滹沱河山區縣域農業生態系統健康評價

趙鵬宇，崔 嬙，馮文勇，步秀芹，鄭慶榮，徐學選

（1.忻州師范學院 旅游管理系，山西 忻州034000；2.廣西壯族自治區環境保護科學研究院，南寧530000；3.忻州師范學院 地理系，山西 忻州034000；4.中國科學院 水利部 水土保持研究所，陜西 楊凌712100）

農業生態系統是陸地生態系統的重要組成部分，也是為人類提供食物的主要系統，因此日益受到廣泛關注。各學者［1－5］在綜合前人的研究基礎，提出了較為完整的農業生態系統健康內涵，即具有良好的生態環境、健康的農業生物、合理的時空結構、清潔的生產方式，以及具有適度的生物多樣性和持續農業生產力的一種系統狀態或動態過程。目前，農業生態系統健康研究主要集中于評價方法、影響因子等方面［6－8］，滹沱河山區處于半濕潤向半干旱過渡氣候帶，區域內農業生態環境因子差異較大［9－10］，在縣域尺度上農業生態管理水平也表現出差異性［11］，有必要對縣域農業生態系統狀況進行健康狀況評價，從而促進該地區農業可持續發展。

1 滹沱河山區概況與研究方法

1.1 滹沱河區農業概況

滹沱河山區包括忻州市的繁峙、代縣、原平、五臺、定襄、忻府區六區縣，根據2012年統計資料，該區共有耕地26.2萬hm2，播種面積為22.6萬hm2，灌溉面積為11.6萬hm2，旱澇保收面積為6.9萬hm2，化肥用量折純為6.9萬t，糧食產量為95.4萬t。總人口為199.8萬人，其中非農業人口87.3萬，農業人口112.5萬，地區生產總值為397.7億元，其中第一產業增加值為41.2億元，該區是忻州市農業經濟較為發達的區域。忻州市共有28處萬畝以上灌區，其中有25處分布在滹沱河區。滹沱河灌區是新中國成立后山西省興建的第一座大型灌區，也是忻州唯一的大型灌區，位于忻定盆地腹部，總面積約512km2，在占全市4.7%的種植面積上，產出了占全市9.4%的糧食。作物種植以糧食作物為主，經濟作物為輔。滹沱河區是忻州市乃至全省的主要商品糧、蔬菜、牛奶生產基地。但近年來，由于人們對土地掠奪式的開采，不合理的利用，導致該區農業生態系統狀況愈來愈惡化，對農業的可持續發展產生了巨大影響。

1.2 研究方法

本研究通過建立農業生態系統健康評價指標體系，并確定各指標判斷標準構建評價模型。采用綜合評判法：農業生態系統各層次及其總體健康綜合指數的計算方法是從基層到高層，直到最后復合成一個具體的數值，其數學表達式為：

式中：H——農業生態系統健康綜合指數，用來表征農業生態系統健康的狀態；Wi，Wij——不同層次評價指標權重系數；Gij——不同層次評價指標的得分數值。在該評價模型中，由于生態系統健康評價中各個方面和各個指標的重要性和貢獻率是不一樣的，應用層次分析法（AHP）并參考專家的意見確定了指標體系的權重。經構造判斷矩陣、層次總排序和一致性檢驗后，得到指標體系中的總排序權重值。再利用各指標的總排序權重值除以該指標所屬層次下的各指標總排序權重之和，得到各層次下各指標的最終權重值。

2 農業生態系統健康評價指標體系構建

滹沱河山區農業生態系統的評價應以該地區生態類型為基礎，遵循科學性與實用性相結合、系統性與層次性相統一、靜態性與動態性相結合原則，參照中國科學院地理科學與資源研究所武蘭芳［12］、北京林業大學謝花林等［13－14］的評價體系，選取能反映該地區生物環境和社會經濟特征的指標，主要由系統結構、生產功能和抗逆功能3個方面組成。系統結構指標主要反映農業生態系統的資源狀況和生產結構組成；生產功能指標主要是根據系統產出功能來評價農業生態系統對受益者目標要求的滿足程度，即系統提供產品的能力和效率；抗逆功能指標是指農業生態系統運行狀態與外部壓力或脅迫的關系，及農業生態系統對自然災害和社會經濟風險的應對能力。

