基于歐氏距離的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)理論構(gòu)建與實(shí)例驗(yàn)證

楊世琦

1 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081 2 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,北京 100081

?

基于歐氏距離的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)理論構(gòu)建與實(shí)例驗(yàn)證

楊世琦1,2,*

1 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所,北京 100081 2 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境與氣候變化重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室,北京 100081

基于歐氏距離構(gòu)建了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)理論體系,包括農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模型、評(píng)價(jià)函數(shù)、評(píng)價(jià)等級(jí)、目標(biāo)系統(tǒng)、零系統(tǒng)與評(píng)價(jià)指標(biāo)框架。選取寧夏吳忠市2000—2012年數(shù)據(jù)開展了實(shí)例驗(yàn)證,可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(ASDI)范圍是[0.65,0.70],呈現(xiàn)平緩上升趨勢(shì),呈現(xiàn)中持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。評(píng)價(jià)結(jié)果基本反映了農(nóng)業(yè)系統(tǒng)情況,表明基于歐氏距離構(gòu)建農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)方法是可行的。該方法的創(chuàng)新性與優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：一是具有可靠的方法論；二是構(gòu)建了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模型,引入目標(biāo)系統(tǒng)與零系統(tǒng)概念,建立了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)參照系,提升了評(píng)價(jià)的可控性；三是數(shù)學(xué)函數(shù)中隱含了指標(biāo)權(quán)重,回避專家打分法引起的誤差或錯(cuò)誤,也回避了由于指標(biāo)增減中指標(biāo)權(quán)重不得不重新賦值的專家打分法缺陷；四是可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)指數(shù)采用函數(shù)模型轉(zhuǎn)換,把歐氏距離轉(zhuǎn)換成百分?jǐn)?shù)值一方面易理解,另一方面不同系統(tǒng)的指數(shù)值能夠進(jìn)行相互比較。寧夏吳忠農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展水平偏低的主要原因是氮肥施用量高、秸稈還田率低、復(fù)合肥或?qū)Ｓ梅时壤?、保護(hù)性農(nóng)作技術(shù)推廣不夠、土壤有機(jī)質(zhì)低以及農(nóng)村人均收入偏低等。

農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)；目標(biāo)系統(tǒng)；零系統(tǒng)；歐氏距離

可持續(xù)性一詞最早出現(xiàn)在19世紀(jì)的格林兄弟德語詞典中,德語原詞為Nachhaltigkeit；“持續(xù)、穩(wěn)定的長久利用”可持續(xù)性的原則出現(xiàn)在300年前出版的圖書中[1- 2]?？沙掷m(xù)發(fā)展作為概念在巴黎的生物圈會(huì)議上首次提及(1968),而可持續(xù)性概念及其全球發(fā)展范式作為文獻(xiàn)首次出現(xiàn)在《The Ecologist》學(xué)術(shù)期刊上(1972)。1978年的布倫特蘭報(bào)告首次推薦并引入可持續(xù)發(fā)展[3]。馬斯特里赫特條約把可持續(xù)發(fā)展作為環(huán)境政策的一部分于1992年引入并在1997年的阿姆斯特丹條約中得到強(qiáng)化。聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)1988年給出可持續(xù)發(fā)展概念[4],之后不久美國加利福尼亞州議會(huì)提出了可持續(xù)農(nóng)業(yè)概念(1985),FAO提出的可持續(xù)農(nóng)業(yè)與鄉(xiāng)村發(fā)展(SARD)作為一個(gè)過程包括4點(diǎn)準(zhǔn)則[5]。

關(guān)于可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)的方法有很多,如“驅(qū)動(dòng)-狀態(tài)-影響-響應(yīng)”模型[6]、聚類指數(shù)[7]、粗糙理論主導(dǎo)法[8]、模糊集理論與改進(jìn)模糊數(shù)學(xué)模型[9]、綜合影響評(píng)價(jià)法[10]、生物經(jīng)濟(jì)模型理論[11]、生態(tài)足跡[12]、指標(biāo)重要性法[13]、線性回歸法[14]、灰色關(guān)聯(lián)法[15]、能值綜合指數(shù)法[16]、能流法[17]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)法[18]、層次分析法[19]、多準(zhǔn)則決策法[20]、全排列多邊形圖示指標(biāo)法[21]、多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)法[22-23]、Q法[24]、行星邊界法[25]、以及Griggs等發(fā)展了聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展范式并重新提出了嵌套概念[26]。其中最常見的方法是層次分析法。

