層次分析法在河北省小流域治理土地資源評價中的應(yīng)用研究

□陳雪英 梁 敏

層次分析法(AHP)是一種定性與定量分析相結(jié)合的綜合性評價方法，廣泛應(yīng)用于安全和環(huán)境研究等多個領(lǐng)域。隨著經(jīng)濟社會的不斷發(fā)展，各階層的資源保護意識不斷提升，資源評價的重要性日益凸顯。此文就河北省小流域治理土地資源評價實例中的評價原則、影響因子選擇及量化取值、影響因子權(quán)重分析、一致性檢驗等進行了詳述。結(jié)論顯示層次分析法在小流域治理土地資源評價中的使用全面有效。

1.評價原則

為了便于研究小組人員對土地特性的全方位了解及對地塊質(zhì)量進行客觀真實的評價，需要遵循注重綜合效益、兼顧差異性和綜合性、兼顧針對性和限制性、兼顧科學(xué)性和可操作性等4個原則開展土地資源評價工作。

1.1 注重綜合效益

土地資源評價涉及的效益因素包括社會效益、經(jīng)濟效益、生態(tài)效益3個方面。要對土地資源進行全面綜合評價，即綜合反映自然、技術(shù)、社會、經(jīng)濟諸因素的作用，既考慮自然的適宜性，又考慮技術(shù)可能性和經(jīng)濟的合理性與可行性，依據(jù)自然生態(tài)規(guī)律，遵循生態(tài)效益、經(jīng)濟效益與社會效益相結(jié)合的原則，對土地綜合效益進行分析和評價。

1.2 兼顧差異性和綜合性

土地資源有明顯的差異性，從本質(zhì)上來說，用于農(nóng)業(yè)種植的土地資源質(zhì)量需要考慮多種因素，例如地形、水源、氣候、水文地質(zhì)、植被條件等。隨著人類社會的發(fā)展，這種單一因素的研究方式必然不能滿足現(xiàn)代社會的發(fā)展需要，因此提出綜合性原則，旨在提高土地質(zhì)量評價的科學(xué)性。

1.3 兼顧針對性和限制性

土地資源利用時應(yīng)考慮土地的限制性，即某些不利因素對土地的適宜性和生產(chǎn)潛力所產(chǎn)生的影響力，這些不利因素包括洪澇、干旱、水土流失和沙化等。而針對性是基于應(yīng)用對象的，如不同企業(yè)或不同種植產(chǎn)品對于土地的要求是不同的，因此需要根據(jù)自身需求選擇不同質(zhì)量的土地。

1.4 兼顧科學(xué)性和可操作性

土地資源評價是通過改變可能影響土地質(zhì)量的因素從而使其獲得提高的一種研究，研究途徑的科學(xué)性評價有多種方法。但在現(xiàn)實情況中，并不是每種方法都具有可操作性，為了找到可操作性最優(yōu)的方法，建議在評價方法選取時廣泛聽取相關(guān)專家的意見，并結(jié)合土地的實際情況開展。

表1 影響因子定級及量化取值

表2 影響因子重要性判斷矩陣

表3 影響因子權(quán)重計算結(jié)果

表4 自由度指標取值

表5 治理前后各等級地塊土地質(zhì)量等級評價結(jié)果統(tǒng)計匯總情況

2.影響因子選擇及量化取值

首先，結(jié)合選取小流域的土地資源實際狀況，在遵循綜合效益、差異性和綜合性、針對性和限制性及科學(xué)性和可操作性原則的基礎(chǔ)上，從地質(zhì)條件、地形地貌、生態(tài)安全及耕地保護等因素出發(fā)，研究小組人員根據(jù)研究遞進關(guān)系將土地評價分為兩層，分別為質(zhì)量等級層和影響因子層。根據(jù)需要，影響因子選取坡度（Elo）、有機質(zhì)（Eor）、植被覆蓋率（Eve）、土層厚度（Eth）和侵蝕強度（Eer）等5個；綜合考慮各影響因子的具體情況，將定性描述的影響因子及其范圍值定量化為具體的特定值，可劃分為5個土地質(zhì)量等級，研究采用定性和定量相結(jié)合的方法，將定性描述的因子及范圍值定量化為特定值。

按土壤侵蝕強度分為無明顯、輕度、中度、強度和極強5個等級。

按坡度分為小于 5°、5°～10°、10°～20°、20°～30°和大于 30°共5個等級。

按土層厚度分為大于70cm、40cm～70cm、20cm～40cm、5cm～20cm 和 小 于5cm共5個等級。

按植被覆蓋度分為大于75%、60%～75%、45%～60%、30%～45% 和無共5個等級。

按有機質(zhì)分為大于2.5%、2.0%～2.5%、1.7%～2.0%、1.5%～1.7% 和小于1.5%共5個等級。

各影響因子等級劃分及量化取值，詳細情況見表1。

3.影響因子權(quán)重分析

3.1 構(gòu)建判斷矩陣C

對各影響因子兩兩比較后，按照各影響因子的相對重要性程度構(gòu)造重要性判斷矩陣（各影響因子在土地質(zhì)量等級評價中的重要性通過專家經(jīng)驗法確定），同等重要量化為1，較重要量化為2，較不重要量化為1/2。影響因子重要性判斷矩陣，詳細情況見表2。

