王才軍,游泳,左太安,孫德亮

區(qū)域土地質量的研究始于20世紀70年代中期[1]。目前,國際上已經建立起針對7個具體的土地退化問題的土地質量指標體系。包括土壤侵蝕、土壤肥力降低、森林開墾與森林退化、牧區(qū)土地退化、地下水位下降、鹽堿化與水浸[2]。和國外相比,我國土地質量的研究還缺乏系統(tǒng)性,也缺乏長期觀測的數(shù)據(jù)用于土地質量評價中。

本研究的主要目的是構建巖溶地區(qū)的土地質量評價指標體系,并應用熵權灰色關聯(lián)法對畢節(jié)試驗區(qū)8個縣市的土地質量狀況進行系統(tǒng)的評價,以期為決策者采取合適的土地政策和管理措施,為退化土地的恢復重建提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

畢節(jié)試驗區(qū)地處貴州省西北部,在東經103°36′-106°44′,北緯 26°21′-27°47′之間 ,轄畢節(jié) 、大方、黔西、金沙、織金、納雍、威寧、赫章等1市 7縣,幅員面積2.69萬km2。試驗區(qū)位于滇東高原向黔中高原過渡的東斜坡地帶,地層出露較齊全,地質構造復雜,褶皺斷裂交錯發(fā)育。地勢西高東低且隨山勢呈階梯式下降,境內平均海拔1 600 m,最高處位于赫章縣珠市鄉(xiāng)與威寧縣交界的小韭菜坪2 900.6 m,最低海拔位于金沙與仁懷縣、古藺縣交界的赤水河谷,海拔457 m。氣候因地勢起伏不平,地面零星破碎,地方小氣候差異十分明顯,既有亞熱帶溫涼濕潤季風氣候,也有暖溫帶氣候和寒溫帶氣候,各縣市多年平均降雨量849～1 399 mm,全年降水以夏季最多,主要出現(xiàn)在4-9月。強烈的降水過程導致水土強烈流失并伴有崩塌、滑坡、泥石流等重力侵蝕的產生。畢節(jié)試驗區(qū)植被屬亞熱帶常綠闊葉林區(qū),森林植被主要包括闊葉林、櫟林、松林、柏木林、茶叢、常綠落葉混交林、漆樹、核桃林、草叢等類型,其中亞熱帶常綠闊葉林是主要植被類型。高人口密度和低環(huán)境承載力使該區(qū)人地關系矛盾突出,高生態(tài)環(huán)境的脆弱性與不合理土地利用方式的耦合使該區(qū)的貧困積重難返,同時也加劇該區(qū)的水土流失和石漠化。由此可見,畢節(jié)試驗區(qū)的土地質量問題已成為該區(qū)生態(tài)經濟發(fā)展的嚴重制約因素之一。

2 畢節(jié)巖溶地區(qū)土地質量評價指標的建立

2.1 評價指標的選擇

影響土地質量的因素很多,為了能夠突出反映巖溶地區(qū)的主要特點,對土地質量進行客觀的評價,必須選取最能反映畢節(jié)巖溶石漠化區(qū)土地質量的指標,并建立評價指標體系。本研究根據(jù)實際情況及分析建模的要求,在指標確定上要依據(jù)如下原則：(1)指標要具有可比性。(2)指標的分辨意義和差異性顯著,以避免選用指標因地域差異過小給歸類帶來困難。(3)指標不能高度相關;(4)指標數(shù)據(jù)收集的可行性。

依據(jù)以上原則,采用空間變異度分析和相關分析對指標進行篩選[3]。

式中：Cvj——變異系數(shù) ;Sj——標準差;Xj——均值。

將所屬各個區(qū)縣相關指標的原始數(shù)據(jù)代入式(1),經定量運算,將相關系數(shù)大且空間變異小、分辨意義差的指標去掉,最后從畢節(jié)地區(qū)的自然干擾、社會干擾和石漠化景觀格局等3個方面入手,選擇最能反映畢節(jié)巖溶石漠化區(qū)土地質量的13項影響因子作為評價指標,構建評價指標體系(表1)。

數(shù)據(jù)主要來源于畢節(jié)市水利局水土保持辦、畢節(jié)年鑒(2008年)[4]、《貴州省地表自然形態(tài)信息數(shù)據(jù)量測研究》[5],部分來源于《喀斯特山區(qū)生態(tài)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測關鍵技術集成與應用示范》自評價報告、《基于“3S”技術的貴州喀斯特生態(tài)系統(tǒng)健康評價及調控研究——以畢節(jié)試驗區(qū)為例》總報告。

2.2 研究方法

2.2.1 評價指標的無量綱化 為消除由評價指標物理量量綱不同帶來的影響,在評價之前需將樣本矩陣中各指標無綱量化處理。本文采用線性插值法的標準化方法對原始數(shù)據(jù)進行無量綱處理。一般情況下,區(qū)劃的所有指標可劃分為逆向指標和正向指標等。