鑒于農業生態系統的服務功能是實現經濟效益、社會效益和生態效益的協調發展，根據我國農業生產的實際水平與條件，參照我國農村小康社會標準和生態縣建設標準，采用專家評判標準賦值法，提出滹沱河山區農業生態系統健康評價的參考標準，并將健康標準分為不健康、亞健康和健康3種狀態，在這3種狀態下各指標的屬性判斷值分別是1，5，10。特別說明的是，對于穩定性指標，暫且認為健康和不健康兩種狀態，只要糧食單產和耕地產值不減產或不降低就視為健康，否則為不健康（表1）。

本研究所涉及度量層指標值主要基于以下途徑獲取：（1）人均耕地、勞均耕地、養殖業占農業比重、經濟作物占種植業比重、耕地糧食產量、耕地農業產值、人均占有糧食、農民人均純收入、糧食單產增長率、耕地產值增長率等指標直接或經簡單計算來源于忻州市統計年鑒（2011年）、走向富裕文明的忻州—忻州60年發展回顧及滹沱河區6縣歷年農村經濟統計資料；（2）有效灌溉面積比例、旱澇保收面積比例、鹽堿地面積比例來源于2010—2011年的忻州農田水利統計年報；（3）標準化生產環境達標率、工業輔助能利用效率、光能利用率、工業輔助能投入等指標根據學術論文和科研報告相關公式計算后獲取。

3 滹沱河山區農業生態系統健康評價

從表3可以看出，在農業生態系統的結構健康方面，各縣排名次序為繁峙＞原平＞代縣＞忻府區＞定襄＞五臺。其中繁峙最大為8.101，其次原平為7.663。繁峙、原平之所以數值較高，這是因為從資源可供性的兩個指標人均耕地和勞均耕地來看，繁峙、原平分別為：0.176，0.609hm2和0.155，0.547hm2，土地承載度較高，資源可供性健康分值為10分，達到健康狀態。從資源可取性來看定襄要大于其他區縣，這與其境內分布著較多的灌區密切相關。從結構多樣性來看，繁峙達到大最值8.497，養殖業占農業比重達到53.9%，達到亞健康向健康水平過度狀態，而傳統農業區定襄比重僅為12.7%，處于不健康水平。總的來看定襄、五臺農業生態系統的活力處在不健康向亞健康過度的狀態，其成因又具有差異性，五臺的短板在于資源可供性受到限制，人均耕地面積約為滹沱河山區平均值的60.3%。而定襄的短板在于結構多樣性較差，80%以上的農業產值來源于糧食生產。因此，對于五臺農業生態區要保護好耕地資源，進行集約化生產。對于定襄要充分利用農業區位優勢大力發展養殖業和經濟作物，避免單一的糧食生產功能，促進農業結構的調整，從而增強農業生態系統的活力。

表1 滹沱河山區農業生態系統健康評價指標體系［12－14］及其評判標準

表2 滹沱河山區縣域農業生態系統健康評價指標權重及現狀情況得分

在農業生態系統的功能健康方面，各縣排名次序為定襄＞原平＞忻府區＞五臺＞代縣＞繁峙。其中定襄最大為5.835，原平和忻府區也接近于5。從耕地生產力來看，定襄、原平、忻府區處于忻州盆地腹地，區域內水利設施發達，進而表現為農業生產力較為發達。從生產效果來看，該區域人口集中、工農業經濟較為發達，水利灌溉和農業機械化程度較高，最終表現為生產效果較高，而五臺、代縣、繁峙大部分面積分布于滹沱河河谷兩側的丘陵、低山地區，水土流失較為嚴重，農業生產基礎薄弱，加之山區交通受限，農業生態系統的生態生產力和經濟生產力均受到限制。因此，對于五臺、代縣、繁峙應該注意保護現有耕地資源，在生態環境保護規劃、小流域綜合治理中，重視農業生產力的提升，注重協調農林牧業發展，重視糧食生產，提高農民收入。從生態效率來看，工業輔助能利用效率較低，縣域表現差異并不大，而光能利用率表現為盆地區大于低山、丘陵區，這與盆地區快速發展的設施農業密切相關。

