基于熵權(quán)TOPSIS的湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力時(shí)空動(dòng)態(tài)研究①

楊 劍，丁玲玲，李新堯，常華進(jìn)，孫小舟

基于熵權(quán)TOPSIS的湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力時(shí)空動(dòng)態(tài)研究①

楊 劍1，丁玲玲1，李新堯2，常華進(jìn)1，孫小舟1

(1 湖北文理學(xué)院資源環(huán)境與旅游學(xué)院，湖北襄陽(yáng) 441053；2 西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，西安 710127)

在綜合分析湖北省農(nóng)業(yè)水土資源空間分布特征及其匹配格局的基礎(chǔ)上，采用DPSIR概念模型建立農(nóng)業(yè)水土資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用熵權(quán)TOPSIS方法對(duì)湖北省17個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源承載力進(jìn)行定量研究。結(jié)果顯示：不同地區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源承載力水平存在較大差異，其中神農(nóng)架林區(qū)和恩施自治州水土資源承載力基本為盈余狀態(tài)；荊門、仙桃、潛江、天門、武漢、荊州6市水土資源承載力以安全承載為主；隨州、襄陽(yáng)、孝感、宜昌、黃岡5市水土資源承載力以臨界超載為主；十堰、鄂州、咸寧、黃石4市水土資源承載力一直呈超載狀態(tài)。2000—2015年，只有荊州市水土資源承載力等級(jí)呈現(xiàn)顯著提升。針對(duì)不同地區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源承載力現(xiàn)狀提出了應(yīng)對(duì)措施。研究可為合理配置水土資源、促進(jìn)水土資源可持續(xù)利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

農(nóng)業(yè)水土資源；承載力；熵權(quán)；TOPSIS；湖北省

農(nóng)業(yè)水土資源即維持農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所必需的水資源和耕地資源，是人類賴以生存的基礎(chǔ)資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的物質(zhì)載體。隨著我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展持續(xù)推進(jìn)，農(nóng)業(yè)水土資源所表現(xiàn)出的擠占、短缺和區(qū)域性結(jié)構(gòu)破壞等資源非持續(xù)利用問題日益突出，對(duì)國(guó)家糧食生產(chǎn)安全形成重大威脅[1-2]。因此，開展農(nóng)業(yè)水土資源承載力評(píng)價(jià)和水土平衡研究具有重要的科學(xué)意義。農(nóng)業(yè)水土資源承載力研究一直是土地科學(xué)、水資源科學(xué)等學(xué)科關(guān)注的熱點(diǎn)[3-5]，但前期多是將農(nóng)業(yè)水資源和耕地資源作為獨(dú)立系統(tǒng)，分別進(jìn)行水資源承載力研究和土地資源承載力研究，這種思路忽視了農(nóng)業(yè)水土資源復(fù)雜的綜合作用與耦合關(guān)系，不利于水土資源系統(tǒng)整體效能的充分發(fā)揮[6-7]。近年來，農(nóng)業(yè)水土資源承載力綜合研究得到越來越多學(xué)者的重視，產(chǎn)生了一些有價(jià)值的研究成果。施開放等[8]利用熵權(quán)可拓決策模型對(duì)重慶三峽庫(kù)區(qū)水土資源承載力進(jìn)行了定量評(píng)價(jià)；陳紅梅等[9]構(gòu)建時(shí)序全局因子分析模型研究了黑龍江省水土資源承載力空間分異特征；李慧等[10]結(jié)合粒子群優(yōu)化算法和投影尋蹤模型對(duì)延安市各區(qū)縣農(nóng)業(yè)水土資源承載力進(jìn)行了評(píng)價(jià)；南彩艷等[11]針對(duì)水土資源承載系統(tǒng)的不確定性，采用改進(jìn)集對(duì)分析對(duì)關(guān)中地區(qū)水土資源承載等級(jí)進(jìn)行了研究。

