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農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差異比較研究

前言:想要寫出一篇引人入勝的文章?我們特意為您整理了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差異比較研究范文,希望能給你帶來靈感和參考,敬請閱讀。

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差異比較研究

本文作者:唐婷、李超、呂坤、孟亞利、周治國 單位:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)/農(nóng)業(yè)部南方作物生理生態(tài)重點開放實驗室

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ),近年來,各級政府在植樹造林、土壤改良等方面做了大量工作,但隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,耕地面積銳減,農(nóng)用化學(xué)物品用量不斷增加,水質(zhì)污染、氣象災(zāi)害等對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境造成越來越多不利影響。因此,開展不同區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價及其動態(tài)變化研究十分必要[1]。農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價前人已經(jīng)做了大量研究,目前國內(nèi)外對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的研究主要是定時、定區(qū)域地研究,包括環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會、科技、資源等要素在內(nèi)的復(fù)合農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng);國外側(cè)重于對替代方法、策略、指標(biāo)互作及模型應(yīng)用的研究[2-4]。國內(nèi)的指標(biāo)體系較多引入經(jīng)濟(jì)、社會效益等指標(biāo)[5-7],弱化了生態(tài)指標(biāo)及生態(tài)環(huán)境的作用,忽略了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的時空變異性。農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的方法較多,主要有模糊綜合評價法、權(quán)重評價方法(綜合指數(shù)法)、層次綜合評價法、灰色綜合聚類法、投影尋蹤模型等[8-12]。其中權(quán)重評價方法(綜合指數(shù)法)簡單客觀,便于分析各因子對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn),應(yīng)用十分廣泛[1]。

江蘇省位居長江、淮河下游,東瀕黃海,平原遼闊、土地肥沃,素有“魚米之鄉(xiāng)”的美譽(yù),并以占全國1%的土地面積,創(chuàng)造了約占全國10%的GDP總量。但伴隨著經(jīng)濟(jì)的騰飛和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快,江蘇的耕地面積越來越少,人口越來越集中,各種農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題接踵而來。本文擬應(yīng)用層次分析法(analyticalhierarchprocess,簡稱AHP)確定各指標(biāo)的權(quán)重,應(yīng)用權(quán)重評價法(綜合指數(shù)法)分析江蘇省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù),客觀、具體地分析不同區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化,為區(qū)域農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境建設(shè)以及進(jìn)一步發(fā)展“優(yōu)質(zhì)、高效、外向、生態(tài)、安全”的具有江蘇特色的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化道路提供理論決策參考。

1研究區(qū)域選擇與研究方法

1.1研究區(qū)域的選擇

江蘇省位于北緯30°35′-35°07′,總面積10.26×104km2,年降水量783~1167mm,年平均氣溫13~16℃,氣候溫和,雨量適中,農(nóng)業(yè)自然條件優(yōu)越,是我國農(nóng)業(yè)高產(chǎn)區(qū)和重要商品糧基地。全國農(nóng)業(yè)資源區(qū)劃辦將江蘇省劃分為徐連、寧鎮(zhèn)揚(yáng)、沿江、兩淮、太湖和沿海6大農(nóng)村經(jīng)濟(jì)區(qū)[13]。為了便于調(diào)查、收集資料以及減少統(tǒng)計工作量,考慮到自然環(huán)境條件、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、區(qū)位條件等區(qū)內(nèi)相似性和區(qū)際差異性;同時,可以涵蓋江蘇省所有氣候類型和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,選擇邳州、新沂(徐連經(jīng)濟(jì)區(qū)),東臺、大豐(沿海經(jīng)濟(jì)區(qū)),如皋、金壇(沿江經(jīng)濟(jì)區(qū)),興化(寧鎮(zhèn)揚(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)),張家港、江陰(太湖經(jīng)濟(jì)區(qū))共9個具有代表性的縣(市)區(qū)域作為評價單元。通過對經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)典型縣評價值加權(quán)平均,得到該經(jīng)濟(jì)區(qū)的評價值。

