c ip r o v i n c eb y m a t h e m a t i c a lm o d e l s f o l l o w i n gt h a t ，i ti st h ee a r l yw a r n i n ga n a l y s e sa n ds o m es t r a t e g i e st o l i g h t e n i n go ra v o i d i n gt h ed i s a s t e r s t h e r ea r ef i v ep a r t sa sf o l l o w s ： p a r to n ei si n t r o d u c t i o n t h i sp a r tf i r s td e m o n s t r a t e st h eo b j e c t i v ea n ds i g n i f i c a n c eo ft h e s e l e c t i o no fs t u d y ；t h e ni ta n a l y s e st h er e s e a r c hr e s u l t so fc u l t i v a t e dl a n de c o l o g i c a ls e c u r i t y a n de a r l yw a r n i n gb o t ha th o m ea n da b r o a d ；f i n a l l yi ti st h es t u d ys c h e m e p a r tt w oi sd e f i n i t i o n ，c o n t e n ta n db a s i ct h e o r yo ft h ec u l t i v a t e dl a n de c o l o g i c a ls e c u r i t y a n de a r l yw a r n i n g p a r tt h r e ei sc u l t i v a t e dl a n de c o l o g i c a ls e c u r i t ye v a l u a t i o no fh u b e ip r o v i n c e o nt h e b a s i so fs o m ep r i n c i p l e s ，i tc o n s t r u c t st h ee v a l u a t i o ni n d e x e sa n ds t a n d a r ds y s t e m ；t h e nu n d e r t h ef r a m eo f “p s r ”，i tu s e sm a t t e r - e l e m e n tm o d e la n df u z z ym a t h e m a t i c sr e s p e c t i v e l yt o e v a l u a t et h ec u l t i v a t e dl a n de c o l o g i c a ls e c u r i t y ；a f t e rc o m p a r e dw i t ht h et w or e s u l t s ，i tg e t s t h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ng r a d e p a r tf o u ri se a r l yw a r n i n g a c c o r d i n gt ot h ee v a l u a t i o nr e s u l t ，i ts e l e c t sl a r g e rw e i g h t sa s e a r l yw a r n i n gi n d e x e s ；t h e ni tg e t st h ew a r n i n gd e g r e eo nt h eb a s i so fs t a t u sa n a l y s i sa n d f u t u r ef o r e c a s to fe v e r ye a r l yw a r n i n gi n d e x ；f i n a l l yi ti st h ew a r n i n gc o n d i t i o na n a l y s i sa n d a l a r me l i m i n a t i o n p a r tf i v ei sc o n c l u s i o na n dp r o s p e c t