基于熵值法的縣域耕地利用效益定量評價

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行定量評價。以海南省屯昌縣為研究區(qū)域，構建包含1個目標層、3個子目標層、21個指標層的耕地利用效益評價指標體系，從經(jīng)濟、社會、生態(tài)方面對1994—2011年該區(qū)域的耕地利用效益進行評價。采用熵值法確定指標權重，并對指標進行標準化處理，在此基礎上利用數(shù)量分析模型對研究區(qū)域耕地利用的經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益、綜合效益進行評價，并利用協(xié)同理論分析耕地利用系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度。評價結果表明，1994—2011年研究區(qū)域的耕地利用綜合效益整體呈波動上升趨勢；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)整人口結構、推動農(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。

關鍵詞：耕地利用效益；指標體系；熵值法；定量評價；海南省屯昌縣

中圖分類號： F301.2 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）10-0533-05

耕地資源作為重要的基礎性生產(chǎn)資料，對人類社會具有多方面的利用價值，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可替代的勞動對象、生產(chǎn)要素、空間場所[1]，耕地資源的合理開發(fā)利用對于社會可持續(xù)發(fā)展具有積極意義。近年來，隨著我國城市化進程的加速，以及農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題的出現(xiàn)，耕地資源的利用與保護面臨著嚴峻考驗。對有限且不斷減少的耕地實行內(nèi)涵挖潛，提高耕地利用效益，對于人口眾多、資源相對短缺的中國具有重要意義[2]。近年來，為科學評價區(qū)域耕地的利用狀況，學者分別從空間尺度[3-5]、研究方法[6-10]、研究角度[11-15]等方面進行了分析，積累了較為豐富的耕地利用效益評價經(jīng)驗，并將定性與定量方法相結合，完整體現(xiàn)了耕地利用的綜合效益。

海南省作為我國耕地資源最少的海島省份，在國際旅游島建設中面臨著耕地保護的巨大壓力，對省內(nèi)市、縣耕地資源利用狀況的定量化評價也較為缺乏。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，并結合區(qū)域耕地利用特點，構建耕地利用效益定量評價指標體系。以指標-子目標層-目標層的角度，從經(jīng)濟、社會、生態(tài)方面對1994—2011年研究區(qū)域的耕地利用狀況進行分析，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，是海南省中部內(nèi)陸縣，全縣轄8個鎮(zhèn)、119個村（居）委會，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t，是海南省重要的農(nóng)業(yè)縣。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

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

2.2 評價指標體系的建立

耕地在土地利用結構中具有特殊地位，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、維護社會穩(wěn)定等社會效益[10]。為對耕地利用綜合效益進行全面、科學、客觀的評價，必須基于不同指標對利用效益進行量化。耕地資源的利用具有明顯區(qū)域性，因此指標的選擇需綜合考慮區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展狀況、耕地利用條件、生態(tài)環(huán)境背景等因素，構建科學的評價指標體系是進行耕地利用效益量化的基礎。

結合屯昌縣耕地利用的實際情況，基于需要評價耕地利用的經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益3方面的量化值，構建包含1個目標層、3個子目標層、21個指標層的耕地利用效益評價指標體系（表1），并根據(jù)指標值與耕地利用效益間的效用關系將指標分為正向指標、負向指標，指標值與利用效益正相關為正向指標，負相關則為負向指標。

2.3 指標權重的確定

評價指標體系涉及多個具有不同指征意義的指標，具有明顯區(qū)域性，確定不同指標的區(qū)域權重需考慮其在區(qū)域耕地利用中的差異性。確定權重的方法有特爾斐法、貢獻率法、熵值法[17-18]等，本研究采用熵值法確定指標權重。熵是物理學概念，根據(jù)熵值大小可判斷系統(tǒng)有序或無序的狀態(tài)。把耕地作為1個系統(tǒng)，評價指標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、對系統(tǒng)的影響大、重要性高，反之亦然?；陟刂道碚摚衫貌煌笜说撵刂荡_定其權重。指標比重pij的計算公式為：

式中，pij為第i年第j個指標占該指標總值的比重，Aij為第i年第j個指標的實際值，Enj為第j個指標的熵值，wj為第j個指標的權重。其中，i=1，2，…，18；j=1，2，…，21。權重分配結果見表1。

2.4 耕地利用效益的計算

2.4.1 指標標準化 由于21個指標具有不同的指標特征，其統(tǒng)計量綱、數(shù)量級等具有較大差異，無法進行指標間的直接對比，因此需按照一定標準對不同指標值進行標準化處理，使指標之間具有可比性。不同指標對耕地利用效益分別具有正向效用和負向效用，因此采用不同的標準化公式。正向指標的標準化公

2.5 耕地利用效益協(xié)調(diào)度

耕地利用效益評價體系中的子目標層，是分別從經(jīng)濟、社會、生態(tài)角度對耕地利用效益進行的量化評價。目標層則是基于子目標層的線性加權，雖可從整體上反映耕地利用效益的狀況，但因為子目標層評價結果是基于各層下指標分別量化統(tǒng)計的，無法完整、客觀地反映3個子目標層間相互關系對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、社會、生態(tài)3個子目標層的均衡狀態(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)域耕地利用過程中彼此和諧一致的程度[5]，協(xié)調(diào)度高的系統(tǒng)應與社會經(jīng)濟發(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型因子。由1994—2011年耕地利用經(jīng)濟效益的變化趨勢（圖1）可知，研究區(qū)域耕地利用經(jīng)濟效益可分為1994—2002年、2003—2011年2個階段。第1個階段的耕地利用經(jīng)濟效益變動起伏較大，分別于1996年、2002年形成2個明顯峰值，該年份的財政投資效益指標（E5）分別為99.82、204.85，而此階段內(nèi)其他年份的該指標值均低于95.00，最低值僅為49.47，差異較大，從而形成波峰。第2個階段的指標值變化幅度較小，呈逐年上升的趨勢，此階段的各項指標值并無較大變動，個別指標的小幅變動也因指標間的共同變化而消減，使

