小麥-玉米周年全程機(jī)械化技術(shù)模式綜合效益評價體系設(shè)計

張晟昊，劉元義，邴 坤，胥 備，于圣潔

（山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院，山東淄博 255049）

0 引言

隨著糧食生產(chǎn)規(guī)模化、機(jī)械化程度日趨提高，新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體日益增多，生產(chǎn)上亟需恰當(dāng)?shù)男←?玉米周年全程機(jī)械化高質(zhì)量高效率的種植技術(shù)體系，開展各個單項關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)模式的驗證。通過推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化與加快工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程結(jié)合，促進(jìn)過剩的農(nóng)業(yè)勞動力向非農(nóng)產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，減少農(nóng)業(yè)人口，提高經(jīng)濟(jì)效益，拓寬增收領(lǐng)域，促進(jìn)農(nóng)民增收[1]。對小米-玉米全程機(jī)械化技術(shù)模式進(jìn)行綜合效益評價，不僅可以發(fā)現(xiàn)影響綜合效益產(chǎn)出的各項影響因素及其影響程度，更可以為全程機(jī)械化種植技術(shù)模式提供更好的理論支持，達(dá)到更高更科學(xué)的綜合收益目標(biāo)。

1 概述

設(shè)計評價指標(biāo)以及評價指標(biāo)體系時，需要通過量化各項指標(biāo)，體現(xiàn)出每一項待研究目標(biāo)的特征，進(jìn)而對整個技術(shù)體系的最終效果得出判斷，為了精準(zhǔn)而科學(xué)的評價小麥-玉米周年種植技術(shù)體系的綜合效益，就需要建立與小麥玉米種植農(nóng)藝農(nóng)機(jī)技術(shù)相符的綜合評價指標(biāo)體系[2]。在構(gòu)建綜合評價指標(biāo)體系時，需要依據(jù)小麥-玉米生產(chǎn)流程各環(huán)節(jié)的特點(diǎn)和需求，符合實(shí)際種植階段到收獲階段的基本規(guī)律，對整個生產(chǎn)過程進(jìn)行具體、科學(xué)的評價。

此次研究改變以往從生態(tài)或從經(jīng)濟(jì)單一角度進(jìn)行效益評價的不足，綜合運(yùn)用生態(tài)-環(huán)境經(jīng)濟(jì)模擬等技術(shù)，探索糧食生產(chǎn)生態(tài)效益與環(huán)境代價評價方法，構(gòu)建綜合評價指標(biāo)體系，對不同小麥-玉米周年種植全程機(jī)械化技術(shù)模式進(jìn)行生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-社會的三維綜合評價，研究成果可為該區(qū)域資源優(yōu)化配置、糧食豐產(chǎn)增效及農(nóng)民增收提供決策參考。

2 研究方法

層次分析法（AHP）是一種將一個復(fù)雜的多目標(biāo)決策問題作為一個系統(tǒng)，將總目標(biāo)拆解為多個子目標(biāo)或準(zhǔn)則，然后分解為多個指標(biāo)（或為準(zhǔn)則、約束）的若干層次，通過將指標(biāo)進(jìn)行定性然后模糊量化的方法計算出層次的單排序和總排序，以作為主目標(biāo)、多方案決策優(yōu)化提升的系統(tǒng)方法[3]。

通過將決策問題的總目標(biāo)、子目標(biāo)、各個準(zhǔn)則拆解為不同的層次結(jié)構(gòu)，然后計算判斷矩陣特征向量，待檢驗完一致性后，求出每一層次的各因素對前一層某元素的權(quán)重比較系數(shù)，最后用加權(quán)和的方法求出各個待評價方案的最終權(quán)重得分，最終得分最高的就是最優(yōu)技術(shù)方案。

基本操作步驟如下：

1）建立基于總目標(biāo)的層次結(jié)構(gòu)模型，共三層，包括目標(biāo)層，準(zhǔn)則層和方案層。

2）構(gòu)建成對比較矩陣，用1～9標(biāo)度法對第二層及以后的各因素進(jìn)行權(quán)重比較。

3）計算單排序權(quán)向量并做一致性檢驗對每個成對比較矩陣。計算最大特征值及其對應(yīng)的特征向量，利用一致性指標(biāo)、隨機(jī)一致性指標(biāo)和一致性比率做一致性檢驗。如檢驗結(jié)果通過，此特征向量即為權(quán)向量；如不通過，則重新構(gòu)建成對比較矩陣進(jìn)行比較。

4）將方案的總目標(biāo)、子目標(biāo)（準(zhǔn)則）和決策具體對象按它們之間的實(shí)際相互關(guān)系分為三層：目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層，并設(shè)計出總的層次圖。

