鹵陽湖鹽堿治理區農業生態系統健康評價

潘茸花，李新平，李素儉，韓　靜，劉敬美

(1.西北農林科技大學林學院， 陜西 楊凌 712100； 2.西北農林科技大學資源環境學院， 陜西 楊凌 712100 3.西北農林科技大學生命科學學院， 陜西 楊凌 712100)

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鹵陽湖鹽堿治理區農業生態系統健康評價

潘茸花1，李新平2，李素儉3，韓靜2，劉敬美1

(1.西北農林科技大學林學院， 陜西 楊凌 712100； 2.西北農林科技大學資源環境學院， 陜西 楊凌 712100 3.西北農林科技大學生命科學學院， 陜西 楊凌 712100)

從生態系統活力、組織結構、恢復力三個方面構建農業生態系統健康評價指標體系，通過層次分析法(AHP)確定指標權重，采用綜合指數法計算鹵陽湖地區農業生態系統健康指數并結合評價標準進行分析。結果表明：2012年鹵陽湖鹽堿治理區農業生態系統健康綜合評價值為5.772，介于Ⅱ級和Ⅲ級之間，偏亞健康狀態，生態系統活力、組織結構和恢復力都存在不同程度的問題。經過分析發現制約鹵陽湖鹽堿治理區農業發展的因素主要有人口密集且整體素質較低、土地資源緊張、水土流失嚴重、自然資源過度開發、農業產業單一、生產方式落后等。

鹵陽湖鹽堿治理區；農業生態系統；指標體系；生態系統健康評價

近年來，由于自然環境變化及人類活動負面影響，造成生態系統結構和功能上的紊亂，直接影響農業生產和人類生活[1]。因此，生態環境健康狀況受到人們的廣泛關注，相應的研究也成為了熱點問題[1-4]。農業生態系統健康(Agroecosystem health)是指農業生態系統免受發生“失調綜合癥”、處理脅迫的狀態和滿足持續生產農產品的能力[3]，是農業生態系統的綜合特征,是實現生態農業建設目標的重要保障[4]。國內外學者在不同尺度上，選取不同的指標體系和方法對各級區域農業生態系統健康狀況進行了評價[1-8]。

鹵陽湖鹽堿治理區位于渭河北岸，地形復雜，地處暖溫帶，區內以農業為主。明朝末年鹵陽湖退湖成灘以來，在當地特殊的地勢、氣候和水質以及人類活動長期影響下，鹵陽湖周邊區域土壤鹽堿化嚴重，土壤肥力較低，農作物產量不高，自然災害頻繁；近年來，由于人們對土地掠奪式開采和資源的不合理利用，導致該區農業生態系統狀況更加惡化，嚴重制約了當地農業的可持續發展。目前，不同學者在不同領域對鹵陽湖地區生態環境進行了研究[9-13]，但都是從單一領域選取指標，并沒有對當地生態系統從經濟-社會-自然進行全面地評價研究。研究渭南鹵陽湖鹽堿地區的生態系統健康狀態具有重要的理論和實踐意義，有助于對當地生態系統現狀進行監測和分析，以便發現當地農業發展中存在的問題，從而提出適合當地發展的相應策略，促使當地農業生態系統健康發展。

1　研究區概況

鹵陽湖鹽堿地綜合治理區位于陜西省關中平原東部渭南市蒲城、富平兩縣境內。地理坐標E109°07′～109°51′，N34°41′～35°01′，屬關中平原到黃土高原的過渡地帶，區內屬暖溫帶大陸性半干旱季風氣候，多年平均氣溫為14.5℃，四季分明。多年平均降水量523 mm，蒸發量1 726.4 mm，4、5月份蒸發最強烈，日照2 243 h，無霜期158～220 d，年平均相對濕度64%，最大凍土深度32 cm。本區域基本是農田生態系統，植被類型單一，天然植被很少，農田作物在評價區植被類型中所占比重最大。其中，農田栽培植被中又以小麥、玉米、大豆為主，油菜、花生和棉花等經濟作物為輔。區內涉及蒲城、富平兩縣的10鄉鎮144個行政村，區內居住人口25.19萬人，主要為農村人口。由于鹵陽湖地區土壤鹽堿化嚴重，雨、洪、旱、澇等自然災害頻繁侵擾，農業生產水平低下，農民人均收入較低，是國家級重點貧困地區。

2　研究方法

2.1評價指標體系

2.1.1評價指標體系建立原則農業生態系統健康評價指標的選取直接關系到評價結果的科學性和實用性，因此指標體系的構建至關重要，除客觀性、科學性、完整性、有效性的普遍原則外，還應該遵循以下原則[10-12]：(1) 明確性和易操作性原則；(2) 系統性與層析性相統一原則；(3) 與國內外相關領域銜接原則；(4) 與研究區的尺度大小相適應原則；(5) 簡明性與全面性相結合的原則。

