恩施州耕地生态安全：评价体系构建与障碍因子解析

恩施州耕地生态安全：评价体系构建与障碍因子解析一、引言1.1研究背景与意义耕地作为农业生产的基础，是人类赖以生存和发展的重要资源。它不仅承载着粮食生产的重任，还在维持生态平衡、保障区域生态安全方面发挥着关键作用。恩施土家族苗族自治州位于湖北省西南部，地处武陵山区腹地，是一个以山地、丘陵和盆地为主的地区。其独特的地理位置和自然环境，造就了丰富多样的农业生态系统，为特色农业的发展提供了得天独厚的条件。同时，恩施州作为重要的生态屏障，对于维护区域生态平衡具有不可替代的作用。然而，随着经济社会的快速发展和人口的增长，恩施州耕地面临着诸多挑战。一方面，城镇化和工业化进程的加速，导致大量耕地被占用，耕地面积不断减少。根据相关数据显示，过去[X]年间，恩施州耕地面积减少了[X]%，这给当地的农业生产和粮食安全带来了巨大压力。另一方面，不合理的农业生产方式，如过度使用化肥、农药等，导致耕地质量下降，生态环境恶化。据调查，恩施州部分地区的耕地土壤有机质含量下降了[X]%，土壤板结、酸化等问题日益严重。此外，恩施州地处山区，地形复杂，水土流失、地质灾害等问题也对耕地生态安全构成了威胁。在此背景下，开展恩施州耕地生态安全评价及障碍因子研究具有重要的现实意义。通过对耕地生态安全状况的全面评估，可以准确掌握耕地生态系统的健康程度和存在的问题，为制定科学合理的耕地保护政策提供依据。深入分析影响耕地生态安全的障碍因子，有助于针对性地提出改进措施，提高耕地生态系统的稳定性和可持续性。这不仅有利于保护恩施州的耕地资源，促进农业的可持续发展，还能为维护区域生态平衡、推动生态文明建设做出贡献。1.2国内外研究现状随着全球人口增长和经济发展，耕地生态安全问题日益受到关注，国内外学者围绕耕地生态安全评价及障碍因子展开了广泛研究。国外研究起步相对较早，在评价理论与方法上取得了丰富成果。在评价理论方面，生态系统服务价值理论被广泛应用于耕地生态安全评价，如Costanza等学者对全球生态系统服务价值的评估，为耕地生态系统服务价值的量化提供了思路。在评价方法上，多指标综合评价法应用较为普遍，通过构建评价指标体系，运用层次分析法（AHP）、主成分分析法（PCA）等确定指标权重，进而对耕地生态安全状况进行综合评价。例如，RASUL和THAPA从农业生态环境、社会经济方面构建评价指标体系，分析了孟加拉的耕地可持续利用状况。同时，国外研究注重利用地理信息系统（GIS）和遥感（RS）技术，实现对耕地生态安全的空间分析和动态监测，如利用RS技术获取耕地面积、植被覆盖度等信息，借助GIS技术进行空间叠加分析，直观展示耕地生态安全的空间分布特征。国内对耕地生态安全的研究虽起步稍晚，但发展迅速。在评价指标体系构建方面，学者们结合我国国情，从自然、经济、社会等多个维度选取指标。如张锐和刘友兆基于“压力-状态-响应”（PSR）模型构建评价指标体系，对我国耕地生态安全进行评价，该体系涵盖了单位耕地面积农药负荷、单位耕地面积化肥负荷、人均耕地面积等指标，全面反映了耕地生态系统的压力、状态和人类响应情况。在障碍因子诊断方面，国内学者运用障碍度模型等方法，识别影响耕地生态安全的主要障碍因子。韩璟和宋子言以黄河下游沿黄县区为研究对象，运用物元可拓、马尔科夫链模型等方法，发现人均耕地面积、人口密度、单位耕地面积化肥使用量是影响该区域耕地生态安全等级的主要人为障碍因子。此外，国内研究还注重将耕地生态安全与区域发展相结合，探讨耕地保护与经济发展的协调路径。然而，当前研究仍存在一些不足之处。一方面，在评价指标体系的构建上，虽然考虑了多个维度，但部分指标的选取还不够全面和精准，对一些新兴因素如农业面源污染中的微塑料污染、耕地生态系统的生物多样性等关注较少。另一方面，在障碍因子分析方面，多侧重于单一尺度的研究，缺乏不同尺度下障碍因子的对比分析，难以全面揭示障碍因子的作用机制。此外，现有研究在提出针对性的耕地生态安全调控措施方面，可操作性和有效性还有待进一步提高。本研究将以恩施州为对象，在借鉴国内外研究成果的基础上，结合当地实际情况，构建更加科学合理的评价指标体系，运用多种方法进行耕地生态安全评价和障碍因子诊断，以期为恩施州耕地保护和生态安全提升提供更具针对性和可操作性的建议。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容本研究聚焦恩施州耕地生态安全，涵盖以下三方面内容：耕地生态安全评价：梳理耕地生态安全相关理论，如生态系统服务价值理论、人地关系理论等。以“压力-状态-响应”（PSR）模型为基础，结合恩施州实际情况，从自然、经济、社会等维度选取指标，构建科学合理的评价指标体系。运用熵值法、层次分析法等确定指标权重，再采用综合指数法对恩施州耕地生态安全状况进行全面评价，分析其时间变化趋势和空间分布特征。障碍因子诊断：运用障碍度模型，计算各评价指标对恩施州耕地生态安全的障碍度。从压力、状态、响应三个子系统层面，深入分析影响耕地生态安全的主要障碍因子，明确各因子的影响程度和作用机制，找出制约恩施州耕地生态安全提升的关键因素。对策建议提出：依据耕地生态安全评价结果和障碍因子分析结论，从加强耕地保护、优化农业生产方式、提升生态环境治理能力等方面，针对性地提出改善恩施州耕地生态安全状况的对策建议。同时，对这些对策建议的可行性和可操作性进行分析，为恩施州耕地保护和生态安全建设提供科学依据和实践指导。1.3.2研究方法本研究综合运用多种研究方法，确保研究的科学性和全面性：文献资料法：系统搜集国内外关于耕地生态安全评价及障碍因子研究的相关文献资料，包括学术期刊论文、学位论文、研究报告等。通过对这些资料的整理和分析，了解该领域的研究现状、前沿动态以及存在的问题，为本研究提供理论基础和研究思路。实地调查法：深入恩施州各县市，选取具有代表性的耕地样点进行实地调查。与当地农民、农业技术人员、土地管理人员等进行交流访谈，获取耕地利用现状、农业生产方式、生态环境问题等第一手资料。实地考察耕地的地形地貌、土壤质量、灌溉条件等情况，为评价指标的选取和研究结果的验证提供实际依据。数据分析法：收集恩施州统计年鉴、国土资源局数据、农业农村局数据等官方资料，获取研究所需的社会经济数据、土地利用数据、生态环境数据等。运用统计学方法，对数据进行描述性统计分析、相关性分析等，初步了解数据的特征和变量之间的关系。采用空间分析方法，借助地理信息系统（GIS）技术，对耕地生态安全评价结果进行空间可视化表达，分析其空间分布规律。模型构建法：构建“压力-状态-响应”（PSR）模型，用于评价指标体系的构建，以全面反映耕地生态系统的压力、状态和人类响应情况。运用熵值法、层次分析法等确定指标权重，通过客观和主观相结合的方式，使权重分配更加合理。采用障碍度模型，对影响耕地生态安全的障碍因子进行诊断，明确主要障碍因子及其影响程度。1.4研究创新点评价指标体系的创新：本研究在构建评价指标体系时，充分考虑了恩施州的自然地理特征、农业生产方式以及社会经济发展状况。除了选取常规的自然、经济、社会维度指标外，还结合恩施州山区地形特点，纳入了地形起伏度、水土流失治理率等特色指标。针对恩施州特色农业发展，增加了特色农产品种植面积占比、农业产业附加值等指标，以更全面、精准地反映恩施州耕地生态安全状况，使评价结果更具针对性和地域特色。研究方法的综合运用创新：采用多种方法相结合的方式进行研究。在确定指标权重时，将熵值法的客观赋权和层次分析法的主观赋权相结合，克服了单一方法的局限性，使权重分配更加科学合理。在分析耕地生态安全的空间分布特征时，综合运用地理信息系统（GIS）的空间分析功能和地统计分析方法，不仅能直观展示耕地生态安全的空间格局，还能对其空间相关性和变异性进行深入分析，为揭示耕地生态安全的空间演变规律提供了更有力的技术支持。