3 研究內(nèi)容

3.1 評價指標(biāo)選取原則

為了確保評價體系能夠體現(xiàn)客觀、科學(xué)、多層次的特點(diǎn)，能充分分析各種模式下小麥-玉米種植的優(yōu)缺點(diǎn)，在設(shè)計綜合評價體系時，需要遵循以下原則：

1）定量定性結(jié)合原則。應(yīng)盡可能選取數(shù)據(jù)可量化的指標(biāo)。另一方面，評價指標(biāo)又不可避免的存在不可量化的問題。在指標(biāo)不能量化時，應(yīng)對指標(biāo)進(jìn)行定性操作，確保評價指標(biāo)得科學(xué)性、實(shí)用性、可行性[4]。

2）易操作性原則。選擇評價指標(biāo)時，要抓住生產(chǎn)過程中的技術(shù)重點(diǎn)，既要能充分表達(dá)小麥-玉米全程機(jī)械化種植的特點(diǎn)、綜合性強(qiáng)，又要反映各個種植環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容，又能方便獲取各個指標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

3）合理性原則。應(yīng)在進(jìn)行足夠的相關(guān)領(lǐng)域的知識學(xué)習(xí)或者調(diào)研工作之后，進(jìn)行指標(biāo)層各個具體的評價指標(biāo)的選擇及確定，以確保在綜合評價體系中，經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境相關(guān)指標(biāo)的合理性、協(xié)調(diào)性。

4）整體優(yōu)先性。小麥-玉米種植模式的評價需要設(shè)置多層次的指標(biāo)體系進(jìn)行評價，當(dāng)總利益與子利益發(fā)生互斥關(guān)系時，優(yōu)先確保整體利益更高。

3.2 綜合評價體系建立

目前，對農(nóng)作物種植模式進(jìn)行綜合效益評價的方法較多，一般都包括經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益三個方面。在小麥-玉米種植流程及結(jié)果中，基層農(nóng)民及合作社更看重最終的經(jīng)濟(jì)效益，相對比較忽視種植過程對環(huán)境是否造成不良影響，以及對社會的貢獻(xiàn)；農(nóng)業(yè)科研人員以及環(huán)保相關(guān)部門更為看重種植結(jié)果的生態(tài)效益，關(guān)心是否生產(chǎn)活動有利于環(huán)境保護(hù)，包括對土壤條件水資源條件的利好關(guān)系；政府相關(guān)部門更為看重種植活動的社會效益，是否能為其他散戶及合作社提供新型農(nóng)機(jī)農(nóng)藝技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動的機(jī)械率，逐漸提高農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的工廠化和商品化。所以通過對小麥-玉米全程機(jī)械化技術(shù)模式進(jìn)行綜合效益評價，以期找到一種符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)所要求的高產(chǎn)量、高質(zhì)量、高效作業(yè)、環(huán)境友好、高機(jī)具作業(yè)安全系數(shù)等要求的技術(shù)模式。

根據(jù)查閱相關(guān)綜合評價文獻(xiàn)以及學(xué)習(xí)小麥-玉米周年種植模式相關(guān)技術(shù)，通過進(jìn)行專家、農(nóng)民、合作社調(diào)研和在針對小麥-玉米種植模式的調(diào)研活動中實(shí)地獲取的信息和數(shù)據(jù)，確定了本研究的總共四層次的綜合評價體系，第Ⅰ層為目標(biāo)層、第Ⅱ?qū)訛闇?zhǔn)則層，包括經(jīng)濟(jì)效益，生態(tài)效益和社會效益三個指標(biāo)，第Ⅲ層為指標(biāo)層，共10個指標(biāo)，第IV層為方案層，如下圖所示。

指標(biāo)層的10個指標(biāo)按照與評價的相關(guān)性，分為兩組：

A組（評價與數(shù)據(jù)呈負(fù)相關(guān)趨勢，且均為一個完整的小麥-玉米種植周期，單位種植面積內(nèi)）：A1農(nóng)資成本：種子、化肥、農(nóng)藥等成本總和；A2機(jī)具成本：農(nóng)機(jī)和人工作業(yè)費(fèi)用總和；A3灌溉用水量：所有灌溉方式消耗的水量總和；A4施肥量：施肥環(huán)節(jié)加上追肥消耗的肥料綜合；A5施藥量：殺蟲劑加上除草劑等農(nóng)藥綜合；A5用工量：每667 m2種植面積雇傭的勞動力數(shù)量。

