全 文 ：基于物元模型的鄱阳湖生态经济区
土地生态安全评价*
余摇 敦摇 陈文波**
(江西农业大学景观与环境生态研究中心, 南昌 330045)
摘摇 要摇 基于 2001—2007 年的相关数据,借助物元模型对鄱阳湖生态经济区的土地生态安
全状况进行研究. 结果表明: 2001 年鄱阳湖生态经济区土地生态安全状况为较安全状态,
2002—2004 年处于临界安全状态,2005 年下降为不安全状态,2006 年后土地生态安全状况有
所好转,处于临界安全状态.表明利用物元模型进行区域土地生态安全评价是可行的,具有计
算简便、意义明确、评价精度高等优点,为土地生态安全评价提供了另一种途径.
关键词摇 物元模型摇 生态安全摇 鄱阳湖生态经济区
文章编号摇 1001-9332(2011)10-2681-05摇 中图分类号摇 X826摇 文献标识码摇 A
Land ecological safety in Poyang Lake Eco鄄economic Zone: An evaluation based on matter鄄
element model. YU Dun, CHEN Wen鄄bo (Landscape and Environment Ecology Research Center,
Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2011,22(10):
2681-2685.
Abstract: Base on the 2001-2007 related statistical data, and by means of matter鄄element model,
an evaluation was conducted on the land ecological safety in Poyang Lake Eco鄄economic Zone. The
land safety in the Eco鄄economic Zone was relatively fine in 2001, decreased to critical level in
2002-2004, and degraded to unsafe in 2005. From 2006, the safety level returned to critical, indi鄄
cating a better safety status. This study showed that matter鄄element model had the advantages of
simple calculation, clear indication, and higher accuracy, being able to provide another approach
for regional land ecological safety evaluation.
Key words: matter鄄element model; ecological safety; Poyang Lake Eco鄄economic Zone.
*江西省社会科学规划项目(08YI37,08YI39)和江西省自然科学基
金项目(2009GQN0031)资助.
**通讯作者. E鄄mail: cwb1974@ hotmail. com
2011鄄02鄄28 收稿,2011鄄07鄄11 接受.
摇 摇 生态安全是 21 世纪人类社会可持续发展所面
临的一个新主题.生态安全的本质包括生态风险和
生态脆弱性[1-2] . 国外的相关研究主要围绕生态安
全的概念及生态安全与国家安全[3-4]、军事战略[5]、
可持续发展和全球化的相互关系而展开[6];国内主
要针对生态安全的概念及生态安全评价指标体系的
建立进行了很多有意义的探索[7] . 生态安全的概念
有广义和狭义之分.广义的生态安全指在人的生活、
健康、安乐、基本权利、生活保障来源、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.狭义的生态安全指自然和半自然生态系统
的安全,即生态系统完整性和生态系统健康的整体
水平[8] .生态安全是国家安全和区域安全的重要组
成部分,是由资源安全、生物安全、环境安全等多方
面组成的安全体系[9] . 目前,我国的生态安全研究
正由定性研究向定量研究发展,并已落实到区域上,
我国生态安全评价呈现出以空间尺度为主流、时间
尺度为支流、区域生态安全评价为核心、辅以流域和
国家安全评价的研究格局[10-11] .土地是人类赖以生
存和发展的物质基础,随着人口的增加、社会经济的
发展,土地生态环境的破坏程度日益严重.土地生态
安全评价是生态安全评价的重要组成部分,也是当
前土地可持续利用研究的前沿课题. 但目前土地生
态安全评价还处于起步阶段,土地生态安全评价的
理论研究还处于探讨阶段,评价方法、评价指标体系
和标准值的确定仍是研究难点[12-15] .
20 世纪 80 年代提出的物元分析理论可解决不
应 用 生 态 学 报摇 2011 年 10 月摇 第 22 卷摇 第 10 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Oct. 2011,22(10): 2681-2685
相容问题,从最初的物元分析到现在的可拓学,已奠
定了其理论体系.物元模型被广泛应用在环境质量
的综合评判、产品质量分级和农业资源评价等方
面[16-18],但在土地生态安全评价中的应用则鲜见
报道.
