耕地生态风险评价与调控研究——以江苏省宜兴市为例

耕地生态风险评价与调控研究——以江苏省宜兴市为例

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分类号P30L2.学号诲嗦泉違乂《学术型博壬学位论文卓■;耕地生态风险评价与调控硏究—K江苏雀宜兴市为例.-、V.■'..I-:―—::—■-?■,.-'v.-...'张锐"..?.’、..、...,'':y-’指导教师刘友兆教授专业名称主地资源管理研巧方向王地资源可持续利用答辩日期二〇—五年十一月 STUDYONTHEEVALUATIONANDREGULATIONOFCULTIVATEDLANDECOLOGICALRISK—TAKINGYIXINGCITYINJIANGSUPROVINCEASANEXAMPLEPresentedByZhanRuigDissertationSubmittedtoNaninAriculturalUniversitjggyInPartialFulfillmentoft:heRequirementforTheDoc化rDereeofLandResourceManaementggSuervisedbProfessorpyL-iuYouzhaoColleeofPublic乂dministrationgNaninAriculturalUniversityjggNaninChinajg,November2015, 原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研。究工作所取得的成果除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集。体,均已在文中W明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者(需亲笔)签名:衣>月^日学位论文版权使用授权书、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,同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被査阅和借阅。本人授权南京农业大学可W将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可W采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。保密□,在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密口。上方框""(请在内打V)'之学位论文作者;(需亲笔)签名後巧月^日如、’t,导师(需亲笔)签名:反i火广年月;日ll 目录目录摘要IABSTRACTV第1章绪论111.1研究背景及意义1.2研究目标与内容31.2.1研究目柄31.2.2研究内容31.3研究方法与技术路线41.3.1研究方法41.12技术路线51.4可能的创新与不足71.4.1创新之处71.4.2不足之处7第2章文献综述921生态风险调控研究.92.2主地利用生态风险研究112.3耕地生态风险相关研究132.4简要评述16第3章理论基础与分析框架1731.1相关概念界定73丄1耕地生态系统173丄2耕地生态安全173丄3耕地生态风险173丄4耕地生态风险评价183丄5耕地生态风险调控183.2基础理论19311.2.景观生态学理论93.2.2系统科学理论203.2.3生态系统服务功能理论223.2.4可持续发展理论22I 南京农业大学博±学位论文一一耕地生态风险评价与调控研究3.2.5生态经济学理论243.3分析框架253.4本章小结26第4章耕地生态风险形成2741.耕地生态系统运行过程274丄1耕地生态系统特征274丄2耕地生态系统结构284丄3耕地生态系统功能304丄4耕地生态系统演化324.2耕地生态风险形成原因334.2.1致险因子的危害性3542..2生态环境的复杂性384.2.3生态系统的脆弱性394.2.4调控体系的缺失性3943耕地生态风险形成过程404.4本章小结425第章耕地生态风险评价435.1耕地生态风险评价体系4354.1.1评价体系构建基础35丄2评价体系构建方法455丄3评价体系构建过程545.2耕地生态风险评价指标595.2.1指才巧体系构建原则595.2.2评价指标体系构建巧5.3耕地生态风险评价方法6551.3.评价方法对比655.3.2物元分析模型675.4本章小结69第6章耕地生态风险调控716.1耕地生态风险监测预警7116丄生态风险监测716丄2生态风险预警716丄3生态风险监测预警内容73 目录6丄4生态风险监测预警发布机制746.2耕地生态风险调控体系的构建746.2.1构建原则156.2.2构建思想156.2.3构建主体766.2.4耕地生态风险调控体系786.2.4.1环境监测体系786.2A2过程控制体系796.2A3调控组织体系806.2A4调控技术体系826.2A5调控机制体系836.3耕地生态风险调控策略846.3.1生态风险应对策略846.3.2生态风险应对策略选择856.4本章小结%第7章实证研巧:W宜兴市为例877.1区域概况877丄1自然条件概况877丄2社会经济概况887丄3±地利用现状887.2数据来源与处理897.2.1数据来源907.2.2数据处理907.3宜兴市耕地生态风险形成947.4宜兴市耕地生态风陰评价987.4.1耕地生态风险评价体系%7.4.2评价指标体系1047、.4.3经典域节域的确定1057.4.4结果与分析10671.5宜兴市耕地生态风险调控147.5.1耕地生态风险调控体系建设1147.5.2耕地生态风险分区调控策略1167.6本章小结119iii 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研究1第8章结论与展望128.1主要结论1218.2研究展望122参考文献1231^35攻读博古学位期间主要学术成果137iv 图表目录图目录-图11技术路线图6-图31分析框架25-图41区域风险S要素学说34-2区域风险四要素学说图434-5图43耕地面积变化图3-4耕地面积增减变化情况图4%-图45生态环境系统的复杂性39-图46耕地生态系统破坏过程41-7耕地生态风险发生过程图442图5-51耕地生态风险形成过程4-图52耕地生态风险识别的特征映射模型53-图61生态风险监测预警的主要内容73-图62生态风险应对策略选择86-图71宜兴市遥感影像假彩色合成图91-图72宜兴市±地利用现状图94V 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研究表目录-表31生态系统服务及功能23-表51耕地生态风险源与胁迫因子465-2SWOT表矩阵52-表53耕地生态风险管理目标特征域555-4目目标危害特征域转化的映射表表标特征域向565-5表目标危害特征域向风险因子特征域转化的映射表575-6表耕地生态风险因子分类585-7表耕地生态风险评价指标60-表58农田生态系统生态服务价值当量表637-12012表年宜兴市±地利用现状89表7-2TM8影像各波段波谱范围及主要应用领域90-31表7研究区±地利用分类9-12表7420年宜兴市化肥、农药使用情况96“"-表752012年宜兴市工业兰废排放情况97表7-6宜兴市耕地生态风险源与胁迫因子99-表77宜兴市耕地生态风险管理目标持征域100-1表78目标特征域向目标危害特征域转化的映射表01-9目标危害特征域向风险因子特征域转化的映射表表7102表7-10宜兴市耕地生态风险因子分类103-表711宜兴市耕地生态风险评价指标集合104-表712宜兴市耕地生态风险评价指标105-表713耕地生态风险评价指标经典域、节域的取值范围106-表714宜兴市耕地生态风险评价指标权重107-表715芳桥镇耕地生态风险评价指t尔关联度112-表716宜兴市耕地生态风险评价结果113-11表717耕地生态风险评价指标的等级所占比例4vi 摘要耕地生态风险评价与调控硏究—於江苏省宜兴市为例摘要耕地资源作为最宝贵的自然资源之一,是非常重要的农业生产资料,具有食物生产、空间承载、生态服务等多种功能,但是伴随着工业化、城镇化进程的加快推进,人类不断增加对耕地资源的需求,导致耕地资源不断减少,同时人类不断加大耕地资k乂业的快速发展源利用力度,加环之高能耗和高物耗为特征的现代农,导致耕地生态一系列生态风险。境曰趋严重,产生了,但目前关于耕地生态风险的研究鲜见报道在前人相关研究的基础上,论文在可持续发展理论、景观生态学理论、系统科学理论、生态系统服务功能理论、生态经济学理论等的支撑下,采取规范分析与实证分析相结合、定性分析与定量分析相结合的范式,系统探讨了耕地生态风险管理研究的理论与方法,并从江苏省宜兴市为例,进行了实证研究。具体来讲,论文开展了k乂下内容的研究:(1)险形成。从耕地生态系统运行过程入手耕地生态风,分析耕地生态系统的特征、结构、功能、演化。(2),探讨耕地生态风隆的形成原因、形成过程耕地生态风松评价。在分析耕地生态风险受体、风險源基础上,对比耕地生态风陰识别方法,构建基于特征映射理论的耕地生态风松识别模型,开展风险管理目标导向的。耕地生态风险识别,构建耕地生态风险评价体系根据耕地生态风险形成过程、评价体系,构建耕地生态风险评价模型,选择耕地生态风险,建立耕地生态风险评价指标。立,评价方法。(3)耕地生态风险调控建耕地生态风险监测预警体系构建耕地生态风险调控体系耕地生态风险调控策略。(4)"上理论与方法研究的基础,制定在上江苏省宜兴市进行实证分析地生态风险管理的路径选择。,对,探讨新通过k乂上理论与实证研究,得到"下主要结论:(1)耕地生态系统其、空间结构、、营养结构有组分结构时间结构,拥有能量一、、信息转换功能和价值转化功能转换功能物质循环功能,其演化过程具有定的特征。耕地生态风险形成原因包括耕地非农化、农户生产行为方式的变化、环境的污染k乂及自然灾害等致陰因子的危害性,生态环境系统较为复杂、耕地生态系统较为脱弱、调控体系缺失。在人类干扰下,耕地生态系统发生变化,不合理的人类活动与自然灾害导致耕地生志风险形成。(2)耕地生态风险受体是耕地生态系统,生态终点包括耕地生态服务功能下降、上壤污染、上壤养分含量下降、上壤盐溃化等。耕地生态风险的风险源包括自然风松源和人为风险源,前者是指自然灾害、边、耕,后者主要分为耕地非农化抒上地开发I 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研巧地过度利用、环境污染加剧、农户生产行为方式变化等。(3)构建基于特征映射理论的排地生态风松识别模型,切生态风恰管理目标为导向,实现生态风险管理目标特征域向生态风隆管理目标危害特征域转化、生态风陰管理目标危害特征域向生态风险因子特征域转化,进而有效识别耕地生态风险关键因子,主要包括耕地面积减少风险、上壤有机质含量减少风险、主壤肥力下降风險、上壤侵蚀风恰、景观生态安全下降风险、农业生产综合能力下降风恰、净化环境能为下降风险、水上保持功能降低风险、今候调节功能降低风险等。(4)根据耕地生态风险形成过程、耕地生态风隆识别结果,通过特征映射模型开展从生态风險因子特征域向生态风险评价指标集合的映射,柏建耕地生态风险评价体系,建立耕地生态风险评价指标,选择摘权可拓物元模型作为耕地生态风险评价模型。(5)险调控包括互个方面險监测预警、骄地生态風,分别为耕地生态风薪地生态风险调控体系、薪地生态风陰调控策略,耕地生态风恰调控体系包括过程控制体系、环境监测体系、调控组织体系、调控技术体系、调控机制体系在内的多维体系。(6)对宜兴市耕地生态风险而言,生态风险源包括上地资源利用,农户生产行为方式变化,环境污染加剧等;宜兴市生态终点包括耕作层厚度降低、耕地生态服务功能下降。识别结果、上壤有机质含量下降、止壤侵蚀、上壤盐溃化等拂地生态风險表明:边际上地开发,建设占用耕地,耕地过度利用,化肥、农药的大量使用,环境污染导致耕地生态系统产生各种风险。(7)对于、、、化宜兴市耕地生态风险而言,和桥镇芳桥镇宜城街道亭街道处""。"。级一于、新街街道处于级较高风險等,周铁镇般风险等,新建镇处于较低。。"风险等级11可忽略风隆级。,其余个镇处于等导致宜兴市拂地生态风险的主要因素包括植被覆盖程度、耕作层厚度、单位面积化肥流失量、单位面积农药流失量、农田碳排放强度、边界破碎度、破碎度等。(8)根据宜兴市耕地生态风险形成、评价,建立耕地生态风险监测预警体系,构建靴地生悉风险调控体系;针对不同風险类型区,开展差别化调控,选择合适的调控策略。最后,论文提出了相关政策建议:优化农业产业结构乂及用地布局,促进农业科技创新,加强生志农业建设,打造新型农业生产主体、提高环保意识,制定和完善相关配套据施。关键词:耕地生态风险;形也评化调控II ABSTRACTSTUDYONTHEEVALUATIONANDREGULATIONOFCULTIVATEDLANDECOLOGICALRISK—TAKINGYIXINGCITYINJIANGSUPROVINCEASANEXAMPLEABSTRACTCultivatedlandresourcesarevaluablenaturalresources,vitalforagriculturalandroductionsacereservationecosstemservicesando化erflinctions.Industrializationp,pp,y,andurbanizationhaveacceleratedthedemandforarablelandandhavereducedt;heavaabtofteseandresourcesoncurrentteincreasedresourceemansanililiyhl.Cly,hdddntenstassocatedwi1;hcuvaeusend化ehihenerdemandsandmaeriasoiiyiltitdland,aggytlfmodemarcutureavederaedecoocaenvironmentoffarmlandsandeilhdthelilhavg,ggi打txoducedecologicalrisk.Despitethistherehavebeenfewstudieso打theecoloicalrisks,gassociatedwithfarmlanduse.Thisaersummarizesrevousstudiesexorintheoresofsustainableeveomentpppiplgidlp,landscaeecolosstemscienceecosstemservicesandecoloicaleconomics.Thesepgy,,,yygstudieshavecombinedmethodsfromnormativeanalysisandempiricalanalysisualitative,qanalysisandquantitativeanalysisanddiscussthetheorandecoloicalriskcontrol;ygmethods.ForourresearchemiricaldatafromYixinGiti打Ghi打aareusedasacase,pgystudyexamle.pThispaerreportson1;hefbllowinginvestigativework:1Formatio打ofecologicalp()risk:Startinfromexistincultivatedlandecosstemrocessesweanalzefarmlandggyp,yecosstemstructureftionandevolutionandrobethecausesandrocessescreatiny,ac,ppgecoloicalrisk2Ecoloicalriskassessmentofcultivatedland:Weanalzetheriskg.()呂yrece1ttltt;orsandrisksourcescomareriskidenificaionme;hodsandbuildanideni打caionp,p,oa-tmodeltoidentifyglorientedriskmanagemenaproachesandconstructanevaluationpss1Btttt:em.ased0打heecoloicalriskformaio打andtheevaluationss:emwehe打establishygy,theevaluationindexbuildariskassessmentmodelandselectecoloicalriskassessment,,gV 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调择研究methodsforcultivatedla打d.3民e呂ulatetheecoloicalrisksassociatedwithfarmland:We()gthenproposeanecologicalriskmo打itori打gandearlywarningsystemconstructarisk,r-concontrolsstemandfomulaterisktrolstrateies.4Basedonthisworkweanalzey,g(),yconditio打si打YixingCitanddiscussecoloicalriskmanaementchoices.y,ggBasedonthesefourresearchactivitiesthisstudeneratedthefollowinconclusions:,ygg1Farmlandecoss1:emshaveacomonentstructuresatialstructuretimestructure()yp,p:,and打oicstructure.Thealsoservemanfunctions:conversionmaterial化ansformationphyy,,informationconversionandvaluetransformation.Theevolutionoffarmlandecoss1:ems,yshowscertai打charac1eoosscsetated;ristics.Eclicalrikiaudbculivlandconversiongy,chanesinfarmerbehaviorenvironmentalollutio打and打aturaldisasters.Thecomlexitg,p,pyoffarmlandecosystems,thefragilityoftheecosystemhumanactivitiesandalackof,,managementsystemsalsoleadtotheformatio打ofecologicalrisks化farmland.2Theaccetoroftheecoloicalriskisthefarmlandecossl:em.Ecoloicalendoints()pgygpttincludethedeclineoffarmlandecoloicalservicessoilconami打aiondecreasesinsoilg,,trtttt-nuienconenandsoilsalinizatio打.Sourcesofriskarebohnaturalandmanmade.,turatt-Nalrisksincludenauraldisasersmanmaderisksi打eludefarmlandconversion,;tttmarinallanddevelomenexcessiveuseofarablelandenvironmenalolluionandgp,,,pbehavioralchanges.3Co打structi打anecoloicalriskidenti打cationmodelbasedonafeaturemain()gg,ppgtheoryofecologicalriskidentification,involvesusi打griskmanageme打tobectivesasajguide.Achievinecologicalriskmanagementobectivestranslatesintoecoloicalriskgjgmanagementobectivesandhazardcharac1:erization.Thisefectivelidentifiesthekejyyfacto。ofecoloicalriskincludintheriskofreductio打ofarablelandreductioni打soilg,,goranicmatercontentdeclineinsoilfertilitsoilerosio打thedeclineinlandscaeg,y,,pecoloicalsecuritdecreasesinaculturalroductio打andoverallcaacitadecreasedgy,grippy,abilitytouritheenvironmentareductio打i打soila打过waterCO打servatio打features,andpfy,decre过sesinclimateregulation.4Based0打theformationandreconitionofecoloicalrisk,anecoloicalrisk()gggassessmenti打dexisossiblebmai打modelfeaturesandconstmetinanarablelandpyppg,呂ecologicalriskassessmentindex.Anentropymatterelementmodelisselec1:edasanecologicalriskassessmentmodel.5Reulatinecoloicalriskinvolvesthreeasects:anecoloicalriskmonitorin()gggpggsstemearlwami打sofecoloicalrisksandecoloicalriskcontrolstrateies.Ecoloicaly,ygg,gggVI ABSTRACTriskcontrolsstemsincluderocesscontrolsstemsanenvironmentalmonitori打sstemyy,gyp,administrativesstemreulationeconomicsstemreulationsocialsstemreulationyg,,ygyg,and1;echnologyregulation.E'6coloicalrisksourcesinfixinincludetheexloitationoflandresources()ggp,changesinhouseholdbehaviorandenvironmentalollution.Ecoloicalendointsinclude,pgpreducedtillaelaerthicknessdeclineinfarmlandecosstemservicefunctiondeclineingy,y,soiloranicmattercontentsoilerosionandsoilsalinization.Theresultsshowthatg,,ttruct-ttwmarinallanddevelomenfarmlandconsionoverexloiaionofarablelandidelgp,,p,yusedfertilizersandesticides,andenvironment!ollutioncausevariousriskstofarmlandppecosystems.7WhenassessinecoloicalriskstofarmlandinYixi打HeiaoTownFaniao()g呂g,,qgq""TownYiche打StreetitinS打eetareivenahihriskrati打ZhoutieTownandXinie,g,Qgggg,;j""""StreethaveageneralriskratinXiniantownhasalowriskratingandtheremaining;j;g""townsareinthenegligibleriskrating.ThemainfactorsleadingtoecologicalriskinYixingi打eludetheexte打dofvegetatio打cover,thicknesstillage,thelossoffertilizerperunitareaesticidelosserunitareafarmlandcarbonintensitandboundarframentation.,p,y,ypg8Formedbasedo打theevaluatio打ofecoloicalriski打Yixinacultivated()gg,ecologicalriskmonitoringandearlwarninsstemmarovideanecoloicalriskcontrolygyypgsys化mforarableland.Appropriateanddiferentiatedregulatorystrategiesareneededtoaddressdifferenttesofsk.ypriareasFinally,theaperofferspolicyproosals.Theseincludeoptimizingtheindustrialppstructureofagricultureandlandlayout,romotinagriculturet;echnoloicalinnovationpgg,strengtheningtheconstmetio打ofecologicalagriculturebuildinanewbodofagricultural,gyproductio打,i打creasingenvironmentalawareness,increasingrurallandremediation,anddevelopi打gandimrovi打relatedmeasures.pgKEYWORDS;Cultivatedlandecologicalrisk;Formatio打;Evaluation;民egulationVII 第1章绪论第1章绪论1.1研究背景及意义止地资源是人类生存和发展最重要的资源,也是人类最宝贵的财富,具有特殊重一一一,:方面它是主要的自然资源之直接服务于人类生产生活方面,它是要性;另其他资源的基本物质载体W及人类活动载体(朱红波,2006;徐美,2013)。耕地资源作为最宝贵的王地资源,具有食物生产、空间承载、,是非常重要的农业生产资料生态服务等多种功能,经过人类长期的干预,耕地生态系统逐渐演变成为具有高度賴-经济-生态复合系统(王千等合性的社会,2011锐等,2013)。伴随着经济社会;张的快速发展,工业化、城镇化和现代化建设进程快速推进,导致止地生态环境日趋恶化一、止地污染负荷加重、止地质量下降等系列问题,耕地资源的稀缺性增强,耕地生态安全问题日渐凸显(杨曙辉等,21,2012孙丕《等02)。;?非农建设、农业结构调整和生态退耕导致耕地面积减少,19571996年耕地资源2増减相抵,40年间净减少耕地面积16%万hm,降幅达15.08%,年均减少42.15万2hm,同期人口增长至1236%万人,人均耕地面积由2.60亩减为1.15亩,减少幅度达到57.%%(朱红波,2006)。近年来,我国耕地资源状况日渐恶化的趋势并没有得21,到有效缓解,200年全国耕地面积12173.33万hm与1996年详查初期确定的22213006.67万hm相比,减少了833.34万hm,年均减少59.52万hm。2012年全国因建设2占用、灾毁、生态退耕等原因减少耕地面积40.20万hm,通过止地整治、农业22结构调整等增加耕地面积32.18万hm,年内净减少耕地面积8.02万hm。对比分析?19852014年耕地资源増减情况,不难发现建设占用的耕地多为城市周围、公路沿线高质量的菜地和熟耕地;通过±地整治增加的耕地虽然可掩盖由于经济发展对耕地レ(资源的大量占用所引起的耕地面积下降,但却难ッ弥补耕地整体质量水平的下降高艳梅一,2006)。耕地非农化的加剧、面积锐减及地为下降,进步加速了农作物播种面积、粮食播种面积的建设和复种指数的下滑,提高单产保总产的压为、阻力和难度日趋加大。与此同时,工,农药化肥的大量使用矿污染和生活污染的大量排放导致耕地质量持续下降。随着经济发展和农户非农就业机会的增加,农业劳动力的机会成本上升,加之农业经营的比较效益低下,农户在农业生产中将采取资本替代劳动的投入组合,忽视对地力的培肥和管理投入,有机肥施用和绿肥种植的面积大幅减少,造成耕地±1 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧壤肥力供求失衡991805.102013。1年我国化肥施用量为2万t,而年化肥施用量达到2巧11.90t施用安全上限225k/hm。1991万,化肥平均施用量高于国际公认的化肥g年我国农药使用量76.50万t,2013年农药使用量达到180.19万t。据环保部调查,全国2""""约有1000万hm耕地受到H废危害,其中遭受大工业三废污染的耕地达400222万hm,污水灌概耕地216万hm,受乡镇企业污染的耕地187万hm(王静等,2012)。2此外,王地受重金属污染现象也较为严重,全国受锡(Cd)污染的±壤1.33万hm;22隶(Hg)污染的±壤3.2万hm;氣(F)污染的止壤66.7万hm。全国受农药严重2污染的面积超过1333万hm,被污染耕地约占全国耕地总面积的1/10W上,大多数集中在经济发达地区。耕地污染同时造成有害物质在农作物中积累,通过食物链进入人体,危害人体健康。2015年中国地质调查局发布《中国耕地地球化学调查报告》,报宵显示:我国重金属中重度污染或超标的点位比例占2.5%,覆盖面积达到3488万57亩.%,覆盖面积7900万亩。;轻度轻度污染或超标的点位比例占此外,过度开发利用导致耕地生态环境日益恶化(朱红波,2006)。新中国成立W来,我国在止地资源利用过程中取得了有目共睹的巨大成就,开发出大量的耕地;2?1,,建国初期,国家提出星荒政策,仅9491957年间耕地就增加了1394.87万hm?7按照期间平均人口来计算.3亩。19982010,我国,年均每人每年开发耕地0年间投入大量人为物力进行农村止地整治,耕地增加亦十分显著。《全国止地整治规划""?二(20112015年)》明确提出十五期间再建成4亿亩旱溃保收的高标准基本农""田,为了完成建设任务,十二五期间我国将投入6000亿元新建高标准基本农田。2013年中央累计下达±地整治资金442.64亿元,共验收±地整治项目2.05万个,总22201,,.0万hm过±地整治新増农用地38.84万hm新增耕地34.63万hm规模24,通2710.83万hm。但是建成高标准基本农田,不管是建国初期的星荒还是现行的±地整、治,较,所看重的主要是耕地面积的増加对于提高耕地质量和改善耕地生态环境关屯少,容易造成耕地生态环境失调问题,从而出现水主流失、±地荒漠化和主地破坏等2006一问题(朱红波,)。近年来,虽然取得了定,我国不断加大水±流失治理力度2的成效,356.%万虹,年均但当前水止流失仍较为严重;目前全国水±流失面积达1流失止壤50亿t,水主流失严重县达646个(杨曙辉等,2012)。伴随着耕地±壤结、,构的变化,有机质降低污染物集聚、地力下降和环境恶化农业生物多样性发生显著变化一,农田及±壤生物多样性丰度下降,进步加剧耕地与±壤生态环境的恶化。工业化、城镇化进程中任何不合理的±地(耕地)资源的利用都会影响到耕地生态系统的结构与功能,由于耕地的特殊性,这种影响产生的负面效应将十分难W去除,2 第1章绪论同时,这种影响也势必会对粮食安全产生严重的影响,进而又可能会成为社会经济可持续发展的制约因素。鉴于耕地资源的重要性、耕地生态风陰的客观存在性及潜在危害性,有必要对耕地生态风险进行管理,这也是我国当前±地资源管理中亟待强化的重要内容。因此,开展耕地生态风险管理研究对于改善耕地质量,促进耕地生态系统的良好运行,保障社会经济的可持续发展具有举足轻重的作用与意义。1.2研究目标与内容1.2.1研为目标剖析工业化、城镇化进程中主地资源利用、农户生产行为方式、环境污染等与耕地生态风险之间的内在逻辑关系,构建耕地生态风险管理的分析框架,丰富耕地资源保护的理论研究,为提;探讨耕地生态风险管理体系的架构高耕地生态环境水平、促进农村生态文明建设,实现±地资源可持续利用提供决策参考。>具体而言,主要包括1^1下云个方面的目标:(1)分析工业化、城镇化进程中王地资源利用、农户生产行为方式、环境污染等与耕地生态环境的关系,剖析耕地生态风险形成;(2),开展耕地生态风险识别,构建耕地生态风险评价体系诊断研究区域耕地生态风险等级;(3)构建可操作的耕地生态风险调控体系,针对不同生态风险类型与等级,制定差别化的耕地生态风险调控政策体系与技术措施。1.2.2研究内容一耕地生态风险管理作为耕地资源保护的种支持手段,要更好地发挥其作用,就必须对耕地生态风险管理的相关理论进行分析,从而形成耕地生态风险管理框架体系:从耕地生态风险形成到耕地生态风险评价,再到耕地生态风险调控。前者依次是一后者的基础,通过前者为后者提供素材,后者在前者基础上进步深化,逐渐走向耕地生态风险管理的内在,有效诊断耕地生态风险的分布特征,进而合理规避耕地生态风险。具体研究内容如下;(1)耕地生态风险形成作为耕地生态风险评价与调控的基础,耕地生态风险形成包括H个方面的内容;①分析耕地生态系统结构、功能、特征,探讨耕地生态系统演化剖析工业化、城;②3 南京农业大学博止学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧镇化进程中中±地资源利用、农户生产行为方式、环境污染等与耕地生态环境么间的、关系,从致险因子的危险性孕险环境的暴露性、承险受体的脆弱性、防险措施的能动性分析耕地生态风险形成原因;③分析人与耕地生态系统的相互作用,探讨耕地生态风险形成过程。(2)耕地生态风险评价①从风险源、受体分析、生态终点等方面探讨耕地生态风险因素;构建基于特征,筛选与确定生态风险关键因子映射理论的耕地生态风险识别模型,实现生态风险的有效识别。②根据耕地生态风险识别结果,从自然系统、生态系统服务功能、景观格局等方面构建耕地生态风险评价指标体系;③结合国家和行业及国际相关标准、科学研究的判定标准、研究区域背景值或本底值、专家咨询等,确定耕地生态风险评价指标的阔值;④建立耕地生态风险评价的烦权可拓物元模型,结合RS和GIS技术划分研究区域耕地生态风险等级,剖析耕地生态风险的影响因素。(3)耕地生态风险调控在生态风险形成一、评价技术和理论的基础上,进步探讨耕地生态风险控制和防范的方法,从生态风险监测与预警体系的设计、生态风险调控体系的构建、生态风险调控策略的选择等方面进行论述。(4)实证研究W江苏省宜兴市为例,分析耕地生态系统运行过程,剖析工业化、城镇化进程中止地资源利用、农户生产行为方式、环境污染等对耕地生态系统的影响,构建耕地生态风险评价体系;运用烦权可拓物元模型开展耕地生态风险评价,诊断耕地生态风险空间特征;探讨耕地生态风险调控体系,制定差别化的生态风险调控政策体系与技术措施,进而实现耕地生态风险的有效规避。