經(jīng)濟效益子目標層評價結果呈平穩(wěn)上升的趨勢。

3.2 社會效益評價結果分析

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

從社會效益子目標層對應的指標值來看，人均農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值指標、農(nóng)民人均純收入指標是各指標中2個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、農(nóng)民人均純收入指標的最大值分別為3 505.38元/人、2 717元，而此指標在第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雖有變動，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，加權后對整個社會效益評價值影響不大；因此，整個時間段內(nèi)耕地利用社會效益呈逐年上升的趨勢。

3.3 生態(tài)效益評價結果分析

研究時段內(nèi)區(qū)域的生態(tài)效益評價值沒有明顯的上升或下降趨勢，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個階段（圖3）。第1階段起伏相對明顯，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個明顯的波谷，評價值僅為0.089、0.059。第2階段起伏相對較小，年度間最大變化幅度僅為1.40，且呈略微上升的趨勢。

保收指數(shù)、復種指數(shù)、森林覆蓋率、有效灌溉面積占比等正向效用指標的變化趨勢基本一致，但最大值出現(xiàn)的年份各不相同；耕地用肥量、萬元產(chǎn)值能耗、單位耕地農(nóng)藥施用量、災害指數(shù)等負向效用指標也有變化，其中耕地用肥量指標值增加較為明顯，而萬元產(chǎn)值能耗指標則呈下降趨勢。

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。

3.4 綜合效益評價結果分析

1994—2011年研究區(qū)域耕地利用綜合效益總體呈波動上升趨勢，具體可分為1994—2001年、2002—2006年、2007—2011年3個階段（圖4）。第1階段呈緩慢上升趨勢，評價值由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階段呈波動下降趨勢，評價值由2002年的0.529下降至2006年的0.482，最小值一度達到0.296，下降幅度較大。第3階段呈穩(wěn)定上升趨勢，變化幅度較小但趨勢明顯。

從綜合效益的構成來看，經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益的重要性變動趨勢差異明顯。經(jīng)濟效益比重呈先升高后降低的趨勢，于2002年達到峰值，占綜合效益的64.0%。社會效益比重呈明顯的波動上升趨勢，于2002年達到峰值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下降趨勢，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，于2011年降至30.0%。可見，研究區(qū)域在耕地利用中對經(jīng)濟效益、社會效益的實現(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。

3.5 耕地利用系統(tǒng)協(xié)調(diào)度分析

上述分析是針對耕地利用經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益3個子目標層，以及三者線性加權所得綜合效益目標層的分析評價，雖能在某層面上反映耕地利用的效益變化，但要分析子目標層間的關聯(lián)性、耕地系統(tǒng)的協(xié)調(diào)程度，還需進行協(xié)調(diào)度分析。按照協(xié)同理論的觀點[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，可按照協(xié)調(diào)程度劃分為1994—2005年、2006—2011年2個階段。第1階段Ci值呈上升趨勢，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個子目標層評價值均較低，社會效益、經(jīng)濟效益分別只有0.020、0.085，耕地利用綜合效益不高；2002年的Ci值是整個評價期間最低值，只有0.166 4，雖然該年份E5值較高，但S1、S6的結果值均低于相鄰年份，導致社會效益較低。第2階段Ci值呈波動上升趨勢，Ci值均超過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)濟效益、社會效益均逐年上升，生態(tài)效益則先降后升，3個子目標層的協(xié)調(diào)度逐年增加，耕地利用系統(tǒng)也趨于協(xié)調(diào)。

4 結論與討論

通過構架指標體系，對1994—2011年研究區(qū)域耕地利用效益進行定量評價。指標體系框架的目標層-子目標層-指標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、社會、生態(tài)方面進行評價符合對耕地利用系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的目標要求，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合。通過定量評價模型對各層指標因子進行定量化分析，分別得到指標值、子目標值、目標值，并通過標準化處理實現(xiàn)各層指標間的可比分析。在此基礎上，分別對耕地利用的經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)效益、綜合效益、協(xié)調(diào)度進行分析評價，最后對研究時段內(nèi)該區(qū)域耕地利用的系統(tǒng)協(xié)調(diào)度進行定性分析，研究結果符合區(qū)域耕地利用的實際情況。

研究結果表明，研究區(qū)域耕地利用綜合效益、協(xié)調(diào)程度均呈波動上升趨勢，表現(xiàn)出明顯的階段性特征。在3個子目標層中，經(jīng)濟效益、社會效益具有一定同步性，生態(tài)效益則與前兩者不同，雖波動明顯，但整體趨勢性變化不明顯，個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。近年來，研究區(qū)域協(xié)調(diào)程度有逐漸升高的趨勢，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。耕地利用經(jīng)濟效益、社會效益之間基本協(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)的目標將有望實現(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)技術在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及耕地開發(fā)利用中的應用范圍，進行土地整理，適當提高機械化水平和生產(chǎn)力水平，從而提高耕地單產(chǎn)、提升經(jīng)濟效益。通過控制人口數(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、勞動力素質(zhì)等指標水平值得以提高，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化奠定基礎。減少農(nóng)藥、化肥在農(nóng)作物種植中的施用量，改善農(nóng)田基礎設施條件，加強農(nóng)業(yè)生產(chǎn)抗災能力，發(fā)展集約農(nóng)業(yè)，降低萬元產(chǎn)值能耗，從而實現(xiàn)農(nóng)業(yè)和耕地利用的可持續(xù)發(fā)展。

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