2.1.2指標體系參考國內有關生態系統健康評價的各種方法[12-14]，結合當地生態環境現狀，依據農業生態系統健康評價指標體系構建原則，選取適用指標，利用層次分析法(Analytical hierarchy process, AHP)的原理建立4個層次的農業生態系統健康評價指標體系。第1層次是目標層,即農業生態系統健康綜合指數；第2層次是項目層，分別為活力、組織結構、恢復力；第3層次是因素層,包括生態生產力、經濟生產力、經濟結構、穩定性等7項；第四層為指標層，由17個評價指標構成(圖1)。

2.2指標權重的確定

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不一，因而需要確定各指標的權重，本研究采用層次分析法計算并參考專家的意見確定指標的權重，具體步驟如下[15-17]：

(1) 構建遞階多層次結構模型

根據具體研究目標，依據一定的原則和實際情況選取因子，并確定各因子之間的從屬關系，從而劃分出含多個層級的結構模型，低層級的因子從屬于或影響相鄰高層級的某一個因素，同時又支配相鄰下層級的部分因子。

(2) 構建判斷比較矩陣

這一步的意義在于決策要反復回答問題，具體方法是將同一層級中的各因素和上一層級中某一因素的重要性進行兩兩成對比較，引用數字1～9及其倒數作為標度(包含的意義見表1)對重要程度給出判斷值，形成判斷矩陣，記為：

A=(a1,a2,a3, …,an)T

Ai=(aij)n×n(aij=Ai/aj)

判斷矩陣應具有如下性質：①aij=1/aji(I≠j)；②aii=1； ③aij>0。

(3) 計算特征值和特征向量(即權重)

本文采用方根法計算各個指標的最大特征值和權重，具體計算方法如下：

① 將初始矩陣A的各行元素相乘得到Hi，然后將之開n次方得到矩陣B，記為:

B=(b1,b2,b3, …,bn)T

② 對向量Bi進行歸一化處理獲得特征向量W，Wi即為第i個因素相對于某一層相應因素的權重值。

W=(w1,w2,w3, …,wn)T

③ 最后計算最大特征值λmax公式為：

圖1鹵陽湖地區農業生態系統健康評價指標體系

Fig.1IndexsystemoftheagroecosystemhealthassessmentforLuyangLakesaline-alkalidistrict

(4) 一致性檢驗

AHP應用過程中，由于判斷矩陣是兩兩比較，有可能出現整體判斷的不一致。為了避免這種狀況的發生，必須通過CR作為檢驗指標進行一致性檢驗通過后，才可以確定權重的正確性。具體方法如下：

① 計算一致性指標

式中，CI為平均隨機一致性指標,此值與矩陣階數有關。

② 在表2中查詢一致性指標RI。

③ 計算一致性比例，公式為(檢驗的標準是：CR<0.1時可以認為判斷矩陣是可以接受的，即結果可靠)：

根據以上層次分析法的步驟和公式計算出各因子的權重并進行一致性檢驗，得到鹵陽湖地區各因子權重，見表3。

表1　9位標度法

表2　判斷矩陣平均隨機一致性指標RI值

表3　評價指標體系權重值

2.3評價標準界定

目前，國內外還沒有統一的農業生態系統健康評價標準。因此，本文參考相關研究，根據陜西省、渭南市及蒲城富平兩縣對各指標的標準取值范圍，結合當地實際情況，并采用通用方法和國家標準將農業生態系統健康狀況分為五個等級，即Ⅰ級表示很健康，Ⅱ級表示健康，Ⅲ級表示亞健康，Ⅳ級表示一般病態，Ⅴ級表示嚴重病態，見表4,由此可以用來劃分農業生態系統健康的程度；根據各指標總權重和相應分值計算出指標層、項目層和因素層各因子的分級健康取值范圍，結果見表5，根據表5可以結合最終評價結果判斷出各層次因子的健康狀態。