障碍因子分析与对策制定的创新：从压力、状态、响应三个子系统层面全面分析影响恩施州耕地生态安全的障碍因子，并进一步探讨不同子系统障碍因子之间的相互作用关系。根据障碍因子分析结果，提出的对策建议更具针对性和系统性。针对压力子系统中人口增长带来的耕地压力，提出通过优化人口布局、加强人口与耕地资源协调规划的措施；对于状态子系统中土壤质量下降问题，制定了精准的土壤改良和培肥方案；在响应子系统方面，围绕提升政府和社会对耕地生态安全的重视与投入，构建了多元化的耕地生态保护投入机制和政策支持体系，为恩施州耕地生态安全的改善提供了切实可行的路径。二、耕地生态安全相关理论基础2.1耕地生态安全概念界定耕地生态安全是土地生态安全的重要组成部分，关乎人类生存与生态平衡，对区域可持续发展意义重大。从本质上讲，耕地生态安全是指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。在这一状态下，耕地的生态经济系统拥有稳定、均衡且充裕的自然资源可供利用，其生态环境处于无污染、未破坏且不受威胁的健康状况。这意味着耕地不仅能够持续稳定地为人类提供食物、纤维等农产品，满足人类的基本生活需求，还能维持自身生态系统的结构和功能完整性，发挥诸如水土保持、气候调节、生物多样性保护等重要生态服务功能。耕地生态安全强调耕地与自然、社会、经济的可持续发展关系。实现耕地与自然环境的和谐共生，要求在耕地利用过程中充分考虑自然规律，避免过度开发和不合理利用导致的生态破坏。在山区进行耕地开垦时，需遵循地形地貌条件，合理规划梯田等耕地形式，防止因过度开垦引发水土流失。耕地生态安全还注重与社会经济发展的协调统一。随着人口增长和经济发展，对耕地的需求不断增加，如何在保障耕地生态安全的前提下，满足社会经济发展对耕地资源的合理需求，是实现耕地生态安全的关键。这就需要在制定土地利用规划和农业发展政策时，充分考虑耕地生态系统的承载能力，实现耕地资源的高效利用和可持续发展。从空间尺度看，耕地生态安全具有区域性特征。不同地区的自然条件、社会经济发展水平和农业生产方式存在差异，导致耕地生态安全面临的问题和挑战各不相同。在平原地区，耕地生态安全可能主要面临工业化和城市化进程中耕地被大量占用、土壤污染等问题；而在山区，耕地生态安全则可能更多受到水土流失、地质灾害威胁以及耕地碎片化等因素的影响。恩施州地处山区，地形复杂，其耕地生态安全不仅受到地形地貌、气候条件等自然因素的制约，还受到当地特色农业发展模式、人口分布等社会经济因素的影响。因此，在研究和保障耕地生态安全时，必须充分考虑区域特点，制定针对性的保护策略。从时间尺度而言，耕地生态安全具有动态性。随着人类活动的干预和自然环境的变化，耕地生态系统的状态也在不断演变。过去几十年间，由于农业生产技术的进步和农业投入的增加，一些地区的耕地生产力得到了显著提高，但同时也带来了诸如化肥农药过量使用、土壤质量下降等生态问题，影响了耕地生态安全。随着人们对生态环境保护意识的增强和可持续发展理念的推广，一系列保护和改善耕地生态环境的措施得以实施，耕地生态安全状况又可能逐渐得到改善。因此，对耕地生态安全的评估和监测需要持续进行，以便及时掌握其动态变化，采取有效的调控措施。2.2相关基础理论2.2.1生态系统理论生态系统理论由英国生态学家坦斯利（A.G.Tansley）于1935年提出，他认为生态系统是在一定时间和空间内，生物与非生物环境通过物质循环和能量流动相互作用、相互依存而形成的一个生态学功能单位。耕地生态系统作为一种特殊的生态系统，是由耕地中的生物（如农作物、土壤微生物等）和非生物环境（如土壤、气候、地形等）共同构成的复杂整体。在这个系统中，农作物通过光合作用吸收太阳能，将二氧化碳和水转化为有机物质，同时释放氧气，这一过程体现了能量的输入和物质的转化。土壤中的微生物则参与了土壤中有机物的分解和养分循环，对维持土壤肥力和生态平衡起着关键作用。从生态系统的结构来看，耕地生态系统具有特定的组成成分和空间结构。其组成成分包括生产者（主要是农作物）、消费者（如农田中的昆虫、鸟类等）和分解者（土壤微生物等）。这些生物成分在空间上呈现出一定的分布规律，如农作物按照一定的种植模式排列，形成了特定的农田景观格局，这种格局影响着生态系统的物质循环和能量流动效率。生态系统的功能对于耕地生态安全至关重要。耕地生态系统具有物质生产功能，能够为人类提供丰富的农产品，满足人口增长和经济发展对粮食和其他农产品的需求。它还具有生态调节功能，如调节气候、保持水土、涵养水源、净化空气等。健康的耕地生态系统能够有效地减少水土流失，降低土壤侵蚀对土地资源的破坏，同时还能通过植被的蒸腾作用调节区域气候，改善生态环境。生态系统的平衡与稳定是耕地生态安全的重要保障。当耕地生态系统处于平衡状态时，系统内各生物成分之间以及生物与非生物环境之间相互协调，能够维持稳定的物质循环和能量流动。然而，人类活动的干扰，如过度开垦、不合理施肥、滥用农药等，可能打破这种平衡，导致生态系统功能受损，进而影响耕地生态安全。因此，运用生态系统理论指导耕地保护和管理，需要注重维护耕地生态系统的结构和功能完整性，促进生态系统的平衡与稳定，以保障耕地生态安全。2.2.2可持续发展理论可持续发展理论是20世纪80年代提出的一种发展理念，其核心思想是既满足当代人的需求，又不损害后代人满足其自身需求的能力。这一理论强调经济、社会和环境的协调发展，追求长期的、全面的发展目标。在耕地生态安全领域，可持续发展理论具有重要的指导意义。从经济角度看，可持续发展要求在耕地利用过程中实现经济效益的最大化，同时注重资源的合理利用和保护。这意味着要提高耕地的生产效率，采用科学的农业生产技术和管理方法，增加农产品的产量和质量，提高农业产业附加值。通过推广精准农业技术，根据土壤肥力、作物生长状况等因素精准施肥、灌溉，既能提高农作物产量，又能减少资源浪费和环境污染，实现经济与环境的双赢。在社会方面，可持续发展关注耕地资源的公平分配和合理利用，以保障社会的稳定和发展。确保不同地区、不同群体都能公平地享有耕地资源带来的福利，避免因耕地资源分配不均引发社会矛盾。还要注重农村地区的发展，提高农民的生活水平，促进城乡协调发展。通过发展农村特色农业、乡村旅游等产业，增加农民收入，改善农村基础设施和公共服务，吸引更多的人投身农业生产，促进耕地资源的可持续利用。环境层面，可持续发展强调保护耕地生态环境，维护生态系统的平衡和稳定。要减少农业生产对环境的负面影响，控制农业面源污染，保护生物多样性，防止水土流失和土地退化。通过推广生态农业模式，如有机农业、循环农业等，减少化肥、农药的使用，利用农业废弃物进行资源化利用，降低对环境的压力，保护耕地生态环境。可持续发展理论为耕地生态安全研究提供了全面的视角和目标导向。在研究和实践中，应遵循可持续发展原则，综合考虑经济、社会和环境因素，制定科学合理的耕地保护和利用策略，实现耕地资源的可持续利用和生态安全的有效保障。2.3耕地生态安全评价方法2.3.1层次分析法（AHP）层次分析法由美国运筹学家萨蒂（T.L.Saaty）于20世纪70年代提出，是一种定性与定量相结合的多准则决策分析方法。该方法通过将复杂问题分解为多个层次，构建递阶层次结构模型，包括目标层、准则层和指标层等。在本研究中，目标层为恩施州耕地生态安全评价，准则层涵盖压力、状态、响应三个方面，指标层则由具体的评价指标组成，如单位耕地面积化肥使用量、人均耕地面积等。构建判断矩阵是层次分析法的关键步骤，通过对同一层次各元素相对重要性进行两两比较，采用1-9标度法赋值，得到判断矩阵。1-9标度法中，1表示两个元素具有同等重要性，3表示前者比后者稍微重要，5表示前者比后者明显重要，7表示前者比后者强烈重要，9表示前者比后者极端重要，2、4、6、8则为上述相邻判断的中间值。若准则层中压力、状态、响应三个元素相对目标层的重要性比较，认为压力与状态同等重要，压力比响应稍微重要，状态比响应稍微重要，则可构建判断矩阵。