1.3研究方法与技术路线1.3.1研究方法(1)定性分析与定量分析相结合定性分析是社会科学研宛中应用最为普遍的方法之一,它根据现有的资料得到具有概括性的结论一,诊断分析对象的基本性质等;而定量分析是运用定的定量方法对、定性分析的基本判断进行规范化数理化的分析,定性分析与定量分析相互补充,只有将定性分析与定量分析结合起来,才能有效地分析客观事物的本质。本研究综合运4 第1章绪论用定性分析、定量分析开展耕地生态风险评价与调控研究,定量方法具体包括改进的煽值法、物元分析法等。(2)规范研究与实证研究相结合、本研巧有效运用规范研究实证研究,在耕地生态风险形成、耕地生态风险识别、耕地生态风险调控等方面,运用了系统科学理论、生态系统服务功能理论、可持续发展理论、生态经济学理论进行深入剖析,然后选择江苏省宜兴市作为实证区域,有效分析耕地生态风险成因、识别耕地生态风险因子、评价耕地生态风险水平、诊断影响因素,从而有效验证理论部分。(3)系统分析方法耕地生态风险管理研究是分析耕地生态系统与工业化、城镇化进程的相互作用,不可避免地涉及到耕地生态系统结构、功能、演化等内容,而这些内容受耕地生态系统的外在因素影响较大,特别是±地利用、农户生产行为方式、环境污染等,因此必须认真探索耕地生态系统内外因素,,运用多种方法有效剖析耕地生态风险的形成原、因识别耕地生态风险的关键因子、诊断耕地生态风险的影响因素,进而合理规避耕地生态风险。(4)RS、GIS方法地理信息系统(GIS)提供了强大的图形编辑、空间叠加分析和空间统计与制图功能,遥感(民S)技术具有精密的遥感影像信息处理和提取功能。本研究收集江苏省宜兴市遥感影像(TM/ETM影像)数据,使用ENVI4.8进行预处理和解译,运用ArcGIS软件编辑和管理耕地生态风险评价的各类指标数据,建立生态风险评价的渐权可巧物。元模型,诊断耕地生态风险等级,为耕地生态风险差别化调控提供依据(5)实地调查法实地调查法是获取第一手资料的最好办法。在熟悉、掌握国内外耕地生态风险相关理论的基础上,进行耕地生态风险研究区域野外踏勘,对江苏省宜兴市耕地生态风险情况、生态环境等进行实地考察,同时广泛收集相关图像数据、统计数据和调查数据等,,进行数据库建立与分析为实证研究提供数据支持。1.3.2技术路线将生态风险管理研究的理论与方法较为系统地引入耕地生态风险管理研巧之中,通过分析工业化、城镇化进程中王地资源利用、农户生产行为方式、环境污染等对耕地生态系统的影响,建立耕地生态风险评价体系,运用贿权可拓物元模型对耕地生态5 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研充攝地生态风险评柄与调控硏究问题的提出II文r^n预献据狂会经济数据收集研检收—…究—索集生态环境数据收集阶I与与=n段遥感影像数据购买^髮咎I1理理II、'-——..'''''裔四耕地生I耕地生态WI生态风I一一II统运行过程险形成原因险形成过程雰叢析<耕地生态风险产生过程1…-^r ̄价体系构物元横型^^一——集M构建指标评价标准评价方法除** ̄ ̄*体系确定选择1评—二___价生态风险等级划分[''-.........…….V....II耕地生态风险调控I轰<?s—^^P耕地生态风险调控支撑体系宜兴市耕地生态风险管理I一^.'.蓋区域概况-数据来源<差别化调控>()究耕地生态耕地生态耕地生态T风险形成风险评价风险调巧III-困11技术路线图F-i1Techniloutefhig.1carotethess6 第1章渚论风险进行综合评判;在形成和评价的基础上,构建耕地生态风险调控体系。最后结合江苏省宜兴市调查实例,较为详细地探讨耕地生态风险调控,构建有效规避生态风险-的政策体系与技术措施,具体见图11。1.4可能的创新与不足1.4.1创新之处"一一(1)形成评价调控为逻辑主线,构建了耕地生态风险研究的理论分。析框架,研究思路较为新颖(2)运用特征映射模型进行耕地生态风险识别,根据识别结果构建耕地生态风险评价指标体系一定;采用赌权可拓物元模型开展耕地生态风险评价,研究方法具有的新颖性。1.4.2不足么处一(1)受研巧区域资料不充分、统计口径不致、相关数据掌握不全面等因素的一影响,部分指标数据难W获取,评价指标体系有待进步完善。(2)对不同耕地生态风险情景下的调控分析较为粗略,有待深入开展耕地生态风险调控预测与行为模巧。7 第2章文献综述第2章文献综述本章对现有研究进展进行回顾与评述;考虑到论文重点探讨耕地生态风险调控的理论与方法,因此主要围绕耕地生态风险相关研究、主地利用生态风险研究、生态风。险调控研巧等方面进行文献回顾,并进行简要的评论2.1生态风险调控研究广义的风险分析包括风险评价和风险调控,风险评价的最终目的在于风险调控(李书舒等,2011;ShaoqingChen等,2011);生态风险评价对生态风险调控具有举足轻重的作用,在综述生态风险调控的研巧进展么前,有必要分析生态风险评价的研究现状。(1)生态风险评价研巧国际上(BodarCWMetal.,2003USEPA,,生态风险评价主要经历了四个阶段;1991):W自然环境为对象的评价阶段(NRC,1994),人类为风险受体的评价阶段(RolfFH,1996;SteinemannA,2000),W生态系统及其组分为生态受体的评价阶段,区域生态风险评价阶段。Hunsakeretal.(1990)首先提出生态风险评价研究应扩展到区域尺度。CormierSMetal.(1999)将非化学弓I子纳入考虑,比如径流流量、、河流形态、营养和沉积物等,并用修改的健康系数微生物种群系数和生态完整性系数等来量化。Valielaletal.(2000)开展了流域风险诊断,指出整个生态系统可能仅一仅收到个因子的影响。WayneGetal.(2002)认为不确定性存在于个体影响向区域影响的外推过程中。不同国家生态风险评价的步骤和模型不尽相同,到目前为止各种一评价手段仍然没有统的标准(FranzEssletal.,2011;LinusHammaretal.,2014;osaaria-20民MFloresSerranoetal.,2014;Eric用Imanetal.,14;吴莉等,2014;BartoloREetal.,2012)。在国内,研究尺度己经从局部,生态风险评价的起步较晚,但是发展速度非常快生态风险延伸到区域生态风险,人类活动所带来的生态危害得到了更加关注、重视;一法有多总较为科学、合通过发展逐步构建了套自己的研究体系,研究方,研究步驟理(刘霎波,2013)。一-生态风险评价对象包括单污染源(主要是沉积物污染)(YanLiWeietal.,2014),水、王地、森林等自然资源(ZhifengYangetal.,2013;郭鹏然等,2014;何玉生,2014;马彩虹,2013);对于区域层次而言,风险研究对象分为基于流域、湿地、城9 -南京农业大学博王学位论文—耕地生态风险评价与调控研充乡交错带的生态典型地区(贾兆龙,2013;荆玉平等2008;许妍等,2013;许学工等2001),道路建设、城镇空间扩展的地区(周迪等,2014;刘世梁等,2005)。生态风险评价步骤主要分为研究区描述、剖析风险受体、确定生态终点、阐述风险源、建立概念模型、暴露危害响应、测算生态风险、诊断不确定性、风险控制管理(袁承程等2013胡和兵等,2011)。;一一生态风险评价模型较多,根据风险源数量、研究范围有所差异:单风险源般是诊断±壤沉积物污染的生态风险(刘委波,2013),通常采用H沁anson潜在生态风险指数法(何玉生,2014)域生态风险评价方法主要包括数理统计方法,计算机;区模拟方法,景观格局模型等。数理统计方法通常有回归分析法(周启星和王如松,19%),主成分分析法(凌子燕和刘锐,2010),灰色系统方法(李自珍等,2002),模糊综合评价法(王景升等,2013;肖拥军,2009),相对风险模型等(袁承程等2013;熊勤舉等,2013)计算机模拟方法通常包括人工神经网络(陈辉等,2005;伍;爱友等2006)-0122011)。景观生态学理论,蒙特卡罗模拟法(吴艳阳等,2;孙燕君等,也被应用到生态风险评价中(吴健生等,2014),运用景观格局模型可W揭示生态风险类型及其空间分布(谢花林,2008):张学林等(2008)详细阐述了区域农业景观生态风险评价的框架和方法;肖杨(2006)构建了包括景观脆弱度、景观功能在内的景观生态风险指数,并明确了概率分布;李谢辉和李景宜(2008)在评价渭河下游河流沿线区域的生态风险时,引入衡量样地内综合生态损失的相对大小的生态风险指数;巩杰等(2014)基于景观格局指数和生态环境脆弱度构建了流域生态风险综合指数,,W甘肃白龙江流域为例,测算了白龙江流域生态风险。在此基础上部分学者运用地统计学剖析了生态风险空间差异(陈鹏和潘晓玲,2003;荆玉平等,2008;吴健生等,2013)。在目前的生态风险研究中,专家学者多关注于生态风险的评价方法和指标体系的构建,很,对生态风险形成、识别缺少系统性论述少结合生态风险形成、生态风险识别构建生态风险评价体系。焦锋(2011)在RelativeRiskModel基础上,构建了区域生态风险识别的概念模型,并编制了风险识别的软件系统。赵晶(2011)划分了栋地一识再利用的全生命周期,对我国栋地再利用中各生命周期阶段的环境风险进行逐。别,为栋地再利用环境风险综合评价提供理论基础韩忆楠等(2013)明确了矿区生态风险识别的内涵和目的,根据典型煤炭矿区生态系统特点和煤炭开采对矿区生态环境的影响,提出了煤炭矿区多风险源的生态风险识别流程,构建了典型煤炭矿区生态风险因果链,并对其识别方法进行了梳理。刘委波(2013)明确基于特征映射理论的生态风险识别方法,完成从生态风险管理目标特征域向,W生态风险管理目标为导向生态风险管理目标危害特征域的转化,W及从生态风险管理目标危害特征域向生态风10 第2章文献综巧险因子特征域的转化,完成生态风险识别。(2)生态风险调控研巧国际上生态风险调控的研究包括生态风险管理内容一些具、管理的构架体制及体应用实践(周婷和蒙吉军arcellaeronesietal。,2009;刘霎波,2013;MV.,2014)Astles等(2006)指出风险调控分为风险最小化,改进风险调控的措施避免效果失灵。RennOrtwin(2006)通过研究构建了生态风险调控体系,综合了生态风险诊断、生态风险综合调控,前者体现了知识更新,后者用于改进针对不同风险类型决策措施。F一ailingetal.(2007)认为应建立个有机的决策机制:界定决策背景、明确管理目标和标准、评估决策方法、实施决策方案、开展动态监控。关于生态风险调控的应用,c'nchez-专家学者对农药流失(FraniscoSBayoetal.,2002)、洪水(Jochen,2006)、外来物种入侵(ThaddeusK.Milleretal.,2010)、表层沉积物中的重金属(Kazemetal.,2014)等进行了生态风险评价,并提出了适宜的调控措施。一在国内,生态风险调控的研究范围非常广泛(刘要波,2013),不仅有单化学一风险受体生态风险管理污染物的生态风险诊断-更有区域尺度的生态风险,还有单14(分析,主要包括:有毒污染物(何玉生,20),陆琴燕等2013),外来物种入侵,自然灾害(邢慧茹,2013),典型生态脆弱区(贾兆龙,2013;许妍等,2013)及因为旅游开发等人类活动而导致的生态风险(文霎等,2013;张广海和王佳,2013)一的调控研充,,。但在生态风险调控的具体研究步骤方面目前还没有统的做法而且还未形成系统的程序(刘霎波2013)。,,由此可见国内外关于生态风险诊断的研究,尤其是区域生态风险分析的成果比较多,、研究体系、研巧方法研究步骤较为成熟,使得耕地生态风险评价有了可W借鉴的对象,目前专,大多在;但是关于生态风险调控家学者的研究成果涉及不多评价,之后提出相应的管控措施,还没有形成成型调控框架体系很有必要积极开展生态风险调控研巧,建立比较完善的生态风险管理研究理论分析框架。2.2±地利用生态风险硏究从国内外研究来看,,专家学者非常重视±地资源利用对生态环境的影响(谢花林2011),±地资源利用方式不同、±地资源利用程度不同均会产生持续的影响,呈现出累加趋势,能够反映在生态系统变化上(刘引销,2011)。专家学者从不同角度开展±地利用生态风险研究,主要包括H个层面:一是构建生态风险评价指标体系一响应评。通常分3类指标体系,第1类为暴露价指标体系,,这类指标体系涉及因素较多,范围较广指标数量较多比较复杂,适用11 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧于大尺度的研究。孙洪波等(2010)从风险源强度、受体暴露度、风险效应3个方面构建±地利用生态风险评价指标体系。马萧(2011)在描述矿区基本情况的基础上,滿定生态风险受体、选取生态终点、剖析生境变化、开展暴露危害分析,根据矿区生态环境现状,制定评价指标体系构建原则,进而构建生态风险评价指标体系。刘晓等(2012)通过分析发现暴露危害响应在生态风险中比较重要,探讨生态风险受体、生---态终点、生境变化,运用相对风险模型开展定量分析、连接风险源压力响应生境,诊断暴露危害程度,计算各种显示系数。第2类是基于因果关系的PS民模型评价指标体系,这类指标体系较为通用,描述了生态系统受到的压为,在压力影响下的反映、(,如何协调这些影响的措施,能FarinaA1W8等,够反映生态系统变化情况;于猜2009)。第3类是基于可持续的视角构建评价指标体系,这些指标重视对区域可持续的影响一定的差异在不同的地方呈现,指标数据获取途径较为广泛,研究层次较多,,比较麻烦的地方时需要建立指标么间相互关系。Almo(1W8)、郭建国(2000)、陈利顶等(2006)、郑新奇等(2010)、傅丽华(2012)、张娜(2014)等专家基于景观生态学视角分析生态系统结构域功能,建立了景观尺度的生态风险评价指标体系,保证指标体系的科学性。刘勇等(2009)选取了王地利用综合指数、耕地畳殖指数、植被覆盖指数、多样性指数、优势度指数、破碎度指数指标来描述±地生态风险。王瑞强(2011)W景观格局破碎度、景观分离度、景观优势度作为指标建立区域生态风险指数,对海岸带景观格局变化、生态风险开展诊断分析。梁英(2010)选择生境破碎化、±壤风蚀、±壤沙他为风险源指标,选取±壤有机碳、植被NDVI值、降水量、温度1作为生态系统脆弱性指标,对冀北地区生态风险进行综合评价。谢花林(201)运用景观生态学中的相关指数,,结合景观格局特征开展止地利用生态风险分析。第二是诊断基于±地利用的区域生态风险ahametal.(1991)运。Gr用景观格局相关指数剖析了生态风险综合水平。曾辉和刘国军(1999)采用景观空间指数、实地调查等方法剖析了生态风险水平的时间差异、空间特征。谢花林(2008)在划分生态I,GS和空间自相风险小区的基础上,利用景观生态学中的多种指数借助关方法诊断了生态风险综合水平,剖析了水平空间格局特征。李谢辉(2008)W陕西渭河下游河流沿线区域为研究区,,通过构建生态指数模型划分风险小区,利用地统计学方法将1996年、2002年的两个时期的生态指数空间分布图进行分析,,划分了低风险区,较低风险区中等风险区,较高风险区和高风险区5个级别的区域生态风险图。傅丽华等(2011)W长株潭城市群核也区为研究区域,运用GIS和景观生态学方法对其生态风险进行了空间分析和综合评价。蒙晓(2012)采用民S-,GIS技术和统计分析方法,对咸阳市19902007年的±地利用变化状况进行了分析,在此基础上,探讨了由止地利用变化引起的咸阳市生态风险问题。谢花林12 第2章文献综述红壤丘陵区一(2011)W我国典型的江西兴国县为研究对象,构建±地利用生态风险指数,借助空间自相关和半方差分析方法,进行止地利用生态风险的空间分布和梯度变化特征分析。程文龙(2010)W宁夏回族自治区盐池县北部风沙区为研究对象,采用该区域1W5年至2007年±地利用变更调查数据、社会经济发展统计数据,基于景观结构分析,进行区域生态风险诊断,深入剖析生态风险诊断结果,尝试构建生态风险、区域经济、生态环境之间的关联。莫宏伟(2010)运用地学信息图谱研究方法,在RS和G一IS的支持下分析了风沙过渡区神木县止地利用、生态服务价值及止地生态风险指数变化的坡度分异特征。徐丹丹(2011)对西北草地进行生态风险评价,并W灰色预测模型为基础一,建立风险预测的拟合模型,预测下年的风险发生情况。赵岩洁等(2013)基于±地利用变化开展了H峡库区小流域生态风险评价,结果表明草堂溪小流域生态风险时空变化原因主要为自然条件限制和人为因素控制。^是±地利用生态风险应对策略研究。李谢辉(2008)描述了河流沿线区域的生态风险源,有效诊断了生态风险综合水平,,划分了生态风险小区根据小区探讨了生态风险管理措施。刘勇等(2009)根据±地生态风险的综合水平、制约因素,探讨了生态风险规避措施:,发展清洁生产调整和优化产业结构,降低±地质量风险;有效开展城市规划,,优化调控农用地、建设用地构成,缓解王地结构风险;开展人口控制压缩从事规模,降低区域承载力风险。傅丽华等(2011)通过剖析生态风险水平、时空特征:,找寻制约因素,提出生态风险调控策略和管理方法加大对重点区域的±地利用结构调整,,科学确定差异化的生态补偿区域、加强生态治理和生态修复提高k。市群止地节约集约利用水平,实施城市群生态风险的科学管理鲍玲(2012)选取武汉市主城区3个湖泊作为,进行风险综合评价,根据、近城区和远城区的2研巧对象综合生态风险值可将风险划为五个级别,在此基础上针对不同级别的风险区分别提出相关的风险调控措施(2012)。刘晓等认为在生态风险管理中应加强对耕地生境类型的管理,注意防范作物种植风险源。周启刚等(2014)提出为了有效规避±地利用生态风险应开展长期合理科学的±地利用规划与实施进一,提;步优化止地资源配置高±地利用效率库区产业提档升级。;促进2.3耕地生态风险相关研究对于耕地资源的生态分析,专家学者重点关注了耕地资源生态安全分析,也有部分学者进行耕地资源生态环境、耕地资源生态价值、耕地资源生态补偿、耕地资源生态风险研究。、对于耕地资源生态安全研究而言,国外专家综合分析了耕地资源生态安全资源13 南京农业大学博±学位论文一一耕地生态风险评价与调控研巧可持续利用,Ras山(2003)构建了评价指标体系,运用评价模型诊断了孟加拉耕地资源可持续状况。Beesl巧(2009)通过研究发现,农场主逐渐开始关注耕地资源生态价值、通过方法剖析安全水平。Mark等(2012)运用磯肥厂附近的耕地±壤与蔬菜样本中天然放射性评估化肥厂对周围环境的潜在放射性影响。随着耕地资源生态问题的,出现,国内专家开始重视耕地资源生态安全分析通过借鉴资源生态安全的研究范式进行耕地资源生态安全内涵分析(张锐等,2013),耕地资源生态安全水平分析(罗毅,2014),耕地资源生态安全影响因素探讨(张冰洁和宋戈,2012),耕地资源生态安全发展对策思考等(彭婢,2013;吴大放等,2015)。在耕地资源生态安全分析、中,,耕地生态安全水平诊断是研究的重点主要内容包括评价指标体系构建评价方法选择、水平时空差异剖析。关于评价指标体系,朱红波和张安录(2007)从直接影响因素、间接影响因素、社会经济影响因素三个方面构建了耕地生态安全评价指标体系(2011)H个方面构建了耕地生态安全,徐辉等从自然因素、经济因素和狂会因素评价指标体系2011)、部红(2013)运,王千等(娟等用能值理论构建了耕地生态安全评价指标体系,张锐等(2013)、赵文焊(2015)、左晓英(2014)基于PS民框架构建了耕地生态安全评价指标体系,裴欢等(2014)从景观生态学角度构建了耕地生态安全评价指标体系,张传华(2006)、李纯乾等(2011)运用了层。关于评价方法次分析法剖析了耕地资源生态安全水平,张锐等(2013)、张祥义等(2014)、谭术魁等(2015)运用媽权可拓物元模型诊断了耕地生态安全水平,徐辉等(2011)、崔明哲等(2012)运用组合赋权法测算了耕地资源生态安全水平,任平等(2013)采用综合评价法诊断了耕地资源生态安全水平,赵宏波和马延吉(2014)采用改进的TOPSIS模型剖析耕地生态安全水平,运用创S空间分析方法诊断了吉林省耕地生态安全时空格局。罗毅(2014)采用空间自相关方法剖析了湖北省耕地生态安全水平时间差异。部分学者分析了耕地生态环境,伍新木和于振英(2007)从制度安排的角度考察耕地生态环境,通过设计关于农业发展和耕地生态环境的相关指标,从理论和实证角度分析我国建国W来历次制度变迁对农民行为和耕地生态环境的影响。唐秀美等(2007)山东广饶县为例,综合运用专家打分法、层次分析法、系统聚类法、综合评价法分析了耕地生态环境水平。张振环和张光宏(2013)从产权制度安排的角度考察耕地生态环境,建立耕地生态环境评价指标,剖析了建国W后我国农地产权制度变迁对农民生产活动中的行为选择W及耕地生态环境的影响。张安等(2013)运用GIS技术开展了县域尺度的耕地生态环境评价,分析其空间分布情况。淡永利等(2014)基于生态足迹模型分析了湖北省耕地生态环境时空差异,研究结果表明:耕地生态足迹不断增加,而生态承载力逐年下降,耕地的生态赤字呈波动增大趋势,全省耕地属14 第2章文献综述于弱不可持续类型。;耕地生态足迹可持续状况的空间分异表现在东西两端好于中部(、关于耕地生态价值,许恒周2010)将耕地生态服务功能划分为4个类别供给一调节、支持和文化,采用价值量估算法测度生态服务价值,并进步分析了江苏耕地非农化中耕地资源生态服务价值损失情况。唐建等(2013)W重庆市为例,采用双边界二分式CVM法的Logistic模型,从城镇居民的支付意愿和农民的受偿意愿两个角度评价耕地生态价值。吴兆娟等(2013)在建立地块尺度耕地生态价值测算方法、测算调查水田与旱地地块生态价值的基础上,分析地块尺度耕地生态价值特征,诊断耕地生态价值影响机理,构建促进耕地生态价值提升的综合措施体系。王缓玲等(2013)基于生态服务价值评价理论采用替代法、市场定价法等探讨了低山丘陵±地整治区耕地生态价值评价方法及整理前后耕地生态价值变化。部分专家开展了耕地生态补偿研究,马爱慧(2011)基于社会公平、效率、利益主体福利均衡的视角探讨了耕地生态补偿机制建设体系,初步量化了耕地生态补偿一一额,为下步耕地生态补偿机制、国家合理的补偿标准确定提供了定的借鉴依据。张霞(2012)基于微观调查数据测算了农户耕地生态补偿标准,运用回归分析方法诊断了农户受偿标准的影响因素,结合补偿标准、主要影响因素从农户角度确定耕地生态补偿方法。张燕梅(2013)基于农民权益保护视角分析了耕地生态补偿中各利益相关者之间的博弈过程,探讨了耕地生态补偿存在的问题,并从中央政府、地方政府和一些成员国农民剖析问题的成因,在借鉴美国、欧盟、日本等耕地生态补偿实践经验的基础上(2014),从政府与农民两个层面优化耕地生态补偿制度。苏浩等W生态系统服务价值和能值生态足迹等相关理论为基础,通过测算河南省耕地生态系统服务价值、能值生态足迹和生态承载力,尝试建立河南省的生态补偿标准。方丹(2014)构、建了重庆市耕地生态补偿机制,探讨了重庆市耕地生态补偿总体思路生态补偿主体及对象、生态补偿标准、生态补偿效率的监管措施等。张轄讳等(2015)W耕地生态服务价值为依据,W生态超载指数作为耕地生态服务价值在各区域间转移的测度,结合地区社会经济发展水平,构建市域间生态价值补偿量化模型,测算江苏省各区域间耕地生态价值补偿量。部分学者从±壤污染视角出发,分析了耕地污染状况,从侧面反映了耕地生态风险情况。化艳静(2006)通过调查取样、分析测试,结合GIS、地统计学软件,分析平原耕地止壤特征,诊断止壤重金属空间分异特征,开展王壤环境污染水平测算,剖析其空间差异。孙蕾等(2009)吉林省长春地区的农安县为研究区域,采用单项污染指数法、单因子和多因子综合污染指数法及SPSS技术,全面评价了县域内耕地主壤重金属的污染状况。付卫东等(2009)采用国家止壤环境质量标准、农产品安全质量标准和绿色食品产地环境条件作为评价标准,采用单因子指数和综合指数评价聊城15 南京农业大学博±学位论文一一耕地生态风险评价与调控研巧市±壤污染状况,研究表明聊城市止壤污染强度依次为铜>镇>巧>神>络>領>铅>巧,但均未超标。郑洪萍(2012)应用单因子污染指数法、内梅罗综合污染指数法、Hacanson潜在生态风险指数法,测度了耕地止地污染现状、测算了耕地主壤污染生态风险水平,研究结果发现耕地±壌环境质量状况总体良好,属于清洁与尚清洁的区域占全部监测区域的86.7%,但单因子评价结果显示耕地±壤中无机元素乗和領超标较为严重。文U灵飞等(2013)采用单因子污染指数、内梅罗综合污染指数法开展了农田止壤环境风?险评价,,分析结果表明综合污染指数在1.2114.83之间W重度污染为主。,王佳(2011)W耕地作为受体在此基础上,对内黄县生态风险状况进行了评价,描述了该县±地资源利用状况、构建预警指标体系,,在收集指标数据的基础上有效划分了生态风险小区,并针对不同小区提出对策建议。李娟(2012)在分析风险源、风险受体的基础上,构建农地利用生态风险评价体系,运用物元分析模型进行农地利用生态风险评价。2.4简要评述综上所述,在生态风险管理方面,学术界针对不同的研究对象、研究区域开展了一较为丰富的研究,研巧方法多样,研巧步骤严谨,取得了系列成果。但对于耕地资源生态而言,专家学者侧重耕地生态安全,也开展耕地生态环境、耕地生态补偿等方面研究,对于耕地生态风险管理研究还比较薄弱,有关耕地生态风险管理理论的探讨散见于文献中,尚不成体系。一一一般生态风险存由此可见,国内外研究存在定的不足:第,耕地生态风险与在着一定差异,目前有关耕地生态风险的分析较少,尤其针对耕地生态风险的评价更少,二虽然学术界在耕地(农地)评价指标体系尚不完善,评价方法有待改进,;第一定的解决方法生态风险评价的研究中,能够提出、管理措施,但缺乏相对完善的耕地生态风险管理理论框架和可操作性的调控体系。鉴于此,本研巧拟在总体把握工业化、城镇化进程中±地资源利用、农户生产行为方式、环境污染等与耕地生态环境关系的基础上,构建集耕地生态风险的形成、评价一、调控于体的耕地生态风险管理体系,为有效规避耕地生态风险、优化耕地资源利用、实现止地资源可持续利用提供决策参考。16 第3章理论基础与分析柜架第3章理论基础与分析框架本章首先从理论上对耕地生态系统、耕地生态安全、耕地生态风险、耕地生态风险评价、耕地生态风险调控等核也概念进行梳理,然后阐述景观生态学理论、系统科学理论、生态系统服务功能理论、可持续发展理论、生态经济学等对耕地生态风险研究的启示,进而构建耕地生态风险调控研究理论分析框架。3.1相关概念界定3丄1耕地生态系统耕地是指种植农作物的±地(王秋兵,2011;张颖聪,2012),可W分为灌概水田、水濟地和旱地三类。生态系统的概念是由英国植物生态学家A.GTansley于20世纪30年代首次提出来的,它是指由生物环境与非生物环境组成的有机整体,生物环,不断演变境与非生物环境之间相互影响;生态系统中生物组分包括生产者、消费者、和分解者,非生物成分包括能源气候、物质代谢原料、基质和介质。耕地生态系统是指在一定地域范围内,耕地上无生命体(环境条件)与生命体之间一,形成的个能量流动和物质循环的有机综合体(黄炎和,2013)。耕地生态系统一与自然生态系统样,也是有生物环境和非生物环境组成,前者可W分为生产者、消费者和分解者,后者可分为自然环境组分和人工环境组分。3丄2耕地生态安全耕地资源生态安全是指在一定的时间和空间尺度内,耕地生态系统处于保持自身正常功能结构和满足社会经济可持续发展需要的状态,在这种状态下,耕地生态系统有稳定、均衡、充裕的自然资源可供利用,生态环境处于健康状态(任平等,2013;一崔明哲等,2012)。由此可见,耕地生态安全主要包括两个方面的含义,是耕地生态系统在人类利用耕地资源过程中,自身结构合理,功能得到正常发挥;二是人类可持续获得耕地资源来满足健康生存的需要3丄3耕地生态风险不同的专家学者对风险有着不同的解释,,主要包括五种代表性观点(任景明—2013):为风险是事件结果发生的不确定性,二为风险是损失产生的不确定性,H17 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研巧为风险是可能出现的损失危害程度大小,四为风险是损失大小、损失发生的可能性,五为风险是组成要素相互作用的结果(孙卢东,2006;赵东明,2008;王欣,2010;姜大海等,2012)。生态风险包含不确定性,对象是生态系统及其组分;生态风险是指具有不确定性的事件或灾害对生态系统及其组分可能产生的不利作用,包括对生态系统结构和功能的损害一,具有定的特点(周婷和蒙吉军2009李娟,2012刘要波2013任景明;;,;,2013;崔志杰等,2014)。生态风险多由人类干扰活动、外来物种入侵、生物技术引起,其中人类干扰活动较为强烈,而人类活动主要包括止地资源利用及其变化、环境污染加剧等,2013)。(刘要波耕地生态风险是指工业化、城镇化进程中具有不确定性的事件(如边际±地开发、农户生产行为方式变化、环境污染等)或自然灾害对耕地生态系统及其组分可能产生的不利作用耕地生态系统结构和功能的损害一。耕地生态风险与生态风险,包括对样,都是生态系统及其组分所承受的风险一,还具有不同般意义上风险的特征:复杂性和动态性、严重性和危害性、模糊性和不确定性。3丄4耕地生态风险评价生态风险评价是评价发生不利生态影响可能性的过程一,即生态系统受到个或多个胁迫因素影响后,对不利的生态盾果出现可能性的评估(任景明,2013)。从不同一角度理解生态风险评价存在定的差异,主要分为从生态系统整体考虑、从评价对象考虑、从方法学角度来看等。耕地生态风险评价是指针对工业化、城镇化进程中±地资源利用、农户生产行为方式、环境污染等对耕地生态系统可能产生的不利影响,在耕地生态风险形成原因、因子识别的基础上,构建耕地生态风险指标体系,运用定量的方法评估工业化、城镇化对耕地生态系统带来的生态风险的危害程度。3丄5耕地生态风险调控从管理学的角度来看,控制是指为完成目标而进行的活动,是为了使实际的实施工作与计划的一致而采取的措施目标相。这些措施重要包括计划实施过程中的监督和检查,,,如若再计划的实施过程中发现实际活动与计划目标有偏差则要及时找出原因一采取措施,并加W改正(陈勇,2003)。控制论是20世纪40年代兴起的口科学,自一1948年诺伯特.维纳发表了著作《控制论关于在动物和机器中控制和通讯的科学》后,控制论的理论和思想就迅速渗透发到各个自然科学和社会科学领域(何稽稽,18 第3章理论基础与分析框架2009),生态风险调控的理论基础就是现代控制论。生态风险调控是在生态风险评价基础上,采取有效的行动方案,主要从规避风险、减轻风险、抑制风险、转移风险的角度来制定措施从而达到生态风险控制的目的(赵晶,2011)。随着经济的发展,人类不断追求日益高产的劳作方式,为了获得更多的经济收益,大量的使用化肥、农药,对耕地的利用强度空前加大。与此同时,在对±地资源的开主壤污染加重、水体污染、碳排放增多、水±流失加剧、生物多发利用过程中,出现一样性减少等系列的环境问题,导致耕地生态系统内部功能缺失,结构混乱,对整个自然生态环境对产生了负面的影响,威胁人类社会的发展。因此,对耕地生态风险进行评价,在此基础上进行科学的风险调控就显得十分必要。耕地生态风险调控是指根据耕地生态风险评价的结果,对耕地生态风险进行判断,,并选用有效的控制技术消减一、降低生态风险,提高耕地生态环境水平,即通过定的政策、措施实现预期的目标一,即尽可能多的将耕地生态风险降低,使其维持在个可控的范围内。3.2基础理论本研究的基础理论主要分为景观生态学理论、系统理论、生态系统服务功能理论、生态经济学理论和可持续发展理论。3.2.1景观生态学理论.女(1)景观生态学理论的内容一口新兴的生态学科尽管景观生态学是,但它却有着非常丰富的发展历史,它起一源于中欧和西欧,,2010,2014:发展可分为五个阶段(肖笃宁等;张娜)第阶段是19世纪初至20世纪30年代的学科综合思想的萌芽期,景观学与生态学各自独立地平行发展;第二阶段是20世纪30年代后期至60年代中期的学科思想巩固时期,""德国区域地理学家于一1939年提出景观生态学词,但他只是将景观生态学作为结合航空摄影测量学一、区域地理学和植被科学的综合性研究,而非口学科;第H阶段是20世纪60年代后期至80年代初的学科初创时期,呈现了!^±地为主要研究对象,W自然资源和环境保护等为目的的景观生态学理论与应用研究热潮;第四阶段是"20世纪80年代的学科全面发展时期一一,主要事件有两个个是举办了,第届国际"""景观生态学大会W及正式成立国际景观生态学协会,二是美国景观生态学派的一一、鹏起,这时期景观生态学形成了两种研究途径,是W捷克荷兰和德国为代表的欧洲应用研究途径,发展于地理学,强调人类活动和应用研究,二是北美系统研究途径--,发展于生态学,强调格局过程尺度关系的理论和定量方法研究,W物种和自然19 南京农业大学博±学位论文一一耕地生态风险评价与调控研究景观为主要研究对象,,更强调生物视角和分析性观点尽管也包含了人类的视角和整体性观点;第五阶段是20世纪90年代至今的学科蓬勃发展时期,景观生态学理论、er,2005方法和应用在深度和广度上都得到了空前发展,并获得了全球普及(Turn;andobbs200)<=WuH,7与国际景观生态学长足发展相比,中国景观生态学的发展历史还很短暂(张娜,20纪0一14):20世80年代侧重于对国外文献的介绍,9年代相继出现了批代表性人物,发表了大量的论文和著作,在中国国内科技和景观生态学蓬勃发展的背景下,2011年8月在北京举办了第8届国际景观生态学大会,标志着中国景观生态学大发展时代的到来一个景观生态学大的中国流派正在形成经过2日年的发展历程,,国内学者;逐步获得了对于景观生态学核屯、概念和理论框架的共识。景观生态学作为一口高度交叉的学科或跨学科,着重于理解和改进多尺度上空间格局与生态过程之间的关系,即多尺度上空间异质性的起因、变化和效应(Wu,2013);oilrman,sser,1939Fo1983;Ki,但不同学者对景观生态学的定义有其不同的侧重点(町;1984;Urban,1%7;Wiens,1999;傅伯杰,1991;郭建国,2007;Wu,2013)。景观生态学的研究内容包括理论、方法和应用三个方面,理论研巧空间格局、生态过、、、程,主要包括景功能和动态的研究方法研究尺度之间的相互作用为核屯观结构;包括具体方法、技术手段和方法论H个方面,具体方法分为景观指数法、空间统计法、、复杂性科学方法等景观生态学的空间显式原理和方法已被广泛应用于景观模型法;想多领域,如止地利用和王地覆被的变化、景观评价规划和模拟、栖息地破碎化和物种保护、景观管理。(2)景观生态学理论对耕地生态风险研究的启示工业化城镇化进程对耕地生态景观格局带来深刻的影响,通过景观格局指数能够,反映耕地景观变化,识别工业化城镇化进程中产生的耕地生态风险有效评价耕地生态风险水平,进而规避耕地生态风险,提高耕地生态环境管理水平。3.2.2系统科学理论(1)系统科学理论的内容系统科学是现代科学技术高度综合的大趋势下产生和迅速发展起来的,19世纪末期W来,物理学和数学的发展、生物学和生命科学的进展W及计算机的迅速发展,为系统科学的产生和发展奠定了理论基础与研究思路。系统科学的发展经历了H个阶-立于2-,20世060年代0段形成于纪4,理论建0世纪780年代,兴起于20世纪80年代中期。20 第3章理论基础与分析框架"系统科学理论的产生始于一般系统论、控制论和信息论,这H种理论统称为老H论"H种理论为系统科学,是二次世界大战后横向科学蓬勃兴起的标志性成果,这创立了H个核私概念—系统70、信息与控制。20世纪年代兴起的耗散结构论、协""同学和突变论是系统科学的发展,这H种理论被称为新S论。20世纪80年代中期开始,国际上兴起了复杂系统理论的研究热潮,复杂系统理论就是研究复杂系统中各组成部分之间相互作用所涌现出复杂行为、特性与规律的科学。当今国际社会上影响较大的有H种学派—非线性自组织理论、复杂适应系统理论W及开放的复杂巨系统理论。系统科学理论主要包括系统论,,,控制论信息论耗散结构论,协同论,突变理一论,。系统论阐述了系统的内涵,系统的特征系统形成的必须条件等。