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        基于熵值法的縣域耕地利用效益定量評(píng)價(jià)

        2015-12-23 13:21:26谷秀蘭黃朝明欒喬林韋仕川
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年10期
        關(guān)鍵詞:熵值法指標(biāo)體系

        谷秀蘭 黃朝明 欒喬林 韋仕川

        摘要:耕地利用效益需從綜合和整體的角度進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。以海南省屯昌縣為研究區(qū)域,構(gòu)建包含1個(gè)目標(biāo)層、3個(gè)子目標(biāo)層、21個(gè)指標(biāo)層的耕地利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)方面對(duì)1994—2011年該區(qū)域的耕地利用效益進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重,并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,在此基礎(chǔ)上利用數(shù)量分析模型對(duì)研究區(qū)域耕地利用的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益、綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià),并利用協(xié)同理論分析耕地利用系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度。評(píng)價(jià)結(jié)果表明,1994—2011年研究區(qū)域的耕地利用綜合效益整體呈波動(dòng)上升趨勢(shì);系統(tǒng)協(xié)調(diào)度在2005年之前呈不協(xié)調(diào)狀態(tài),之后則呈協(xié)調(diào)狀態(tài),且協(xié)調(diào)度逐年上升。為實(shí)現(xiàn)耕地的可持續(xù)利用,需要提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、調(diào)整人口結(jié)構(gòu)、推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化等,從而使耕地利用綜合效益、耕地利用系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度得以提高。

        關(guān)鍵詞:耕地利用效益;指標(biāo)體系;熵值法;定量評(píng)價(jià);海南省屯昌縣

        中圖分類號(hào): F301.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào):1002-1302(2015)10-0533-05

        耕地資源作為重要的基礎(chǔ)性生產(chǎn)資料,對(duì)人類社會(huì)具有多方面的利用價(jià)值,是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可替代的勞動(dòng)對(duì)象、生產(chǎn)要素、空間場(chǎng)所[1],耕地資源的合理開發(fā)利用對(duì)于社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。近年來(lái),隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加速,以及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題的出現(xiàn),耕地資源的利用與保護(hù)面臨著嚴(yán)峻考驗(yàn)。對(duì)有限且不斷減少的耕地實(shí)行內(nèi)涵挖潛,提高耕地利用效益,對(duì)于人口眾多、資源相對(duì)短缺的中國(guó)具有重要意義[2]。近年來(lái),為科學(xué)評(píng)價(jià)區(qū)域耕地的利用狀況,學(xué)者分別從空間尺度[3-5]、研究方法[6-10]、研究角度[11-15]等方面進(jìn)行了分析,積累了較為豐富的耕地利用效益評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn),并將定性與定量方法相結(jié)合,完整體現(xiàn)了耕地利用的綜合效益。

        海南省作為我國(guó)耕地資源最少的海島省份,在國(guó)際旅游島建設(shè)中面臨著耕地保護(hù)的巨大壓力,對(duì)省內(nèi)市、縣耕地資源利用狀況的定量化評(píng)價(jià)也較為缺乏。以海南省屯昌縣作為研究區(qū)域,分析影響耕地利用效益的因素,并結(jié)合區(qū)域耕地利用特點(diǎn),構(gòu)建耕地利用效益定量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。以指標(biāo)-子目標(biāo)層-目標(biāo)層的角度,從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)方面對(duì)1994—2011年研究區(qū)域的耕地利用狀況進(jìn)行分析,并基于區(qū)域耕地利用綜合效益、系統(tǒng)協(xié)調(diào)度值分析研究時(shí)段內(nèi)區(qū)域的耕地利用協(xié)調(diào)程度,以期為海南省內(nèi)市、縣耕地利用效益的提高,以及耕地資源的可持續(xù)開發(fā)利用提供依據(jù)。