1.2資料獲取

數(shù)據(jù)來源主要包括遙感數(shù)據(jù)、土壤普查、地圖數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)。(1)遙感數(shù)據(jù):主要來源于美國Landsat衛(wèi)星的TM影像,用于計算植被覆蓋度,選取1995年、2000年、2008年6-8月植被生長季遙感影像。(2)土壤數(shù)據(jù):主要來源于全國土壤普查數(shù)據(jù)。(3)地圖數(shù)據(jù):主要包括江蘇省行政區(qū)劃圖、1∶100萬DEM等專題數(shù)據(jù)。(4)氣象數(shù)據(jù):采用江蘇省氣象局提供的各個區(qū)域所在站點1995-2008年統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

2農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)的選取與驗證

2.1評價指標(biāo)體系的建立

區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價指標(biāo)體系(U)由自然環(huán)境子系統(tǒng)(U1)、土壤生態(tài)狀況子系統(tǒng)(U2)和環(huán)境污染子系統(tǒng)(U3)3部分組成。其中自然環(huán)境子系統(tǒng)包括:≥10℃活動積溫、年平均氣溫、年降水量、年日照時數(shù)、植被覆蓋率、土地復(fù)種指數(shù)6個指標(biāo);土壤生態(tài)狀況子系統(tǒng)包括:水土流失量、土壤pH值、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤全氮、土壤速效磷、土壤速效鉀指標(biāo)。環(huán)境污染子系統(tǒng)包括:化肥使用強(qiáng)度、工業(yè)廢水排放強(qiáng)度、工業(yè)廢水排放強(qiáng)度、SO2排放強(qiáng)度。

2.2評價指標(biāo)體系的驗證

應(yīng)用江蘇省1995年、2000年、2008年的統(tǒng)計數(shù)據(jù),利用主成分分析法在SPSS軟件中對區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)體系進(jìn)行篩選和分析。由表1可知,1995年、2000年、2008年第一主成分與≥10℃活動積溫、年平均溫度、年日照時數(shù)、年降水量、土地復(fù)種指數(shù)、土壤全氮含量、化肥使用強(qiáng)度、工業(yè)廢水排放強(qiáng)度、工業(yè)廢氣排放強(qiáng)度和SO2排放強(qiáng)度10個指標(biāo)存在顯著的相關(guān)性。其中:≥10℃活動積溫、年平均氣溫、年日照時數(shù)、年降水量4個指標(biāo)均表征農(nóng)業(yè)氣候生態(tài)狀況;前3個指標(biāo)表征特定區(qū)域熱量資源,代表氣候因素對農(nóng)業(yè)生態(tài)發(fā)展的影響;土壤全氮含量表征農(nóng)田土壤理化性質(zhì),可以反映人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響;化肥使用強(qiáng)度、工業(yè)廢水排放強(qiáng)度、工業(yè)廢氣排放強(qiáng)度和SO2排放強(qiáng)度4個指標(biāo)反映了環(huán)境污染對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響。因此,第一主成分強(qiáng)調(diào)了區(qū)域自然環(huán)境、土壤因素和環(huán)境污染等多方面主導(dǎo)因素的良好組合。

第二主成分與土壤速效磷含量和土壤pH值指標(biāo)顯著相關(guān)。第三主成分與植被覆蓋度、水土流失量和土壤速效鉀含量存在較高的相關(guān)性。其中植被覆蓋度和水土流失量可以反映農(nóng)業(yè)自然生態(tài)環(huán)境的變化,代表農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)展的影響。因此,第二和第三主成分強(qiáng)調(diào)了自然環(huán)境、土壤因素的重要性。第四主成分與土壤有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)性較高,可以反映土壤生態(tài)狀況。與1995年相比,2000年、2008年的水土流失量、工業(yè)廢水、工業(yè)廢氣和SO2排放強(qiáng)度等指標(biāo)小幅降低,土地復(fù)種指數(shù)和土壤全氮含量小幅升高,反映出人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。綜上,所選指標(biāo)均能夠很好地反映評價區(qū)域的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況。因此,前4個主成分分析結(jié)果可以作為新的綜合因子體系,來表征區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況。

