基于熵权物元模型的耕地生态安全评价研究——以河北省肥乡县为例

耕地生态安全关系到区域可持续发展和粮食安全。以河北省肥乡县为例,考虑影响耕地生态安全的自然因素、经济因素和社会因素,结合熵权法和物元理论,建立基于熵权物元模型的肥乡县县域耕地生态安全评价模型,对肥乡县2001~2010年的耕地生态安全进行定量评价和分析。结果表明:肥乡县2001~2010年耕地生态安全状况可分为3个阶段:2001~2003年,肥乡县耕地生态安全水平处于安全状态;2004~2007年,肥乡县耕地生态安全状况逐年下降,由2004年的较安全水平降至2007年的不安全水平;2008~2010年,肥乡县耕地生态安全水平有所提高,由2008年的临界安全水平提高至2010年的较安全水平。建立的耕地生态安全评价模型能够准确合理地描述评价对象的生态安全等级,表明熵权物元模型在耕地生态安全评价中具有一定应用价值。     

黑龙江省耕地资源安全预警分析及预警系统的构建

耕地资源安全预警是保护耕地和实现耕地资源可持续利用的有效手段。该文以黑龙江省为研究区,从耕地保护角度,结合研究区的耕地数量、质量和生态环境3个方面,构建耕地资源安全预警指标体系,利用纵比判断法,以研究区1996-2008年耕地资源安全定量评价值为基础数据,确定研究区耕地资源安全度的阈值。应用灰色模型GM(1.1)与BP人工神经网络技术,对黑龙江省2012-2015年耕地资源安全度及变化趋势进行了预测和分析,并构建了耕地资源预警系统框架体系。结果表明,1996-2008年黑龙江省耕地资源安全值呈不规则下降趋势。2012年黑龙江省耕地资源警度为轻警、2013-2015年为中警,警度有上升趋势;2012年耕地质量略有升高,但耕地数量减少幅度较大,2013-2015年,随着耕地数量的增加,耕地质量不断下降,2012-2015年生态环境呈平缓上升趋势。耕地数量与耕地质量不协调发展是黑龙江省耕地资源在预测期主要致警原因,城市化水平、水土流失比率和抗逆指数等是影响黑龙江省耕地资源安全状况的敏感因子。该文为相关预警研究提供参考。     

基于RBF模型的广东省土地生态安全时空演变预警研究

基于压力—状态—响应(P-S-R)模型构建土地生态安全预警评价指标体系,运用熵权法和RBF模型对2000—2016年广东省土地生态安全进行评价与预警研究,同时分析2012年广东省21地级市土地生态安全空间格局。结果表明:(1)广东省土地生态安全水平总体呈波动上升趋势,其中2000—2006年处于重警状态,2007—2009年处于高警状态,2010—2012年处于中警状态。2013—2016年,若不出现较大变故,全省土地生态安全将仍保持这一发展趋势,平稳中略有上升,仍处于中警状态;(2)2012年广东省土地生态安全基本上呈粤北、粤西警情高,珠三角和粤东警情低的格局;(3)影响广东省土地生态安全的主要因素包括自然灾害受灾面积比重、公路密度、建成区面积比重、人均GDP、经济密度、农民人均纯收入、自然保护区面积比重等,这些是今后调控的重点。     

粮食主产区耕地生态安全障碍诊断及调控策略

生态安全作为耕地“三位一体化”的核心保护任务,越来越得到政府、公众及学术界广泛关注,耕地生态安全评价视为关键技术及重要依据。基于PSR模型构建耕地生态安全评价指标体系,以国家粮食主产区安徽省为例,综合运用改进熵权法、TOPSIS模型、ESDA模型及障碍诊断模型,评价安徽省2000年以来,以及分市级2000年、2010年、2018年3个年份的耕地生态安全度,剖析耕地生态安全时空分异特征,进一步诊断耕地生态障碍因子及对应调控策略。结果表明：(1)安徽省耕地生态安全度具有一定波动性,总体呈现上升趋势,由2000年的0.234 1增至2018年的0.724 7,大致分为低位震荡阶段、快速增长阶段及高位爬坡阶段;(2)近20年来耕地生态安全状态进一步呈现不平衡、不均衡演变趋势,导致全省耕地生态安全空间格局差异显著,尤其是以高风险、安全两类区域分布空间集中区域发生很大改变,基本呈现皖南地区安全程度高并由皖中地区过渡至皖北地区风险程度高的空间梯度格局,耕地生态安全空间集聚情况并未显著;(3)从全省维度分析,障碍因子以建成区绿化覆盖率、污水处理率等响应准则层为主,逐渐转变至复种指数、单位耕地粮食产量、...     

