河西走廊綠洲農業可持續發展能力綜合評價
——以張掖市為例

曹 瑾，張亮晶，王丁宏

（河西學院經濟管理學院，甘肅 張掖 734000）

近年來我國農業農村經濟取得巨大成就的同時，農產品供求關系結構性失衡、農業資源過度開發、農業投入品過量使用、地下水超采以及農業內外源污染相互疊加等帶來的一系列問題日益凸顯，綠洲農業區尤甚。十八大以來，習近平總書記反復強調“絕不能以犧牲生態環境為代價換取經濟的一時發展”，“綠水青山就是金山銀山”。十九大報告又適時提出要“像對待生命一樣對待生態環境”，實施“鄉村振興戰略”。在此背景下，對生態環境非常脆弱的綠洲農業區可持續發展能力進行實時監測，定期評價，探尋綠洲農業可持續發展應對之策，具有十分重要的現實意義。

河西走廊位于甘肅省西北部，土地總面積27.4萬平方公里，占甘肅省總面積的60%，轄武威、金昌、張掖、酒泉、嘉峪關5市，是甘肅省主要商品糧、油、棉和蔬菜基地，是我國主要的綠洲農業分布區，也是我國極其重要的生態屏障，其農業可持續發展對整個國家和地區的可持續發展起著至關重要的作用。目前國內已有很多學者對農業可持續發展指標體系和評價方法進行探討[1-3]，并就不同區域農業可持續發展進行評價[4-6]，但對生態環境非常脆弱的河西走廊綠洲農業可持續發展能力的研究仍然相對較為薄弱[7-9]。基于此，本文設計了河西走廊農業可持續發展能力評價指標體系，運用主成分綜合評價模型和協調度模型，對位于河西走廊中段的張掖市進行實例研究，以期為河西走廊綠洲農業的可持續發展能力評價提供方法依據和決策參考。

一、材料與研究方法

（一）評價指標體系的構建

區域農業可持續發展系統（RASDS：Regional Agricultural Sustainable Development System）是在可持續發展思想的指導下，以資源環境和技術發展為約束條件，以人為主體，由農業經濟、農村社會、農業資源、農業環境、農業生產、農業科技等因素耦合而成的具有地域特色的復雜系統[10]。因此，農業可持續發展不僅依賴于農業可持續發展復合系統能力的改善和提高，也包括“農業經濟、農村社會、農業資源、農業環境、農業生產”等各子系統內在要素對農業可持續發展的支撐和保障能力的提高。

本文以可持續發展理論為指導，兼顧綜合性、科學性、地域性和數據可獲得性的原則，借鑒學術界已有的研究成果[11]，構建河西走廊綠洲農業可持續發展能力評價指標體系，共計32項指標（見圖1）。32 個指標中有 8 個負向指標（C31、C32、C33、C34、C52、C53、C54、C55），其余均為正向指標。

圖1 河西走廊綠洲農業可持續發展能力評價指標體系

（二）研究區概況

張掖市位于河西走廊中段，地勢平坦，干燥少雨，南枕祁連山，北依合黎山、龍首山，黑河貫穿全境，荒漠綠洲景觀明顯，盛產小麥、玉米、豆類、瓜果、蔬菜等農作物，是全國重要的商品糧基地和良種繁育基地，甘肅省重要的無公害蔬菜基地。2015年，張掖市年末常住人口121.98萬人，其中鄉村人口70.52萬人，占常住人口的57.81%。農村居民人均可支配收入10 823元，農村居民人均消費支出9 527元，均高于同期甘肅省平均水平（6 936元，6 830元）。糧食總產量 135.5萬噸，增長2.2%，蔬菜產量169.3萬噸，增長5.4%。建成玉米制種、馬鈴薯、高原夏菜、肉牛養殖等特色產業化基地21.47萬公頃，年銷售收入5 000萬元以上農產品龍頭企業達到56戶，農產品加工轉化率為60%。近年來，隨著張掖市經濟的發展，人類對自然環境的干預和擾動增強，促使干旱區綠洲形態發生顯著變化，并引起一系列生態環境問題[12]，已嚴重威脅到張掖市農業可持續發展。

（三）研究方法

1.主成分分析法。主成分分析（PCA）是利用降維的思想，將高維數據投影到一個新的特征向量彼此正交的投影空間，實現對復雜過程數據的特征抽取，以便消除變量間的關聯特性[13]。其主要的計算步驟為[14-16]：

（1）數據同向化處理。本文將M年中正向指標（對可持續發展能力提高起積極作用的指標）的最大值maxxj和負向指標（阻礙可持續發展能力提高的指標）的最小值minxj定為該指標的理想值。各指標與其理想值的比值定義為該指標的接近度x'，則：