關(guān)于可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo),聯(lián)合國1995年提出了第一套指標(biāo)體系[27]之后,一些國家基于全球、國家和區(qū)域尺度也提出了大量的指標(biāo)體系[28-29]。經(jīng)合組織與歐盟是最早關(guān)注福利、生活質(zhì)量與社會(huì)進(jìn)步的評(píng)價(jià)組織,也建立了相應(yīng)的指標(biāo)體系[30-31]。聯(lián)合國首腦會(huì)議2000年由189個(gè)國家簽署《千年宣言》(或《千年發(fā)展目標(biāo)》)中提出8項(xiàng)目標(biāo),包含64個(gè)指標(biāo),實(shí)施期限2000—2015年；聯(lián)合國193個(gè)成員國參加的可持續(xù)發(fā)展峰會(huì)于2015年在紐約提出2016—2030年可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)體系,包括17個(gè)一級(jí)目標(biāo),169個(gè)二級(jí)目標(biāo)和303個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)[32-33],國際可持續(xù)發(fā)展研究所統(tǒng)計(jì)表明,已經(jīng)有超過900多套的可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[34]。還有獨(dú)立指標(biāo)如人類發(fā)展指數(shù)、生態(tài)足跡等應(yīng)用于國家間縱向與橫向研究比較,專門針對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的Ostrom可持續(xù)性框架[35],以及UNCBD生態(tài)系統(tǒng)方法等[36]。以往大量的文獻(xiàn)專門針對(duì)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)與評(píng)價(jià)方法做了研究[37],可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)倡議綱要篩選了600個(gè)用于評(píng)價(jià)的指標(biāo)[38],Hammond等人研究了各種指標(biāo)及復(fù)合指標(biāo)的連續(xù)性及其含義[39],Dalal-clayton、Bass和Moldan等人[40-41]證明決策者對(duì)聚類指數(shù)與指標(biāo)聯(lián)結(jié)的目標(biāo)的重要性,然而聚類指標(biāo)與復(fù)合指標(biāo)普遍缺乏數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化與指標(biāo)權(quán)重的規(guī)則,指標(biāo)的公度性不足[42]。

關(guān)于可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià),較為普遍的是層次分析法；但該方法應(yīng)用中最大的障礙是指標(biāo)權(quán)重。由于指標(biāo)間的重要性比較受制于專家興趣與教育背景的影響,權(quán)重結(jié)果可信度往往不高,一般都是研究者自定,即使一些權(quán)威評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)也是如此。指標(biāo)間重要性比較的可能遇到尷尬是這一問題的科學(xué)性受到懷疑,例如社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與生態(tài)效益權(quán)重的賦值較難,一般都采用平均或差異不大的權(quán)重；還有如氮磷鉀三種化肥的重要性比較會(huì)因區(qū)域、作物和人等因素而答案不同。本研究正是針對(duì)上述的問題與不足,提出了基于歐氏距離方法的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)理論體系。

1 農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模型構(gòu)建

對(duì)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)優(yōu)劣判斷評(píng)判,一般都會(huì)自覺或不自覺的參照了既定的目標(biāo),這些目標(biāo)可以通過表征系統(tǒng)的一系列指標(biāo)來反映,如單位面積的化肥施用量、人均糧食、人均耕地面積等。隨著人類認(rèn)知水平的提高,基本可以確定這些指標(biāo)的合理的或公認(rèn)的取值,如國內(nèi)人均耕地0.15 hm2就能基本滿足對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求,英國氮肥施用量不超過275kg N/hm2基本就能避免面源污染,這些指標(biāo)都可以作為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)?；谶@種認(rèn)識(shí),把由這樣一組指標(biāo)構(gòu)成的系統(tǒng)稱之為目標(biāo)系統(tǒng)(the goal system),目標(biāo)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展理想的系統(tǒng)狀態(tài)。目標(biāo)系統(tǒng)的狀態(tài)用函數(shù)表示如下：

G=F(X1,X2,…,Xm)

式中,G代表目標(biāo)系統(tǒng),F代表目標(biāo)系統(tǒng)狀態(tài),X1,X2,…,Xm代表組成目標(biāo)系統(tǒng)的指標(biāo)狀態(tài)值。農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的一般狀態(tài)函數(shù)表示為：

?S=fi(X1,X2,…,Xm)

目標(biāo)系統(tǒng)如同參照系,是判斷一個(gè)系統(tǒng)是否處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)以及這種狀態(tài)的水平的依據(jù),與目標(biāo)系統(tǒng)的差異實(shí)際上就是距離,這個(gè)距離就可以衡量系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顟B(tài),用D表示為：

D=|fi-F|

式中,D代表系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)的距離,fi代表任一系統(tǒng),F代表目標(biāo)系統(tǒng)狀態(tài)。這個(gè)距離概念還不十分清晰,只有相對(duì)大小,沒有單位,因而無法讀懂結(jié)果值接近目標(biāo)系統(tǒng)的程度,不同系統(tǒng)之間也無法比較。為此,引入最差狀態(tài)系統(tǒng),它是目標(biāo)系統(tǒng)的完全對(duì)立面,所有指標(biāo)均表現(xiàn)最差,稱之為零系統(tǒng)(the zero system)。如此,由零系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)如同一把標(biāo)度尺,被考察的系統(tǒng)的所有狀態(tài)就落在兩者之間,其確定的位置可以通過數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化賦予結(jié)果值量綱,使距離概念更加清晰(具體見內(nèi)容二)。零系統(tǒng)用狀態(tài)函數(shù)表示如下:

Z=f0(X1,X2,…,Xm)

式中,Z代表系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)的距離,f0代表零系統(tǒng)狀態(tài)。通常零系統(tǒng)中的指標(biāo)均取0值。

2 可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型構(gòu)建

引入歐氏距離(Euclidean Distance)概念作為可持續(xù)發(fā)展指數(shù)的核心理論。

式中,dIG代表I系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)的加權(quán)歐氏距離,Xik代表被評(píng)價(jià)系統(tǒng)的第k個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)(數(shù)學(xué)概念上的第K維變量)值(標(biāo)準(zhǔn)化后的值),XGk代表目標(biāo)系統(tǒng)的第k個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)值(標(biāo)準(zhǔn)化后的值)。Sk代表第k個(gè)指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)差。方差的倒數(shù)實(shí)際上是指標(biāo)權(quán)重,因此,這個(gè)公式可以看成是一種加權(quán)歐氏距離(Weighted Euclidean distance)。

標(biāo)準(zhǔn)歐氏距離由于數(shù)據(jù)各維數(shù)值的量綱不同,需要將各維數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)依照下面公式。

式中,x代表原始值,m代表均值,s代表標(biāo)準(zhǔn)差。標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)變量的數(shù)學(xué)期望為0,方差為1。

依據(jù)可持續(xù)發(fā)展模型,引入目標(biāo)系統(tǒng)與零系統(tǒng)距離做分母,任一系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)的距離做分子,其比值作為可持續(xù)發(fā)展指數(shù)。由于歐氏距離表示越小越接近目標(biāo)系統(tǒng),與目標(biāo)系統(tǒng)的相似度越大。為了與通常的認(rèn)識(shí)習(xí)慣一致,函數(shù)關(guān)系式中引入1,實(shí)現(xiàn)了數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)意義與實(shí)際應(yīng)用的最佳對(duì)接。如此,可持續(xù)發(fā)展指數(shù)值不但在[0,1]之間,而且值越大,越接近目標(biāo)系統(tǒng),也越持續(xù)。

式中,ASDE代表農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)(AgriculturalSustainableDevelopmentExponent),dIG代表點(diǎn)(系統(tǒng)狀態(tài)I)與目標(biāo)系統(tǒng)G的距離,dZG代表零系統(tǒng)Z與目標(biāo)系統(tǒng)G的距離(最大距離)。另外,這個(gè)函數(shù)關(guān)系式也適于計(jì)算任意兩個(gè)系統(tǒng)之間的距離,例如d12表示系統(tǒng)1與2的距離,d37表示系統(tǒng)3與7的距離。ASDE值分成3個(gè)區(qū)間,0

3 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建與目標(biāo)系統(tǒng)指標(biāo)參考值

基于前期評(píng)價(jià)指標(biāo)框架研究基礎(chǔ),并參照《全國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃2015—2030年》,從我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際出發(fā),優(yōu)先考慮化肥、農(nóng)藥、土壤、養(yǎng)殖、耕地、水利、農(nóng)技、農(nóng)村環(huán)境、農(nóng)業(yè)災(zāi)害、農(nóng)村勞動(dòng)力與農(nóng)業(yè)產(chǎn)出等主要方面中的主要指標(biāo),評(píng)價(jià)指標(biāo)由初選的80個(gè),最終確定為17個(gè)(表1)。另外,如土壤重金屬、水質(zhì)與地膜污染等側(cè)重于點(diǎn),面上數(shù)據(jù)支持較為困難,故暫不考慮；科技進(jìn)步率、農(nóng)產(chǎn)品藥殘、加工食品的添加劑、飼料中的重金屬添加劑、農(nóng)村生活廢水廢物情況等也存在類似問題。

表1 農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)指標(biāo)框架及目標(biāo)系統(tǒng)指標(biāo)參考值

*作者自定

3 實(shí)例驗(yàn)證

3.1 基本情況

以寧夏回族自治區(qū)的吳忠市為例(Wuzhong County in Ningxia Hui Autonomous Region (WZC))。吳忠市位于寧夏中部,地處寧夏平原腹地,是寧夏沿黃河城市帶核心區(qū)域。北連銀川市和鄂爾多斯市,南接固原市,東靠陜西榆林市,西鄰內(nèi)蒙古阿拉善,素有“塞上江南”美譽(yù)。屬溫帶大陸性半干旱氣候,冬無嚴(yán)寒,夏無酷暑。年降水量在260.7 mm,年蒸發(fā)量在2018 mm,平均氣溫9.4℃,四季分明,日照充足,蒸發(fā)強(qiáng)烈,雨雪稀少,晝夜溫差大,全年日照2955 h,無霜期163 d,是全國太陽輻射最充足的地區(qū)之一,特別適宜農(nóng)作物及瓜果生長。近年,由于大量施用肥藥及灌水,地表水嚴(yán)重污染；秸稈焚燒與養(yǎng)殖污染問題也普遍存在,影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3.2 結(jié)果分析