農(nóng)業(yè)水土資源系統(tǒng)是一個(gè)非線性的復(fù)雜巨系統(tǒng)，其影響因素具有復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性特征，所以目前尚無統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)模型。本文在全面分析湖北省水土資源稟賦和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，將農(nóng)業(yè)水土資源視為一個(gè)統(tǒng)一系統(tǒng)，采用DPSIR概念模型確定湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)因子，利用熵權(quán)TOPSIS評(píng)價(jià)法對(duì)湖北省17個(gè)地區(qū)(二級(jí)行政區(qū))農(nóng)業(yè)水土資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)研究，以期為合理開發(fā)利用水土資源、促進(jìn)水土資源優(yōu)化配置和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

湖北省位于我國(guó)中部地區(qū)、長(zhǎng)江中游，地理位置108°21′ ~ 116°07′E、29°01′ ~ 33°6′N，國(guó)土面積18.59萬km2，下轄12個(gè)省轄市、3個(gè)省直管市、1個(gè)自治州和1個(gè)林區(qū)，常住人口為5 851.5萬(2015年底)。地勢(shì)呈東西北三面環(huán)山、中間低平、向南敞開的不完整盆地，平原湖區(qū)、丘陵崗地和山地各占總面積的31.78%、59.92%、8.30%。截至2015年底全省共有耕地面積343.62′104hm2，主要分布在江漢平原和鄂北崗地，其中水田面積201.04′104hm2，旱地面積142.58′104hm2，人均耕地面積0.08 hm2。湖北省地處北亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)、半濕潤(rùn)氣候區(qū)，光熱充足，降水豐富，多年平均氣溫15 ~ 17 ℃，多年平均降水量1 177 mm。2015年全省水資源總量為1 015.63′108m3，其中地表水資源量986.35′108m3，地下水資源量279.64′108m3。盡管湖北省水資源總量比較豐富，但存在降水變率大、空間分布不均的特點(diǎn)，導(dǎo)致水資源供給極不穩(wěn)定，旱澇災(zāi)害頻繁發(fā)生[12]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究采用的農(nóng)業(yè)水資源、耕地資源以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)等方面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來自《湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《湖北省水資源公報(bào)》、《中國(guó)水資源公報(bào)》等資料，部分指標(biāo)是利用原始數(shù)據(jù)計(jì)算獲得，選取的資料主要包括4個(gè)時(shí)間斷面，分別為2000年、2005年、2010年和2015年。

2 農(nóng)業(yè)水土資源承載力評(píng)價(jià)方法

2.1 指標(biāo)體系建立

指標(biāo)體系的建立是農(nóng)業(yè)水土資源承載力研究的重要依據(jù)和基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其指標(biāo)選擇直接關(guān)系到評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性和合理性。本文采用DPSIR評(píng)價(jià)指標(biāo)體系概念模型[1,13-14]建立湖北省城市尺度的農(nóng)業(yè)水土資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。DPSIR模型將表征一個(gè)自然系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)分成驅(qū)動(dòng)力(driving force)、壓力(pressure)、狀態(tài)(state)、影響(impact)、響應(yīng)(response)5大要素，其中“驅(qū)動(dòng)力”是決定農(nóng)業(yè)水土資源配置和利用方式的原始自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素；“壓力”是在驅(qū)動(dòng)力作用下，反映水土資源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵信息；“狀態(tài)”表征農(nóng)業(yè)水土資源的使用現(xiàn)狀和發(fā)展水平；“影響”主要是指在驅(qū)動(dòng)力和壓力作用下水土資源系統(tǒng)數(shù)量和質(zhì)量發(fā)生的變化；“響應(yīng)”則是人類為提高農(nóng)業(yè)水土資源承載力水平采取的措施。DPSIR模型各要素之間具有明顯的連續(xù)反饋機(jī)制，因此被認(rèn)為是尋找人類活動(dòng)及其環(huán)境影響之間因果聯(lián)系的有效途徑。在充分理解農(nóng)業(yè)水土資源承載力內(nèi)涵和水土資源耦合高效利用的基礎(chǔ)上，基于數(shù)據(jù)的可獲得性、指標(biāo)的可操作性、主導(dǎo)性和科學(xué)性原則[15]，選擇了17個(gè)指標(biāo)因子建立研究區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