圖1 綜合效益評價指標(biāo)體系

B組（評級與數(shù)據(jù)呈正相關(guān)趨勢，且均為一個完整的小麥-玉米種植周期，單位種植面積內(nèi)）：B1農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)出：作物產(chǎn)值加農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品的產(chǎn)值總和；B1光熱資源利用率：作物總熱能與接受自然光熱能的比值；B3輻射面積：帶動周邊地區(qū)使用本技術(shù)模式的種植面積總和；B4培訓(xùn)人次：開展農(nóng)業(yè)技術(shù)相關(guān)培訓(xùn)或講座，實(shí)際接受培訓(xùn)的人次總和。

xi表示數(shù)據(jù)歸一化前的值，xi*表示數(shù)據(jù)歸一化后的值，xmax、xmin分別表示該項目數(shù)據(jù)中的最大值和最小值。

3.3 構(gòu)建判斷矩陣建立與進(jìn)行一致性檢驗

判斷矩陣是用來比較本層的各個因素，與上一層某因素的重要性的權(quán)重對比。本次研究采用Saaty的1～9標(biāo)度方法，如表1所示。

表1 判斷矩陣aij的標(biāo)度方法

依據(jù)表2所示的平均一致性指標(biāo)對判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗。在每一層中，對該層指標(biāo)進(jìn)行兩兩配對比較，按照如圖表1所示的標(biāo)度方法將各指標(biāo)定量化，構(gòu)建判斷矩陣。利用方根法計算判斷矩陣的最大特征值與特征向量[5]：

1）計算判斷矩陣a 中每一行元素的乘積 Mi：

2）計算Mi的n次方根：

3）得出最大特征值的特征向量：W =(W1,W2,???,Wn) T

4）計算最大特征值：λmax

綜合上述方法，完成判斷矩陣的建立與一致性檢驗。

3.4 指標(biāo)權(quán)重確定

通過進(jìn)行大量專家調(diào)研咨詢工作，采用了層次分析法，對初步設(shè)立的綜合評價模式各指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較后，確定了各個具體指標(biāo)權(quán)重，且每一層權(quán)重之和為1。

然后對評價模式中每一層指標(biāo)進(jìn)行判斷矩陣構(gòu)建工作，再對所構(gòu)建的判斷矩陣進(jìn)行一致性檢驗，待檢驗結(jié)果通過后，利用yaahp軟件將判斷矩陣轉(zhuǎn)化為各指標(biāo)權(quán)重，最終獲得各個指標(biāo)的權(quán)重（如表3所示）。

表3 小麥-玉米周年全程機(jī)械化技術(shù)模式綜合效益評價體系權(quán)重表

最后通過指標(biāo)獲取后進(jìn)行歸一化處理的評價指標(biāo)值，再對每一個方案進(jìn)行，計算，公式為：

其中，Z 為該技術(shù)模式的最終評分；

ai為第i項指標(biāo)的權(quán)重；

xi*為歸一化后的第i項指標(biāo)評價值。

通過上述計算，不僅可以得到待評價技術(shù)模式的綜合效益得分，選出綜合效益最高的技術(shù)模式，還可以對分別對準(zhǔn)則層與指標(biāo)層各項進(jìn)行方案優(yōu)缺點(diǎn)的對比，為今后為各個技術(shù)模式的改進(jìn)提供理論依據(jù)。

4 存在的局限性

層次分析法（AHP）法通過將各目標(biāo)分層確定各因素的權(quán)重，計算綜合權(quán)重得分進(jìn)行綜合評價，減少傳統(tǒng)評價方法中主觀性對評價結(jié)果產(chǎn)生的不良影響，并能清晰準(zhǔn)確的地反映各個子目標(biāo)及因素對主目標(biāo)的影響權(quán)重，常和模糊綜合評價、熵權(quán)法、生命周期評價一起使用，提高評價的真實(shí)性和科學(xué)性。

但在實(shí)際應(yīng)用中，由于一致性檢驗并不唯一，存在一個合理性的范圍，導(dǎo)致同樣通過一致性檢驗的判斷矩陣并不相同，進(jìn)而得到不同的結(jié)果。為使評價結(jié)果最接近于真實(shí)情況，需在大量小麥玉米種植專家或基層專業(yè)合作社給出意見后，得到恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)，進(jìn)而構(gòu)建合適的判斷矩陣。

5 結(jié)語

通過分析小麥-玉米周年種植全程機(jī)械化技術(shù)模式綜合效益評價體系，能夠得出經(jīng)濟(jì)效益相對生態(tài)效益、社會效益更加重要，且優(yōu)勢較為明顯。在對各種技術(shù)模式進(jìn)行評價時，該評價體系能夠體現(xiàn)客觀、科學(xué)、多層次的特點(diǎn)，分析各種模式下小麥-玉米種植的優(yōu)缺點(diǎn)。

同時，研究成果可以作為基礎(chǔ)，依據(jù)不同區(qū)域特色及氣候土壤條件，進(jìn)行適當(dāng)修改后，為該區(qū)資源優(yōu)化配置、糧食豐產(chǎn)增效及農(nóng)民增收提供決策參考。