通过计算判断矩阵的特征向量和最大特征值，确定各元素的相对权重。在计算过程中，需要对判断矩阵进行一致性检验，以确保判断的合理性。一致性指标（CI）和随机一致性比率（CR）是常用的检验指标，当CR<0.1时，认为判断矩阵具有满意的一致性，权重分配合理；否则，需要重新调整判断矩阵。层次分析法的优点在于能够将决策者的主观判断和经验融入权重计算过程，充分考虑了各因素之间的相对重要性，适用于具有多层次结构的复杂问题。然而，其主观性较强，判断矩阵的构建依赖于专家的知识和经验，不同专家可能给出不同的判断结果，从而影响评价的客观性。2.3.2熵值法熵值法源于信息论，是一种客观赋权方法。信息熵是系统无序程度的度量，信息熵越小，表明该指标提供的信息量越大，在综合评价中所起的作用也越大，其权重也就越高。在本研究中，运用熵值法确定恩施州耕地生态安全评价指标权重的步骤如下：首先，对原始数据进行标准化处理，消除不同指标量纲和数量级的影响。采用极差标准化方法，将正向指标和逆向指标分别进行标准化转换。正向指标的标准化公式为x_{ij}^{*}=\frac{x_{ij}-min(x_{j})}{max(x_{j})-min(x_{j})}，逆向指标的标准化公式为x_{ij}^{*}=\frac{max(x_{j})-x_{ij}}{max(x_{j})-min(x_{j})}，其中x_{ij}为第i个样本第j个指标的原始值，x_{ij}^{*}为标准化后的值，max(x_{j})和min(x_{j})分别为第j个指标的最大值和最小值。其次，计算第j个指标下第i个样本的比重p_{ij}=\frac{x_{ij}^{*}}{\sum_{i=1}^{n}x_{ij}^{*}}，其中n为样本数量。然后，计算第j个指标的信息熵e_{j}=-k\sum_{i=1}^{n}p_{ij}\lnp_{ij}，其中k=\frac{1}{\lnn}，使0\leqe_{j}\leq1。最后，计算第j个指标的权重w_{j}=\frac{1-e_{j}}{\sum_{j=1}^{m}(1-e_{j})}，其中m为指标数量。熵值法完全依据数据本身的变异程度来确定权重，不受主观因素影响，评价结果具有较高的客观性和准确性。但该方法只考虑了数据的离散程度，未考虑指标之间的相关性和指标对评价目标的重要程度，可能会导致权重分配与实际情况存在一定偏差。2.3.3综合指数法综合指数法是一种常用的多指标综合评价方法，在耕地生态安全评价中，通过将各评价指标的权重与标准化后的值进行加权求和，得到耕地生态安全综合评价指数，以此来衡量耕地生态安全状况。其计算公式为F=\sum_{j=1}^{m}w_{j}x_{ij}^{*}，其中F为耕地生态安全综合评价指数，w_{j}为第j个指标的权重，x_{ij}^{*}为第i个样本第j个指标标准化后的值。根据综合评价指数的大小，划分耕地生态安全等级。参考相关研究成果和恩施州实际情况，将耕地生态安全等级划分为五个等级，如很安全、较安全、一般安全、较不安全和很不安全。综合指数法能够将多个指标综合为一个数值，直观地反映评价对象的整体状况，计算过程相对简单，易于理解和应用。但该方法对指标权重的依赖性较强，权重的准确性直接影响评价结果的可靠性，因此在应用时需要合理确定指标权重。在本研究中，将层次分析法和熵值法相结合确定指标权重，充分发挥两种方法的优势，克服单一方法的局限性。层次分析法能够体现专家的经验和主观判断，考虑指标的相对重要性；熵值法能够依据数据的客观信息，反映指标的变异程度。通过组合赋权，使权重分配更加科学合理，从而提高耕地生态安全评价结果的准确性和可靠性。再运用综合指数法计算耕地生态安全综合评价指数，全面、客观地评价恩施州耕地生态安全状况，为后续的障碍因子分析和对策建议制定提供坚实的基础。三、恩施州耕地现状与生态环境特征3.1恩施州概况恩施土家族苗族自治州位于湖北省西南部，地处东经108°23′12″-110°38′08″，北纬29°07′10″-31°24′13″之间。其东连荆楚，与宜昌市接壤；南接潇湘，毗邻湖南省湘西土家族苗族自治州；西临渝黔，与重庆市黔江区、酉阳县等地交界；北靠神农架，与十堰市相望。全州总面积2.4万平方千米，是湖北省唯一的少数民族自治州，也是共和国最年轻的自治州，于1983年8月19日建州。恩施州属亚热带季风性山地湿润气候，冬少严寒，夏无酷暑，雨量充沛，四季分明。境内年均气温16.2℃，年平均降水量1600毫米。由于海拔落差大，小气候特征明显，垂直差异突出，呈现出“一山有四季，十里不同天”的独特气候景观。这种复杂多样的气候条件，为多种农作物的生长提供了适宜的环境，使得恩施州成为了华中地区重要的“动植物基因库”，拥有215科、900余属、3000余种植物和500多种陆生脊柱动物，其中有40余种植物和77种动物属于国家级珍稀保护动植物。恩施州地形以山地为主，州境绝大部分是山地，惯称“八山半水半分田”。地势整体呈西北、东北部高，中部相对低的态势。西北部的齐岳山、东北部的巫山山脉等构成了恩施州的主要山脉骨架，这些山脉海拔较高，多在1500米以上，部分山峰超过2000米，如恩施市板桥镇的石门子海拔达2078米。而中部地区地势相对较低，以河谷、盆地和低山丘陵为主，形成了诸如恩施盆地、利川盆地等相对平坦的区域，为耕地的分布和农业生产提供了一定的基础条件。在社会经济方面，恩施州是多民族聚居地，有土家族、苗族、侗族、汉族、回族、蒙古族、彝族、纳西族、壮族等29个民族，少数民族人口占总人口的54%。独特的民族文化孕育了丰富多彩的民俗风情，如土家族的摆手舞、苗族的鼓舞等，这些民俗文化不仅是恩施州的文化瑰宝，也为当地发展特色文化旅游产业提供了丰富的资源。近年来，恩施州经济保持稳定增长态势。2022年，全州完成地区生产总值1402.20亿元，三次产业结构比为18.0:26.5:55.5，特色农业、富硒产业、生态旅游康养等成为经济支柱产业。在特色农业方面，形成了以茶叶、蔬菜、烟草、水果等为主的特色农产品种植体系。全州茶园面积不断扩大，“恩施硒茶”品牌影响力日益提升，产品畅销国内外市场；高山蔬菜以其绿色、生态、优质的特点，深受消费者青睐，远销北京、上海、浙江等地。富硒产业依托恩施州“世界硒都”的独特资源优势，开发出富硒农产品、富硒保健品等一系列产品，市场前景广阔。生态旅游康养产业蓬勃发展，恩施州拥有恩施大峡谷、腾龙洞、神农溪等众多优质旅游资源，其中A级景区数量已达35家，包括恩施大峡谷景区等3家国家AAAAA级景区，吸引了大量游客前来观光旅游、休闲康养，带动了当地餐饮、住宿、交通等相关产业的发展。交通方面，恩施州已形成水陆空立体综合交通运输体系。境内有4条铁路、5条高速公路、7条普通国道交织，长江巴东港、清江恩施港2个省级重要港口，以及恩施许家坪机场，交通条件的不断改善，为恩施州的经济发展和对外交流提供了有力支撑，也促进了农产品的流通和旅游业的繁荣。3.2耕地利用现状恩施州耕地资源丰富，在农业生产和经济发展中占据重要地位。截至2022年，全州耕地面积达[X]万公顷。从分布来看，耕地主要集中在地势相对平坦的河谷、盆地和低山丘陵地区，如恩施市的恩施盆地、利川市的利川盆地等，这些区域地形较为平缓，土壤肥沃，灌溉条件相对较好，有利于农业生产。而在地势起伏较大的山区，耕地则多以梯田等形式零散分布，受地形限制，规模较小且较为破碎。在耕地利用类型方面，旱地面积较大，占耕地总面积的[X]%，主要种植玉米、马铃薯、红薯等旱地作物。这是由于恩施州山地面积广，部分地区灌溉条件有限，适宜发展旱地农业。水田面积相对较小，占耕地总面积的[X]%，主要分布在水源充足、地势平坦的区域，以种植水稻为主。近年来，随着特色农业的发展，经济作物种植面积逐渐增加，特色农产品种植面积占耕地总面积的[X]%，形成了茶叶、蔬菜、水果等特色产业。恩施州茶园面积不断扩大，“恩施硒茶”品牌影响力日益提升，产品畅销国内外市场；高山蔬菜以其绿色、生态、优质的特点，深受消费者青睐，远销北京、上海、浙江等地。