表1 湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.2 熵權(quán)TOPSIS評(píng)價(jià)模型

TOPSIS即“逼近理想解排序方法”(technique for order preference by similarity to ideal solution)，多用來解決有限方案多目標(biāo)決策問題，是一種在系統(tǒng)分析中常用的運(yùn)用距離作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的綜合評(píng)價(jià)方法[16-18]。其基本思想是通過確定評(píng)價(jià)單元的正、負(fù)理想解(分別用最優(yōu)向量和最劣向量表示)，分別計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象與正理想解和負(fù)理想解的歐氏距離，獲得各評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)方案的相對(duì)接近程度，以此作為評(píng)價(jià)優(yōu)劣的依據(jù)[19]。使用TOPSIS模型的中心環(huán)節(jié)是權(quán)重的確定。而熵權(quán)法是根據(jù)各評(píng)價(jià)對(duì)象提供的原始信息確定其效用價(jià)值，是一種客觀賦權(quán)方法。本文綜合運(yùn)用熵權(quán)TOPSIS模型評(píng)價(jià)湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力狀況。

2.2.1 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)矩陣 湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力問題的原始評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣為：

對(duì)于高優(yōu)指標(biāo)(越大越好)采用公式(2)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，對(duì)于低優(yōu)指標(biāo)(越小越好)采用公式(3)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)價(jià)矩陣(矩陣(4))。

r=x/max(x) (2)

r=min(x)/x(3)

式中：為原始評(píng)價(jià)矩陣；x為第個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第個(gè)指標(biāo)的初始值(= 1, 2, …,；= 1, 2,…,)；max(x) 和min(x) 分別代表第個(gè)指標(biāo)的最大值和最小值；為標(biāo)準(zhǔn)化后的評(píng)價(jià)矩陣；r為第個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。

2.2.2 確定指標(biāo)權(quán)重 熵權(quán)計(jì)算公式為：

式中：w為第個(gè)指標(biāo)的權(quán)重；H稱為信息熵；f稱為指標(biāo)的特征比重。確定好各指標(biāo)的熵權(quán)之后，即可計(jì)算規(guī)范化加權(quán)評(píng)價(jià)矩陣。

2.2.3 確定正負(fù)理想解 規(guī)范化加權(quán)評(píng)價(jià)矩陣各列的最大、最小值構(gòu)成最優(yōu)、最劣向量，分別記為：

+=(max1，max2，…，maxn) (9)

–=(min1，min2，…，minn) (10)

式中：maxn，minn分別為規(guī)范化加權(quán)評(píng)價(jià)矩陣第列的最大和最小值。

2.2.4 距離計(jì)算 采用歐氏距離公式計(jì)算第個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象與正、負(fù)理想解的距離，計(jì)算方法為：

式中：y為第個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象第個(gè)指標(biāo)加權(quán)后的標(biāo)準(zhǔn)化值。

2.2.5 計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指數(shù) 研究區(qū)第個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象農(nóng)業(yè)水土資源承載力與最優(yōu)承載力的貼進(jìn)度即表示實(shí)際承載力的大小(C)，其值介于[0，1]，C越大表明農(nóng)業(yè)水土資源承載力水平越高，其計(jì)算公式為：