位于长江中下游的鄱阳湖生态经济区,是我国
重要的商品粮基地和江西省重要的经济区,其土地
生态安全状况对整个鄱阳湖地区和长江中下游地区
均产生重要影响.近年来,随着人类活动的加剧和对
土地的不合理开发利用,江西省乃至整个长江中下
游地区社会经济的可持续发展正遭受着威胁.为此,
本文基于物元模型,构建了鄱阳湖生态经济区土地
生态安全评价指标体系,并对其土地生态安全状况
进行评价,旨在为土地生态安全评价提供另一种可
行途径.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
鄱阳湖生态经济区 (27毅 30忆—30毅 06忆 N,114毅
29忆—117毅42忆 E)地处长江中下游南岸、江西省北
部,包括南昌、九江、鹰潭、抚州、景德镇、新余 6 个设
区市和 25 个县(市),共 31 个县(市、区)(图 1).该
区属典型的亚热带湿润性季风型气候,年均气温
18 益, 年 均 日 照 总 辐 射 量 为 97 ~ 114郾 5
kCal·km-2,年均日照时数为 1473郾 3 ~ 2077郾 5 h,年
均降水量1350 ~ 1900 mm. 2007 年全区总人口为
1977郾 61 万,其中,城镇人口 850郾 38 万,乡村人口
1127郾 23 万.
图 1摇 鄱阳湖生态经济区示意图
Fig. 1摇 Sketch map of Poyang Lake Eco鄄economic Zone.
1郾 2摇 物元模型
设事物的名称为 M,它关于特征 C的量值为 X,
以有序三元 R = (M,C,X)组作为描述事物的基本
元,简称物元. 利用物元模型进行评价的主要步骤
为:确定待评价物元;确定待评价经典域;确定待评
价节域;关联函数的定义;确定评价等级.
1郾 3摇 土地生态安全评价指标体系的构建
1郾 3郾 1 评价指标体系的建立摇 鄱阳湖生态经济区土
地生态安全系统是一个多层次、多因素的复合系统.
参考相关研究,并根据鄱阳湖生态经济区的实际情
况,结合专家意见完成指标的筛选,得到鄱阳湖生态
经济区土地生态安全评价指标体系,包括 19 项评价
指标(表 1).
1郾 3郾 2 评价指标权重的确定摇 为了使评价结果能够
客观、合理地反映鄱阳湖生态经济区的实际情况,采
用 Delphi法[19-20]来确定各评价指标的权重(表 1).
1郾 4摇 数据来源及处理
本研究从土地资源压力、土地资源状态、人文环
境响应角度选择了人口密度、耕地粮食单产等 19 个
指标,分为原始指标和构建指标两大类.原始指标如
农民人均收入等是通过查阅 2002—2008 年江西省
统计年鉴[21]获得;通过原始指标复合计算得出构建
指标,如人口密度 =人口数 /辖区面积. 在构建原始
数据集的基础上,利用物元模型,通过确定评价物
元、经典域,建立评价节域矩阵,计算鄱阳湖生态经
济区土地生态安全综合值,从而判定土地安全状况.
具体计算过程与方法参见文献[22-23].
2摇 鄱阳湖生态经济区土地生态安全评价的物元模
型
2郾 1摇 鄱阳湖生态经济区土地生态安全评价物元的
建立
将鄱阳湖生态经济区 31 个县(市、区)作为一
个整体,以 2001—2007 年统计数据为基础,通过加
权平均得到每年各个指标的原始值.
2郾 2摇 鄱阳湖生态经济区土地生态安全评价经典域
和节域的确定
在确定经典域和节域之前,需要先确定所选各
项指标的生态安全标准. 生态安全评价指标标准值
的确定是一项非常具有探索性的工作,本文在查阅
国内外有关资料[24-27]的基础上,并咨询专家,以最
大限度地保证评价标准值的准确度和应用性,最终
确定鄱阳湖生态经济区土地生态安全评价标准值
(表 1).