i ts u m m a r i z e st h es t u d yc o n c l u s i o n s ，p o i n t so u tt h e i n n o v a t i o na n dd e f i c i e n c i e so ft h ep a p e r , a n de n v i s i o n st h ef u r t h e rr e s e a r c hp o i n t s k e yw o r d s ：e c o l o g i c a ls e c u r i t y ；e v a l u a t i o n ；e a r l yw a r n i n g ；c u l t i v a t e dl a n d ；h u b e ip r o v i n c e i i 湖北大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 论文作者签名：t 寸磊2 研 日期：卅乡年r 月，罗e t 学位论文使用授权说明 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以 允许采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存学位论文；在不以赢利为目的的 前提下，学校可以公开学位论文的部分或全部内容。( 保密论文在解密后遵守此规 定) 作者签名： 付另2 娜 特刻磁轹彳零潲 日期：删r 日期：冽r 7 1 前言 1 前言 1 1 选题的目的和意义 土地是人类生存的根本，同时，土地资源的数量和质量也直接影响着国家安全。而 耕地资源是土地资源中最重要的部分，通过研究耕地的动态变化可以清楚的了解我国土 地资源的利用现状及其发展态势。党的“十七大报告中提出了建设“生态文明 的概 念，这充分显示了生态建设在今后社会发展中的重大影响力。耕地生态系统作为最基本 的生态圈，同时也是比较脆弱的生态系统，研究其生态安全现状，并作好其预警研究， 必将对国家建设生态文明，取得经济的更高发展提供重要的参考依据。 从区域的角度来讲，本研究会具有更重大的现实意义。一个地区的生态安全状况， 具有外部效应。湖北省是全国重要的粮食生产基地，也是三峡工程、南水北调等重大工 程的基地，耕地作为整个生态系统的精华同时也是最脆弱的部分，其生态安全状况直接 影响着周围地区乃至全国的生态安全，保障该区域的生态安全不受威胁或者将其控制在 比较安全的水平，意义重大。另外，湖北省是一个农业大省，农业产出在国民经济中占 据重要地位。已有研究表明，湖北省的耕地生态系统功能已有退化的倾向，人均耕地面 积、人均粮食产量等指标逐年下降，且耕地污染严重，后备耕地资源不足，这样的局面 严重影响到了湖北省农业经济的发展，如何使这一区域的耕地实现可持续利用，应该成 为该地区耕地研究方面的重点。通过对湖北省耕地生态安全问题进行评价与预警，及时、 准确地从整体上把握耕地生态安全的基本态势，并根据相关的动态指标对耕地生态安全 做出超前判断，从而适时、适度地采取措施进行调节、控制，达到确保耕地生态安全， 乃至耕地与人口、环境、经济、社会和谐发展的目标，是一项很有现实意义的研究课题。 本研究也能丰富生态安全研究的理论内容。在可持续发展理论、人地关系协调理论 等理论的指导下，综合分析耕地生态系统的自然生态安全、经济生态安全和社会生态安 全的基础上，本文尝试定义“耕地生态安全”。对生态安全的评价部分运用“压力一状态 一响应 框架模型，并采用不同的数学模型进行评价，这会弥补单一的数学模型的不足， 使评价结果更加贴近实际情况。另外将生态安全评价与预警结合起来，会使生态安全的 研究更加完整，从而使土地生态学、土地资源管理学的内容更加充实。 1 2 国内外耕地生态安全评价与预警的研究成果评述 1 2 1 国外研究现状 国外对生态安全的研究始于生态风险分析和生态系统健康评价。早在1 9 4 1 年，a l d o 湖北大学硕士学位论文 l e o p o m 就提出了“土地健康的概念，他认为健康的土地是指被人类占领而没有使其 功能受到破坏的状况，其中包含了最初的生态安全思想【。此后，关于生态系统与环境 安全问题的研究在全世界范围内开始展开【2 1 。然而到目前为止，并没有统一的“生态安 全 的概念，比较流行的是1 9 8 9 年国际应用系统分析研究所( i a s a ) 提出的广义的生 态安全的概念，它强调生态安全是人的生活、健康、安乐、基本权利、生活保障、必要 资源、社会次序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁的状态，包括自然生态安全、 经济生态安全和社会生态安全【3 1 。