利用IANN建立县域种植业可持续发展预警模型

区域种植业系统的生存和发展易受到来自种植业经济社会、资源和环境等因素的干扰,使其可能偏离正常的运行轨道,产生各种警情。该文基于加权主成分分析算法,从优化网络初始权值入手,对误差反传BP算法进行改良,形成快速收敛和高精度的加权主成分网络模型WPCA-NN。从而将黄色预警法与非线性模拟方法巧妙结合,建立了科学合理的短期县域种植业可持续性预警指标体系和模型体系,并以黄河下游沿岸典型县市垦利和封丘为案例进行了实证研究。研究表明:1)种植业可持续性的空间尺度属性非常重要,以改进人工神经网络(IANN)为核心的县域种植业可持续性预警模型体系具有良好的可操作性。2)WPCA-NN既能反映决策者对各指标的偏好程度,又能规避经典BP算法学习速度慢和易陷入局部极小的缺陷。3)县域种植业可持续性预警实证分析达到预期结果并符合实际。2010-2014年两县警情以轻警和中警为主,资源和环境方面警兆的异常波动,尤其是权重较大的警兆指标对警情有着更为直接的影响。     

基于熵权TOPSIS法与ARIMA模型的四川省耕地生态安全动态预测预警

耕地生态安全预警研究能够有效引导耕地资源可持续利用。以四川省21个地市州为研究对象,构建了基于DPSIR模型的耕地生态安全预警评价指标体系,采用改进的熵权TOPSIS法进行警情分析,并运用ARIMA模型模拟未来5年警情变化趋势。结果表明:(1)ARIMA模型拟合度高,能够较好地拟合2015—2019年四川省耕地生态安全发展趋势;(2)总体而言,2005—2019年四川省耕地生态安全警情由"重警"变为"中警",预警指数由0.397(2005年)上升至0.501(2019年),最高值为0.524(2014年),总体呈波动上升的态势,表明出现严重生态安全问题的可能性小。(3)就各子系统而言,2005—2019年耕地生态安全压力系统是影响警情的变化的主要系统,该系统中预警值呈波动下降趋势,警度将升至"巨警"状态;驱动力、状态、影响与响应系统,预警值则逐年增大,警度等级逐年降低。(4)未来5年,四川省各地市州耕地生态安全压力区域差异明显,不同的区域应对措施不同,一二级区域将是以后调控的重点区。     

基于PSR模型的能源-生态复合区生态安全预警研究——以山西省忻州市为例

[目的]以山西省忻州市为例,探讨能源与生态复合区生态安全预警,为区域生态保护规划及区域高质量发展提供依据。[方法]基于PSR概念模型框架,从人口、资源、经济、环境、生态要素选取了21个指标建立了能源—生态复合区生态安全预警评价指标体系,采用熵值法确定权重,对山西省忻州市2000—2018年生态安全预警进行分析。[结果]①2018年忻州市14县综合预警值介于0.356 2～0.587 0之间,平均值为0.491 2,预警等级处于中警至轻警范围内。其中忻府区、定襄、五台、繁峙、静乐5县(区)警情为中警状态,其余7县(市)均为轻警状态,忻州市整体生态安全并不乐观,生态安全等级较低。②2000—2018年忻州市生态安全预警值呈波动缓慢上升趋势,警情为中警等级的县减少,轻警等级的县增加。[结论]研究区生态安全空间上呈现不均衡性,警情整体趋于改善,主要取决于系统压力中的经济、资源、环境压力趋缓。     