3 結(jié)果與分析

3.1 農(nóng)業(yè)水土資源空間分布及匹配

區(qū)域水資源的豐缺可用單位土地面積擁有的水資源量表示，土地資源的開墾程度可用耕地面積占國(guó)土總面積的比例表示，而水土資源匹配程度用單位面積耕地可擁有的水資源量(水土資源匹配系數(shù))來反映。以湖北省17個(gè)城市作為基本評(píng)價(jià)單元，以多年平均單位面積水資源量和耕地資源比例作為度量指標(biāo)，分析湖北省農(nóng)業(yè)水土資源空間分布特征及其豐缺狀況(圖1)。在此基礎(chǔ)上，參考劉彥隨等[20]提出的農(nóng)業(yè)水土資源匹配系數(shù)測(cè)算方法，計(jì)算了各地區(qū)水土資源匹配系數(shù)，根據(jù)水土資源匹配程度利用ArcGIS自然斷裂法將其劃分為4個(gè)等級(jí)并實(shí)現(xiàn)空間可視化(圖2)。

湖北省多年平均單位面積水資源量為51.28′104m3/km2，高于全國(guó)均值水平(30.23′104m3/km2)，但其空間分布不均衡，總體上南部地區(qū)單位面積水資源量多于北部地區(qū)，單位面積水資源量最多的5個(gè)地區(qū)依次是咸寧市、黃石市、鄂州市、恩施自治州和黃岡市，集中分布于湖北省東南部或西南部的山地、丘陵地區(qū)。而單位面積水資源量較少的荊門市、隨州市、襄陽(yáng)市、十堰市和孝感市集中分布于中部或北部，這與湖北省多年平均年降水量的分布特征具有較強(qiáng)的一致性。耕地資源的分布明顯受到地形的影響，全省耕地資源比例超過30% 的城市有4個(gè)，由高到低分別是潛江市、天門市、仙桃市和荊州市，均分布于江漢平原腹地，而西部地區(qū)的神農(nóng)架林區(qū)、十堰市、宜昌市和恩施自治州以山地為主，地形起伏大，耕地資源比例較小。

圖1 湖北省農(nóng)業(yè)水土資源空間分布

圖2 湖北省農(nóng)業(yè)水土資源匹配格局

農(nóng)業(yè)水資源和耕地資源空間分布不均導(dǎo)致研究區(qū)水土資源匹配程度表現(xiàn)出較大的異質(zhì)性，總體為“東西優(yōu)，中部差”的匹配格局。水土資源匹配系數(shù)低于全省平均水平(1.45′104m3/hm2)的城市有10個(gè)，全部位于湖北省中部，水土資源匹配相對(duì)較差的原因是該地區(qū)地形以平原和丘陵崗地為主，土地開墾程度較高，土壤肥沃，優(yōu)質(zhì)耕地資源比較豐富，但就全省而言，其水資源相對(duì)短缺，水資源狀況無法滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。以2015年為例，中部10市耕地面積占全省的61.67%，而其水資源總量?jī)H占全省的38.06%，因此單位面積耕地可擁有的水資源量較少。相對(duì)中部地區(qū)而言，東部的咸寧、黃石、黃岡和西部的十堰、宜昌、恩施和神農(nóng)架林區(qū)大部分地區(qū)為降水高值區(qū)，水資源比較充足，但土地墾殖率較低，因此水土資源匹配程度比較均衡，水資源基礎(chǔ)條件完全可以滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。

3.2 農(nóng)業(yè)水土資源承載力測(cè)算及時(shí)空分布格局

3.2.1 水土資源承載力測(cè)算及等級(jí)劃分 根據(jù)上文構(gòu)建的湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用熵權(quán)法確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重(表2)，結(jié)合TOPSIS方法求解農(nóng)業(yè)水土資源承載力綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，根據(jù)數(shù)值大小進(jìn)行降序排序，其結(jié)果如表3所示。利用熵值法確定權(quán)重時(shí)，某項(xiàng)指標(biāo)的正、負(fù)理想解之間的差距越大，其熵值越小，說明該指標(biāo)能提供更多的有用信息，因此被賦予的權(quán)重越大。由表2可以看出，在17項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)中，人均水資源量(9)和水土資源匹配系數(shù)(11)平均權(quán)重都大于0.19，說明該兩項(xiàng)指標(biāo)解釋了不同地區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源承載力差異的較多信息，是影響農(nóng)業(yè)水土資源承載力大小的最主要因素；其次為農(nóng)業(yè)水資源利用效率(14)，其權(quán)重大于0.1，說明農(nóng)業(yè)水土資源承載力大小不僅取決于資源稟賦條件，還受到資源利用技術(shù)水平的較大影響。

從湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力綜合評(píng)價(jià)指數(shù)(C)的計(jì)算結(jié)果可以看出，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)最高的是神農(nóng)架林區(qū)，其平均值為0.786，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他地區(qū)的承載水平，并且其排名一直高居第1位；綜合評(píng)價(jià)指數(shù)最低的為十堰市，其多年平均值僅為0.270，與神農(nóng)架林區(qū)相差0.516。利用ArcGIS的探索數(shù)據(jù)功能計(jì)算C的變異系數(shù)，結(jié)果顯示其變異系數(shù)為23.65% ~ 35.75%，屬于中等空間變異性，表明不同地區(qū)水土資源承載力水平存在較大差異。從排名動(dòng)態(tài)變化來看，水土資源承載力水平進(jìn)步最大的是荊州市，其排名從2000年的第9名上升到2015年的第3名；與此同時(shí)，排名下降最多的是孝感市，由2000年的第7名下降到2015年的第13名。其他地區(qū)排名相對(duì)位置變化不大，一般在3個(gè)次序之內(nèi)，說明湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力的相對(duì)水平具有一定的穩(wěn)定性。

由于農(nóng)業(yè)水土資源承載力影響因子相互作用的復(fù)雜性及其他不確定性因素的存在，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的絕對(duì)數(shù)值并非與真實(shí)承載能力呈線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此有必要根據(jù)其集聚和離散的分異特征進(jìn)行等級(jí)劃分。根據(jù)湖北省農(nóng)業(yè)水土資源稟賦條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的階段特點(diǎn)，并考慮科學(xué)技術(shù)進(jìn)步和資源配置等因素對(duì)水土資源承載力可拓性的影響，將湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力定性地劃分為4個(gè)等級(jí)：盈余承載(I級(jí))、安全承載(II級(jí))、臨界承載(III級(jí))和超載(IV級(jí))。

