江西省紅壤旱地多年輪種模式的綜合效益評價

王長松 周海波 葉川

摘要? ? 南方紅壤區(qū)是我國重要的經(jīng)濟(jì)林果、糧食、漁業(yè)、牧業(yè)生產(chǎn)基地，為篩選出具有經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會效益較好、適合南方紅壤區(qū)旱地種植的高效模式，根據(jù)江西省紅壤研究所開展的紅壤旱地作物的田間試驗(yàn)，采用2015—2017年江西省紅壤研究所5種旱地3年輪作模式的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，開展紅壤地區(qū)旱作物不同種植模式的評價，運(yùn)用層次分析法和一致性準(zhǔn)則法采用Lingo軟件求解，篩選出具有經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會效益、綜合效益較好的不同種植模式。結(jié)果表明，經(jīng)濟(jì)效益較好的種植模式為花生—冬閑→玉米（鮮食）—芝麻→花生—玉米（鮮食）;生態(tài)效益和社會效益較好的種植模式均為花生—芝麻—馬鈴薯→（春玉米—綠豆）—綠肥→花生—芝麻—馬鈴薯;綜合效益評價較好的種植模式為花生—芝麻—馬鈴薯→（春玉米—綠豆）—綠肥→花生—芝麻—馬鈴薯。

關(guān)鍵詞? ? 紅壤旱地;種植模式;輪作;綜合效益評價;江西省

中圖分類號? ? F304.7? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）14-0163-05? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Abstract? ? Southern red soil area is an important production base of economic forest，grain，fishery and animal husbandry in China.In order to select the high-efficient cultivation model with better economic，ecological and social benefits，which is suitable for dry land cultivation in southern red soil area，based on the field experiment data of red soil dry land crops in three years（2015-2017）from Jiangxi Institute of red soil，the different planting patterns of dry crops in the red soil area were evaluated by using the analytic hierarchy process（AHP）and consistency criterion method.The different planting patterns with better economic，ecological，social and comprehensive benefits were selected.The results were as follows：the crop rotation pattern of peanut-winter fallow-corn（fresh food）-sesame-peanut-corn（fresh food）has the best economic benefits in all patterns;the crop rotation pattern of peanut-sesame-potato green manure peanut-sesame-potato has the best ecological and social benefits in all patterns，and it also has the best comprehensive benefits in all patterns.

Key words? ? red soil dry land;cropping pattern;rotation;comprehensive benefit evaluation;Jiangxi Province

南方紅壤區(qū)是我國重要的經(jīng)濟(jì)林果、糧食、漁業(yè)、牧業(yè)生產(chǎn)基地，江西省是我國最典型的紅壤區(qū)，紅壤面積為1 053.1萬hm2，紅壤占土壤的比例高達(dá)70.69%，開展紅壤旱地高效種植模式研究，可以大幅度增加紅壤中低產(chǎn)田的產(chǎn)量和效益，挖掘農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的潛力，對保障國家糧食安全將發(fā)揮重要的作用。江西省紅壤研究所以3年為一個試驗(yàn)周期，以集成優(yōu)化的輪作模式為目標(biāo)模式，習(xí)慣輪作模式為對照，以光、溫、水、土等自然資源利用效率和耕地質(zhì)量變化、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益等為指標(biāo)，開展紅壤旱地多年輪作模式研究。研究通過田間試驗(yàn)，深入分析紅壤旱地高效種植模式的綜合效益，構(gòu)建可持續(xù)應(yīng)用評價指標(biāo)體系和評價方法，構(gòu)建評價指標(biāo)體系，應(yīng)用層次分析法和一致性準(zhǔn)則法，篩選出適合紅壤區(qū)旱作物多年輪作模式，對于農(nóng)田可持續(xù)管理和土地利用具有重要意義，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展提供技術(shù)支撐和參考依據(jù)。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 供試作物

花生品種為皖花7號，大豆品種為天隆1號，芝麻品種為贛芝7號，馬鈴薯品種為荷蘭十五，春玉米品種為滬玉糯3號，綠豆品種為嫩綠1號，紅薯品種為進(jìn)賢黃心薯，綠肥品種為贛肥蘿1號，油菜品種為灃油737，玉米品種為滬玉糯3號。