基于熵权TOPSIS模型的区域土地利用绩效评价及障碍因子诊断

定量评估土地利用绩效并诊断其障碍因子,是提高区域土地利用绩效水平的有效途径。该文综合考虑土地利用经济绩效、社会绩效、生态绩效和管理绩效4个子系统,建立区域土地利用绩效评价指标体系,结合熵权TOPSIS模型和障碍度模型,对安徽省近15 a(2000—2014年)的土地利用情况进行绩效评价和障碍因子诊断,并基于评价结果,运用GM(1,1)模型对安徽省未来5 a(2015—2019年)土地利用子系统绩效变化态势进行预测和分析。结果表明:安徽省土地利用综合绩效经历了较差—中级—良好—优质的发展过程,结合土地利用绩效的年均增长速度,可以分为绩效较差但高速增长(2000—2004年)、绩效中级但较快增长(2005—2009年)、绩效良好但低速增长(2010—2011年)和绩效优质且快速增长(2008—2014年)4个发展阶段。4个子系统绩效水平基本逐年提升,但变化趋势存在差异,经济绩效和管理绩效呈线性增长态势,社会绩效和生态绩效呈波动起伏变化的上升趋势;未来5 a,经济绩效子系统年均增长速度最快,社会绩效和管理绩效子系统次之,生态绩效子系统增速最慢。经济绩效子系统障碍度最大,其后依次是社会、生态和管理绩效子系统;2000—2008年,建成区工业增加值等3个指标一直稳居前3位,人民生活水平和地均就业人数轮流出现在第4或第5位;2009—2012年,前3位障碍因子发生较大变化,地均财政收入和人民生活水平成为阻碍土地利用绩效的主要因子;2013—2014年,前5位障碍因子变化较大,社会绩效成为制约土地利用绩效的主要子系统,改善人民生活水平、加强公共基础设施建设,探索节约化、集约化、高效化的土地利用方式和模式是提升安徽省土地利用绩效的重要出路;根据GM(1,1)模型预测结果,社会绩效、生态绩效和管理绩效在未来具有广阔的提升空间,安徽省在提高土地利用经济绩效的同时,应关注经济—社会—生态环境友好和谐发展,更加注重土地利用社会绩效、管理绩效特别是生态绩效的提升。该文的研究思路与方法可以为促进区域土地利用绩效提升提供现实依据。     

韦伯-费希纳模型在湖泊(水库)预警评价中的应用

[目的]对福建省的莆田东圳水库、福清东张水库、三明东牙溪水库水环境质量及预警等级进行评价,为湖泊(水库)水环境预警评价提供一种过程简单,结果科学合理的评价方法。[方法]根据韦伯—费希纳模型(Weber-Fechner’s model)的基本原理,以表征水库水环境的溶解氧(DO),化学需氧量(CODMn),总磷(TP),NH_3-N,总氮(TN)等参数作为评价指标,利用水环境综合指数ki来评价水库水环境质量及预警等级。[结果]莆田东圳水库2010年第1,2季度以及2012年第3季度处于中重警。福清东张水库2013年第3季度为轻警,2012年第1季度处于中重警。三明东牙溪水库2010年第4季度、2011第3季度、2012年第3季度、2013第3,4季度为轻警。其余季度上述水库水质预警等级为中警。[结论]韦伯—费希纳模型能够定量描述湖泊(水库)水环境质量的感觉强度变化关系,客观反映湖泊(水库)水环境质量变化的影响;该模型具有计算过程简单,评价精度高,应用性强等优点,为湖泊(水库)水质预警等级综合评价提供了新方法,拓展了评价模型的应用范围。     

基于熵权可拓模型的农村居民点整理潜力研究--以河北省太行山山前平原区为例

定量评价区域农村居民点整理潜力对于区域经济增长和社会发展具有重要意义。本文引入整理效益因素并结合经济、社会和自然因素构建区域农村居民点整理潜力指标体系, 运用熵权和可拓学理论, 对太行山山前平原区农村居民点整理潜力进行实证研究。结果表明: 不同区域农村居民点整理潜力差异较为显著, 石家庄市周边县市以及环北京市13个县市区整理潜力值为[0.7, 1.0], 属于优先整理区; 重点整理区包括保定市中部、石家庄市南部以及邯郸市北部的12个县市区, 整理潜力值为[0.4, 0.7); 邢台市、邯郸市南部以及保定市西部13个县市区整理潜力值为[0, 0.4), 属于适度整理区。根据研究结果针对不同的整理区提出了不同的整理模式, 本文建立的熵权可拓模型将有助于推进区域农村居民点进行有序整理和土地整治规划的编制。     

中国粮食安全评价指标体系构建及实证分析

运用食物系统的观点,结合中国实际,从粮食生产资源、粮食可供量与稳定性、粮食获取能力和粮食利用水平等4个层面出发,构建了中国粮食安全评价指标体系,并对中国1990-2011年来的粮食安全状况进行了定量评价。结果表明:中国粮食安全系统的发展呈现出稳步上升、快速下降和快速上升3个发展阶段,粮食安全系统的4个子系统也呈现出显著的阶段性变化特征,其中粮食生产资源和粮食可供量与稳定性2个子系统对粮食安全系统的影响占主要地位。粮食安全系统的障碍因素诊断分析表明,在1990-2000年,财政支农支出、粮食总产量和道路密集度3个指标是粮食安全系统的最大障碍因素,但在2000-2010年,三者对粮食安全系统的障碍度不断下降,但人均耕地面积的障碍度不断增加。2010年,人均耕地面积已成为粮食安全系统最大的障碍因素,其次分别为粮食净进口量和粮食价格水平。最后,从3个方面出发,就如何提高中国粮食安全水平进行了讨论。     