圖1 寧夏吳忠農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)趨勢(shì)Fig.1 The trend of ASDE in WZC

寧夏吳忠農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),可持續(xù)發(fā)展指數(shù)介于0.65—0.70之間,均處于中持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài),在中持續(xù)發(fā)展的偏低值區(qū)間,最高與最低可持續(xù)發(fā)展指數(shù)差值僅為0.05。中持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的主要原因有：施肥量高,如氮肥施用量基本都在350 kg/hm2以上,有些年份甚至接近400 kg/hm2；復(fù)合肥比例偏低,2005年之前基本不使用復(fù)合肥,2012年的復(fù)合肥比例僅為17%。由于地處半干旱區(qū),空氣干燥,農(nóng)作物病蟲害發(fā)生率較低,農(nóng)藥施用量不大,基本上全國平均水平的一半,2012年農(nóng)藥施用量最高僅為4.7 kg/hm2。秸稈還田總體上不到20%,秸稈既是農(nóng)村生活能源,又是牛羊冬季飼料,另外,農(nóng)民還田利用的意識(shí)不夠。畜禽糞便還田率在2006年之前比較高超過80%,農(nóng)戶小規(guī)模養(yǎng)殖基本上都能做到全部還田利用,但隨著規(guī)?；B(yǎng)殖的比例增加,畜禽糞便還田率有所下降,其主要問題還田成本增加。土壤有機(jī)質(zhì)一是普遍低于20g/kg,二是總體上是下降趨勢(shì),如2000年14.3 g/kg,2012年為10.1 g/kg,主要問題是有機(jī)質(zhì)還田不足。人均耕地面積接近0.2 hm2均高于0.1 hm2/人,耕地資源相對(duì)充足。由于灌區(qū)渠系完善,旱作農(nóng)田的灌水量增加較多,2005年以后的單位灌水量幾乎翻了一番,灌溉量沒有超過6000 m3/hm2,但整體上以大水漫灌為主,稻田灌水量較大,水利用效率總體較低。保護(hù)性農(nóng)作技術(shù)(節(jié)肥節(jié)水節(jié)藥)推廣與普及不夠,比例低于10%,近幾年還有下降趨勢(shì)。測(cè)土配方技術(shù)2009年開始,至2012年,技術(shù)推廣面積達(dá)到35%,離目標(biāo)還有很大距離。農(nóng)村人口的飲用水有很大改善,2012年飲用水安全達(dá)到89.3%,偏遠(yuǎn)山區(qū)還存在窖水衛(wèi)生不達(dá)標(biāo)問題。農(nóng)業(yè)災(zāi)害(主要是旱災(zāi))控制有很大提高,由于灌溉渠系網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)大,農(nóng)業(yè)旱災(zāi)面積有大幅度的下降,2012年不到10%。農(nóng)村勞動(dòng)力素質(zhì)總體較差,大專以上的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力不到0.8%。人均糧食占有量超過400 kg/人,最高達(dá)到700 kg/人左右,人均沒有低于500 kg。農(nóng)村人口人均收入逐漸上升,2012年達(dá)到6378元,不到全國平均水平的65%。

3.3 農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)診斷

以2012年為例,采用指標(biāo)診斷方法,分析寧夏吳忠農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的原因。表2是2012年農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)診斷,包括2012年與零系統(tǒng)、2012年與目標(biāo)系統(tǒng)、目標(biāo)系統(tǒng)與零系統(tǒng)的歐氏距離,以及歐式距離的比值。(系統(tǒng)目標(biāo)-2012)/(2012-零系統(tǒng))的比值反映了2012年農(nóng)業(yè)系統(tǒng)全部指標(biāo)在零系統(tǒng)與目標(biāo)系統(tǒng)之間的相對(duì)位置,值越大,距目標(biāo)系統(tǒng)越小,如氮肥施用量指標(biāo)13.82表明2012年氮肥用量遠(yuǎn)離目標(biāo)系統(tǒng),接近零系統(tǒng),且距目標(biāo)系統(tǒng)是距零系統(tǒng)距離的13.82倍(實(shí)際上是氮肥超量施用,不是施用量不足,而是依據(jù)數(shù)據(jù)處理原則后的結(jié)果),采用雷達(dá)圖能夠直觀的反映了評(píng)價(jià)系統(tǒng)、目標(biāo)系統(tǒng)與零系統(tǒng)之間的距離關(guān)系(圖2),開展指標(biāo)診斷,發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展存在的問題。(目標(biāo)系統(tǒng)-2012)/(目標(biāo)系統(tǒng)-零系統(tǒng))比值反映了2012年農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的全部指標(biāo)距目標(biāo)系統(tǒng)的距離占全程距離的比例,值越小,距目標(biāo)系統(tǒng)越近,如氮肥施用量0.93表明當(dāng)年施用量遠(yuǎn)離目標(biāo)系統(tǒng),是系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展指數(shù)低的原因之一。以2012年寧夏吳忠可持續(xù)發(fā)展指數(shù)0.70為參照,大于0.30(1-0.70)的指標(biāo)有氮肥施用量、鉀肥施用量、秸稈還田率、復(fù)合肥比例率、土壤有機(jī)質(zhì)、保護(hù)性農(nóng)作面積、測(cè)土配方比例、農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力大專以上比例與農(nóng)民人均收入等9個(gè)指標(biāo)對(duì)綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)為負(fù)；磷肥施用量、農(nóng)藥施用量、畜禽糞便還田率指標(biāo)、人均耕地面積、單位農(nóng)田灌水量、飲用水合格率、農(nóng)業(yè)非災(zāi)害率和人均糧食等8個(gè)指標(biāo)對(duì)綜合指數(shù)的貢獻(xiàn)為正。