2862 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 22 卷
表 1摇 土地生态安全评价指标权重及不同级别的标准
Table 1摇 The weight and the criterion of different rank of the land ecological safety evaluation
评价指标
Evaluation index
权重
Weight
安全
Safety
较安全
Relative
safety
临界安全
Critical
safety
不安全
Unsafety
人口密度 Population density (person·km-2) (C1) 0郾 04 <300 <500 <1500 <4000
人口增长率 Population growth rate (译) (C2) 0郾 03 <5 <10 <15 <20
人均耕地面积 Farmland area per capita (hm2·person-1)(C3) 0郾 04 >0郾 3 >0郾 1 >0郾 08 >0郾 04
单位面积耕地化肥负荷 Farmland chemical fertilizer load per hm2
(kg·hm-2) (C4)
0郾 01 <400 <600 <1000 <1400
单位面积耕地农药负荷 Farmland agricultural drugs load per hm2
(kg·hm-2) (C5)
0郾 01 <20 <40 <70 <110
地表起伏度 Fluctuation degree of earth surface (C6) 0郾 02 <0郾 1 <0郾 2 <0郾 3 <0郾 4
自然灾害受灾面积比例 Area rate of natural calamity (% )(C7) 0郾 02 <1 <2 <3 <5
经济密度 Economy density (伊104 yuan·km-2) (C8) 0郾 03 >16000 >5000 >1000 >200
城镇化率 Urbanization rate (% )(C9) 0郾 03 >90 >60 >40 >20
耕地粮食单产 Farmland grain yield per unit area (kg·hm-2) (C10) 0郾 06 >7000 >6000 >5000 >4000
土壤侵蚀模数 Soil erosion modulus ( t·km-2·a-1) (C11) 0郾 10 <1000 <2500 <5000 <8000
水土流失面积比例 Area rate of soil erosion (% )(C12) 0郾 09 <1 <2 <3 <5
森林覆盖率 Forest coverage rate (% )(C13) 0郾 10 >60 >40 >30 >20
25毅以上坡耕地面积比 Farmland area rate of above 25 degree (% )(C14) 0郾 08 <10 <20 <30 <40
有效灌溉面积比 Effective irrigation area rate (% )(C15) 0郾 10 >60 >50 >40 >30
环保治理投资占 GDP 比例 Environment harness investment to GDP rate
(% )(C16)
0郾 07 >6 >5 >4 >3
人均 GDP Per capita GDP (yuan) (C17) 0郾 04 >50000 >20000 >10000 >5000
第三产业占国民生产总值比重 The rate of third industry to GDP (%)(C18) 0郾 07 >80 >60 >40 >30
农民人均纯收入 Farmer net income per capita (yuan) (C19) 0郾 06 >6000 >4000 >3000 >2000
摇 摇 根据表 1 和物元模型的公式,建立经典域矩阵,
设 P={安全寅较安全寅临界安全寅不安全},R1 =
{安全},R2 ={较安全},R3 = {临界安全},R4 = {不
安全}.
根据 19 项评价指标的最高限值和物元模型的
计算公式,建立节域矩阵.
Rp =
C1, < 0, 4000 >
C2, < 0, 20 >
C3, < 0, 0郾 3 >
C4, < 0, 1400 >
C5, < 0, 110 >
C6, < 0, 0郾 4 >
C7, < 0, 5 >
C8, < 0, 16000 >
C9, < 0, 90 >
P, C10, < 0, 7000 >
C11, < 0, 8000 >
C12, < 0, 5 >
C13, < 0, 80 >
C14, < 0, 40 >
C15, < 0, 60 >
C16, < 0, 6 >
C17, < 0, 50000 >
C18, < 0, 80 >
C19, < 0, 6000
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式中:RP为节域矩阵;P为评价事物名称;C1 ~ C19分
别代表 19 个评价指标,具体含义见表 1.
2郾 3摇 鄱阳湖生态经济区土地生态安全评价结果与
分析
土地生态安全评价是一个动态的变化过程,过
程评价是获取土地生态环境发展演化的重要手段,
从静态的现状评价转向动态的过程评价是土地生态
安全评价研究的必然趋势.
