潘茸花，李新平，李素儉，韓　靜，劉敬美

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院， 陜西 楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 陜西 楊凌 712100 3.西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

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鹵陽湖鹽堿治理區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價

潘茸花1，李新平2，李素儉3，韓靜2，劉敬美1

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院， 陜西 楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院， 陜西 楊凌 712100 3.西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 陜西 楊凌 712100)

從生態(tài)系統(tǒng)活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力三個方面構(gòu)建農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系，通過層次分析法(AHP)確定指標(biāo)權(quán)重，采用綜合指數(shù)法計(jì)算鹵陽湖地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)并結(jié)合評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：2012年鹵陽湖鹽堿治理區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價值為5.772，介于Ⅱ級和Ⅲ級之間，偏亞健康狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)活力、組織結(jié)構(gòu)和恢復(fù)力都存在不同程度的問題。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)制約鹵陽湖鹽堿治理區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的因素主要有人口密集且整體素質(zhì)較低、土地資源緊張、水土流失嚴(yán)重、自然資源過度開發(fā)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)單一、生產(chǎn)方式落后等。

鹵陽湖鹽堿治理區(qū)；農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)；指標(biāo)體系；生態(tài)系統(tǒng)健康評價

近年來，由于自然環(huán)境變化及人類活動負(fù)面影響，造成生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能上的紊亂，直接影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類生活[1]。因此，生態(tài)環(huán)境健康狀況受到人們的廣泛關(guān)注，相應(yīng)的研究也成為了熱點(diǎn)問題[1-4]。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康(Agroecosystem health)是指農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)免受發(fā)生“失調(diào)綜合癥”、處理脅迫的狀態(tài)和滿足持續(xù)生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的能力[3]，是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的綜合特征,是實(shí)現(xiàn)生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)目標(biāo)的重要保障[4]。國內(nèi)外學(xué)者在不同尺度上，選取不同的指標(biāo)體系和方法對各級區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行了評價[1-8]。

鹵陽湖鹽堿治理區(qū)位于渭河北岸，地形復(fù)雜，地處暖溫帶，區(qū)內(nèi)以農(nóng)業(yè)為主。明朝末年鹵陽湖退湖成灘以來，在當(dāng)?shù)靥厥獾牡貏?、氣候和水質(zhì)以及人類活動長期影響下，鹵陽湖周邊區(qū)域土壤鹽堿化嚴(yán)重，土壤肥力較低，農(nóng)作物產(chǎn)量不高，自然災(zāi)害頻繁；近年來，由于人們對土地掠奪式開采和資源的不合理利用，導(dǎo)致該區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)狀況更加惡化，嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前，不同學(xué)者在不同領(lǐng)域?qū)u陽湖地區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了研究[9-13]，但都是從單一領(lǐng)域選取指標(biāo)，并沒有對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)從經(jīng)濟(jì)-社會-自然進(jìn)行全面地評價研究。研究渭南鹵陽湖鹽堿地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)具有重要的理論和實(shí)踐意義，有助于對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行監(jiān)測和分析，以便發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展中存在的問題，從而提出適合當(dāng)?shù)匕l(fā)展的相應(yīng)策略，促使當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展。

1　研究區(qū)概況

鹵陽湖鹽堿地綜合治理區(qū)位于陜西省關(guān)中平原東部渭南市蒲城、富平兩縣境內(nèi)。地理坐標(biāo)E109°07′～109°51′，N34°41′～35°01′，屬關(guān)中平原到黃土高原的過渡地帶，區(qū)內(nèi)屬暖溫帶大陸性半干旱季風(fēng)氣候，多年平均氣溫為14.5℃，四季分明。多年平均降水量523 mm，蒸發(fā)量1 726.4 mm，4、5月份蒸發(fā)最強(qiáng)烈，日照2 243 h，無霜期158～220 d，年平均相對濕度64%，最大凍土深度32 cm。本區(qū)域基本是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，植被類型單一，天然植被很少，農(nóng)田作物在評價區(qū)植被類型中所占比重最大。其中，農(nóng)田栽培植被中又以小麥、玉米、大豆為主，油菜、花生和棉花等經(jīng)濟(jì)作物為輔。區(qū)內(nèi)涉及蒲城、富平兩縣的10鄉(xiāng)鎮(zhèn)144個行政村，區(qū)內(nèi)居住人口25.19萬人，主要為農(nóng)村人口。由于鹵陽湖地區(qū)土壤鹽堿化嚴(yán)重，雨、洪、旱、澇等自然災(zāi)害頻繁侵?jǐn)_，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平低下，農(nóng)民人均收入較低，是國家級重點(diǎn)貧困地區(qū)。