1.2? ? 試驗(yàn)設(shè)計

本研究共選取5種紅壤旱地高效種植模式進(jìn)行評價，開展紅壤旱地多年輪作模式研究[1]。以3年為一個試驗(yàn)周期，設(shè)5個處理：花生—芝麻—馬鈴薯→（春玉米—綠豆）—綠肥→花生—芝麻—馬鈴薯（L1）;紅薯—綠肥→大豆—芝麻—馬鈴薯→紅薯—綠肥（L2）;花生—油菜→芝麻—油菜→花生—冬閑（L3）;花生—玉米（鮮食）→紅薯—冬閑→花生—芝麻（L4）;花生—冬閑→玉米（鮮食）—芝麻→花生—玉米（鮮食）（L5）。其中，以L4處理為對照。

1.3? ? 評價方法

本研究的綜合評價采用群決策方法，將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則和方案層等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法[2-3]。該方法的具體評價步驟如下。

首先要從Ai（i=1，…，n）得出根據(jù)各準(zhǔn)則l=1，…，p的排序矩陣：

Bl=a11l? ? a21l? ? …? ? an1la12l? ? a22l? ? …? ? an2l┇? ? ┇? ? ?┇? ? ┇a1ml? ? a2ml? ?…? ? anml，l=1，…，p

其中，元素aijl表示委員會成員中i根據(jù)準(zhǔn)則l對備選對象j的評價，與Ai中的ajl值相同。根據(jù)Bl′，可以計算群中各成員對各備選對象在準(zhǔn)則l時的Borda分，即在矩陣各列中，性能值最佳的備選對象得m-1分，性能為第二位的得m-2分，以此類推，最差的候選對象得0分[2-3]。準(zhǔn)則l即使是無法定量的準(zhǔn)則，如道德水平等，要各委員根據(jù)印象為各候選人排序給出準(zhǔn)則l下的Borda分亦非難事。在各委員根據(jù)準(zhǔn)則l為各候選對象打分之后，計算候選對象j的總得分bjl：

由bjl（j=1，…，m）的大小，可以排定各候選人優(yōu)劣次序k（k=1，…，m）并定義一致性矩陣Πl(fā)={πl(wèi)jk}，Πl(fā)是一個m×m非負(fù)矩陣，其中的元素為πl(wèi)jk，當(dāng)根據(jù)bjl候選對象j被排在k位時πl(wèi)jk=1，否則πl(wèi)jk=0，所以Πl(fā)中每行（或每列）有一個元素也只有一個元素為1，余者均為0。

1.4? ? 相關(guān)指標(biāo)參數(shù)選取依據(jù)

首先，以綜合效益（A）為總目標(biāo)，以經(jīng)濟(jì)效益（B1）、生態(tài)效益（B2）和社會效益（B3）作為準(zhǔn)則層，以種植模式總產(chǎn)值、種植模式總成本等17項(xiàng)指標(biāo)作為方案層構(gòu)建江西現(xiàn)代農(nóng)業(yè)評價指標(biāo)體系;其次，在評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)之上，通過試驗(yàn)獲得種植模式總產(chǎn)值、種植模式總成本等17項(xiàng)數(shù)據(jù)，根據(jù)相關(guān)指標(biāo)對不同模式的優(yōu)劣進(jìn)行排序;最后，根據(jù)各指標(biāo)優(yōu)劣排序來確定經(jīng)濟(jì)效益（B1）、生態(tài)效益（B2）和社會效益（B3）的順序，然后利用群決策方法進(jìn)行綜合效益評價，并以綜合效益的大小確定各模式的綜合優(yōu)劣[4-5]。