表1 畢節(jié)地區(qū)8個巖溶縣市土地質量評價指標現(xiàn)狀值

正向指標(效益型指標)是指數(shù)值越大越好的指標,其標準化方法：

式中：x min——該項指標最大值;x min——該項指標的最小值。

負向指標(成本型指標)是指數(shù)值越小越好的指標,其標準化方法：

式中：x max——該項指標最大值;x min——該項指標的最小值。

2.2.2 指標權重的確定 科學的確定各區(qū)劃指標的權數(shù)對綜合評價結果具有重要意義。熵值賦權法是根據(jù)某指標在各被評價對象之間的差異大小即分辨能力大小來確定權重大小的,比其他方法優(yōu)越,因此在多目標決策中廣泛應用,本文將用此方法賦權[6]。

式中：ej——第 j項指標的熵值;y ij——標準化之后的指標數(shù)據(jù),k＞0,k=1/ln m,0≤ej≤1,如果 yij為 0則用0.000 01代替計算。

式中：wj——第j項指標的權重;dj——指標 xj的差異系數(shù),d j=1-ej。

2.2.3 灰色關聯(lián)度模型的建立

(1)確定數(shù)列的最優(yōu)向量,由于進行對原始數(shù)據(jù)進行了標準化處理且都轉化為正向指標,所以最優(yōu)向量為[7]：

G=(g1,g2,…,gn)=

(y11vy12 v…vy 1m,y12 vy 22v…vy2m,y n1vyn2…vy nm)

(6)式中：v——取最大運算符;G——最優(yōu)向量;gn——第n項指標的最優(yōu)向量;y ij——標準化之后的指標數(shù)據(jù)。

(2)利用灰色關聯(lián)系數(shù)公式計算第j個評價指標Yj與最優(yōu)向量G的關聯(lián)系數(shù)ξi(Y j,G)。

式中 ：miin mji n │y ij-gi│和maix majx│yij-gi│分別為兩級極小差和兩級極大差;ρ——分辨系數(shù),0＜ρ＜1,一般取ρ=0.5。

(3)計算第j個評價對象Yj與最優(yōu)向量G的關聯(lián)度R：

2.3 評價標準

在咨詢專家的基礎上,結合畢節(jié)試驗區(qū)土地質量評價運算的結果,為了更好的反映土地質量的類比特征,該研究僅設計了一個3級分級標準,并給出了相應的評語(見表2)。

表2 土地質量水平分級標準

3 畢節(jié)試驗區(qū)土地質量評價結果分析

3.1 運算分析

依據(jù)表1指標數(shù)據(jù),選取的指標有正向指標和負向指標,利用式(2)、式(3)把指標原始數(shù)據(jù)經無量綱化處理得到指標的標準化數(shù)據(jù)。采用熵值賦權法,利用公式(4)、式(5)計算得出各指標的權重w j。

wj=(0.012,0.027,0.004,0.063,0.054,0.086,0.132,0.078,0.190,0.113,0.125,0.073,0.044)

3.2 關聯(lián)系數(shù)和關聯(lián)度的計算

依據(jù)標準化之后的數(shù)據(jù),確定數(shù)列的最優(yōu)向量G=(1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1),把最優(yōu)向量G和標準化后的數(shù)據(jù)代入公式(7),得關聯(lián)系數(shù)ξ如式(9)所示。

將以上關聯(lián)系數(shù)ξ代入公式(8),得出畢節(jié)試驗區(qū)8個縣(市)的土地質量水平和理想的最優(yōu)向量G之間的關聯(lián)度。R綜合=(0.600,0.547,0.585,0.592,0.725,0.611,0.523,0.727)。

應用以上相同的方法分別得到畢節(jié)試驗區(qū)8個縣(市)的土地質量在自然干擾方面、社會干擾方面、石漠化景觀格局方面與理想的最優(yōu)向量G之間的關聯(lián)度,用以結果分析。

R自然=(0.411,0.427,0.789,0.575,0.533,0.602,0.445,0.408)

R社會=(0.530,0.464,0.447,0.600,0.722,0.497,0.706,0.645)

R格局=(0.682,0.623,0.633,0.590,0.765,0.686,0.420,0.842)