控制论是口研究系统规律和控制调节的科学,,主要研究各个系统的通讯与控制过程它在长期的研巧实践中形成了一套可W适用于多口学科的理论原理和方法。信息论阐述了信息的内涵,,信息传递系统结构变化与信息传递等内容。耗散结构论是比利时科学家普I一一高津提出来的,,他认为个非平衡状态的开放系统处于个不断变化的外界环境之一中,,系统,当这种外界环境变化到定的阔值时就有可能量变引起质变处于不断变一化的环境中,定的时间时,这个系统就有可能,不断的与外界环境交换能量当达到一一个有序的状态从种非平衡和无序的状态变化称为。协同学理论是1974年德国物一,它是口研究不同的学科中是否存在共同本质特征的科学理学家哈肯提出来的;它起源于非平衡物理学和现代物理学,通过不断的类比里描述不同的系统从无序到有(R,状态的共同规律。突变理论是法国数学家托姆.Thom)提出来了他指出无论是在一自然界还是在人类社会活动中,通常存在连续、渐变、平滑的过程,但有些不好理解的突然变动的现象。(2)系统科学理论对耕地生态风险研究的启示耕地生态系统本身由气象、水文、止壌、生物、人等要素组成的。同时耕地生态系统又是地球生态系统中的一个组成部分,该系统为人类生存、发展提供了大量的粮食、养料等,支撑着整个社会的进步和经济的增长。但是耕地生态系统又受到了来自环境、人类等方面的压为,人类通过对耕地生态系统内部和系统之间的传递信息的控制,来控制和保持耕地生态系统的相对稳定,使得耕地生态系统、狂会系统、经济系统相互联系、相互促进、协同发展。W系统科学理论为指导的耕地生态风险管理研巧,有效识别耕地生态风险关键因子,合理评价耕地生态风险水平,W系统的视角对耕地生态系统进行控制,从而实现对耕地生态风险的规避。21 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研究3.2.3生态系统服务功能理论(1)生态系统服务功能理论的内容生态系统服务功能也称为生态服务功能,是生态系统(生物环境、非生物环境)及其运行过程提供的用于满足、维持人类生活需要的条件、资源等(张颖聪,2012;李娟,2012)。生态系统不仅提供了物质资料给人类,而且地球生命支持系统的维持,进而产生了环境条件,这些条件是人类生存所必需的(李娟,2012)。对于生态经济学而言,生态系统服务是新兴的重要分支,专家学者对生态系统服务有着不同的临界,一是侧重于自然生态过程代表性观点分为两种,,淡化人类的影响,二是代表了人类需要获取的利益。尽管专家学者从不同角度出发理解生态系统服务,但大部分内容是有所重复的。生态系统服务代表人类从自然生态系统中获取的生态系统产品、用于人类生存生活的生态系统功能(Costanza,1997)。Costanza把生态系统服务分成17个类别(李京等,2003),包括可再生的服务,但不包括不可再生的燃料和矿物质及大气(表3-1)。(2)生态系统服务功能理论对耕地生态风险研究的启示、耕地生态系统也具有相应的服务功能,可W分为调解气候水源涵养、控制生物、水止保持等方面(张颖聪,2012)。工业化、城镇化进程中±地资源利用、农户生产行为方式、环境污染等带来生态系统服务功能的变化,借助生态系统服务功能理论能。够更好地分析耕地生态风险,有效规避耕地生态风险3.2.4可持续发展理论(1)可持续发展理论的内容",尤其是第二次世界大战レッ后在人类发展的过程中,发展观念经历了从增长理"""论到发展理论的变革,直到20世纪70年代W后,逐渐形成了可持续发展的思想,并于80年代正式形成可持续发展观。20世纪90年代联合国环境与发展大会在己西里约热内卢召开,会上通过了《21世纪议程》,将可持续发展理论上升为全球性的实际行动。2002年,联合国可持续发展世界首脑会议在南非约翰内斯堡举行,该会议针对《21世纪议程》10年实施过程中的消除贫困、保护环境等突出问题,敦促世界各国政府继续采取行动和措施,进而实现全球可持续发展。可持续发展理论提出W来,专家学者不断深化可持续发展意义、可持续发展内涵等理论内容,它已经成为指导国家乃至世界发展的基本方针。可持续发展的内涵是指既满足当代人发展的需要,又不对后代人满足其需要构成一危害的发展。首先,,可持续发展必须满足当代人的需要,这是个重要的前提;其次22 第3章理论基础与分析框架满足当代人发展的需要,不能是无限制的需要,强调人类的活动受到自然界的约束;最后,可持续发展要求发达国家的发展不危害发展中国家W及贫困国家的发展,当代人的发展不危及后代人的发展,强调了同代人之间的公平,W及代际之间的公平。可持续发展主要包括经济可持续发展、资源可持续发展、环境可持续发展。表3-1生态系统服务及功能-Tab.31Theecosystemservicesandfunctions生统生态系统功能举例I產J1气体调节大气化学成分调节平衡紫外线水平'-化'全球温度、降水及其他生物媒/。田#旧争化田#gnh立2介的全球及地区性气候调节生态系统反应对环境波动的容风暴防止、洪水控制、干旱恢复等生境对主-Jrmvsiv量衰减和综合要受植被结构控制的环境变化的反应4水调节水文流的调节为农业、工业和运输提供用水5供水水的胆存保持向集水区水库和含水岩层供水控制侵蚀和防止王壌被风、水侵蚀,把游泥保存在湖泊<6保持沉积物細地中7±壤形成±壤形成过程岩石风化和有机物积累8养分循环养分的胆存、内循环和获取固氮和其他元素及养分循环易流失养分的再获取,过多或9废物处理外来养分、化合物的去除或降废物处理、污染控制、解除毒性解10传粉有花植物配子的运动提供传松者W便植物种群繁衍胃胃11生物獅生物种欄营养动力学割动物栖息地、当地收获物种栖21避难所为定居和迁徙种群提供生境道、初级生产中可用为食物的部通过渔a、采集和农耕收获的鱼、鸟、兽、Umpn生?广分作物、坚果、水果等14原材料木材、燃料和饲料产品医药、材料学产品、用于农作物抗病和抗植—S一15基因资源^物感染的基因,家养物种所需和植物栽培品俯种16休闲娱乐提供休闲娱乐活动机会生态旅游、钓鱼运动及其他户外游乐活动系统的美学、艺术、教育、精神及科学17文化帛供非商业性用途的机会价值(2)可持续发展理论对耕地生态风险研究的启示经成为人类社会发展过程中的一可持续发展理论从产生至今,已种理念,可持续23 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研究理论指导人类必须重视生态环境的问题。对耕地生态研究是可持续发展过程中所必需面对的难题,耕地生态系统的承载能力、耕地生态环境对人类健康的影响等等问题都是包括在耕地生态风险的研究研巧范畴。人类通过对耕地生态系统的控制,获得所需要的粮食和养料,但是随着人类的过度利用,耕地生态系统会出现±地肥力下降、±地退化等生态问题。耕地生态风险管理研究正是运用可持续发展理论对耕地生态系统结构、功能进行研究,有效规避耕地生态风险,保持耕地生态系统的稳定,实现经济发展与自然环境的和谐发展,保持良好生产力的同时,不断改善生态环境的质量。因此,可持续发展理论是整个社会经济和谐发展的基本思想。3.2,5生态经济学理论(1)生态经济学理论的内容当社会经济发展到一定的阶段后,如果现有的科学无法清楚的解释社会发展中存在的问题,就会导致新的理论科学的出现(赵桂慎,2008)。为了解决资源保护、生态环境与经济增长W及人与自然和谐发展等重大问题,生态经济学应运而生。生态经济学的产生是生态学由传统的研究领域向社会经济问题拓展的结果,首先将生态学运用到狂会问题上的学者是美国科学家麦肯齐,他提出了经济生态学,并主张在经济分析的时候考虑生态学过程。20世纪30年代,英国生态学家A.G.Tansley通过对植物群落的长期研究,界定了生态系统的概念。20世纪40年代,生态学出现了""经济观?新的研究视角,即生态学中的,前苏联科学家斯德鲁米林通过将自然环境与社会经济结合研究62?,从经济视角研巧了自然生态环境。19年,莱切尔卡尔逊的一一个事件展现了生态学中的经济视角《寂静的春天》书中,从另。20世纪60年代,.一美国经济学家肯尼斯鲍尔T的论文《口新兴科学—生态经济学》中首次提到了生一一态经济学的概念口独立的科学产生。在此之后,,生态经济学作为世界范围内的一些关屯、生态经济问题的专家学者对生态经济问题进行了深入而广泛的研究,产生了系列生态与经济相融合的科研成果。1989年,InternationalSocietyEcoloicalEconomicsg的成立W及《生态经济》的创办,标志了生态经济学的发展开始了新的篇章。20世纪经不单单只是从某个单一90年代W后,专家学者对生态经济的研究已的视角入手,而是把经济理论与生态观点想结合起来,从多视角入手进行研巧。2002年美国经济学家?一莱斯特布朗出版了《生态经济有利于地球的经济构想》,他提出必须把经济视为地球生态的子系统一,需要通过次变革使得传统的W经济发展为中必的观点转变为W生态经济为中也的发展理念。生态经济学它作为一口独立学科一个复合系统中,它研巧的对象是生态经济这样24 第3章理论基础与分析框架生志子系统与经济子系统之间相互关系及其发展规律(Costanza,1997)。生态经济学理论包括生态经济系统理论,平衡理论,协调理论。(2)生态经济学理论对耕地生态风险研究的启示从生态经济学的视角对耕地生态系统进行管理,要求从耕地生态系统的自然规律、外部经济规律W及人类的社会发展规律综合把握,正确有效的判断出耕地生态系统的临界状态,合理评价耕地生态风险水平,协调耕地生态系统、经济系统、社会系统之间的关系,将耕地生态系统维持在相对稳定的状态。保护耕地生态系统,促进其健康发展,保证耕地生态系统的稳定运行。,保持耕地的良好生产力3.3分析框架耕地生态风险管理研究包括耕地生态风险形成、耕地生态风险评价、耕地生态风-险调控(图31)。耕地生态风险评价与调控研巧-Ii1 ̄ ̄""""「I,1生态风险评价体系!耕地生态风险形成!&;;'■生笔.!I态III本1,1M?1I1!;;厚^—^*i—I:I:IIIIIS耕地生态风险耕地生态风险I耕地生态风耕地生态评;;形成原因形成过程'险影响价-!成!险等级诊断风;'III因素I|*■!1■!■,---,■—_一---—Jh1I1▼1耕地生态风险的调控生;:|II杳:^I风11'!监测预答11陰略I>调控策普;调II1I」'体系构建控.II1I_3-图1分析框架-Filfg.31Anaysisramework耕地生态风险形成是耕地生态风险表征的基础。通过分析耕地生态系统运行过程,从致险因子的危险性、孕险环境的暴露性、承险受体的脆弱性、防险措施的能动性剖析耕地生态风险形成原因,探讨耕地生态风险形成过程,为耕地生态风险表征的体系构建奠定了基础。耕地生态风险评价是耕地生态风险调控的前提。通过开展耕地生态风险评价研究,识别耕地生态风险主要因子,分析耕地生态风险评价体系,确定耕地生态风险评25 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研究价指标、评价模型,能够有效诊,剖析耕地生态风险评价水平断耕地生态风险发生的主要原因,为耕地生态风险调提供了前进的方向。耕地生态风险调控是耕地生态风险管理的重要目的,也是耕地生态风险评价的最终落脚点,合理整,针对不同生态风险类型与等级探讨耕地生态风险调控体系合生态风险评价与生态风险调控,进而有效规避耕地生态风险。3.4本章小结本章首先界定了论文所涉及的主要核也概念,并简要论述了景观生态学理论、系统科学理论、生态系统服务功能理论、可持续发展理论、生态经济学理论的主要内容,剖析这些理论对本研究的启示,,为开展耕地生态风险分析奠定理论基础。在此基础上构建了耕地生态风险研究的理论分析框架:从耕地生态风险形成到耕地生态风险评价,最后到耕地生态风险调控。26 第4章耕地生态风险形成第4章耕地生态风险形成一耕地生态风险形成是耕地生态风险管理的第一步,也是非常重要的步;耕地生态风险形成原因、形成过程剖析的深入与否直接决定着耕地生态风险评价的科学程,度,最终影响耕地生态风险管理的整体效果。本章首先阐述耕地生态系统的运行过程在此基础上分析耕地生态风险的形成原因,进而剖析耕地生态风险的形成过程。4.1耕地生态系统运行过程耕地生态系统是指在一定地域范围内,耕地上无生命体(环境条件)与生命体之一间,形成的个能量流动和物质循环的有机综合体(黄炎和,2013)。耕地生态系统一类似于般生态系统一,它在定的空间范围内,借助能量流动、物质循环联系农业生物与环境(骆世明,2009);它也有生物环境和非生物环境姐成,前者可W分为生产者、消费者和分解者,后者可分为自然环境组分和人工环境组分。但耕地生态系统不同于原生自然生态系统、全人工设计控制生态系统,介于二者之间,它是深深地打下了人类社会印记的生态系统,是被人工驯化了的生态系统。对于耕地生态系统而言,其运行过程体现为特征、结构、功能、演化等,通过这些方面的综合作用影响系统运行。4丄1耕地生态系统特征耕地生态系统是人类在±地这个自然历史综合体中,利用其生物和非生物成分,一通过劳动,促进、调整和控制人和自然之间物质变化的过程,从而达到定经济目的的生态系统(吴次芳,2003)。耕地生态系统是人工培育下的上地生态系统,由非生物的环境部分和生物部分共同构成:,具有W下特征(1)耕地生态系统具有较强的目的性。在耕地生态系统中,生物组分主要体现为农业生物,它是人工选育生成的,在送些组分中重要的调控为量是人类,环境组分中多是人工环境组分,如道路,、沟渠等而且耕地生态系统中的气体、±体、水体也受到了人类活动的深刻影响(骆世明,2009)。耕地是为人类的利益服务的,人类调控耕地生态系统的目的在于持续获得农产品等食物。耕地生态系统的运行目标明确,是人类通过有目的的控制如播种,满足人类基本生、灌概等行为进行农产品的生产(^存与经济社会发展的需求。由此可见,耕地生态系统的根本特征是通过耕地资源向人。类提供农产品等服务功能,这是耕地生态系统存在的必要基础27 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研巧一(2)耕地生态系统的脆弱性。耕地生态系统结构较为单,生态系统较为脆弱,一在定时期内耕地生态系统中生物群落总是W某一种或几种作物为主,虽然可W减少物种间的竞争,提升农作物的产量,但由于缺乏复杂的食物链、食物网从而使耕地生态系统的抵抗力、稳定性较为脆弱,生态系统的结构和功能很容易受到外界不良环境的破坏,人类必须采取科学、合理的调控措施优化耕地生态系统,提升耕地生态系统抗压能力,促进耕地生态系统持续平衡稳定。与此同时,对于耕地生态系统而言,耕作层±壤抵抗侵蚀的能为较弱,±壤容易发生水±流失。(3)耕地生态系统的开放性。耕地生态系统具有与外界联系较多的特征,通过生物因子、非生物因子与其他系统进行物质、能量交换,输出大量的产品化满足人们对物质的需求。由于人类对食物及工业原料等日益增长的需要,耕地生态系统必须不断接受外界大量的物质输入,诸如化肥、农药等,W及人为介入,如排灌、机械耕作等,レッ保障整个生态系统物质能量循环的供求平衡、满足人类日益增长的需求及维持±壤养分的稳定。因此,整个过程是物质能量开放式的。一(4)耕地生态系统的差异性。耕地生态系统的差异性表现为两个方面,方面,由于水王等自然资源分布不均,城乡发展水平不等,不同地区的耕地经营方式差异较大,加上其他人为因素的影响,进而导致不同地区耕地生态系统结构和功能呈现出不同的特征一,这是耕地生态系统决策、管理的基础情况。另方面,耕地生态系统中耕作的粮食作物不同W及水田、旱地等区别,导致耕地生态系统中的生物群落、物质流动和能量流动有所不同,由此可见不同的耕地生态系统内部也存在较大的差异。4丄2耕地生态系统结构耕地生态系统是由生物成分和非生物成分两部分组成,主要分为无生命环境、生产者、消费者和分解者;根据耕地生态系统的结构的内容W及特征,耕地生态系统具有组分结构、空间结构、时间结构和营养结构。(1)耕地生态系统的组分结构耕地生态系统的组分结构是指耕地生态系统内部各物种组成及量比关系,它包括耕地生态系统中的种群和群落两个部分(骆世明,2009)。耕地生态系统中的种群组分主要涉及种群的大小和密度、种群年龄结构、出生率与死亡率、种群的内禀增长率和环境容量、种群的空间分布W及耕地生态系统中的种群之间的相互作用等等内容。耕地生态系统中的群落姐分主要包括群落的演替W及群落的多样性和稳定性方面的内容。耕地生态系统的组分结构受到自然因素和社会经济因素的共同影响,生物种群的类别和数量不仅受到生物群落结构的调整、耕作品种的更换化及旱地与水田的转变28 第4章耕地生态风险形成、而改变,而且还会受到农药与化赃的施用排灌系统的修建W及其他农业措施而发生变化。(2)耕地生态系统的水平结构群落的水平结构是指群落的水平空间格局,由于资源环境分布不均匀、植物传播种子方式差异等原因,种群在其生活空间中的位置状态或布局有所差异,种群水平空间格局主要有均匀型、随机型、成群型(黄炎和,2013)。耕地生态系统中在环境条件不均匀的作用下,耕地植物群落往往在水平空间上表现出斑块相间的镶嵌性分布现象一,每个斑块是个小群落,彼此组合形成群落的镶嵌性水平结构。耕地生产中农业内部的面积比例及其格局是耕地生态系统的水平结构,它受景观多样性、自然条件、农业区位等因素的影响(骆世明,2009)。在景观多样性的作用下,耕地生态系统出现生态交错带与边缘效应;我国从南到北,针对不同的温度、湿度等自然条件,选择适宜种植的农作物,构建合理的耕作制一度。在耕地上同样种植种作物,自然条件不合适的地区往往要增加投入,造成农业生产成本增加,也会引起农业自然风险,于是形成了自然区域的农业特色。在自然区,随着农业经济区位、生态经济区位的变化位基础,耕地生态系统形成了不同的专业生产区域。(3)耕地生态系统的垂直结构耕地生态系统垂直结构也叫耕地生态系统立体结构,它是指耕地生态系统中农业生物在空间垂直方向的搭配组合一,在定单位面积耕地资源上,在空间垂直方向上开展多种农业生物共存、有效利用的立体种植的生态系统(骆世明,2009)。在耕地生态系统垂直结构作用下,有可能提高资源利用效率、提升±壌肥力,减少农业环境污一染,产生较多的农产品,实现H大效益的有效统。耕地生态系统的垂直结构受到自然地理位置的影响一,在不同的独立位置条件作用下,耕地生态系统垂直结构会呈现系列的变化。(4)耕地生态系统的时间结构耕地生态系统的时间结构是指农业生物类群落在时间上的分布与发展演替(黄炎。和,2013)农作物生长发育所需要的资源是随着时间(季节)的推移而变化的,如光温水等随着地球的自转和公转有着明显的时间规律。耕地生态系统中农业生物通过环境适应、人工选育,呈现出明显时间不同与季节分布规律人类可W根据环境条件;的季节性与生物的生长发育的规律,依据生物的生长发育时期及其对环境条件的需求,,选择搭配适当的物种,实现周年生产最大限度地利用资源环境(骆世明,2009)。在耕地生态系统中,调节农业生物群落时间结构的方式主要有间作、轮作、套作等。耕地生态系统的时间结构类型包括种群嵌合型、种群密结型W及人工设施性。29 南京农业大学博尘学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧(5)耕地生态系统的营养结构生态系统中各个纽分通过营养关系进行联系,生物之间通过取食与被食的关系联系起来的链状结构称为食物链在此基础上一,W营养为平台,通过这链状结构把生;一起的结构叫做生态系统的营养结构物与非生物环境、生物与生物连接在(骆世明,2009)。耕地生态系统大的营养结构是指耕地生态系统中农业生物与非生物环境、农一业生物与农业生物两两之间借助食物链联系在起的结构,主要通过能量流动、物质循环等完成联系一。对于耕地生态系统而言,食物链是营养结构的基本单元,可W进步分为捕食食物链、寄生食物链、腐蚀食物链、混合食物链。耕地生态系统中的食物链不是单纯的链状关系,由于农业生物物种较多,多条食物链相互交错、相互连接,,2009)。食物链,形成网状结构即食物网(骆世明和食一物网结构是耕地生态系统中最重要的营养结构之,为了提高耕地生态系统运行效果、产生更多的农产品,需要构建科学合理的食物链、食物网。4丄3耕地生态系统功能、能量流动、信息交流、价值转化功能(陈阜011)。耕地生态系统具有物质循环,2(1)能量流动在耕地生态系统中,在耕地资源上的农业生物需要能量,主要通过流动的方式进行能量传递;耕地生态系统的能量流动是指耕地生态系统中能量的输入、传递和散失的过程(骆世明,,2009)。能量传递作为耕地生态系统的基本功能具有重要的作用,一和第二定律W及普里高津的耗散结构理论而且能量的流动和转化也遵循热力学第。耕地生态系统中生命活动所需要的能量绝大部分都直接或间接地来自太阳福射,其余部分来自风能、地热能、水流能等W及人类从事生产活动中有意识投入的各种形式的一能量一。耕地生态系统区别于般生态系统的重要特征之是通过人为方式投入的能量比较多,并且通过能量的合理投入,可W提高生态系统的生产能力,增加农产品的产量。耕地生态系统输入的能量可W分为两大类太阳能、辅助能(骆世明,2009),辅助能包括自然辅助能和人工辅助能,前者如风能、降雨能、地热等,后者分为工业辅助能和生物辅助能。工业辅助能包括化肥、农药、农用设施等间接工业辅助能,石油、煤、天然气等直接工业辅助能。生物辅助能包括生物质燃料、劳力、蓄力、饲料、种子等。从能量转化的角度来看,耕地生态系统本质上是人类通过输入辅助能,利用植物的生物学特性,毒攻、转化太阳能福射,使之成为植物产品中的化学潜能。一一起的整体系统耕地生态系统是个自然再生产与经济再生产交织在,耕地生态系统生产者一农作物及其他绿色植物吸收太阳能,并且吸收止壤中的营养物质和空30 第4章耕地生态风险形成气中的气体,在此基础上进行光合作用,生成农产品,把太阳能转化为化学能,储存在农产品中(骆世明,2009)。伴随着耕地生态系统中农产品的输出,部分能量离开一系统,形成了股强大的输出能流。剩余的能量在耕地生态系统中借助于食物链、食一一物网继续传递一个营养级到另一,从个营养级,每营养级将上营养级中的部分能量固定在自己的有机体内一,有部分能量伴随着有机体死亡、排泄物、残流体传递到。腐蚀食物链,通过分解者的分解作用,将物质中的能量传递到非生物环境中与此同时一,无论哪个营养级的生物都需要进行呼吸,在呼吸作用的作用下生物有机体中储存的能量维持了生命体的新陈代谢,并且驱动了耕地系统中的信息物质流动和信息传递。就是这样耕地生态系统实现了能量转化(energytransition)和能量流动(energyflow)。此外,在耕地生态系统中,人们往往通过输入人工辅助能量的方式对耕地生态系统进行调节和控制,使能量的转化和流动按照人们所希望的方向进行。为了尽量避免和减少滥用化肥、农药、生长调节剂等工业辅助能产生的负效应,人类利用耕地生态系统进行农业生产的时候应该充分利用耕地生态系统的自我调控机制和自然生态过程,提高耕地生态系统运行效果。,促进耕地生态系统运行中H大效益达到最优化(2)物质循环耕地生态系统中流动着的物质既是化学能的存储载体,也是促进生命活动的重要基础。假设耕地生态系统中的能量主要来源于太阳,物质则主要由地球供应,耕地生一态系统是由无生物环境和有机生命体构成的个物质实体,能流流动和物质循环是耕,正是因为能量不断流动地生态系统中的两个基本过程、物质不断循环,耕地生态系统中各个营养级之间和各种组分之间才能组成一个完整的功能单位,粮食作物才能不断从耕地生态系统传递到人类社会中,促进人类生存与发展(黄炎和2013)。,耕地生态系统是要受到人类不断干预的,农业系统中的生物群落与自然和社会环,境因素又相互联系建立起固定、转化太阳能和其他营养物质的协作关系,最终通过农业生物从耕地生态系统上获得一系列的农产品。人类活动对耕地生态系统的物质循环过程产生很大的影响:为了满足经济社会发展的需要,人类从耕地生态系统中获取生活资料一,即能量和物质。同时,为了使耕地生态系统保持动态平衡,并使其具有定的生产能力,人类有需要通过多种途径向系统投入化肥、水及其他用于机械消耗的化石燃料等物质,W补偿耕地生态系统在产品输出后出现的不足。耕地生态系统的物质循环分为水循环、碳循环、氮循环、稱循环、钟循环、硫循环等,同时在人类的干扰下出现了污染物流动与累积(如农业面源污染);有的物质和元素因为人为大量投入,其循环被加强,有些物质的循环则相对减弱。31 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧(3)信息流耕地生态系统中除了能量流动和物质循环W外,还存在着众多的信息联系。各种信息在耕地生态系统组分内部的交换和流动称为耕地生态系统的信息流(黄炎和,一2013)。信息流在耕地生态系统的传递过程中同时伴随着定量的物质和能量的消耗,一样但是信息流不像能量流动和物质循环,往往是双向的,有从输入到输出的信息流,也有从输出向输入的信息反馈流。耕地生态系统中的信息流不仅存在于各基本组分内部,也不仅是个体、种群等不同水平的信息传递,而是指耕地生态系统中所有层次、生物的各分类单元及其各部分都具有的特殊信息联系。通常耕地生态系统中的信息传送包括农作物与非生物环境、农作物与农作物、农作物与微生物、农作物与动物、动物与动物两两之间的信息流动(骆世明,2009)。植物、动物、微生物及自然环境之间通过各种化学次生物质及不同的颜色、气味发出不同的信号,耕地生态系统中信息具有信息种类多、储存量大、信息多样性W及通信复杂性等特点。(4)价值流,进行农业生产在耕地生态系统中输入包含了劳动成果的生产资源,产生了富有更高价值的农产品,通过加工销售后能够得到产品的价值,由此构成了耕地生态系统的价值流。在耕地生态系统中,价值具有多种形式,能够借助于系统组分开展传递;农业生产中实物状态的生产资料具有价值,通过人工干预生态系统,改变为生产形态的价值,,形成了价值的外,通过借助于农产品表现价值通过农产品价格来体现价值在表现(俞畅,2013)。耕地生态系统中能量流动、物质循环、信息传递、价值转化之间存在着相互交织的关系,形成了整个体生态系统;能量流动、信息传递、价值转化通过物质循环产生作用,物质循环、信息传递、价值转化通过能量流动进行驱动;信息传递能够调节能一3量流动、物质循环、价值转化(命畅,201)。四个方面都与人类的利益或需求有定的关系。4丄4耕地生态系统演化从广义来看,耕地生态系统演化包括耕地生态系统的孕育、产生、成长、完善、转化一、消亡等;从狭义来看,耕地生态系统演化是系统内部结构的变化,从种结构一向另外种性质不同结构转变一,也是系统整体形态和行为方式的变化,从种行为模一一式转变成另外种性质不同的行为模式一,从种形态转变成另外种性质不同的形态(牛星,2008;苏广实,2008)。32 第4章耕地生态风险形成(1)耕地生态系统演化的动向耕地生态系统演化方向是指耕地生态系统从演化的起点到演化终点的走向,可分为积极的前进的演化和消极的后退的演化。耕地生态系统从无序到有序,从低度有序到高度有序,,从简单到复杂的演化是耕地生态系统积极的前进的演化否则就是消极的后退的演化。在演化过程中,耕地生态系统由最初建立时不稳定的、无序的状态,通过耕地生态系统内部组成单元的相互作用、相互制约W及与外部环境的物质能量交,达到有序的、相对稳定的状态换。从人类开始利用耕地,耕地生态系统无时无刻不在进行着演化过程。在人类利用耕地资源过程中,人类通过使用生产工具、加强生产管理提高了耕地资源产出效率,人类活动改变了耕地生态系统的能量流动、物质循环,耕地资源产出水平得到提升;随着科技进步,人类提高耕地利用水平,耕地生态系统得到优化,这是耕地生态系统积极的前进的演化。但在耕地资源利用过程中,人类不断提高利用强度,引起了±壤污染负荷加重一、耕地质量下降等系列问题,导致耕地生态系统功能下降。(2)耕地生态系统演化的动因耕地生态系统演化的动因在于元素之间、子系统之间、层次之间难穷尽的相互作用,构成耕地生态系统演化的内因,带来组分和结构的变化;外部环境的变化构成了耕地生态系统演化的外因,耕地生态系统演化是内因和外因共同作用下发生的(牛星,2008;苏广实,2008)。分析耕地生态系统演化的动因就是研究耕地生态系统变化的驱动因素,根据相关研究,结合耕地生态系统特征,本研究将耕地生态系统演化驱动因素分为内部因素和外部因素(赵其国等,2002;张传华,2006)。耕地生态系统演化的内部驱动因素是指在不考虑耕地生态系统外部作用的情况。下,自身因素驱动着耕地生态系统不断演化耕地生态系统外的干预是耕地生态系统一演化的外部驱动因素,,这些因素主要来自社会经济复合系统体现为人类的系列活动。耕地生态系统由不同的要素组成,要素本身W及要素之间相互联系、相关作用是耕地生态系统演化的物质基础,也形成了耕地生态系统演化的内部驱动因素。内部驱动因素主要包括王壌、地形、气候、水文等自然要素,及农作物、农田生物等生物要素。耕地生态系统演化的外部驱动因素主要包括人口增长、技术进步、经济发展等,外部驱动因素对耕地生态系统的作用,既有正向的,也有负向的,因此,要合理开展耕地资源利用,促进耕地生态系统不断优化。4.2耕地生态风险形成原因生态风险是指在一定的区域内,具有不确定性的事故或灾害对生态系统的结构、33 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研究功能可能会产生负面作用的可能性;对于生态风险的形成机制,国内外的学者研究得出了W下几种理论-:致险因子论、孕险环境论、承险受体论和区域风险系统论(图41)(BlaikieP,1994;BurtonIR,1994;PetakWJ,1992;张继权、李宁,2007)。致险因子论认为风险的形成是致险因子的作用结果;孕险环境论强调区域环境的变化是区域风险产生的重要原因;承险受体即为风险作用的对象,承险受体论则强调了承险受体的暴露性和脆弱性是风险形成的关键所在。W上H种理论都存在片面性,都过于强调风险形成条件的单一性,而区域风险系统论则认为风险的形成过程是致险因子、孕险环境和承险受体相互作用的结果一,H者缺不可。同时,也有学者提出,除了致险因子、孕险环境和承险受体H个因素外,区域的风险防范能力和恢复能为也是也是制约和影响风险发生的因素-(图42)(张继权、李宁2007)。,险性乙^暴露性、国4-1区域风险S要素学说F-mig.41Threeeleentstheoryofreionalriskg危除隆暴露陡)脆弱性防范性\^图4-2区域风险四要素学说-Fi.42Foureemensheorofreonarglttygilisk自然灾害固然是耕地生态风险形成的一个诱因,但是随着社会经济的发展,耕地34 第4章耕地生态风险形成生态风险的形成更多的来自于人类不合理的利用活动对耕地生态系统与生态环境造、、成了破坏,致险因子的危险性孕险环境的暴露性承险受体的脆弱性和防险措施的能动性是耕地生态风险形成的条件,工业化、城镇化进程所带来的耕地非农化、农户生产行为方式的变化、环境的污染及自然灾害是耕地生态风险的致险因子,而生态环境和耕地生态系统则为孕险环境和承险受体,防险措施主要指耕地生态风险的预警。及调控体系,本研究主要从这四个方面分析耕地生态风险形成的诱因4.2.1致险因子的危害性(1)止地资源利用对耕地生态系统的影响1)耕地非农化伴随着经济社会快速发展,第二、H产业也不断发展杜大,工业经济的发展需要大量生产厂房、仓库等,因此建设用地不断增加是不可逆转的趋势。在这其中,建设-可W看出(图43),从图中,从用地占用耕地也成为普遍现象,耕地数量在不断减少2009年到2012年,耕地面积处于不断下降中。-20092012年全国耕地面积变化情况I,"-45—135r1-揣3846-13540。巧 ̄目終-30,1巧13巧6.8313523.86ccT^;9:II口由巧地面盘它13520‘诚13515.864-;13515巧1-I13510-13505方'’1L;一 ̄^-1J——-1^ ̄ ̄I…一135002009201020112012年图4-3耕地面积变化图4-3ChanesiureoflandareaFcultivatedig.gfg' ̄W2009年2012年建设用地占用耕地的面积为例:2009年转为建设用地的耕地225hm011年转为建设用地21.30;为.19万hm2010年转为建设用地的耕地为2万2;22254万hm2012年转为建设用地的耕地为21.%万hm。自然,在城镇的耕地为.9;一避免的,建设用,方面为了促进经济的发展化、工业化的过程中,耕地减少是不可一一地占用了部分耕地方面也可W通过±地的开发、整理、复星等增加部分耕地;另35 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研充(图4-4)。通过止地整治增加的耕地能够从数量上弥补耕地的损失,但是在质量上却很难与其相比,因为城市的扩张大部分都占用的是城市边缘的±地,而在这部分±地中有很多都是高质量的菜地,这部分耕地经过农民多年的精也耕种,±层深厚,±壤。营养丰富。总体而言,随着社会经济的发展,耕地资源质量呈现下降趋势耕地质量下降最直接的后果就是±壤质量降低,进而引发各种各样的±壤问题,并影响耕地生态环境,最终会影响耕地生态系统的运行。2朋9-20口年耕地数量增减变化情况'■-50,,4540'.械402H."::aJ.3eaj;f圆增加耕麵积..!32I责国■!i画’MiB减少耕地面牺I圓:II;I[k..;i画.—IiJ:,2009201020112012年图4-4耕地面积增减变化情况F-eecreaandrei.44Changes巧gureforncreasordseofcultivatedlaag2)边际止地开发为了弥补耕地资源,人们不断开发坡地、荒地等边际止地,容易导致水主流失、主壤结构破坏、养分流失、±层变薄(髙艳梅,2006)。研究结果表明,水止流失多是由坡地、荒山开发引起的,,原因在于开发活动破坏了当地的植被降低了植被覆盖率,在强降雨的作用下就会发生水±流失。3)耕地过度利用面对耕地面积不断减少的现实,人们为了增加耕地资源上的产品产出,不断增加。耕地资源投入,通过高投入来提高产量在高强度利用下,容易造成±壤养分的失衡,长期W往会入不敷出,使得±壤变得贫瘡。(2)农户生产行为对耕地生态系统的影响农户是耕地的直接利用者:,农户的行为和决策对耕地生态系统有着很大的影响张贞等(2009)对四川盆地丘陵区的耕地质量进行分析后发现耕地质量不仅仅取决于自然环境,还受到农户的投入水平、管理方式等因素的制约;陈美球等(2007)从耕36 第4章耕地生态风险形成地保护的角度出发,研究了耕地质量与农户行为的关系,认为农户在耕地保护中起着至关重要的作用,农户的耕地保护积极性能否充分发挥将会影响到耕地战略目标的实现;李涛等()则研究了农户的决策行为与耕地质量评价和保护之间的规律,认为基于农户决策行为的耕地质量评价与保护势在必行。社会经济及二、H产业的发展为农民提供了越来越多的就业机会,农户的农业""劳动的边际成本增加,作为理性的经纪人,农户会根据自身家庭的情况做出利益最大化的选择一,通常他们更多的愿意选择进城务工来增加家庭的收入。方面为了经济收益农户进行非农业劳动一,另方面为了规避社会风险,农户依然会保留耕地,适当的进行农业劳动。在现阶段,耕地的社会保障价值己经远远大于本身的经济收益价值,因此这种劳动方式、扶择策略将会直接影响耕地活动中的物质投入、劳动方式W及耕作制度,在市场经济条件下,。同时,农产品的价格也会影响到农户的农业活动一般而言当农产品价格发生变化时,会,农户通常都会选择市场价格较高的农产品,选择替代性作物,则耕地的质量取决于替代作物对耕地的影响;如果选择集约化^则要看农户是选择保护性投入还是生产性投入,保护性投入对耕地的影响较小,而粗放经营,,对整个耕地生态系统造成破坏,通过生产性投入大量增产则会使耕地退化(高艳梅,2006)。农户对于农业的投入对耕地的影响是最直接的,保护性的投入比如投入有机肥,种植绿肥,修梯田等都能够増加±壤肥力,保持耕地的生产力,但是一有机肥的投资回报周期长,段时间后才能体现出来对农作物产量的提高需要很长;而生产性投入更多的是投入化肥与农药,从短期来看能够増加农产品产量,但是长期,。