4 結(jié)果與討論

4.1 基于歐氏距離的農(nóng)業(yè)可持續(xù)評(píng)價(jià)理論的創(chuàng)新性及評(píng)價(jià)方法的優(yōu)點(diǎn)

基于歐氏距離的農(nóng)業(yè)可持續(xù)評(píng)價(jià)方法的創(chuàng)新性與主要優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：一是以成熟的方法論做基礎(chǔ),評(píng)價(jià)模型解釋性好,評(píng)價(jià)結(jié)果可靠性高；二是模型中引入目標(biāo)系統(tǒng)與零系統(tǒng)概念,類似農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)參照系,使任一評(píng)價(jià)系統(tǒng)置于其中,評(píng)價(jià)直觀性、可控性與理解性有很大提高；三是評(píng)價(jià)函數(shù)中嵌合了指標(biāo)權(quán)重,無需通過專家打分法確定指標(biāo)權(quán)重及由此產(chǎn)生的權(quán)重偏差或錯(cuò)誤；同時(shí)也避免了由于評(píng)價(jià)尺度改變引起的指標(biāo)增減而導(dǎo)致的指標(biāo)權(quán)重不得不重新賦值的問題,系統(tǒng)尺度可以自由縮放,提升了評(píng)價(jià)指標(biāo)框架的針對(duì)性與靈活性,也大大降低了系統(tǒng)評(píng)價(jià)工作量,簡(jiǎn)化評(píng)價(jià)程序；四是基于模型轉(zhuǎn)化的可持續(xù)發(fā)展指數(shù)與百分制接軌,結(jié)果易于理解,有助于評(píng)價(jià)結(jié)果的應(yīng)用與推廣。

表2 2012年寧夏吳忠農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)診斷

圖2 寧夏吳忠2012年可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)診斷Fig.2 The radar graph of the index diagnosis of WZC in 2012

4.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的指標(biāo)正、負(fù)功效問題

指標(biāo)的正負(fù)功效實(shí)際上是相對(duì)的,根據(jù)作用對(duì)象而不同,例如化肥農(nóng)藥,對(duì)環(huán)境負(fù)功效,對(duì)作物正功效。在考慮生態(tài)環(huán)境多的情況下,用量越少越好,不用最好；在考慮作物產(chǎn)量多的情況下,一般是越多越好。因此,要同時(shí)實(shí)現(xiàn)“雙”正功效,就要確定合理的施用量區(qū)間,在此范圍內(nèi)都是正功效,不超過環(huán)境危害容量,又能實(shí)現(xiàn)作物目標(biāo)產(chǎn)量；超出合理的區(qū)間范圍,就會(huì)產(chǎn)生負(fù)功效。糧食單產(chǎn)、人均糧食等越多對(duì)環(huán)境的負(fù)功效也越大。基于這種認(rèn)知,所有指標(biāo)全部按正功效處理,取值區(qū)間為[0,X],其中,X代表合適區(qū)間內(nèi)的最大值。評(píng)級(jí)指標(biāo)全部按照正功效對(duì)待也不是盡善盡美的,如同樣的單產(chǎn)水平,可能出現(xiàn)施肥量低反而要得低分,施用量高要得高分問題,但出現(xiàn)概率很低,尤其在區(qū)域尺度上。

4.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)的溢值問題

評(píng)價(jià)中通常遇到評(píng)級(jí)指標(biāo)如施肥量、用藥量、人均耕地、人均糧食與人均收入等指標(biāo)超出區(qū)間范圍的情況。例如,合理的氮肥施用量區(qū)間是[0, 180]kg/hm2,如果遇到指標(biāo)溢值將按下面公式處理：

Y=2A-X

式中,Y代表變換后的值,A代表目標(biāo)值,X代表溢值。轉(zhuǎn)換后出現(xiàn)負(fù)值的按0對(duì)待(假定是溢值太多導(dǎo)致負(fù)功效過大)。溢值轉(zhuǎn)換的好處,一是把指標(biāo)溢值轉(zhuǎn)換到區(qū)間內(nèi),二是“懲罰”溢值如超量施肥,三是合理處理溢值,不主張但也不絕對(duì)否定。磷肥、農(nóng)藥等指標(biāo)溢值也按此法處理。但是對(duì)另一類指標(biāo)如人均耕地、人均糧食和人均收入在溢值情況下,取合理區(qū)間的上限值,這一點(diǎn)有所差別。