2　研究方法

2.1評價指標(biāo)體系

2.1.1評價指標(biāo)體系建立原則農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)的選取直接關(guān)系到評價結(jié)果的科學(xué)性和實(shí)用性，因此指標(biāo)體系的構(gòu)建至關(guān)重要，除客觀性、科學(xué)性、完整性、有效性的普遍原則外，還應(yīng)該遵循以下原則[10-12]：(1) 明確性和易操作性原則；(2) 系統(tǒng)性與層析性相統(tǒng)一原則；(3) 與國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域銜接原則；(4) 與研究區(qū)的尺度大小相適應(yīng)原則；(5) 簡明性與全面性相結(jié)合的原則。

2.1.2指標(biāo)體系參考國內(nèi)有關(guān)生態(tài)系統(tǒng)健康評價的各種方法[12-14]，結(jié)合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境現(xiàn)狀，依據(jù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系構(gòu)建原則，選取適用指標(biāo)，利用層次分析法(Analytical hierarchy process, AHP)的原理建立4個層次的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系。第1層次是目標(biāo)層,即農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)；第2層次是項(xiàng)目層，分別為活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力；第3層次是因素層,包括生態(tài)生產(chǎn)力、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性等7項(xiàng)；第四層為指標(biāo)層，由17個評價指標(biāo)構(gòu)成(圖1)。

2.2指標(biāo)權(quán)重的確定

由于生態(tài)系統(tǒng)健康評價中各個方面和各個指標(biāo)的重要性和貢獻(xiàn)率不一，因而需要確定各指標(biāo)的權(quán)重，本研究采用層次分析法計(jì)算并參考專家的意見確定指標(biāo)的權(quán)重，具體步驟如下[15-17]：

(1) 構(gòu)建遞階多層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)具體研究目標(biāo)，依據(jù)一定的原則和實(shí)際情況選取因子，并確定各因子之間的從屬關(guān)系，從而劃分出含多個層級的結(jié)構(gòu)模型，低層級的因子從屬于或影響相鄰高層級的某一個因素，同時又支配相鄰下層級的部分因子。

(2) 構(gòu)建判斷比較矩陣

這一步的意義在于決策要反復(fù)回答問題，具體方法是將同一層級中的各因素和上一層級中某一因素的重要性進(jìn)行兩兩成對比較，引用數(shù)字1～9及其倒數(shù)作為標(biāo)度(包含的意義見表1)對重要程度給出判斷值，形成判斷矩陣，記為：

A=(a1,a2,a3, …,an)T

Ai=(aij)n×n(aij=Ai/aj)

判斷矩陣應(yīng)具有如下性質(zhì)：①aij=1/aji(I≠j)；②aii=1； ③aij>0。

(3) 計(jì)算特征值和特征向量(即權(quán)重)

本文采用方根法計(jì)算各個指標(biāo)的最大特征值和權(quán)重，具體計(jì)算方法如下：

① 將初始矩陣A的各行元素相乘得到Hi，然后將之開n次方得到矩陣B，記為:

B=(b1,b2,b3, …,bn)T

② 對向量Bi進(jìn)行歸一化處理獲得特征向量W，Wi即為第i個因素相對于某一層相應(yīng)因素的權(quán)重值。

W=(w1,w2,w3, …,wn)T

③ 最后計(jì)算最大特征值λmax公式為：

圖1鹵陽湖地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系

Fig.1IndexsystemoftheagroecosystemhealthassessmentforLuyangLakesaline-alkalidistrict

(4) 一致性檢驗(yàn)

AHP應(yīng)用過程中，由于判斷矩陣是兩兩比較，有可能出現(xiàn)整體判斷的不一致。為了避免這種狀況的發(fā)生，必須通過CR作為檢驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)通過后，才可以確定權(quán)重的正確性。具體方法如下：

① 計(jì)算一致性指標(biāo)

式中，CI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo),此值與矩陣階數(shù)有關(guān)。

② 在表2中查詢一致性指標(biāo)RI。

③ 計(jì)算一致性比例，公式為(檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)是：CR<0.1時可以認(rèn)為判斷矩陣是可以接受的，即結(jié)果可靠)：

根據(jù)以上層次分析法的步驟和公式計(jì)算出各因子的權(quán)重并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，得到鹵陽湖地區(qū)各因子權(quán)重，見表3。