3農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價模型的構(gòu)建

3.1農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)權(quán)重的確定

在評價模型中,各指標(biāo)權(quán)重的確定是一個關(guān)鍵,而層次分析法是一種定性分析與定量分析相結(jié)合的決策方法,按照“分解-判斷-綜合”的思維特點,將多層次、多準(zhǔn)則的復(fù)雜問題分解為各個組成因素,并將這些因素按支配關(guān)系分組,形成遞階層次結(jié)構(gòu),通過兩兩比較的方式確定各層次中諸因素的相對重要性。因此本研究在以農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是否可持續(xù)發(fā)展為評價目標(biāo)的基礎(chǔ)上,建立基于層次分析法的綜合評價模型進(jìn)行評價。將農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)作為一個復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行評價。首先要把復(fù)雜問題分解為不同的層次,建立由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的層次結(jié)構(gòu)模型;其次,根據(jù)數(shù)據(jù)資料、專家意見和作者的認(rèn)識,構(gòu)建判斷矩陣,根據(jù)確定的判斷矩陣,計算出判斷矩陣的最大特征值和特征向量,再對所得的特征向量進(jìn)行歸一化處理,所得的向量分量即為所求的相應(yīng)因素關(guān)于上一層因素的相對權(quán)重。通過以上對指標(biāo)權(quán)重的確定方法,因地制宜地計算出區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價中各指標(biāo)的權(quán)重(表2)。

3.2農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價模型

通常情況下,評價指標(biāo)分為正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)兩類,以標(biāo)志值為基準(zhǔn)將各指標(biāo)進(jìn)行正向和逆向標(biāo)準(zhǔn)化后,進(jìn)而建立農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價模型:U=∑ni=1Ai×Ci式中:U為農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價指數(shù);Ai為所選取指標(biāo)的標(biāo)志值;Ci為各指標(biāo)的總權(quán)重;n為指標(biāo)個數(shù)。依據(jù)數(shù)據(jù)資料,參照《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》,將農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分為5級:優(yōu)(Ⅰ級)、良(Ⅱ級)、一般(Ⅲ級)、較差(Ⅳ級)和差(Ⅴ級)(表3)。

4區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價

應(yīng)用區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價模型,分別計算9個代表縣市1995,2000,2008年的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價指數(shù),通過公式U=∑kj=11kUj(式中:U為區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指數(shù);Uj為各縣市的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指數(shù);k為各經(jīng)濟(jì)區(qū)所包含的縣(市)數(shù)),求得5個經(jīng)濟(jì)區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價綜合指數(shù)(圖1)。從圖1可以看出,徐連、沿江、沿海、寧鎮(zhèn)揚(yáng)和太湖5個經(jīng)濟(jì)區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)呈現(xiàn)從北向南的明顯下降趨勢,以徐連經(jīng)濟(jì)區(qū)最高,太湖經(jīng)濟(jì)區(qū)最低。1995-2008年期間,各經(jīng)濟(jì)區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指數(shù)均呈明顯的下降趨勢,其中徐連經(jīng)濟(jì)區(qū)下降幅度最為明顯,從1995年的優(yōu)秀狀態(tài)(0.7550)下降到2008年的一般狀態(tài)(0.4639);太湖經(jīng)濟(jì)區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指數(shù)下降幅度較小,從1995年的高層次一般狀態(tài)(0.5480)下降到2008年的低層次一般狀態(tài)(0.4661)。1995年徐連經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)值最高,太湖經(jīng)濟(jì)區(qū)最低;2008年寧鎮(zhèn)揚(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)值最高,徐連和太湖經(jīng)濟(jì)區(qū)最低。寧鎮(zhèn)揚(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)由于受社會經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)等眾多因素的影響,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況逐漸變差,但是降低幅度較小。

