Ecological Security of Cultivated Land in Qingliu County Analyzed by Entropy Matter-Element Model
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摘要: 以福建省典型山区农业县-清流县为研究区，综合选取人均耕地等16个评价指标，采用熵权物元模型剖析了研究区域2010-2016年的耕地生态安全状况，并与多指标综合评价方法进行对比分析。结果表明：（1）清流县耕地生态安全级别在评价年份内均为“向较安全转化”级别，但在此级别内存在恶化趋势；（2）工业固体废物综合利用率对清流县耕地生态安全水平提升起到促进作用，而人口自然增长率等5个评价指标则限制了清流县耕地生态水平的提升；（3）与多指标综合评价方法相比，评价结果基本一致，个别年份出现差异，未影响整体趋势，熵权物元模型在分析单个指标影响方面更为直观、准确。Abstract: Taking Qingliu county, a typical mountainous agricultural region in Fujian, as an example, this study selected 16 indicators, such as per capita cultivated land, to analyze the ecological security of the area. From 2010 to 2016, data were collected to fit in the entropy-based matter-element model for comparisons and evaluations. The results showed that (1) the security level of the area cultivated land belonged to the "transition toward security" classification, but the trend could possibly reverse; (2) programs like the "Comprehensive Utilization of Industrial Solid Wastes" enhanced the eco-security, but the population growth as well as 5 other factors could restrict the extent of potential improvement; and, (3) in general, the conclusion drawn by this study agreed with that obtained by the multi-index comprehensive evaluation with a few year-to-year discrepancies; however, the matter-element model was deemed more intuitive and accurate in analyzing the impact of individual indicators.
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图 1 清流县耕地生态安全差异
Figure 1. Differences on ecological security of cultivated lands in Qingliu county
表 1 耕地生态安全评价指标体系及权重
Table 1. Weighted indicators in evaluating ecological security of cultivated land in Qingliu county
因素 指标 公式 权重 影响 耕地现状 X1人均耕地面积/(hm2·人-1) 耕地面积/总人口 0.0837 (+) X2耕地减少面积与耕地面积比例/% 耕地减少面积/耕地面积 0.0425 (-) X3耕地增加面积与耕地面积比例/% 耕地增加面积/耕地面积 0.2017 (+) X4大于25度耕地面积比重/% - 0.0705 (-) 社会经济 X5人口密度/(人·km-2) 总人口/土地总面积 0.0176 (-) X6人口自然增长率/‰ - 0.0778 (-) X7农民人均纯收入年增长率/% - 0.0941 (+) X8 GDP年增长率/% - 0.0520 (+) X9单位面积耕地粮食产量/(kg·hm-2) 粮食总产量/粮食作物播种面积 0.0246 (+) X10固定资产投资总额年增长率/% - 0.0806 (+) 生态环境 X11森林覆盖率/% - 0.0603 (+) X12单位耕地面积化肥施用量/(kg·hm-2) 化肥施用量/耕地总面积 0.0725 (-) X13单位耕地面积农药施用量/(kg·hm-2) 农药施用量/耕地总面积 0.0766 (-) X14工业固体废物综合利用率/% - 0.0213 (+) X15污水处理率/% - 0.0042 (+) X16生活垃圾处理率/% - 0.0200 (+) 
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表 2 基于占补平衡的耕地生态安全评价经典域和节域取值范围
Table 2. Intervals of data collection on classical and segment fields of area cultivated land for ecological security evaluation based on occupation and compensation balance
评价指标 经典域 节域 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ X1 [0.107，0.137] [0.077, 0.107) [0.047，0.077) [0.023, 0.047) [0, 0.023) [0, 0.137] X2 [0，0.17) [0.17, 0.34) [0.34，1.15) [1.15, 1.96) [1.96，2.77] [0, 2.77] X3 [2.68, 3.22] [2.14, 2.68) [1.60, 2.14) [1.06, 1.60) [0, 1.06) [0, 3.22] X4 [0, 2) [2, 8) [8, 10) [10, 24) [24, 35] [0, 35] X5 [0, 100) [100, 300) [300, 1000) [1000, 2000) [2000, 3000] [0, 3000] X6 [0, 5) [5, 10) [10, 15) [15, 20) [20, 25] [0, 25] X7 [16, 20]> [12, 16) [8, 12) [4, 8) [0, 4) [0, 20] X8 [16, 