滹沱河山區(qū)縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價

趙鵬宇，崔 嬙，馮文勇，步秀芹，鄭慶榮，徐學(xué)選

（1.忻州師范學(xué)院 旅游管理系，山西 忻州034000；2.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，南寧530000；3.忻州師范學(xué)院 地理系，山西 忻州034000；4.中國科學(xué)院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊凌712100）

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是為人類提供食物的主要系統(tǒng)，因此日益受到廣泛關(guān)注。各學(xué)者［1－5］在綜合前人的研究基礎(chǔ)，提出了較為完整的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康內(nèi)涵，即具有良好的生態(tài)環(huán)境、健康的農(nóng)業(yè)生物、合理的時空結(jié)構(gòu)、清潔的生產(chǎn)方式，以及具有適度的生物多樣性和持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的一種系統(tǒng)狀態(tài)或動態(tài)過程。目前，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康研究主要集中于評價方法、影響因子等方面［6－8］，滹沱河山區(qū)處于半濕潤向半干旱過渡氣候帶，區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境因子差異較大［9－10］，在縣域尺度上農(nóng)業(yè)生態(tài)管理水平也表現(xiàn)出差異性［11］，有必要對縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)狀況進(jìn)行健康狀況評價，從而促進(jìn)該地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 滹沱河山區(qū)概況與研究方法

1.1 滹沱河區(qū)農(nóng)業(yè)概況

滹沱河山區(qū)包括忻州市的繁峙、代縣、原平、五臺、定襄、忻府區(qū)六區(qū)縣，根據(jù)2012年統(tǒng)計資料，該區(qū)共有耕地26.2萬hm2，播種面積為22.6萬hm2，灌溉面積為11.6萬hm2，旱澇保收面積為6.9萬hm2，化肥用量折純?yōu)?.9萬t，糧食產(chǎn)量為95.4萬t?？?cè)丝跒?99.8萬人，其中非農(nóng)業(yè)人口87.3萬，農(nóng)業(yè)人口112.5萬，地區(qū)生產(chǎn)總值為397.7億元，其中第一產(chǎn)業(yè)增加值為41.2億元，該區(qū)是忻州市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的區(qū)域。忻州市共有28處萬畝以上灌區(qū)，其中有25處分布在滹沱河區(qū)。滹沱河灌區(qū)是新中國成立后山西省興建的第一座大型灌區(qū)，也是忻州唯一的大型灌區(qū)，位于忻定盆地腹部，總面積約512km2，在占全市4.7%的種植面積上，產(chǎn)出了占全市9.4%的糧食。作物種植以糧食作物為主，經(jīng)濟(jì)作物為輔。滹沱河區(qū)是忻州市乃至全省的主要商品糧、蔬菜、牛奶生產(chǎn)基地。但近年來，由于人們對土地掠奪式的開采，不合理的利用，導(dǎo)致該區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)狀況愈來愈惡化，對農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。

1.2 研究方法

本研究通過建立農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系，并確定各指標(biāo)判斷標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建評價模型。采用綜合評判法：農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)各層次及其總體健康綜合指數(shù)的計算方法是從基層到高層，直到最后復(fù)合成一個具體的數(shù)值，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：H——農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)，用來表征農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的狀態(tài)；Wi，Wij——不同層次評價指標(biāo)權(quán)重系數(shù)；Gij——不同層次評價指標(biāo)的得分?jǐn)?shù)值。在該評價模型中，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)率是不一樣的，應(yīng)用層次分析法（AHP）并參考專家的意見確定了指標(biāo)體系的權(quán)重。經(jīng)構(gòu)造判斷矩陣、層次總排序和一致性檢驗(yàn)后，得到指標(biāo)體系中的總排序權(quán)重值。再利用各指標(biāo)的總排序權(quán)重值除以該指標(biāo)所屬層次下的各指標(biāo)總排序權(quán)重之和，得到各層次下各指標(biāo)的最終權(quán)重值。

2 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系構(gòu)建

滹沱河山區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的評價應(yīng)以該地區(qū)生態(tài)類型為基礎(chǔ)，遵循科學(xué)性與實(shí)用性相結(jié)合、系統(tǒng)性與層次性相統(tǒng)一、靜態(tài)性與動態(tài)性相結(jié)合原則，參照中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所武蘭芳［12］、北京林業(yè)大學(xué)謝花林等［13－14］的評價體系，選取能反映該地區(qū)生物環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)特征的指標(biāo)，主要由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)功能和抗逆功能3個方面組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指標(biāo)主要反映農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的資源狀況和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)組成；生產(chǎn)功能指標(biāo)主要是根據(jù)系統(tǒng)產(chǎn)出功能來評價農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對受益者目標(biāo)要求的滿足程度，即系統(tǒng)提供產(chǎn)品的能力和效率；抗逆功能指標(biāo)是指農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與外部壓力或脅迫的關(guān)系，及農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對自然災(zāi)害和社會經(jīng)濟(jì)風(fēng)險的應(yīng)對能力。