        1 研究區(qū)域概況

        屯昌縣位于海南省中部偏北,地處南渡江南岸、五指山北麓,19°08′~19°37′ N、109°45′~110°15′ E,屬于熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。屯昌縣東北與定安縣交界、東南與瓊海市接壤、西北與澄邁縣毗鄰、西南與瓊中縣接連,是海南省中部?jī)?nèi)陸縣,全縣轄8個(gè)鎮(zhèn)、119個(gè)村(居)委會(huì),平均人口密度為256人/km2。屯昌縣土地總面積為1 231.50 km2,2011年耕地資源為125.05 km2,年均氣溫23 ℃。屯昌縣地形地貌為丘陵半山區(qū),丘陵、臺(tái)地約占土地面積的80%,素有“七丘二坡一分田”之稱。屯昌縣總戶籍人口為307 080人,其中農(nóng)業(yè)戶籍人口為 200 983人,糧食總產(chǎn)量為8.53萬(wàn)t,是海南省重要的農(nóng)業(yè)縣。

        2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

        2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

        研究所用數(shù)據(jù)來(lái)源于《屯昌統(tǒng)計(jì)年鑒》(1994—2012年)[16],以及屯昌縣農(nóng)業(yè)局的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

        2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

        耕地在土地利用結(jié)構(gòu)中具有特殊地位,不僅為人類提供生產(chǎn)和生活資料,產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益,還具有調(diào)節(jié)氣候、凈化環(huán)境、維持生物多樣性等生態(tài)效益,以及保障糧食安全、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定等社會(huì)效益[10]。為對(duì)耕地利用綜合效益進(jìn)行全面、科學(xué)、客觀的評(píng)價(jià),必須基于不同指標(biāo)對(duì)利用效益進(jìn)行量化。耕地資源的利用具有明顯區(qū)域性,因此指標(biāo)的選擇需綜合考慮區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、耕地利用條件、生態(tài)環(huán)境背景等因素,構(gòu)建科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是進(jìn)行耕地利用效益量化的基礎(chǔ)。

        結(jié)合屯昌縣耕地利用的實(shí)際情況,基于需要評(píng)價(jià)耕地利用的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益3方面的量化值,構(gòu)建包含1個(gè)目標(biāo)層、3個(gè)子目標(biāo)層、21個(gè)指標(biāo)層的耕地利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1),并根據(jù)指標(biāo)值與耕地利用效益間的效用關(guān)系將指標(biāo)分為正向指標(biāo)、負(fù)向指標(biāo),指標(biāo)值與利用效益正相關(guān)為正向指標(biāo),負(fù)相關(guān)則為負(fù)向指標(biāo)。

        2.3 指標(biāo)權(quán)重的確定

        評(píng)價(jià)指標(biāo)體系涉及多個(gè)具有不同指征意義的指標(biāo),具有明顯區(qū)域性,確定不同指標(biāo)的區(qū)域權(quán)重需考慮其在區(qū)域耕地利用中的差異性。確定權(quán)重的方法有特爾斐法、貢獻(xiàn)率法、熵值法[17-18]等,本研究采用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重。熵是物理學(xué)概念,根據(jù)熵值大小可判斷系統(tǒng)有序或無(wú)序的狀態(tài)。把耕地作為1個(gè)系統(tǒng),評(píng)價(jià)指標(biāo)值的大小即熵值影響系統(tǒng)利用的有序程度,熵值小則有序度高、對(duì)系統(tǒng)的影響大、重要性高,反之亦然?;陟刂道碚?,可利用不同指標(biāo)的熵值確定其權(quán)重。指標(biāo)比重pij的計(jì)算公式為:

        式中,pij為第i年第j個(gè)指標(biāo)占該指標(biāo)總值的比重,Aij為第i年第j個(gè)指標(biāo)的實(shí)際值,Enj為第j個(gè)指標(biāo)的熵值,wj為第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。其中,i=1,2,…,18;j=1,2,…,21。權(quán)重分配結(jié)果見表1。

        2.4 耕地利用效益的計(jì)算

        2.4.1 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化 由于21個(gè)指標(biāo)具有不同的指標(biāo)特征,其統(tǒng)計(jì)量綱、數(shù)量級(jí)等具有較大差異,無(wú)法進(jìn)行指標(biāo)間的直接對(duì)比,因此需按照一定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同指標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,使指標(biāo)之間具有可比性。不同指標(biāo)對(duì)耕地利用效益分別具有正向效用和負(fù)向效用,因此采用不同的標(biāo)準(zhǔn)化公式。正向指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化公