不同学者从不同侧面提出了自己对“生态安全”的理 解：r o g e r s 从生态环境安全的角度，给出了生态安全的狭义定义，他认为生态安全是 自然生态环境能满足人类和群落的持续生存与发展需求，而不损害自然生态环境的潜力 的一种状态【4 1 。c o s t a n z a 和r a p p o r t 等认为生态安全的概念应该与人类社会的可持续发 展联系在一起，其安全的目标在于为人类的生存和发展提供持续和良好的生态服判5 】- 【引。 国际全球环境变化人文因素计划( i h d p ) 的全球环境变化和人类安全( g e c h s ) 研究项目，引导学者们将生态安全与人类生计安全联系起来 7 1 。c a l o w 认为，将人置于 生态环境系统之中，不仅使得生态环境系统安全的概念非常清楚，安全评价也变得非常 简单明了【引。 r o b e r tc o s t a n z a 等人对全球生态系统服务和自然资本的价值评估【9 】，引起了广泛的 关注，使得生态安全评价逐渐成为学者们研究的热点。目前国外对生态安全评价指标体 系的构建方面已取得了一系列成果，主要是一些国际组织和机构研究设计的评价指标体 系，如联合国经济合作开发署( o e c d ) 的“压力状态响应 ( p s r ) 框架模型【1 0 】； 欧洲环境署( e e a ) 的“驱动力压力状态影响响应”( d psi r ) 指标体系；c o r v a l a n 等人的“驱动力压力状态暴露影响响应措施”的d pse e a 概念模型【l l 】等，目前 应用较多的是p s r 模型。 在生态安全的评价方法方面，大量定量与定性的评价方法是以生态风险和生态健康 为主题，其中运用较为广泛的是临界指标综合评判法，如b e r t o l l o 对意大利东北部的景 观健康评价就采用了这种方法【l2 1 。以生态足迹为指标的生态学方法也备受关注，如r e e s 通过生态足迹与生态承载力的比较进行了城市生态安全的评价【1 3 】。此外，新技术也被用 于生态安全的评价中，r i c k e r s 等人将g i s 技术与生境稳定指数模型( h s i ) 相结合，从 生态风险的角度进行了生态安全的评价【1 4 】。也有一些学者将景观生态学方法与g i s 结合 起来而进行的研究。 国外生态安全预警的研究主要是建立在生态风险评价、生态预报的基础之上。b h 2 1 前言 k m p o b 把俄罗斯科学院地理所编制的全俄尖锐生态状况分布图作为国家生态预报的基 础。欧美国家许多学者分别从不同侧面对生态预警进行了研究。如美国为了防治西南部 大草原的沙化，开始把植物之间的裸露区指数、牧草盖度、营养性繁殖体盖度等作为沙 漠化的早期预警指标，并采用卫星监测和地面观测相结合的方法确定草场生态系统由正 常发展到有风险和沙漠化不同阶段的临界值【1 5 】。 可见，国外虽然很早就提出了“生态安全”的思想，但真正进行全面研究是从2 0 世纪8 0 年代后期开始。国外对生态安全的研究主要是由于环境、资源压力与日俱增， 影响到了社会、经济和政治的稳定，而在全球及国家层面上的研究，且主要是围绕生态 安全的概念辨析及生态安全与国家安全、可持续发展和全球化方面的展开，生态安全评 价方面的研究则不多，大部分是基于生态风险评价和生态系统健康评价的研究。生态安 全是人类安全的重要指标，切实关系到每个人的利益，所以，关于生态安全的研究应该 在更加具体的层面上进行研究，而且，对生态安全进行综合评价的方法、指标与标准的 构建等方面值得深入探索。 1 2 2 国内研究的现状 我国对生态安全的研究起步于2 0 世纪9 0 年代【1 6 1 ，到19 9 8 年j 下式将生态安全作为 研究内容和研究对象。到目前为止，国内也没有统一的“生态安全 的概念。肖笃宁从 广义和狭义两个范围解释了生态安全，广义的概念以国际应用系统分析研究所( i a s a ) 在1 9 8 9 年提出的定义为代表，即包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全组 成的复合人工生态安全系统；狭义的生态安全指反映生态系统完整性和健康整体水平的 自然和半自然的生态安全系统【1 7 】。曲格平从两个层面解释了生态安全：其一是防止生态 环境的规划对经济基础构成威胁，主要指环境质量状况和自然资源的减少、退化削弱了 经济可持续发展的支撑能力；其二是防止环境问题引发人民群众的不满，特别是导致环 境难民的大量产生，影响社会安定【1 8 1 。郭中伟基于生态系统服务功能的角度，认为生态 安全是指一个生态系统的结构是否受到破坏，其生态功能是否受到伤害【l9 1 。