3.2 權(quán)重計算

通過規(guī)范列平均法進行計算求解出權(quán)重向量，得出坡度、有機質(zhì)、植被覆蓋率、土層厚度和侵蝕強度等上述5個影響因子的權(quán)重hi，結(jié)果見表3。

由表3可以得知，影響該研究小流域的土地質(zhì)量等級主要因素重要性依次為：侵蝕強度（0.320）、土層厚度（0.242）、植被覆蓋率（0.187）、有機質(zhì)（0.143）和坡度（0.108）。

4.一致性檢驗

由于判斷矩陣C各值通過影響因子的重要性兩兩對比而得，為避免可能得到的一些違背常識判斷出現(xiàn)，必須對判斷矩陣進行鑒別，故研究小組人員對判斷矩陣進行了一致性檢驗。按照一致性檢驗理論，當檢驗結(jié)果CR≤0.1時，可認為判斷矩陣具有較好的一致性，能夠較真實的反映實際情況；當檢驗結(jié)果CR＞0.1時，可認為判斷矩陣一致性較差，影響結(jié)果的可靠性，必須重新對矩陣C賦值。

4.1 賦權(quán)和向量

賦權(quán)和向量是指判斷矩陣C乘以各影響因子權(quán)重值對應(yīng)的特征向量，其表達式為：

4.2 平均值Pmax計算

首先，用賦權(quán)和向量分別除以其每個影響因子權(quán)重值對應(yīng)的特征向量坡度 ：0.554/0.108=5.130,土 層 厚 度 ：1.278/0.242=5.281,有機質(zhì)：0.734/0.143=5.133,植被覆蓋度：0.970/0.187=5.187,侵蝕強度：1.680/0.320=5.250。

則，Pmax=(5.130+5.281+5.133+5.187+5.250)/5=5.196

4.3 一致性指標CI計算

一致性指標計算公式為：

CI=(Pmax-n)/(n-1)

式中：

CI—一致性指標；

Pmax—平均值；

n—矩陣階數(shù)。

則，CI=(Pmax-n)/(n-1)=（5.196-5）/（5-1）=0.049

4.4 計算隨機一致性比例CR計算

計算隨機一致性比例計算公式為：

CR=CI/RI

式中：

CR—隨機一致性比例；

CI—一致性指標；

RI—自由度指標。

RI取值如表4所示。

由此可算得CR=0.049/1.12=0.044<0.1，說明判斷矩陣具有較好的一致性，可以接受，證明研究小組人員求得的各影響因子權(quán)重為有效值。

5.評價結(jié)果

土地質(zhì)量等級評價模型構(gòu)造：

Vi=0.108E1+0.242E2+0.143E3+0.187E4+0.320E5

式中：

Vi—第i個地塊的質(zhì)量等級綜合評價結(jié)果；

Ej—第j種影響因子的評價結(jié)果。

各地塊質(zhì)量等級經(jīng)過評價模型計算后，統(tǒng)計匯總結(jié)果詳細情況見表5。

通過表5可以看出，開展研究的小流域土地質(zhì)量在治理后，第一、二、三質(zhì)量等級土地面積占比較治理前都有不同程度的提高，其中第一質(zhì)量等級土地面積由治理前的2367.45畝提高到治理后的4147.80畝，面積提高了1780.35畝，占總面積的比例由治理前的10.36%提高到了治理后的18.15%，占比提高了7.79%；第二質(zhì)量等級土地面積由治理前的4138.65畝提高到治理后的8103.45畝，面積提高了3964.80畝，占總面積的比例由治理前的18.11%提高到了治理后的18.15%，占比提高了17.35%；第三質(zhì)量等級土地面積由治理前的6650.10畝提高到治理后的8796.00畝，面積提高了2145.90畝，占總面積的比例由治理前的29.10%提高到了治理后的38.49%，占比提高了9.39%。

而第四、五質(zhì)量等級土地面積占比較治理前都有不同程度的降低，其中第四質(zhì)量等級土地面積由治理前的6926.55畝減少到治理后的966.90畝，面積減少了5959.95畝，占總面積的比例由治理前的30.31%減少到了治理后的4.23%，占比降低了26.08%，；第五質(zhì)量等級土地面積由治理前的2769.75畝減少到治理后的840.90畝，面積減少了1928.85畝，占總面積的比例由治理前的12.12%減少到了治理后的3.68%，占比降低了8.44%。

從總體上看，研究區(qū)域土地質(zhì)量治理后比治理前明顯提升。

6.取得結(jié)論

資源評價是一個綜合系統(tǒng)工程，層次分析法是以運用矩陣來建立模型為技術(shù)核心進行評價的方法，雖然是定性與定量分析的結(jié)合，但重點依然是定量分析，多因子的評價，使得結(jié)果更全面有效，以數(shù)據(jù)分析來說明問題，更加符合土地資源評價，由綜合評價到精確評價，再到定量評價的發(fā)展趨勢。近年來，除層次分析法外，模糊數(shù)學(xué)法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模型方法也得到了廣泛使用。隨著科技突飛猛進的發(fā)展，與GIS(地理信息系統(tǒng))相結(jié)合的集成技術(shù)，將大大提高評價結(jié)果的精度和準確性，更有利于空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的多部門共享，更加符合實際行政管理和學(xué)術(shù)研究需求，必將得到快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。