本文關(guān)鍵詞：縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第30卷第5期農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)Vol.30No.5；2282014年3月Transactionsof；縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)；高奇，師學(xué)義※，，張琛，張美榮，馬樺薇；（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京10；摘要：全面客觀地評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀；中圖分類號(hào)：X171；X826文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章；0引言?；農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境是一個(gè)由社會(huì)經(jīng)濟(jì)

第30卷 第5期 農(nóng) 業(yè) 工 程 學(xué) 報(bào) Vol.30 No.5

228 2014年 3月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Mar. 2014

縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)

高 奇，師學(xué)義※，張 琛，張美榮，馬樺薇

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083）

摘 要：全面客觀地評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況及發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于維持農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)平衡具有重要意義。基于2001－2010年臨汾市堯都區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量相關(guān)數(shù)據(jù)，從農(nóng)業(yè)自然環(huán)境狀況、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)3個(gè)方面構(gòu)建農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用主成分分析法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了篩選，并采用灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型對(duì)臨汾市堯都區(qū)未來(lái)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。研究結(jié)果表明：堯都區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)總體呈上升趨勢(shì)，質(zhì)量等級(jí)從2001年的“差”變?yōu)?015年的“優(yōu)”；堯都區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況空間差異明顯，不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、農(nóng)業(yè)生態(tài)保護(hù)力度等因素不同，導(dǎo)致全區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境格局分布的差異性以及空間演化的異質(zhì)性；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入子系統(tǒng)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化影響最大，表明了人類活動(dòng)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的顯著影響；針對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不同影響因素的作用力度，堯都區(qū)應(yīng)該開(kāi)展植樹造林活動(dòng)以提高林地指數(shù), 根據(jù)區(qū)域水資源承載力狀況合理加大水資源開(kāi)發(fā)力度, 改善農(nóng)田排水系統(tǒng)，逐步加大生物農(nóng)藥施用量的比重。農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)研究能夠有效地反映生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的演變趨勢(shì)，為區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供一定的決策參考。 關(guān)鍵詞：生態(tài)；農(nóng)業(yè)；模型；評(píng)價(jià)；預(yù)測(cè)；時(shí)空變異 doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2014.05.029

中圖分類號(hào)：X171；X826 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-6819(2014)-05-0228-10 高 奇，師學(xué)義，張 琛，等. 縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(5)：228－237. Gao Qi, Shi Xueyi, Zhang Chen, et al. Dynamic assessment and prediction on quality of agricultural eco-environment in county area[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(5): 228－237. (in Chinese with English abstract)

0 引 言?

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境是一個(gè)由社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然和人類

它是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的基活動(dòng)組成的復(fù)合系統(tǒng)[1-2]，

礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的優(yōu)劣不僅關(guān)系著農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，更影響著人類生活環(huán)境[3-4]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人類進(jìn)步，人類活動(dòng)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的影響日益顯著，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量也處于不斷的動(dòng)態(tài)變化之中，既有朝著有利方向的發(fā)展，也有不斷惡化的趨勢(shì)。因此，開(kāi)展不同區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及其動(dòng)態(tài)變化研究顯得十分必要[5]。只有全面客觀地掌握區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的基本情況，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)做出合理判斷，才能有效地制定與農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境狀況相符合的政策措施，維護(hù)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)平衡。農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)得到了學(xué)界的廣泛關(guān)注，國(guó)外學(xué)者側(cè)重于對(duì)替代方收稿日期：2013-08-07 修訂日期：2014-01-17

基金項(xiàng)目：國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)課題（201111015-04） 作者簡(jiǎn)介：高 奇（1989－），男，安徽省肥西縣人，主要從事土地資源評(píng)價(jià)與利用規(guī)劃方面的研究。北京 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，100083。Email：510537376@qq.com

※通信作者：師學(xué)義（1960－），男，山西省祁縣人，博士，教授，主要從事土地利用規(guī)劃與土地利用工程方面的研究。北京 中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，100083。Email：shixueyi63@163.com?

法、指標(biāo)相互作用、模型選取及影響機(jī)制等方面的研究[6-10]；國(guó)內(nèi)的研究較多地關(guān)注了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益的評(píng)價(jià)，弱化了生態(tài)環(huán)境的作用[11-15]，忽視了對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)空變化的分析。農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的方法與模型較多，目前較多采用權(quán)重評(píng)價(jià)方法（綜合指數(shù)法）[16]、模糊綜合評(píng)價(jià)法[17]、灰色綜合聚類法[18-19]、層次分析法[20-22]、投影尋蹤模型[23]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)模型[24-25]以及基于遙感和地理信息系統(tǒng)的多源數(shù)據(jù)分析模型[26-28]等。但是，目前的大多數(shù)研究主要集中于定時(shí)、定區(qū)域研究，缺乏對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化分析及對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)。

臨汾市堯都區(qū)作為山西省重要的經(jīng)濟(jì)中心，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，近年來(lái)致力于打造生態(tài)宜居型城市。但是，隨著城市化進(jìn)程的加快，人類活動(dòng)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境影響日益明顯，因此，對(duì)臨汾市堯都區(qū)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)研究具有一定的代表意義。本文從農(nóng)業(yè)自然環(huán)境狀況、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)3個(gè)方面構(gòu)建農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用主成分分析法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了篩選，并采用灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型對(duì)臨汾市堯都區(qū)未來(lái)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)，以期為區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供決策參考。