黄青等人从 生态承载力的角度对生态安全进行了解释，他们认为生态安全指的是人类的生态安全， 即人与环境相互作用的过程中，生态系统的承载力大于人类对它的影响时所处的一种状 态【2 0 1 。 随着我国土地生态环境问题的日渐突出，土地生态安全问题开始引起学者们的重 视，孟旭光认为国土资源的生态安全是国土安全的重要内容【2 。随之，土地生态安全作 为个全新的概念，在“生态安全”的基础上，逐渐发展起来。梁留科从生态系统健康 湖北大学硕士学位论文 和生态风险的角度，定义“土地生态安全”为：土地生态系统对人类在生产、生活、健 康等方面不受生态破坏与环境污染等影响的保障程度，以实现追求经济利益最大化、生 态效益最佳化和社会稳定化的目的【2 2 1 。张虹波等人认为土地资源的生态安全是指一定时 空范围内，土地生态系统能够保持其结构与功能不受威胁或少受威胁的健康、平衡状态， 并能够为保障人类社会经济与农业可持续发展提供稳定、均衡、充裕的自然资源，从而 维持土地自然、社会、经济复合体长期协调发展【2 3 】。 土地生态安全评价是土地资源生态安全研究的重要内容，其中建立科学的指标体系 与评价标准是其关键环节，但由于指标体系的建立涉及众多学科且需要对评价系统有足 够的认识，不同生态系统、不同尺度的生态安全分析应具有不同的指标要素，因此指标 体系的建立十分困难，这是在土地生态安全评价方面尚未有较完善并被普遍采纳的指标 系统的根本原因【2 4 1 。左伟等人基于“压力状态响应”( p s r ) 框架，建立了区域生态 安全评价的指标体系和评价标型2 5 1 。张保华等人基于对农业生态系统的简要分析，从农 业生态系统结构、农业生态系统功能、人为调控与抗逆能力、社会经济保障四方面提出 了一套重视农业生态学理论的农业生态安全评估指标体裂2 6 】。肖薇薇等人遵循区域性与 科学性结合，完整性和相对独立性结合，可行性和可操作性结合，可比性和针对性结合 的指标选取原则，构建了黄土丘陵区农业生态安全评价的l o 个一级指标，2 1 个二级指 标【2 7 1 。 对土地生态安全状态和水平进行定量测度也是处于起步阶段。刘勇等人运用相关数 学方法，计算了嘉兴市1 9 9 1 年和1 9 9 7 年各评价指标的安全指数，并结合层次分析等方 法，对嘉兴市1 9 9 1 年和1 9 9 7 年的土地资源生态安全状况进行了综合评价【2 8 1 。付伟章等 人将土地安全评价与生态环境安全评价相结合，运用功效安全度函数模型的评价方法， 以泰安市大汶口镇为例，进行了土地生态安全状况的综合评价【2 9 】。张婷婷等运用层次分 析法，对黄石市1 9 9 6 2 0 0 4 年的土地生态安全进行评价，并得出黄石市土地生态安全状 况的主要影响因素是区域土地利用覆盖的空间格局及其变化【3 0 】。张虹波等人首次将物 元分析模型和可拓理论引入土地生态安全评价，并基于“p s r ”模型和层次分析法， 建立了土地资源生态安全评价的指标体系，对宁夏南部彭阳县进行了区域土地资源生态 安全的综合评判【3 。 除了数学模型，生态足迹、g i s 技术以及景观生态学等方法也开始运用于土地生态 安全的评价中。曹新向运用生态足迹模型，构建了旅游地生态安全评价的指标体系和方 法，并以人均旅游生态足迹和人均旅游用地承载力的比值来确定旅游地生态安全状况， 4 1 前言 对2 0 0 5 年开封市旅游地生态安全进行了评价【3 2 1 。朱运海等人运用g i s 和r s 技术，以 河北省万全县为例，进行了区域生态安全综合评价3 3 1 。角媛梅等运用a r c v i e w 3 0 a 与景 观空问邻接度法，以金塔绿洲为例，提出了绿洲生态安全受威胁程度的计算方法【3 4 1 。 目前有关土地生态安全评价的研究主要集中于对现状的评价，关于预警的研究成果 还非常少。王韩民在生态安全系统单指标分析的基础上，简单给出了运用多微区分分析 ( m d a ) 进行生态安全预警分析的步骤【3 5 1 。孙凡等人通过对重庆市生态环境质量与生 态安全的综合评价，确立了重庆市生态安全评价与监测预警机制的理论与指标体系，探 索出了重庆市生态安全监测预警系统建设的有效途径【3 6 1 。石明奎等人建立了珠江上游 少数民族农业区域生态安全预警的指标体系，并通过对贵州境内2 2 个县的样本分析， 横向比较，进行了珠江上游少数民族农业区域生态安全的预警研究【3 7 1 。 综上可以发现，土地生态安全的研究还是一个比较新的研究领域，尽管在生态安全 评价方面已有不少的研究成果，但基本上是对国外研究框架的直接运用，在指标体系与 评价标准的建立方面很多研究并不完善，而且一般的评价多是采用单一的模型或框架， 这样得出的结果没有可比性，加上所选模型的局限，结论可能会偏离实际情况。