        2.5 耕地利用效益協(xié)調(diào)度

        耕地利用效益評(píng)價(jià)體系中的子目標(biāo)層,是分別從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)角度對(duì)耕地利用效益進(jìn)行的量化評(píng)價(jià)。目標(biāo)層則是基于子目標(biāo)層的線性加權(quán),雖可從整體上反映耕地利用效益的狀況,但因?yàn)樽幽繕?biāo)層評(píng)價(jià)結(jié)果是基于各層下指標(biāo)分別量化統(tǒng)計(jì)的,無(wú)法完整、客觀地反映3個(gè)子目標(biāo)層間相互關(guān)系對(duì)耕地利用效益的影響。耕地利用效益系統(tǒng)協(xié)調(diào)度可以判斷經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)3個(gè)子目標(biāo)層的均衡狀態(tài),及其所反映出的耕地利用系統(tǒng)協(xié)調(diào)程度。耕地利用效益的協(xié)調(diào)度是指綜合效益系統(tǒng)的各分系統(tǒng)在區(qū)域耕地利用過(guò)程中彼此和諧一致的程度[5],協(xié)調(diào)度高的系統(tǒng)應(yīng)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展同步,并能保持耕地利用綜合效益持續(xù)提高。endprint

        效益、生態(tài)效益的前提,并是影響耕地利用綜合效益的基礎(chǔ)型因子。由1994—2011年耕地利用經(jīng)濟(jì)效益的變化趨勢(shì)(圖1)可知,研究區(qū)域耕地利用經(jīng)濟(jì)效益可分為1994—2002年、2003—2011年2個(gè)階段。第1個(gè)階段的耕地利用經(jīng)濟(jì)效益變動(dòng)起伏較大,分別于1996年、2002年形成2個(gè)明顯峰值,該年份的財(cái)政投資效益指標(biāo)(E5)分別為99.82、204.85,而此階段內(nèi)其他年份的該指標(biāo)值均低于95.00,最低值僅為49.47,差異較大,從而形成波峰。第2個(gè)階段的指標(biāo)值變化幅度較小,呈逐年上升的趨勢(shì),此階段的各項(xiàng)指標(biāo)值并無(wú)較大變動(dòng),個(gè)別指標(biāo)的小幅變動(dòng)也因指標(biāo)間的共同變化而消減,使

        經(jīng)濟(jì)效益子目標(biāo)層評(píng)價(jià)結(jié)果呈平穩(wěn)上升的趨勢(shì)。

        3.2 社會(huì)效益評(píng)價(jià)結(jié)果分析

        1991—2011年研究區(qū)域耕地利用社會(huì)效益呈上升趨勢(shì),根據(jù)上升幅度可劃分為1991—2003年、2004—2011年2個(gè)階段(圖2)。第1階段耕地利用社會(huì)效益雖每年呈上升趨勢(shì),但變化幅度相對(duì)較小,且整體處于較低水平,評(píng)價(jià)值除2001年外均低于0.050。第2階段耕地利用社會(huì)效益的上升幅度較大,評(píng)價(jià)值由2003年的0.050上升至2011年的0.280,相差近5倍。

        從社會(huì)效益子目標(biāo)層對(duì)應(yīng)的指標(biāo)值來(lái)看,人均農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值指標(biāo)、農(nóng)民人均純收入指標(biāo)是各指標(biāo)中2個(gè)階段變化幅度最大的。第1階段人均農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值指標(biāo)、農(nóng)民人均純收入指標(biāo)的最大值分別為3 505.38元/人、2 717元,而此指標(biāo)在第2階段的最小值分別為3 981.11元/人、3 163元,最大值則分別達(dá)到8 610.13元/人、9 422元。1991—2011年,研究區(qū)域人均耕地、人均糧食產(chǎn)量、需求滿足程度等指標(biāo)雖有變動(dòng),但總體變化幅度不大,如人均耕地僅從0.05 hm2/人下降至0.04 hm2/人,加權(quán)后對(duì)整個(gè)社會(huì)效益評(píng)價(jià)值影響不大;因此,整個(gè)時(shí)間段內(nèi)耕地利用社會(huì)效益呈逐年上升的趨勢(shì)。