农药化肥的使用会降低±壤肥力,造成±壌板结使耕地质量下降刘洪涛等(2010)H个方面对比分析化肥与有机肥,从能耗、成本、污染物排放,虽然在成本方面化肥一,对比有机肥具有定的优势,但是化肥体现出高能耗、高污染的特征而有机肥具有低能耗、无污染的特征,它还能够消解废弃物,有效降低环境污染。籍春蕾等(2012)运用生命周期分析法比较了有机肥与化肥,分析后发现有机肥的资源耗竭、全球变暖潜值、环境酸化潜值,、富营养化潜值均小于化肥从能源消耗、环境保护角度出发,有机肥具有代替化服的潜为。保护性投入是属于劳动密集型投入。、此外,伴随着社会经济发展,人类的生活方式饮食结构也发生了变化,现在的人们更多的青睐于蔬菜、水果、肉、奶等农产品,这些需求又会促使农户的行为发生改变,他们会将更多的劳动、物质投入放到市场上更受欢迎的产品上,W便迎合市场的喜好,同时,由于劳动力机会成本增加,在生产过程中,农户会倾向于选择劳动集约型作物种植结构。(3)环境污染对耕地生态系统的影响在工业污染和生活污染中,工业固体废弃物和生活垃圾会对耕地产生最直接的污37 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研究,会对周围的主地产生重大的影响染,这些垃圾直接堆放在止地上,在这些垃圾中甚至还含有重金属和化学物质,这些物质对止地产生的污染是十分严重的。2013年全国工业固体废物排放量129.3万吨。而工业废水和生活废水大部分都会排入江河,特别是工业废水,很多工厂的废水并没有经过处理就直接排入河流,这些废水中含有大量一的污染物甚至有毒物质,进,水体的污染将会导致灌概用水的污染步会导致农田的污染。2013年全国废水排放总量达到6954433万吨,其中工业废水达到20%3%万吨。,最主要的是这些气体造成大气污染对于工业废气、生活废气对农田的污染而言,直接引起酸雨,造成±壤酸化。(4)自然灾害对耕地生态系统的影响洪撰灾害、干旱、大风、病虫害等自然灾害对耕地生态系统有着重要的影响,洪湧灾害影响较大,大风造,能够淹没农作物、导致作物减产;干旱会影响农作物生长成农作物损害,,病虫害影响农作物发育,最终导致耕地生态功能受到危害(王佳2010)。4.2.2生态环境的复杂性耕地生态环境系统是W自然系统为基础,经过人类的利用、改造后形成的生态系统一,是种人工生态系统,它既有自然系统本生的生产服务功能,同时又给狂会带来经济、生态效益。当人类合理利用耕地,生态系统反馈给人类的亦是正面效益。反之,当人类超负荷利用耕地,,不顾自然环境肆意污染耕地生态环境系统也会将这种效应反映给社会,人类的社会效益,生态环境,及社会的可持续发展必然会受到威胁。一耕地生态环境系统是自然、经济和社会的复合生态系统,定时空条件下的物质-5流动循环改变着系统的平衡状态和系统的演进(图4),无论从哪方面看,耕地生态环境系统的正负外部性都无法作为一个独立经济活动的外部经济性或外部不经济从一整个社会活动中分离出来(杨志新,2006)。从另个角度看,耕地生态环境系统是一,由许多个生态子系统组成,其中任何个子系统的结构或是功能产生问题最终都会影响整个耕地生态环境系统的运行。人类对耕地进行利用、改造最主要的目的就是为了满足人类生活生产的需要,,这也是耕地生态环境系统形成的初衷随着人类社会的发展,对耕地生态环境系统的改造也日益趋于复杂,同时,耕地生态环境系统的良好运行也越来越依赖于人类的控制,也只有人类合理的干预和利用才能保持耕地生态环6)。境系统的正常运行(杨志新,20038 第4章耕地生态风险形成?区域社会发展、产品供/气候调节\/保持水王\涵养水源I环境净化观光旅游社会保障等J负效应)(资源)巧效应(环境水王流失?<止壤污染生物多样性降低生态环境系统面源污染等<——?碳排放等图4-5生态环境系统的复杂性F-Texig.45hecomplityof化eecologicalsystem4.2.3生态系统的脆弱性人类活动对生态系统变化的影响主要集中在下垫面强迫干扰方面,且主要为无意一(识影响于贵瑞,2009)。人类不合理活动的后果之是对±地(耕地)资源系统下垫面性状的改变,而生态系统是由王地资源(耕地)系统在内的多类子系统组合而成,整个生态系统的平衡稳定需要各子系统及其组成要素么间相互联系、相互协调才能得维持,生态系统本身极具脆弱性。随着人类不合理活动过程对±壌资源、水环境、止壤性状、大气环境及生物要素等造成的动态性干扰,脆弱的生态系统逐渐不能适应于原环境,生态系统向着不稳定状态发展,生态系统内部种群的竞争力也随之发生改,变,这种生态变迁过程的有利或有害结果很难估计具有很大的不确定性,即生态风险。由生态风险理论可知,在相同孕险环境内受到同种致险因子干扰的情况下,生态系统或承险受体对外界压力干扰的承受能力的强弱直接影响着生态风险发生的可能性及其严重程度。生态系统或承险受体的脆弱性愈低,,抵御干扰压力的能力也就愈强发生生态风险的可能性相对愈小,反之亦然。4.2.4调控体系的缺失性虽然近些年耕地资源质量、耕地生态问题日益受到关注,但在耕地保护制度体系及规划体系中很少提及关于生态风险的预警及应对问题,存在耕地生态风险调控体系的缺失,这种缺失将直接影响对生态风险进行防控、应对与恢复的能动性。相反,耕39 南京农业大学博±学位论文一一耕地生态风险评价与调控研巧地生态的应急管理措施一定程度上减弱生态风险发生的、充分的防险资源准备等能在可能性与不确定性,并使生态风险损失尽可能降低。因此,须在耕地利用过程中引入生态风险内容一,而现阶段生态风险调控体系的缺失成为耕地生态风险形成的又诱因。4.3耕地生态风险形成过程耕地生态系统具有一定的弹性,当受到外界可承受范围内的影响时,耕地生态系一,定程度的恢复(何僖塔统系统通过自我调节可使系统在偏离原来状态后得到,2009)。如果外界对耕地生态系统的影响超过了系统可承受的能力范围,耕地生态系统进入塑性状态,即耕地生态系统不能通过自我调节而恢复的状态。随着人口的不断增长W及对粮食需求的增加,人类不断增加化肥、农药等投入W在有限的耕地上获得更多的农产品;但当人类的干扰超过了耕地生态系统可承受的能力范围,耕地生态系统就会出现退化。由此可见,耕地生态系统的安全运行和外部环境系统W及社会经济系统与耕地生态系统之间相互作用密不可分。随着人类活动对耕地生态系统的干扰,耕地生态系统由萌芽阶段进入快速发展阶一,进而实现个比较稳定状态段,此时的耕地生态系统可W正常安全的运行。在人类的进一步干扰下,耕地生态系统处于弹性形变阶段,尽管人类活动对耕地生态系统产生了一定的影响,但是耕地生态系统能通过其自身的抵抗力稳定性与恢复力稳定性来自我调节,使系统可W保持或者恢复原有运行状态。随着人类对耕地生态系统的作用为或者干扰进一步加大,耕地生态系统达到了弹性的阔值,随后耕地生态系统逐渐进入塑性形变阶段,很难有效恢复原有的、健康的运行状态,并且随着人类干扰的加剧,耕地生态系统慢慢出现严重破坏一过程就是耕地生态、恶化、乃至系统完全崩溃。这一■系统安全从产生发展一弹性形变阶段一塑性形变阶段一退化、崩溃阶段。同时也是耕地生态系统在人类活动干扰作用下一直到系统完全崩溃,从安全状态到风险状态,4-6状态的过程(图)。由此可见,在耕地生态系统中,应有效控制人类活动对耕地生态系统的干扰,或者将干扰限定在耕地生态系统弹性范围之内。通过分析耕地生态系统从发展到退化的整个过程,将人类干扰耕地生态系统的作用控制在耕地生态系统的弹性范围之内,是规避耕地生态风险的必要条件。40 第4章耕地生态风险形成 ̄王壤质量|||水环境王地^可「/^II源利干扰置[SMZ]打j店\_L系^耕地面积VX/MlI植被数量\)II自然灾害演替I洪我旱灾I调节|胃胃胃I系|-功能PKI净化I积累效应^业生产功能II「农':环境污染加生物多样性1111-一ISlH切割廊道管句挂l局作用斑块1liyy|图4-6耕地生态系统破坏过程F-i46Thedettircultitlandtg.sruconocessofvaedecossemspy根据生态风险四要素学说,生态风险形成需要具备w下条件:致险因子的危险性^、。孕险环境的暴露性承险受体的脆弱性和防险措施的缺失性对于耕地生态风险而言,工业化、城镇化进程所带来的耕地非农化、农户生产行为方式的变化、环境的污染W及自然灾害是致险因子,生态环境系统较为复杂,耕地生态系统较为脆弱,但调控体系缺失。耕地生态风险的形成从自然灾害、不合理的人类活动开始到耕地生态系统受到危害,到耕地生态风险发生,给人类社会、经济发展带来负面影响,整个形成过程-是自然因素、人为因素、社会经济环境W及风险防范措施相互作用的过程(图47)。41 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研究生态环境复杂性自然灾害—?耕地生巧阶—生态系统脆弱性一?态风险因子发生^—?不合理的人类活动>£风险巧范措施图4-7耕地生态风险发生过程巧-.47ProductiongProce巧ofcultivatedlandecologicalrisk4.4本章小结耕地生态系统特征包括较强的目的性、脆弱性、开放性、差异性等;耕地生态系统具有组分结构、空间结构、时间结构和营养结构;耕地生态系统功能包括能量流动、一、信息转换和价值转化物质循环,耕地生态系统的演化过程具有定的特征。致险因子(耕地非农化、农户生产行为方式的变化、环境的污染W及自然灾害等)的危险性、孕检环境的暴露性、承险受体的脆弱性和防险措施(耕地生态风险的预警及调控体系)的能动性是耕地生态风险形成的条件。耕地非农化、农户生产行为方式的变化、环境的污染W及自然灾害等致险因子具有一定的危害性,加之生态环境系统较为复杂、耕地生态系统较为脆弱、调控体系缺失,引发了耕地生态风险。42 第5章耕地生态风险评价第5章耕地生态风险评价、耕地生态风险评价是耕地生态风险评调控的基础,它是个复杂的系统的过程,需要运用科学的方法来诊断耕地生态风险等级。本章首先分析耕地生态风险受体、耕地生态风险源,建立耕地生态风险识别模型,开展风险管理目标导向的耕地生态风险识别,构建耕地生态风险评价体系;依据耕地生态风险形成、耕地生态风险评价体系确定耕地生态风险评价指标,对比常见评价方法选择耕地生态风险评价模型。5.1耕地生态风险评价体系5丄1评价体系构建基础(1)生态风险受体分析生态风险受体分析包括受体的选取和生态终点的确定(任景明,2013)。风险受体是风险承担者,是风险源的作用对象,受体的选取是生态风险受体分析的核也内容,它可能是生物体,也可能是非生物体(杨克磊等,2008;李娟,2012)。生态系统根一据其组分可进步细分为子系统,形成不同的系统层次与系统等级,在调查、判断、分析的基础上,筛选在生态系统中具有重要作用的、并且对生态风险因子作用较为敏感的主要物种、种群、群落等作为生态风险的受体。在风险源的作用下,生态风险受一受体产生影响体产生变化,即使生态风险源仅对其中某,也会在系统运行的过程中随着个体的变化将危害传递到整体生态系统,进而引起区域生态环境的恶化。对于区一个复合系统域生态系统而言,它是,具有复杂的层次与等级;在开展区域生态风险诊断时,应该选择对生态风险源比较敏感的因子作为生态风险的受体;与此同时,选择在区域生态系统中占据主要作用的物种、种群、群落等作为生态风险受体。在此基础上,估计生态风险评价程序,生态终点是指在生态风险源的作用下,生态系统中生态风险受体受到的损失,乃至引起的区域生态系统结构、功能的破坏,制约了区域生态系统的健康运行(孟东平等,2004;李娟,2012),具体内容分析入下:1)受体的选取本研究生态风险受体选取的依据为:①选取的物种在区域中占有数量上的优势,并且对于风险源的作用十分敏感;②选取的物种对于整个区域的生态环境都起着很重要的作用;③选取的生态终点变化可能会导致社会经济发展受到影响(杨克磊等,2008李娟2012)。根据耕地生态风险管理研究的特征;,,本文研究对象为耕地,W43 南京农业大学博王学位论文一耕地生态风险评价与调控研究耕地所代表的生态系统作为生态风险受体进行分析。2)生态终点生态终点是指受体对风险的响应一一,可看做是种生态后果,是与受体相关联的个概念,生态终点的变化必然会对生态的结构或者社会意义产生影响,它主要是指在风险源的作用下,风险源对风险受体造成的损伤,这种损伤会造成耕地生态系统的结一构或者是功能上的损伤(任景明,2013)。既要将危害与生态影响联系在起,又要有可W测定的数据,W便准确说明影响的大小,也就是说生态终点应该是可量度和观测的(李娟,2012)。例如:在陆地生态系统中,根据生态风险源、作用途径、生一,态风险受体损失等,其生态终点般包括物种发展、演替、消失植被覆盖率变化,森林生产能力变化等。在耕地生态系统中,根据工业化、城镇化对耕地生态系统的作、±用,其生态终点主要包括耕地景观变化壤养分含量下降、水王流失、止壤盐溃化等。生态终点就是人类所不希望发生的生态事件,耕地生态风险诊断中的生态终点是指在生态风险源的作用下,耕地生态系统中生态风险受体可能受到的损害,耕地生态系统结构、功能的破坏。对于耕地生态风险而言,潜在的生态终点包括耕地生态服务功能下降、±壤养分含量下降、水止流失、±壤盐溃化、王壌结构破坏等问题,并对一定的间接性影响社会经济产生。(2)生态风险源剖析一种或多种化学的风险源是指可能对人类社会和自然生态系统产生不利影响的、物理的或生物的风险来源,如气象、水文、地质等反面的自然灾害和严重千扰生态系统的人为活动,造成污染物长期积累、自然资源耗竭、生境破坏和物种入侵等(任景明,2013)。生态风险源分析是指对区域生态系统及其组分产生不利作用的干扰开展识别、诊断与度量,可W包括两个步骤生态风险识别、生态风险源描述,根据生态风险诊断的目的探寻具有生态风险的因子,,实现生态风险因子识别(贾丹,2009;李娟2012)。生态风险源主要包括自然生态风险源、人为生态风险源,自然生态风险源是指自然灾害,如旱灾、洪潭等,人为生态风险源侧重于对生态系统进行干扰、造成生态系统结构功能损害的人类活动。生态风险源种类较多、数量较大,开展区域生态风险诊断时测度全部生态风险源难度很大,因此需要选择主要的生态风险源。通过生态风险源分析,,筛选对区域生态系统产生较大破坏或影响的生态风险源开展区域生态风险评价,进而得到更有效的研巧结论(李娟,2012)。工业化、城镇化进程是人类不断开展活动的过程,涉及±地资源利用、农户生产行为、环境污染等因素,这些因素综合作用下改变了耕地生态系统的原位状态,对生态系统产生直接或间接的影响。工业化、城镇化进程所带来的耕地非农化、农户生产行为方式的变化一、环境的污染W及自然灾害等致险因子具有定的危害性,加之生态44 第5章耕地生态风险评价环境系统较为复杂、耕地生态系统较为脆弱、调控体系缺失,引发了耕地生态风险(图-51)。风险源压力生态终点生态终点响应王壌质量|I|±地源利干扰1|\1討(一系nx耕地面积\\)</I\)/自然灾害演替「洪洩旱灾\Yy/I%rlgigi]([心\mrnm1¥JY积累效应心环境污染加样性ii-J)刀割—廊道因画面j\I局片I作用斑块111yy15-图1耕地生态风险形成过程-F.51rressfcuidecoloilrikigFomationocoltvatedlancaspg耕地生态风险所涉及的风险源主要是考虑工业化、城镇化进程中的人为活动、自然灾害,可W把耕地生态风险的风险源分为自然风险源和人为风险源,自然风险源主要是指洪巧灾害、旱灾等,人为风险源是指人类不合理的利用活动对耕地的影响(表-51)。根据耕地生态风险形成原因、耕地生态风险形成过程,耕地生态风险人为风险源包括止地资源利用(耕地非农化、边际±地开发、耕地过度利用),农户生产行为方式变化,环境污染加剧(工业固体废弃物、生活垃圾、生活污水、工业废水、生产和生活废气)等。5.1.2评价体系构建方法生态风险识别是生态风险评价的基础,只有在科学的识别生态风险因子的情况下,才能从源头上有效规避生态风险。根据已有专家学者的研巧成果,生态风险识别的方法多种多样,有从人文社会科学的角度出发的研究方法,也有从数理科学角度出45 ?南京农业大学博王学位论文一一耕地生态风险评价与调控研巧一般常用的生态发的研究方法,又或者是集众家所长的综合的研究方法,。总体来看,风险识别的方法可W归结为几下几种:基于外在表现视角风险识别方法包括结构型识别法、非结构性识别法;从实施过程视角来看,识别的方法分为系统性识别、经验型调查识别,;从识别手段视角来看识别方法具体分为定性识别法、定量识别法和综(郭捷2004)。合识别法,表5-1耕地生态风险源与胁迫因子T-ab.51ThesourcesandthreateningfaUorsofcultivatedlandecoloicalriskg胁迫因子生态风险源耕地面积减少建设占用耕地王壤污染化肥,环境污染、农药的大量使用止壤有机质含量减少化肥、农药的大量使用,耕地过度利用耕作层厚度下降耕地过度利用±壤肥力下降边际±地开发、耕地过度利用±壤盐溃化化肥、农药的大量使用,耕地过度利用止壤侵蚀治理不到位、边际止地开发农田碳排放增加耕地过度利用、边际止地开发7k体污染化肥、农药的大量使用,环境污染植被数量减少一、单化边际±地开发洪淺灾害自然灾害旱灾自然灾害农业生产综合能力下降边际止地开发、耕地过度利用净化环境能力下降建设占用耕地水±保持功能降低建设占用耕地气候调节功能降低建设占用耕地生物生境减少建设占用耕地、耕地过度利用生态安全下降边际±地开发、耕地过度利用(1)定性识别法一定性识别法是把人的思维作为出发点,配合相应的流程与工作步骤的种直观、感性的识别方法。定性识别法(颜颖,2008)依赖的是研究人员的知识背景、工作经一定的差异验,所对于不同的操作人员,研究所得的结果也存在着。由于定性识别法的随机性,W及研究结果的不确定性,就需要在研究过程中尽量多向相关领域的专家咨询,尽量减少随机性的存在。但同时由于这种方法简单易用,成本相对来说也较低廉,因此在风险识别中还是被广泛的应用。常见的定性识别法有:头脑风暴法、德尔菲法、幕景分析法、风险源检查表法、外推法等(奥斯本,1987)。下面W头脑风暴法(朱新林,2009;司书丽,2012),德尔菲法(袁勤俭,2011;刘学毅,2007),幕景分析法为例对定性识别法进行简单的介绍。46 第5章耕地生态风险评价1)头脑风暴法头脑风暴法是一种激发创造性的思维方法,是由奥斯本(美国创造学家)首先创造,20世纪50年代正式发表的识别方法;简单说,头脑风暴法就是通过会议的形式,一起将参加的讨论者集中在,各抒己见,充分表达自己的想法,让各种思想的火花产一生碰撞种方法头脑风暴法本质上还是一,在此基础上找出各方都较满意的想法的;一种定性的方法,2,是对传统会议讨论、决策方法的种改进(朱新林009)。头脑风暴法一经提出就得到了较为广泛的运用,经它解决的问题横跨社会、交通、企业等多个领域(司书丽,2012)。但是,随着头脑暴风法的普及,问题也接腫而至,头脑暴一风法的优点是可集思广益,能够把众多人的想法集种在起,可W将不易察觉的问题,、风险及时提取出来但是送种会议式的讨论方法产生的致命性的缺点就是在讨论过程中,专家、权威人:t的观点很可能会起到主导作用,会引导其他人的想法与其趋一致于(朱新林,2009丽,2012)。;司书在对耕地生态风险识别时,可邀请相关的专家,或者相关科研机构的研究人员,W及国±部口的相关人员参与风险识别会议,对于围绕耕地可能产生的生态风险进行广泛的讨论和交流,最终得出风险识别结果。头脑暴风法的优点是可W集思广益,能够把众多人的想法集种在一起,可将不易察觉的问题、风险及时提取出来,但是这种会议式的讨论方法产生的致命性的缺点就是在讨论过程中,专家、权威人±的观点很可能会起到主导作用一,会引导其他人的想法与其趋于致。2)德尔菲法德尔菲法是赫尔姆和达尔克在20世纪40年代首次提出,主要通过调查问卷的方一式进行。首先通过定的程序,选择具有相关知识背景的专家,把己经设计好的问卷通过邮件或者其他方式发送给专家,征询专家的意见,专家可通过调查者的反馈材一料进行意见的修改一个据有统计,如此几轮后,专家的意见会逐渐统,最终会获得学意义的结果(袁勤俭等,2011)。1946年美国兰德公司为了避免集体讨论带来的缺陷,首先尝试运用了德尔菲法,之后该方法便被引用到各个方面(刘学毅,2007)。德尔菲法最大的优势就是德尔菲法具有匿名性,可有效的避免权威人:t对其他人员""一一反馈一这样个过程的影响。但是在德尔菲法中会多次进行统计调整,在这个过程中己的意见一,专家组成员有可能会不断的调整自,W与大部分人的想法趋于致,""一一一,但与此同时,也有可能在进行几轮统计反馈调整过程后也难W达成致的意见。在耕地生态风险识别过程中,运用德尔菲法要注意的是耕地生态风险的产生可能来自不同的方面一,比如自然环境、耕地利用活动等个专家不可能在每个领域都具,一,有充足的背景知识,而且不同领域的专家对于同生态风险也会有不同的认识这些47 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧都会影响到调查结果的准确度,为了解决这个问题,可对不同领域的专家进行权重赋值,来减少由专业领域不同而产生的问题。3)幕景分析法""一幕景其实也是种场景一幕景分析法中的,这种场景描绘了在某个特定的时刻,在,人与生态环境之间的某种具体的关系不同的场景下,人与环境的关系也有所差异,幕景分析法通过分析这些不同的场景来分析人类与生态环境么间的变化关系2007一一(陈剑霄,)。四个基本幕景:原始幕景没有经过人为开发前的自然环境状一一已经经过人类有意识况、当前幕景、有规划开发后的现在的环境状况、自然态将一一一一经过有意识来幕景没有经过开发的将来的自然环境状态、干扰态将来幕景、有规划开发后自然环境将来的状态。原始幕景与当前幕景的比较可W得出过去和现在人类开发活动的积累影响;而自然态将来幕景与当前幕景的比较可W分析出人类无意识的开发活动对自然环境的积累影响;干扰态将来幕景与自然态将来幕景的对比可W分析人类有意识的开发活动对自然环境的影响;而自然态将来幕景与干扰态将来幕景的分析则可W得出人类无意识的开发活动和有意识的开发活动对自然环境产生的影响的差异。幕景分析法中便于操作,且形象直观,但是由于人们思维的局限性,在使用过程中还需要和其他方法相结合运用。在耕地生态风险识别中,原始幕景指耕地原始的生态系统状况,可由历史统计资料确定、;当前幕景指近期耕地生态系统的现状;自然态将来幕景指按照自然趋势发展不受人类刻意干扰的未来状态。根据前两个幕景用Arc创S软件描绘出干扰态将来幕一景,指耕地经过人类的活动后,所呈现出的生态系统状态,是种干扰态。该方法能够考察人类活动对耕地生态系统的积累效应,有利于识别出潜在的、长期才能显现出的生态问题,,便于管理人员的提前防范,但是由于人类思维的局限性幕景分析法也需要结合其他方法一起使用。(2)定量识别法系统的复杂性与否往往决定了定性识别工作量的大小,系统越复杂,工作量就越大,,并且很多规律也变得无法解释因此引入定量分析法,定量计算可W很大程度上一些定量识别法应运而生的减少工作量,因此(郭捷,2004)。但是由于定量识别法投入的成本较高,且该方法的应用结果与操作人员的操作技能、管理水平有极大的关系,,所往往投入产出并不能成正比所W在应用方面不如定性识别法来得广泛。比较常用的定量识别法有;统计与概率法、敏感性分析法、投入产出法、故障树分析法、蒙特卡罗模拟法等。下面W敏感性分析法、故障树分析法、蒙特卡罗模拟法为例对定量识别法进行简单的介绍。48 第5章耕地生态风险评价1)敏感性分析’=1.假设敏感度分析模型表示为^;:1...;::(;(:((;(为模型的第!个属性值),;1:/(,,可1,2。),,一一在定的取值范围内波动.,并且X的波动会对输出值产生定的影响,敏感度分析,就是研究X的波动是如何对输出值产生影响一,并且产生的影响程度有多大,般情况iX.,.对模型的输出影响越大下,对输出值的影响程度即为敏感性系数系数越大,则;C,,(蔡毅等,2008)。根据作用范围,建模方法,分析工具等不同的方面可W将敏感性分析分为不同的类型,具体有:全局名感性分析和局部敏感性分析;有模型的敏感性分析和无模型的敏感性分析等等。敏感性分析可W对敏感度进行分析,但是这种分析一种程度上的分析只是,并不能具体指出敏感程度大小,对于风险因素的变化概率没有具体的说明,因此,总体来看,敏感性分析具有主观性(王真真,2006)。在耕地生态风险识别中一,风险分析主要是找出某个风险因子对于整个耕地生态系统的影响程度,及该风险因素的变化波动是如何对整个耕地生态系统产生影响的,从风险因子的对耕地生态系统影响程度来找出主要风险因子,但是这种分析只碁一种程度上的分析,并不能具体指出影响程度大小,对于风险因素的变化概率没有具体的说明,因此,总体来看,敏感性分析具有主观性。2)故障树分析法故障树分析法简称FTA(FaultTreeAnalysis),是由美国贝尔实验室在60年代初首一先提出的,而后,美国播音公司研制出FTA的计算机程序,进步推动了其发展。故障树分析法本质上是一种图形演绛法,首先,对于系统来讲,把不希望的事件放在故一障图的顶端,其次,,对于可能造成系统故障的各个因素进行分析按定的规律由总体到部分,直至,按照故障树的图形结构逐步分析分析到故障图的底端。在分析过程中要分析有可能导致故障出现的所有因素,这样才有可能找出有哪些因素或者是哪些一因素的组合导致了系统故障,进。在此基础上,找出解决故障的方法措施步改进系统,提高系统的运行能力(李建华,2008)。故障树分析法的优点就是直观性强,可W广泛的运用于复杂系统的评价,2008,能广泛的运用于各个领域(李建华;周婿猜,2009)。一根据故障树分析法的般步骤,在耕地生态风险识别过程中,需要遵循的步骤如一下:第确定故障树顶事件就是将耕地中最可能发生W及后果最为严重的风险作,,为分析的起始事件,可W通过专家调查法来确定;第二,顶事件原因分析,由于耕地生态风险的影响因素多,首先采用WBS(横观)与RBS(纵观)相结合的方法将风险因素分解成基本的单元,再建立稱合矩阵;第H,建立巧形图,从顶事件起,按照搜辑原理逐层往下分析各自的直接原因事件,直到需要的分析深度,最终形成倒立故。障树图,敏感性分析,敏感性分析的;第四目的是反应基本事件对顶事件的贡献程度49 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研究3)蒙特卡洛模抵法""蒙特卡洛最早起源于摩纳哥的蒙特卡洛赌场一,蒙特卡洛模拟法是种随机模拟法,最终的目的是为待解决问题找出解值,并且这种解值要具有统计特征,因此蒙一2012)。它的基:特卡洛模巧法也是种统计模拟法(杨召,本理念如下为了解决某个问题,需要建立模型,通过对模型观察,计算出所待解问题的解的特征,这就需要在建立模型时,使得模型的参数作为待解问题的解值,并作为待解问题的数值解,在此基础上给出所求解的近似值,,解的精确度可W用估计值的标准误差表示(袁贵星等一2008,2012)。:,;姚碧清蒙特卡洛模拟法的般步驟是确定主要生态风险因素建立主要生态风险因素的概率分布,;抽取随机数,作为风险因素的抽样值抽取的依据主要是生态风险的概率分布。送些抽取的数据将会成为计算指标值的基础,前提是将抽取的数据组合成评价指标,在此基础上计算结果,求解指标的方差、标准差和累计概率等(杨召,2012)。蒙特卡洛模拟法计算所得结果的收敛性和精度都比较好,方法和程序也都比较简单明了,因此得到了广泛的运用。一在耕地生态风险识别中,蒙特卡洛模拟法的般步驟是:确定耕地生态风险的主要因素,建立主要生态风险因素的概率分布;抽取随机数,作为风险因素的抽样值,抽取的依据主要是生态风险的概率分布。这些抽取的数据将会成为计算指标值的基础,前提是将抽取的数据组合成评价指标,在此基础上计算结果,求解指标的方差、标准差和累计概率等等。蒙特卡洛模拟法计算所得结果的收敛性和精度都比较好,方法和程序也都比较简单明了,因此得到了广泛的运用,但同时蒙特卡洛模巧法需要大量的实验,实验越多,得到的结果越准确。在进行蒙特卡洛模拟法时首先要确定主要风险因素,在耕地生态风险识别中,需要结合其他方法实现,同时为了实验的准确性又需要大量的实验,这将导致在耕地风险识别中会出现巨大的工作量,同时程序也相对复杂。(3)综合识别法一些方法并不能用严格的定性或定量来区分在常用的风险识别方法中还有,因为在这些方法中既能找到定性识别法的运用原理,同时又能包含了定量识别法的思想,对于这种方法通常称之为综合识别法或半定性方法,在现在的风险识别中,越来越多的方法趋向于定性与定量的结合。比如系统动力学法、SWOT分析方法,约束与假设分析等。下面W系统动为学法、SWOT分析方法为例对定量识别法进行简单的介绍。1)系统动力学""系统动力学(巧stemDynamic,简写为SD)是20世纪50年代由美国麻省理工学院一(MIT)的福瑞斯特J巧W巧orrester教授创立的,它般用于研究系统动态的()一复杂性,同时也是口认识与解决系统问题的交叉的新型学科。1958年福瑞斯特教授50 第5章耕地生态风险评价一一一一个重要突破口在其发表的论文《工业动力学决策的》中第次介绍了工业动力学的概念。之后,1969年发表了《城市动力学》,建立了城市系统动力学模型。70年巧发表的《世界动力学》对系统动为学的基本原理进行了详细的阐述,并对系绕动为。学的典型案例进行了论述,为系统动力学的理论研究奠定了良好的基础系统动力学重视整体性,需要了解系统各个部分的结构与相互作用,并且能够建立动态的模型,根据系统内部的结构和信息,W及信息之间的交换流动后得到的反馈构建动态模型一一(贾伟,2013)。系统动力学强调系统是个整体,系统内部的结构和系统内部的行为对系统的运行起着决定性作用。系统动力学在国外运用十分广泛,在军事、经济、社会科学等方面都有应用,直至20世纪70年代末,,系统动力学才在国内开始运用因为系统动力学有良好的处理、、经非线性系统的能力,因此为社会医疗济、城市建设等许多方面都提供了非常重要的决策与意见。在耕地生态风险识别过程中,系统动力学强调的是耕地生态系统整体性,W及系统内部运行对整个耕地生态系统的影响,因此,在风险识别中不仅要找出对于整个耕地生态系统影响的风险因素,同时还要找出不同子系统中的生态风险影响因子。2)SWOT分析方法一—化SWOT分析方法是种企业战略分析法,SWOT分析分析即SStrengs(t势),—e——WWeaknsses(劣势),0Opportunities(机会),TThreats(威胁)的分析。SWOT分析方法最早由美国旧金山大学的管理学教授海因茨?韦里克提出,是最基本的市场一营销方法么,由于它简单易懂,如今己经被广泛的应用到各个行业。SWOT分析方法主要分为王个步骤,首先,分析内外的环境因素,内部环境因素是指企业发展过程中自身存在的优点与缺点,只要有组织、管理、经营等方面的因素。外部因素是指外部环境对组织发展的产生直接影响的有利的与无利的因素,主要包括了宏观的社会经济环境,W及与企业有关的竞争者和合作者等;其次,在对内外环境分析的基础上构-建SWOT矩阵(表51):利用SWOT矩阵,企业根据外部环境与自身优劣势进行匹配,根据不同的情况寻找最适合的市场战略,;最后,制定计划。在对内外环境分析的基础上构建SWOT矩阵通过SWOT矩阵制定相应的发展策略W及具体的行动措施。51 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧表5-2SWOT矩阵-Tab.52rxSWOTmati劣势优势(S)劣势(W)机会威胁机会0利用外部机会,发挥自身优势利用外部机会,克服自身劣势()T威胁(依靠自身优势,避开外部威胁克服自身劣势,避开外部威胁)SWOT分析方法强调外部因素与内部因素,在耕地生态风险识别中,外部因素主要是指自然环境如自然灾害对于耕地生态系的影响,或者工业污染等对耕地生态系统的影响,而内部因素主要是指耕地利用活动对于耕地生态系统的影响,在风险识别中,分别进行内、外部风险因素的识别,而后根据识别结果对比分析找出主要风险因子。(4)基于特征映射的风险识别模型耕地生态风险形成过程较为复杂,所W如果按照上述几种方法从流程、关键风险一等方面入手进行生态风险的识别,,方面线索太多,导致生态风险识别的工作量太大难全面识别可能的生态风险另一方面,极可能出现生态风险因素的重复或者交叉;识别(刘霎波,2013)。因此,为了减少风险识别的工作量,同时保证识别的准确性,必须要从一个涵盖信息点较少的耕地生态风险管理特征入手,而耕地生态风险管理的一个合适的出发点目标就是这样。本研究借鉴特征映射理论,构建特征映射模型,拟从耕地生态风险管理的目标出发,逆向思考,逐级映射出生态风险因子,完成生态风险的识别。1)特征映射理论简单的说,特征映射就是某两个相关领域之间的映射与转换,在这个转化的过程中,承载信息的媒介被称为特征。举个例子,A集合与B集合都是两个非空的集合,如果能找到某个规律/一一,使得每个都有唯的yeS与之相对应,那么/就称为从A到B的映射,记作公或者(xe^),则JC即为在映射/下==的像,记作少/的。集合A称为/的定义域。/(^/(句{||八4称为映射/的值=C公域。若4[厶则称/(4)/0)llxe4为4在映射/下的像;若巧,则称{}--11公=ee/(jc如/的为像或原像。)是A中的集合,可i)1巧在映射/下的逆/(乂{巧一能包含不止个元素,但其中每个元素的像确是(郭捷,2004刘霎波,2013)。y;本论文研究的是耕地生态系统中某几个特征域之间的转化,特征的多视域特性是52 第5章耕地生态风险评价完成每个特征映射的基本前提,耕地生态风险中特征域的转化主要包括耕地生态风险""管理目标特征域,目标危害特征域和风险因子特征域生态环境适宜是生态。例如,风险管"环境遭理的目标,亦是目标特征域,但是在危害目标特征域中有可能表现为"一到破坏,到了风险因子恃征域中,则又是另外种表现形式。特征映射的方式主要有四种(郭捷,2004;颜颖,2008):①直接映射:从原像特征转换成成像特征时一一一一,两个特征域之间对应对的关系。例如:,直接映射是"""耕地生态风险管理目标域王壌没有受到污染与目标危害特征域化肥、农药的大"一一量使用之间就是对应的关系,属于直接映射:。②投影映射将原像的特征信息提取,去除无关信息后得到像特征,,也就是说在投影映射过程中,通过对耕地生态""风险管理目标危害特征域中的某一特征元素信息经过有效过滤,可W转换为对应一一的风险因子特征域一。投影映射也是种对的关系的映射。例如在目标危害特征域""""不适当的灌概下,风险因子特征域中对应的因子应为止壤盐溃化风险。③分解映射:将原像特征分解成多个像特征。也就是说,目标危害特征域经过分解映射后,一"大面积可W转换成风险因素特征域的多个特征,分解峽射是对多的映射。比如,""这一耕地开发目标危害特征域经分解映射后,可W转换成植被数量减少、生物多"等样性降低、温室气体排放量增加多个风险因素特征域的特征。④组合映射:将某一,提取出共同的特征构成像特征些具有相似特征的原像集合在起,例如,耕地生态,包含了许多子目标风险管理目标是个宽泛的目标,不同的子目标会对应不同的目标危害特征,此时就要运用姐合映射。运用特征映射模型进行耕地生态风险识别,具有较强的逻揖,操作方便,可W对提取生态风险主要的、关键的因子,进而能够准确、客观的对耕地生态风险进行评价。2)耕地生态风险识别的特征映射模型-根据特征映射理论,本研究尝试构建耕地生态风险识别的特征映射模型52)。(图根据不同形式的特征映射对耕地生态风险进行识别一,主要进行两个映射过程:是从耕地生态风险管理目标特征域到耕地生态风险管理目标危害特征域的映射;而是从耕地生态风险管理目标危害特征域到生态风险因子特征域的映射。 ̄生态风险管一生态风险管生态化险因标特征域^标危害特征域 ̄征域映射1映射2图5-2耕地生态风险识别的特征映射模型53 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研究Fi5-fturilofcultivtedlandeclicaliskidentificatig.2Theearemappngmodeaoogon假设耕地生态风险管理目标特征为X,耕地生态风险管理目标特征域为集合A;耕地生态风险管理目标危害特征为,耕地生态风险管理目标危害特征域为集合B;耕地生态风险因子特征为Z,耕地生态风险因子特征域为集合C,则有,xe^,^6公,zeC。