研究对 象也大多是集中于某一区域或者是不同功能的土地类型，对耕地的生态安全的研究成果 还特别少。 冯艳芬通过资料分析的形式，指出了广东省耕地生态安全面临的问题【3 8 1 。李青丰从 生态安全的角度探讨了我国的耕地流失和粮食安全问题【3 9 】。朱红波，张安录在分析耕 地资源生态安全内涵、特征和影响因素的基础上，进行了我国耕地资源生态安全的时空 差异分析【删。张传华以重庆三峡库区为例，首先根据土地类型和土壤特征，将丰都县的 耕地分为4 类，然后选择了8 项指标，运用综合指数法，对4 种土地类型分别进行了评 价【4 l 】。 对生态安全的评价基本上都是对现状的静态评价，缺乏对过程与动态评价的研究， 要想使研究成果更具持久的指导意义与可操作性，生态安全的预警不可缺少，因此，对 耕地生态安全评价与预警进行系统研究应该是未来发展的趋势。 1 3 论文的研究方案 1 3 1 研究的主要内容 ( 1 ) 通过对国内外研究成果的分析，界定耕地生态安全的概念，明确耕地生态安 全评价与预警的内容及指导理论； ( 2 ) 在分析湖北省自然环境、社会、经济等的基础上，运用数学模型进行湖北省 5 湖北大学硕士学位论文 耕地生态安全评价研究，进而得到湖北省耕地生态安全的综合等级； ( 3 ) 根据评价的结果，进行湖北省耕地生态安全的预警分析，计算综合警度，确 定警情，最后进行警患的排除。 1 3 2 研究的方法及手段 本研究采用理论与实践相结合的方法，对湖北省耕地的生态安全进行评价与预警研 究： 第一部分，运用文献研究法，通过对相关文献的搜集、整理，对目前国内外已有的 研究成果进行总结与评论，为论文的撰写提供充实可靠的理论基础； 第二部分，根据相关的基础理论，运用概念分析法，界定“耕地生态安全”； 第三部分，采用定性分析与定量计算相结合的方法，分析湖北省耕地生态安全所面 临的威胁，进而构建评价指标与标准体系，并采用物元分析模型、模糊综合评判两种数 学方法，用熵权法确定各评价指标的权重，对湖北省耕地的生态安全进行评价，然后采 用比较分析法，对两种评价结果进行比较分析； 第四部分，在前面评价结果的基础上，进行湖北省耕地生态安全的预警分析，确定 影响生态安全的主要影响因子，进行警患的排除。 1 3 3 研究涉及的数学模型 1 3 3 1 物元分析模型 耕地生态安全受多种因素的影响，这些因素相互作用、相互依存。同时被评价区域 耕地的生态安全状况具有模糊性以及动态的变化性，所以评价区域耕地生态安全问题， 实质上是一个不相容问题。评价不仅要全面考虑多个指标，而且还要解决进行综合评定 时各单项指标评定等级时的矛盾问题，即要把单项指标评定结果的不相容性转化为相容 性。所以，可用物元变化作为解决矛盾问题的手段，并在可拓集合中，通过建立关联函 数对事物的量变和质变过程进行定量描述，最终进行耕地生态安全的科学评价【4 2 4 5 1 。 1 3 3 2 模糊综合评判 耕地生态系统是一个多因素耦合的复杂系统，而且这个系统的复杂性随着人类活动 的加剧而日益增长，这使得我们难以对其进行精确的描述：所以，对这个愈加错综复杂 的系统进行生态安全等级的评价时必须同时考虑各种因素，进行综合的评价。生态安全 评价中“安全等级 的概念并不明确，所以可以采用模糊综合评判的方法，通过计算各 等级的隶属度，得到一个区域的耕地生态系统各安全等级的比率，将会使结果比较接近 客观实际水平，从而提高评价的准确度【4 6 1 。 6 1 前言 1 3 3 3 熵权法确定权重 本研究采用熵权法确定权重。熵权法是一种在综合考虑各评价指标所提供信息量的 基础上，计算综合指标的数学方法m 。熵权法在给定评价对象集后各种评价指标值确定 的情况下，各指标在竞争意义上的相对激烈程度，从信息角度考虑，它代表该评价指标 在该问题中提供信息的多寡程度，作为一种客观综合评价方法，它主要是根据各指标传 递给决策者的信息量大小来确定权重。熵值越小，该指标提供的有效信息越大，该指标 的权重越大 4 8 - 4 9 】。 1 3 4 研究的技术路线 图1 - 1 研究技术路线表达图 7 湖北大学硕十学位论文 2 耕地生态安全的内容与基本理论 2 1 耕地生态安全评价的内容 2 1 1 生态安全 尽管当前还没有统一的“生态安全”概念，但综合现有的研究成果，发现生态安全 一般包含两层基本含义：一是生态系统的安全，即自身结构是否受到破坏；二是生态系 统对于人类的安全，即生态系统功能是否受到损害，其提供的服务是否能满足人类的需 要。当一个生态系统的结构受到破坏，该系统提供的服务的数量或质量出现异常情况时， 表明该系统的生态安全受到了威胁，即处于不安全状态。 