表1　9位標(biāo)度法

表2　判斷矩陣平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI值

表3　評價指標(biāo)體系權(quán)重值

2.3評價標(biāo)準(zhǔn)界定

目前，國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價標(biāo)準(zhǔn)。因此，本文參考相關(guān)研究，根據(jù)陜西省、渭南市及蒲城富平兩縣對各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)取值范圍，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，并采用通用方法和國家標(biāo)準(zhǔn)將農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況分為五個等級，即Ⅰ級表示很健康，Ⅱ級表示健康，Ⅲ級表示亞健康，Ⅳ級表示一般病態(tài)，Ⅴ級表示嚴(yán)重病態(tài)，見表4,由此可以用來劃分農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的程度；根據(jù)各指標(biāo)總權(quán)重和相應(yīng)分值計(jì)算出指標(biāo)層、項(xiàng)目層和因素層各因子的分級健康取值范圍，結(jié)果見表5，根據(jù)表5可以結(jié)合最終評價結(jié)果判斷出各層次因子的健康狀態(tài)。

表4　鹵陽湖鹽堿治理區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價分級標(biāo)準(zhǔn)

表5　各層級指標(biāo)健康等級對應(yīng)標(biāo)志值

2.4評價模型

經(jīng)過AHP求解出指標(biāo)體系中各因素的權(quán)重后，通過綜合指數(shù)法[18]計(jì)算各年度農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價值，計(jì)算項(xiàng)目層健康指數(shù)及綜合健康指數(shù)的公式為：

H=∑Wi×Xi

式中，H為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價值，Wi為第i個因素的總權(quán)重，Xi為第i個因素根據(jù)確定好的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價分級標(biāo)準(zhǔn)的得分值。

2.5數(shù)據(jù)來源

本研究所涉及指標(biāo)值的獲取途徑主要基于以下3方面：① 統(tǒng)計(jì)年鑒[19]，可以直接獲得單位面積農(nóng)業(yè)凈產(chǎn)值、人口密度、農(nóng)民人均純收入、GDP增長率等；② 科研報(bào)告和統(tǒng)計(jì)年報(bào)(如鹵陽湖環(huán)評報(bào)告)，可查閱到農(nóng)作物覆蓋度、有效灌溉面積率、COD排放量、土壤污染指數(shù)、大氣質(zhì)量等；③ 根據(jù)相關(guān)公式及數(shù)據(jù)計(jì)算，可獲得NPP利用率、土地人口承載度、農(nóng)田景觀優(yōu)勢度等指標(biāo)。

3　結(jié)果與分析

3.1指標(biāo)得分

根據(jù)各指標(biāo)實(shí)測數(shù)值，參考其他學(xué)者研究和各指標(biāo)相應(yīng)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，利用9位標(biāo)度法對鹵陽湖鹽堿治理區(qū)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行打分，結(jié)果見表6。

3.2農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價

各指標(biāo)打分值與各指標(biāo)總權(quán)重之積即為指標(biāo)層各指標(biāo)評價值，采用綜合指數(shù)法計(jì)算鹵陽湖鹽堿治理區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況2012年綜合評價值，再結(jié)合表4和表5的各級指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)志值可以分析出各指標(biāo)評價值的等級，具體結(jié)果見表7。

表6　鹵陽湖鹽堿治理區(qū)指標(biāo)得分值

表7　鹵陽湖鹽堿治理區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價值

由表7可以看出，鹵陽湖鹽堿治理區(qū)2012年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價值為5.772，處于Ⅱ級至Ⅲ級之間，偏亞健康狀態(tài)。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)活力的健康評價值為1.660，為Ⅲ級亞健康狀態(tài)，主要制約因素為土地人口承載度和單位面積農(nóng)業(yè)凈產(chǎn)值，等級分別為V級和III級，健康狀況較差。當(dāng)?shù)厝丝诿芗?，人均土地占有率極低，且單位土地面積農(nóng)業(yè)凈產(chǎn)值偏低，影響生態(tài)和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)活力降低。因此，該農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)要進(jìn)行集約化生產(chǎn), 通過提高現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力、單位面積農(nóng)業(yè)凈產(chǎn)值和農(nóng)民人均純收入等指標(biāo)值，增加農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力，從而增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的活力。