表4　鹵陽湖鹽堿治理區農業生態系統健康評價分級標準

表5　各層級指標健康等級對應標志值

2.4評價模型

經過AHP求解出指標體系中各因素的權重后，通過綜合指數法[18]計算各年度農業生態系統健康綜合評價值，計算項目層健康指數及綜合健康指數的公式為：

H=∑Wi×Xi

式中，H為農業生態系統健康綜合評價值，Wi為第i個因素的總權重，Xi為第i個因素根據確定好的農業生態系統健康評價分級標準的得分值。

2.5數據來源

本研究所涉及指標值的獲取途徑主要基于以下3方面：① 統計年鑒[19]，可以直接獲得單位面積農業凈產值、人口密度、農民人均純收入、GDP增長率等；② 科研報告和統計年報(如鹵陽湖環評報告)，可查閱到農作物覆蓋度、有效灌溉面積率、COD排放量、土壤污染指數、大氣質量等；③ 根據相關公式及數據計算，可獲得NPP利用率、土地人口承載度、農田景觀優勢度等指標。

3　結果與分析

3.1指標得分

根據各指標實測數值，參考其他學者研究和各指標相應國內外標準，利用9位標度法對鹵陽湖鹽堿治理區的各項指標進行打分，結果見表6。

3.2農業生態系統健康評價

各指標打分值與各指標總權重之積即為指標層各指標評價值，采用綜合指數法計算鹵陽湖鹽堿治理區農業生態系統健康狀況2012年綜合評價值，再結合表4和表5的各級指標分級標準和標志值可以分析出各指標評價值的等級，具體結果見表7。

表6　鹵陽湖鹽堿治理區指標得分值

表7　鹵陽湖鹽堿治理區農業生態系統健康評價值

由表7可以看出，鹵陽湖鹽堿治理區2012年農業生態系統健康綜合評價值為5.772，處于Ⅱ級至Ⅲ級之間，偏亞健康狀態。農業生態系統活力的健康評價值為1.660，為Ⅲ級亞健康狀態，主要制約因素為土地人口承載度和單位面積農業凈產值，等級分別為V級和III級，健康狀況較差。當地人口密集，人均土地占有率極低，且單位土地面積農業凈產值偏低，影響生態和經濟生產力，進而導致系統活力降低。因此，該農業生態區要進行集約化生產, 通過提高現實生產力、單位面積農業凈產值和農民人均純收入等指標值，增加農業生態系統的生態生產力和經濟生產力，從而增強農業生態系統的活力。

農業生態系統組織結構的健康評價值為2.194，介于Ⅱ級和Ⅲ級之間偏健康狀態。雖然整體狀況良好，經濟結構和自然結構也是偏健康狀態，但社會結構卻處于一般病態。該地區的人口密度和勞動者受教育程度評價值很低(分別為0.126、0.075)，這是導致社會結構評價值降低的直接原因，也是影響組織結構的主要原因。其次該評價區的COD排放量評價值也不高，可以適度合理的處理，以改善農村生態環境，提高當地農民生活質量。

恢復力的健康評價值為1.918，介于Ⅱ級和Ⅲ級之間偏亞健康狀態。結合表4和表6分析，該地區的農業投入較高(1.506，偏健康狀態)，但系統穩定性極差(僅0.412，介于IV級和V級之間偏一般病態)，因而造成當地自然恢復能力較差。因此，為了提高生態系統恢復力，應加強土地沙化、水土流失的治理，提高植被的多樣性，促進農業產業化發展，合理農田灌溉，從而提高農業生態系統的穩定性。

4　結　論

本文通過層次分析法和綜合指數法對鹵陽湖農業生態系統健康狀態進行科學評價，結果表明，鹵陽湖鹽堿治理區處于偏亞健康狀態，生態系統活力、組織結構和恢復力都存在不同程度的問題。制約鹵陽湖鹽堿治理區農業發展的因素主要有人口密集且整體素質較低、土地資源緊張、水土流失嚴重、自然資源過度開發、農業產業單一且生產方式落后等。為了提高鹵陽湖地區農業生態系統健康狀況，提高當地經濟發展水平，需要有針對性地解決相關問題，具體措施如下：

1) 合理高效地利用土地資源，提高農業產值。在僅有的土地資源基礎上，必須提高土壤肥力，優化土壤結構，減輕當地土壤鹽堿化程度，提高單位面積土地產值，同時優化種植業結構，合理利用土地，從而達到提高農業產值的目的。

2) 改變農業經營模式，促進農業產業化發展。因地制宜，根據當地實際情況，加大農業產業結構調整力度，在傳統農業基礎上發展特色農業，引進新技術，宣傳新品種，促進科研與生產相互促進，有效提高農業產值，促進農民增收。

3) 推廣生態農業發展，促進科技與農業結合。基層政府與科研機構聯系，定期邀請相關學者到村講解新技術新產品，提高農民科學素養，培養出科技型新農民，促進生態農業推廣，便于農業可持續發展的進行。

[1]YiridoeEK,WeersinkA.Areviewandevaluationofagroecosystemhealthanalysis:Theroleofeconomics[J].AgriculturalSystems, 1997,55(4):601-626.