4.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)的多少問題

評(píng)價(jià)指標(biāo)一般少則幾個(gè),十幾個(gè),多則幾十個(gè),甚至有上百個(gè)?！肚晷浴返腗DGs包含64個(gè)指標(biāo),SDGs(Sustainable Development Goals)包含303個(gè)指標(biāo),中國科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組2014年全國可持續(xù)發(fā)展能力的評(píng)估涉及變量指數(shù)57個(gè)(過去45個(gè))與基層指標(biāo)415個(gè)(過去240個(gè))。指標(biāo)的多少反映評(píng)價(jià)內(nèi)容的,理論上是越多越好,但實(shí)際上并非如此。多指標(biāo)似乎考慮很周全,卻降低了指標(biāo)的敏感性,某一指標(biāo)值的變化對(duì)結(jié)果的影響近乎其微,只有多數(shù)指標(biāo)變化才可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響；多指標(biāo)最大缺點(diǎn)忽視了不同指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性從而導(dǎo)致的信息以不同的數(shù)據(jù)形式重復(fù)出現(xiàn),可以看成是人為性系統(tǒng)誤差,評(píng)價(jià)結(jié)果也未必合理。如人均糧食與人均肉奶蛋信息的重疊,通常人均糧食一定程度上可以替代人均肉奶蛋。指標(biāo)個(gè)數(shù)少在理論上似乎不周全,卻提高了指標(biāo)的權(quán)重,評(píng)價(jià)結(jié)果更有意義。因此,好的評(píng)級(jí)指標(biāo)體系應(yīng)該體現(xiàn)簡(jiǎn)單、全面、重點(diǎn)突出但不面面俱到特點(diǎn)。本指標(biāo)體系也是基于最初80個(gè)指標(biāo)的分析及指標(biāo)數(shù)量變動(dòng)多次驗(yàn)證結(jié)果,最終確定為15—20個(gè)指標(biāo),不但包含了系統(tǒng)大部分信息,且單個(gè)指標(biāo)數(shù)值在較大浮動(dòng)情況下,僅影響結(jié)果的千分位；在2—3個(gè)指標(biāo)數(shù)值變動(dòng)情況下,影響結(jié)果的百分位。

4.5 指標(biāo)百分制處理

有些指標(biāo)的獲取成本較高如地表水、地下水水質(zhì)指標(biāo),同時(shí)由于是點(diǎn)上取樣代表性也較差,國家的監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)有時(shí)也覆蓋不到。水質(zhì)指標(biāo)只是反應(yīng)的點(diǎn)上問題,很難反映面上,尤其在尺度放大的情況下。鑒于以上情況,反映區(qū)域水質(zhì)指標(biāo)最好采用百分率,可以是污染百分率,也可以是飲用水安全百分率。類似問題如農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣面積、農(nóng)業(yè)非災(zāi)害面積等指標(biāo)單位均可以試行百分制。

4.6 建立農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)機(jī)制并實(shí)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展行動(dòng)。

基于成熟的研究方法,盡快建立農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)機(jī)制并實(shí)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展行動(dòng)是當(dāng)務(wù)之急。我國農(nóng)業(yè)發(fā)展迫切需要“農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)”這一指揮棒,并以之為抓手,開展不同行政區(qū)域或行政單元的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)研究并給予排名,編制農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展年度報(bào)告,一是吸引大眾參與,二是吸引社會(huì)關(guān)注,引起各級(jí)政府重視并能夠付之行動(dòng),從政績考核與實(shí)際需求考慮,引導(dǎo)和推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的逐步貫徹落實(shí)。

[1] Von Carlowitz H C. Sylvicultura Oeconomica. Leipzig, Braun, 1713.

[2] Grunewald K, Bastian O. Ecosystem assessment and management as key tools for sustainable landscape development: a case study of the Ore Mountains region in Central Europe. Ecological Modelling, 2015, 295: 151- 162.

[3] United Nations World Commission on Environment and Development. Our Common Future (The Bruntland Report). Oxford: Oxford University Press, 1987.

[4] Food and Agriculture Organization (FAO). Sustainable Agricultural Production: Implications for International Agricultural Research. Rome: FAO, 1989.

[5] FAO. Sustainability issues in agricultural and rural development policies. Rome: FAO Trainer′s Manual, 1995. http://www.fao.org/wssd/sard/faodefin_en.htm.

[6] Zhou S D, Mueller F, Burkhard B, Cao X J, Hou Y. Assessing agricultural sustainable development based on the DPSIR approach: case study in Jiangsu, China. Journal of Integrative Agriculture, 2013, 12(7): 1292- 1299.