根据特征映射理论则有:一公为耕地生态风险管理目标特征域向目乂,乂=标危害特征域的映射S^C;乂,人为耕地生态风险管理目标危害特征域向生态风险因子特征域的映射。经过两次特征映射过程,将耕地生态风险管理目标映射到耕地生态风险因子,根一次映射,据模型第,对耕地生态风险管控目标实施逐层分解在此基础上构建耕地生态风险目标管理特征域,此后,根据生态风险管理目标特征域,找出自然外在的W及在耕地利用过程中人类的行为会给耕地生态风险管理目标可能带来的危害因素,进行目标危害持征域的构建。第二次映射过程主要是通过目标危害特征域映射出相应的耕。地生态风险因子,并进行分类,作为构建评价指标的基础5丄3评价体系构建过程(1)耕地生态风险识别信息源一1)专家的知识经验。专家的知识经验是耕地生态风险识别的重要依据之(刘一霎波,往往能够语击中,2013),专家在相关领域中积累了十分丰富的知识和经验。要害,可W快速准确的识别出区域风险中的关键因素因此在风险识别过程中,要通过座谈会、专家访问和问卷调查等方式听取专家的意见,集思广益,从而尽可能保证耕地生态风险识别的无遗漏。一2)区域的监测数据。耕地生态风险管控是个不断变化的过程,生态风险因子识别过程也是项持续性的工作一。经过对区域数据的分析,可W进步挖掘耕地生态风险的总体趋势,并且可W发现是否有新增风险,区域的持续监测数据能够发现区域的一较长段时间内的风险发展情况,这些都是区域生态风险识别的重要基础资料。一3)区域环境状况。区域风险识别处于个特定的环境状况中,区域环境的气候、地理位畳、植被、生物、水文状况等都是风险识别的制约因素。在不同的区域中,因为不同的环境条件一,即使是相同的耕地利用活动,也会给耕地带来不样的风险因子。因此在对一个区域进行生态风险评价时,区域环境是首先需要考察的因素。4)相关研究资料。相关研究资料主要包括相同区域的有关生态领域的研巧资料和其他区域和耕地生态风险管理相关的研究资料,相同区域的资料主要是从其他相关角度对耕地生态风险分析提供新的视角一,而不同区域的相似研究则是可W进步研究54 第5章耕地生态风险评价区域特征下的风险因素的独特性。(2)耕地生态风险管理目标特征域一系列的风险管理活动所要达到的标准风险管理目标是指人类通过(郭捷,一2004)。耕地生态系统是陆地生态系统中种十分重要的生态系统,它与森林、湿地一等生态系统样,对人类的生活和生产方式产生着重要的影响(孙新章,2007)。同时耕地生态系统又具有独特性,,它是人类为了满足自己的生活需求对其进行干预而形成的人工生态系统。人类依附于±地,利用农作物的生产繁殖来满足自己的生存需要,在对耕地利用的同时又在改变着耕地生态系统的自然属性,耕地自然环境的改变一又反作用于人类的生产和生活,如此循环往复直推进着社会经济发展。因此对于耕地生态系统的管理目标来说,既要考虑自然环境,又要思考人类的利用活动。耕地生态风险管理的总体目标是生态风险最小化,在此基础上,结合己有的相关一领域的研究,可进步分解为生态结构合理、生态环境适宜、生态功能稳定H个二级目标(表5-3)。表5-3耕地生态风险管理目标特征域Tab-.53Obectivecharac化risticsdomainofcultivatedlandecoloicalriskmanaementjgg总目标二级目标H级目标生态风险管理目标持征域餅地面积不减少不造成±壤污染止壤有机质含量増加耕作层厚度增加止壌肥力增加止壌盐溃化得到治理生态环境适宜占化.壬-自然环境适宜主,壤侵蚀得到治理农田碳排放减少不造成水体污染耕地生态风险植被数量増加、种类丰富洪溃灾害最小化旱灾最小化农业生产功能稳定农业生产综合能力提高牛村力护玲帛生态系统功能稳定水止保持功能良好气候调节功能良好生态结构合理景观格局合理差提宣髙生态安全55 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研巧一1)在生态结构方面,主要从景观格局考虑,方面合理的景观格局可W提高区域环境的美学价值,同时也有利于生物多样性的保持,合理的生物种类也会从系统循一方面环方面影响耕地生态系统的运行,过于破碎的耕地不利于农作物的种植和;另产生,不利于农业机械化的提高,进而导致农业生产效率的低下。2)生态环境适宜主要考察自然系统,自然系统主要包括了干旱、洪淺灾害、±壤、及农业生产环境优质与否等方面。耕地生态系统的良好运行从来离不开自然系统的制约,良好的自然环境可W促进耕地生态系统的可持续运行,改善社会经济发展。自然,恶劣的自然条件不仅仅会影响农业生产,更会威胁整个社会的可持续发展道路。3)生态功能稳定主要考察农业生产功能稳定和耕地生态系统自身运行的稳定性。耕地生态系统为人类提供了丰富的农产品,如粮食、蔬菜和水果等,这些都是人类生、生活的基础,也是人类进行耕地利用活动的初衷和直接目标产,因此对生态系统的农业生产功能的考察是最基本的考量。耕地生态系统不仅满足人类对物质的需求,同时改变着物质能量的微循环,对生态环境具有改善作用。良好稳定的耕地生态系统能够调节气候和净化气体并且具有水±保持能力,能够维持和促进生态平衡。至此,耕地生态风险管理目标一共分为了四个H级目标:自然环境适宜、景观格局合理、农业一生产功能稳定、生态系统功能稳定个子目标的特征,。在此基础上,细分每构成耕地生态风险管理目标特征域。(3)耕地生态风险管理目标危害特征域在耕地生态风险管理目标特征域分析的基础上,通过特征映射原理构建风险管理目标危害特征(5-4)域表。表-45目标特征域向目标危害特征域转化的映射表-5-MT:obecab.4appintablefromobectivesdomaintotivesharmdomaingjj生态风险管理症域生态风险管理目标危害特征域 ̄耕地面积不减少建设占用耕地不造成王壤污染化肥、农药的大量使用,环境污染王壤有机质含量増加化肥、农药的大量使用,耕地过度利用耕作层厚度増加耕地过度利用±壤肥力增加边际止地开发、耕地过度利用止壤盐溃化得到治理化肥、农药的大量使用,耕地过度利用止壌侵蚀得到治理治理不到位、边际止地开发农田碳排放减少耕地过度利用、边际止地开发不造成水体污染化肥,、农药的大量使用环境污染植被数量增加、种类丰富边际王地开发洪溃灾害最小化自然灾害旱灾最小化自然灾害农业生产综合能力提高边际止地开发、耕地过度利用净化环境能为提高建设占用耕地水止保持功能良好建设占用耕地56 第5章耕地生态风险评价气候调节功能良好建设占用耕地生物生境维持建设占用耕地、耕地过度利用提高生态安全边际±地开发、耕地过度利用(4)耕地生态风险因子特征域生态风险管理目标危害特征域集合中存在危害行为互相重复的现象,为了解决这-)个问题:,将诸多的危害因素进行整合得到新的生态风险管理目标危害特征域(表55表5-5目标危害特征域向风险因子特征域转化的映射表--T.55mveabMaingtablefroobectisharmdomain化riskfac化rsdomainppj生态风险管理目标危害特征域生态风险因子特征域止壌腮力下降风险±壤侵蚀风险植被数量减少一、单化风险农业生产综合能力下降风险农田碳排放增加风险生态安全下降风险耕地面积减少风险净化环境能力下降风险建设占用耕地水止保持功能降低风险气候调节功能降低风险'生物生境减少风险王壌有机质含量减少风险耕作层厚度下降风险±壤腮力下降风险±壌盐溃化风险'劫:+*寸冉刺田农田碳排放增加风险农业生产综合能力下降风险生物生境减少风险生态安全下降风险生壤污染风险止壤有机质含量减少风险"nm化肥、农药的大量使用水体巧染风险±壌盐溃化风险治理不到位王壤侵蚀风险王壌污染风险—口悼、洗环境污染’Am"人水体巧染风险自然灾害57 南京农业大学博±学位论文一-耕地生态风险评价与调控研巧边际止地开发导致止壤肥力下降风险,±壤有机质含量减少风险,耕作层厚度下降风险一,止壤侵蚀风险,植被数量减少、单化风险,农业生产综合能力下降风险,农田碳排放増加风险,景观生态安全下降风险;建设占用耕地导致耕地面积减少风险,净化环境能力下降风险,水±保持功能降低风险,气候调节功能降低风险,生物生境减少风险;耕地过度利用带来±壤有机质含量减少风险,±壤肥力下降风险,主壤盐溃化风险,,农田碳排放增加风险,农业生产综合能力下降风险生物生境减少风陰,耕地生态安全下降风险化肥、农药的大量使用导致±壤污染风检,水体污染风险,;±壤盐溃化风险;环境污染带来±壤污染风险,水体污染风险;自然灾害导致洪撰灾害风险、旱灾风险。W生态风险管理目标为出发点,经过两次映射而构建成的生态风-险因子特征域(表56),各层集合遵循映射关系,因此送些生态风险因子就基本涵盖了可能危害生态风险管理目标的主要因素,并且不存在重复。表5-6耕地生态风险因子分类Ta-b.56Theclassificationofecologicalriskfactors—总目标二级示H级目标生态风险因子特征域耕地面积减少风险植被数量减少一、单化风险±壤有机质含量减少风险止壤肥力下降风险耕作层厚度下降风险主壤盐溃化风险生态环境适宜自然环境适宜丄二王壤侵蚀风险止壤污染风险水体污染风险耕地生态风险农田碳排放増加风险胃洪溃灾害风险旱灾风险农业生产功能稳定农业生产综合能力下降风险净化环境能力下降风险‘。生态系统功能稳定水±保持功能降低风险气候调节功能降低风险生态结构合理景观格局合理生态安全下降风险58 第5章耕地生态风险评价5.2耕地生态风险评价指标5.2.1指标体系构建原则耕地生态风险评价指标是耕地生态风险评价的基础,指标的合理性对评价结果有、着至关重要的影响,只有选取科学全面的指标才能真实的反映出耕地利用过程中存在的风险。耕地生态系统是个复杂的系统,在区域中受到多种风险的影响,为了构建一个科学、客观的指标体系,在选取具体指标是至少应遵循W下原则(李娟,2012):(1)全面性原则耕地生态系统是一个整体,在进行指标选取的时候要考虑各种因素,综合考虑各种物质、能量和外部形态对耕地生态系统的影响,所选取的指标要能全面反映区域耕地生态风险。同时,综合考虑各种因素并不是各个指标的简单叠加,而是优先考虑主导性的因素,将那些对整个耕地生态系统产生重要作用的因素作为优先考虑对象,进而再在区域整体的角度上考虑其他影响因素是否需要保留。(2)可比性原则在不同的区域或者甚至同一区域范围内,要实现对耕地生态风险的评价结果进行一比较,这样才能使指标与结果具有可,就必须统评价指标的选取与计算标准与口径比性。指标之间具有可比性是评价结果分析的基础,因此,建立的指标具有可比性,计算出的结果才具有现实意义。(3)简便实用原则生态风险评价要防止评价工作过度事物化,复杂化,避免只见树木不见森林。要遵循简便实用原则,突出重点。评价方法应具有现实可操作性,评价工作本身耍有效率和效果一。所选取的指标概念定要清晰,明确,简单易懂,信息来源可靠,便于采一集。风险评价旦过分复杂,不仅不易操作,而且会事倍功半。(4)系统性原则要运用一个能够反映研究区域主要生态风险的指标体系来诊断区域的生态风险。一一,个侧面说明区域的风险各个生态风险评价指标都是从某个角度某,单纯的采用一一个指标,,很容易导致片面性对风险的评价就会缺乏客观性,因此,定要将各项指标结合使用,W全面反映真实情况。5.2.2评价指标体系构建通过前文对生态风险的形成过程的分析与描述,整体上对耕地生态风检有了全面的认识,在此基础上,通过特征特征映射模型对耕地生态的风险因子进行识别,根据59 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧生态风险识别的结果一,可初步确定针对每个生态风险因子可选的评价指标,通过(5-特征映射模型开展从生态风险因子特征域向生态风险评价指标集合的映射表7)。表5-7耕地生态风险评价指标Ta-b.57TheevaluationindexofC山tivatedlandecologicalrisk总目标二级目标生态风险因子特征域可选指标耕地面积减少风险耕地非农化率植被数量减少一化风险植被覆盖程度、单±壤有机质含量减少风险止壤有机质含量分值王壤肥力下降风险±壤肥为指数耕作层厚度下降风险耕作层厚度分值±壤盐溃化风险±壤盐溃化止壤侵蚀风险±壤侵蚀度分值A自然系统_、一止,壤巧染风险±壤巧染水体污染水体污染风险化肥施用量农药施用量农田碳排放增加风险农田碳排放强度洪淺灾害风险洪溃灾害早灾风险^耕地生态风险最小化,粮食生产风险农业生产综合能为下降风险原材料生产净化环境能力下降风险废弃物处理风险王壤形成与保护气体调节风险气候调节功能降低风险气候调节风险生物生境减少风险生物丰度指数边界破碎度破碎度景观格局面积加权平均形状因子^生态安全下降风险分离度分维数景观脆弱度耕地生态风险评价指标分值计算如下:(1)耕地非农化率耕地非农化率是指建设占用耕地面积与耕地总面积之比。60 第5章耕地生态风险评价(2)植被覆盖程度=*+**参考已有研究(杨晓艳,2009),植被覆盖程度(0.5林地面积0.3草地面积+0.2耕地面积*+0.2园地面积)/区域面积。(3)王壤有机质含量分值±壤有机质含量是止壤中所有含碳有机物的总称,是±壤的重要组成部分,它包含止壤中的各种动、植物残体,±壤微生物及其分解、合成过程中的各种产物。它的存在对±壤的肥力状况及其生产特性有着极其重要的作用。主壤有机质含量的分值区间分指标控制区一,按不同的优劣标准进行因素原始指标值数据因素质量分值的转换,根据耕地分等定级成果进行评定。(4)±壤肥力指数一±壤肥力是反映±壤肥沃性的个重要指标,它是衡量±壤能够提供作物生长所需的各种养分的能力,是±壤各种基本性质的综合表现,本研究中±壤肥力指数根据耕地分等定级成果进行评定。(5)耕作层厚度分值耕作层厚度是指±壤层和松散的母质层之和,耕作层常受农事活动干扰和外界自然因素的影响,要获得作物高产,必须注重保护与培肥耕作层。耕作层厚度的分值区间分指标控制区一,按不同的优劣标准进行因素原始指标值数据因素质量分值的转。换,根据耕地分等定级成果进行评定(6)±壌盐溃化±壤盐溃化是指±壌底层或地下水的盐分随毛管水上升到地表,水分蒸发后,使盐分积累在表层±壌中的过程。±壤盐溃化会造成±壤板结、肥力下降,不利于农作物的生长,导致粮食等农作物产量的下降。对止壤盐溃化程度,分值区间分指标控制一区,按不同的优劣标准进行因素原始指标值数据因素质量分值的转换,根据耕地分等定级成果进行评定。(7)±壌侵蚀度分值±壤侵蚀度分值是指±壌或其他地面组成物质在自然营力作用下或在自然营力与人类活动的综合作用下被剥蚀、破坏、分离、搬运和沉积的过程,止壤侵蚀会造成止壤质量下降,生态环境恶化。±壤侵蚀程度是指止壤侵蚀发展相对阶段或相对强度一的差异,,±壤侵蚀程度不分作物采用直接赋分的办法进行因素原始指标值数据因素质量分值转换,根据耕地分等定级成果进行评定。(8)主壤污染±壌、水体污染是指因某种物质的介入,超过了其的自净能为,导致其物理、化61 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧学、生物等方面特征的改变,从而影响到止壤水体的利用价值,危害人体健康或破坏生态环境,造成生态环境恶化的现象,主要通过上壤或者水体中重金属含量体现。王壤污染可W运用多因子综合污染指数方法计算:P二单项污染指数计算公式为i:%。式中;为单项污染指数.,马为±壤污染实测值,Q为评价标准值C-污染超标倍数计算公式为义=l:%式中:义为超标倍数,为止壤污染实测值,C。为评价标准值胃综合污染指数计算公式为:max+A2坤(]/式中:为综合污染指数,max巧为单项污染指数的最大值,;p;为单项污染指数的平均值。(9)单位面积化肥流失量单位面积化肥流失量=化肥流失量/耕地面积,流失率按30%计算(赖为等2009。,)(10)单位面积的农药流失量单位面积的农药流失量=农药流失量/耕地面积,流失率按70%计算(傅锡敏等,2006)。(11)碳排放强度在耕地资源利用过程中,碳排放的产生主要来源于H个方面:农机使用带来的碳排放Em、灌概带来的碳排放ElW及稻田的甲烧排放Er;本研究主要考虑农地利用过程中人为活动带来的生态风险,因此未考虑农田±壤本身的固碳机制,加之不同耕作,且数据难于获取制度下碳固存潜为存在差异,因此本研究仅考虑了碳的排放(T.O.West,2002;李迎春等,2007;李娟,2012);一(a)农机使用带来的碳排放,在农业生产活动中业机械,农方面要直接使用一=化石燃料,另方面也可W通过使用电能来间接消耗化石燃料:,公式如下Em(AmXB)+(WmXC),Em为农业机械使用带来的碳排放,Am为农作物种植面积,Wm-i==,B、C为转换系数1647kc为农业机械总动力,其中B.gha,C0.18kCkw。(yg()(b),灌概带来的碳排放灌概过程需要电能,从而也会因耗费化石燃料而释放碳=AXD。灌概过程带来的碳排放可W用下式表示:E,式中,E为灌概过程释放的iji62 第5章耕地生态风险评价=,AD为转换系数,这里采用D266.48k/ha。碳i为灌概面积,g(C)一(C)稻田的甲烧排放量,稻田甲烧排放是农业甲院排放的主要排放源之,因此估算稻田甲掠排放的方法显得尤为重要:;本研巧估算稻田甲烧排放的计算公式为C=A=rXFX365Ar为稻田播种面积F为基准日排放因子,这里采用F1.3kr,,g-=ClV(had。:CrX12/16,根据W上公式)然后,将甲烧排放量折算成碳排放&,得=(++E。:农EmE)/出田碳排放强度ir耕地面积(12)生态系统服务功能相关指标生态系统服务功能相关指标,参考谢高地等人(2003)的研究,得到耕地生态系5-8)统的单位面积生态服务价值当量表(表,其中当量因子是指全国平均生产水平的农田每公顷所生产的粮食的经济价值为1个单位时,其他生态系统的生态服务价值与。这1个单位的农田的生产的经济价值之比(陈娟,2013)表5-8农田生态系统生态服务价值当量表Tab5-Treecomrvvauemndm.8hescaletablefbthsysteseicesloffarlaecosys化 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄生态服务原材料^^S±壌形成价值生产生产调节调节物处理涵养与保护农田10.10.50.891.640.61.46根据谢高地等人的方法,可レッ算出单位面积的耕地生态系统提供的生产服务价值的经济价值£为单位面积耕地生态系统提供食物生产的经济价。M=,1?值;/为作物种类;W为第种粮食作物的面积;为第Z种作物的全国平均价格;g,A,?为第Z种作物的单产;M为《种粮食作物的总播种面积。在此基础上,根据耕地生态系统生态服务价值当量表和研究区域的具体情况,W及单位面积的耕地生态系统的经济价值算出研究区域的耕地生态系统的经济价值???=左6£,C种生态系统第Z,是第种生态系统第Z种生态服务功能单价为第种。马。_/yy。生态服务功能当量因子。么后,根据算出的研究区域的耕地生态系统服务功能单价和耕地非农化过程中耕=地减少的面积计算出耕地生态系统损失的服务价值F5为减少的耕地面积。(13)生物丰度指数《》H-根据生态环境状况评价技术规范(实行)(J/T1922005)中,生物丰度指数的计算公式为:二X0++0XX(.35X0.2^.28水域湿地+0.1k建设用地+0.04众林地草地建设媒。,。63 南京农业大学博止学位论文一耕地生态风险评价与调控研巧用地+0.01X为利用地)/区域面积式中一:托为生物丰度指数的归化系数,。(14)边界破碎度边界破碎度用于揭示景观或类型被边界分割的程度,是景观破碎化程度的直接反映。E邸二励日0>^EDQ式中:怎为景观的总边缘长度;^为景观总面积。(15)破碎度一定程度反映人为对景观的干扰强度破碎度表征景观被分割的破碎程度,在;破碎度越大,景观安全性越小。NPD>0戶公=—xlOOOOxlOOA式中:iV为景观中的斑块总数;^为景观总面积。(16)面积加权平均形状因子面积加权平均形状因子一直接影响,是度量景观空间格局复杂性的重要指标之,耕地利用和管理的方便程度及利用效率;其值越大,耕地利用效率越低,旅=垫X玄巧兵)=口.1>yVy口..ijL>1」=,?为斑块的数量式中:/为斑块的类型,//w,=为斑块的心;,’5面积.2;为斑块的周长;系数0是由栅格的基本形状为正方形的定义确定的。当^WM=S/1时说明所有的斑块类型都为方形,当增大时,说明斑块形状变的复杂,不规则。(17)分离度分离度用于揭示景观类型中斑块个体的分离程度,其值越大,斑块分离性越高,抵御风险的能力越小,景观安全性越低。D=IVISION式中:为斑块y的面积;^为景观总面积。分离度等于1减去某斑块类型每个斑块的面积除W景观总面积的商的平方和。它的取值范围为〇<£>爪/说CW<1。当整■一一一仿V=个景观只有个斑块组成,公/阿5/0当该类景观只包含个面积相当于个栅;=格的斑块时。,公/阿5/OiVl当该斑块类型在景观中的面积比重和斑块尺寸出现下降64 第5章耕地生态风险评价是,公爪/5/OiV就接近1。(18)分维数一定的观测尺度上分维数反映了在,斑块和景观格局的复杂程度,也反映了人类一活动对景观格局的影响?,分维数理论值范围常在12之间,越接近2,代表种自相关为0的随机布朗运动的形状,处于最不稳定的状态,2虹0.25(如歴=n。l()"式中:ay的周长;为斑块的面积。F化4C等于2倍1/4斑块周长的自A,/为斑块然对数除W面积的自然对数值。(19)景观脆弱度景观脆弱度是指某种景观类型受到外界干扰超出自身的调节能为而表现出对干扰的敏感程度,表;景观脆弱度越大明景观受外界的干扰程度越大,敏感性越高,抵御风险的能力越小,2011)。,景观安全巧越小(谢花林借鉴往研究成果,可W对景观类型赋权重,将景观类型的权重进行标准化作为该类型景观的脆弱度。5.3耕地生态风险评价方法5.3.1评价方法对比(1)模糊综合评价法综合评价法是对事物的多种因素进行总的评价,而模糊综合评价法是借助模糊数一学的一一多层次些概念,对某、多因素对象进行综合评价和判断的种方法(朱衍强、郑方辉,2009)。模糊综合评价法基本原理是:首先确定被评价对象的因素集和评价集,然后分别确定各个因素的权重及它们的隶属度向量,获得模糊评价矩阵,最后把一模糊评价矩阵与因素的权向量进行模糊运算并进行归化,得到模糊评价综合结果。(2)层次分析法t层次分析法是由美国著名的运筹学家匹兹堡大学教授萨蒂(LL.Saay)在20世一纪70年代提出的种定性与定量相结合的多准则决策方法(鲍良,2008);具体地说,一是将决策问题的有关元素分解成目标、准则、方案等几个层次,用定标度对人的主观判断进行客观量化一,在此基础上进行定性分析及定量分析的种决策方法。运用层次分析法进行评价时:,具体的步骤如下建立评价指标的层次结构;构造判断矩阵并一一致性检验结果分析请专家填写;层次单排序与次性检验;层次总排序与;(决策)。(3)灰色综合评价法灰色"系统理论是我国著名学者邓聚龙教授于1982年提出的,主要研究部分信65 南京农业大学博±学位论文一一耕地生态风险评价与调控研究"""息己知,部分信息未知的贫信息的不确定性系统,对现实世界的确切描述和认识是通过对部分己知信息的生成、开发来实现的(白俊峰,2010)。灰色系统理论主(2004)要是利用己知的信息来确定该系统的未知信息虞晓芬和傅邪,;与其他方法相区别的优点是对系统的样本量要求不是严格的,样本量可W不要求服从任何分布。基于灰色关联度的灰色综合评价法是利用系统中的每个方案与所确定的最优方案的关联程度来对评价的对象进行比较和排序(白俊峰,2010)。(4)物元分析方法物元分析方法是中国学者蔡文于20世纪80年代提出的用于解决矛盾问题的技术、方法,可应用于生态环境水资源承载力、农用地分级和±地生态水平等综合评价研究中(罗文斌等,2010)。物元分析方法W可拓数学为基础,把现实问题概括为相容性、不相容性问题并进行转化处理(黄辉玲等,2010)入负数的概念建立关;通过引联度,可W无丢失地综合各种因素的全部信息,并能W定量的数值表示评价结果,从而较完整、客观地反映事物质量的综合水平(郑华伟等,2014;张小虎等,2009)。物元分析方法的主要步驟包括确定物元、确定经典域、确定节域、确定待评物元、确定关联函数及关联度、计算综合关联度并确定评价等级(郑华伟等,2014)。(5)常用评价方法的比较模糊综合评价方法是对受多种因素影响的事物做出全面评价的一种有效的多因一素决策方法,,克服了传统数学方法结果单性的缺陷其结果包含大量的信息,且简易可行、易于使用,但不能解决因评价指标间的相关性造成的评价信息重复的问题;评价过程中主观判断较强,2014)。层次分析法比较适用于多指标、多层次、(孟展多方案的系统综合评价和决策,,简洁性,表现形式简单易于操作实用性,定量定性分析均可但对于决策问题有较高的定量要求时不能单纯使用其进行评价,决策者应该对所面临的问题有比较深入W及全面的认识。灰色综合评价法主要用于研究事物或因素之间关联性,有利于对灰色动态过程发展态势的量化比较分析;对样本大小要求不高,选择灰关联系数的标,计算简单且应用方便;但不适于直接处理定性的问题准可直接影响最后的评价结果。关于耕地生态风险评价,目前多采用综合评价法,较少揭示单个测度指标的评价信息,亟,不能有效挖掘耕地生态风险存在的具体问题需改进耕地生态风险评价方法。为了提高耕地生态风险评价的科学程度,本研究选用物元分析法评价耕地生态风险。66 第5章耕地生态风险评价5.3.2物元分析模型本文运用物元分析的理念,建立耕地生态风险评价模型,同时采用改进的摘值法确定评价指标的权重,可W比较全面、客观地对耕地生态系统的风险状况进行诊断。根据物元分析方法和改进的摘值法构建耕地生态风险评价模型(余健等,2012;郑华:伟等,2014),主要步骤如下(1)确定耕地生态风险物元耕地生态风险化耕地生态风险特征C和特征量值V共同构成耕地生态风险物元。……假设耕地生态风险N有多个特征,它Wn个特征CC,CV,,,和相应的量值V,,12nI2V。描述,则表示为:'NCv1,,cVRj==-R公式。1);:CV."」-=式51中民为n维耕地生态风险物元民(Nc,V)。,,简记,(2)确定耕地生态风险的经典域耕地生态风险的经典域物元矩阵可表示为:CV'1A^仁<。6〉,Xlw,1",却1/却「仁V[<幻,占>2。片2。"却2八千D=(W、==公式-勺2、况Cv(5),,)WWi〇ijj:;::CVC<a,b>。〇jn?邮〇jn___式5-2中,Ro称为经典域物元N表示所划分耕地生态风险的第个评价等级;ojjj=…(l,2,,m)C表示第i个评价指标区间<a,对应j;i;〇i评价等级j的j量值范围,即经典域。(3)确定耕地生态风险的节域耕地生态风险的节域物元矩阵表示为:NC<ab>p、p、,p、<。〉畔2二cV二公式-3RN)(5)(,,ipp,p产C<a,b〉"pnpn-_-ab>C式53中P<,,R称为节域物元;Vi,i为节域物元关于特征i的量值范围pppp=…风险评价等级的全体显然有<斬b>c<ab>(il,2,P表示耕地生态,,〇ii,i,pp67 南京农业大学博壬学位论文—耕地生态风险评价与调控研究n)。(4)确定待评物元把待评对象Nx的物元表示为Rx:CVli民=-公式(54)xc".V(5)确定关联函数及关联度=令有界区间X〇[a,b]的模定义为:=6-。公式-(55)I刮|1一点=某X到区间Xd[a,b]的距离为:X=X-—--乂口+66G(56口(,()()公式)。)S5则耕地生态风险评价指标关联函数K(X)的定义为:-X朱。)[xe乂x,。\1'=-7K似公式(5)—^xgX,。xX-xXp{,)p{,[^^)-=式57中,P(X,X〇)表示点X与有限区间X〇[a,b]的距离;P(X,X)p=表示点X与有限区间X[a,b]的距离X、X。、X分别表示待评耕地生态风险物ppp;p元的量值、经典域物元的量值范围和节域物元的量值范围。(6)评价指标权重确定对于耕地生态风险一,不同评价指标的影响程度存在定的差异,为了反映这种差异性—,需要对耕地生态风险评价指标赋定的权重,本研究采用改进的摘值法来确定耕地生态风险评价指标权重(郑华伟等,2012;张锐、刘友兆,2013);1)评价指标标准化处理。由于不同的指标具有不同的量纲和单位,为了消除量纲和量纲单位的不同所带来的不可公度性,需要对指标数据用标准化法进行变换:-===-X-Xl,m2(5Xj)/i,2,...l,,...,n公式8){;jJy式中,S是第,乂为标准化后的指标值,为第j项指标的均值项指标的标准差。j;j2)为了清除负数,进行坐标平移。+公式(5-9)68 第5章耕地生态风险评价式中,为平移后的指标值,H为指标平移的幅度。'=3)计算第项指标下的i个样本值的比重.Z7;^^j巧;J;=(1>4)计算第项指标的滴值。其中。1〇0,111为自然对数,0j9i^^=Z=mC取极大值如果义对于给定的j全部相等,那么vl/,此时,即;;£《;j=1/二—丄丄二二l/=查皂e足VIn足In/w。若设Alnw,10e1。巧,所从j5)计算第项指标的差异性系数:ja各==6)定义第j项指标的权重W;wl,2,...,nigjj,jj&Sj-='1(7)计算综合关联度并确定评价等级待评对象N、关于等级的综合关联度K(Nx)为:jj=-KNWKx(510)j(:)么yji,)公式-=,1-式510中,K(Nx)为待评对象Nx关于等级j的综合关联度(X)为待;Ki评对jj=…象Nx的第i个指标关于等级的单指标关联度(;,,Wl,2n)为各评价指标的jj;U==…max[K(X)]2n)ii权重。若K,(l,,,,j待指标属于耕地生态风iij贝评对象第jj==2…N险等级若Kxmax[K(Nx)],n,l,,),则待x属;U评对象于耕地生态风jjj险等级。j5.4本章小结耕地生态风险受体是耕地生态系统,耕地生态风险的风险源可W分为自然风险源和人为风险源,自然风险源主要是指自然灾害,人为风险源主要包括耕地非农化、边际王地开发、耕地过度利用、环境污染加剧、农户生产行为方式变化等;可能的生态终点包括耕地生态服务功能下降、±壌污染、±壌养分含量下降、±壌盐溃化等。基于特征映射理论构建耕地生态风险识别模型,从耕地生态风险管理目标特征域(自然环境适宜、景观格局合理、农业生产功能稳定、生态系统功能稳定)到耕地生态风险管理目标危害特征域,再从耕地生态风险管理目标危害特征域到生态风险因子特征域,能够诊断耕地生态风险主要因子,进而构建耕地生态风险评价体系。69 南京农业大学博±学位论文一一耕地生态风险评价与调控研究、根据耕地生态风险形成过程耕地生态风险识别结果,通过特征映射模型开展从生态风险因子特征域向生态风险评价指标集合的映射,构建耕地生态风险评价指标,包括自然系统、生态系统服务功能、景观格局H个方面28个指标。对比已有评价方法,选择物元分析方法、改进的摘值法作为耕地生态风险评价模型。70 第6章耕地生态风险调控第6章耕地生态风险调控耕地生态风险具有显著的复杂性、动态性和不确定性,因此对于耕地生态风险的研究不能仅停留在生态风险形成和生态风险评价的阶段,还应该对生态风险的发展和一变化展开持续的监测和拉制。本章在生态风险形成、生态风险评价的基础上,进步、探讨耕地生态风险控制和防范的方法,从生态风险监测与预警体系的设计生态风险调控体系的构建、生态风险调控策略的选择等方面进行论述。6.1耕地生态风险监测预警6丄1生态风险監测生态风险监测是指运用各种技术和方法,测量、监视生态风险变化W及各诱发因素动态变化的工作,它是预测预报生态风险的重要依据。(1)生态风险源监测生态风险源的监测主要是对风险源进行实时监测,明确风险源是,进行对比分析否发生明畳变化,W及是否出现了新的风险源。自然环境的变化很容易引起风险源的改变一,而在经济利益的驱使下,农户的农业生产行为W及企业的生产行为都会具有定的偏向性,为了经济利益而罔顾生态环境。而农户W及相关人员的认知水平决定了人们对于风险源的认识。由于种种外部环境W及内在因素的影响都会使风险源发生变化,因此对于风险源的监测就显得十分必要。一(2)暴露响应监测一暴露响应监测主要是监测各风险源在评价区域中的分布、流动,W及风险源对生态系统及其风险受体的损害程度的监测。风险源的发生对于耕地生态系统的造成的危害需要通过长期的野外监测,并结合其他学科的的相关知识进行评估。在耕地生态、风险评价中,生态风险对于耕地生态系统的影响主要通过王壌性状水环境和生物、生境与景观这H个途径显现出来一,因此,暴露响应监测主要是通过对主壤性状、水环境和生物、生境与景观这三个方面的监测展开。±壤性状是能够反映耕地生态环境状况最直接的指标,对±壤性状的监测主要包括了±壤侵蚀程度、±壤盐溃化程度、±壤肥为、止壤污染的监测。水环境和生物的监测主要包括了水位、水生生物的监测。生境与景观的监测主要包括了植被覆盖、生物多样性、生物空间格局的监测。6丄2生态风险预警,对监测得到的数据进行分析生态风险预警是指在生态风险发生之前,分析风险71 南京农业大学博止学位论文—耕地生态风险评价与调控研充发生的可能性W及可能会带来损失的大小,并及时向有关部口汇报,最大程度的减少风险可能带来的危害的行为。(1)预警的原则①预防为主原则,预防为主原则要求人们时刻保持警觉,深刻认识到风险发生所带来的危害,,把对风险应对的各项工作落实到平时的各项工作中去完善监测网络,增强预警能力,运用己有的科技手段防止风险的发生或者尽可能的减少风险带来的损"是对人类社会发展失。②与人为本原则,人为本与人类自身安全最基本的尊重。与人为本原则要求风险预警首先应该密切关注与人类生活息息相关的警情的监测,提一高人类自身发展的安全,满足人类最基本的生活生产的安全需求。③第时间原则,""预警要把握一时间原则第,只有在最快的时间内准确的掌握警情信息,才能最大限度地争取财力与物力,有利于姐织机构更好的应对风险的发生,有效的防范险情的一蔓延。④协同运作原则,风险的预警是项复杂的工作,涉及到各个相关部口,包括了组织机构相关人员、农户和相关企业,如果每个人都各行其是,不服从安排,资源无法合理调配,那么就无法将警情及时发布出来,将会带来十分严重的损失。(2)预警的等级不同的生态风险发生造成的危害程度都有所不同,因此,警情由低级到高级相应的可划分为一般一、较重、严重、特别严重四个级别。①般等级,风险发生的概率较低,。即使发生风险,带来的损失不大相关部口及时关法,积极应对,风险很可能避。免即使发生风险,只需较少资源的调配就能解决风险带来的危害;②较重等级,风险发生的概率较大一,风险发生后,相关部口需要定的时间进行处畳,总的来看,这种等级的风险发生后,所带来危害的影响面积还较小。③严重等级,风险发生概率较大,风险发生后相关部口需要调配较多的资源进行处置,并且难在有限的时间处理完毕,这种等级的风险发生所带来的危害严重。④特别严重等级,风险发生的概率特一别大,,风险随时会发生,风险旦发生相关部口需要调配该地区大部分的资源,并且需要较长的时间处理风险发生带来的危害,这种等级的风险发生后,危害时间长,危害面积大。(3)预警的阔值生态风险发生预警阀值的确定主要考虑两个方面的内容一:第,风险发生的概率与风险发生带来的损失;第二,进入应付风险的紧急状态所消耗的社会资源。从风险发生的概率来看,阔值越低越好。当某项风险发生的概率较低时,并且当下风险发生带来的损失也较低时就进行预警,可W及时有效的避免风险的发生。但是,当某项风险进入紧急预警状态需要耗费较大的人力物力时,就需要考虑其预警的成本,假设最终风险没有发生,那么进行风险预警所消耗的资源就是这次预警决策所要付出的成本,72 第6章耕地生态风险调控一。从这个角度出发,风险预警的阔值越高越好但是,如果预警阔值确定的较高,旦风险发生就会带来巨大的损失。因此,预警阔值的确定需要结合该区域实际情况实事求是的确定。6丄3生态风险监测预警内容从生态风险监测预警的工作内容来看,主要包括H个方面的内容,即生态风险监-测、信息评估、生态风险预警(图61)。监测网络/风险监测令^重大风险源P\ ̄信息报告■^ ̄ ̄ ̄信息采集吁险—1、倍息评估测——信息分析2I带'预瞥级别/ ̄■-风险预警^预警发布\预警梢施-图61生态风险监测预警的主要内容-Fig.61Themai打contentofecologicalriskmoni化ringandearlywarning一生态风险监测是指通过先进的科学技术,预测某,收集相关的险信息风险的发展动态。