鑒于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)功能是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益的協(xié)調(diào)發(fā)展，根據(jù)我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際水平與條件，參照我國農(nóng)村小康社會標(biāo)準(zhǔn)和生態(tài)縣建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，采用專家評判標(biāo)準(zhǔn)賦值法，提出滹沱河山區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價的參考標(biāo)準(zhǔn)，并將健康標(biāo)準(zhǔn)分為不健康、亞健康和健康3種狀態(tài)，在這3種狀態(tài)下各指標(biāo)的屬性判斷值分別是1，5，10。特別說明的是，對于穩(wěn)定性指標(biāo)，暫且認(rèn)為健康和不健康兩種狀態(tài)，只要糧食單產(chǎn)和耕地產(chǎn)值不減產(chǎn)或不降低就視為健康，否則為不健康（表1）。

本研究所涉及度量層指標(biāo)值主要基于以下途徑獲取：（1）人均耕地、勞均耕地、養(yǎng)殖業(yè)占農(nóng)業(yè)比重、經(jīng)濟(jì)作物占種植業(yè)比重、耕地糧食產(chǎn)量、耕地農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、人均占有糧食、農(nóng)民人均純收入、糧食單產(chǎn)增長率、耕地產(chǎn)值增長率等指標(biāo)直接或經(jīng)簡單計算來源于忻州市統(tǒng)計年鑒（2011年）、走向富裕文明的忻州—忻州60年發(fā)展回顧及滹沱河區(qū)6縣歷年農(nóng)村經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計資料；（2）有效灌溉面積比例、旱澇保收面積比例、鹽堿地面積比例來源于2010—2011年的忻州農(nóng)田水利統(tǒng)計年報；（3）標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)環(huán)境達(dá)標(biāo)率、工業(yè)輔助能利用效率、光能利用率、工業(yè)輔助能投入等指標(biāo)根據(jù)學(xué)術(shù)論文和科研報告相關(guān)公式計算后獲取。

3 滹沱河山區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價

從表3可以看出，在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康方面，各縣排名次序?yàn)榉敝牛驹剑敬h＞忻府區(qū)＞定襄＞五臺。其中繁峙最大為8.101，其次原平為7.663。繁峙、原平之所以數(shù)值較高，這是因?yàn)閺馁Y源可供性的兩個指標(biāo)人均耕地和勞均耕地來看，繁峙、原平分別為：0.176，0.609hm2和0.155，0.547hm2，土地承載度較高，資源可供性健康分值為10分，達(dá)到健康狀態(tài)。從資源可取性來看定襄要大于其他區(qū)縣，這與其境內(nèi)分布著較多的灌區(qū)密切相關(guān)。從結(jié)構(gòu)多樣性來看，繁峙達(dá)到大最值8.497，養(yǎng)殖業(yè)占農(nóng)業(yè)比重達(dá)到53.9%，達(dá)到亞健康向健康水平過度狀態(tài)，而傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)定襄比重僅為12.7%，處于不健康水平。總的來看定襄、五臺農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的活力處在不健康向亞健康過度的狀態(tài)，其成因又具有差異性，五臺的短板在于資源可供性受到限制，人均耕地面積約為滹沱河山區(qū)平均值的60.3%。而定襄的短板在于結(jié)構(gòu)多樣性較差，80%以上的農(nóng)業(yè)產(chǎn)值來源于糧食生產(chǎn)。因此，對于五臺農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)要保護(hù)好耕地資源，進(jìn)行集約化生產(chǎn)。對于定襄要充分利用農(nóng)業(yè)區(qū)位優(yōu)勢大力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)和經(jīng)濟(jì)作物，避免單一的糧食生產(chǎn)功能，促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，從而增強(qiáng)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的活力。

表1 滹沱河山區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系［12－14］及其評判標(biāo)準(zhǔn)

表2 滹沱河山區(qū)縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)權(quán)重及現(xiàn)狀情況得分

在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的功能健康方面，各縣排名次序?yàn)槎ㄏ澹驹剑拘酶畢^(qū)＞五臺＞代縣＞繁峙。其中定襄最大為5.835，原平和忻府區(qū)也接近于5。從耕地生產(chǎn)力來看，定襄、原平、忻府區(qū)處于忻州盆地腹地，區(qū)域內(nèi)水利設(shè)施發(fā)達(dá)，進(jìn)而表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力較為發(fā)達(dá)。從生產(chǎn)效果來看，該區(qū)域人口集中、工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，水利灌溉和農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度較高，最終表現(xiàn)為生產(chǎn)效果較高，而五臺、代縣、繁峙大部分面積分布于滹沱河河谷兩側(cè)的丘陵、低山地區(qū)，水土流失較為嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)薄弱，加之山區(qū)交通受限，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)力均受到限制。因此，對于五臺、代縣、繁峙應(yīng)該注意保護(hù)現(xiàn)有耕地資源，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃、小流域綜合治理中，重視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提升，注重協(xié)調(diào)農(nóng)林牧業(yè)發(fā)展，重視糧食生產(chǎn)，提高農(nóng)民收入。從生態(tài)效率來看，工業(yè)輔助能利用效率較低，縣域表現(xiàn)差異并不大，而光能利用率表現(xiàn)為盆地區(qū)大于低山、丘陵區(qū)，這與盆地區(qū)快速發(fā)展的設(shè)施農(nóng)業(yè)密切相關(guān)。