3.3 結果分析

3.3.1 畢節(jié)試驗區(qū)土地質量區(qū)劃 畢節(jié)試驗區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況不但影響到畢節(jié)試驗區(qū)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和社會經濟發(fā)展,而且也對烏江下游生態(tài)環(huán)境安全產生重要影響。綜合自然、社會、景觀格局指標,得出畢節(jié)試驗區(qū)8個縣(市)的土地質量之間的關聯(lián)度R=∑W ×ξ=(0.600,0.547,0.585,0.592,0.725,0.611,0.523,0.727)。說明8個縣市土地質量水平從高到低的順序是威寧縣＞金沙縣＞黔西縣＞畢節(jié)市＞赫章縣＞織金縣＞大方縣＞納雍縣。與表2中確定的土地質量水平標準進行比較,可以把畢節(jié)地區(qū)8個縣市按照土地質量劃分為2類(圖1)。

圖1 畢節(jié)試驗區(qū)土地質量等級

3.3.2 土地質量區(qū)劃結果分析

(1)從分類結果可以看出,畢節(jié)試驗區(qū)土地質量水平是自然干擾、社會干擾、景觀格局3個方面共同作用的結果。威寧縣從自然干擾因子方面來看,得分最低,土地質量水平屬第3類。但由于該縣農業(yè)人口密度小,對土地的壓力較小,在社會干擾和石漠化景觀格局方面表現(xiàn)了較好狀態(tài),得分最高,土地質量相對最好。所以綜合自然干擾因子、社會干擾因子及景觀格局因子,土地質量得分最高。

(2)單獨從準則層自然干擾、社會干擾、景觀格局三個方面分析,畢節(jié)試驗區(qū)8個縣市土地質量均劃分為3個等級(圖2),但綜合評價結果顯示了兩個等級。這說明畢節(jié)試驗區(qū)8個縣市均是典型的喀斯特山區(qū),由于自然和社會經濟的原因,處于相對封閉的一個區(qū)域內,彼此區(qū)間差異小,土地質量水平較接近,區(qū)分并不明顯。

(3)自然干擾方面表現(xiàn)較差威寧縣和金沙縣,由于在社會干擾和景觀格局方面的表現(xiàn),綜合土地質量水平相對較好。大方縣、畢節(jié)市、織金縣和黔西縣等縣在自然干擾和社會干擾方面得分較低,但景觀格局方面表現(xiàn)較好,根據(jù)土地質量等級劃分標準均劃分為第二類。這也說明雖然在自然干擾、社會干擾方面對畢節(jié)試驗區(qū)生態(tài)環(huán)境壓力很大,但由于近年來國家對西南石漠化現(xiàn)象的重視,一系列石漠化治理工程落戶畢節(jié),畢節(jié)試驗區(qū)生態(tài)環(huán)境景觀方面有了較大的提高。

圖2 畢節(jié)土地質量等級

4 結語

本研究選取與石漠化最為密切的影響因子作為評價指標,構建相對性的評價標準,并基于熵權灰色關聯(lián)法對畢節(jié)地區(qū)8個縣市進行了土地質量的評價分析。

(1)綜合分析結果表明：畢節(jié)試驗區(qū)土地質量水平從高到低的順序是威寧縣＞金沙縣＞黔西縣＞畢節(jié)市＞赫章縣＞織金縣＞大方縣＞納雍縣。土地質量水平較好的是威寧縣和金沙縣,土地質量水平一般的為黔西縣、畢節(jié)市、赫章縣、織金縣、大方縣和納雍縣。

(2)本研究以畢節(jié)地區(qū)8個石漠化縣(市)為例,通過合理選取與巖溶區(qū)土地質量最為密切的影響因子巖溶地區(qū)土地質量評價指標體系,指標體系結構簡明,便于操作,并運用熵權灰色關聯(lián)法進行土地質量的等級劃分,為決策者采取合適的土地政策和管理措施,進行退化土地的恢復重建提供了一定的科學依據(jù)。

(3)熵權灰色關聯(lián)法是一種將熵權法與灰色關聯(lián)法有機結合研究方法,熵權法在很大程度上減少了人為主觀性對評價過程的干擾,使評價結果能夠更為準確地反映區(qū)域農業(yè)發(fā)展客觀實際情況?；疑P聯(lián)法在研究不確定性方面也有其獨到的一面。該方法概念清晰,結構簡單,計算簡潔,評價結果與現(xiàn)實結果基本一致,為巖溶石漠化區(qū)的土地質量綜合評價提供了一種新方法。

(4)從運算的結果來看,畢節(jié)試驗區(qū)8個縣市均是典型的喀斯特山區(qū),土地質量水平較接近,區(qū)分并不明顯。本研究在劃分土地質量等級標準的時采用的8個縣市相對性的評價標準,僅劃分了3個等級,是對巖溶石漠化區(qū)土地質量研究的一次探索。

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[3] 秦耀辰.區(qū)域系統(tǒng)模型及其應用[M].河南開封：河南大學出版社,1994：118-119.

[4] 畢節(jié)地區(qū)年鑒編輯部.畢節(jié)年鑒(2009)[M].貴陽：貴州人民出版社,2009.

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