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農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差異比較研究論文
本文作者：唐婷、李超、呂坤、孟亞利、周治國 單位：南京農業(yè)大學(xué)／農業(yè)部南方作物生理生態(tài)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗室
農業(yè)生態(tài)環(huán)境是農業(yè)生產(chǎn)的基礎，近年來(lái)，各級政府在植樹(shù)造林、土壤改良等方面做了大量工作，但隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，耕地面積銳減，農用化學(xué)物品用量不斷增加，水質(zhì)污染、氣象災害等對農業(yè)生態(tài)環(huán)境造成越來(lái)越多不利影響。因此，開(kāi)展不同區域農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)及其動(dòng)態(tài)變化研究十分必要［１］。農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)前人已經(jīng)做了大量研究，目前國內外對農業(yè)生態(tài)環(huán)境的研究主要是定時(shí)、定區域地研究，包括環(huán)境、經(jīng)濟、社會(huì )、科技、資源等要素在內的復合農業(yè)生態(tài)系統；國外側重于對替代方法、策略、指標互作及模型應用的研究［２－４］。國內的指標體系較多引入經(jīng)濟、社會(huì )效益等指標［５－７］，弱化了生態(tài)指標及生態(tài)環(huán)境的作用，忽略了農業(yè)生態(tài)環(huán)境的時(shí)空變異性。農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的方法較多，主要有模糊綜合評價(jià)法、權重評價(jià)方法（綜合指數法）、層次綜合評價(jià)法、灰色綜合聚類(lèi)法、投影尋蹤模型等［８－１２］。其中權重評價(jià)方法（綜合指數法）簡(jiǎn)單客觀(guān)，便于分析各因子對農業(yè)生態(tài)環(huán)境的貢獻，應用十分廣泛［１］。
江蘇省位居長(cháng)江、淮河下游，東瀕黃海，平原遼闊、土地肥沃，素有“魚(yú)米之鄉”的美譽(yù)，并以占全國１％的土地面積，創(chuàng )造了約占全國１０％的ＧＤＰ總量。但伴隨著(zhù)經(jīng)濟的騰飛和現代化進(jìn)程的加快，江蘇的耕地面積越來(lái)越少，人口越來(lái)越集中，各種農業(yè)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題接踵而來(lái)。本文擬應用層次分析法（ａｎａｌｙｔｉｃａｌｈｉｅｒａｒｃｈｐｒｏｃｅｓｓ，簡(jiǎn)稱(chēng)ＡＨＰ）確定各指標的權重，應用權重評價(jià)法（綜合指數法）分析江蘇省農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數，客觀(guān)、具體地分析不同區域農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化，為區域農業(yè)的可持續發(fā)展、農業(yè)生態(tài)環(huán)境建設以及進(jìn)一步發(fā)展“優(yōu)質(zhì)、高效、外向、生態(tài)、安全”的具有江蘇特色的農業(yè)現代化道路提供理論決策參考。
１研究區域選擇與研究方法
１．１研究區域的選擇
江蘇省位于北緯３０°３５′－３５°０７′，總面積１０．２６×１０４ｋｍ２，年降水量７８３～１１６７ｍｍ，年平均氣溫１３～１６℃，氣候溫和，雨量適中，農業(yè)自然條件優(yōu)越，是我國農業(yè)高產(chǎn)區和重要商品糧基地。全國農業(yè)資源區劃辦將江蘇省劃分為徐連、寧鎮揚、沿江、兩淮、太湖和沿海６大農村經(jīng)濟區［１３］。為了便于調查、收集資料以及減少統計工作量，考慮到自然環(huán)境條件、區域經(jīng)濟發(fā)展、區位條件等區內相似性和區際差異性；同時(shí)，可以涵蓋江蘇省所有氣候類(lèi)型和經(jīng)濟發(fā)展水平，選擇邳州、新沂（徐連經(jīng)濟區），東臺、大豐（沿海經(jīng)濟區），如皋、金壇（沿江經(jīng)濟區），興化（寧鎮揚經(jīng)濟區），張家港、江陰（太湖經(jīng)濟區）共９個(gè)具有代表性的縣（市）區域作為評價(jià)單元。通過(guò)對經(jīng)濟區內典型縣評價(jià)值加權平均，得到該經(jīng)濟區的評價(jià)值。
１．２資料獲取
數據來(lái)源主要包括遙感數據、土壤普查、地圖數據和統計數據。（１）遙感數據：主要來(lái)源于美國Ｌａｎｄｓａｔ衛星的ＴＭ影像，用于計算植被覆蓋度，選�。保梗梗的�、２０００年、２００８年６－８月植被生長(cháng)季遙感影像。（２）土壤數據：主要來(lái)源于全國土壤普查數據。（３）地圖數據：主要包括江蘇省行政區劃圖、１∶１００萬(wàn)ＤＥＭ等專(zhuān)題數據。（４）氣象數據：采用江蘇省氣象局提供的各個(gè)區域所在站點(diǎn)１９９５－２００８年統計數據。