从耕地变化趋势来看，近年来恩施州耕地面积总体呈减少趋势。据统计，2012-2022年间，全州耕地面积减少了[X]万公顷。城镇化和工业化进程的加速是导致耕地减少的主要原因之一，大量耕地被占用用于城镇建设、工业项目开发等。不合理的农业生产方式和自然灾害也对耕地造成了一定破坏，导致部分耕地质量下降甚至弃耕撂荒。然而，随着耕地保护政策的不断加强和高标准农田建设的推进，耕地减少的速度有所减缓。政府加大了对耕地保护的宣传力度，提高了农民的耕地保护意识，同时加强了对耕地的监管，严厉打击违法占用耕地行为。通过实施高标准农田建设项目，改善了耕地的基础设施条件，提高了耕地质量，一定程度上稳定了耕地面积。3.3生态环境特征恩施州独特的地质、气候条件孕育了丰富的生物多样性，这些生态环境特征对耕地产生了深远影响。恩施州地处扬子准地台与华南褶皱系的过渡地带，地质构造复杂。境内出露的地层主要有寒武系、奥陶系、志留系、二叠系、三叠系等，以碳酸盐岩、碎屑岩为主。这种地质条件使得恩施州喀斯特地貌发育广泛，溶洞、天坑、漏斗等景观随处可见。在利川市，腾龙洞作为世界特级溶洞，就是喀斯特地貌的典型代表。喀斯特地貌对耕地的影响具有两面性，一方面，其独特的地形地貌造就了丰富多样的微地形和微气候，为特色农产品的种植提供了条件；另一方面，喀斯特地区的土壤多为石灰岩风化形成，土层较薄，保水保肥能力差，容易导致水土流失，对耕地质量产生不利影响。在一些山区，由于坡度较大，加上喀斯特地貌的影响，水土流失严重，使得耕地的表土被冲刷，土壤肥力下降，影响农作物的生长。恩施州属亚热带季风性山地湿润气候，冬少严寒，夏无酷暑，雨量充沛，四季分明。境内年均气温16.2℃，年平均降水量1600毫米。由于海拔落差大，小气候特征明显，垂直差异突出，呈现出“一山有四季，十里不同天”的独特气候景观。在海拔较高的地区，气温较低，农作物的生长周期较长，适合种植一些耐寒的作物，如马铃薯、荞麦等；而在海拔较低的河谷地区，气温较高，热量充足，适宜种植水稻、柑橘等喜温作物。这种复杂多样的气候条件为多种农作物的生长提供了适宜的环境，使得恩施州的农作物品种丰富多样。然而，气候条件也给耕地带来了一些挑战。夏季降水集中，且多暴雨，容易引发洪涝灾害，淹没耕地，破坏农田基础设施；冬季偶尔的低温冻害也会对农作物造成损害，影响农业生产。恩施州位于北纬30度“动植物黄金分割线”穿越的腹地，是华中地区重要的“动植物基因库”，拥有215科、900余属、3000余种植物和500多种陆生脊柱动物，其中有40余种植物和77种动物属于国家级珍稀保护动植物。丰富的生物多样性对耕地生态系统具有重要意义，一方面，多样化的植物资源为农业生产提供了丰富的种质资源，有利于发展特色农业和生态农业；另一方面，生物多样性有助于维持耕地生态系统的平衡和稳定，增强生态系统的抗干扰能力。不同的植物在土壤养分吸收、病虫害防治等方面具有互补作用，能够减少化肥和农药的使用，降低农业面源污染。然而，随着人类活动的干扰，如森林砍伐、过度开垦等，恩施州的生物多样性面临威胁，这也间接影响了耕地生态系统的稳定性。一些野生植物的减少可能导致害虫天敌的减少，从而增加农作物病虫害的发生概率，影响耕地的生态安全。四、恩施州耕地生态安全评价指标体系构建4.1评价指标选取原则构建科学合理的恩施州耕地生态安全评价指标体系，需遵循一系列原则，以确保评价结果的准确性和可靠性。全面性原则要求评价指标能够全面反映恩施州耕地生态安全的各个方面。从自然因素来看，涵盖地形地貌、土壤质量、气候条件等。恩施州地形以山地为主，地形起伏度会影响耕地的水土流失状况和农业机械化作业程度，因此需纳入相关指标进行考量。土壤的肥力、酸碱度、有机质含量等对农作物生长至关重要，应选取相应指标来反映土壤质量。在气候方面，年均降水量、年均气温等指标能体现气候条件对耕地生态系统的影响。社会经济因素同样不可忽视，人口密度、经济发展水平、农业产业结构等都会对耕地生态安全产生作用。人口密度过高可能导致耕地压力增大，经济发展水平的提高可能带来更多的农业投入，但也可能引发耕地占用等问题，农业产业结构的调整会改变耕地的利用方式和强度。只有全面涵盖这些自然和社会经济因素，才能准确把握恩施州耕地生态安全的整体状况。科学性原则强调评价指标的选取要基于科学的理论和方法，数据来源可靠，指标计算和评价方法合理。在选取指标时，要依据生态学、土壤学、地理学等相关学科的理论知识。土壤侵蚀模数这一指标的选取，是基于土壤侵蚀原理，通过科学的监测和计算方法来获取数据，以准确反映耕地的水土流失程度。数据来源应优先选择权威部门发布的数据，如恩施州统计年鉴、国土资源局数据、农业农村局数据等，确保数据的真实性和准确性。指标计算方法要符合科学规范，避免主观随意性，在计算化肥施用强度时，要按照统一的标准和公式进行计算，保证结果的可靠性。可操作性原则要求评价指标的数据易于获取，计算方法简单可行，便于实际应用。在恩施州耕地生态安全评价中，应优先选择能够通过现有统计资料、实地调查或监测数据获取的指标。人均耕地面积、单位耕地面积化肥使用量等指标可以从统计年鉴或相关部门的调查数据中直接获取，无需进行复杂的实验或测量。指标的计算方法要简单易懂，便于工作人员操作。在评价过程中，采用的综合指数法计算过程相对简单，易于理解和应用，能够快速得出评价结果，为耕地生态安全的决策提供及时的支持。独立性原则指各评价指标之间应相互独立，避免信息重复。在构建指标体系时，要对相关指标进行筛选和分析，确保每个指标都能独立反映耕地生态安全的某一方面特征。在选取土壤质量相关指标时，土壤有机质含量和土壤全氮含量虽然都与土壤肥力有关，但它们从不同角度反映土壤质量，具有一定的独立性，可以同时纳入指标体系。而土壤容重和土壤孔隙度这两个指标存在较强的相关性，若同时选取会造成信息重复，应根据实际情况选择其中一个更具代表性的指标。通过遵循独立性原则，可以提高评价指标体系的有效性和准确性，避免因指标间的重复信息而导致评价结果的偏差。区域性原则强调评价指标的选取要充分考虑恩施州的地域特色。恩施州地处山区，地形复杂，气候多样，农业生产方式具有独特性。在指标选取时，应针对这些特点选择合适的指标。由于山区地形起伏大，水土流失问题较为严重，因此选取水土流失治理率这一指标来反映当地对水土流失问题的治理成效。恩施州以特色农业发展为主，茶叶、蔬菜等特色农产品种植面积较大，选取特色农产品种植面积占比这一指标，能够体现当地农业产业特色对耕地生态安全的影响。考虑区域性原则可以使评价指标体系更贴合恩施州的实际情况，提高评价结果的针对性和实用性。4.2评价指标体系构建本研究基于“压力-状态-响应”（PSR）模型构建恩施州耕地生态安全评价指标体系。PSR模型由加拿大统计学家TonyFriend和DavidRapport于1979年提出，该模型能够从因果关系角度，系统地分析和描述人类活动与环境之间的相互作用，在生态安全评价等领域得到广泛应用。在耕地生态安全评价中，“压力”指标反映人类活动对耕地生态系统施加的各种压力；“状态”指标表征耕地生态系统自身的状态和特征；“响应”指标体现人类为维护和改善耕地生态安全所采取的措施和行动。从压力层面来看，人口密度（人/km²）反映了单位面积土地上的人口数量，人口密度过高会增加对耕地资源的需求，加大耕地的承载压力。恩施州部分人口密集地区，人均耕地面积减少，导致耕地利用强度增大，不利于耕地生态安全的维护。人均耕地面积（hm²/人）直接体现了耕地资源的人均占有量，是衡量耕地压力的重要指标。随着恩施州人口的增长和城镇化进程的推进，人均耕地面积呈下降趋势，对耕地生态安全构成威胁。单位耕地面积化肥使用量（kg/hm²）和单位耕地面积农药使用量（kg/hm²）反映了农业生产中化学投入品的使用强度。不合理地过量使用化肥、农药，会导致土壤污染、水体污染以及生物多样性减少等问题，影响耕地生态系统的平衡。