20] [12, 16) [8, 12) [4, 8) [0, 4) [0, 20] X9 [6500,7500] [5920, 6500) [4970，5920) [2490, 4970) [0，2490) [0, 7500] X10 [45,50] [35, 45) [15, 35) [5, 15) [0, 5) [0, 50] X11 [80,85] [75, 80) [60, 75) [20, 60) [0, 20) [0, 85] X12 [50, 255) [255, 465) [465, 685) [685, 800) [800, 1000] [50,1000] X13 [0，10) [10，20) [20，25) [25，40) [40，80] [0, 80] X14 [97,100] [85, 97) [80, 85) [70, 80) [0, 70) [0, 100] X15 [97,100] [85, 97) [80, 85) [70, 80) [0, 70) [0, 100] X 16 [97,100] [85, 97) [80, 85) [70, 80) [0, 70) [0, 100]
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表 3 清流县2010-2016年耕地生态安全指标关联度等级
Table 3. Degree of association of indicators for ecological security evaluation on cultivated land in Qingliu county from 2010 to 2016
关联度 2010年 2011等级 2012等级 2013等级 2014等级 2015等级 2016等级 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 Ⅴ级 等级 Kj(x1) -0.2857 0.3333 -0.1667 -0.4444 -0.5614 Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Kj(x2) -0.4220 -0.3152 0.3580 -0.4522 -0.6786 Ⅲ Ⅴ Ⅴ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅱ Kj(x3) -0.4963 -0.3692 -0.1563 0.4630 -0.1768 Ⅳ Ⅲ Ⅰ Ⅴ Ⅴ Ⅴ Ⅴ Kj(x4) -0.4323 -0.0455 0.2000 -0.1600 -0.6500 Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Kj(x5) 0.1400 -0.1400 -0.7133 -0.9140 -0.9570 Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Kj(x6) 0.0900 -0.0900 -0.5450 -0.6967 -0.7725 Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Kj(x7) -0.3540 -0.0876 0.2125 -0.2625 -0.4469 Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅳ Kj(x8) -0.2368 0.4500 -0.2750 -0.5167 -0.6375 Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Kj(x9) -0.3679 -0.2536 0.1443 -0.0542 -0.5224 Ⅱ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Kj(x10) -0.4081 -0.0640 0.0550 -0.5400 -0.6422 Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅳ Kj(x11) -0.5000 0.2000 -0.1000 -0.6400 -0.8615 Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Kj(x12) -0.1940 0.3095 -0.3494 -0.5748 -0.6400 Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Kj(x13) -0.3735 -0.1615 0.0460 -0.0092 -0.3808 Ⅲ Ⅲ Ⅲ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Ⅳ Kj(x14) -0.4658 -0.2650 -0.1285 0.3460 -0.2180 Ⅳ Ⅳ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Kj(x15) -0.4667 -0.2733 -0.1439 0.4040 -0.1987 Ⅳ Ⅱ Ⅳ Ⅳ Ⅲ Ⅴ Ⅳ Kj(x16) 0.0000 -1.0000 -1.0000 -1.0000 -1.0000 Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ Ⅰ
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表 4 清流县2010-2016年耕地生态安全评价结果
Table 4. Ecological security evaluation on cultivated land in Qingliu county, 2010-2016
关联度 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 Ⅳ级 Ⅴ级 安全级别 Kj(Z2010) -0.3353 -0.0535 -0.0886 -0.2130 -0.5071 向较安全转化 Kj(Z2011) -0.2590 -0.0731 -0.1128 -0.4020 -0.5632 向较安全转化 Kj(Z2012) -0.1542 -0.0702 -0.3100 -0.5067 -0.6455 向较安全转化 Kj(Z2013) -0.4097 -0.1086 -0.2124 -0.4417 -0.3931 向较安全转化 Kj(Z2014) -0.4324 -0.1393 -0.1745 -0.3971 -0.3666 向较安全转化 Kj(Z2015) -0.4714 -0.1667 -0.1815 -0.3286 -0.3200 向较安全转化 Kj(Z2016) -0.4993 -0.2029 -0.2595 -0.2876 -0.3293 向较安全转化
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