（2）指標標準化。經過處理的數據符合標準正態分布，其轉化函數為其中μ為所有樣本數據的均值，σ為所有樣本數據的標準差。

（3）建立相關系數矩陣R，通過相關系數矩陣判斷是否能夠進行主成分分析。

（4）根據總方差解釋表、初始因子載荷陣和特征值碎石圖確定主成分個數（主成分特征值大于1且方差累計貢獻率≥85%為衡量標準）。

（5）確定主成分表達式，求得各主成分得分，即

式中，a1i，a2i，…，api，i=（1，…，m）為 x 的協方差陣∑的特征值對應的特征向量，zx1，zx2，…，zxp是原始變量經過標準化處理的值。

（6）將各主成分的方差貢獻率λi作為權重，構建評價函數，計算綜合評分值。

式中，FA是農業可持續發展能力綜合評分值，λi是第i個主成分的方差貢獻率，n是提取主成分個數。

2.協調度模型。協調度是度量系統之間或系統內部各要素之間協調狀況好壞的定量指標。農業可持續發展能力的提高要求農業各子系統之間相互協調及其內部要素之間彼此和諧一致的耦合程度。定義協調度（H）的計算公式為[11]：表示樣本變異程度，當農業可持續發展各子系統發展能力水平接近時，其變異系數越小。Hi越大，說明某年份的農業各子系統間耦合度越高，協調度越好，反之相反。

（四）數據來源

基于數據的可獲得性及統計口徑的一致性，本文中各項指標的基礎數據分別來源于2000—2015年《張掖統計年鑒》[17]、《張掖市國民經濟和社會發展統計公報》和相關政府部門，部分指標經過換算后得到。在運算前對8項逆指標（即C31、C32、C33、C34、C52、C53、C54、C55）用公式 2 進行預處理，對其余的正指標用公式1進行預處理。

式中：

Hi-第i年農業各子系統協調度；

Si-第i年各子系統可持續發展能力綜合得分的標準差；

Mi-第i年的各子系統可持續發展能力綜合得分平均值的絕對值。

二、研究結果與分析

（一）計算結果

1.張掖市農業可持續發展能力的評價結果。將正向化后的數據輸入SPSS19.0，按上述步驟進行主成分分析。首先，觀察進行運算的32個指標相關系數矩陣發現，許多指標存在顯著的相關性（≥0.5），且相關性大小不一，初步判斷可以進行主成分分析。其次，根據特征值不能小于1，方差貢獻率不能小于5%和總方差貢獻率必須大于等于85%的原則[14]，提取四個主成分，總方差貢獻率累計達到91.461%，解釋度較高（見表1）。限于篇幅，本文省略了標準化后的指標變量矩陣、相關系數矩陣和特征值碎石圖。

表1 方差分解主成分提取分析表

根據式（3）可寫出以標準化的原始變量表示的各主成分表達式：

最后，根據式（4）構造綜合評價函數如下：

如果FA>0，表示農業可持續發展能力高于平均水平；FA<0，表示農業可持續發展能力低于平均水平；FA=0表示處于平均水平。

根據此函數，計算2000—2015年張掖市農業可持續發展能力的綜合得分FA值如圖2所示。方法原理同上，可分別計算出各子系統的動態變化趨勢（見圖2）。

圖2 2000—2015年張掖市農業可持續發展能力評價綜合得分

2.各子系統間協調度的評價結果。在此基礎上，利用式（5）計算張掖市2000—2015年間農業可持續發展能力5個子系統間的協調度，由于子系統評價值中存在負數，為了消除負數的影響，對各子系統評價值進行坐標平移為平移后的指標，A為平移幅度（本文中A=3），然后按照協調度的衡量標準對歷年農業可持續發展能力5個子系統之間的協調狀況進行評價（見表2）。

表2 張掖市農業可持續發展能力協調度評價

（二）結果分析

1.張掖市農業可持續發展能力時序演變分析。張掖市農業可持續發展能力逐年增強。由圖2可知，2000—2015年張掖市農業可持續發展能力的綜合得分值FA從-3.109上升到5.68，表明張掖市農業可持續發展能力逐年提升，說明張掖市近年來通過優化財政支農供給結構，大力發展生態農業，推行現代農業是卓有成效的。從發展歷程來看，張掖市農業可持續發展能力分為兩個階段：2000—2009年FA低于平均水平，但FA呈逐年提高態勢，從-3.109上升到-0.792；2010年以后FA開始高于平均水平，從1.097增加到2015年的5.68，年均增長率達到了43.52%。進一步分析張掖市農業可持續發展能力不斷增強的原因發現，在第一主成分上有較高因子載荷量的指標從2000年以來都有不同程度的增長，如農業生產總值、人均農業生產總值、人均糧食、人均果蔬產量、人均肉類、農業勞動生產率、農用耕地生產率、農村居民人均年收入、農業勞動力占鄉村總勞動力比重、農村人均居住面積、城鎮化水平、每千農業勞動力擁有的農業技術員、農村居民恩格爾系數、公路密度、人均耕地、人均草地、土地復種指數、森林覆蓋率、自然災害受災面積比例等。2015年，張掖市公路密度、農業生產總值、人均農業生產總值、農業勞動生產率、農村居民人均年純收入、農村居民每百戶擁有的固定電話數分別是2000年的6.6倍、4.44倍、4.33倍、4.35倍、3.78倍、3.32倍。