1.4.1? ? 經(jīng)濟(jì)效益評價指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)效益的多少是農(nóng)民衡量評價種植模式的重要指標(biāo)，如果忽視種植模式經(jīng)濟(jì)效益，再好的種植模式也得不到農(nóng)民的實(shí)施。以經(jīng)濟(jì)效益作為準(zhǔn)則（B1），選擇與經(jīng)濟(jì)效益密切相關(guān)的種植模式總產(chǎn)值（C1）、種植模式總成本（C2）、種植模式凈利潤（C3）、產(chǎn)出投入比率（C4）、勞動凈產(chǎn)值（C5）和資金凈產(chǎn)值率（C6）作為評價經(jīng)濟(jì)效益的方案[4-6]。

（1）種植模式總產(chǎn)值（C1）：單位面積獲得的所有產(chǎn)品的產(chǎn)值。計算公式：總產(chǎn)值=產(chǎn)量×價格。

（2）種植模式總成本（C2）：單位面積生產(chǎn)所需的全部費(fèi)用，包括物質(zhì)費(fèi)用、人工成本和土地成本。計算公式：總成本=物質(zhì)費(fèi)用+人工成本+土地成本。

（3）種植模式凈利潤（C3）：所有產(chǎn)品的總產(chǎn)值減去生產(chǎn)過程中投入總成本后的余額。計算公式：凈利潤=總產(chǎn)值-總成本。

（4）產(chǎn)出投入比率（C4）：單位成本所取得的經(jīng)濟(jì)效益。計算公式：產(chǎn)出投入=總產(chǎn)值/總成本。

（5）勞動凈產(chǎn)值率（C5）：勞動凈產(chǎn)值率是影響農(nóng)民是否選擇從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一個重要因素。計算公式：勞動凈產(chǎn)值率=種植模式凈利潤/單位面積用工成本。

（6）資金凈產(chǎn)值率（C6）：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在單位面積土地上現(xiàn)金投入所取得的經(jīng)濟(jì)效益，其值越大表示該模式發(fā)展越有優(yōu)勢。計算公式：資金凈產(chǎn)值率=總產(chǎn)值/物質(zhì)費(fèi)用。

1.4.2? ? 生態(tài)效益評價指標(biāo)。隨著資源約束趨緊、生態(tài)環(huán)境惡化趨勢嚴(yán)重，生態(tài)效益成為評價種植模式的重要指標(biāo)。以生態(tài)效益（B2）作為準(zhǔn)則，選擇耕地資源生產(chǎn)率（C7）、水資源生產(chǎn)率（C8）、光能資源生產(chǎn)率（C9）、氮肥利用率（C10）、磷肥利用率（C11）和化學(xué)農(nóng)藥施用強(qiáng)度（C12）作為評價生態(tài)效益的重要因素[7-9]。

（1）耕地資源生產(chǎn)率（C7）：耕地資源生產(chǎn)率的高低是衡量農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能否高效利用耕地資源決定性指標(biāo)。計算公式：耕地資源生產(chǎn)率=某種模式下作物單位面積產(chǎn)量/該作物單一種植的單位面積平均畝產(chǎn)量。

（2）水資源生產(chǎn)率（C8）：消耗單位水資源所得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。水資源生產(chǎn)率的高低對該模式的可持續(xù)發(fā)展具有重要的影響。計算公式：水資源生產(chǎn)率=總產(chǎn)量/總用水量。

（3）光能資源生產(chǎn)率（C9）：所有經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量蘊(yùn)含的熱能值與全年太陽總輻射能的比值[7]。計算公式：光能資源生產(chǎn)率=某種植模式作物產(chǎn)量×作物的單位經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的熱能值/全年太陽總輻射能。

（4）氮肥利用率（C10）：單位面積產(chǎn)量中其中氮含量與總施氮量的比值。

（5）磷肥利用率（C11）：單位面積產(chǎn)量中其中磷含量與總施磷量的比值。

（6）化學(xué)農(nóng)藥（藥液）施用強(qiáng)度（C12）：農(nóng)藥的使用量越大對環(huán)境造成的危害就越大，將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)藥施用量折算成金額，以金額大小來表示對環(huán)境產(chǎn)生危害[9]。