表3 滹沱河區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)

在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的抗逆健康方面，各縣排名次序?yàn)槲迮_＞原平＞繁峙＝代縣＞忻府區(qū)＞定襄。從耕地生產(chǎn)力來看，工業(yè)輔助能投入表現(xiàn)為盆地區(qū)大于低山、丘陵區(qū)，盆地地區(qū)是典型的農(nóng)業(yè)高投入高產(chǎn)出區(qū)。從穩(wěn)定性來看，6區(qū)縣糧食單產(chǎn)增長率和耕地產(chǎn)值增長率均大于0，處于健康水平。從抗災(zāi)力來看，除五臺、在原平外，其余4區(qū)縣均處于不健康水平。綜合分析表2數(shù)據(jù)，抗逆特征差異主要與工業(yè)輔助能投入和鹽堿地面積比例有關(guān)。

從綜合健康綜合指數(shù)來看，五臺農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)處于不健康狀態(tài)，其分值＜5；代縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)處于接近于亞健康狀態(tài)，其分值接近于5；繁峙、忻府區(qū)、原平、定襄農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)處于亞健康狀態(tài)，10＞分值＞5（表3）。綜合健康指數(shù)的差異主要表現(xiàn)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)功能兩方面：從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來講，2010年五臺縣的人均耕地面積為0.076hm2，僅為其余5區(qū)縣平均值的一半，滹沱河區(qū)共有萬畝以上灌區(qū)25處，而五臺縣僅有其中2處，且為0.067～0.333萬hm2量級，有效灌溉面積為僅為1 960 hm2（表4），資源可供相應(yīng)受到限制，因此結(jié)構(gòu)健康指數(shù)較低，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康受到來自人類與環(huán)境壓力更大。從生產(chǎn)功能來講，由于農(nóng)業(yè)區(qū)位條件的優(yōu)勢，忻定原盆地自古農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，水肥氣熱條件較好，糧食單產(chǎn)較山區(qū)高出1.2倍多。因此，生產(chǎn)功能平原區(qū)與山區(qū)表現(xiàn)出巨大差異，最終體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)生態(tài)健康上。

表4 滹沱河山區(qū)萬畝以上灌區(qū)概況

通過上面的分析可知，滹沱河山區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康要達(dá)到健康這一標(biāo)準(zhǔn)，還需要做大量的工作來全面提升農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量，如開展生態(tài)農(nóng)業(yè)規(guī)劃，針對現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康評價中暴露的結(jié)構(gòu)健康、功能健康和抗逆健康的問題，加大投入，進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)和重建時來提升該地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的健康水平。

4 結(jié) 論

（1）根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)健康的內(nèi)涵和滹沱河山區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合已有研究成果，從農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和抗逆3個方面選取了人均耕地、勞均耕地、有效灌溉面積比例、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)環(huán)境達(dá)標(biāo)率、養(yǎng)殖業(yè)占農(nóng)業(yè)比重、經(jīng)濟(jì)作物占種植業(yè)比重、耕地糧食產(chǎn)量、耕地農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、人均占有糧食、農(nóng)民人均純收入、工業(yè)輔助能利用效率、光能利用率、工業(yè)輔助能投入、糧食單產(chǎn)增長率、耕地產(chǎn)值增長率、旱澇保收面積比例、鹽堿地面積比例17個指標(biāo)，構(gòu)建了滹沱河山區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的評價指標(biāo)體系。

（2）滹沱河山區(qū)6個區(qū)縣的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)綜合健康評價的最后結(jié)果為：處在不健康狀態(tài)的是五臺縣；處在亞健康狀態(tài)的是繁峙、忻府區(qū)、原平、定襄；代縣農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)處于接近于亞健康狀態(tài)，它們的排名次序?yàn)樵剑痉敝牛径ㄏ澹拘酶畢^(qū)＞代縣＞五臺。

（3）農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康應(yīng)是結(jié)構(gòu)健康、功能健康和抗逆健康的問題等的綜合體，單方面的評價雖然較好，但由于其復(fù)合性，最終的評價結(jié)果未必是健康的。存在相互關(guān)聯(lián)性，其共同作用導(dǎo)致綜合生態(tài)系統(tǒng)健康的結(jié)果。

（4）本文僅在縣域尺度上對滹沱河山區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行評價，受多方面因素的影響，所對照建立的指標(biāo)體系還存在一定的局限性，有待進(jìn)一步完善。以后將進(jìn)一步研究探討該地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)健康的動態(tài)變化，希望此項(xiàng)研究有助于改善滹沱河山區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的管理水平。

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