2 1 2 耕地生态安全的概念 耕地生态安全是指耕地生态系统对人类在生产、生活和健康方面不受生态破坏与环 境污染等影响的保障程度，以实现追求经济利益最大的同时，保障生态效益最佳和社会 稳定。也就是说，耕地生态系统处于一种不受威胁、没有危险的健康、平衡状态，在这 种状态下，耕地的生态经济系统有稳定、均衡、充裕的自然资源可供利用，生态环境处 于无污染、未破坏且不受威胁的健康状态。只有在这种生态安全的状态下，才能实现经 济和社会的可持续发展。而当某一区域耕地的数量和质量出现异常时，则意味着该区域 耕地系统的生态安全处于一种受胁迫的状态，即处于“不安全状态，此时，不仅耕地 对农业经济的承载力下降，人民的生活、健康甚至社会的稳定都会受到威胁。 2 1 3 耕地生态安全评价的内容 耕地生态系统是土地生态系统的子系统，其安全状态对于国家、区域经济的发展和 未来的土地资源的合理利用起着至关重要的作用，因此，对耕地生态安全进行评价，研 究耕地生态安全的状况及其动态变化具有相当现实的意义。耕地生态安全评价是耕地生 态安全研究的核心内容，也是构建耕地生态安全利用及预警研究的基础。由于耕地生态 安全具有动态变化的特点，评价要以耕地资源、环境和人类为中心，立足于安全，着眼 于可持续发展，充分利用现代科学技术，实现耕地资源可持续发展的战略及解决耕地可 持续发展中的重大生态安全问题。 耕地生态系统是自然、经济与社会等多方面因素综合作用的系统，因此，耕地生态 安全评价应综合耕地资源环境和经济、社会情况，从耕地生态系统的结构和功能出发， 建立系统的区域生态安全评价指标体系，揭示各生态扰动因子在不同时空上的综合生态 效应和生态风险的时空分布规律，阐明退化生态系统过程的内在动力学机制，确定不同 2 耕地生态安全的内容与基本理论 生态功能区的最低生态安全阈值。 2 2 耕地生态安全评价的理论基础 ( 1 ) 人地关系理论 早期人地关系理论主要着眼于向土地索取事物作为人地关系的平衡点。随着人口增 多和科技发展，人地关系的内涵扩展到了“人口资源( 土地) 粮食能源环境 的总 框架和多元结构与联系上，以寻求人类社会经济发展与资源环境的协调和平衡。在研究 耕地生态安全时，不能只关注耕地的自然因素和经济因素，更应注意人口因素，促进入 地关系协调发展【5 0 1 。 ( 2 ) 可持续发展理论 可持续发展要求我们在发展经济的时候，不仅要考虑到眼前的利益，更要用发展的 眼光审视我们的长远利益，以期做到短期利益与长远利益的平衡。越来越多的研究表明， 经济的增长，并不意味着人民生活质量的提高，也不像环境经济学中所假定的那样，人 民的收入水平与一个地区的环境保护程度具有正相关。因此，深入地理解可持续发展的 内涵时，我们可以发现，j 下确处理好经济效益、生态效益和社会效益这三者之间的关系， 达到三效益 和谐统一，这才是可持续发展的根本宗副5 1 1 。 ( 3 ) 生态经济协调理论 经济生态协调理论是我国理论工作者提出的实现生态与经济协调发展的理论，该理， 论从经济发展与生态环境协调发展的思路出发，建立了完整的生态经济社会观、生态经 济需求观、生态经济生产观、生态经济价值观、生态经济财富观、生态经济循环观、生 态经济战略观【矧。人们对耕地的需求，不仅是经济、社会方面的需求，还有生态、精神 方面的需求。所以进行耕地生态安全问题的研究必须从经济和生态两个方面着手，遵循 生态经济协调理论的指导。 ( 4 ) 整体论和系统论 整体论( h o l i s m ) 是说明，客观世界是由一系列的处于不同等级系列的整体所组成， 它作为一个科学假设，为在对其内部功能的细节不太了解的情况下研究某个整体或系统 提供了基础，使我们对问题的处理变得简单了。 系统论( s y s t e mt h e o r y ) 是整体论的进一步发展和完善，主体思想是阐述对于一切 系统普遍有效的原理，不管系统组成元素的性质和关系如何，任何学科的研究对象都可 看作一个系统【5 0 】。 9 湖北大学硕士学位论文 整体论和系统论在耕地生态安全评价与预警研究中具有重要的指导作用：耕地生态 安全问题要从整体性角度研究和把握，耕地生态安全问题是由多种威胁造成的，其形成 原因比较复杂，孤立研究其中任何部分或仅从个别方面思考和解决问题的办法将难以奏 效。而整体论和系统论则主张从研究对象的整体和全局出发来研究、解决所面临的问题， 并形成行之有效的一套理论和方法【5 0 1 。 2 3 耕地生态安全预警的内容 耕地生态安全预警可以描述为运用一定的科学方法，对耕地生态安全的未来状态进 行预测，预报不正常状态的时空范围和危害程度，并提出防范措施的一种管理活动。