        3.3 生態(tài)效益評(píng)價(jià)結(jié)果分析

        研究時(shí)段內(nèi)區(qū)域的生態(tài)效益評(píng)價(jià)值沒(méi)有明顯的上升或下降趨勢(shì),各年間起伏明顯,階段性不突出,但仍可劃分為1994—2006年、2007—2011年2個(gè)階段(圖3)。第1階段起伏相對(duì)明顯,年度間最大變化幅度為3.62,有明顯的波峰和波谷,其中2000年、2005年出現(xiàn)2個(gè)明顯的波谷,評(píng)價(jià)值僅為0.089、0.059。第2階段起伏相對(duì)較小,年度間最大變化幅度僅為1.40,且呈略微上升的趨勢(shì)。

        保收指數(shù)、復(fù)種指數(shù)、森林覆蓋率、有效灌溉面積占比等正向效用指標(biāo)的變化趨勢(shì)基本一致,但最大值出現(xiàn)的年份各不相同;耕地用肥量、萬(wàn)元產(chǎn)值能耗、單位耕地農(nóng)藥施用量、災(zāi)害指數(shù)等負(fù)向效用指標(biāo)也有變化,其中耕地用肥量指標(biāo)值增加較為明顯,而萬(wàn)元產(chǎn)值能耗指標(biāo)則呈下降趨勢(shì)。

        研究區(qū)域作為重要的農(nóng)業(yè)縣,需在保收指數(shù)、有效灌溉面積比、化肥施用量等方面加以改善,從而實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè),為耕地可持續(xù)利用和耕地生態(tài)奠定良好基礎(chǔ)。

        3.4 綜合效益評(píng)價(jià)結(jié)果分析

        1994—2011年研究區(qū)域耕地利用綜合效益總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì),具體可分為1994—2001年、2002—2006年、2007—2011年3個(gè)階段(圖4)。第1階段呈緩慢上升趨勢(shì),評(píng)價(jià)值由1994年的0.274上升至2001年的0.359,期間內(nèi)升降幅度較小。第2階段呈波動(dòng)下降趨勢(shì),評(píng)價(jià)值由2002年的0.529下降至2006年的0.482,最小值一度達(dá)到0.296,下降幅度較大。第3階段呈穩(wěn)定上升趨勢(shì),變化幅度較小但趨勢(shì)明顯。

        從綜合效益的構(gòu)成來(lái)看,經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益的重要性變動(dòng)趨勢(shì)差異明顯。經(jīng)濟(jì)效益比重呈先升高后降低的趨勢(shì),于2002年達(dá)到峰值,占綜合效益的64.0%。社會(huì)效益比重呈明顯的波動(dòng)上升趨勢(shì),于2002年達(dá)到峰值57.9%,隨后幾年基本維持在45.0%以上。生態(tài)效益比重整體呈波動(dòng)下降趨勢(shì),于2005年出現(xiàn)最低值19.8%,并于2006年回升至44.0%,但隨后幾年呈逐步下降的趨勢(shì),于2011年降至30.0%??梢?,研究區(qū)域在耕地利用中對(duì)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的實(shí)現(xiàn)程度大于生態(tài)效益,且耕地生態(tài)環(huán)境有明顯下降趨勢(shì)。

        3.5 耕地利用系統(tǒng)協(xié)調(diào)度分析

        上述分析是針對(duì)耕地利用經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益3個(gè)子目標(biāo)層,以及三者線性加權(quán)所得綜合效益目標(biāo)層的分析評(píng)價(jià),雖能在某層面上反映耕地利用的效益變化,但要分析子目標(biāo)層間的關(guān)聯(lián)性、耕地系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度,還需進(jìn)行協(xié)調(diào)度分析。按照協(xié)同理論的觀點(diǎn)[19-20],協(xié)調(diào)度Ci值反映了耕地利用系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度,Ci≥0.8為高度協(xié)調(diào)、 Ci在0.5~0.8為協(xié)調(diào)、Ci≤0.4為不協(xié)調(diào)、Ci≤0.2為極不協(xié)調(diào)。