3.2.2 水土資源承載力時(shí)空分布格局 在GIS技術(shù)的支持下實(shí)現(xiàn)湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力等級(jí)時(shí)空分布格局的可視化表達(dá)(圖3)。由圖3可以看出，湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力水平存在較大的空間異質(zhì)性。整體上，農(nóng)業(yè)水土資源承載力最高的是神農(nóng)架林區(qū)和恩施自治州，其承載力水平大部分時(shí)段處于盈余狀態(tài)，表明兩地區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源完全可以滿足發(fā)展需要，未來進(jìn)一步開發(fā)利用的潛力很大。神農(nóng)架林區(qū)和恩施自治州位于湖北省西南部，地形以中高海拔的山地為主，森林覆蓋率很高，年均降水1 100 mm以上，水資源十分豐富，雖耕地資源有限，但由于人口密度全省最低，社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞較小，因此水土資源利用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展非常協(xié)調(diào)。其次是荊門、仙桃、潛江、天門、武漢、荊州5個(gè)城市，水土資源承載力基本保持在II級(jí)以上水平(安全承載為主)，水土資源利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較均衡，水土資源未來尚有較大的開發(fā)潛力。不難發(fā)現(xiàn)，這些地區(qū)剛好處于江漢平原的核心地帶，自然條件優(yōu)越，耕地資源充足，是湖北省最重要的糧食產(chǎn)區(qū)，只要對(duì)水土資源科學(xué)開發(fā)、有效利用，水土資源承載力將會(huì)繼續(xù)維持在較高水平。處于第三梯隊(duì)的是隨州、襄陽(yáng)、孝感、宜昌、黃岡等城市，水土資源承載力以臨界超載為主，表明其社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與水土資源供給不足的矛盾開始凸顯，水土資源面臨的形勢(shì)不容樂觀。雖然襄陽(yáng)、隨州、孝感3市耕地資源比較豐富，但水資源相對(duì)短缺，其多年平均水土資源匹配系數(shù)分別為0.74′104、1.05′104、0.73′104m3/hm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于湖北省水土資源匹配系數(shù)的均值水平(1.45′104m3/hm2)；相反，宜昌和黃岡兩地水資源較為豐富，但耕地面積相對(duì)不足。農(nóng)業(yè)水土資源承載力最低的是十堰、鄂州、咸寧、黃石4個(gè)城市，2000—2015年一直呈超載狀態(tài)，說明其社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水土資源供給不平衡，現(xiàn)狀條件下水土資源進(jìn)一步開發(fā)利用的潛力較小。原因主要是這些地區(qū)以山地丘陵為主，耕地資源短缺，水土流失嚴(yán)重；工業(yè)、高耗水產(chǎn)業(yè)比重較大，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成很大破壞。此外，非農(nóng)產(chǎn)業(yè)擠占農(nóng)業(yè)用地、水資源利用效率較低也加劇了上述地區(qū)水土資源緊張態(tài)勢(shì)。

表2 農(nóng)業(yè)水土資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

表3 湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

從農(nóng)業(yè)水土資源承載力水平的時(shí)間變化趨勢(shì)來看，雖然大部分地區(qū)綜合承載力指數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)，但其承載力等級(jí)較為穩(wěn)定，僅荊州市實(shí)現(xiàn)了承載力狀態(tài)的較大跨越。荊州市2000年和2005年的水土資源承載力為臨界超載，2010年變?yōu)榘踩休d，2015年為盈余承載。原因可能是該市大力加強(qiáng)農(nóng)田水利建設(shè)，保護(hù)耕地，發(fā)展節(jié)水節(jié)能技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平，從而促進(jìn)了農(nóng)業(yè)水土資源承載力的較大提升。

圖3 湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力時(shí)空分布格局

4 討論

各地區(qū)應(yīng)根據(jù)農(nóng)業(yè)水土資源承載力的現(xiàn)狀采取不同的應(yīng)對(duì)措施。以盈余承載為主的地區(qū)在滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水土資源需求的前提下，應(yīng)更加注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，適度開發(fā)當(dāng)?shù)靥厣Y源，促進(jìn)居民增產(chǎn)增收，建設(shè)生態(tài)宜居城市。以安全承載為主的地區(qū)，應(yīng)在保護(hù)農(nóng)業(yè)水資源和耕地資源的前提下，增加農(nóng)業(yè)資金和技術(shù)投入，提升農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平，挖掘糧食增產(chǎn)潛力；加強(qiáng)農(nóng)田基本建設(shè)，大力推廣節(jié)水技術(shù)，提高水資源利用效率。以臨界超載和超載為主的區(qū)域，必須嚴(yán)格控制非農(nóng)產(chǎn)業(yè)對(duì)耕地的占用，保護(hù)現(xiàn)有耕地?cái)?shù)量和生產(chǎn)能力，預(yù)防潛在的水土流失；限制高耗水、高污染產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，加強(qiáng)區(qū)域間水資源配置工程建設(shè)；特別注意優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，因地制宜地發(fā)展當(dāng)?shù)靥厣a(chǎn)業(yè)，促進(jìn)水土資源可持續(xù)利用和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