具体来说,生态风险监测主要包括1^|下的内容:①完善监测网络建设,监测网络主要包括建设水文、气候、植被、地质等监测网络;②注重重大风险源的实时监一,发现变换要第时间汇报信息报控,对于重大风检源要配备专人定点定时监测;⑤告制度,,建立完善的信息上报制度。要求在各个村和有关单位配各专职的人员及时报告检测信息,对获得的,建立信息报告制度。④信息评估主要是指运用先进技术风73 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧险信息进行全面的分析。信息评估是预警信息发布的基础,亦是预警措施的科学依据。信息评估主要包括两个方面的工作:首先,进行信息的采集,相关部口通过科学手段及各种途径收集相关的风险信息,在此基础上,用科学合理的方法对获得的风险信息进行分析、判断,及时汇总分析风险发生的可能性。6丄4生态风险监测预警发布机制生态风险一旦发生一,就会带来相应的损失,而风险预警却需要耗费定的成本,只有预警信息的准确及时,才能最大程度利用有限的资源,减少或者阻止风险的发生。建立健全的预警发布机制,是正确及时预警的保障。建立预警发布机制主要包括W下工作:(1)建立预警机构。建立专口的生态风险预警机构,配各专业的机构人员,明确预警机构各个部口的职能。建立预警机构后,应该尽快开展风险监测预警的相关政策研究,构建风险预警的政策体系,完善应急预警机制。立预警系统一(2)建。预警信息的准确性是预警决策行为的第关键要素,错误的预警信息不仅不会减少风险的发生,还会浪费大量的人力、物力,因此准确的预警信息是成功减少风险发生的关键,而准确的预警信息则依赖于科学的预警系统。科学的预警系统不仅要结合该区域的实际情况,还要结合当前先进的科学技术。建立预警系统时可W请教相关领域的专家,并且对预警机构的人员进行专业的培训,最终建立一个科学有效、符合实际情况的预警系统。(3)投入机制。科学的预警系统可W及时准确的发布预警信息,预警信息的准确性依赖于预警系统的运行,而预警系统的运行少不了对设备的操作与维护,设备的一个合理的投入机制则是科学预警的前提运作需要响应的资金投入,因此。经费如何使用,使用在哪些方面都需要进行书面规定,确保经费的不浪费W及合理的使用。6.2耕地生态风险调控体系的构建,在内部构成要素和外部环境发生变化时耕地生态系统属于自适应能动系统,可W通过自适应能力进行调节。耕地生态系统中,可能发生变化内部构成要素和外部环、境主要包括,地质构造气候状况、主壌结构、地形地貌、价值观念、人口结构、生产方式,经济结构、技术结构、资源利用方式等。耕地生态风险调控的总体目标是在保证正常的农业生产功能的前提下,充分了解各个风险区的特点和风险评价结果,科学管理主要风险源一,使目标评价区域成为个农业生产功能稳定,生态环境优美的区域,最终实现经济狂会可持续发展,具体的调控目标包括:生态环境适宜、生态功能74 第6章耕地生态风险调控稳、定生态结构合理。通过控制这些目标,保证耕地肥力、±壤质量,灌概用水安全。W及大气生态环境健康,从而达到耕地生态风险调控的目标耕地生态风险调控最终目标是实现耕地生态系统的健康运行,根据社会经济发展的目标保持耕地生态系统持续性的良好运行,从而实现人类生存和发展的可持续性。6.2.1构建原则耕地生态风险调控体系的构建原则主要包括有效性原则、持续性原则、因地制宜原则、灵活性原则。(1)有效性原则。耕地生态风险调控要能够及时发现耕地生态系统己经存在的问题或者可能存在的隐患,并且采取有效的调控措施,这样才能及时有效的规避耕地生态风险,促进耕地生态系统安全运行。(2)持续性原则。持续性原则就是要求将影响耕地生态系统安全运行的风险因一定的弹性范围之内子持续性地限定在,不能为了短期的利益而牺牲整个耕地生态系统。一(3)因地制宜原则。不同区域的±壌结构、性质不太样,耕地生态系统具有一区域差异,耕地生态系统面临的定的差异,为了有效;在不同的发展阶段风险存在规避耕地生态风险,需要因地制宜,具体情况具体分析,针对不同的风险源提供不同的调控措施。(4)灵活性原则。由于不确定性因素的存在,耕地生态风险调控期望目标与实一际情况可能存在定偏差,,因此在耕地生态风险调控体系构建中体系设计、实施手段要具有一定灵活性,调控实施过程中若出现意外情况调控措施仍然能够保持有效。6.2.2构建思想耕地生态风险调控体系的构建思想主要包括系统思想、动态思想、集成思想(颜颖,2008)。(1)系统思想一耕地生态系统是个复杂的动态系统,由多个不同的子系统组成,具有多层次性,并且涉及到环境、资源、经济和社会多方面的内容,各个子系统之间相互联系、相互一影响,其,构成了个错综复杂的有机整体。耕地生态系统的影响因素众多不仅仅受到自身本体系统的影响,还受到诸多外部环境的影响,各影响因素之间关系复杂,因,在研究耕地生态风险问题时,从整体的此,就必须W系统论思想为出发点高度综合考虑各种相关的因素,通过分析、判断、推理等程序,建立风险评价模型对耕地生态75 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研巧风险进行综合评判,构建最优的调控方案。(2)动态思想随着社会经济的发展,耕地生态系统所处的环境也在不断的变化过程中,因此,为了能够更好的对耕地生态风险进行调控,就必须考虑到调控措施的适时性和动态性。随着社会的进步,,科学技术水平也不断提高有些风险可随着科技的进步而逐渐减轻,而有些新的潜在的风险也在逐步形成,这种风险不断变化的现状,就要求我们不仅仅要从系统的角度考虑生态风险问题,同时要动态的思维方式对风险进行跟踪和分析,在复杂的和不确定的条件下,不断收集、整理和识别生态风险信息,实施动态的风险管理。(3)集成思想一个长期的过程人们对耕地的利用是,外部环境的变化对于耕地生态系统的影响也是长期的,这种动态的漫长的时间性会带来许多不确定性的因素,分散的、孤立的风险管理措施无法适应这种长期的风险调控的要求,因此需要W集成的思想动态的对,对各种信息进行集成,有效耕地生态风险进行调控,各部口之间相互配合的避免沟一通上信息不对称的问题:是知识集成,将专家、研。集成思想主要体现在王个方面究人员、数据和各种信息有机结合起来,把各种学科的科学理论和人的智能结合起来,发挥系统的整体优势和综合优势;二是过程集成,打破传统的孤立、分散的管理模式,将各个部口和相关人员有效统一一一起来,共同协调,统方向与策略形成个有效的组织系统H是信息集成,运用相关的,利用计算机技术,将各种数据有效的结合起来;技术方法,如特征映理论、物元分析模型等对生态风险进行分析,建立风险管理系统,对耕地生态风险集成管理。6.2.3构建主体耕地生态风险调控的主体主要包括了政府部口与农户,由于两个调控主体所处位置的不同,其行为方式也不相同,在耕地生态风险调控过程中所应尽的责任和义务也有所不同。(1)政府部口政府部口是耕地生态风险调控行为的倡导者、主持者。从某种程度上说政府部口是耕地生态系统良好运行的利益既得者的代表者,它享受着耕地生态系统良好运行所带来的经济效益、社会效益和生态效益,耕地生态系统的健康运行所带来的各种效益一方面支撑着社会经济的可持续发展另,政府部口也是耕地生态风险的责任承担者,;,政府部口须从经济社会可持续发展角度出发由此可见,出台科学合理的耕地生态风76 第6章耕地生态风险调控险调控政策、制定耕地生态风险调控措施、筹集耕地生态风险调控保障资金、建立完善的调控监管体系,实现耕地生态系统的良好运行。1)出台科学合理的耕地生态风险调控政策。政府部口是决策的制定者,负责对整个社会的耕地生态风险进行调控,所W,政府部口在出台相关调控政策时,不能只顾眼前短期利益,,应该从长远的、可持续的角度出发制定和出台科学合理的调控政策。这些政策应该具备两个特征,首先,出台的调控政策必须与当前经济社会的发展需要相协调、相适应;其次,这些调控政策的内容应该强调代内公平与代际公平。2)制定有效耕地生态风险调控措施。制定有效的耕地生态风险调控措施是耕地生态风险调控政策得W实施的重要保障。政府部口在出台科学合理的耕地生态安全调控政策的同时,也要通过制定有效的措施,保证政策的实施。这些措施应该具体包括对调控政策实施过程的规定、明确政策执行者的权力和责任。3一)积极筹集耕地生态风险调控保障资金。健康的耕地生态系统是种公共物品,在现行的地方政府绩效考核机制下,要让地方政府自掏腰包去保护每个人都能受益的公共物品,不符合地方政府收益最大化的原则;而广大的农民对耕地进行耕作的目的就是为了获得经济效益,更不可能考虑耕地生态风险问题。所W,筹集耕地生态风险一项重要的责任与义务调控保障资金是政府部口在耕地生态风险调控方面的。4)建立完善的调控监管体系。政府部口作为国家权力机关,负责制定耕地生态风险调控的政策,并且在耕地生态风险调控过程中,积极组织、指导农民群体的耕地生态风险调控行为,在此基础之上,政府部口还是调控政策是否实施到位的胳督者,一要规范农户的耕地生态风险的调控行为。总而言之,只有建立起套完善的监督管理程序和措施,才能使耕地生态风险调控落到实处。(2)农民农民群体是耕地生态风险调控行为最直接的主体,是耕地生态风险调控的直接行动者,直接关系着耕地生态风险调控政策的成效。耕地生态风险调控中的很多关键环节如农药和化肥施用,所W,农民群体是整个、耕作方式等都由农户直接参与、控制耕地生态风险调控中最关键的执行者,其承担的责任和享有的权利主要包括W下两个方面的内容:1)接受地方政府委托,积极开展耕地生态风险调控。农民群体应该积极配合地方政府的工作,对耕地生态系统中存在的生态风险问题进行摸底,向地方政府反馈,W利于地方政府统筹安排组织耕地生态风险调控的具体措施。同时,农民群体按照地方政府部署的耕地生态风险调控措施与实施计划,针对各自耕作的耕地实施耕地生态风险调控行为。77 南京农业大学博±学位论文一一耕地生态风险评价与调控研巧2)农民群体享有从地方政府获得补偿的权利。由于执行耕地生态风险调控措施,可能会造成粮食产出下降,因此,农民在接受地方政府关于耕地生态风险调控的委托,,能够从政府补助基金中获得经济补偿承担耕地生态风险调控责任的同时;作为弱势群体,农民在系统中地位不高,政府部口需要建立强有力的政策与制度来保障农民的权利。6.2.4耕地生态风险调控体系生态风险控制是指根据生态风险管理目标,在对可能出现的生态风险W及耕地生态环境状况实时监测的基础上,采取不同的风险应对措施来尽可能减小生态风险的活动。生态风险控制主要包括两项任务:生态风险监测和生态风险应对。生态风险控制的目标有两个一二:是尽早发现风险触发因素是当生态风险,避免生态风险的发生;发生后,尽量减小生态风险的严重程度。下面将详细介绍生态风险监测和生态风险应对的具体工作内容。61.2.4.环境监测体系耕地生态风险监测是指随时关注耕地生态风险因子的变化情况,当发现生态风险因子的值触及了相应的阀值的时及时发出警报的活动。在前文中已经对耕地生态风险的主要因子进行了识别,在不同的地区或者不同时间的情况下,各个风险因子都会产生不同的变化,甚至于在某些极端的情况下,会出现新的之前尚未识别的风险因子。一因此,对于耕地生态风险的因子的认识是个长期持续的过程在这个延续的过程中,我们需要不断的完善耕地生态风险因子的特征域,并且及时调整生态风险的调控措施。本文中主要从自然环境、经济环境、社会环境H个方面入手对耕地生态风险进行监测。1)自然环境自然环境是指能够对耕地或者耕地活动产生影响的自然条件,主要是指气候条件、降水、气温变化W及自然灾害等。自然环境的变化会最直接的影响到耕地生态环境,对生态风险因子的影响也是最直接、快速的。在对自然环境进行监测时需要准备相应的监测设备,对于监测数据要及时采集,对于采集的结果也要及时分析,积极分析自然环境的动态,可W对分析结果进行合理的预测,及时调整耕地生态风险的调控策略。2)经济环境经济环境主要是指农户为了经济利益对±地资源不合理的利用,W及相关企业为78 第6章耕地生态风险调控了经济效益排放污染物造成了耕地生态环境污染。这种对于经济利益的追逐而导致的各种威胁耕地生态环境的活动的发生,是耕地生态风险调控过程中需要密切关注的。不管经济因素对耕地生态环境的影响是间接的还是直接的,这种影响都会使生态风险因子产生相应的变化。因此,需要密切关注经济环境的变化,可W通过定期的访谈或者调研来获得其对耕地生态风险的影响程度。3)社会环境社会环境对耕地生态风险的影响主要是指进行耕地生产建设活动的农民的知识水平、社会进步等情况,农户化及相关企业人员对于对于生态风险的认识会对耕地的开发与保护产生深远的影响一方面决定了对生态环。农户与相关企业人员的知识水平一,这些方面都间接或直接境保护的认知,另方面决定了农业生产水平的现代化程度一,的影响了耕地的生态环境从而对耕地生态风险因子也产生了定的影响。因此,对一于社会环境的监测有助于对耕地生态风险的进步分析,从而有助于避免此类风险分发生。6.2A2过程控制体系生态风险过程控制是指在活动的全部过程中,根据生态风险管理目标,在对可能出现的生态风险W及耕地相关活动进展实时监测的基础上,采取不同的风险应对措施来尽可能减小生态风险的活动。耕地生态系统错综复杂,而与耕地相关的活动或者方案实施时间又比较长,因此耕地生态风险调控需要对与耕地相关的活动的整个珪程进行控制,需要根据不同活动阶段的特点进行分别调控,分别制定相应的调控方法与措施。生态风险过程控制主要包括H个阶段的控制:决策阶段、实施阶段和反馈阶段(颜颖一,2008)。生态风险过程控制的目标有两个;是尽早发现风险触发因素,避免生态风险的发生;二是当生态风险发生W后,尽量减小生态风险所带来的损失。1)决策阶段耕地生态风险调控的决策阶段的主要任务是;明确耕地生态风险调控的具体目标,比如生态结构合理、生态环境适宜、生态功能稳定等,了解耕地生态系统的内部、外部环境,分析各种约束条件,从经济效益、生态环境、生产技术水平等方面对相关的活动、方案进行分析和评估,找出耕地生态风险的主要因素,通过制定相关规章制立风险管理组织。度明确参与各方的责任和义务,建,制定风险调控计划2)实施阶段实施阶段主要是对相关活动和方案的实施过程进行跟踪和控制,从而有效的控制生态风险的程度和范围,及时发现可能发生的生态风险。如果出现政策变动,或者自79 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研巧然环境、社会环境的变化,要及时变更风险预测结果,根据预测结果及时对活动方案进行调整。实施阶段的活动主要包括监测耕地生态环境、社会环境、经济环境的变化,注意引导农户对于高科技产品或技术的应用,定时对农户或者相关企业进行培训,确立正确恰当的实施方案。当是生态风险出现新的变化时,要分析原因,采取措施予W控制。3)反馈阶段反馈阶段是生态风险过程控制的最后一个阶段,也是关系到前面的决策方案,实一个重要环节一施方案是否正确的。在这环节中,首先要对所进行的活动和方案对耕地生态环境带来的影响进行全面的评估,将评估结果与活动实施过程结合起来对比分一析,进步辩证的评估具体的活动措施的合理性。但由于耕地生态系统的复杂性,有很多活动结果的反馈可能要经历一个相当长的时间,因此,在这个阶段需要组织相关的人员专口对耕地生态系统进行监测、评估。6.2A3调控组织体系耕地生态风险调控的组织体系是指各个部口之间共同协作,相互配合来实现对耕地生态风险的调控。耕地生态风险调控涉及的部口较多,容易造成各个部口交叉管理、效率低下的情况,因此各个部口之间的协作是完成耕地生态风险调控的首要条件。这其中主要是指通过行政手段、法律手段、行政监督W及经济手段之间相辅相成来实现对耕地生态风险的调控。耕地生态风险调控的组织体系是耕地生态风险调控的首要辅助体系,离开了沮织体系的支撑,耕地生态风险调控便没有办法施行下去。按照耕地生态风险调控的过程,组织体系主要包括政策导向、法律手段、行政命令W及经济手段。耕地生态风险调控的政策在具体的实施过程中可yA具体分为调控目标政策、实施政策、绩效考核政策和处罚政策。调控目标政策就是为了实现耕地生态系统良好运行的目标而制定的政策。调控目标政策制定了总体的需要实现的政策,同时还将耕地生一些具体的政策态风险调控的具体政策进、步细化为更为具体的目的,将送目的落实到每一个调控的执行环节中去、,将政策细化具体,可W更好的保证总体目标的实现。调控实施政策是指为了保证耕地生态风险调控的总体目标实现还具体制定的实施程。在具体的实施过程中,还需要详细描述在政策实施过程中双方主体的任务及责任。绩效考核的制定是为了能够更好的实现耕地生态风险调控的目标,根据绩效考核的具体规则,可W目标实现的具体实施过程进行优劣判断,对于高效率完成目标的W防要80 第6章耕地生态风险调控给予一定的鼓励乃至物质奖励,对于没有能够按时完成目标或者目标完成情况糟糕的一方要进行惩罚。法律手段是耕地生态风险调控行政体系的重要组成部分,法律手段是通过法律、法规W及制定和实施这些法律规章制度的工作人员共同组成的整体,来调节和管理耕地生态风险调控利益主体行为的过程一。通过制定系列的法律法规保证了耕地生态风险调控行为的实施。耕地生态风险调控的法律手段不仅仅制定了耕地生态风险调控的、目标,同时,各利益主体的行为需要用法律形式来保护约束和规范。只有通过建立完善的法律体系,才能保证耕地生态风险调控目标、调控任务、行为的顺利实现。执法者作为法律、法规的执行者,在耕地生态风险调控过程中,应该加强思想政治教育,让他们认识到保证耕地生态安全是一件有利于千秋万代的大事业,引导各级执法者树立良好的工作思想和态度一。另方面,对于业务执行者不仅仅需要他们学习耕地生态系统的相关知识,还需要学习在业务执行过程中怎么能够高效的解决问题。第H,建立健全的法律法规执行监督机制,发挥法律的公开、公正、公平的法律监督作用。行政命令是依靠行政的力量采取强制性措施,指挥或者直接控制耕地生态风险各利益主体的行为,来实现耕地生态风险调控。从本质上说,行政命令就是政府对耕地生态风险破坏行为进行限制或者禁止的规定。现行的基本农田保护区,±地用途管制等都属于行政命令的范畴。尽管,在当前的体制下,行政命令式的调控方式是行政体系中不可缺少的部分,,但是,如果使用不当将会破坏各主体的利益,同时破坏耕地*生态系统。虽然行政命令由政府发出,但是行政命令应该W社会利益最大化为1标,而不是服从于政府利益的最大化。一定的经济理论指导下经济手段是指在,通过实施相应的经济手段调节各行为主体的经济利益来影响各个行为主体的行为,从而达到影响耕地生态系统的良好运行的目的。在耕地生态系统的经济体系中,资金充足是有效规避耕地生态风险的基础保障,没有资金的支持,耕地生态风险的调控能够措施几乎寸步难行,更无需说是如何高效的完成调控目标了。所W资金的到位是耕地生态风险调控的保障,在实施具体的调控政策之前必须先进行资金的筹措,资金可^从耕地占用税和止地出让金(等方面筹措而来。除此之外,,还可W通过其他方式建立科学合理的筹措制度,筹措到更多的资金。在资金使用方面,对资金的使用方式,进行公开公示,接受人民群众的监督,保证耕地生态风险调控资金用在实处,促进耕地生态风险调控的顺利进行。其中,经济补偿在耕地生态系统保护方面发挥着重要的作用。地方政府将耕地生态风险调控措施的实施委托给农民群体,农民群体通过实施耕地生态风险调控行为,其经济产出可能受到一定程度的影响,通过经济体系中的经济,为了切实维护农民群里的利益不受到破坏补偿手段,建立完善的耕地生态补偿制度和补偿标准,保证耕地生态风险调控的顺利81 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧一。实施另外,经济奖励与处罚是对耕地生态风险调控过程中各利益群体功过行为的种有效的处理制度>1。经济奖励与处罚是!^耕地生态风险调控实施行为的效果作为参考""指标,,实行有功者奖、有过者罚的激励机制有效的调动耕地生态风险调控中各利益群体切实进行耕地生态风险调控的积极性一。从另方面说,经济奖励与处罚不仅仅可W激励耕地生态风险调控的实施者一,还是种对委巧代理模式的补充,在整个耕地生态风险调控中起着十分重要的作用。6.2A4调控技术体系一个步骤都需要相应的技术支撑耕地生态风险调控的每,耕地生态风险调控技术体系包括耕地生态风险识别技术、耕地生态风险评价技术,W及在耕地生态风险控制技术(刘委波,2013)。耕地生态风险识别技术、耕地生态风险评价技术前文已阐述,本部分主要构建耕地生态风险控制技术体系。耕地生态风险信息收集技术,在信息收集过程中,需要采用的技术多种多样,包括水质信息监测技术、±壤信息监测技术、气象信息监测技术。参考借鉴《农田止壤395—2000-环境质量监测技术规范》(NY/T),《±壤环境质量标准》(邸巧6181995)、-《农田灌概水质标准》(GB50842005)等,收集相关信息。充分运用遥感(RS)、地理信息系统(GIS)技术,采集精确定位的空间数据,对不同时段和不同区域的数据进行时空分析。耕地生态风险信息数据库建设技术,在信息数据库建立中,需要依靠数据库技术、GIS技术。耕地生态风险调控需要处理大量空间数据和属性数据,数据库技术强大的、。I数据组织管理和分析处理功能,是耕地生态风险调控技术支撑的重要组成部分GS技术在耕地生态风险调控的应用主要包括生态信息数据库建设、空间分析和信息的视,可W通过WEBGIS技术开展耕地生态风险信息数据库建设觉表达,进行数据空间分析、信息输出。耕地生态风险信息扩散技术,在当前耕地生态风险管理信息不完各的情况下,信息扩散技术值得关注;有效的生态风险识别、生态风险诊断的前提是对所有可能的生态风险发生的可能性、程度有详细的了解。依靠信息扩散技术,可W收集耕地生态风险相关信息,开展生态风险诊断。此外,耕地生态风险调控涉及生物工程技术、灾害治理技术、止地修复技术、农业生产技术等方面一,通过耕地生态风险调控控制技术将耕地生态风险控制在个相对稳定的范围之内,从而保证耕地生态系统正常运行,才能最终保证人类生存和发展的可持续性。82 第6章耕地生态风险调控6.2A5调控机制体系生态风险调控机制主要是指为了保证生态风险调控活动正常有效的进行,各个部口之间合理分配工作而制定的规则,主要包括了计划机制、沟通机制、应急机制和监督机制(颜颖,2008;谢家智、周振,2014)。(1)计划机制生态风险调控的计划机制是指通过书面的计划书的形式确定耕地生态风险调控的有关活动的安排,主要包括了耕地生态风险调控组织机构与相关工作人员的安封h开展生态风险调控相关活动的具体时间的安排,W及在风险调控过程中需要使用到的具体的技术,方法等内容。将耕地生态风险调控具体的任务活动W书面的形式确定下来,可!^有效的约束与规范相关工作人员的行为活动,明确的知道是哪些相关部口在什么时间通过什么方法对耕地生态风险进行调控一,并且取得了什么样的成果。另方一面,生态风险调控的计划书也可W看做是对耕地生态风险调控的种记录,方便日后。对相关活动进行回顾检查,从而能够更加准确的实施耕地生态风险调控的相关活动一成不变的但是,耕地生态风险调控的计划书不是,需要根据实际的调控情况进行适当的修改,但是具体的修改方案也需要由相关的实施人员或者专业的技术人员提出书面的修改方案,同时经过具体的实施部口、从事生态领域的专家和相关农户的讨论,,确定最终的修改方案W保证计划书的准确性与权威性。(2)沟通机制唉沟通机制主要是指信息的沟通,,由于耕地生态风险调控需要各个部口分工协作、因此各个部口之间需要建立良好的沟通机制,同时,与专业的科研机构高校之间也要建立信息沟通机制。首先,,在各个部口之间需要建立耕地生态风险相关的数据库不同的部口提供各自职责范围之内的数据,,并负责数据更新任务。此外耕地生态风,,险调控还需要科研机构的参与,就目前的实际情况来看信必不对称情况时有发生为了能够更好的将理论运用于实际,同时促进该研巧领域的发展,需要信息共享,建立完善的信息传导、沟通机制。信息沟通可W通过风险监测报告、会议、小组讨论、网络交流平台等方式实现,最终,加强各个部口之间的沟通将这些形式固定下来,充分发挥其作用。沟通机制是险情上传下达的通道,是耕地生态风险调控的机制保障,在风险调控机制中发挥极其重要的作用。(3)应急机制应急机制是指,当造成耕地生态风险的因子发生突发,通过制定相应的应急预案。状况,启动应急,将损应急,将会给生态环境带来恶劣影响时预案失降到最低程度一预案的制定主要包括了人力、资金、技术各个方面的配备,旦突发状况发生,、物力83 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研究各项资源要在最快的时间内提供支持,风险调控措施在最短的时间内落实到位。影响耕地生态风险的因素复杂多样,而许多因素的变化往往是没有规律的,因此突发事件不可避免,那么应急措施就会显得十分重要。(4)监督机制由于人类是构成社会生态系统的主要组成部分,所W,在社会体系中,人的行为一发挥着非常重要的作用。同时,耕地生态系统安全作为种公共物品,涉及所有人或者所有群体的利益,因此社会体系,在耕地生态风险调控中发挥着特殊的作用。耕地生态系统安全作为一个公共物品,与整个社会中的所有辭体都有较强的联系一。耕地生态风险调控是个涉及社会、经济、自然等各个方面的复杂过程,由于政府部口的知识和经验所限一,耕地生态风险调控的决策会受到定的影响。在这种情形下,公众参与思得异常重要,政府应该广泛吸纳社会各个层面的意见,建立完善的民主程序,让广大人们群众的参与到耕地生态风险调控中来。发挥广大人们群众的智慧,不断完善耕地生态风险调控机制。壮会监督在耕地生态风险调控中的多个环节中都有所需求。通过社会监督,可W不断完善耕地生态风险调控资金的筹措和使用过程。同时,耕地生态风险调控的成效与过失,都应该要广泛接受人民群众的监督。6.3耕地生态风险调控策略W上对于风险的监测可有效的避免耕地生态风险的发生,然而有些风险还是会无可避免的出现,耕地生态风险调控不仅要避免风险的发生,对已经发生的风险也需要采取相关的措施把风险带来的损失降到最低。6.3.1生态风险应对策略(1)生态风险规避一种最简单的生态风险调控策略生态风险规避是,是在风险发生前就采取的策略。有些风险的发生往往是在进行某项活动之前就能够预计到的,为了杜绝送种风险的发生,我们可W从根本上停止相关活动,或者停止使用某些活动方式、技术使用等,但是与此同时可能会带来经济利益上的损失。在与耕地有关的活动中,人们往往更多的是注重经济利益,,特别是对于农民个体,经济利益密切相关很少考虑某些活动会给生态环境带来怎样的后果,因此,对于这种情况,政府部口需要出台相应的政策对一些可能会引起高风险的活动要严厉禁止相关活动进行引导,对于,采取风险规避策略。84 第6章耕地生态风险调控(2)生态风险减少当耕地生态风险的发生无可避免的时候,为了减少这种风险带来的损失,在损失发生之前可W采取相应的措施,比如提高技术水平等消除耕地生态风险的发生。(3)生态风险转化生态风险转化一般是指为了避免风险带来的损失,而有意识的将经济风险转移给相关的利益人。耕地生态风险管理的利益相关者主要包括±地管理相关部口,如国止资源局,与耕地相关的涉农企业W及直接与耕地相关的农户。生态环境优化所带来的一好处是很多人,与此同时生态风险带来的损失也是很多人共同承担的起共享的,因此与经济风险不同,生杰风险很难在相关利益者之间转移,但是生态风险可W转移为经济风险,,为了降低耕地生态风险发生的概率,可减少某项耕地活动但同时,有可能相应的经济利益也会减少,即把耕地的生态风险转化为经济风险。(4)生态风险自留生态风险自留是指在从事耕地相关活动之前已预计到某些风险的发生,并接受这些风险发生所带来的损失。风险自留策略可W是积极的也可是消极的,积极的风险,积极采取相关措施最大限度的降低风险带来的损失自留策略就是当风险发生(^后;消极的风险自留策略是当风险发生后,,认为风险带来的损失不大,不采取任何措施接受损失。6.3.2生态风险应对策略选择;一在般的生态风险应对中,人们对于风险损失的接受能力决定了风险应对策略的选择,人,但是由于耕地生态风险调控的外部性们的主观意愿就不能作为风险应对策。略选择的主要依据,更主要的考虑的是生态风险所处的等级在此基础上,本研究确-2的生态风险应对选择策略定了如图6,当生态风险等级较高,带来的损失比较严重一般时时,可W采取规避,就要采取规避风险或者减少风险的策略;当生态风险等级风险、减少风险和转化风险的措施,除了;当风险等级较低或者几乎不存在风险时规避风险、减少风险、转化风险,还可选择自留风险。85 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧—放弃活动^规避风险歴风於等竺巧级纺较再g一^放弃部分活动^IX一一.技术改进/—/J减少风险一风险等级般—方案优化转化为受的经龍风险AII/ ̄ ̄ ̄风险等级较低^风险损^J自留风险/II图6-2生态风险应对策略选择F-2nig.6Thechoiceofecologicalriskcopigmeasures6.4本章小结在耕地生态风险形成、评价的基础上,建立耕地生态风险监测预警体系,从环境监测体系、过程控制体系、调控组织体系、调控技术体系、调控机制体系构建耕地生态风险调控体系,并在此基础上分析了耕地生态风险的调控策略。86 第7章实证研究iW宜兴市为例第7章实证研究:从宜兴市为例本章在前面理论分析的基础上,W江苏省宜兴市为例,分析耕地生态风险形成、耕地生态风险评价,探讨耕地生态风险的规避路径与保障措施,对于提高耕地生态环境管理水平具有重要的意义,也为其他类似区域提供借鉴与参考。7.1区域概况7丄1自然条件概况'''°?°'经°?°宜兴市位于北绅31073137,东1193112003。该市地处江苏省南端、沪宁杭H角中屯、江长兴,东面太湖水面与苏州太湖水面相连,东南临浙,西南界安徽广德,西接常州澡阳,西北化连常州金坛,北与常州武进相傍。涵湖镶嵌宜兴和武进之间,H化(东洗、团化、西洗)相伴市区宜城东西两侧,属于无锡市行政代管(宜兴市统计局2013。、国家统计局宜兴调查队,)宜兴市地势南高北低,南部为丘陵山区,,北部为平原地区;东部为太湖续区西部为低注巧区。宜兴市最高峰的海拔达到611.5m,是黄塔顶;东部为太湖读区,适宜种植各种蔬菜,是宜兴市粮油主要产地。市内;北部和西部分别为平原区和低注巧区2,河流密布,纵横交错,交通运输系统较发达全市总面积1996.6Km(其中太湖水面2242.29Km),城市化率达到62.95%。宜兴全年温暖湿润,,年平均气温15.7摄氏度夏季平均气温为28.3摄氏度,降一-水丰润,春夏季节雨水较集中,农作物年23熟。全市有天然湖荡30个(不含太湖),己经探明的矿种有大理岩、石灰岩、煤、石英砂岩等27种。宜兴市具有茶园5000公顷,,年产茶叶6500吨是江苏省重要的茶叶产地。全市林业用地61.35万亩,主要用材有竹,、松、杉是江苏省竹林资源最丰富的地区。一""宜兴所产的瓷器享誉中外,特别是紫砂器具堪称绝,是著名的陶都,蜀山所特有的陶±是制作紫砂壶的上等原料,蜀山老街位于宜兴市下蜀镇蜀山西麓,它不仅是宜兴紫砂的发源地,也是明朝中晚期至上世纪60年代宜兴紫砂生产与销售的中一也。社会经济在不断发展,蜀山老街依然是宜兴市现存的最完好的条古街,并且在19%年被宜兴市人民政府列为市级文物保护单位。蜀山老街对于研究宜兴市的陶瓷经济具有十分重要的价值。87 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研究7.1.2社会经济概况一2012年宜兴市地区生产总值1085.98亿元,按可比价格计算,増长10.7%。第产业增加值47.68亿元,第二产业增加值581.22亿元,第H产业增加值457.08亿元(宜兴市统计局、国家统计局宜兴调查队2013。,,数据来源下同)全社会固定资产投资480J6亿元,工业.。,増长16.6%总产值为3120.39亿元,同比增长80%2012年全市固定资产投资一480.%亿元,同比增长16.6%,其中,第产业投资完成化59亿元,第二产业投资完成283.69亿元,第H产业投资完成196.28亿元。全市固定资产投资W民营投资为主,民营投资占固定资产投资比重继续提高,达到78.4%。公共财政预算收入平稳增长,共完成78.38亿元,同比增长10.1%。其中税收占比居于无锡首位。2012年社会消费品零售总额完成%8.%亿元,同比增长14.4%,城区消费品零售额完成154.39.68亿元,同比增长14.6%;镇区消费品零售额完成90亿元,同比增长15.4%,乡村消费品零售额完成123.88亿元,同比增长133%。农村居民人均纯收入16862元,同比增长12.8%,农村居民人均消费支出12523元,同比增长13.7%。2012年宜兴市全年农林牧渔业总产值77.4亿元,增加值47.7亿元,同比分别增长12.0%和12.2%,其中,农业产值40.1亿元,林业产值5.1亿元,畜牧业产值8.96亿元,,渔业产值17.0亿元,农林牧渔服务业产值6.2亿元,同比分别增长13.7%3.7%,〇〇〇〇161.4/〇,9.3/〇和10.4/〇。202年全市粮食播种面积102.89万亩,同比下降0.3/〇,全年粮食总产48.72万吨,同比增长0.3%。7丄3±地利用现状根据宜兴市±地利用变更调查数据,宜兴市2012年±地总面积2177平方公里。22王其中,农用地118416.79hm,占止地总面积的54.4%;建设用地38784.74hm,占2地总面积的54hm±地总面积的-。17.8%其他用地601.29,占27.8%(表71);。2011年6月,由江苏省国±厅、财政厅批准实施期限为1年的无锡宜兴农村止"地整治示范工程,该工程涉及全市4个镇,总投入14016万元,王地整理规模达23309hm。2012年,宜兴市通过主地复星、止地整理等手段,不仅成功坚守90.8万亩基本农田保护紅线,而且新增耕地6500余亩。同时,通过±地整理改善了农作条件,提升了农村生态环境建设水平,缩小了城乡差距,有为地推动了全市新农村建设。2012年全市共完成耕地占补复星项目99个,新增耕地5163亩;全年完成±地整理2.5万亩,新增耕地1400多亩,新建沟渠巧0公里、田间道路及生产道路200多公里、乗站68座,新栽绿化58000多株。新申报的官林止地整理项目,整理规模泣3.21万亩,88 第7章实证研巧=宜兴市为例2可新增耕地6%亩。2012年底全市耕地面积53021.87hm,占全市总面积的24.4%。,:主地利用的程度高.1%从宜兴市现有的主地利用结构情况来看,止地利用率为72,未被利用的基本上为湖泊及河流水面;农用地在±地利用结构中的比例为54.4%。-120表712年宜兴市±地利用现状T-1Yab.7Situatio打oflanduseinixingitin2012Cy2地类面积(hm)占总面积比例(%)小计118416.7954.453021.8724耕地.4农园地93的.的4.3角地林地29318.8913.5牧草地0.00.0其他农用地26707.0112.3小计38784.7417.8建城乡建设用地33499.0315.44684.^城镇工矿1.4568地*4.588农村居民点1881.6交通水利及其他建设用地5285.712.4小计60541.2927.8^水域58356.:5926.8^地1.0自然保留地2184.707.2数据来源与处理地理信息系统(GIS),遥感(RS)和全球定位系统(GPS)是近年来迅速发展的信息技术,这H种技术的有机集成可W自动的采集、更新、管理数据,并对数据进行分析运用。遥感技术可W快速、全面的提供宜兴市的地表的基础数据,包括不同空间分辨率、不同外貌特征的耕地生态系统的物理信息,是对宜兴市耕地生态系统进行空间格局分析的基本手段。地理信息系统技术则为宜兴市耕地生态系统各个要素的空间属性W及要素之间的因果关系、景观格局的分析提供了良好的技术支持。因此,3S技术强大的集成功能可W有效的为宜兴市耕地生态风险管理研究提供强大的数据支持,并且为宜兴市耕地生态风险管控政策的提出提供了技术保障。89 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研究7.2.1数据来源(1)基础地理数据来源:基础数据主要来源研究区域的社会统计资料,主要有人口、社会经济状况、主地利用状况W及耕地利用情况和耕地面积等。