為了更深入了解區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的時空變異,選取生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化最大的徐連經(jīng)濟(jì)區(qū)和太湖經(jīng)濟(jì)區(qū)及其中的代表區(qū)域(徐連經(jīng)濟(jì)區(qū):邳州和新沂,太湖經(jīng)濟(jì)區(qū):張家港和江陰)為研究對象,分析其1999-2008年連續(xù)10年的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時空變化。圖2表明,在1999-2003年期間,新沂的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體上呈下降的趨勢,但仍長期處于良好水平,分別從高層次的良好(0.6018)轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛯哟蔚牧己脿顩r(0.5572),2004年后總體發(fā)展趨勢繼續(xù)下降,進(jìn)入到較低的一般狀態(tài)(0.4576)。邳州是4個代表區(qū)域中農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況起點最高,但降低速度最快的,由1999年最高的0.6347降低到2008年的0.4602,農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況從良好狀況逐漸降低到一般狀況,并且一直處于惡化的發(fā)展態(tài)勢。江陰和張家港兩區(qū)域的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況明顯低于邳州和新沂,自1999年以來持續(xù)保持逐年下降的態(tài)勢,從1999年的高層次的一般降低到低層次的一般狀態(tài),波動幅度較小,農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況較穩(wěn)定。

5結(jié)論與討論

江蘇省不同區(qū)域的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)隨時間的推移,從北向南呈明顯的下降趨勢,表現(xiàn)出明顯的時空變異。以徐連經(jīng)濟(jì)區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)最高,沿江、沿海和寧鎮(zhèn)揚(yáng)經(jīng)濟(jì)區(qū)次之,太湖經(jīng)濟(jì)區(qū)最低。在本研究中的江蘇省5個經(jīng)濟(jì)區(qū),其農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指數(shù)均呈明顯的下降趨勢,以徐連經(jīng)濟(jì)區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)下降最快,太湖經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指數(shù)下降最慢,但徐連經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況明顯好于太湖經(jīng)濟(jì)區(qū)。究其原因,主要有以下兩點:

(1)太湖經(jīng)濟(jì)區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況總體水平較低,目前該經(jīng)濟(jì)區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境發(fā)展趨于平穩(wěn),質(zhì)量狀況降低緩慢。該經(jīng)濟(jì)區(qū)自然條件和社會經(jīng)濟(jì)條件在全省仍都處于前列,是全省乃至全國鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)發(fā)展最早、水平最高的地區(qū)之一,農(nóng)村工業(yè)成為占絕對優(yōu)勢的鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá),外來勞動力紛紛涌入,人多地少的矛盾尤為突出,能源、原材料的嚴(yán)重短缺,耕地不斷減少,工業(yè)“三廢”污染強(qiáng)度過高,致使植被覆蓋降低與水土流失增強(qiáng),很大程度上抵消了該地區(qū)在自然和社會經(jīng)濟(jì)條件下的優(yōu)勢,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量一直處于較低水平。

(2)徐連經(jīng)濟(jì)區(qū)由于歷史和社會經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)等眾多因素的影響,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況雖然發(fā)展起點較高,但該經(jīng)濟(jì)區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量發(fā)展呈現(xiàn)迅速下降趨勢,逐漸惡化。徐連經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)煤礦、非礦產(chǎn)等資源豐富,重工業(yè)發(fā)達(dá),長期開采煤礦造成植被覆蓋降低、土地塌陷、水土流失、土壤養(yǎng)分流失等一系列根本性環(huán)境問題,雖然進(jìn)行了一系列的生態(tài)重建和土地復(fù)墾工程,但生態(tài)恢復(fù)需要較長時間,加之本區(qū)是江蘇省降雨最少的區(qū)域,因此短期內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得不到明顯改善。

對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)變化最大的徐連經(jīng)濟(jì)區(qū)和太湖經(jīng)濟(jì)區(qū)及其代表的縣(市)(邳州、新沂、張家港和江陰)分析發(fā)現(xiàn),徐連經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于太湖經(jīng)濟(jì)區(qū),且兩經(jīng)濟(jì)區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況總體上呈下降的趨勢。但隨時間的推移,兩經(jīng)濟(jì)區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況差異越來越小。

本研究將農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價指標(biāo)體系的構(gòu)建與主成分分析法相結(jié)合,運用層次分析法因地制宜地確定各評價區(qū)域指標(biāo)權(quán)重的方法尚處探索階段,如何將各種先進(jìn)數(shù)學(xué)算法與農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量模型結(jié)合,更好地對指標(biāo)進(jìn)行篩選,提高評價精度還需在今后的研究中進(jìn)一步探索。

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