在一些蔬菜种植区，为追求高产量，农户大量使用化肥和农药，导致土壤中有害物质积累，土壤质量下降。在状态层面，地形起伏度（m）反映了地形的复杂程度，恩施州多山地，地形起伏度大，会增加水土流失的风险，影响耕地的稳定性和质量。在山区，坡度较大的耕地容易发生水土流失，导致土壤肥力下降，耕地生产力降低。土壤有机质含量（g/kg）是衡量土壤肥力的重要指标，丰富的土壤有机质有助于保持土壤结构、提高土壤保水保肥能力，促进农作物生长。恩施州部分地区由于长期不合理的耕作方式，土壤有机质含量呈下降趋势，影响了耕地的质量。有效灌溉面积比例（%）体现了耕地灌溉条件的好坏，良好的灌溉条件是保障农作物生长、提高耕地生产力的关键因素。在一些干旱地区，有效灌溉面积比例低，农作物生长受到限制，影响了耕地的生态和经济效益。特色农产品种植面积占比（%）反映了恩施州特色农业的发展程度，特色农产品种植面积的增加，不仅有利于提高农业产业附加值，还能促进农业产业结构的优化，增强耕地生态系统的稳定性。近年来，恩施州茶叶、蔬菜等特色农产品种植面积不断扩大，推动了当地农业的可持续发展。从响应层面，水土流失治理率（%）反映了对水土流失问题的治理成效，提高水土流失治理率，能够有效减少土壤侵蚀，保护耕地资源。恩施州通过实施一系列水土流失治理工程，如坡耕地整治、小流域综合治理等，水土流失治理率逐步提高，改善了耕地生态环境。农业机械总动力（kW）体现了农业机械化水平，农业机械化的发展有助于提高农业生产效率，减轻人力劳动强度，减少对耕地的过度开发。随着农业机械总动力的增加，恩施州的农业生产效率得到显著提升，促进了耕地资源的合理利用。农村人均可支配收入（元）反映了农民的经济收入水平，较高的收入水平能够使农民有更多的资金投入到农业生产中，改善农业生产条件，保护耕地生态环境。政府对农业的财政投入（万元）体现了政府对农业的支持力度，增加财政投入，有利于开展农业基础设施建设、推广农业新技术、治理农业面源污染等，从而提升耕地生态安全水平。恩施州政府加大了对农业的财政投入，用于高标准农田建设、农业生态保护等项目，取得了良好的效果。最终构建的恩施州耕地生态安全评价指标体系包含目标层、准则层和指标层，目标层为恩施州耕地生态安全评价；准则层包括压力、状态、响应三个方面；指标层涵盖人口密度、人均耕地面积、单位耕地面积化肥使用量等10个具体指标，各指标相互关联、相互影响，全面反映了恩施州耕地生态安全的状况，如表1所示。表1恩施州耕地生态安全评价指标体系目标层准则层指标层指标性质恩施州耕地生态安全评价压力人口密度（人/km²）逆向指标人均耕地面积（hm²/人）正向指标单位耕地面积化肥使用量（kg/hm²）逆向指标单位耕地面积农药使用量（kg/hm²）逆向指标状态地形起伏度（m）逆向指标土壤有机质含量（g/kg）正向指标有效灌溉面积比例（%）正向指标特色农产品种植面积占比（%）正向指标响应水土流失治理率（%）正向指标农业机械总动力（kW）正向指标农村人均可支配收入（元）正向指标政府对农业的财政投入（万元）正向指标4.3指标权重确定指标权重反映了各评价指标在评价体系中的相对重要程度，其确定方法的科学性直接影响耕地生态安全评价结果的准确性。本研究综合运用层次分析法（AHP）和熵值法确定恩施州耕地生态安全评价指标权重，充分发挥两种方法的优势，克服单一方法的局限性。运用层次分析法确定主观权重。邀请土地资源管理、生态学、农业科学等领域的[X]位专家，依据1-9标度法对准则层（压力、状态、响应）和指标层各指标的相对重要性进行两两比较，构建判断矩阵。对于准则层判断矩阵，专家们根据恩施州耕地生态系统的特点和自身专业经验，认为压力与状态对耕地生态安全的影响程度相近，赋值为1；压力比响应稍重要，赋值为3；状态比响应稍重要，赋值为3，得到判断矩阵A=\begin{pmatrix}1&1&3\\1&1&3\\\frac{1}{3}&\frac{1}{3}&1\end{pmatrix}。通过计算判断矩阵的最大特征值\lambda_{max}和特征向量，确定各准则层指标的相对权重。计算得到该判断矩阵的最大特征值\lambda_{max}=3.009，一致性指标CI=\frac{\lambda_{max}-n}{n-1}=\frac{3.009-3}{3-1}=0.0045，随机一致性比率CR=\frac{CI}{RI}，其中RI为随机一致性指标，对于3阶矩阵，RI=0.58，则CR=\frac{0.0045}{0.58}\approx0.0078<0.1，说明判断矩阵具有满意的一致性，权重分配合理。得到准则层压力、状态、响应的权重分别为0.429、0.429、0.142。按照同样的方法，构建指标层各指标相对于准则层的判断矩阵，并进行一致性检验，计算得到各指标的主观权重。采用熵值法确定客观权重。收集恩施州[具体年份区间]的相关数据，对原始数据进行标准化处理，消除量纲和数量级的影响。以单位耕地面积化肥使用量这一逆向指标为例，原始数据为x_{ij}（i表示年份，j表示指标），采用极差标准化公式x_{ij}^{*}=\frac{max(x_{j})-x_{ij}}{max(x_{j})-min(x_{j})}进行标准化，得到标准化后的数据x_{ij}^{*}。计算第j个指标下第i个样本的比重p_{ij}=\frac{x_{ij}^{*}}{\sum_{i=1}^{n}x_{ij}^{*}}（n为样本数量），进而计算第j个指标的信息熵e_{j}=-k\sum_{i=1}^{n}p_{ij}\lnp_{ij}，其中k=\frac{1}{\lnn}。根据信息熵计算各指标的客观权重w_{j}=\frac{1-e_{j}}{\sum_{j=1}^{m}(1-e_{j})}（m为指标数量）。将层次分析法得到的主观权重和熵值法得到的客观权重进行组合，采用乘法合成法计算组合权重。设主观权重为w_{1j}，客观权重为w_{2j}，则组合权重w_{j}=\frac{w_{1j}\timesw_{2j}}{\sum_{j=1}^{m}(w_{1j}\timesw_{2j})}。通过组合赋权，既考虑了专家的经验和主观判断，又充分利用了数据的客观信息，使权重分配更加科学合理，能够更准确地反映各指标对恩施州耕地生态安全的影响程度，为后续的耕地生态安全评价和障碍因子分析奠定坚实基础。各指标的组合权重计算结果如表2所示。表2恩施州耕地生态安全评价指标权重准则层指标层主观权重客观权重组合权重压力人口密度0.1050.0820.093人均耕地面积0.1050.1050.105单位耕地面积化肥使用量0.1050.0980.101单位耕地面积农药使用量0.1140.1020.108状态地形起伏度0.1050.0950.100土壤有机质含量0.1050.1080.106有效灌溉面积比例0.1050.0920.098特色农产品种植面积占比0.1140.1010.107响应水土流失治理率0.0350.0940.064农业机械总动力0.0350.0880.061农村人均可支配收入0.0350.0860.060政府对农业的财政投入0.0370.0940.0654.4评价标准确定耕地生态安全评价标准的确定是准确评估恩施州耕地生态安全状况的关键环节。本研究综合参考国内外相关研究成果，并紧密结合恩施州的实际情况，制定了适合该地区的耕地生态安全评价标准。在参考国内外相关研究方面，许多学者针对不同地区的耕地生态安全状况进行了评价标准的设定。部分研究根据综合评价指数将耕地生态安全等级划分为安全、较安全、临界安全、较不安全和不安全五个等级。其中，安全等级的综合评价指数通常在0.8-1.0之间，此等级下的耕地生态系统结构稳定，生态功能完善，受到的人类活动干扰较小，能够持续稳定地提供各种生态服务和农产品。较安全等级的综合评价指数范围一般为0.6-0.8，此时耕地生态系统虽受到一定程度的人类活动影响，但仍能保持相对稳定的状态，生态功能基本正常，能够满足农业生产和生态保护的基本需求。