[7] Bolcárová P, Kolo?ta S. Assessment of sustainable development in the EU 27 using aggregated SD index. Ecological Indicators, 2014, 48: 699- 705.

[8] Boggia A, Rocchi L, Paolotti L, Musotti F, Greco S. Assessing rural sustainable development potentialities using a dominance-based rough set approach. Journal of Environmental Management, 2014, 144: 160- 167.

[9] Cornelissen A M G, van den Berg J, Koops W J, Grossman M, Udo H M J. Assessment of the contribution of sustainability indicators to sustainable development: a novel approach using fuzzy set theory. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2001, 86(2): 173- 185.

[10] Bond R, Curran J, Kirkpatrick C, Lee N, Francis P. Integrated impact assessment for sustainable development: a case study approach. World Development, 2001, 29(6): 1011- 1024.

[11] Sattler C, Nagel U J, Werner A, Zander P. Integrated assessment of agricultural production practices to enhance sustainable development in agricultural landscapes. Ecological Indicators, 2010, 10(1): 49- 61.

[12] Ferng J J. Nested open systems: an important concept for applying ecological footprint analysis to sustainable development assessment. Ecological Economics, 2014, 106: 105- 111.

[13] Marnika E, Christodoulou E, Xenidis A. Sustainable development indicators for mining sites in protected areas: tool development, ranking and scoring of potential environmental impacts and assessment of management scenarios. Journal of Cleaner Production, 2015, 101: 59- 70.

[14] Golusin M, Ivanovic O M, Teodorovic N. The review of the achieved degree of sustainable development in South Eastern Europe—the use of linear regression method. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2011, 15(1): 766- 772.

[15] Liu Y B, Yao C S, Wang G X, Bao S M. An integrated sustainable development approach to modeling the eco-environmental effects from urbanization. Ecological Indicators, 2011, 11(6): 1599- 1608.

[17] Odum H T, Elisabeth C. Modeling for All Scales: An Introduction to System. Simulation. SanDiego: Academic Press, 2000.

[18] Pijanowski B C, Brown D G, Shellito B A, Manik G A. Using neural networks and GIS to forecast land use changes: a land transformation model. Computers, Environment and Urban Systems, 2002, 26(6): 553- 575.

[19] Shen L X, Muduli K, Barve A. Developing a sustainable development framework in the context of mining industries: AHP approach. Resources Policy,2015, 46: 15- 26.

[20] Jayaraman R, Colapinto C, La Torre D, Malik T. Multi-criteria model for sustainable development using goal programming applied to the United Arab Emirates. Energy Policy, 2015, 87: 447- 454.

[21] Li F, Liu X S, Hu D, Wang R S, Yang W R, Li D, Zhao D. Measurement indicators and an evaluation approach for assessing urban sustainable development: a case study for China′s Jining City. Landscape and Urban Planning, 2009, 90(3/4): 134- 142.

[22] Ferrarini A, Bodini A, Becchi M. Environmental quality and sustainability in the province of Reggio Emilia (Italy): using multi-criteria analysis to assess and compare municipal performance. Journal of Environmental Management, 2001, 63(2): 117- 131.

[23] Boggia, Cortina C. Measuring sustainable development using a multi-criteria model: a case study. Journal of Environmental Management, 2010, 91(11): 2301- 2306.

[24] Doody D G, Kearney P, Barry J, Moles R, O′Regan B. Evaluation of the Q-method as a method of public participation in the selection of sustainable development indicators. Ecological Indicators, 2009, 9(6): 1129- 1137.

[25] Cole M J, Bailey R M, New M G. Tracking sustainable development with a national barometer for South Africa using a downscaled “safe and just space” framework. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2014,111(42): E4399-E4408.

[26] Griggs D, Stafford-Smith M, Gaffney O, Rockstr?m J, ?hman M C, Shyamsundar P, Steffen W, Glaser G, Kanie N, Noble I. Policy: sustainable development goals for people and planet. Nature, 2013, 495(7441): 305- 307.

[27] UNESC. Indicators of Sustainable Development. Commission on Sustainable Development. 3rd Session. New York: United Nations Economic and Social Council, 1995.

[28] Dahl A L. Achievements and gaps in indicators for sustainability. Ecological Indicators, 2012, 17: 14- 19.

[29] Rametsteiner E, Pülzl H, Alkan-Olsson J, Frederiksen P. Sustainability indicator development-science or political negotiation?. Ecological Indicators, 2011, 11(1): 61- 71.

[30] European Commission. Europe 2020: A Strategy for Smart, Sustainable and Inclusive Growth: Communication from the Commission. Commission of the European Communities, Washington, DC, 2010.

[31] OECD. Wikiprogress. [2011-09- 30]. http://www.wikiprogress.org/index.php/.

[32] UNSD. Envstats: News and Notes. Issue 35, August 2014. New York: UN Statistical Division, 2014.

[33] UNSD. Discussion Paper on Principles of Using Quantification to Operationalize the SDGs and Criteria for Indicator Selection. ESA/STAT/441/2/58A/14. New York: UN Statistical Division, 2015.