耕 地生态安全预警的作用主要在于：揭示和描述耕地质量、数量、功能等的变化趋势，勾 画未来的耕地利用方式、结构与供求关系轮廓，为正确决定耕地计划、目标与方向，保 护耕地生态安全处于不受或少受威胁的状态，选择最优决策和最优方案提供依据。 2 4 耕地生态安全预警的理论基础 耕地生态安全预警除了基于上述人地关系理论、可持续发展理论、整体论和系统论 等，还有一些基本的指导理论：普里高津的耗散结构理论、哈肯的协同论等。 ( 1 ) 耗散结构理论 耗散结构论着重研究一个系统如何从混沌向有序转化的机理、条件和规律【5 2 1 。耕地 生态安全预警系统不是绝对的平衡系统，是相对的动态平衡的开放系统，具有非线性特 征。系统存在于特定区域的自然环境和社会经济环境之中，不能脱离环境而独立存在。 外界环境一方面使耕地生态安全预警系统的熵值不断降低，如科技进步等使耕地综合生 产能力上升；而另一方面使其熵值不断增加，如各种经济活动污染耕地等使耕地质量下 降等。系统通过与环境不断的进行物质、能量和信息的交换而产生一种远离平衡态的动 态平衡，从而使系统保持一种时间、空间及功能上的有序结构即耗散结构。 ( 2 ) 协同论 协同学是关于复杂系统中各个子系统之间相互协同作用的科学，是研究和比较多元 系统要素之间合作效应的理论【5 2 1 。协同发展论应用到耕地生态安全预警系统中可以表述 为耕地生态安全预警系统是一个非绝对平衡的丌放系统，其子系统之间，子系统各要素 之间，以及系统与环境之间普遍存在着相互联系、相互制约、相互促进、协同发展的规 律。 l o 3 湖北省耕地生态安全评价 3 湖北省耕地生态安全评价 3 1 湖北省区域概况及生态环境特征 3 1 1 地理位置 湖北省地处长江中游，因在洞庭湖以北而得名，居东经1 0 8 0 2 17 11 6 0 0 77 ，北纬 2 9 0 0 57 - - 3 3 0 2 0 之间。湖北东连安徽，南界湖南、江西，西部与重庆市接壤，北接河南， 西北和陕西毗邻。东西长约7 4 0 6 千米，南北宽约4 7 0 2 千米，版图面积约1 8 5 9 x 1 0 4 平方千米，约占全国国土总面积的1 9 5 。 3 1 2 地形地貌 湖北省正处于中国地势第二级阶梯向第三级阶梯过渡地带，湖北省地势呈三面高 起、中间低平、向南敞开、北有缺口的不完整盆地。地貌类型多样，山地、丘陵、岗地 和平原兼备。山地、丘陵和岗地、平原湖区各占湖北省总面积的5 5 5 ，2 4 5 和2 0 。 3 1 3 气候特征 湖北地处亚热带，位于典型的季风区内。全省除高山地区外，大部分为亚热带季风 性湿润气候，光能充足，热量丰富，无霜期长，降水充沛，雨热同季。全省大部分地区 多年平均实际日照时数为1 l o o _ - 2 1 5 0 小时。全省大部分地区冬冷、夏热，春季温度多 变，秋季温度下降迅速。降水地域分布呈由南向北递减趋势。 3 1 4 土壤条件 湖北省自北向南分为两个土壤地带，即中亚热带的红壤黄壤地带和北亚热带的黄棕 壤地带。在同一地带内，受海拔高度和地形地貌差异的影响，土壤的分布又表现为垂直 地带性规律。另外，还有潮土、水稻土、石灰土，以及紫色土等非地带性土壤【5 3 1 。 3 1 5 水文条件 湖北省国土面积占全国总面积的1 9 4 ，而多年平均降水量占全国降水总量的 3 6 。丰沛的降水为地表径流提供了丰富的补给。全省分为两大水系，桐柏山区1 1 6 3 k m 2 ， 属淮河水系，其余均属长江水系。全省除长江、汉江外，中、小河流有4 2 2 8 条( 长度 5 k m 以上) ，全长约5 9 2 0 0 k m ，总流域面积1 3 1 6 万k m 2 ，占全省自然面积的7 0 ，其中 长度在l o o k m 以上的河流有4 2 条( 含人工河) ，总长度约5 2 4 0 k m 。 3 1 6 植被状况 湖北是少林省份，但植物种类比较丰富。湖北省树种有1 3 0 0 余种，其中用材林约 占一半。主要有马尾松、栎类、杉木、桦、楠竹等，经济林甚多，有油桐、油茶、乌桕、 湖北大学硕+ 学位论文 漆树、核桃、板栗和果树等。省内植物资源以鄂西山地神农架林区最富，森林覆被率达 7 0 左右。植被结构也具有明显垂直分布特征。据调查，山区植物种类有2 0 0 0 余种， 占湖北省植物种类的2 3 ，世界稀有或中国特有植物有3 0 多种。 3 1 7 自然灾害 湖北省的自然灾害具有“灾种多、时空分布不均匀、灾害频发，而且灾情日趋严重 的特点。以洪水、干旱、滑坡、崩塌、泥石流为主要的自然灾害。夏季的强降水容易引 发较为严重的渍涝和山洪地质灾害。3 月下旬的春旱和9 、1 0 月的秋旱也比较严重。 3 1 8 社会经济状况 2 0 0 4 年，全省完成生产总值6 3 2 0 4 8 亿元，按可比价格计算，比上年增长1 1 5 ， 是1 9 9 8 年以来增幅最高的一年。