黑龙江省宝泉岭垦区粮食生产动态分析与预测

保持一定数量的耕地资源是实现区域粮食安全的重要保障.以黑龙江省宝泉岭垦区为研究区,从耕地压力角度出发,采用耕地压力指数模型,基于商品粮基地具有向国家提供商品粮的特殊地位,综合考虑国家粮食安全和区域粮食安全的关系,对1989-2008年宝泉岭垦区耕地与粮食生产状况进行了分析,运用时间序列、灰色系统模型及DPS数据处理系统软件,对2011-2020年宝泉岭垦区的粮食安全状况进行了预测.结果表明:20 a来宝泉岭垦区粮食一直处于安全状态,宝泉岭垦区粮食安全动态变化情况大致分为三个不同阶段:1989-2000年耕地压力指数波动上升,2001-2003年耕地压力指数下降,2004-2008年耕地压力指数波动上升.在未来10 a,在满足商品率为91%的条件下,年末总人口、耕地面积、粮食总产量逐年增加,耕地压力指数持续降低,在满足区域粮食安全的基础上,粮食商品率有很大的提升空间.最后,提出继续加强政策支持力度、依靠科技进步、严格保护耕地等建议以进一步提高宝泉岭垦区的粮食生产能力.     

关中地区耕地显性与隐性非粮化的时空变化及对粮食产量的影响

确保粮食安全是中国治国理政的头等大事,当前耕地非粮化对粮食生产产生严重影响。该研究以关中地区为例,研究耕地显性非粮化、隐性非粮化的时空变化及对粮食产量的影响。结果表明,关中地区耕地显性、隐性非粮化程度在加剧。2000—2010年、2010—2020年显性非粮化面积占2010年、2020年耕地面积的比例分别为5.19%、29.10%,2000年、2010年、2020年隐性非粮化面积占当年耕地总面积的比例为51.69%、55.07%、66.69%。耕地显性、隐性非粮化导致的粮食损失量呈增加趋势,且隐性非粮化导致的粮食损失量远大于显性非粮化。2000—2010年、2010—2020年,显性非粮化导致的粮食损失量占2010年、2020年粮食产量的平均值为0.10、0.74。2000年、2010年、2020年隐性非粮化导致的粮食损失量与当年粮食产量的比值的平均值分别为1.37、1.16、1.95。基于此,在当前缺少耕地隐性非粮化有效治理措施的情况下,亟需进行耕地隐性非粮化治理政策措施的研究与制定。耕地隐性非粮化的根本原因是粮食种植的收益低,应当加大种粮补贴力度,通过补贴弥补粮食种植收益低的短板,以提高农民的粮食生产积极性。     

河北滨海盐碱土地生态安全评价

滨海盐碱地盐渍化较严重,土地生态环境脆弱,了解滨海盐碱区的土地生态安全状态,探讨其驱动机制,可为滨海盐碱区土地结构调整与土地功能提升提供依据。本文以河北省黄骅市为研究区域,以土地利用类型为基础,设计了黄骅市土地利用生态安全(LUES)分级标准,计算得出研究时段内的LUES值,阐明了黄骅市土地利用生态安全状态并探寻起主要作用的关键土地利用类型。在此基础上,利用2000—2010年TM遥感影像数据和社会经济数据,借助Erdas、Arc GIS与Fragstats软件平台,选择了包括LUES在内16个指标,构建了黄骅市P-S-R土地生态安全评价模型,探讨了黄骅市土地生态安全状态。结果表明:(1)2000—2010年间,黄骅市LUES值为0.458~0.466,土地利用生态安全处于临界安全状态,应控制建设用地、盐场及重度盐碱地面积;(2)黄骅市土地利用生态安全提升主要得益于土壤盐渍化的降低,中、重度盐碱地面积减少及轻度盐碱地面积增加带来的生态正效应超过了建设用地面积增加带来的生态负效应,这是LUES提高的主要原因;(3)黄骅市土地生态安全指数(LESI)呈逐年上升趋势,安全状态由2000年的较不安全(LESI为0.431)提升至2010年的较安全(LESI为0.666)状态;(4)压力指数(P)在逐年减小,响应指数(R)在逐年增加,2010年响应指数对LESI贡献最大,其贡献率为45.3%,说明人为措施减小了土地生态风险。本研究结果可为黄骅市土地生态利用提供科学依据。     