[34] IISD. Compendium of sustainable development indicator initiatives. [2013-03-07]. http://www.iisd.org/measure/compendium/.

[35] Ostrom E. A general framework for analyzing sustainability of social-ecological systems. Science, 2009, 325(5939): 419- 422.

[36] Haines-Young R, Potschin M. England′s Terrestrial Ecosystem Services and the Rationale for an Ecosystem Approach. Overview Report, Project Code NR0107. [2013-03-08]. http://www.nottingham.ac.uk/CEM/pdf/NR107_FTR_080108.pdf.

[37] Rennings K. Redefining innovation-eco-innovation research and the contribution from ecological economics. Ecological Economics, 2000, 32(2): 319- 332.

[38] Parris T M, Kates R W. Characterizing and measuring sustainable development. Annual Review of Environment and Resources, 2003, 28(1): 559- 586.

[39] Hammond A, Adriaanse A, Rodenburg E, Bryant D, Woodward R. Environmental Indicators: A Systematic Approach to Measuring and Reporting on Environmental Policy Performance in the Context of Sustainable Development. Washington DC: World Resources Institute, 1995: 43- 43.

[40] Dalal-Clayton B, Bass S. A Review of Monitoring Mechanisms for National Sustainable Development Strategies, Report prepared for the OECD. London: IIED, 2006.

[41] Moldan B, Janou?ková S, Hák T. How to understand and measure environmental sustainability: indicators and targets. Ecological Indicators, 2012, 17: 4- 13.

[42] B?hringer C, Jochem P E P. Measuring the immeasurable-a survey of sustainability indices. Ecological Economics, 2007, 63(1): 1- 8.

[43] 朱兆良.農(nóng)田中氮肥的損失與對(duì)策.土壤與環(huán)境,2000,9(1)：1- 6.

[44] Oenema O, Van Liere E, Plette S, et al. Environmental effects of manure policy options in the Netherlands [J]. Water Sci.Technolo., 2004, 49:101- 108.

[45] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部. 中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)肥料合理使用準(zhǔn)則-鉀肥(NY/T 1869- 2010),中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010.

[46] 中國統(tǒng)計(jì)年鑒2014,北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社,2015

[47] http://city.ifeng.com/fhzl/njd/20130702/381026.shtml

[48] 中華人民共和國農(nóng)業(yè)部.可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃2015- 2030. 2015.

[49] 朱洪嬌.我國居民受教育狀況的性別和地區(qū)差異分析. 社會(huì)科學(xué)家,2012, 10(186): 42- 45.

[50] 唐華俊,李哲敏.基于中國居民平衡膳食模式的人均糧食需求量研究. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2012, 45(11): 2315- 2327.

A case study of a novel sustainable agricultural development evaluation method based on Euclidean distance theory

YANG Shiqi1,2,*

1InstituteofEnvironmentandSustainableDevelopmentinAgriculture,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China2KeyLaboratoryofAgro-EnvironmentandClimateChange,MinistryofAgricultural,Beijing100081,China

A novel evaluation theory for sustainable agricultural development was developed using the standardized Euclidean distance method. It contains an agriculture sustainable development model, an evaluation function, and agriculture sustainable development ranks. It includes a goal system, a zero system, and an index frame. Wuzhong County in Ningxia Hui Autonomous Region (WZC) was used as a case study area between 2000 and 2012. The results showed that the agricultural sustainable development exponent (ASDE) in WZC slowly increased over the period from 0.65 to 0.70. The positive features of the method are: (1) the methodology was reliable; (2) the agriculture sustainable development model was constructed using the goal system and the zero system, which provides a reference system for sustainable agricultural development and improves evaluation controllability; (3) the index weights were embedded in the evaluation function, which removes the errors or mistakes made by the expert scoring method and avoids having to reassign index weights because of indicator addition or subtraction; and (4) the agriculture sustainable development exponent was related to the centesimal system by a function model transformation, which gives a very clear figure conception because the primitive value from the Euclidean distance is difficult to understand. It is important to compare systems and method application, and this model suggests that the low ASDE in WZC is mainly due to high nitrogen fertilizer application rates, low straw application rates, the compound or special fertilizer ratios, the proportion of the land taken up by conservation farming areas, soil organic matter levels, and income per rural person.

agricultural sustainable development exponent (ASDE); goal system; zero system; Euclidean distance

農(nóng)業(yè)部行業(yè)專項(xiàng)科研經(jīng)費(fèi)

2016- 03- 25; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2017- 02- 22

10.5846/stxb201603250536

*通訊作者Corresponding author.E-mail: shiqiyang@126.com

楊世琦.基于歐氏距離的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評(píng)價(jià)理論構(gòu)建與實(shí)例驗(yàn)證.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(11):3840- 3848.

Yang S Q.A case study of a novel sustainable agricultural development evaluation method based on Euclidean distance theory.Acta Ecologica Sinica,2017,37(11):3840- 3848.