基于AHP層次分析模型的棉花節本增效技術體系綜合效益評價

白 萍，鄧 路，2,3，張鵬忠，帕爾哈提·買買提

(1.新疆維吾爾自治區發展與改革委員會經濟研究院，烏魯木齊 830001；2.中國科學院新疆生態與地理研究所，烏魯木齊 830011；3.中國科學院大學，北京 100049；4. 國家棉花工程技術研究中心，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】2018年新疆棉花產量占全國棉花產量的84%，新疆棉花生產對保障國家棉花供應安全發揮著重要作用[1,2]。近年來，新疆植棉投入成本持續增加，存在高產田物化投入過高，肥料配比不合理等問題[3,4]，導致棉花生產比較效益不斷下降。發展棉花節本增效技術，傳統種植方式相比，能有效提高棉花單產水平，降低棉花生產成本，提升棉花經濟技術效益，是提高新疆棉花綜合生產能力、持續保持新疆棉花生產重要戰略地位和國家戰略安全的重要途徑[5]。棉花節本增效技術體系的綜合效益受到多種因素的影響，在棉花的重要產區沙灣縣，建立棉花節本增效技術的核心示范區，對棉花節本增效技術的有效性開展研究，并運用AHP層次分析建立模型，用多種手段綜合使用的效果進行評價，對識別影響棉花綜合效益的主要因素及對各種因素的影響力排序有實際意義。【前人研究進展】前人在某一種生產技術對棉花生產質量和效益的影響有較多的研究。研究表明，精量播種技術可以降低種子用量50%～60%[6]；標準化的機器采棉流程，可以有效提高機采棉質量[7]；測土配方、精量施肥技術，可以提高籽棉產量6.97%～18.94%[8]。使用不同的手段，能一定程度上起到節約成本增加效益的目的。但是，以往研究通常只關注單一技術使用對棉花產量、質量和效益的影響，王華[9]、吳裕軍[10]等研究鉀肥對棉花產量的影響，唐志軍[11]等研究了不同施肥量對棉花增產效果，張美良[12]等研究了氮磷鉀配比對棉花增產效果，王慶[13]等研究了膜下滴灌在棉花種植中的優勢，汪若海[14]等則認為密植促早是提高我國棉花產量的有效途徑。【本研究切入點】上述研究也忽視了經營模式對棉花節本增效的影響。好的經營模式能有效降低棉花種植成本，提高種植收益。以往的研究多局限于單一技術使用對棉花種植效益的影響，忽略了多種技術綜合使用的效果。以往研究多采用小面積的定點試驗，試驗地面積大多較小，不能完全排除測量、氣候、土壤環境等偶然性的因素影響，代表性、穩定性有限，不利于在大面積范圍推廣。農業技術評價是從簡單到復雜的過程[15-17]，早期采用定性評價法[18-21]，這一類方法操作性好，易于使用，但是由于缺乏檢驗手段，受評價人水平以及主觀意志影響較大。后來逐漸演變為定量評價，這類評價方法的優點是客觀、準確，具有統一的衡量標準，但是往往會忽略一些難以量化的指標。以往的研究無論是定性評價還是定量評價，往往都針對單一技術。研究客觀評價棉花節本增效技術的綜合效益。【擬解決的關鍵問題】在沙灣縣設立試驗示范區和空白對照區，采用先進經營模式、精量播種、測土配方施肥等技術提高棉花節本增效的綜合效果。從產量增加、面積輻射范圍、經濟效益、技術效益等多個方面對棉花節本增效技術的綜合效益進行評價。從產量增加、面積輻射范圍、經濟效益、技術效益等角度，多方面評價多種技術綜合聯用的效果，并建立AHP層次分析模型，對各種措施的重要性進行排序，為改進和推廣棉花節本增效技術提供一定的支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

相關文獻資料的收集、整理、加工。2016～2018年在沙灣縣采用實際測量和問卷調查等方式收集的統計數據。采集《新疆維吾爾自治區農牧產品成本收益資料匯編》和《新疆統計年鑒》相關數據。