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)的健康評價值為2.194，介于Ⅱ級和Ⅲ級之間偏健康狀態(tài)。雖然整體狀況良好，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和自然結(jié)構(gòu)也是偏健康狀態(tài)，但社會結(jié)構(gòu)卻處于一般病態(tài)。該地區(qū)的人口密度和勞動者受教育程度評價值很低(分別為0.126、0.075)，這是導(dǎo)致社會結(jié)構(gòu)評價值降低的直接原因，也是影響組織結(jié)構(gòu)的主要原因。其次該評價區(qū)的COD排放量評價值也不高，可以適度合理的處理，以改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)民生活質(zhì)量。

恢復(fù)力的健康評價值為1.918，介于Ⅱ級和Ⅲ級之間偏亞健康狀態(tài)。結(jié)合表4和表6分析，該地區(qū)的農(nóng)業(yè)投入較高(1.506，偏健康狀態(tài))，但系統(tǒng)穩(wěn)定性極差(僅0.412，介于IV級和V級之間偏一般病態(tài))，因而造成當(dāng)?shù)刈匀换謴?fù)能力較差。因此，為了提高生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力，應(yīng)加強(qiáng)土地沙化、水土流失的治理，提高植被的多樣性，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，合理農(nóng)田灌溉，從而提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4　結(jié)　論

本文通過層次分析法和綜合指數(shù)法對鹵陽湖農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)評價，結(jié)果表明，鹵陽湖鹽堿治理區(qū)處于偏亞健康狀態(tài)，生態(tài)系統(tǒng)活力、組織結(jié)構(gòu)和恢復(fù)力都存在不同程度的問題。制約鹵陽湖鹽堿治理區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的因素主要有人口密集且整體素質(zhì)較低、土地資源緊張、水土流失嚴(yán)重、自然資源過度開發(fā)、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)單一且生產(chǎn)方式落后等。為了提高鹵陽湖地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平，需要有針對性地解決相關(guān)問題，具體措施如下：

1) 合理高效地利用土地資源，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值。在僅有的土地資源基礎(chǔ)上，必須提高土壤肥力，優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，減輕當(dāng)?shù)赝寥利}堿化程度，提高單位面積土地產(chǎn)值，同時優(yōu)化種植業(yè)結(jié)構(gòu)，合理利用土地，從而達(dá)到提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的目的。

2) 改變農(nóng)業(yè)經(jīng)營模式，促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。因地制宜，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，加大農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度，在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)上發(fā)展特色農(nóng)業(yè)，引進(jìn)新技術(shù)，宣傳新品種，促進(jìn)科研與生產(chǎn)相互促進(jìn)，有效提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，促進(jìn)農(nóng)民增收。

3) 推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展，促進(jìn)科技與農(nóng)業(yè)結(jié)合。基層政府與科研機(jī)構(gòu)聯(lián)系，定期邀請相關(guān)學(xué)者到村講解新技術(shù)新產(chǎn)品，提高農(nóng)民科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)出科技型新農(nóng)民，促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)推廣，便于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)行。

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Agroecosystem health assessment on the saline-alkali district in Luyang Lake

PAN Rong-hua1, LI Xin-ping2, LI Su-jian3, HAN Jing2, LIU Jing-mei1

(1.CollegeofForestry,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China;2.CollegeofNaturalResourceandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China；3.CollegeofLifeSciences,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

This research established an index system of agroecosystem health assessment by analyzing vigor, organic structure and resilience of the agroecosystem. The index weight was calculated through the analytic hierarchy process (AHP). Finally, comprehensive index method was used to calculate the ecosystem health index and analyze the health level by the evaluation standard. The results showed that in 2012, the agroecosystem health comprehensive evaluation value of Luyang lake saline-alkali district was 5.772, which was between grade II and III (means partial sub-healthy state). There were some problems for each index at different scales. The main factors that restricted the development of agriculture in Luyang lake district included large density and the low overall quality of the population, the lack of land resource, serious soil erosion, over exploitation of natural resources, single agricultural industry and backward production mode.

luyang lake saline-alkali district; agroecosystem; ecosystem health assessment; index system

1000-7601(2016)04-0237-07

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.04.36

2015-06-16

亞洲發(fā)展銀行項(xiàng)目“渭南鹵陽湖鹽堿地綜合治理項(xiàng)目”

潘茸花(1990—)，女，陜西渭南人，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)評價。 E-mail:892351811@qq.com。

李新平(1961—)，男，陜西武功人，碩士，副教授，主要從事土壤與生態(tài)研究。 E-mail:xinpingli79@sina.com。

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