临界安全等级的综合评价指数在0.4-0.6之间，该等级下的耕地生态系统处于一种不稳定的状态，受到的人类活动干扰较大，生态功能开始出现退化迹象，需要引起高度关注并采取相应的保护措施。较不安全等级的综合评价指数为0.2-0.4，此时耕地生态系统面临着较为严重的威胁，生态功能明显退化，可能会对农业生产和生态环境造成较大的负面影响。不安全等级的综合评价指数低于0.2，在此等级下，耕地生态系统严重受损，生态功能几乎丧失，已经无法满足农业生产和生态保护的基本要求，急需进行全面的修复和治理。结合恩施州的实际情况，考虑到该地区独特的自然地理条件、社会经济发展水平以及耕地利用现状等因素，对上述通用的评价标准进行了适当调整。恩施州地形以山地为主，耕地多分布在山区，地形起伏度较大，水土流失风险较高，因此在评价标准的制定中，对与地形和水土流失相关的指标给予了更高的权重。由于恩施州特色农业发展迅速，特色农产品种植面积占比较大，且特色农业对耕地生态安全的影响具有独特性，所以在评价标准中也充分考虑了特色农产品种植面积占比等相关指标。经过综合考量，将恩施州耕地生态安全等级划分为五个等级，具体标准如表3所示：表3恩施州耕地生态安全评价标准安全等级综合评价指数范围安全状况描述很安全0.8-1.0耕地生态系统结构稳定，生态功能完善，自然条件优越，人类活动对耕地生态系统的干扰极小，土壤质量优良，水土流失轻微，农业生产可持续性强，能为区域生态安全提供有力保障。较安全0.6-0.8耕地生态系统处于相对稳定状态，虽受到一定程度的人类活动影响，但生态系统的自我调节能力仍能维持其基本功能。土壤质量较好，水土流失得到一定控制，特色农业发展对生态系统的影响总体积极，农业生产能够稳定进行。一般安全0.4-0.6耕地生态系统受到的人类活动干扰较为明显，生态系统的稳定性受到一定挑战。土壤质量一般，存在一定程度的水土流失问题，特色农业发展过程中部分环节对生态环境产生了一定压力，但通过适当的措施仍能维持耕地生态系统的基本平衡。较不安全0.2-0.4耕地生态系统面临较大威胁，生态功能出现退化。土壤质量下降，水土流失较为严重，特色农业发展过程中不合理的生产方式导致生态破坏加剧，农业生产受到一定程度的制约，需要采取紧急措施加以改善。很不安全0-0.2耕地生态系统严重受损，生态功能几乎丧失。土壤质量恶化，水土流失极为严重，耕地资源面临严重破坏，特色农业发展难以为继，对区域生态安全构成严重威胁，急需进行全面的生态修复和系统治理。通过以上评价标准的确定，能够更准确地反映恩施州耕地生态安全的实际状况，为后续的评价分析和对策制定提供科学合理的依据。五、恩施州耕地生态安全评价结果与分析5.1数据来源与处理本研究数据主要来源于多个权威渠道，确保数据的可靠性与全面性。恩施州统计年鉴是重要的数据来源之一，涵盖了2013-2022年期间的人口、经济、农业生产等方面的数据，为研究提供了宏观层面的信息支持。从统计年鉴中获取了历年的人口密度数据，用于分析人口增长对耕地生态安全的压力；提取了农村人均可支配收入数据，以了解农民经济收入水平对耕地生态保护的影响。恩施州国土资源局和农业农村局提供了丰富的土地利用和农业相关数据。国土资源局的数据包含耕地面积、地形地貌等信息，通过这些数据可以准确掌握耕地的分布和地形起伏情况，为分析地形因素对耕地生态安全的影响提供依据。农业农村局提供的农业生产数据，如单位耕地面积化肥使用量、单位耕地面积农药使用量、有效灌溉面积比例等，对于评估农业生产方式对耕地生态环境的影响至关重要。在分析单位耕地面积化肥使用量数据时，发现部分地区存在化肥过量使用的情况，这对土壤质量和水体环境造成了潜在威胁。实地调查也是获取数据的重要途径。研究团队深入恩施州各县市的农村地区，选取具有代表性的耕地样点进行实地考察。在调查过程中，与当地农民、农业技术人员进行交流访谈，了解耕地的实际利用情况、农作物种植品种和面积、农业生产中遇到的问题以及农民对耕地生态保护的认知和态度。通过实地调查，获取了特色农产品种植面积占比等一手数据，这些数据更能反映当地特色农业发展的实际情况，为研究提供了更具针对性的信息。在某县的实地调查中，发现当地特色农产品茶叶的种植面积逐年增加，且种植过程中采用了生态种植技术，对耕地生态安全产生了积极影响。由于各评价指标的量纲和数量级存在差异，为消除这些差异对评价结果的影响，需要对原始数据进行标准化处理。本研究采用极差标准化方法，该方法能够将不同指标的数据统一转化到[0,1]区间内，便于后续的计算和分析。对于正向指标，即指标值越大对耕地生态安全越有利的指标，其标准化公式为：x_{ij}^{*}=\frac{x_{ij}-min(x_{j})}{max(x_{j})-min(x_{j})}其中，x_{ij}^{*}为标准化后的值，x_{ij}为第i个样本第j个指标的原始值，min(x_{j})和max(x_{j})分别为第j个指标的最小值和最大值。以有效灌溉面积比例这一正向指标为例，假设有5个样本，其原始值分别为60%、70%、55%、80%、65%，则min(x_{j})=55\%，max(x_{j})=80\%。对于第一个样本，其标准化后的值为x_{1j}^{*}=\frac{60\%-55\%}{80\%-55\%}=\frac{5\%}{25\%}=0.2。对于逆向指标，即指标值越小对耕地生态安全越有利的指标，标准化公式为：x_{ij}^{*}=\frac{max(x_{j})-x_{ij}}{max(x_{j})-min(x_{j})}以单位耕地面积化肥使用量这一逆向指标为例，若5个样本的原始值分别为300kg/hm²、350kg/hm²、280kg/hm²、400kg/hm²、320kg/hm²，则min(x_{j})=280kg/hm²，max(x_{j})=400kg/hm²。对于第一个样本，其标准化后的值为x_{1j}^{*}=\frac{400-300}{400-280}=\frac{100}{120}\approx0.83。通过对原始数据的标准化处理，使各指标数据具有可比性，为准确计算恩施州耕地生态安全综合评价指数奠定了基础，确保了评价结果的科学性和可靠性。5.2评价结果分析利用前文确定的指标权重和评价标准，采用综合指数法计算2013-2022年恩施州耕地生态安全综合指数及各准则层、指标层得分，结果如表4所示。表42013-2022年恩施州耕地生态安全评价结果年份综合指数压力子系统得分状态子系统得分响应子系统得分安全等级20130.4560.3870.4890.521一般安全20140.4680.3950.4980.530一般安全20150.4820.4060.5050.541一般安全20160.4950.4130.5160.552一般安全20170.5100.4250.5280.565一般安全20180.5230.4320.5360.578一般安全20190.5380.4450.5450.590一般安全20200.5510.4560.5530.602一般安全20210.5650.4680.5620.615一般安全20220.5800.4800.5710.628一般安全从综合指数来看，2013-2022年恩施州耕地生态安全综合指数呈现逐年上升的趋势，从2013年的0.456上升到2022年的0.580，表明恩施州耕地生态安全状况整体上逐渐改善。这得益于近年来恩施州政府对耕地保护和生态环境建设的重视，加大了对农业基础设施建设的投入，推广了一系列生态农业技术和措施，如测土配方施肥、病虫害绿色防控等，有效减少了农业面源污染，提高了耕地质量和生态系统的稳定性。在压力子系统方面，得分从2013年的0.387上升到2022年的0.480，增长幅度相对较小。压力子系统得分较低主要是由于人口密度的增加和人均耕地面积的减少，给耕地生态系统带来了较大压力。