表3 滹沱河區農業生態系統健康指數

在農業生態系統的抗逆健康方面，各縣排名次序為五臺＞原平＞繁峙＝代縣＞忻府區＞定襄。從耕地生產力來看，工業輔助能投入表現為盆地區大于低山、丘陵區，盆地地區是典型的農業高投入高產出區。從穩定性來看，6區縣糧食單產增長率和耕地產值增長率均大于0，處于健康水平。從抗災力來看，除五臺、在原平外，其余4區縣均處于不健康水平。綜合分析表2數據，抗逆特征差異主要與工業輔助能投入和鹽堿地面積比例有關。

從綜合健康綜合指數來看，五臺農業生態系統處于不健康狀態，其分值＜5；代縣農業生態系統處于接近于亞健康狀態，其分值接近于5；繁峙、忻府區、原平、定襄農業生態系統處于亞健康狀態，10＞分值＞5（表3）。綜合健康指數的差異主要表現在系統結構和生產功能兩方面：從系統結構來講，2010年五臺縣的人均耕地面積為0.076hm2，僅為其余5區縣平均值的一半，滹沱河區共有萬畝以上灌區25處，而五臺縣僅有其中2處，且為0.067～0.333萬hm2量級，有效灌溉面積為僅為1 960 hm2（表4），資源可供相應受到限制，因此結構健康指數較低，農業生態系統健康受到來自人類與環境壓力更大。從生產功能來講，由于農業區位條件的優勢，忻定原盆地自古農業發達，水肥氣熱條件較好，糧食單產較山區高出1.2倍多。因此，生產功能平原區與山區表現出巨大差異，最終體現在農業生態健康上。

表4 滹沱河山區萬畝以上灌區概況

通過上面的分析可知，滹沱河山區農業生態系統健康要達到健康這一標準，還需要做大量的工作來全面提升農業生態系統的質量，如開展生態農業規劃，針對現狀農業生態系統健康評價中暴露的結構健康、功能健康和抗逆健康的問題，加大投入，進行生態恢復和重建時來提升該地區農業生態系統的健康水平。

4 結 論

（1）根據生態系統健康的內涵和滹沱河山區農業生態系統的特點，結合已有研究成果，從農業生態系統的結構、功能和抗逆3個方面選取了人均耕地、勞均耕地、有效灌溉面積比例、標準化生產環境達標率、養殖業占農業比重、經濟作物占種植業比重、耕地糧食產量、耕地農業產值、人均占有糧食、農民人均純收入、工業輔助能利用效率、光能利用率、工業輔助能投入、糧食單產增長率、耕地產值增長率、旱澇保收面積比例、鹽堿地面積比例17個指標，構建了滹沱河山區農業生態系統健康的評價指標體系。

（2）滹沱河山區6個區縣的農業生態系統綜合健康評價的最后結果為：處在不健康狀態的是五臺縣；處在亞健康狀態的是繁峙、忻府區、原平、定襄；代縣農業生態系統處于接近于亞健康狀態，它們的排名次序為原平＞繁峙＞定襄＞忻府區＞代縣＞五臺。

（3）農業生態系統健康應是結構健康、功能健康和抗逆健康的問題等的綜合體，單方面的評價雖然較好，但由于其復合性，最終的評價結果未必是健康的。存在相互關聯性，其共同作用導致綜合生態系統健康的結果。

（4）本文僅在縣域尺度上對滹沱河山區農業生態系統的健康狀況進行評價，受多方面因素的影響，所對照建立的指標體系還存在一定的局限性，有待進一步完善。以后將進一步研究探討該地區農業生態系統健康的動態變化，希望此項研究有助于改善滹沱河山區農業生態系統的管理水平。

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