2.各子系統支撐與發展能力分異特征。從五個子系統的發展趨勢來看，除資源系統外，其他子系統的發展都呈上升趨勢，但各子系統可持續發展能力的變化存在明顯差異，環境和社會子系統發展速度最快，生產和經濟子系統次之，資源子系統最慢。這一結論已異與過往研究[16]，說明張掖市農業可持續發展已經步入“新時期”，其能力增強的主要推力來自環境和社會兩個子系統，主要壓力來自于資源系統。其中：生產子系統得分從2000年-1.515上升到2015年2.974，表明隨著農業科技進步，張掖市農業產出水平在不斷提高。經濟系統得分從2000年-1.82上升到2015年2.827，說明張掖市農業經濟效益在不斷提高，農民人均純收入逐年增加，現代農業的裝備投入水平在上升。但是，不可忽視的問題是農業中間消耗也在不斷增長，除去通貨膨脹的影響外，進一步說明農業生產成本在不斷增加，農業已進入“高成本”時代。社會系統得分從2000年-1.607上升到2015年3.228，說明張掖市農村社會環境呈良性發展趨勢，農民生活水平的不斷提高，生活質量改善，消費結構更加合理，但城鄉居民收入差異系數的不斷增大，說明城鄉居民收入差距在不斷擴大。環境系統得分從2000年-1.397上升到2015年2.878，這與近年來張掖市構建循環利用型、環保節約型農業體系，提高農業資源利用率密不可分，但也要看到該市目前農業生產能力的提高除了技術進步外，還依賴于大量農藥、化肥和農用塑料薄膜的使用，森林覆蓋率還較低，今后的發展可能面臨更嚴重環境退化的制約。資源系統得分從2000年的-0.834上升到2013年的3.13后又下降到2015年的1.36，這表明張掖市農業所依賴的自然資源條件支持能力在減弱。進一步追溯資源子系統所承受壓力的根源發現，張掖市耕地有效灌溉率從2000年的0.807下降到了2013年的0.624，人均水資源量從2000年的1 360立方米下降到2015年的1 332.19立方米，遠低于全國平均水平2 033.64立方米，僅為世界人均水平的1/6。

3.各子系統間協調度演化趨勢。由表2可知，張掖市農業可持續發展各子系統的協調狀態為“不協調→比較協調→不協調”，波動較大且呈惡化趨勢，亟需科學調控，否則長此以往，農業將呈不可持續發展狀態。2000—2005年張掖市農業可持續發展各子系統處于不協調狀態，結合圖2可知主要是由于5大子系統可持續發展能力評分值大多都處于平均水平之下，這與當時張掖市經濟發展緩慢，農業受到自然資源條件的約束尤其是黑河水資源短缺，生態失衡，農業生產基礎薄弱，靠天吃飯，農村社會生活條件落后，農民收入較低等有關，但這一階段由于農業開發不足，農業環境污染較小。2006—2014年（除2008年外），五大子系統處于比較協調狀態，這與張掖市大力發展綠洲生態農業，保護濕地，進行生態城市建設等有關。但從2015年開始五大子系統又處于不協調狀態，由圖2可知，這主要是由于資源子系統可持續發展能力驟降而造成的，表明張掖市農業所依賴的自然資源條件支持能力在減弱。

三、結論與建議

本文通過構建河西走廊綠洲農業可持續發展能力評價指標體系，以位于河西走廊中段的張掖市為例，運用PCA模型和協調度模型，測算了張掖市2000—2015年農業可持續發展能力和協調度的評分值，研究發現：雖然2000—2015年張掖市農業可持續發展能力在不斷增強，但五大子系統中除農業資源系統外，其余子系統的發展能力都呈現不斷增強趨勢，子系統之間的協調水平先上升后下降，目前處于不協調狀態，影響張掖市農業可持續發展能力提高的主要壓力來源于資源系統，水資源短缺已經成為張掖市實現農業可持續發展所需要克服的主要障礙之一。

綜上，張掖市農業可持續發展已經步入“新時期”，未來應保證耕地面積總量不減少；加大農業產業結構調整力度，發展節水型特色經濟作物；搞活農村第三產業，大力發展鄉村旅游業；實施農業補貼，采用先進農業技術，盡量減少機械投放量，簡化田間作業環節，以降低農業生產成本；推進新型城鎮化建設，提高農民收入，縮小城鄉差異；推行農田噴灌技術，提高耕地灌溉率，節約水資源；大力植樹造林，提高森林覆蓋率；加強農田基本設施建設，提高農業抗災能力；推行清潔生產，發展綠色生態農業，同時鼓勵農民更多施用有機肥和生物技術來減少對化肥和農藥的依賴，實現化肥、農藥用量零增長；大力改善農村公共衛生設施條件，建立農村垃圾回收處理站，減少農用塑料薄膜使用量。

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