(2)遥感数据来源:遥感图像选择了覆盖宜兴市的美国陆地卫星LandsatS遥感数据,,研巧时相为2013年。LandsatS的OLI陆地成像仪包括9个波段可W组合更多的民GB方案。OLI包括了ETM+化andsat5或7)传感器所有的波段,为了避免大气吸收特征ands-,OLI对波段进行了重新调整,比较大的调整是OLIB(0.8450.885畔1),排除了0.825^m处水汽吸收特征;01^全色波段Bands波段范围较窄,这种方^式可W在全色图像上更好区分植被和无植被特征,还有两个新增的波段此外:蓝色;波段(band-10.4330.453n)主要应用海岸带观测,短波红外波段(band9;叫;1-;1.360.390im)包括水汽强吸收特征可用于云检测sand9;近红外band和短波红外bj与MODIS对应的波段接近。根据各个波段的地物反射特征,5、4、3波段可W合成标准假彩色图像,便于植被解译。表7-2TM8影像各波段波谱范围及主要应用领域T-2Eachabbandsecrlranendmainalicionsfie.7ptagappatoTM8mag波长范H主要应用领域養序音可urn鑛名称^10-.4330.453蓝波段海岸带观测 ̄ ̄2化450-0.515蓝波段能探测水质,、水深、域的泥沙分布等W及识别植被 ̄30-000.口.60绿波段评价植被的生长活力、区分林型、树种和反映水下特 ̄4-00.630.680红波段反映植物的健康程度,区分植物种类和植被覆盖率,同时识别±壤边界和地理界限 ̄5-.84500.885近红外波段用于生物量调查、作物长势测定、进行农作物估产等 ̄ ̄1-6.5601.660近红外波段常用于止壌湿度调查、植物含水量调查、水分状况、地址研巧、作物长势分析等-72.1002.300热红外波段区分农林覆盖类型,辨别表面温度、水体、岩石,监测与人类活动有关的热特征,进行水体温度变化制图80-0680.500.近红外波段用于城市止地利用与制图,地质探矿与地质制图-91.3601.巧0短波红外波段云检测7.2.2数据处理(1)遥感图像几何精校正本文采用了最邻近法和双线性内插法对2013年的LandsatS遥感影像图进行几何精校正。地面控制点要选那些既在地图上有精确位置,又是数字影像上可明显识别的90 第7章实证研巧=W宜兴市为例地物。所W本次研究选择了道路交叉口、地块、建筑边界、河流交汇处等16个地面控制点,最终的定位精度控制在0.5个像元内,可W满足本次研巧的需要。(2)遥感图像剪裁图像裁剪是为了得到按行政区划边界裁剪的遥感影像图。按照行政区划图所裁剪获得的遥感影像即本研巧的研究区域。使用ROI剪裁法对图像进行裁剪,主要步骤如:1)首先打开待裁剪的遥感影像图eenecor巧le下所述,再通过主菜单Fil中的OpVt选项打开行政区划图Shapefile矢量文件。2)在AvailableVectorList对话框中,点开巧le选择ExportLayer化民01选项,然后在弹出的对话框中选择行政区划图。3)ort一然后在ExpEVFLayer化R0I对话框下,将行政边界转化为个ROI。4)最后选择主菜单的BasicTools使用Subsetdatavia民OIs功能,将遥感影像裁剪并输出保存,进而得到裁剪后的宜兴市遥感影像图。图7-1宜兴市遥感影像假彩色合成图F7-RnrosUemaig.1emoteSesingfalsecolocomigeinYixincitpgy(3)遥感图像解译1)研究区±地利用分类。±地利用类型分类参考《主地利用分类》国家标准(GB/T2-10102007),并考虑生态风险研充的需要,将宜兴±地利用类别分为:建设91 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研究用地(包括城市建设用地和农村居民点)、耕地、林地(包括林地和草地)、水域(包5-3所示括湖泊、河流、沟渠和养殖坑塘)、未利用地共类,如表7。2)分类方法与步骤。本研究运用了监督分类法,监督分类法相对于非监督分类:分析人员可控制适用于研巧需要和区域地理特征的信息类别法的优点有;可控制训练样区和训练样本的选择;分析人员运用监督分类不必担也光谱类别和信息了别的匹配问题,;通过检验训练样本数据可确定分类是否正确估算监督分类中的误差;避免了非监督分类中对光谱集群类别的重新归类。然后在遥感影像上建立感兴趣区域,tt主要操作步骤如下:①首先在Image窗口中选择Overlay选项中的民egionofIneres功能,弹出民〇1Tool对话框。②在民01Tool对话框中输入样本的名称W及选择其颜色。⑨接着ROIType子菜单中选择化lygon,在Window中勾选Image,再在Image窗口中绘制感兴趣区。在图上分别绘制多个感兴趣区,根据图像中各类别的像元数来一确定感兴趣区域的数量。④最后在民01Tool对话框中选择NewRegion新建个感兴趣区域,重复上述②、③两步直到满足要求的感兴趣区域数。-表73研究区±地利用分类T-ab.73Thelanduseclassi円cation编号名称含义指地表覆盖为人工建筑,包括城市建设用地和农村居民点、居民点W外的商业服1工业用地、仓储用地务业用地、,机关、学校、医院、国防、名胜等单位用地、交通用地、公共设施用地等,包:田指种植农作物的止地括用W种植水稻;实行水生、莲藉等水生植物的水2耕地和旱地作物轮种的耕地;无灌概水源及设施,靠天然降水生长作物的耕地;有水源和窺灌设施一般年景下能正常灌概的旱地作物耕地,在 ̄—3林地指生长乔木、灌木、竹类、草地W及沿海红树林等林业用地指天然形成或人工开挖的水体用地,包括河流、湖泊、人工沟渠和养殖坑塘等水化kM乂面,还包括受到河流、湖泊高潮位与低潮位之间的潮侵地带 ̄,主要包括荒草地^指农用地和建设用地W外的±地、盐碱地、沼泽地、沙地、裸用地止地、裸岩等在建立感兴趣区域的时候有些感兴趣区域的混合像元较多,并不适合作为感兴趣ExortRO化n-Dvi工具将选择的不太理想的感兴趣区域,所W就需要运用pIssualizer区域输出到N维可视化器中,通过观察感兴趣区内和感兴趣区之间点的分布情况,筛选本研究所需的感兴趣区。可W用ENVI自带的R饼可分离性工具计算任意类别之间的统计距离,即可^^^用这个距离确定两个类别之间的差异程度。类别之间的统计距离可W用如下方法计算Je-:用于衡量可分离性的friesMatusita和TransformedDivergence参数,来衡量感兴趣区域的可分离性。具体操作步骤如下:①在R0ITool92 第7章实证研巧=W宜兴市为例对话框中,选择Options子菜单的ComputeROISqjarability选项,并选择输入的遥感影像文件。②在ROIS巧arabilityCalculation对话框中,单击SelectAllltems按钮选择所有ROI用于可分离性计算,得到可分离性的计算结果。ENVI将会得出用于衡量可分离性的Jefifries-Matusha和TransformedDiverence参数g。运两个参数的值在?02之间,用于表示感兴趣区域的可分离性好坏,如果数值大于1.9则说明该感兴趣区域的可分离性较好;如果低于1.9则说明可分离性不佳,应该重新编辑感兴趣区域的范围来提高它的可分离性;如果数值小1,则说明可分离性很差,可W考虑将将其合并到其他感兴趣区域中。接着一,在ENVI4乂软件的支持下对遥感图像进行监督分类。监督分类的般步骤主要包括5个方面:确定分类的类别列表;选择和确定训练数据;修改了别和训练样区,,确保训练数据的均质性;实施分类;评估分类效果。在分类完成后需要对分类结果进行精度检验01391.67%,。经检验2年宜兴市遥感影像整体分类精度达到Kappa系数是87.35%,满足本次研究的需要最后,在采用监督分类之后,为了满定实一际应用和专题制图的要求,,还需要进步的分类后处理主要是小图斑的处理操作。可W利用ENVI4.8中的SieveClasses、ClumpClasses和MajorityAnalysis功能来完成小图斑的处理工作。从而得到宜兴市王地利用现状图。根据止地利用分类图和行政边,统计汇总成表格界,计算得到各个乡镇地类的面积。-库93 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研究終'会窠'猶靡参心晋《?-帝1〇2〇Km未巧巧巧起南?|III^II|图7-2宜兴市王地利用现状图F-2ig.7LandusefiureinYixincitggy7.3宜兴市耕地生态风险形成宜兴市耕地生态系统是人工培育下的±地生态系统,具有组分结构、空间结构、时间结构W及营养结构。在宜兴市,耕地生态系统具有农业生态系统的能量转换功能、物质转化功能、信息转换功能和价值转化功能,在这种转换之中形成相应的能量流动、物质循环、信息流和价值流。在工业化、城镇化进程中,耕地生态系统不断进行演化。致险因子的危险性、孕险环境的暴露性、承险受体的脆弱性和防险措施的能动性是宜兴市耕地生态风险形成的条件,工业化、城镇化进程所带来的耕地非农化、农户生产行为方式的变化、环境的污染是耕地生态风险的致险因子,而生态环境和耕地生态系统则为孕险环境和承险受体,防险措施主要指耕地生态风险的预警及调控体系。在宜94 第7章实证研巧=;i■宜(兴市为例兴市耕地资源利用过程中,人与耕地生态系统相互作用,在此基础上耕地生态系统、外部环境系统与社会经济系统么间相互作用,共同维持着耕地生态系统稳定性。在人类干扰下,宜兴市耕地生态系统发生变化,不合理的人类活动导致耕地生态风险逐渐形成。狂会经济的发展与城镇化进程的加快导致了建设用地供不应求,随着建设用地需求的大量扩张,许多耕地被非农建设用地占用,使得耕地的数量、质量都不断减少,一耕地资源日益稀缺一。而耕地资源本身作为种生态系统和其他生态系统之间存在种良性循环、相互作用的关系,耕地生态系统对于净化空气、涵养水源等都有良好的作用一,但是随着耕地资源的减少,耕地生态系统的这种良性的作用也在不断降低,当个区域内耕地资源减少到一定的程度时,区域内的生态系统肯定会遭受到不同程度的破坏,市域面积狭小,人均耕地面积较,区域的耕地生态风险加大。宜兴市人口众多少005年15.44%上2012年17.8%,建设用地占总面积比例从2的升到的,而宜兴的后’备资源经过上轮高强度开发后’,己经较匿乏,同时在丘陵低山地区复昼的耕地,>要一一定时间精细耕种才能形成高质量耕地方面,随着城市化和工业化的快速发展和。人口的快速增长,第二、H产业对止地的需求量不断增加,与此同时,为了满足人们日益增长的物质文化的需求一,需要维持定面积的农用地来保证农业生产。同时,随着经济的发展,,农业生产中市场配置资源作用的逐步发挥农民有着W市场为导向进行农业结构调整的冲动和要求,利用耕地改挖鱼塘和改种水果的情况比较突出,这进一步造成了耕地资源的紧张。与此同时,,很多农户对耕地的进行耗竭式利用,对边际王地进行开发使得耕地的过度开畳,。面对人多地少的现状,人们通过不断的毁林开荒、开辟边际主地提高复种指数来解决人地矛盾的问题一田地为得不。这样来,耕地利用强度不断攀升,农到休息,没有时间恢复肥力;主壤中的养分不足,造成农作物对化肥的依赖性増大,,,破坏生态环境同时,边际主地的开发也会导致水王流失加速止地的贫溶他,人口压力与环境间的矛盾日趋尖锐。随着城市化进程和工业化进程的不断加快,面对经济利益的驱使,许多农户的生产行为也发生了较大的变化。为了经济利益种植不适当的农作物,造成耕地肥力下降,王壤养分流失,导致农地资源不断减少。为了最求高产量,大量使用化肥和农药,造,成±壤板结,±壤环境的污染甚至是水体环境的污染。宜兴位于太湖西侧,大量的化肥、农药的使用更会导致太湖生态环境的恶化。不合理的农业结构和高强度的耕地利用对生态环境也造成了不利影响,极大的破坏了生态系统的平衡,也削弱了生态系统的复杂性和物种的多样性。不同的耕地利用方式±壤侵蚀强度不同,不合理的农业结构使得农地资源优势尚未充分发挥,农地价值被煙没,也会加大对止壌的侵蚀,破95 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研究坏生态环境。7-420表12年宜兴市化肥、农药使用情况Ta-4eundbiYn.7Thsageoffertilizeraesticdeinixicitpgy ̄化肥施用量(t)农药施用量(o张渚镇5257.0073.003822.00西渚镇巧.00468.008太华镇1.0013045徐舍镇.00298.00官林镇5799.00102.00杨巷镇2168.00181.002824.700新建镇抓4.7115015500和桥镇.0.高藤镇6669.0080.004826.0092万石镇.00周铁镇46W.0041.00芳桥镇3773.0063.00新庄街道3470.0053.00.0T蜀镇10904961湖父镇.008.00宜城銜道9化005.00吃亭街道4524.0046.001.0011新街街道289.00,工业迅猛发展随着人口的增长W及城镇经济的快速发展,固体废弃物不断向止地表面堆放,导致了止地W及耕地数量的减少,同时很多工业废弃物中还含有大量的有毒物质,严重污染了耕地,使得耕地中重金属物质与有毒物质严重超标,使得耕地质量大幅下降时现代农业中大量使用的化肥和农药是耕地质量严重下降的另一个;同主要因素。化肥和农药的使用可W提高农作物的产量,加之价格也较便宜,所W在农业生产中使用的十分广泛,但是化肥分解快,营养物质不能被农作物全部吸收,容易随排水和降雨输出,;农药的残留量大并容易吸附在±壤颗粒上。化肥使用过量会导一致耕地地力下降,破坏±壤结构部,造成水体污染。而对农作物施用农药是,相当,分农药会进入±壤环境中同时,大气中残留的农药与附着在农作物上的农药经过雨水淋洗也会进入±壤中,同时也会造成水体的污染。96 第7章实证研究=宜兴市为例"7-日20工业"H废表12年宜兴市排放情况""T-5reewaab.7IndustrialthstesemissionsinYixingcity工业固体废工业废水排工业废气排放总二氧化硫排放烟(粉)尘排物产生量放量(万t)量(万标立米)量(t)放量(t)(万t)宜兴市2930.857750064.2619373.1312094.82140.31""宜兴城镇企业的发展异常迅速,但对环境保护的重视程度不够,H废治理不,使部分耕地遭受污染,随着城市化进程的不断加快及时,城市和乡村之间的竞争关,系越来越朝着有利于城市的方向发展,±地供求矛盾突出人地矛盾随着时间的推移。而逐步加剧同时宜兴市部分地区耕地分布格局趋于破碎化,耕地田块不规则,田运、面积占耕地面积的比例过大,近几年耕地细碎化分散化的趋势不断加剧,不利于耕一轮规划至今的耕地总量动态平衡过程中地规模经营和高效利用。此外在上,宜兴市建设占用耕地,大部分集中在城镇周边较胞沃的耕地上,而新增耕地的主要途径是农村居民点复畳、±地整理,化及废弃工矿用地的复星利用等,新补充耕地质量明显低于被侵占耕地的质量,占补平衡仅在数量上得W体现,而在质量方面落实不到位,同时这也加剧了耕地细碎化一。而耕地旦受到污染和破坏,是很难在短时间内恢复的,而且需要付出的代价要比牺牲耕地所获得的利益要多的多一个复杂。耕地生态系统是的賴合系统一,是由许多个生态子系统组成,其中任何个子系统的结构或是功能产生问题,最终都会影响整个耕地生态系统。常虽然近些年宜兴市日益关注耕地资源质量、耕地生态问题,但在耕地保护制度体系及规划体系中很少提及关于生态风险的预警及应对问题,存在耕地生态风险调控体系的缺失,送种缺失将直接影响对生态风险进行防控、应对与恢复的能动性。相反,耕地生态的应急管理措施一、充分的防险资源准备等能在定程度上减弱生态风险发生的可能性与不确定性,并使生态风险损失尽可能降低。因此,须在耕地利用过程中引入生态风险内容,而现阶段宜兴市耕地生态风险调控体系的缺失成为耕地生态风险形一诱因成的又。宜兴市工业化、城镇化进程所带来的耕地非农化、农户生产行为方式的变化、环一定的危害性境的污染W及自然灾害等致险因子具有,加之生态环境系统较为复杂、-、(。耕地生态系统较为脆弱调控体系缺失,引发了耕地生态风险图73)97 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研究风险源压力生态终点态终点响应IIIII--±壤请量|1IrgI|六| ̄ ̄^±地资源利^自1干扰Ij|^I/\水环境^||Li^xI\\统耕地面积i1jI1/II1l演替iI\v7lIV|—大与品^j/\I1iIIf|A巧1于SIKl净化功能Iii爪i为方式变ijI\iM统梓积累效应^功能i两Ij^I\^I/\环境污染加生物多样性iIIIII!—挂画图I辜睛作用jI斑块hj3IJI图7-3宜兴市耕地生态风险形成过程F7-3aneuvaandsi昏FormtiorocssofcltitedlecologicalrikinYixingcitpy7.4宜兴市耕地生态风险评价7.4.1耕地生态风险评价体系(1)评价体系构建基础在生态系统中可能受到压为或者影响的受体种类会有很多,而不同的受体受到压一力时所产生的反应也不,样,根据前文所提到受体的选取的物种要在数量上占优势同时对整个生态系统作用十分重要,再者受体要对风险源要具有相当的敏感性。本文的研巧对象是耕地,对于宜兴市而言,耕地生态风险受体是耕地生态系统,本文就W宜兴市耕地生态系统作为受体进行研究。生态终点就是人类所不希望发生的生态事件,耕地生态风险诊断中的生态终点是指在生态风险源的作用下,,耕地生态系统中生态风险受体可能受到的损害耕地生态系统结构、功能的破坏。宜兴位于江苏南部,地表水、地,太湖西侧,全年温暖湿润下水丰富,从W往的情况来看,宜兴几乎很少有自然灾害发生,因此本文讨论的耕地生态风险主要是指人类不合理的活动带来的生态风险。98 第7章实证研巧=W宜兴市为例宜兴市工业化、城镇化进程是人类不断开展活动的过程,涉及±地资源利用、农户生产行为、环境污染等因素,这些因素综合作用下改变了耕地生态系统的原位状态,对生态系统产生直接或间接的影响。宜兴市耕地生态风险所涉及的风险源主要是考虑工业化、城镇化进程中的人为活动,根据耕地生态风险形成原因、耕地生态风险形成过程,耕地生态风险人为风险源包括±地资源利用(耕地非农化、边际±地开发、耕地过度利用),农户生产行为方式变化,环境污染加剧(工业固体废弃物、生活垃圾、生活污水、工业废水、生产和生活废气)等。宜兴市生态终点包括耕作层厚度降低、耕地生态服务功能下降、±壌有机质含量下降、±壌侵蚀、±壌盐溃化等问题,并对一7-6狂会经济产生定的间接性影响(表)。表-67宜兴市耕地生态风险源与胁迫因子Tab-re.76Thesourcesandthate打ingfaUorsofecoloicalriskinYixincitggy胁迫因子生态风险源 ̄耕地面积减少建设占用耕地±壌污染化肥、农药的大量使用,环境污染止壤有机质含量减少化肥、农药的大量使用,耕地过度利用耕作层厚度下降耕地过度利用止壤肥力下降边际止地开发、耕地过度利用止壤盐溃化化肥、农药的大量使用,耕地过度利用止壌侵蚀治理不到位、边际±地开发农田碳排放增加耕地过度利用、边际止地开发水体污染化肥,环、农药的大量使用境污染植被数量减少一、单化边际止地开发农业生产综合能力下降边际止地开发、耕地过度利用净化环境能力下降建设占用耕地水;t保持功能降低建设占用耕地气候调节功能降低建设占用耕地生物生境减少建设占用耕地、耕地过度利用生态安全下降边际止地开发、耕地过度利用(2)评价体系构建过程1)宜兴市耕地生态风险管理目标特征域宜兴市位于江苏南端,太湖西侧,降水丰沛,河流密布,很多径流注入太湖,对于太湖的生态环境有着重要的影响。宜兴地处江浙平原,全年温暖湿润,四季分明,很少发生自然灾害,农业生产条件良好。宜兴市农业利用集约,高投入与髙产出再加99 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧上大量的化肥和农药的使用是其农业生产的主要特征。宜兴市乡镇企业发展迅速,止一部分耕地转变为工业用地地利用结构发生了较大的转变,。耕地生态风险管理的最终目标是耕地生态风险最小化,根据宜兴市的具体情况,耕地生态风险管理的具体可W分为生态结构合理、生态环境适宜、生态功能稳定H个方面。生态结构合理主要是从景观格局方面考虑,城镇化,工业化的发展导致的建设用地的扩张,势必导致耕地的减少与破碎化。生态环境适宜主要是指自然环境的适宜,耕地生态系统的运行离不开良好的自然环境,因为很少发生自然灾害,所W这里的自然环境良好主要是指人类的耕地利用活动没有对自然环境造成危害。生态功能稳定主要是指农业生产功能稳定和耕地生态系统自身运行的稳定性,而宜兴市农业生产条件优越,高投入与高产出伴随着的有可能是对耕地生态系统的掠夺,因此宜兴市生态功能稳定主要包括了农业生产功能和生态系统自身的稳定。总的来看,宜兴市耕地生态、风险管理的具体目标可W分为:自然环境适宜景观格局合理、生态系统功能稳定、农业生产功能稳定一。在此基础上,细分每个子目标的特征,构成耕地生态风险管理-7目标特征域(表7)。表7-7宜兴市耕地生态风险管理目标特征域Tab7-7ncaremenxn.ObectivecharacteristicsdomaiofecoloiliskmanagtinYiigCitjgy总目标二级目标三级目标生态风险管理目标特征域耕地面积不减少不造成±壤污染止壤有机质含量增加耕作层厚度增加±壤肥力增加生态环境适宜自然环境适宜±壤盐溃化得到治理王壤侵蚀得到治理农田碳排放减少耕地生态风_不造成水体污染险最小化植被数量增加、种类丰富农业生产功能稳定农业生产综合能为提高净化环境能力提高生态功能稳定生态系统功能稳定水止保持功能良好气候调节功能良好^生态结构合理景观格局合理+A提高生态安全100 第7章实证研巧=W宜兴市为例2)宜兴市耕地生态风险管理目标危害特征域在耕地生态风险管理目标特征域分析的基础上,通过特征映射原理构建风险管理-目标危害特征域(表78)。表7-8目标特征域向目标危害特征域转化的映射表-T-MxabYn.78appingtablefromobe幻ivesdomain化obectivesharmdomaininiiCitjjgy生态风险管理目标特征域生态风险管理目标危害特征域耕地面积不减少建设占用耕地不造成±壌污染化肥、农药的大量使用,环境污染止壌有机质含量增加化肥、农药的大量使用,耕地过度利用耕作层厚度增加耕地过度利用止壤肥为增加边际止地开发、耕地过度利用±壌盐溃化得到治理化肥、农药的大量使用,耕地过度利用止壌侵蚀得到治理治理不到位、边际±地开发効巧农田碳排放减少耕地过度利用、边际止地开发不造成水体污染化肥,环境污染、农药的大量使用植被数量増加、种类丰富边际止地开发农业生产综合能力提高边际止地开发、耕地过度利用净化环境能为提高建设占用耕地水王保持功能良好建设占用耕地气候调节功能良好建设占用耕地生物生境维持建设占用耕地、耕地过度利用提髙生态安全边际±地开发、耕地过度利用3)宜兴市耕地生态风险因子特征域为了解决生态风险管理目标危害特征域集合中存在危害行为互相重复的现象,将诸多的危害因素进行整合得到新的生态风险管理目标危害特征域(表7-9):边际±地开发导致±壌肥力下降风险,±壤有机质含量减少风险,耕作层厚度下降风险一,±壌侵蚀风险,植被数量减少、单化风险,农业生产综合能力下降风险,农田碳排放増加风险,景观生态安全下降风险;建设占用耕地导致耕地面积减少风险,净化环境能力下降风险,水±保持功能降低风险,气候调节功能降低风险,生物生境减少风险;耕地过度利用带来±壤有机质含量减少风险,止壤肥力下降风险,±壌盐溃化风险,农田碳排放增加风险,农业生产综合能为下降风险,生物生境减少风险,耕地生态安全下降风险化肥、农药的大量使用导致±壤污染风险,,水体污染风险;±壤盐溃化风险;环境污染带来±壤污染风险,水体污染风险。101 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研究表7-9目标危害特征域向风险因子特征域转化的映射表-T-MmarYalx79aingtablefroobect!veshmdomaintoriskfactorsdomaininixinCitppjgy生态风险管理目标危害特征域生态风捡因子特征域止壤肥力下降风险±壤侵蚀风险植被数量减少一、单化风险边际±地开发农业生产综合能力下降风险农田碳排放增加风险生态安全下降风险耕地面积减少风险净化环境能力下降风险建设占用耕地水±保持功能降低风险气候调节功能降低风险生物生境减少风险止壤有机质含量减少风险耕作层厚度下降风险止壤肥力下降风险止壤盐溃化风险耕地过度利用农田碳排放增加风险农业生产综合能力下降风险生物生境减少风险生态安全下降风险±壤污染风险±壤有机质含量减少风险化肥、农药的大量使用水体污染风险止壤盐溃化风险治理不到位±壤侵蚀风险±壤污染风险环境污染水体污染风险生态风险管理目标为出发点,经过两次映射而构建成的生态风险因子特征域(表7-10)些生态风险因子就基本涵盖了可能危害,各层集合遵循映射关系,因此这生态风险管理目标的主要因素,并且不存在重复。1的 第7章实证研充W宜兴市为例=表7-10宜兴市耕地生态风险因子分类-ab.ThexinT710classificationofecoilriftinYtlogcaskacorsigiCy总目标二级目标H级目标生态风险因子特征域耕地面积减少风险植被数量减少一、单化风险±壤有机质含量减少风险±壌肥力下降风险耕作层厚度下降风险生态环境适宜自然环境适宜止壤盐溃化风险止壤侵蚀风检止壤污染风险耕地生态风险最小化水体污染风险农田碳排放增加风险农业生产功能稳定农业生产综合能力下降风险净化环境能力下降风险生态功能稳定生态系统功能稳定水±保持功能降低风险气候调节功能降低风险生物生境减少风险生态结构合理景观格局合理生态安全下降风险根据宜兴市耕地生态风险识别的结果,针对每个生态风险因子特征域进行评价指标的选择,进行生态风险因子特征域向评价指标集合的映射。前文所使用的生态风险因子识别的映射在这里同样适用。①直接映射,可[^1直接从生态风险因子推出评价指"""""标,如可1^^从耕地面积减少风险直接推出耕地非农化率指标,植被覆盖程"""指标可W直接衡量一化风险度植被数量减少、单。②投影映射,从生态风险因"净化环境能"子中提取主要信息来选择评价指标,如力下降风险没有直接的适用的""指标可选择,在本文中选择废弃物处理风险来衡量净化环境的能力。③分解映"射一,即个生态风险因子可W用两个或两个上的指标进行评价,如农业生产综合""粮食生产"""能力下降风险可W用风险和原材料生产风险两个指标进行评价。在参考相关研究的基础上,初步确定了宜兴市耕地生态风险评价指标的集合(表-711)。103 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研巧7-表11宜兴市耕地生态风险评价指标集合-Tab.711TheexcoecnofeconnYxindlltiologicalriskevaluatioiiingitCy总目标二级目标生态风险因子特征域可选指标耕地面积减少风险耕地非农化率植被数量减少一化风险植被覆盖程度、单±壤有机质含量减少风险±壤有机质含量分值王壤肥力下降风险王壤肥力指数耕作层厚度下降风检耕作层厚度分值±壤盐溃化风险±壤盈溃化自然孚统止壤侵蚀风险止壤侵蚀度分值±壤污染风险止壤污染水体污染风险水体污染化肥施用量农药施用量农田碳排放増加风险农田碳排放强度粮食生产離耕地生态风险最小化农业生产综合能力下降风险原材料生产风险净化环境能力下降风险废弃物处理风险SfJS水源涵养风险服务功S旨水±保持功能降低风险止壤形成与保护气体调节风险气一候调,节功能降低风险气候调节风险生物生境减少风险生物丰度指数边界破碎度破巧度景观格局生态安全下降风险面积加权平巧形状因子分离度分维数7.4.2评价指标体系根据宜兴市耕地生态风险形成过程、耕地生态风险识别结果,结合耕地生态风险评价指标体系构建原则,W及数据的可获取性,建立宜兴市耕地生态风险评价指标体-系(表712)。104 第7章实证研巧=W宜兴市为例7-表12宜兴市耕地生态风险评价指标-Tab.712TheevaluationindexofcultivatedlandecologicalriskinYixingCity目标层准则层指标层耕地非农化率xi植被覆盖程度X2止壌侵蚀度分值X3止壌有机质含量分值X4自然系统耕作层厚度分值X5单位面积化肥流失量X6单位面积农药流失量X7农田碳排放强度X8粮食生产风险X9原材料生产XI0耕地生态风险气体调节风险XII生态系统服务功能气候调节风险X12废弃物处理风险X13水源涵养风险X14止壌形成与保护X15边界破碎度X16破碎度Xi7景观格局面积加权平均形状因子X18分离度X19分维数X207.4.3经典域、节域的确定评价标准的制定是耕地生态风险评价的关键环节,现阶段耕地生态风险评价在我一国尚处于探索阶段,而,还没有统的评价标准;耕地生态风险的评价标准不仅复杂且需要因地制宜。经典域(评价标准)的确定是物元评价模型的基础,本文依据耕地—一5生态风险的可拓性,将其划分为个等级,即N〇iN05,定性描述为:高风险较高一一一一可忽略风险风险般风险较低风险。评价经典域的确定主要参考国家、行业及国际相关标准,,,科学研究的判定标准研究区域背景值或本底值等具体取值区间见一-表713。1^X1耕地非农化率为例,高风险、较高风险、般风险、较低风险和可忽略105 -南京农业大学博上学位论文—耕地生态风险评价与调控研究风险的取值区间分别为[5,1)、1,0.5)、0.5,0.3)、.3,0.1)、0.1,0)。[[阳[7-表13耕地生态风险评价指标经典域、节域的取值范围-nmaTab.713Theraeforandcnomanorevanexgtheclassicdoinsetiodioftheeclogicaliskluatioind经典域取值区间N〇iN02N03N04N05Xi5,1)1,0.5)0.5,0.3)0.3,0.1)0.1,0)[[[[[X00.1.2.23.35.52,0.1),0)0,0.)0,0.)0,1)[[[[[X][70,100)[40,70)[20,40)[10,20)[0,10)X40,275)口75,350)350,420)420,600)600,900)[[[[X5[0.15,0.2)[0.115,0.15)[0.095,0.115)[0.053,0.095)[0,0.053)X6[0,4)[4,9)[9,11)[11,15)[15,20)X7500,3500)200,2500)1800,2200)1000,1800)300,1000)口口[[[xs33,50)21,33)13,21)9,13)0,9)[[[[[X910,6)6,4)4,2)[2,0)《0[[[x1,0.6,.4,0.2,io.6)00.4)00.2)0)《0[[[[Xu8,3)口,2)口,1)[1,0)《0[Xi210,5)5,3)3,2)2,0)《0[[[[X1,),6,33,0)《013[69巧6)[)[X,2,1)1,《148,3)3)0)0[[口[xi50,8)8,6)[6,3),0)《0口[口Xi6[100,60)[60,50)[50,40)[40,25)[25,0)xi78,2)2,1.5)1.5,1)1,0.5)0.5,0)[[[[[xi5,25,1.91.9,17.7,11.5,1.)2.5)/)1.5))[[[[[8Xi1599),,0[.,0.0.99,0.95)0.95,0.8)0.80.6)0.6)[[[[9X1511.0.01.01.0)1.0120.,1.09).09,8)18,1.07)7,66,)[[[[[7.4.4结果与分析根据宜兴市实际情况,收集2012年相关指标数据后,经过分析整理后,按照改-进的烦值法确定各评价指标的权重(表714)。106 第7章实证研究=W宜兴市为例7-表14宜兴市耕地生态风险评价指标权重T-vaab.714TheweightsofC山titedlandecologicalliskevaluationindexinYixingitCy目标层准则层指标层权重耕地非农化率xi00403植被覆盖程度X200433止壤侵蚀度X30.0736胃0.0468自然系'统耕作层厚度分值X5Q0537单位面积化肥流失量X6Q0524单位面积农药流失量X700461农田碳排放强度X800431粮食生产风险X900518原材料生产Xio0.0518纖生态风险气体调节风险XII0.0518气候调节风险X12認譜0.0518废弃物处理风险X1300518水源涵养风险X1400513止壤形成与保护Xis0.0518边界破碎度Xi60.0487破碎度Xi70.0438景观格局面积加权平均形状因子X1800459分离度X190.0546分维数X2001.045—本文依据耕地生态风险的可拓性,将其划分为5个等级,即N〇N,定性描述ios一一一一一为:高风险较高风险般风险较低风险可忽略风险。根据物元模型的公式,===<-建立经典域矩阵,民尸高风险}、民2{较离风险}、民3{般风险}、R4较低风险、{{}==一一一一一民■可忽略风险■5节域矩阵,Rp高风险较高风险般风险较低风险;可忽{}{略风险}。107 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研巧-^^仁1〇NC5;1021[,句。、[,)、]「C〇.1〇2C00.1;[,)2,)[C4070C70100],)[3,)[[275350C02754[,)4,)[c0.1150.1C0.150![:巧[,巧jC4,9C04&[)[,)gC2200,2500C25003500l[)j,)[C21別C3350g[)[,)gC64C10g[,),6g[)仁0.6,0.4C10.61〇[)[,)io_乂二A_2c3[,巧c?83,i[)c仁[W)10512。[,)C96C16i3[,)i3[巧c化2C83,4),i4[)C8[,C208i5巧i5[,)c6050[,C10060,6)i6[,)C21.5c8i7[,)口,巧[c2.51.9C52"[,)[.5,i3)c0.990.9C1.50"[,巧.99:i9[).091.0c5&。。,的1.1.0L_;。[,式_」108 第7章实证研巧:W宜兴市为例W〇4C,[0.3,0.1)>C0.50.31[,)03lC0.30.;[,引仁0.20.32[,)^1〇2020403[,)C][,)^420,600[3504204[)4,)[C0.053,0筋C0s[).0950.11s,巧[C11&,巧C11[,化)C1000,1800C18002200?[),,)[C913g[,)C1321g,)[C20g,)C4[g[,巧c阳.2,0c0,〇).40.2,,〇[)R二_43c10"[,C2)1,l,[)c20C。[,)3i2[,巧C30[,)c63i3。,)[C10[,)c2i41,4[,)c3,0c"[)3,5怜)c402[,^c5040,6,,6[)C10.[,巧c1i7.51[,)、ic1-71.5",)c1.91.7[,[),gC0-80.6,i9)c0.950[.8"[,)C1.071.06L20[,)C1_.081.07[,)_20」109 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研巧-iVC0.10〇[,)5lWC化叫pl「C0-512[,)C1l化)C10j化)C阳003,1)C600900[,)4C01004[,)C0,0.053[)jC0100[,5)c1520,&[)c0900,[,)C3001000[,)7c040[,),C化的gC1500s化)仁含0-9C口0〇〇g,)C^0-ioC1",叫氏二[5巧-二C<0p—00iiC化。)C^0-〇〇i2c10。[,)C^0-00i3C16i3,)[C^0-l4Ci4化叫C"^0c0-〇〇",口)C250i6[,)C010016[,)C0-50[i7,)C0i7[斯Ci8c15"[,)C06[-0,i9)C15.i9阳,)[l.