熵權(quán)TOPSIS將TOPSIS模型的簡(jiǎn)單實(shí)用和熵值法的客觀賦權(quán)相結(jié)合，是進(jìn)行農(nóng)業(yè)水土資源承載力綜合研究的一種可行方法，采用該方法評(píng)價(jià)湖北省農(nóng)業(yè)水土資源承載力時(shí)空動(dòng)態(tài)，其結(jié)論與實(shí)際情況相符，可為研究區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源可持續(xù)高效利用提供決策參考。但利用該模型只能測(cè)度區(qū)域各評(píng)價(jià)單元水土資源承載力的相對(duì)等級(jí)，無法反映真實(shí)的承載能力大小。因此，今后工作重點(diǎn)應(yīng)是構(gòu)建更為科學(xué)合理的、具有廣泛適用性的水土資源承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并制定切實(shí)可行的評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，以加強(qiáng)不同區(qū)域農(nóng)業(yè)水土資源承載力的對(duì)比分析和綜合研究。

5 結(jié)論

湖北省農(nóng)業(yè)水資源和耕地資源空間分布不均衡，多年平均水土資源匹配系數(shù)為1.45′104m3/hm2，總體呈現(xiàn)“東西優(yōu)，中部差”的匹配格局。不同地區(qū)水土資源承載力水平存在較大差異，其中，神農(nóng)架林區(qū)和恩施自治州最高，承載力水平基本處于盈余狀態(tài)；其次是荊門、仙桃、潛江、天門、武漢、荊州5個(gè)城市，水土資源承載力基本以安全承載為主；再次是隨州、襄陽(yáng)、孝感、宜昌、黃岡等城市，水土資源承載力以臨界超載為主；水土資源承載力最低的是十堰、鄂州、咸寧、黃石4個(gè)城市，2000—2015年一直呈超載狀態(tài)。從農(nóng)業(yè)水土資源承載力水平時(shí)間變化趨勢(shì)來看，大部分地區(qū)綜合承載力指數(shù)出現(xiàn)波動(dòng)，但其承載力等級(jí)較為穩(wěn)定，只有荊州市水土資源承載力水平出現(xiàn)顯著提升。

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Study on Temporal-spatial Dynamics of Carrying Capacity of Agricultural Water and Soil Resources (CCAWSR) in Hubei Province Based on Entropy-weight TOPSIS

YANG Jian1, DING Lingling1, LI Xinyao2, CHANG Huajin1, SUN Xiaozhou1

(1 College of Resource Environment and Tourism, Hubei University of Arts and Science, Xiangyang, Hubei 441053, China; 2 College of Urban and Environmental Sciences, Northwest University, Xi’an 710127, China)

Based on a comprehensive analysis of the spatial distribution characteristics and matching patterns of agricultural water and soil resources in Hubei Province, the DPSIR conceptual model was used to establish an evaluation index system for agricultural water and soil resources carrying capacity, then entropy-weight TOPSIS was constructed to evaluate the carrying capacity of agricultural water and soil resources (CCAWSR)in Hubei Province. The results showed that there is a great difference in CCAWSR in different regions. CCAWSRs of Shennongjia and Enshi are surplus. CCAWSRs of Jingmen, Xiantao, Qianjiang, Tianmen, Wuhan and Jingzhou are safe. CCAWSRs of Suizhou, Xiangyang, Xiaogan, Yichang and Huanggang are nearly overloaded. CCAWSRs of Shiyan, Ezhou, Xianning and Huangshi have been overloaded. Only CCAWSR of Jingzhou has improved significantly from 2000 to 2015. Finally, some solutions were put forward according to the status of CCAWSR in different areas. The results can provide a reference for rational allocation of agricultural water and soil resources and promote sustainable use of resources and sustainable socio-economic development.

Agricultural water and soil resources; Carrying capacity; Entropy-weight; TOPSIS; Hubei Province

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41601046)資助。

楊劍(1972—)，男，湖北隨州人，碩士，講師，主要從事水資源和土地規(guī)劃研究。E-mail: yangjian990111@163.com

S17

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.06.028