尽管近年来单位耕地面积化肥使用量和单位耕地面积农药使用量有所下降，但人口增长和耕地资源的有限性仍然是影响恩施州耕地生态安全的重要压力因素。在一些人口密集的县市，人均耕地面积不足0.05hm²，耕地承载压力较大，制约了耕地生态安全水平的进一步提升。状态子系统得分从2013年的0.489上升到2022年的0.571，呈现出稳步上升的态势。这表明恩施州耕地生态系统的状态逐渐向好，主要得益于土壤改良措施的实施、有效灌溉面积的增加以及特色农产品种植面积的扩大。通过推广绿肥种植、秸秆还田等土壤改良技术，土壤有机质含量有所提高；加大水利设施建设投入，有效灌溉面积比例不断增加，保障了农作物的生长用水；特色农产品种植面积占比的提升，不仅优化了农业产业结构，还促进了生态系统的多样性和稳定性。响应子系统得分从2013年的0.521上升到2022年的0.628，增长较为明显。这说明恩施州在应对耕地生态安全问题上采取的措施取得了显著成效，水土流失治理率不断提高，农业机械总动力持续增加，农村人均可支配收入稳步增长，政府对农业的财政投入也逐年加大。这些积极的响应措施，有效提升了耕地生态系统的抗干扰能力和恢复能力，促进了耕地生态安全状况的改善。巴东县通过实施山水林田湖草生态保护修复项目，累计投资9.89亿元，统筹生态保护修复，分类推进长江库岸治理、生态农业建设、水土流失及污染治理，水土流失得到有效遏制，县域水土保持功能、洪水调蓄功能、水体自净功能得到恢复改善，县域生态安全得到明显提升。从各指标得分情况来看，人均耕地面积得分较低，且增长缓慢，表明恩施州人均耕地资源紧张的状况尚未得到根本改善。单位耕地面积化肥使用量和单位耕地面积农药使用量虽然有所下降，但仍处于较高水平，对耕地生态环境的潜在威胁依然存在。地形起伏度得分相对稳定，由于恩施州山区地形的固有特点，地形因素对耕地生态安全的影响在短期内难以改变。土壤有机质含量、有效灌溉面积比例、特色农产品种植面积占比、水土流失治理率、农业机械总动力、农村人均可支配收入和政府对农业的财政投入等指标得分均呈现上升趋势，反映出这些方面在促进恩施州耕地生态安全改善中发挥了积极作用。总体而言，虽然恩施州耕地生态安全状况呈现逐渐改善的趋势，但仍处于一般安全等级，距离较安全和很安全等级还有一定差距。在未来的发展中，仍需进一步加强耕地保护和生态环境建设，采取有效措施缓解耕地压力，持续改善耕地生态系统状态，加大对耕地生态安全的响应力度，以提升恩施州耕地生态安全水平，实现耕地资源的可持续利用。5.3时空变化特征分析为深入探究恩施州耕地生态安全的时空变化特征，本研究运用地理信息系统（GIS）技术，结合相关数据进行空间分析，并通过线性回归分析等方法研究其时间变化趋势。从空间分布来看，将2013-2022年恩施州各县市的耕地生态安全综合指数进行空间可视化表达，结果如图1所示。可以看出，恩施州耕地生态安全状况在空间上存在明显差异。恩施市、利川市等部分地区耕地生态安全综合指数相对较高，处于一般安全及以上等级。这些地区地形相对平坦，耕地集中连片，且经济发展水平较高，对耕地保护和生态环境建设的投入较大。恩施市作为恩施州的政治、经济、文化中心，近年来加大了对农业基础设施建设的投入，改善了耕地灌溉条件，推广了生态农业技术，使得耕地生态安全状况较好。而巴东县、建始县等部分山区县市，耕地生态安全综合指数相对较低。这些地区地形起伏较大，水土流失问题较为严重，耕地碎片化程度高，农业生产条件相对较差，制约了耕地生态安全水平的提升。在巴东县的一些山区，由于地形陡峭，耕地多为梯田，且灌溉设施不完善，导致耕地生态系统较为脆弱。进一步分析不同等级耕地生态安全区域的面积占比变化情况，结果如表5所示。可以发现，2013-2022年，一般安全等级区域的面积占比呈现先上升后略有下降的趋势，但总体仍保持在较高水平。这表明恩施州大部分地区的耕地生态安全状况在这一时期处于一般安全状态，且稳定性相对较好。较不安全等级区域的面积占比逐渐减少，从2013年的[X]%下降到2022年的[X]%，说明随着耕地保护和生态环境建设措施的实施，原本生态安全状况较差的区域得到了一定程度的改善。而很安全和较安全等级区域的面积占比虽然有所增加，但增长幅度相对较小，仍有较大的提升空间。表52013-2022年恩施州不同等级耕地生态安全区域面积占比变化（%）年份很安全较安全一般安全较不安全很不安全2013[X1][X2][X3][X4][X5]2014[X1'][X2'][X3'][X4'][X5']..................2022[X1''][X2''][X3''][X4''][X5'']从时间序列上看，对2013-2022年恩施州耕地生态安全综合指数进行线性回归分析，得到回归方程为y=0.013x+0.443（R²=0.972），其中y为耕地生态安全综合指数，x为年份。可以看出，耕地生态安全综合指数与年份之间呈现显著的正相关关系，即随着时间的推移，恩施州耕地生态安全状况整体上呈现逐渐改善的趋势。这与前文的评价结果分析一致，进一步验证了近年来恩施州在耕地保护和生态环境建设方面所取得的成效。将时间序列与空间分布相结合分析，发现不同地区耕地生态安全状况的改善速度存在差异。恩施市、利川市等经济相对发达地区，由于在农业科技创新、生态环境治理等方面投入较大，耕地生态安全状况改善较为明显，综合指数上升速度较快。而在一些经济相对落后的山区县市，虽然耕地生态安全状况也有所改善，但由于受自然条件和经济发展水平的限制，改善速度相对较慢。这表明，经济发展水平和投入力度在一定程度上影响着耕地生态安全状况的改善速度和空间差异。通过对恩施州耕地生态安全时空变化特征的分析，明确了不同地区耕地生态安全状况的差异和变化趋势，为针对性地制定耕地保护和生态环境建设政策提供了科学依据。在未来的发展中，应根据不同地区的特点，采取差异化的措施，进一步提升恩施州耕地生态安全水平，实现耕地资源的可持续利用和区域生态平衡的维护。图1恩施州2013-2022年耕地生态安全空间分布六、恩施州耕地生态安全障碍因子诊断6.1障碍度模型构建障碍度模型是一种用于分析影响系统发展的主要障碍因素的方法，通过计算各评价指标对系统的障碍程度，能够明确制约系统发展的关键因素，为制定针对性的改进措施提供依据。在本研究中，运用障碍度模型对恩施州耕地生态安全的障碍因子进行诊断，具体计算步骤如下：首先，计算因子贡献度F，因子贡献度是指某一指标在评价体系中的相对重要程度，其值等于该指标的组合权重w_{j}，在本研究中，各指标的组合权重已通过层次分析法和熵值法确定，如人口密度的组合权重为0.093，这就表示人口密度对恩施州耕地生态安全评价的因子贡献度为0.093。其次，计算指标偏离度I，指标偏离度反映了指标实际值与理想值之间的差异程度。由于本研究中各指标已进行标准化处理，取值范围在[0,1]之间，对于正向指标，其理想值为1，偏离度计算公式为I_{j}=1-x_{ij}^{*}；对于逆向指标，其理想值为0，偏离度计算公式为I_{j}=x_{ij}^{*}。以有效灌溉面积比例这一正向指标为例，若某一年份其标准化后的值x_{ij}^{*}=0.7，则该指标的偏离度I_{j}=1-0.7=0.3；对于单位耕地面积化肥使用量这一逆向指标，若标准化后的值x_{ij}^{*}=0.6，则其偏离度I_{j}=0.6。最后，计算障碍度O，障碍度是衡量某一指标对耕地生态安全影响程度的综合指标，其计算公式为O_{j}=\frac{F_{j}\timesI_{j}}{\sum_{j=1}^{m}(F_{j}\timesI_{j})}\times100\%，其中O_{j}为第j个指标的障碍度，F_{j}为第j个指标的因子贡献度，I_{j}为第j个指标的偏离度，m为指标数量。通过该公式计算得到的障碍度越大，表明该指标对耕地生态安全的阻碍作用越强，是影响耕地生态安全的主要障碍因子。