〇6l20,)1_[」c[1.5,)L劝_收集宜兴市有关耕地生态风险评价指标数据,经分析整理后,根据宣兴市各个镇的各评价指标的具体量值,建立宜兴市耕地生态风险水平待评物元矩阵。芳桥镇为例,构建耕地生态风险水平待评物元矩阵为:110 第7章实证研巧=W宜兴市为例NC0.0609飾、仁0.15512C99.993C87.75334C76.8760sC410.134bc15.97%,C423.8618gC4.5157gC0.4516io_芳桥c2.2579?c4.0190,2c7.4058。2.70946.巧30c51.2424化0.8387C1.6086jg0.4957C1.073820__将待评物元的数据输入物元模型,得到耕地生态风险评价指标关联度与综合关换7---K=度的测算结果(表15、表716)。表715中X(il,2,...20)(i)即第i个指标对j应各评价等""级的关联度,W评价指标耕地非农化率为例,在耕地生态风险评价中=-=-=-1K、其对应5个评价等级的关联度分别为Kx〇0.9391、Kx〇0.878、x〇0.7968i(2(3(""=-=K4x〇0.3905、K5x〇0.3905,因此可W判定该指标属于级别N05,即可忽略风险。((-5。同理,可W得到其他各个指标的评价结果(表71)111 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧表7-51芳桥镇耕地生态风险评价指标关联度T-ab.715ThecorrelationofC山tivatedlandecologicalriskevaluationindexinFangqiao关联度义N〇iN02N03N04N05等级KX(i)j----可忽略风险.810.390500.93910780.7968.3905KX2()j较高风险-0---.2622.4487022430.48290.68970.KX(3j)可忽略风险--0--0.9998..99%0.99970.999300007Kx4一j()-0---般风险.5101010.15501.8360.44930.378Kx5j().0---较高风险0.O.OO0.0841.07500620W0.2600Kx6一j()--00--般风险0.2543.8860.39870.12790.4306Kx7)j(----较高风险010049740.199403844.20..0.4482Kx(s)j-02941巧---较高风险10.392517.%0.0.2260.48Kx(g)j---较高风险13002巧9-00.08116.2.抓0.3450.45Kx(io)j---较高风险02130-.0.25790.08600.31450.4516Kxii()j-0-430--较高风险.1145.257900.17970.28220.0Kxuj()----较高风险0.4.14%1.1409090500.25240.409Kxuj()-1565---较高风险0.40.14060.3389.06860.4629KXMj()-0052---较高风险1.29061820244203387.00.1..Kxi5j()----029650)较高风险.0424.211460.0950.00325Kx、6ij()较高风险-〇---.1512420010.3499別0..0248.874Kxi7j()-0---较低风险.58070.44090.16130.32260.2877Kx(is)j-3--0-较低风险.13060140.5940.3238.45700.15----.0.4993047820.38040.17380.1738KX一(2〇)j般风险-0---.18000.07750.380004900.157.05K力桥镇(j).3257---较局风险03010.2451.28440.0的.8670KNx是指多指柄加权求和的综合关联度,将耕地生态风险各评价指柄对应的关()j-。联度与其权重输入式(510)可W得到综合关联度芳桥镇耕地生态风险对应5个评=-==-=-价等级的关联度分别为Ki(x〇0.巧25、杉恤)0.0037、K3(x〇0.1867、K4(x〇0.2451、""=-K50,x.2844,可W判定该年耕地生态风险水平属于级别N较高风险。(i)02即同理可知其他各个镇的耕地生态风险评价等级。7-、、从表16可知,张渚镇西渚镇太华镇、徐舍镇、官林镇和杨巷镇等11个镇"">>>都属于等级1,但是Ks万石镇)KsKsK可忽略风险((太华镇)诗>?庄街道)s(湖父镇>Ks>Ks巧渚镇>Ks>Ks(徐舍觀>Ks下蜀镇)>Ks(杨巷)跳渚镇))情膛镇)(镇>区5官林镇,由此可见万石镇对应的N05在区间内更接近于标准上限,即耕地生)()112 第7章实证研究:W宜兴市为例"一"态风险程度在这11个镇中稍高。同理,在般风险等级内,新街街道的耕地生态风险要稍低于周铁镇"",在较高风险等级内,和桥镇生态风险相对来说技低,而芳桥镇的生态风险是最局的。7-表16宜兴市耕地生态风险评价结果Ta-undnb.716ResultofcocavannYxcltivatedlaelogilriskeluatioiiigcity综合关联度NqiN02N03N04N05级别-04209-0---.25170(U.张渚镇..243267900764可忽略风险-----西渚镇0.46310.3W9010.1643..23700808可忽略风险----.542.太华镇010.4688036680.31930.02削可忽略风险----%-0.34790202797徐舍镇.;694.0.300.1的7可忽略风险---0--0.40410144可忽略风险官林镇.53840.42740.5600.2-----030960.25.25杨巷镇.巧0.26巧0180.2的5可忽略风险--0---新建镇0.2500.02157较低风检.30880.207302048.-----和桥镇0.0.18350:29530.3484.228301526.较高风险---3732--0.213035高滕镇.0320.25250.0.0977可忽略风险0.27.1:2万石镇.226606809670.9800.8404可忽略风险一----周铁镇0.32680.14080.06480.19240.3013般风险----0.33250.003701024510.2844较高风险芳桥镇.867.-----0.44620.3510新庄街道.3265033670.0.的66可忽略风险-0--^--.39300.2160OI014口了蜀镇.G0.2028.可忽略风险-----0.15512可忽略风险湖父镇.49330.38220.2952090.06-----0.25640.0652011.:313宜城街道.980.276206较高风险化亭街道-----01.1240.2260036410.4246.3巧05.较髙风险—----新街街道0.37920.22400.00930.15930.2364般风险根据搁权可拓物元模型的单项指标绩效水平,将耕地生态风险评价指标在各评价等级中的评价对象所占比例进行统计分析,可W得到区域耕地生态风险的主要影响因"""""一素文采取如下判断规则:如果个指标在阻碍等级中(将高风险和较;本"""一般风险定义为阻碍等级高风险W及)所占比例达到60%,说明该评价指标是导致大多数镇的耕地生态风险的主要因素,因此可判断其为耕地生态风险主要影响因素。在单项指标评价结果的基础上,针对18个镇的评价指标对应各评价等级所占比-。例进行统计,结果见表717113 南京农业大学博±学位论文一耕地生态风险评价与调控研巧7-表17耕地生态风险评价指标的等级所占比例Ta-7Proortbionofrlevelfrindexofeclilrik.71poectooocasevaluationpjg等级占比(%)化巧旧乂"居戸护巧称居居高风险较高风险一般风捡较化风险可忽略风险耕地非农化率16.6716.6716.6722.22巧.78植被覆盖程度27..220.0.7844442205.56王壤侵蚀度5.0000.00444.:560.009.±.00277122.22自壤有机质含量分值0.838.8911.1耕作层厚度分值0001111500.00...0038.89单位面积化肥流失量22244447556.2.11.1116.6.单位面积农药流失量22.2244.4416.6711.115.:56农田碳排放强度22.2216.6727.7827.785.56粮食生产风检5.51616.6716.670.0061.11原材料生产5%11.1.11.6.676670.006.气体调节风险5.5616.6716.的0.0061.11气候调节风险5.5622.2211.110.0061.11废弃物处理风险5.5:622.2211.110.0061.115561667006667水源涵养风险..11.110..王壤形成与保护5%16.616.60.0111.7706.3.33111787边界破碎度3.1巧.11.1116.6破碎度11.33..11166733.38890.00景观格局面积加权平巧形状因子5.51111500.00:6.W.33.00分离度22.2222.2233.3311.1111.11分维数11.116民6716.675.560.00-从表717可知,在18个镇的各个评价指标中,植被覆盖程度X2、±壤有机质含量分值X4、耕作层厚度分值X5、单位面积化肥流失量X6、单位面积农药流失量X7、农""田碳排放强度X8、边界破碎度X、破碎度X17、分离度X和分维数X2日在等1619阻碍级中所在比例总和达到了%,因此60,可W大致判定导致宜兴市耕地生态风险的主要因素包括耕地非农化率植被覆盖程度、止壤有机质含量、耕作层厚度、化肥流失量、农药流失量、农田碳排放强度、边界破碎度、破碎度等。7.5宜兴市耕地生态风险调控7.5.1耕地生态风险调控体系建设根据宜兴市耕地生态风险形成、评价,建立完善的耕地生态风险监测预警体系:完善监测网络的建设,,由宣兴市国±资源局的相关人员专口负责请教相关技术人员,运用先进的技术建立完善的网络监测体系,并配备专业的人员进行维护由和专家;宜兴市国±资源局配备相关人员专口负责重大风险源的实时监测;建立健全信息报告制度,健全由基层监测人员定时定期向宜兴市国±资源局汇报的制度,实时掌握各个114 第7章实证研巧=W宜兴市为例风险源的变化情况,做到信息及时、公开。在对监测信息收集后,及时评估分析,确定准确的预警阀值,并建立预警响应制度,做到风险发生变化时能够及时采取措施,使得损失将为最低。建立耕地生态风险调控体系,明确组织人员、相关部口的配各,确定相关经费的分配,相关技术的配套,W及对农户等相关人员的培训。由宜兴市国±资源局有关领导担任总负责人,不同的乡镇由当地的国止所的相关人员担任负责人。由耕地相关部口的人员或者相关科研机构人员组成风险管理部,经费的分配有相关财务部口负责管理一,明确耕地生态风险管理的目标,并对风险管理人员进行统的培训,同时对于农户也要进行相关培训,,让农户积极参与整个过程同时管理人员也要重视农户的意见。在调查中发现,相关风险信息的收集比较困难,很多人员对于风险的认识不明确,同时相关资料也比较缺乏,这就使得数据库的建立显得十分必要,信息的准确传递在宜兴市耕地生态风险的调控中是非常重要的环节。首先,宜兴市国±资源局有关部口结合相关专家的意见完成风险管理计划的制定,明确风险管理的目标,确定风险识别技术和风险评价技术。其次,,建立沟通机制确定每个部分的分工后,通过会议、小组讨论、网络交流平台等方式加强宜兴市国止资源局的相关部口与科研机构之间的沟通,并且最终将这些形式固定下来。第H,进行生态风险预测,注重生态风险的监测和预警。可W请教相关技术人员根据实际情况对宜兴市耕地生态风险进行预测,对于部分风险等级较高指标及时进行分析,积极采取措施控制风险。如果出现相关环境的变动,要及时变更风险预测结果。第四,宜兴市各个乡镇的国±所要指派专业人g要监督耕地相关活动的实施情况,及时发现可能的生态系统危害,各个国止所可。第五W组织相关人员对耕地利用相关活动结果进行跟踪,及时反馈风险情况。从总体上来看,在自然系统方面,植被覆盖程度、±壤有化质含量分值、耕作层厚度分值、单位面积化肥流失量、单位面积农药流失量、农田碳排放强度这几个指标一对耕地生态风险影响比较大,这需要宜兴市在今后的发展中进步转变农业发展方式,促进生态农业、低碳农业的发展,生产绿色农产品,满足人类社会的发展需求。通过推行生态农业、低碳生产和绿色产品,能够尽可能多的利用现有的物质资源,甚,至是废物利用来进行农业生产。同时要严格的控制农业废弃物的生产,W及过度利用农药、化肥给耕地带来不可逆转的污染,尽可能的减少对耕地。环境的污染和破坏。在进行农业生产的同时,,还要同时实现生活环境的优美整洁走绿色农业发展的道路,。真正做到生态农业,从源头上保护耕地生态系统的良好运行在景观格局方面,边界破碎度、破碎度、分离度和分维数这化个指标对耕地生态风险的影响比较大,这需要宜兴市开展用地布局优化一,促进农业生产的规模化和集中化。进步转变经济发展方式,优化产业布局,,增加耕地利用集约度,走高效、集约的发展道路。同时W耕地115 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧生态系统安全为前提的农业用地结构及布局的要求,要与宜兴市的农业生产重点区域和农业发展趋势对农业用地相对集中保持一致。7.5.2耕地生态风险分区调控策略根据宜兴市耕地生态风险形成过程、识别结果、评价结果,制定宜兴市耕地生态:保证正常的农业生产功能的前提下风险调控目标,充分了解各个风险区的特点和风一险评价结果,科学管理主要风险源,使目标评价区域成为个农业生产功能稳定,生态环境优美的区域,最终实现经济社会可持续发展。根据评价指标结果,制定具体的调控目标与调控措施,在制定调控措施时,可W根据前面的风险应对策略,选择规避风险、减少风险、自留风险等。当生态风险评价等级很离,可能产生重大危害时,就要采取规避风险的措施;当风险评价等级较高,可W采取转化风险或减轻风险的应对措当几乎不存在或者风险等级较低时,除了采取减轻风险等措施外施,还可W自留风;险。(1)较高风险区域"通过模型分析结果,可W发现和桥镇、芳娇镇、宜城街道、化亭街道处于较高"一。风险等级和桥镇处于宜兴市的北部,宜兴市四大镇之,近年来,和桥镇经济发展迅速,主要经济指标每年按30%左右的速度递增,镇内有经市政府批准设立的重点工业小区,基础设施完善,交通优势明湿。全镇水产围网面积1万多亩,内塘水面积一3万多亩,盛产湖蟹、中华整、青邮、銷鱼及巧珠等农特产品。但是其产业较单,"""工矿用地和畜禽养殖用地对农业环境的污染比较严重,植被覆盖程度、单位面积"""""""的化肥流失量、单位面积的农药流失量、农田碳排放强度处于高风险等级,"""""一主壤有机质含量分值、耕作层厚度分值W及生态服务功能相关指标处于般"等级风险W上。芳桥镇位于宜兴市的东北部,工业经济发展十分迅速,但其农业基一础设施还不够完善,镇内化工企业的存在也对生态环境造成了定的威胁。从单个指标来看,生态服务功能相关的指标的风险等级都比较局,和桥镇和芳桥镇的生态服务功能受到了较大的威胁,但由于和桥镇和芳桥镇都是处于宜兴市重点发展经济区域与,太湖之间的缓冲地带因此,耕地生态服务功能的作用就显得尤其重要,因此,在风险选择策略时,最好能够选择规避风险或者减少风险,具体的措施为:在进行工业经济发展的同时,注重引进先进技术,减少化工污染。控制建设用地的面积,保证耕地的数量与质量一,进步完善农业基础设施,同时重点发展生态农业、绿色农业,保护生态环境。,全市政治、经济、文化的中也宜城街道是宜兴市府所在地,止地资源较少,工116 第7章实证研巧;W宜兴市力例业经济发展迅猛。有工业企业200多家,涉及机械、电子、化工、建材、巧织、轻工等各个行业,是宜兴市经济发展的重点区域,是工业集中分布和城镇扩展的重点区域,±地利用方式W工业用地和城镇用地为主。。对单个指标进行分析发现,耕作层厚度""""""""分值、植被覆盖程度、分维数这几个指标风险较高,粮食生产风险、原材""""""""料生产、气体调节风险、气候调节风险、废弃物处理风险、水源涵"""""一养风险、±壤形成与保护、农田碳排放强度这几个指标风险程度般,由于宜城街道的定位,使得耕地面积与其他镇相比较少,因此耕地生态服务功能的相关指标都具有一定的风险,可W根据宜城街道的具体情况对风险源选择合理的应对策略:在W后的发展中,提高王地集约利用水平,提高±地利用强度,在重点发展城镇经济的同时,要重点监控社会经济发展对耕地的过度侵占,监督企业污染物排放对生态环境的污染。发展都市农业,保护好生态湿地公园。化亭街道是宜兴市的经济开发区"长H角最具投,并且W最年轻园区的身份挤身"资价值开发区十强行列。化亭街道主要由产业园区、物流园区、行政商务配套区H部分组成一,产业基础W化工、纺织、机械为主,通过几年的发展,引进了批新兴产业,宜兴经济开发区正成为高新产业集聚的新型园区。由于开发区大规模开发需要大量的王地,,势必会影响到耕地的数量与质量,同时由于工业的发展给化亭街道的生,态环境也带来了恶劣的影响这种影响对耕地生态的影响是很难逆转的,因此对化亭街道的风险调控时主要选择规遁风险和减少风险,具体措施有W下几个方面:首先,加强±地的集约节约利用,增加止地的单位产出,提高±地利用效率,W减少对耕地,,在发展工业经济的同时的占用,也要注重生态环境的;其次发展环境友好型企业保护,,工业企业的污水与废弃物会严重造成耕地的污染并且这种污染对耕地造成的污染是长久性的。第兰,加大对污染±地的再利用,或采用生态修复的方法对污染±地进行治理。—(2)般风险区域通"一"过模型分析结果,可W发现周铁镇、新街街道处于般风险等级。周铁镇位于宜兴市的东北部,东额太湖,是宜兴市重点发展经济区域与太湖之间的缓冲地带,具有重要生态环境调节作用。近几年,周铁镇的工业经济与建筑业发展的比较迅速,工业经济总量逐年攀升。同时,周铁镇四季分明、±地肥沃,拥有各类基地和蔬菜科"""""技示范园。通过单个指标的计算,发现植被覆盖程度、±壌有机质含量分值、农"""""""田碳排放强度、气候调节风险、废弃物处理风险、水源涵养风险这几个指标的风险等级较高一,说明周铁镇的工业发展还是定程度上使得耕地与林地数量的减少,使得耕地生态服务功能相关的几个指标处于较高的风险级别;同时,周铁镇农业基础设施落后,农业的发展缺少对碳排放方面的控制,使得农田碳排放强度较高。由117 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研究于周铁镇的特殊地理位置,是宜兴市重点发展经济区域与太湖么间的缓冲地带,因此它的耕地生态服务功能的作用特别重要,所W,在对其进行耕地生态风险调控时,生态服务功能相关的风险需要采取规避策略:在今后的发展中,适当发展工业,要加强±地的节约与集约利用,大力开展农村±地整治,防止水±流失,合理增加人均耕地一方面面积,有效应对人均耕地因素对耕地生太系统良好运行的制约,另,通过农村止地综合整治。,可W改善农民耕作条件,提高耕地生产效率调整产业结构,发展緑在进一色企业,减少工业经济发展对耕地的侵占,推进农业;步发展生态农业的同时机械节能,注意,控制碳排放强度,合理使用化肥和农药用地养与地相结合。,新街街道位于宜兴市中部是国家高新技术产业开发区,是江苏省人民政府确定为发展循环经济的重要示范基地,是宜兴市的重点开发区域。纵观所有的指标,依然"一般风险"等级W上"发现,同时景观格局中的,生态服务功能的相关指标全部处于分"""""离度与也处于较高风险级别,在对其进行调控时分维数,可选择的策略有规避风险、减少风险与转化风险,具体措施有:重点控制工业用地的规模,加强主地的集约利用,同时,对于企业发展加强引导与规划,合理划分止地利用区。(3)较低风险区域新建镇位于宜兴市的西北部,工业起步较早,是苏南地区有名的工业强镇,逐步形成了化纤纺织、冶金机电、生物化工、建材环保等为特色的支柱产业,人均GDP"一一位于全市第,不过,镇内畜禽养殖对生态环境造成了定程度的污染。植被覆盖""""""""程度、边界破碎度、破碎度H个指标处于高风险等级,单位面积化""""""""肥流失量、单位面积农药流失量、分维数处于较高风险等级,止壤有机"""""一质含量分值、耕作层厚度分值处于般风险等级,而良好的景观格局对于气候调节、水源涵养、生物多样性保持、生态隔离净化方面具有重要的作用,新建镇的植被覆盖和景观格局指标的风险等级都很高,所W对景观格局的相关风险源最好能采取规避风险或者减少风险策略:在W后的规划中注重加强区域的±地利用规划,保障其特有的生态服务功能,对太湖生态功能起到良好的保护作用,与此同时,化肥和农药所带来的污染也要引起重视,加快绿色农业的发展,减少农业污染。对于畜禽的养殖尽可能做到集中养殖,对于产生的污染的应该集中处理。积极的为农户创造条件,一一一统划定畜禽养殖区域,选址,,运用科学的生产技术进行统规划统在集中处理畜禽养殖的污染物。要运用新型的技术对畜窝污染物进行处理,积极推广新技术,同时对于新的污染的出现也要积极处理(4)可忽略风险区域""宜兴市有11个镇处于可忽略风险等级,,整体上来看宜兴市的耕地生态风一险处于个较良好的可控制范围内一,今后对于这些镇可W进步发展环境友好型的产118 第7章实证研究=W宜兴市为例业体系,构建生态良性循环与环境优美的低生态风险区。对于此区域的生态风险可W""根据实际情况选择自留风险的策略,同时,对于可忽略风险等级的镇中少数的风""""止险等级较高的指标进行关注与调控,比如化肥施用量、农田碳排放等,防这些指标继续恶化,给生态环境带来严重的影响。相关部口应加大对农业科研的投入力度,发展高科技农业,走高效农业的路子,走绿色农业发展的路子,在粮食物种的选择方面,要选择新型的和高科技的品种,通过科技的发展提高粮食及农作物的产量。同时,在使用化肥和农药方面也要避免过度使用,W免污染王壤及水源,要积极配合使用绿肥和有机肥,在农业生产过程中使用高效肥料、普及农户沼气及程杆资源化利用、推广应用机插秩技术等措施,,控制农业面源污染提高耕地生产效率。加强农民生态环境保护知识的普及教育,让农民意识到生态环境的保护不仅能促进社会经济的可持续发展,同时也会给农民自身带来利益,。充分发挥现代媒体的作用通过报纸,广播W及电视积极宣传环境保护的作用和对长远经济的发展带来的利益。7.6本章小结本章基于耕地生态风险的理论研巧,宜兴市为例开展了实证研巧:在阐述数据来源、数据处理的基础上,分析了耕地生态风险形成、耕地生态风险识别,开展了宜兴市耕地生态风险评价,构建耕地生态风险分区调控策略,进行耕地生态风险调控行为模拟,制定耕地生态风险调控措施。边际±地开发,建设占用耕地,耕地过度利用,化肥、农药的大量使用,环境污染导致耕地生态系统产生各种风险。和桥镇、芳桥镇、""""一宜城街道、妃亭街道处于较高风险等级,周铁镇般风险、新街街道处于等级,""“"新建镇处于较低风险等级,其余11个镇处于可忽略风险等级。宜兴市耕地生态风险的主要因素包括植被覆盖程度、耕作层厚度、化肥施用量、农药施用量、农田碳排放强度、边界破碎度、破碎度等。根据宜兴市耕地生态风险形成、宜兴市耕地生态风险评价,开展宜兴市耕地生态风险调控体系建设,并针对不同生态风险类型区开展差别化调控。119 第8章结论与展望第8章结论与展望论文通过回顾耕地生态风险、止地利用生态风险、生态风险调控等已有研究,在景观生态学理论、系统科学理论、生态系统服务功能理论、可持续发展理论、生态经济学等的支撑下,构建了耕地生态风险研究的理论分析框架,深入分析耕地生态风险形成,探讨耕地生态风险评价体系,开展耕地生态风险调控。在此基础上,江苏省宜兴市为例,实证分析耕地生态风险形成、识别、评价,提出规避耕地生态风险的对策建议。8.1主要结论根据上述的理论研巧、实证分析;,本文产生了^^下主要研(究结论(1)致险因子的危险性,孕险环境的暴露性,承险受体脆弱性、防险措施的能动性是耕地生态风险形成的条件在人类干扰下,不合理的,耕地生态系统发生变化;人类活动与自然灾害导致耕地生态风险形成。(2)耕地生态风险受体是耕地生态系统,可能的生态终点包括耕地生态服务功能下降、±壤污染、±壤养分含量下降、±壤盐溃化等。耕地生态风险的风险源可W分为自然风险源和人为风险源,自然风险源主要是指自然灾害,人为风险源主要包括耕地非农化、边际止地开发、耕地过度利用、环境污染加剧、农户生产行为方式变化等。(3)基于特征映射理论的耕地生态风险识别模型经过两次映射,从耕地生态风险管理目标特征域到耕地生态风险管理目标危害特征域,再从耕地生态风险管理目标危害特征域到生态风险因子特征域,能够诊断耕地生态风险主要因子。根据耕地生态风险形成过程、耕地生态风险识别结果,通过特征映射模型开展从生态风险因子特征域向生态风险评价指标集合的映射,构建耕地生态风险评价体系,建立耕地生态风险。评价指标,选择赌权可拓物元模型作为耕地生态风险评价模型(4)在生态风险形成、生态风险评价的基础上,建立耕地生态风险监测预警体系,构建了包括过程控制体系、环境监测体系、调控组织体系、调控技术体系、调控机制体系在内的多维的耕地生态风险调控体系,制定了耕地生态风险调控策略。2%(5)宜兴市耕地面积53021.87hm,占全市总面积的24.4。对于宜兴市耕地生态风险而言、,生态风险源包括止地资源利用(耕地非农化、边际止地开发耕地过度利用),农户生产行为方式变化,环境污染加剧等;宜兴市生态终点包括耕作层厚度降低、耕地生态服务功能下降、±壤盐溃化等问题。、止壤有机质含量下降、止壤侵蚀121 南京农业大学博±学位论文—耕地生态风险评价与调控研巧耕地生态风险识别结果表明;边际止地开发,建设占用耕地,耕地过度利用,化肥、农药的大量使用,环境污染导致耕地生态系统产生各种风险。(6)对于宜兴市耕地生态风险而言,通过物元模型分析,可W发现和桥镇、芳"""一"桥镇、宜城街道、妃亭街道处于较高风险等级,周铁镇、新街街道处于般风险""""11,等级,新建镇处于较低风险等级,其余个镇处于可忽略风险等级导致宜兴市耕地生态风的主要因素包括植被覆盖程度、耕作层厚度、单位面积化肥流失量、单位面积农药流失量、农田碳排放强度、边界破碎度、破碎度等。(7)根据宜兴市耕地生态风险形成、评价,建立耕地生态风险监测预警体系,构建耕地生态风险调控体系,,选择合适的调;针对不同风险类型区开展差别化调控控策略。8.2研究展望(1)深入开展耕地生态风险调控行为模拟研究。今后可继续加强计算机模拟技、术在相关研巧中的运用,在耕地资源利用中各利益相关者的行为模拟耕地利用变化和生态风险应急管理等诸多领域开展更为深入的研究一。进步结合多种模型构建相关嵌套式模型应用研究,运用系统及系统动力学理论开展生态风险多情景调控预测及优化研究。一(2)进步深化对耕地生态风险综合评价与调控反馈研究。在定量评价方面应继续加大对DEM数据的应用,充分发挥遥感技术的强大数据分析与处理功能,深入研究不同地表形态变化及±壤下垫面改变对生态风险的影响,结合±壤污染等开展更为全面的耕地生态风险变化与作用的的机理分析,更准确地评价生态风险。在此基础上,结合评价结果与调控反馈作用实施调控目标,按照负反馈调控和正反馈调控两种相反的方向设立反馈调控目标一,使系统结构由稳定向不稳定发展。进步将景观结构与不同地表形态的影响结合,更好反映耕地利用变化与各种生态过程的相互作用关系,加强生态系统对生态风险的反馈及调控机制研究。221 参考文献参考文献KLHMGAAnecam1.A巧lesollowaS化ffeetal.coloilethodforualitativeriskassessmentand,y,,gqsse打manasnNWAF民esituitheeme打tof打sherieiewSouthalesustraliaJ.isheriesearch2006g,,,[]82--(13)::290303.m’2目RvanDamRA目a民nalcaranorAurroca.artoloEli巧P.eioecoloiliskssessetfstaliastil,,yggprvers:AcanversJ.HEca民Amen20121:ilitioof化erelatiikmodelumanandcoloiliskssesst8pp,,[]g6-461.3.良eesleyKB,民amseyD.AriculturalLandPreservationJ.InternationalEnccloediaofHumang[]yprh2〇0925-Geoy6:656义g巧,,()n’4目l化iePonTDavsIeaAtrik:naurahazarseoevurilandasersJ..aCanitl.stldlslneabitdist,,,,ppy,[]:族ondon?L:Routede1121lg994:3.,5.目odarCWMBerthaultFdeBminJHMetal2003.EvaluationofEUriskassessmentsexistin,,j,g-chemicalsCReulation973/93J.Chemoshere53103910.):47巧g,[]p6..BURTONI民KATESWWHITETheenvironmentshazardM2ndeds.NewYork:The,GF,,[]()GuildfordPress,1994.7.CormierSMSmi化MNortonSetal.A巧essinecoloicalriskinwatershed:AcasesUidyof,,,gg清roblemformulationin化eBiDarbyCreekwatershedOhioUSA.EnvironmentalToxicolopg,,gyr111082-1096Chem.ist9999:y,,8.rmanTKrEnMaIEicGilMatthewOwenshomasaft.coloicalriskas化ssmetof化ershallslands,,gm_nirJ.MarnePo2〇l422巧.lolineUafshey]ilicy44:39g,,[9.Failin呂L,Gregory民,Harsto打eM.Integratingscienceandlocalknowledgeinenvironmentalrisken--managemt:AdecisionfbcusedaroachJ.EcoloicalEconomics2007641:4760.pp,,()[]g?-10.rancco打技raaaranIv民K.巨cocarelaverkFisSchezayoSundam呂skanobertennedloiltiis,,ygEcoRR:anotheraroachforriskassessmentofesticidesinagriculture.Ariculture,Ecosystems()pppg--andEnvironment20029113:;3757.,,()11anzE巧SnNrKinenenea民vwmenA.Fr1tefaehrinFanklstitl.eieofriskassesstsstemsofISin,g,g,yErnd—mamuoeaintroducneermanAriBlLsI打onS.Jpig化GustanackitfortiSys化GABLI[ournal()"fo-rNatureCon化rvation2011196:3巧350.,,()12.FarinaA.PrinciplesandmethodsinlandscapesEcologypublishedbyChapman&Hall[M].London:animprintofThomso打Science,1998:23.123 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致谢致谢伴随这篇博±论文的成稿,博±学习生活也将画上圆满的句号。这四年是我人生,期间有过成功,有过失败,太多的记忆难W忘怀,最重要的时光。回首博±求学之路、我要感谢的人太多太多,正是因为有了你们的关也支持和帮助,这段时间才变得充实而难忘。首先特别感谢恩师刘友兆教授四年来在学业上的精屯、指导、在生活上的教诲和无微不至关怀,使学生得W顺利完成学业。刘老师严谨务实的治学态度、宽容幽默的处事风格、诲人不倦的学者风范,都将使我受益终身。从论文选题到资料搜集、从论文构思到论文开题、从初稿到定稿,无不渗透着刘老师的的源瓶必血。在此,谨向我最、、尊敬的导师刘友兆教授致W深深的敬意和衷屯的感谢,师恩永铭在屯。在专业课程学习和论文写作过程中,有幸得到了南京农业大学公共管理学院众多老师的指导和帮助:王万茂教授、曲福田教授、陈利根教授、欧名豪教授、吴群教授、石晓平教授、诸培新教授、邹伟教授、郭贯成教授、冯淑怡教授、郭忠兴教授、孙华教授、陈会广教授、欧维新教授、夏敏副教授、吴未副教授、张颖副教授、徐梦洁副教授、龙开胜副教授等,在此表示真诚的谢意。同时,在论文写作过程中,还荣幸地得到了江苏省±地勘测规划院严长清副院长、,金志丰、杨兴典等,河海大学俞双恩教授,南京大学周寅康教授南京师范大学张小林教授等的指导和帮助,在此向你们表示由衷的感谢。感谢我的同学、师兄、师弟、师姐、师妹:张俊凤、孟展、杨黎光、黄琪、吉登艳、霍滕滕、唐鹏、上官彩霞、赵亚莉、陈慧、钟国辉、杨亚楠、李凡凡、文博、范树平、刘敬杰等多位博±,还有刘霎波、姜志梅、王志巧、吴晓涛、齐福佳、吴伟吴、端木链洋、陈巧月、杨希越等硕古,你们在学习与生活上给予了我无私帮助,让我深。深体会到了友情的可贵,与你们交流,使我受益匪浅感谢父母鼓励与支持一,你们是我学习进步的坚实后盾,我的每次进步都寄托着你们对我的期望!。谢谢你们对论文评阅!、答辩和提出宝贵修改意见的各位老师、同学表示真挈的谢意值此论文完成之际,我怀着感激之情,谨向各位老师、同学、朋友和亲人致W真诚的谢意!张锐—?二o五年^■一月于南京农业大学135 攻读博王学位期间主要学术成果攻读博±学位期间主要学术成果-()主持科研项目1.江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目:耕地生态风险管理研究(二)参与科研项目1.国家自然科学基金项目:农村±地整治生态风险管控研究2.江苏省国±资源科技项目:耕地生态安全管理研究3.国家科技支撑计划子课题:江苏省耕地占补平衡现状与对策研究4.南京农业大学人文社会科学重大招标项目:江苏农村生态文明发展报告5.江苏省国止资源科技项目:农村±地整治项目绩效研究6.江苏省国±资源科技项目:经济发达地区建设性、管控性耕地保护机制研究(H)主要获奖情况1.2013年3月第四届全国±地资源管理博±生论坛优秀论文H等奖,;2.第六届在宁高校地理学研究生论坛优秀论文奖,2013年5月;.第四届行知学术研讨会优秀论文二等奖3,2013年4月;414.江苏省优秀±地学术研究成果二等奖,20年12月;5.南京农业大学中期考核优秀研究生(博±),2013年6月;6.南京农业大学金善宝奖学金,2013年11月;7.(),20145南京农业大学优秀毕业研究生博±年月;一8.盐城市第十次哲学社会科学优秀成果奖决策咨询等奖,2014年12月;(四)发表学术论文一1.基于PSR模型的耕地生态安全物元分析评价,生态学报,2013年第16期,第作者;2.基于PS民模型与集对分析的上地利用系统健康评价,水上保持通报,2014年第5一期,第作者;3.20,我国耕地生态安全评价及障碍因子诊断,长江流域资源与环境,13年第7期第一作者;137 攻读博±学位期间主要学术成果一4.中国±地利用系统健康动态评价研究,水止保持通报,2014年第2期,第作者;5.基于赌权可拓物元模型的耕地生态安全评价,,20134期水止保持通报年第,第一作者;6.±地集约利用与经济发展关系的动态计量分析,长江流域资源与环境,2012年第4期,第二作者;7.利益相关者视角下农村±地整理项目绩效评价,中国±地科学,,2014年第7期第二作者;138

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