1.2 方 法

使用常規的數理統計方法和AHP層次分析法對相關數據進行處理分析。

1.2.1 AHP層次分析法

(1)明確問題的范圍、所包含的因素、各因素之間的關系等。

(2)建立層次結構模型。按目標的不同、實現功能的差異，將系統分為幾個等級層次，建立出層次結構模型。

(3)構造判斷矩陣。判斷矩陣表示針對上一層次中的某元素而言，評定該層次中各有關元素相對重要性程度的判斷，兩兩相對重要性程度值考察AHP決策分析方法取得結論的合理性，對判斷矩陣進行一致性檢驗。

(4)層次單排序。層次單排序的目的是對于上層次的某元素而言，確定本層次與之有聯系的各元素重要性次序的權重值。

(5)層次總排序。利用同一層次中所有層次單排序的結果，計算出針對上一層而言，本層次所有元素的重要性權重值，即層次總排序。

(6)專家打分。表1

表1 AHP方法中相對重要性程度評分
Table 1 Relative importance scale in AHP method

相對重要性的權數Weightofrelativeimportance相對重要性程度解釋Interpretationofrelativeimportance1兩個因素同等重要3一個因素比另一個因素稍微重要5一個因素比另一個因素明顯重要7一個因素比另一個因素強烈重要9一個因素比另一個因素極端重要2,4,6上述兩相鄰判斷的中值上述數值的倒數如一個活動有上述的數目(如3),那么第二個活動相對于第一個就有倒數值(如1/3)

1.2.2 AHP層次分析模型

(1)判斷矩陣的一致性檢驗

若判斷矩陣中所有元素均滿足此條件，則稱該判斷矩陣具有完全一致性。

(2)層次單排序

層次單排序的任務可以歸結為計算判斷矩陣的特征根和特征向量的問題，即對于判斷矩陣B，計算滿足：BW=λmaxW的特征根和特征向量。式中，λmax是判斷矩陣B的最大特征根，W是對應于λmax的正規化特征向量，W的分量Wi就是對應元素單排序的權重值。

然后需要檢驗判斷矩陣的一致性，計算一致性指標：

當CI=0時，判斷矩陣具有完全一致性；反之，CI越大，則表示判斷矩陣的一致性越差。

檢驗判斷矩陣的一致性，CI與平均隨機性指標RI進行比較。其判斷準則如下公式：

CR為判斷矩陣隨機一致性比例。當CR<0.1時，我們認為判斷矩陣具有令人滿意的一致性；否則，當CR≥0.1時，則需要調整判斷矩陣直到滿意為止。表2

表2 平均隨機一致性指標
Table2 Average random consistency index

階數123456789101112131415RI0.000.000.580.901.121.241.321.411.451.491.521.541.561.581.59

(3)層次總排序

層次總排序是歸一化的正規向量。評價層次總排序結果的一致性，同層次單排序一樣，進行一致性檢驗，方法如(2)。

表3 層次總排序
Table3Totalhierarchicalrankingtable

層次A層次BA1A2…Ama1a2…a3B層次的總排序B1b11b21…bm1∑nj=1ajbj1B2b12b22…bm2∑nj=1ajbj2?????Bnb1nb2n…bmn∑nj=1ajbjn

2 結果與分析

2.1 項目實施對棉花產量的影響

新疆棉花單產近10年來經歷了降低-升高-降低-升高的過程，在113.2至137.3 kg/667m2波動，平均單產為126 kg/667m2，2017年達到近10年來歷史最高值，為137 kg/667m2，相對來說還有較大的提升空間。

2016和2017年全疆棉花產量為136和137 kg/667m2。

2016年同屬于塔城地區棉花產量為135 kg/667m2，而同屬塔城地區的烏蘇、沙灣、托里、和布克賽爾的棉花產量分別為136、145、106、115 kg/667m2，當年位于沙灣縣的示范區棉花畝產為402 kg/667m2，高出塔城地區棉花產量198%，高出沙灣177%。