２農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指標的選取與驗證
２．１評價(jià)指標體系的建立
區域農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)指標體系（Ｕ）由自然環(huán)境子系統（Ｕ１）、土壤生態(tài)狀況子系統（Ｕ２）和環(huán)境污染子系統（Ｕ３）３部分組成。其中自然環(huán)境子系統包括：≥１０℃活動(dòng)積溫、年平均氣溫、年降水量、年日照時(shí)數、植被覆蓋率、土地復種指數６個(gè)指標；土壤生態(tài)狀況子系統包括：水土流失量、土壤ｐＨ值、土壤有機質(zhì)、土壤全氮、土壤速效磷、土壤速效鉀指標。環(huán)境污染子系統包括：化肥使用強度、工業(yè)廢水排放強度、工業(yè)廢水排放強度、ＳＯ２排放強度。
２．２評價(jià)指標體系的驗證
應用江蘇�。保梗梗的�、２０００年、２００８年的統計數據，利用主成分分析法在ＳＰＳＳ軟件中對區域農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指標體系進(jìn)行篩選和分析。由表１可知，１９９５年、２０００年、２００８年第一主成分與≥１０℃活動(dòng)積溫、年平均溫度、年日照時(shí)數、年降水量、土地復種指數、土壤全氮含量、化肥使用強度、工業(yè)廢水排放強度、工業(yè)廢氣排放強度和ＳＯ２排放強度１０個(gè)指標存在顯著(zhù)的相關(guān)性。其中：≥１０℃活動(dòng)積溫、年平均氣溫、年日照時(shí)數、年降水量４個(gè)指標均表征農業(yè)氣候生態(tài)狀況；前３個(gè)指標表征特定區域熱量資源，代表氣候因素對農業(yè)生態(tài)發(fā)展的影響；土壤全氮含量表征農田土壤理化性質(zhì)，可以反映人類(lèi)農業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響；化肥使用強度、工業(yè)廢水排放強度、工業(yè)廢氣排放強度和ＳＯ２排放強度４個(gè)指標反映了環(huán)境污染對農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響。因此，第一主成分強調了區域自然環(huán)境、土壤因素和環(huán)境污染等多方面主導因素的良好組合。
第二主成分與土壤速效磷含量和土壤ｐＨ值指標顯著(zhù)相關(guān)。第三主成分與植被覆蓋度、水土流失量和土壤速效鉀含量存在較高的相關(guān)性。其中植被覆蓋度和水土流失量可以反映農業(yè)自然生態(tài)環(huán)境的變化，代表農業(yè)結構對農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)展的影響。因此，第二和第三主成分強調了自然環(huán)境、土壤因素的重要性。第四主成分與土壤有機質(zhì)含量的相關(guān)性較高，可以反映土壤生態(tài)狀況。與１９９５年相比，２０００年、２００８年的水土流失量、工業(yè)廢水、工業(yè)廢氣和ＳＯ２排放強度等指標小幅降低，土地復種指數和土壤全氮含量小幅升高，反映出人類(lèi)農業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。綜上，所選指標均能夠很好地反映評價(jià)區域的農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況。因此，前４個(gè)主成分分析結果可以作為新的綜合因子體系，來(lái)表征區域農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況。
３農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)模型的構建
３．１農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指標權重的確定
在評價(jià)模型中，各指標權重的確定是一個(gè)關(guān)鍵，而層次分析法是一種定性分析與定量分析相結合的決策方法，按照“分解－判斷－綜合”的思維特點(diǎn)，將多層次、多準則的復雜問(wèn)題分解為各個(gè)組成因素，并將這些因素按支配關(guān)系分組，形成遞階層次結構，通過(guò)兩兩比較的方式確定各層次中諸因素的相對重要性。因此本研究在以農業(yè)生態(tài)系統是否可持續發(fā)展為評價(jià)目標的基礎上，建立基于層次分析法的綜合評價(jià)模型進(jìn)行評價(jià)。將農業(yè)生態(tài)系統作為一個(gè)復雜系統進(jìn)行評價(jià)。首先要把復雜問(wèn)題分解為不同的層次，建立由目標層、準則層和指標層的層次結構模型；其次，根據數據資料、專(zhuān)家意見(jiàn)和作者的認識，構建判斷矩陣，根據確定的判斷矩陣，計算出判斷矩陣的最大特征值和特征向量，再對所得的特征向量進(jìn)行歸一化處理，所得的向量分量即為所求的相應因素關(guān)于上一層因素的相對權重。通過(guò)以上對指標權重的確定方法，因地制宜地計算出區域農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)中各指標的權重（表２）。