1.4.3? ? 社會效益評價指標(biāo)。社會效益是指最大限度地利用有限的資源滿足社會上人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化需求。本研究主要是指農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)過程中，以有限的勞動資源和技術(shù)水平投入來滿足社會對糧食的數(shù)量需求、質(zhì)量需求以及安全需要。因此，以社會效益（B3）作為準(zhǔn)則，選擇糧食安全指數(shù)（C13）、農(nóng)產(chǎn)品商品率（C14）、產(chǎn)品穩(wěn)定系數(shù)（C15）、勞動生產(chǎn)率（C16）和模式技術(shù)水平（C17）作為評價社會效益的因素[10-11]。

（1）糧食安全指數(shù)（C13）：單位面積糧食生產(chǎn)力對保障國家安全社會穩(wěn)定保障所起的作用貢獻(xiàn)。計算公式：糧食安全指數(shù)=（種植模式單位面積糧食產(chǎn)量-保證糧食安全所需耕地資源單位面積平均產(chǎn)量）/保證我國糧食安全所需耕地資源單位面積平均產(chǎn)量。

（2）農(nóng)產(chǎn)品商品率（C14）：本年度生產(chǎn)的產(chǎn)品在下一個生產(chǎn)年度同種產(chǎn)品開始收獲之前通過各種渠道出售的數(shù)量占本年度產(chǎn)量的比率。農(nóng)產(chǎn)品商品率越高，越具備優(yōu)勢[12]。計算公式：農(nóng)產(chǎn)品商品率=（總產(chǎn)量-平均消耗量）/總產(chǎn)量。

（3）產(chǎn)品穩(wěn)定系數(shù)（C15）：一定時期內(nèi)種植模式的產(chǎn)品波動穩(wěn)定性。計算公式：產(chǎn)品穩(wěn)定系數(shù)=1-產(chǎn)品波動性指數(shù)。

（4）勞動生產(chǎn)率（C16）：目前，農(nóng)村勞動力供需不平衡狀況日益加劇，采用單位面積年均用工量來衡量種植模式的社會適應(yīng)性。計算公式：勞動生產(chǎn)率=總產(chǎn)值/種植模式的年均用工量。

（5）模式技術(shù)水平（C17）：不斷使用先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)來代替落后的農(nóng)業(yè)技術(shù)，來促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展。技術(shù)推廣難易程度、技術(shù)可靠性、技術(shù)的先進(jìn)性是衡量該模式的技術(shù)水平的重要因素，體現(xiàn)了新農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)的水平。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 不同種植模式的效益比較

2.1.1? ? 不同種植模式的產(chǎn)投統(tǒng)計。由表1可知，不同復(fù)種模式經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量大小表現(xiàn)為L1>L2>L4>L3>L5，總生物量大小卻表現(xiàn)為L1>L4>L5>L3>L2，表明目標(biāo)模式比傳統(tǒng)模式全年作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量增加，而總生物量因秸稈產(chǎn)量出現(xiàn)浮動。

2.1.2? ? 不同種植模式的經(jīng)濟(jì)效益比較。經(jīng)濟(jì)效益是農(nóng)民衡量評價種植模式的重要指標(biāo)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分別以種植模式總產(chǎn)值、總成本、種植模式凈利潤、投入產(chǎn)出比率、勞動生產(chǎn)率和資金凈產(chǎn)值率為準(zhǔn)則，從經(jīng)濟(jì)效益對5種種植模式進(jìn)行排序（表2）。

2.1.3? ? 不同種植模式生態(tài)效益比較。隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，城市進(jìn)程和工業(yè)化進(jìn)程的不斷增加，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，國家對環(huán)保的重視程度也越來越高[10]。根據(jù)江西省紅壤研究所的試驗(yàn)結(jié)果，分別以耕地資源生產(chǎn)率、氮肥利用率、磷肥利用率、化學(xué)農(nóng)藥施用強(qiáng)度為準(zhǔn)則，從生態(tài)效益效益對5種植模式進(jìn)行排序（表3）。