2017年塔城地區棉花產量為145 kg/667m2，烏蘇、沙灣、托里、和布克賽爾的棉花產量分別為145、146、110、110 kg/667m2，當年位于沙灣縣的示范區棉花單產為419 kg/667m2，高出塔城地區棉花產量189%，高出沙灣187%。

2018年，示范區的棉花產量為420 kg/667m2。

在沙灣縣采用節本增效技術取得了較好的效果，示范區的產量遠遠高于氣候條件相似的周邊地區，也遠遠高于氣候、土壤條件均較為相似的沙灣地區，并且3年間保持了較為穩定的效果，均達到了400 kg/667m2以上的水平，棉花節本增效技術提高了棉花產量。圖1，圖2

圖1 2008-2017年新疆棉花平均單產
Fig.1 Average cotton yield per mu from 2008 to 2017

圖2 2016～2017年新疆及塔城地區各縣、示范區棉花單產
Fig.2 Cotton per mu in the counties and demonstration areas of Xinjiang and Tacheng districts from 2016 to 2017

2.2 項目實施的技術效率

篩選出3個方面11個相關指標，后通過咨詢相關領域內的專家，保留了3個方面8個相關指標。圖3

圖3 棉花節本增效綜合效益評估模型
Fig.3 Cotton section cost-effective comprehensive benefit evaluation model

模型構建完成后通過咨詢25位專家對各層次要素的相對權重進行打分。對每位專家的打分表進行一致性檢驗，有3位專家的判斷矩陣未能通過一致性檢驗，根據每位專家的權重計算通過一致性檢驗的22位專家的加權平均值，確定各層次各指標的權重。

準則層基于目標層面的得分。可以看出經濟效益排名最重要，其次是資源節約，防災減災的重要性相對較低。表4

表4 準則層得分
Table 4 Criteria layer score

項目Project經濟效益Economicbenefit資源節約Saveresources防災減災DisasterPreventionandMitigation數值Numericalvalue0.77660.15490.0685

措施層的重要性排序為合作社增加收益、精量播種經濟效益、化肥利用率提高、測土配方施肥經濟效益、氣候、合作社節省成本、節水、防災減災、農業機械化。表5

表5 措施層得分和排名
Table 5 Measure level scores and rankings

項目Project合作社節省成本Cooperativessavecosts合作社增加收益Cooperativesincreaserevenue精量播種經濟效益Excellentseedingeconomicbenefits測土配方施肥經濟效益Soiltestingformulafertilizationeconomicbenefit節水Watersaving化肥利用率提高Increasedfertilizerutilization農業機械化Agriculturemechanization氣候Climate防災減災DisasterPreventionandMitigation數值0.04490.40010.21870.11290.02790.11590.01110.05140.0171排序612473958

2.3 主要技術措施效益

2.3.1 合作社增加的收益

根據沙灣縣農業技術推廣中心提供的數據顯示，通過“合作社+”的方式對棉花價格進行保護，可以以比市場收購價(6.0～6.15元/kg)略高的價格進行棉花收購，2016～2018年共計增加收益145.6×104元。表6

表6 2016～2018年示范區棉花價格及種植面積
Table 6 Statistics on cotton price and planting area in the demonstration area in 2016-2018

年份Years產量Yield市場價格Marketprice“合作社+”收購價"Cooperative+"purchaseprice示范區面積Demonstrationarea(667m2)高于市場收益Higherthanmarketincome201640266.1700028140020174196.16.37000586600201842066.27000588000合計1456000

2.3.2 精量播種帶來的收益

根據沙灣縣農業技術推廣中心提供的數據顯示，示范區內采用全部采用精量播種，節約種子0.5 kg/667m2，節省成本13元/667m2，示范區面積466.7 hm2(7 000畝)，共計節約成本91 000元。2016～2018年共計節約27.3×104元。

