農業生態環境質量差異比較研究

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本文作者：唐婷、李超、呂坤、孟亞利、周治國 單位：南京農業大學／農業部南方作物生理生態重點開放實驗室

農業生態環境是農業生產的基礎，近年來，各級政府在植樹造林、土壤改良等方面做了大量工作，但隨著社會經濟的迅猛發展，耕地面積銳減，農用化學物品用量不斷增加，水質污染、氣象災害等對農業生態環境造成越來越多不利影響。因此，開展不同區域農業生態環境質量評價及其動態變化研究十分必要［1］。農業生態環境質量評價前人已經做了大量研究，目前國內外對農業生態環境的研究主要是定時、定區域地研究，包括環境、經濟、社會、科技、資源等要素在內的復合農業生態系統；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濟、社會效益等指標［5－7］，弱化了生態指標及生態環境的作用，忽略了農業生態環境的時空變異性。農業生態環境質量評價的方法較多，主要有模糊綜合評價法、權重評價方法（綜合指數法）、層次綜合評價法、灰色綜合聚類法、投影尋蹤模型等［8－12］。其中權重評價方法（綜合指數法）簡單客觀，便于分析各因子對農業生態環境的貢獻，應用十分廣泛［1］。

江蘇省位居長江、淮河下游，東瀕黃海，平原遼闊、土地肥沃，素有“魚米之鄉”的美譽，并以占全國1％的土地面積，創造了約占全國10％的GDP總量。但伴隨著經濟的騰飛和現代化進程的加快，江蘇的耕地面積越來越少，人口越來越集中，各種農業生態環境問題接踵而來。本文擬應用層次分析法（analyticalhierarchprocess，簡稱AHP）確定各指標的權重，應用權重評價法（綜合指數法）分析江蘇省農業生態環境質量指數，客觀、具體地分析不同區域農業生態環境質量的變化，為區域農業的可持續發展、農業生態環境建設以及進一步發展“優質、高效、外向、生態、安全”的具有江蘇特色的農業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，農業自然條件優越，是我國農業高產區和重要商品糧基地。全國農業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，考慮到自然環境條件、區域經濟發展、區位條件等區內相似性和區際差異性；同時，可以涵蓋江蘇省所有氣候類型和經濟發展水平，選擇邳州、新沂（徐連經濟區），東臺、大豐（沿海經濟區），如皋、金壇（沿江經濟區），興化（寧鎮揚經濟區），張家港、江陰（太湖經濟區）共9個具有代表性的縣（市）區域作為評價單元。通過對經濟區內典型縣評價值加權平均，得到該經濟區的評價值。

1．2資料獲取

數據來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：主要來源于美國Landsat衛星的TM影像，用于計算植被覆蓋度，選取1995年、2000年、2008年6－8月植被生長季遙感影像。（2）土壤數據：主要來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DEM等專題數據。（4）氣象數據：采用江蘇省氣象局提供的各個區域所在站點1995－2008年統計數據。

2農業生態環境質量評價指標的選取與驗證

2．1評價指標體系的建立

區域農業生態環境質量綜合評價指標體系（U）由自然環境子系統（U1）、土壤生態狀況子系統（U2）和環境污染子系統（U3）3部分組成。其中自然環境子系統包括：≥10℃活動積溫、年平均氣溫、年降水量、年日照時數、植被覆蓋率、土地復種指數6個指標；土壤生態狀況子系統包括：水土流失量、土壤pH值、土壤有機質、土壤全氮、土壤速效磷、土壤速效鉀指標。環境污染子系統包括：化肥使用強度、工業廢水排放強度、工業廢水排放強度、SO2排放強度。

2．2評價指標體系的驗證

應用江蘇省1995年、2000年、2008年的統計數據，利用主成分分析法在SPSS軟件中對區域農業生態環境質量指標體系進行篩選和分析。由表1可知，1995年、2000年、2008年第一主成分與≥10℃活動積溫、年平均溫度、年日照時數、年降水量、土地復種指數、土壤全氮含量、化肥使用強度、工業廢水排放強度、工業廢氣排放強度和SO2排放強度10個指標存在顯著的相關性。其中：≥10℃活動積溫、年平均氣溫、年日照時數、年降水量4個指標均表征農業氣候生態狀況；前3個指標表征特定區域熱量資源，代表氣候因素對農業生態發展的影響；土壤全氮含量表征農田土壤理化性質，可以反映人類農業生產活動對農業生態環境質量的影響；化肥使用強度、工業廢水排放強度、工業廢氣排放強度和SO2排放強度4個指標反映了環境污染對農業生態環境質量的影響。因此，第一主成分強調了區域自然環境、土壤因素和環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值指標顯著相關。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性。其中植被覆蓋度和水土流失量可以反映農業自然生態環境的變化，代表農業結構對農業生態環境質量發展的影響。因此，第二和第三主成分強調了自然環境、土壤因素的重要性。第四主成分與土壤有機質含量的相關性較高，可以反映土壤生態狀況。與1995年相比，2000年、2008年的水土流失量、工業廢水、工業廢氣和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，反映出人類農業生產活動對農業生態環境質量產生重要影響。綜上，所選指標均能夠很好地反映評價區域的農業生態環境質量狀況。因此，前4個主成分分析結果可以作為新的綜合因子體系，來表征區域農業生態環境質量狀況。

3農業生態環境質量評價模型的構建

3．1農業生態環境質量評價指標權重的確定

在評價模型中，各指標權重的確定是一個關鍵，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，將多層次、多準則的復雜問題分解為各個組成因素，并將這些因素按支配關系分組，形成遞階層次結構，通過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生態系統是否可持續發展為評價目標的基礎上，建立基于層次分析法的綜合評價模型進行評價。將農業生態系統作為一個復雜系統進行評價。首先要把復雜問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、專家意見和作者的認識，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行歸一化處理，所得的向量分量即為所求的相應因素關于上一層因素的相對權重。通過以上對指標權重的確定方法，因地制宜地計算出區域農業生態環境質量評價中各指標的權重（表2）。