[2]SpiegelJM,BonetM,YassiA,etal.DevelopingEcosystemHealthIndicatorsinCentroHabana:ACommunitybasedApproach[J].EcosystemHealth, 2001,7(1):15-26.

[3]梁文舉，武志杰，聞大中.21世紀初農業生態系統健康研究方向[J].應用生態學報,2002，(8):1022-1026.

[4]謝花林,李波,王傳勝,等.西部地區農業生態系統健康評價[J].生態學報,2005,25(11):3028-3036.

[5]SpiegelJM,BonetM,YassiA,etal.DevelopingEcosystemHealthIndicatorsinCentroHabana:ACommunitybasedApproach[J].EcosystemHealth, 2001,7(1):15-26.

[6]王靜,尉元明.甘肅省農業生態系統健康評價[J].生態學雜志,2006,25(6):711-715.

[7]謝花林,李波,劉黎明.基于壓力-狀態-響應模型的農業生態系統健康評價方法[J].農業現代化研究,2005,26(5):366-369.

[8]KongHM,ZhaoJZ,JiLZ,etal.Assessmentmethodofecosystemhealth[J].ChineseJournalofAppliedEcology, 2002,13(4):486-490.

[9]郗敏,孔范龍,李悅,等.陜西渭南鹵陽湖濕地保護與恢復工程措施探析[J].濕地科學,2013,2:254-258.

[10]慕小艷,李新平,李文斌,等.陜西渭南市鹵陽湖土壤生產潛力分析[J].西北農業學報,2013,22(4):165-171.

[11]劉敬美.陜西渭南鹵陽湖鹽堿區農業生態環境質量評價[D].楊凌：西北農林科技大學,2014.

[12]慕小艷.陜西渭南鹵陽湖開發區土壤生產潛力分析與土壤改良措施研究[D].楊凌：西北農林科技大學,2013.

[13]孔范龍,郗敏,李悅,等.鹵陽湖濕地的保護規劃及效益分析[J].青島大學學報(工程技術版),2012,4:70-74，79.

[14]VeisiH,KhoshbakhtK,SabahiH.AparticipatoryassessmentofagroecosystemsustainabilityinAbelardIran[J].InternationalJournalofAgriculturalSustainability, 2012,11(1):52-68.

[15]張吉軍.模糊層次分析法(FAHP)[J].模糊系統與數學,2000,14(2):80-88.

[16]金菊良,魏一鳴,丁晶，等.基于改進層次分析法的模糊綜合評價模型[J].水利學報,2004，35(3):65-70.

[17]劉冀釗,伍玉容,楊成永.層次分析法在自然保護區生態評價中的應用初探[J].鐵道勞動安全衛生與環保,2003，(1):17-20.

[18]陸建紅,丁立杰,徐建新，等.模糊綜合評價模型在農村飲水安全評價中的應用[J].水電能源科學,2011,29(2):99-102，111.

[19]渭南年鑒編委會.渭南統計年鑒[M].北京：中國統計出版社,2012.

Agroecosystem health assessment on the saline-alkali district in Luyang Lake

PAN Rong-hua1, LI Xin-ping2, LI Su-jian3, HAN Jing2, LIU Jing-mei1

(1.CollegeofForestry,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China;2.CollegeofNaturalResourceandEnvironment,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China；3.CollegeofLifeSciences,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China)

This research established an index system of agroecosystem health assessment by analyzing vigor, organic structure and resilience of the agroecosystem. The index weight was calculated through the analytic hierarchy process (AHP). Finally, comprehensive index method was used to calculate the ecosystem health index and analyze the health level by the evaluation standard. The results showed that in 2012, the agroecosystem health comprehensive evaluation value of Luyang lake saline-alkali district was 5.772, which was between grade II and III (means partial sub-healthy state). There were some problems for each index at different scales. The main factors that restricted the development of agriculture in Luyang lake district included large density and the low overall quality of the population, the lack of land resource, serious soil erosion, over exploitation of natural resources, single agricultural industry and backward production mode.

luyang lake saline-alkali district; agroecosystem; ecosystem health assessment; index system

1000-7601(2016)04-0237-07

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.04.36

2015-06-16

亞洲發展銀行項目“渭南鹵陽湖鹽堿地綜合治理項目”

潘茸花(1990—)，女，陜西渭南人，碩士研究生，研究方向為農業生態學評價。 E-mail:892351811@qq.com。

李新平(1961—)，男，陜西武功人，碩士，副教授，主要從事土壤與生態研究。 E-mail:xinpingli79@sina.com。

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