摇 摇 由表 2 可以看出,2001 年鄱阳湖生态经济区土
地生态安全综合值为 0郾 40,处于较安全状态;2002、
2003、2004、2006 和 2007 年处于临界安全状态;
2005 年为不安全状态.
2001—2005 年,鄱阳湖生态经济区土地生态安
全综合值逐渐下降,土地生态安全状态由安全状态
转为不安全状态.土地生态安全总体呈明显恶化趋
势,这主要是随着基础设施的大量建设,鄱阳湖生态
经济区经济迅速发展,城市化进程加快,导致人口增
长过快、人口密度增大、单位面积耕地化肥和农药负
荷过大、森林覆盖率偏低、耕地粮食单产较低. 由于
该区经济的发展是以牺牲土地和社会生态安全为代
价,导致鄱阳湖生态经济区的土地生态安全呈总体
下降趋势.
2005—2007 年,该区土地生态安全综合值逐渐
上升,土地生态安全由不安全状态到临界安全状态,
386210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 余摇 敦等: 基于物元模型的鄱阳湖生态经济区土地生态安全评价摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 鄱阳湖生态经济区土地生态安全指标关联度及等级 (2001—2007)
Table 2摇 Index relevancy and levels of land ecological safety in Poyang Lake Eco鄄economic Zone (2001-2007)
年份
Year
关联度 Relevancy
安全
Safety
较安全
Relative safety
临界安全
Critical safety
不安全
Unsafety
安全等级
Safety grade
2001 0郾 06 0郾 40 0郾 21 0郾 18 较安全 Relative safety
2002 0郾 22 0郾 12 0郾 30 0郾 24 临界安全 Critical safety
2003 0郾 17 0郾 09 0郾 28 0郾 21 临界安全 Critical safety
2004 0郾 21 0郾 10 0郾 33 0郾 24 临界安全 Critical safety
2005 0郾 25 0郾 04 0郾 07 0郾 41 不安全 Unsafety
2006 0郾 21 0郾 12 0郾 24 0郾 18 临界安全 Critical safety
2007 0郾 26 0郾 17 0郾 33 0郾 22 临界安全 Critical safety
状态有所好转.这主要是期间随着江西在中部崛起
战略规划的实施,全区经济发展方式由传统经济向
循环经济转变,使单位面积化肥负荷、单位面积农药
负荷、水土流失面积比例明显减少,环保治理投资占
GDP的比例明显上升,导致全区土地生态安全综合
值明显上升,土地生态安全状况有所好转.
3摇 结摇 摇 论
本文应用物元分析法建立了鄱阳湖生态经济区
土地生态安全的物元评判模型,克服了多角度、多因
素识别评价中的主观片面性. 本文所选的物元模型
关联度函数消除了量纲,因此原始数据不用归一化
处理,而且逻辑意义明确. 本评价结果与陈文波
等[28]、邓爱珍等[29]的研究结果相似. 2001—2007
年,研究区土地生态安全状况经历了较安全-临界
安全-不安全-临界安全的变化过程,整体水平不容
乐观,目前仍处于临界安全水平,只有持续进行防治
水土流失的各项工作、合理引导化肥农药的施用并
进一步优化土地配置,科学调整农业产业结构,才能
实现该区域土地的生态安全及可持续发展. 利用物
元模型进行区域土地生态安全评价的方法可作为土
地生态安全评价研究的新方法. 通过对区域土地生
态安全科学评价,可及时了解区域土地生态安全的
状态和发展趋势,并找出关键问题,为土地可持续利
用决策提供科学依据,是实现区域土地可持续利用
和区域可持续发展的有效途径.
土地生态系统是个复杂的系统,土地生态安全
状态是多种因素综合作用的结果. 目前区域土地生
态安全系统的评价研究还处于起步阶段,对于评价
方法、指标选取和标准确定尚有待深入探讨.
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作者简介 摇 余 摇 敦,男,1975 年生,博士,副教授. 主要从事
土地资源管理研究. E鄄mail: jxauyd@ 163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
586210 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 余摇 敦等: 基于物元模型的鄱阳湖生态经济区土地生态安全评价摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