2.1.4? ? 不同種植模式社會效益比較。社會效益是指最大限度地利用有限的資源滿足社會上人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化需求。人的行動自由只能在必要的公共利益范圍內(nèi)才得以限制。社會效益往往在較長時間后才能發(fā)揮出來，有廣義和狹義之分：廣義的社會效益是相對于經(jīng)濟(jì)效益而言的，包括政治效益、思想文化效益、生態(tài)環(huán)境效益等;狹義的社會效益，亦與經(jīng)濟(jì)效益相對稱，還與政治效益、生態(tài)環(huán)境效益等相并列。本文采用狹義的社會效益結(jié)果，分別以糧食安全指數(shù)、農(nóng)產(chǎn)品商品率、產(chǎn)品穩(wěn)定系數(shù)、勞動生產(chǎn)率、模式技術(shù)水平為準(zhǔn)則，從社會效益效益對各輪種模式進(jìn)行排序（表4）。

2.2? ? 種植模式的綜合效益評價

綜合經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益評價指標(biāo)，可得優(yōu)劣順序如表5所示。

為了能對幾種種植模式的優(yōu)劣進(jìn)行總體評估，首先對5種種植模式的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會效益進(jìn)行評價，計算Borda分，確定一致性矩陣，然后求解線性規(guī)劃問題，得到綜合效益評價排序。具體過程及結(jié)果如下。

2.2.1? ? 準(zhǔn)則層經(jīng)濟(jì)效益計算。準(zhǔn)則層經(jīng)濟(jì)效益（B1）矩陣：

3? ? 結(jié)論

本文根據(jù)江西省紅壤研究所開展的紅壤旱地多年輪作模式研究和農(nóng)業(yè)資源高效利用技術(shù)模式研究的相關(guān)田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)和室內(nèi)分析研究數(shù)據(jù)，開展紅壤旱作物不同種植模式的評價，從經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會效益以及綜合效益評價等角度開展適合紅壤區(qū)旱作物種植模式的探究，采用層次分析法和一致性準(zhǔn)則法得到結(jié)果如下：5種種植模式為L1，花生—芝麻—馬鈴薯→（春玉米—綠豆）—綠肥→花生—芝麻—馬鈴薯;L2，紅薯—綠肥→大豆—芝麻—馬鈴薯→紅薯—綠肥;L3，花生—油菜→芝麻-油菜→花生—冬閑;L4，花生—玉米（鮮食）→紅薯—冬閑→花生—芝麻;L5，花生—冬閑→玉米（鮮食）—芝麻→花生—玉米（鮮食）。其中，僅從經(jīng)濟(jì)效益的角度來看，種植模式L5，即花生—冬閑→玉米（鮮食）—芝麻→花生—玉米（鮮食）較其他種植模式的經(jīng)濟(jì)效益更優(yōu)。由于種植模式L5總投入較低，產(chǎn)出效益好，因而純收益較高。不同種植模式的經(jīng)濟(jì)效益排序依次如下：L5>L4>L3>L1>L2。

僅從生態(tài)效益的角度來看，種植模式L1，即花生—芝麻—馬鈴薯→（春玉米—綠豆）—綠肥→花生—芝麻—馬鈴薯較其他種植模式生態(tài)效益要更優(yōu)，主要是因?yàn)樵摲N植模式耕地資源生產(chǎn)率、水資源生產(chǎn)率、光能資源利用率較高，因而生態(tài)效益較好。不同種植模式的生態(tài)效益排序依次如下：L1>L4>L2>L5>L3。

僅從社會效益的角度來看，種植模式L1，即花生—芝麻—馬鈴薯→（春玉米-綠豆）—綠肥→花生—芝麻—馬鈴薯較其他種植模式社會效益要更優(yōu)，主要是因?yàn)樵摲N植模式提供的糧食產(chǎn)量高、勞動生產(chǎn)率高、模式技術(shù)水平高、農(nóng)產(chǎn)品商品率高，因而社會效益較好。不同種植模式依次排序如下：L1>L2>L4～L5>L3。

從綜合評價指標(biāo)來看，紅壤旱地高效種植模式研究中，綜合效益評價最佳模式為L1，即花生—芝麻—馬鈴薯→（春玉米-綠豆）—綠肥→花生—芝麻—馬鈴薯。不同種植模式依次排序如下：GL1>GL4>GL2>GL5>GL3。

4? ? 參考文獻(xiàn)

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