3．2農業生態環境質量評價模型

通常情況下，評價指標分為正向指標和逆向指標兩類，以標志值為基準將各指標進行正向和逆向標準化后，進而建立農業生態環境質量評價模型：U＝∑ni＝1Ai×Ci式中：U為農業生態環境質量綜合評價指數；Ai為所選取指標的標志值；Ci為各指標的總權重；n為指標個數。依據數據資料，參照《中華人民共和國環境保護行業標準》，將農業生態環境質量分為5級：優（Ⅰ級）、良（Ⅱ級）、一般（Ⅲ級）、較差（Ⅳ級）和差（Ⅴ級）（表3）。

4區域農業生態環境質量綜合評價

應用區域農業生態環境質量綜合評價模型，分別計算9個代表縣市1995，2000，2008年的農業生態環境質量綜合評價指數，通過公式U＝∑kj＝11kUj（式中：U為區域農業生態環境質量評價指數；Uj為各縣市的農業生態環境質量評價指數；k為各經濟區所包含的縣（市）數），求得5個經濟區的農業生態環境質量評價綜合指數（圖1）。從圖1可以看出，徐連、沿江、沿海、寧鎮揚和太湖5個經濟區的農業生態環境質量指數呈現從北向南的明顯下降趨勢，以徐連經濟區最高，太湖經濟區最低。1995－2008年期間，各經濟區的農業生態環境質量評價指數均呈明顯的下降趨勢，其中徐連經濟區下降幅度最為明顯，從1995年的優秀狀態（0．7550）下降到2008年的一般狀態（0．4639）；太湖經濟區的農業生態環境質量評價指數下降幅度較小，從1995年的高層次一般狀態（0．5480）下降到2008年的低層次一般狀態（0．4661）。1995年徐連經濟區農業生態環境質量指數值最高，太湖經濟區最低；2008年寧鎮揚經濟區農業生態環境質量指數值最高，徐連和太湖經濟區最低。寧鎮揚經濟區由于受社會經濟基礎等眾多因素的影響，生態環境質量狀況逐漸變差，但是降低幅度較小。

為了更深入了解區域農業生態環境質量的時空變異，選取生態環境質量指數變化最大的徐連經濟區和太湖經濟區及其中的代表區域（徐連經濟區：邳州和新沂，太湖經濟區：張家港和江陰）為研究對象，分析其1999－2008年連續10年的農業生態環境質量時空變化。圖2表明，在1999－2003年期間，新沂的農業生態環境質量總體上呈下降的趨勢，但仍長期處于良好水平，分別從高層次的良好（0．6018）轉變為低層次的良好狀況（0．5572），2004年后總體發展趨勢繼續下降，進入到較低的一般狀態（0．4576）。邳州是4個代表區域中農業生態環境質量狀況起點最高，但降低速度最快的，由1999年最高的0．6347降低到2008年的0．4602，農業生態環境質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展態勢。江陰和張家港兩區域的農業生態環境質量狀況明顯低于邳州和新沂，自1999年以來持續保持逐年下降的態勢，從1999年的高層次的一般降低到低層次的一般狀態，波動幅度較小，農業生態環境質量狀況較穩定。

5結論與討論

江蘇省不同區域的農業生態環境質量指數隨時間的推移，從北向南呈明顯的下降趨勢，表現出明顯的時空變異。以徐連經濟區的生態環境質量指數最高，沿江、沿海和寧鎮揚經濟區次之，太湖經濟區最低。在本研究中的江蘇省5個經濟區，其農業生態環境質量評價指數均呈明顯的下降趨勢，以徐連經濟區的生態環境質量指數下降最快，太湖經濟區農業生態環境質量評價指數下降最慢，但徐連經濟區農業生態環境質量狀況明顯好于太湖經濟區。究其原因，主要有以下兩點：

（1）太湖經濟區的生態環境質量狀況總體水平較低，目前該經濟區的農業生態環境發展趨于平穩，質量狀況降低緩慢。該經濟區自然條件和社會經濟條件在全省仍都處于前列，是全省乃至全國鄉鎮企業發展最早、水平最高的地區之一，農村工業成為占絕對優勢的鄉村產業結構。由于經濟發達，外來勞動力紛紛涌入，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“三廢”污染強度過高，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經濟條件下的優勢，生態環境質量一直處于較低水平。

（2）徐連經濟區由于歷史和社會經濟基礎等眾多因素的影響，生態環境質量狀況雖然發展起點較高，但該經濟區的農業生態環境質量發展呈現迅速下降趨勢，逐漸惡化。徐連經濟區內煤礦、非礦產等資源豐富，重工業發達，長期開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境問題，雖然進行了一系列的生態重建和土地復墾工程，但生態恢復需要較長時間，加之本區是江蘇省降雨最少的區域，因此短期內生態環境質量得不到明顯改善。

對農業生態環境質量指標變化最大的徐連經濟區和太湖經濟區及其代表的縣（市）（邳州、新沂、張家港和江陰）分析發現，徐連經濟區農業生態環境質量狀況遠遠高于太湖經濟區，且兩經濟區的生態環境質量狀況總體上呈下降的趨勢。但隨時間的推移，兩經濟區的農業生態環境質量狀況差異越來越小。

本研究將農業生態環境質量評價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區域指標權重的方法尚處探索階段，如何將各種先進數學算法與農業生態環境質量模型結合，更好地對指標進行篩選，提高評價精度還需在今后的研究中進一步探索。