退耕还林（草）背景下延安市粮食安全态势评析

延安市的粮食生产与粮食安全问题关系到延安市退耕还林（草）工程的持久、稳定。运用最小人均耕地面积和耕地压力指数模型法,采用耕地面积、粮食产量、人口数量等数据,分析了1997-2007年延安市粮食安全状态。结果表明：在空间上,延安市宝塔区以南县区的耕地压力指数、最小耕地面积较小,粮食生产压力小,耕地的生产力高;在时间上,1998-2003年延安市耕地压力指数、最小耕地面积呈上升态势,2003年后则趋于下降。近些年耕地压力指数略高于1,区内耕地压力、粮食供需矛盾有所缓解,但粮食安全问题依然存在。对此,延安市应控制人口增长,通过改造中低产田、旱作农业技术的应用等途径稳定粮食生产。     

渭南市耕地变化对粮食安全的影响评价

利于最小人均耕地面积和耕地压力指数模型,对渭南市1990-2006年由于耕地面积变化所引发的粮食安全状况进行评价.结果表明:渭南市耕地面积变化经历了逐年减少、波动变化和趋于稳定3个阶段,耕地面积变化的区域差异不明显,人均耕地面积变化呈现明显减少的特点;正常年份渭南市粮食供给处于安全水平,在粮食生产遭遇自然灾害时,粮食安全状况就会受到影响;粮食安全表现出明显的区域差异性,未来8 a内渭南市的粮食安全不会受到威胁.研究结果将为合理解决渭南市耕地利用与粮食安全之间的矛盾提供科学依据.     

基于模糊最小二乘支持向量机的区域粮食安全性预警分析

为提高区域粮食安全性预警精度,针对区域粮食安全预警数据的模糊特性,建立了采用清晰集合构造模糊集合法确定隶属度,采用混沌遗传算法优化参数的基于混沌遗传算法的模糊最小二乘支持向量机区域粮食安全预警模型。应用结果表明,基于混沌遗传算法的模糊最小二乘支持向量机区域粮食安全预警模型的预警相对误差小于2.0%,且区域粮食安全性的性能指标参数满足关系式：粮食自给率权重系数a1>人均粮食占有量权重系数a2>粮食单产水平权重系数a3>人均耕地权重系数a4>粮食生产波动系数权重系数a5。该研究结果可为区域粮食安全性预警分析快速有效地实现提供理论依据。     

基于人粮关系的湖南省耕地资源人口承载力研究

从人粮关系角度估算土地生产潜力,对耕地资源人口承载力进行研究,对保障国家粮食安全和区域可持续发展都具有十分重要的意义。通过应用土地资源人口承载力和土地资源人口承载指数模型研究了湖南省2000—2008年耕地资源的人粮关系状况,结果如下:(1)在现有生产力水平下,湖南省耕地资源可承载人口7 423.38万人,人口承载力指数为0.922,人粮关系基本平衡,但人粮关系状况分布不均衡,地区差异较大。(2)湖南省中北部、西部和南部3大区域耕地资源人口承载力2000—2004年处于逐年下降趋势,之后则逐年上升。(3)中北部人粮关系2004年后由盈余状态转为富裕状态,西部一直处于超载和临界超载的边缘,南部则多为盈余状态。表明湖南省耕地资源人口承载力地区差异较大,人口增长空间十分有限,今后应加强土地综合整治,改善土地生产条件,提高农业科技水平,以实现区域资源、人口与环境的可持续发展。     

基于DPSIR模型的陕西省水安全评价及障碍因子诊断

水资源安全评价是水资源保护和规划的基础,为了提高区域水安全,迫切需要定量评估水安全情况并对其障碍因子进行诊断。该文基于DPSIR模型建立了水安全评价指标体系,结合单指标量化-多指标综合-多准则综合(SMI-P)的量化方法和耦合协调度模型,对陕西省水安全健康状态做出评估,并运用障碍度模型分析了影响水安全的主要因子。结果表明：2000—2018年陕西省水安全状态经历了从“较不安全”状态向“基本安全”状态发展,但驱动力和影响子系统的安全度有所下降,应加强对水资源有限性以及城市社会发展的重视。水安全子系统耦合协调度逐年提高,实现由中级协调到良好协调的转变,2018年系统耦合度高达0.815,系统间相互依赖相互作用程度较高。人均GDP、恩格尔系数、人均日生活用水量以及人均水资源量是制约陕西省水安全状态提升的主要障碍因子,可以更好地为制定和采取相关措施来提高水安全状态提供科学依据。综上,陕西省水安全状态整体趋势向好,经济与水资源情况为主要制约因素。