2 0 0 4 年第一产业完成增加值1 0 2 0 0 9 亿元，增长6 5 ； 第二产业完成增加值2 9 9 4 6 7 亿元，增长1 4 o ；第三产业完成增加值2 3 0 5 7 2 亿元， 增长1 0 o 。三次产业结构由2 0 0 3 年的1 4 8 ：4 7 8 ：3 7 4 调整为1 6 1 ：4 7 4 ：3 6 5 。 3 2 耕地生态安全评价指标体系及评价标准的构建 3 2 1 评价指标体系的建立 合适的指标在监测和评价环境变化和社会经济发展方面具有举足轻重的作用。采用 一些常规指标描述某些经济及社会现象的方法，在社会经济研究中已经司空见惯。如用 人均国民生产总值来衡量社会总财富，用预期寿命、婴儿死亡率和文盲率来反映社会发 展状况。然而，在评价耕地生态安全时，就缺少类似的指标，因此，构建耕地生态安全 指标体系是一项十分具有探索性也很紧迫的任务。 3 2 2 建立原则 ( 1 ) 科学性原则 指标体系必须建立在科学的基础上，各指标概念必须明确，并且有一定的科学内涵， 既能充分反映湖北省耕地生态系统的主要特征、利用现状，体现耕地生态安全的内涵， 又要保证数据来源的准确性和处理方法的科学性，从而使所选指标能够反映耕地生态安 全的程度，保证评价结果的真实性和可靠性。 ( 2 ) 相对完备性原则 相对完备性要求指标体系覆盖面广，能较全面地反映和度量被评价区域耕地生态安 全的现状，并综合地反映其发展的程度和趋势。 ( 3 ) 相对独立性原则 1 2 3 湖北省耕地生态安全评价 指标体系应该层次分明、各要素相互联系，但不同属性的指标应该具有相对独立性， 每个指标能单独反映耕地生态安全某一方面的属性和状态，具有一定的代表性，避免选 择意义相近、相关性太高的指标。 ( 4 ) 动态性原则 耕地生态安全是一个动态的过程，影响耕地生态安全的因素也会随着时间的变化和 社会的发展而发生变化，因此，所构建的指标体系应能充分反映动态的过程，具有一定 的弹性，能够反映不同发展阶段条件下耕地生态安全的特征，以便于预测和管理。 ( 5 ) 可操作性原则 建立指标体系时，应考虑到所选指标能够定量化，所需数据可以获得并且可靠，所 以建立的指标体系必须遵循可操作性原则，尽量利用现有的统计资料，挑选一些便于计 算、容易取得或者通过计算、修正可以间接得到，并且能够在要求水平上很好地反映湖 北省耕地生态安全实际情况的指标，从而为在信息可能不完备的情况下对耕地生态安全 做出最真实和客观的评价提供可能。 ( 6 ) 可持续性原则 这是耕地生态安全评价的出发先，只有站在可持续发展的角度来评价耕地生态安 全，评价体系的建立才会更具有实际意义【5 4 。5 6 】。 3 2 3 评价标准的建立 3 2 3 1 建立的原则 ( 1 ) 可计量性原则 可计量性是指能量化耕地生态系统的结构和运行特征或是其生态环境功能特征。对 耕地的生态安全进行评价，只有定性的分析是不够的，必须有量化的结果，这样评价结 果才会更有说服力，才能为管理者提供更精确的参考依据。 ( 2 ) 先进性与应用性原则 先进性与应用性原则是指特别能满足区域可持续发展对生态安全的要求。在先进性 上，如在生态脆弱地区，指标值应高于背景值。在应用性上，土壤生态安全性评价中所 有能反映生态环境功能和表征生态因子状态的标准及其指标值，可以直接用作判别基 准；而大量反映耕地生态系统结构和运行状态的指标，尚需按照功能和结构对应性原理， 根据耕地生态安全中环境安全要求的具体性状，借助一些相关关系经适当计算而转化为 反映环境功能的指标后，方可用作判别基准。 湖北犬学硕士学位论文 ( 3 ) 地域性原则 土地生态系统的地域性特征使得土地生态环境及其安全性评价不宜采用单一的标 准和指标值，而应该根据地域特点而科学地选取，如山区的植被覆盖率应高于平原区， 才能有效地防止水土流失。 3 2 3 2 评价标准值的来源 ( 1 ) 国家、地方和行业规定的标准 如已发布的土壤环境质量标准、粮食卫生标准( g b2 7 1 5 8 1 ) 、农药安全使用 标准( g b4 2 8 5 8 9 ) 等，行业标准指行业发布的环境评价规范、规定和设计要求等， 地方政府颁布的水土流失防治要求、农田灌溉水标准等，均是可选择的评价标准。 ( 2 ) 背景和本底标准。 可以用待评价区域生态环境的背景值或本底值作为评价标准，如区域的植被覆盖 率，区域水土流失本底值等，也可以选择生态破坏或环境受损前的所在地生物、环境与 生态系统背景值作为评价标准，如植被覆盖率、生物量等。 ( 3 ) 类比标准。 以未受人类严重干扰的生态安全度高的相似生态系统，环境或以相似自然条件下的 原先自然生态系统作为类比标准，这类标准需根据评价内容