３．２農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)模型
通常情況下，評價(jià)指標分為正向指標和逆向指標兩類(lèi)，以標志值為基準將各指標進(jìn)行正向和逆向標準化后，進(jìn)而建立農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)模型：Ｕ＝∑ｎｉ＝１Ａｉ×Ｃｉ式中：Ｕ為農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)指數；Ａｉ為所選取指標的標志值；Ｃｉ為各指標的總權重；ｎ為指標個(gè)數。依據數據資料，參照《中華人民共和國環(huán)境保護行業(yè)標準》，將農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分為５級：優(yōu)（Ⅰ級）、良（Ⅱ級）、一般（Ⅲ級）、較差（Ⅳ級）和差（Ⅴ級）（表３）。
４區域農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)
應用區域農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)模型，分別計算９個(gè)代表縣市１９９５，２０００，２００８年的農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)指數，通過(guò)公式Ｕ＝∑ｋｊ＝１１ｋＵｊ（式中：Ｕ為區域農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指數；Ｕｊ為各縣市的農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指數；ｋ為各經(jīng)濟區所包含的縣（市）數），求得５個(gè)經(jīng)濟區的農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)綜合指數（圖１）。從圖１可以看出，徐連、沿江、沿海、寧鎮揚和太湖５個(gè)經(jīng)濟區的農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數呈現從北向南的明顯下降趨勢，以徐連經(jīng)濟區最高，太湖經(jīng)濟區最低。１９９５－２００８年期間，各經(jīng)濟區的農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指數均呈明顯的下降趨勢，其中徐連經(jīng)濟區下降幅度最為明顯，從１９９５年的優(yōu)秀狀態(tài)（０．７５５０）下降到２００８年的一般狀態(tài)（０．４６３９）；太湖經(jīng)濟區的農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指數下降幅度較小，從１９９５年的高層次一般狀態(tài)（０．５４８０）下降到２００８年的低層次一般狀態(tài)（０．４６６１）。１９９５年徐連經(jīng)濟區農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數值最高，太湖經(jīng)濟區最低；２００８年寧鎮揚經(jīng)濟區農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數值最高，徐連和太湖經(jīng)濟區最低。寧鎮揚經(jīng)濟區由于受社會(huì )經(jīng)濟基礎等眾多因素的影響，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況逐漸變差，但是降低幅度較小。
為了更深入了解區域農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的時(shí)空變異，選取生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數變化最大的徐連經(jīng)濟區和太湖經(jīng)濟區及其中的代表區域（徐連經(jīng)濟區：邳州和新沂，太湖經(jīng)濟區：張家港和江陰）為研究對象，分析其１９９９－２００８年連續１０年的農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)空變化。圖２表明，在１９９９－２００３年期間，新沂的農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體上呈下降的趨勢，但仍長(cháng)期處于良好水平，分別從高層次的良好（０．６０１８）轉變?yōu)榈蛯哟蔚牧己脿顩r（０．５５７２），２００４年后總體發(fā)展趨勢繼續下降，進(jìn)入到較低的一般狀態(tài)（０．４５７６）。邳州是４個(gè)代表區域中農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況起點(diǎn)最高，但降低速度最快的，由１９９９年最高的０．６３４７降低到２００８年的０．４６０２，農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況從良好狀況逐漸降低到一般狀況，并且一直處于惡化的發(fā)展態(tài)勢。江陰和張家港兩區域的農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況明顯低于邳州和新沂，自１９９９年以來(lái)持續保持逐年下降的態(tài)勢，從１９９９年的高層次的一般降低到低層次的一般狀態(tài)，波動(dòng)幅度較小，農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況較穩定。