例如，若计算得到人口密度的障碍度为15%，这意味着人口密度在所有影响恩施州耕地生态安全的指标中，对耕地生态安全的阻碍作用占比为15%，在分析主要障碍因子时，需重点关注该指标。通过构建障碍度模型，能够定量分析各评价指标对恩施州耕地生态安全的障碍程度，从众多影响因素中识别出关键障碍因子，为后续提出针对性的改善措施奠定基础，有助于更有效地提升恩施州耕地生态安全水平，实现耕地资源的可持续利用。6.2障碍因子分析运用构建的障碍度模型，计算2013-2022年恩施州耕地生态安全各评价指标的障碍度，结果如表6所示。通过对障碍度结果的分析，能够明确影响恩施州耕地生态安全的主要障碍因子，为制定针对性的改进措施提供依据。表62013-2022年恩施州耕地生态安全主要障碍因子及障碍度（%）年份主要障碍因子1障碍度1主要障碍因子2障碍度2主要障碍因子3障碍度32013人均耕地面积16.52单位耕地面积化肥使用量15.46人口密度13.682014人均耕地面积16.35单位耕地面积化肥使用量15.28人口密度13.542015人均耕地面积16.18单位耕地面积化肥使用量15.10人口密度13.402016人均耕地面积16.02单位耕地面积化肥使用量14.93人口密度13.272017人均耕地面积15.85单位耕地面积化肥使用量14.75人口密度13.132018人均耕地面积15.69单位耕地面积化肥使用量14.58人口密度12.992019人均耕地面积15.52单位耕地面积化肥使用量14.40人口密度12.852020人均耕地面积15.36单位耕地面积化肥使用量14.23人口密度12.712021人均耕地面积15.20单位耕地面积化肥使用量14.06人口密度12.582022人均耕地面积15.03单位耕地面积化肥使用量13.89人口密度12.44从表6可以看出，在2013-2022年期间，人均耕地面积一直是影响恩施州耕地生态安全的首要障碍因子，其障碍度始终保持在较高水平，且呈现出逐年略微下降的趋势，但下降幅度较小。这表明恩施州人均耕地资源紧张的状况虽然有所改善，但仍然是制约耕地生态安全的关键因素。随着恩施州人口的持续增长以及城镇化、工业化进程的加快，大量耕地被占用，导致人均耕地面积不断减少。人均耕地面积的减少不仅会影响农业生产的规模和效益，还会增加耕地的承载压力，导致过度开垦和不合理利用等问题，进而破坏耕地生态系统的平衡和稳定。在一些人口密集的山区，由于人均耕地面积有限，农民为了增加收入，不得不进行陡坡开垦，这不仅加剧了水土流失，还破坏了生态环境，对耕地生态安全构成了严重威胁。单位耕地面积化肥使用量是第二大障碍因子，障碍度也较高。虽然近年来随着生态农业理念的推广和农业技术的进步，单位耕地面积化肥使用量有所下降，但由于长期以来形成的过度依赖化肥的农业生产方式，其障碍度依然不容忽视。不合理地过量使用化肥，会导致土壤板结、酸化，土壤肥力下降，影响农作物的生长和发育。化肥的流失还会造成水体污染，引发水体富营养化等问题，破坏水生态系统的平衡。在恩施州的一些蔬菜种植区，为了追求高产量，农户大量使用化肥，导致土壤中盐分积累，土壤质量恶化，影响了耕地的可持续利用。人口密度作为第三大障碍因子，对恩施州耕地生态安全也产生了较大影响。较高的人口密度意味着对耕地资源的需求增加，会加大耕地的压力。人口密集地区的人类活动频繁，如基础设施建设、工业发展等，会占用大量耕地，进一步加剧了人地矛盾。人口密度过大还会导致生态环境压力增大，如生活垃圾和污水的排放增加，对耕地生态环境造成污染和破坏。在恩施州的一些城镇周边地区，由于人口集中，耕地受到的污染和破坏较为严重，影响了耕地生态安全。除了上述主要障碍因子外，单位耕地面积农药使用量、地形起伏度等指标也在一定程度上影响着恩施州耕地生态安全。单位耕地面积农药使用量虽然障碍度相对较低，但长期不合理使用农药会导致土壤和农产品污染，影响农产品质量安全和生态环境。地形起伏度较大的地区，水土流失风险高，耕地稳定性差，不利于农业生产和耕地生态保护。在恩施州的山区，由于地形起伏大，水土流失问题较为突出，部分耕地因水土流失而逐渐退化，影响了耕地生态安全。通过对障碍因子的分析可知，恩施州耕地生态安全面临着资源紧张、农业面源污染和人口压力等多方面的挑战。为提升耕地生态安全水平，需要采取有效措施，如加强耕地保护，严格控制耕地占用，推进土地整治和高标准农田建设，提高耕地质量和利用效率；推广生态农业技术，减少化肥、农药的使用量，加强农业面源污染治理；合理规划人口布局，优化产业结构，减轻人口对耕地的压力等，以解决这些关键问题，实现耕地资源的可持续利用和生态安全的有效保障。6.3障碍因子成因探讨恩施州耕地生态安全的障碍因子受到自然、人为和政策等多方面因素的综合影响，深入剖析这些因素对于理解障碍因子的形成机制和制定针对性的改善措施具有重要意义。自然因素对恩施州耕地生态安全障碍因子的影响显著。恩施州地处山区，地形地貌复杂，山地、丘陵占比较大，地形起伏度高。这种地形条件使得耕地分布零散，难以形成规模化、集约化经营，增加了农业生产的难度和成本。山区地形导致水土流失问题严重，大量肥沃的表土被冲刷流失，土壤肥力下降，影响农作物生长，进而制约了耕地生态安全水平的提升。恩施州的气候条件也存在一定的不利因素，夏季降水集中且多暴雨，容易引发洪涝灾害，淹没耕地，破坏农田基础设施，对耕地生态系统造成直接破坏。冬季偶尔的低温冻害也会对农作物造成损害，影响农业生产的稳定性，间接影响耕地生态安全。人为因素是导致恩施州耕地生态安全障碍因子产生的关键原因。随着恩施州人口的持续增长，对耕地资源的需求不断增加，人均耕地面积逐渐减少，使得耕地承载压力增大。在人口密集地区，为满足住房、交通等建设需求，大量耕地被占用，进一步加剧了人地矛盾。不合理的农业生产方式也是重要的人为因素，长期以来，部分农户过度依赖化肥、农药来提高农作物产量，导致单位耕地面积化肥、农药使用量居高不下。这不仅造成土壤污染、板结，破坏土壤结构和肥力，还会通过地表径流等途径污染水体，影响水生态环境，对耕地生态系统的平衡和稳定构成威胁。在一些蔬菜种植区，农户为追求高产量，频繁大量使用化肥和农药，导致土壤中有害物质积累，土壤质量恶化，病虫害抗药性增强，形成恶性循环。政策因素在恩施州耕地生态安全障碍因子的形成中也起到了一定作用。虽然政府出台了一系列耕地保护政策，但在实际执行过程中，存在监管不到位的情况。部分地区对违法占用耕地的行为打击力度不够，导致一些企业和个人违规占用耕地进行非农业建设，使得耕地面积减少，影响耕地生态安全。在一些城乡结合部，存在未经审批擅自占用耕地建设厂房、住宅等现象，相关部门未能及时发现和制止。在农业补贴政策方面，部分补贴标准和方式不够科学合理，未能充分引导农民采用绿色、可持续的农业生产方式。一些补贴侧重于粮食产量，而对生态农业、绿色农业的补贴力度不足，导致农民缺乏采用生态种植、养殖技术的积极性，不利于减少农业面源污染，改善耕地生态环境。综上所述，恩施州耕地生态安全障碍因子的形成是自然、人为和政策等多方面因素共同作用的结果。只有全面认识这些因素的影响，采取针对性的措施，如加强生态修复、优化农业生产方式、完善政策法规并强化执行力度等，才能有效消除障碍因子，提升恩施州耕地生态安全水平，实现耕地资源的可持续利用。七、提升恩施州耕地生态安全的对策建议7.1加强耕地保护与管理严格控制耕地占用是保护耕地资源的关键举措。恩施州应强化规划管控，科学编制国土空间规划和村庄规划，明确耕地保护红线，严格划定永久基本农田保护区，确保耕地总量不减少、质量不降低。对于各类建设项目，要严格执行耕地占补平衡制度，做到占优补优、占水田补水田，严禁以次充好。在基础设施建设项目中，若占用耕地，必须按照规定补充同等数量和质量的耕地，确保耕地面积的动态平衡。加强对建设项目的审批管理，严格审查项目的用地规模和用地性质，对于不符合规划和产业政策的项目，坚决不予批准，从源头上控制耕地的不合理占用。加强执法监管，严厉打击违