        由公式(8)計(jì)算得到1994—2011年研究區(qū)域的耕地利用協(xié)調(diào)度值(圖5)。耕地利用協(xié)調(diào)度值整體呈上升趨勢(shì),可按照協(xié)調(diào)程度劃分為1994—2005年、2006—2011年2個(gè)階段。第1階段Ci值呈上升趨勢(shì),但Ci值小于0.4,耕地利用系統(tǒng)處于不協(xié)調(diào)狀態(tài)。雖然1997年Ci值超過(guò)0.4,但此階段中1994年、2002年的Ci值均低于0.2,耕地利用系統(tǒng)處于極不協(xié)調(diào)狀態(tài)。1994年的3個(gè)子目標(biāo)層評(píng)價(jià)值均較低,社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益分別只有0.020、0.085,耕地利用綜合效益不高;2002年的Ci值是整個(gè)評(píng)價(jià)期間最低值,只有0.166 4,雖然該年份E5值較高,但S1、S6的結(jié)果值均低于相鄰年份,導(dǎo)致社會(huì)效益較低。第2階段Ci值呈波動(dòng)上升趨勢(shì),Ci值均超過(guò)0.550,最低值為2008年的0.559,最高值為2011年的0.655 4,此階段內(nèi)經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益均逐年上升,生態(tài)效益則先降后升,3個(gè)子目標(biāo)層的協(xié)調(diào)度逐年增加,耕地利用系統(tǒng)也趨于協(xié)調(diào)。

        4 結(jié)論與討論

        通過(guò)構(gòu)架指標(biāo)體系,對(duì)1994—2011年研究區(qū)域耕地利用效益進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。指標(biāo)體系框架的目標(biāo)層-子目標(biāo)層-指標(biāo)層能夠充分反映研究區(qū)域的耕地利用狀況及利用效益,從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)符合對(duì)耕地利用系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)要求,能夠全面反映耕地利用整體效益。endprint

        在研究方法上將定性與定量相結(jié)合。通過(guò)定量評(píng)價(jià)模型對(duì)各層指標(biāo)因子進(jìn)行定量化分析,分別得到指標(biāo)值、子目標(biāo)值、目標(biāo)值,并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化處理實(shí)現(xiàn)各層指標(biāo)間的可比分析。在此基礎(chǔ)上,分別對(duì)耕地利用的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益、綜合效益、協(xié)調(diào)度進(jìn)行分析評(píng)價(jià),最后對(duì)研究時(shí)段內(nèi)該區(qū)域耕地利用的系統(tǒng)協(xié)調(diào)度進(jìn)行定性分析,研究結(jié)果符合區(qū)域耕地利用的實(shí)際情況。

        研究結(jié)果表明,研究區(qū)域耕地利用綜合效益、協(xié)調(diào)程度均呈波動(dòng)上升趨勢(shì),表現(xiàn)出明顯的階段性特征。在3個(gè)子目標(biāo)層中,經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益具有一定同步性,生態(tài)效益則與前兩者不同,雖波動(dòng)明顯,但整體趨勢(shì)性變化不明顯,個(gè)別年份形成明顯的波谷。研究區(qū)域耕地利用的生態(tài)效益較低,在綜合效益中所占比重呈下降趨勢(shì)。近年來(lái),研究區(qū)域協(xié)調(diào)程度有逐漸升高的趨勢(shì),并有耕地利用系統(tǒng)協(xié)調(diào)向高度協(xié)調(diào)發(fā)展的趨勢(shì)。耕地利用經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益之間基本協(xié)調(diào),若生態(tài)效益也能趨于平穩(wěn)上升,耕地利用總體效益高度協(xié)調(diào)的目標(biāo)將有望實(shí)現(xiàn)。

        研究區(qū)域是海南省重要的農(nóng)業(yè)縣,為提高耕地利用綜合效益和系統(tǒng)協(xié)調(diào)度,需從耕地資源的合理利用出發(fā)。增大現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及耕地開發(fā)利用中的應(yīng)用范圍,進(jìn)行土地整理,適當(dāng)提高機(jī)械化水平和生產(chǎn)力水平,從而提高耕地單產(chǎn)、提升經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)控制人口數(shù)量、提升人口素質(zhì),使人均耕地、人均產(chǎn)量、人均農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、勞動(dòng)力素質(zhì)等指標(biāo)水平值得以提高,為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化奠定基礎(chǔ)。減少農(nóng)藥、化肥在農(nóng)作物種植中的施用量,改善農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施條件,加強(qiáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抗災(zāi)能力,發(fā)展集約農(nóng)業(yè),降低萬(wàn)元產(chǎn)值能耗,從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)和耕地利用的可持續(xù)發(fā)展。

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