５結論與討論
江蘇省不同區域的農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數隨時(shí)間的推移，從北向南呈明顯的下降趨勢，表現出明顯的時(shí)空變異。以徐連經(jīng)濟區的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數最高，沿江、沿海和寧鎮揚經(jīng)濟區次之，太湖經(jīng)濟區最低。在本研究中的江蘇�。祩�(gè)經(jīng)濟區，其農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指數均呈明顯的下降趨勢，以徐連經(jīng)濟區的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數下降最快，太湖經(jīng)濟區農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指數下降最慢，但徐連經(jīng)濟區農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況明顯好于太湖經(jīng)濟區。究其原因，主要有以下兩點(diǎn)：
�。ǎ保┨�(jīng)濟區的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況總體水平較低，目前該經(jīng)濟區的農業(yè)生態(tài)環(huán)境發(fā)展趨于平穩，質(zhì)量狀況降低緩慢。該經(jīng)濟區自然條件和社會(huì )經(jīng)濟條件在全省仍都處于前列，是全省乃至全國鄉鎮企業(yè)發(fā)展最早、水平最高的地區之一，農村工業(yè)成為占絕對優(yōu)勢的鄉村產(chǎn)業(yè)結構。由于經(jīng)濟發(fā)達，外來(lái)勞動(dòng)力紛紛涌入，人多地少的矛盾尤為突出，能源、原材料的嚴重短缺，耕地不斷減少，工業(yè)“三廢”污染強度過(guò)高，致使植被覆蓋降低與水土流失增強，很大程度上抵消了該地區在自然和社會(huì )經(jīng)濟條件下的優(yōu)勢，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量一直處于較低水平。
�。ǎ玻┬爝B經(jīng)濟區由于歷史和社會(huì )經(jīng)濟基礎等眾多因素的影響，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況雖然發(fā)展起點(diǎn)較高，但該經(jīng)濟區的農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)展呈現迅速下降趨勢，逐漸惡化。徐連經(jīng)濟區內煤礦、非礦產(chǎn)等資源豐富，重工業(yè)發(fā)達，長(cháng)期開(kāi)采煤礦造成植被覆蓋降低、土地塌陷、水土流失、土壤養分流失等一系列根本性環(huán)境問(wèn)題，雖然進(jìn)行了一系列的生態(tài)重建和土地復墾工程，但生態(tài)恢復需要較長(cháng)時(shí)間，加之本區是江蘇省降雨最少的區域，因此短期內生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得不到明顯改善。
對農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指標變化最大的徐連經(jīng)濟區和太湖經(jīng)濟區及其代表的縣（市）（邳州、新沂、張家港和江陰）分析發(fā)現，徐連經(jīng)濟區農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況遠遠高于太湖經(jīng)濟區，且兩經(jīng)濟區的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況總體上呈下降的趨勢。但隨時(shí)間的推移，兩經(jīng)濟區的農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況差異越來(lái)越小。
本研究將農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)指標體系的構建與主成分分析法相結合，運用層次分析法因地制宜地確定各評價(jià)區域指標權重的方法尚處探索階段，如何將各種先進(jìn)數學(xué)算法與農業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量模型結合，更好地對指標進(jìn)行篩選，提高評價(jià)精度還需在今后的研究中進(jìn)一步探索。
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