2.3.3 化肥利用效率提高

測土配方配合精量施肥使用，能有效提高肥料的利用效率。示范區全部采用測土配方和精量施肥，3年間化肥利用效率。

沙灣縣其余地區的化肥使用量略微高于示范區，為計算方便，默認其余地區與示范區化肥用量一致。

示范區的單位氮、磷、鉀肥產量遠遠高于非示范區，示范區三年氮肥利用效率為其余地區的4.1倍，鉀肥利用效率為其余地區的3.9倍，磷肥利用效率為其余地區的4.3倍。

棉花節本增效技術體系的使用能有效提高肥料利用效率，節省資源。表7

表7 2016～2017年示范區化肥利用效率
Table 7 Fertilizer use efficiency in the demonstration area from 2016 to 2017

年份Years產量Yield沙灣縣平均產量ShawanCountyaverageproduction氮肥Nitro-genfertili-zer鉀肥Potash磷肥Phosphatefertilizer示范區/沙灣地區平均單位氮肥產出Averageunitnitrogenfertilizeroutputindemonstr-ationarea/Shawanarea示范區/沙灣地區平均單位鉀肥產出Averageunitpotassiumfertilizeroutputindemonstrat-ionarea/Shawanarea示范區/沙灣地區平均單位磷肥產出Averageunitphosphatefertilizeroutputindemonstrationarea/Shawanarea20164021453583011.5/4.150.3/18.113.4/4.8201741914632102813.1/4.641.9/14.615/5.22018420/30122814.035.015.0

2.3.4 氣候對棉花增產增收的影響

統計年鑒的數據顯示，2009～2015年新疆受災面積在565×103～1 849×103hm2，棉花主要受到低溫、大風以及暴雨的侵害。2016～2018年示范區也在一定程度上受到氣象災害的影響，造成了小范圍的減產，但總體來看影響較小。圖4

圖4 新疆地區2009～2015年的受災面積
Fig.4 The area affected by the disaster in Xinjiang from 2009 to 2015

圖5 “合作社+”經營模式下棉花節本增效技術應用流程
Figure 5 Flow chart of the application of cotton festival efficiency synergy under the "cooperative +" business model

3 討 論

新疆作為我國最大的原棉生產基地，近年來棉花產量占全國總產的80%以上。

當前，新疆主要產棉區已構建起以機采棉模式為核心，促早栽培、適度矮化、適度密度、水肥精準、增益控害、機藝融合等為要點的棉花生產技術體系。但是也存在一些問題，自2011年起棉花生產成本就逐年上升，現金收益逐年減少，凈利潤下降趨勢尤為明顯，棉花生產過程中存在高成本和低效益并存的現象。尤其是在人工采摘情況下每千克皮棉的勞動力成本約為6.5元左右，已達到總成本的50%以上，要提升新疆棉花產業整體經濟效益、競爭力，必須著力降低棉花生產過程中的人工、水肥等方面的成本，建立高效水肥協作模式，從單一的人工生產標準化的機械化生產轉變，才能有效推進棉花生產節本增效。

采用“合作社+”的經營方式配合節本增效技術的使用，能有效提高棉花的種植效益。圖5

4 結 論

4.1 2008～2017年，新疆棉花單產經歷了降低-升高-降低-升高過程，2017年單產達到137 kg/667m2，為近十年來的高峰，但仍然具有較大的提升空間。

4.2 綜合采用節本增效技術具有較好的效果，示范區的產量遠遠高于種植條件相似的周邊地區，棉花節本增效技術能極大的提高棉花產量。

4.3 合作社合作、精量播種、化肥利用率提高等因素是影響棉花節本增效技術實施效果的最主要因素，這些措施能有效提高棉花種植收益。氣溫對棉花種植有一定程度影響，低溫、大風以及暴雨是造成棉花減產的主要因素，但總體來看影響不大。

4.4 通過與合作社合作的方式能對棉花價格進行保護，一定程度上提高棉農收益。