第5期 高 奇等：縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè) 229

1 研究區(qū)概況與評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 研究區(qū)概況

臨汾市堯都區(qū)位于山西省南部，臨汾市中部，地處臨汾盆地中央。地理位置介于東經(jīng)116°05′～111°48′，北緯35°35′～36°20′之間。南北寬47.5 km，東西長(zhǎng)66.5 km，總面積13 073 808 hm2。堯都區(qū)地形由西向東依次是山地、河谷盆地、丘陵三大地形區(qū)相間排列，南北縱貫，大部分地區(qū)海拔在400～1 700 m之間，境內(nèi)地形起伏較大。全區(qū)下轄19個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總?cè)丝?4.4萬(wàn)人，其中農(nóng)村人口37.3萬(wàn)人，占總?cè)丝诘?9.51%。全區(qū)土地資源豐富，土地類型多樣，為全省社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及生態(tài)建設(shè)提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城鄉(xiāng)生活方式的極大改變，耕地不斷減少，人口相對(duì)集中，農(nóng)業(yè)污染日益明顯，全區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境面臨一定的壓力，雖然堯都區(qū)不斷加大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入和環(huán)保力度，但農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境狀況仍不可忽視。堯都區(qū)作為山西省南部重要的經(jīng)濟(jì)中心，其農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況對(duì)于臨汾地區(qū)乃至山西省維持生態(tài)文明形式下的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1.2 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建 1.2.1 指標(biāo)選取

由于農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是1個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，其

評(píng)價(jià)指標(biāo)體系必須覆蓋農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的各個(gè)方面，且能夠有效地反映農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)變化。依據(jù)指標(biāo)選取的完備性、主導(dǎo)性、相對(duì)獨(dú)立性、動(dòng)態(tài)性和可操作性等原則[29]，結(jié)合數(shù)據(jù)的可獲得性，本文嘗試從農(nóng)業(yè)自然環(huán)境狀況、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)3個(gè)方面選取評(píng)價(jià)指標(biāo)，初步選取了30個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于臨汾市統(tǒng)計(jì)年鑒（2001－2011年）、堯都區(qū)統(tǒng)計(jì)年鑒（2001－2011年）、土地變更調(diào)查（2000－2011年）、堯都區(qū)土壤志、農(nóng)業(yè)普查資料等統(tǒng)計(jì)資料和實(shí)地調(diào)查資料。農(nóng)業(yè)自然環(huán)境狀況可以認(rèn)為是農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在自然界系統(tǒng)影響下所處的狀態(tài)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入可以認(rèn)為人類的生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的影響，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)可以認(rèn)為是農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在自然和人類共同影響下的變化趨勢(shì)。

為了進(jìn)一步選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)，本文運(yùn)用主成分分析法對(duì)初選指標(biāo)進(jìn)行篩選，對(duì)不同子系統(tǒng)的主成分進(jìn)行分析，得出各子系統(tǒng)的主成分。具體步驟為：對(duì)各子類指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化并構(gòu)建判別矩陣，利用SPSS19.0軟件計(jì)算矩陣的特征值和方差貢獻(xiàn)率，然后選取累積指標(biāo)達(dá)到85%的指標(biāo)作為主成分來(lái)概括各子系統(tǒng)指標(biāo)的特性。利用主成分分析法篩選后，評(píng)價(jià)指標(biāo)體系共有22個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)（表1）。

表1 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

Table 1 Dynamic evaluation index system of agricultural eco-environmental quality

目標(biāo)層 Target layer

準(zhǔn)則層 Criterion layer

指標(biāo)層 Indicator layer 年日照時(shí)數(shù) 年降雨量 ≥10℃活動(dòng)積溫

農(nóng)業(yè)自然環(huán)境

狀況

林地覆蓋率 土地有機(jī)質(zhì)含量 水域指數(shù) 土壤速效鉀含量 土壤全氮含量 人均耕地量 農(nóng)田灌溉保證率

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)

環(huán)保投資率

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入

土地墾殖指數(shù) 農(nóng)藥使用強(qiáng)度 單位面積化肥使用量 水資源開(kāi)發(fā)度 農(nóng)田退化率 水土流失面積

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境

響應(yīng)

土壤侵蝕模數(shù) 農(nóng)灌水污染指數(shù) 大氣質(zhì)量污染指數(shù) 農(nóng)業(yè)單位面積產(chǎn)值 生物廢棄物再利用系數(shù)

指標(biāo)解析

Analysis of indicators 表征農(nóng)業(yè)自然環(huán)境的光照條件 表征農(nóng)業(yè)自然環(huán)境的降雨條件 表征農(nóng)業(yè)自然環(huán)境的溫度條件 表征農(nóng)業(yè)自然環(huán)境的生態(tài)脆弱度

表征土壤自然肥力狀況 表征農(nóng)業(yè)自然環(huán)境的灌溉潛力狀況 表征土壤營(yíng)養(yǎng)元素（以鉀代表）含量狀況

表征土壤氮元素含量狀況 表征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耕地資源狀況 表征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的灌溉滿足程度 表征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中環(huán)境保護(hù)力度 表征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中土地利用率 表征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)的污染程度 表征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)土壤質(zhì)量影響狀況 表征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程水資源利用效率

表征農(nóng)田系統(tǒng)被破壞程度 表征水土保持面臨的壓力 表征土體受到破壞程度 表征農(nóng)業(yè)用水的污染情況 表征農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境空氣質(zhì)量 表征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)能力 表征農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境代謝能力

權(quán)重 Weight 0.051 0.045 0.048 0.082 0.028 0.034 0.021 0.023 0.044 0.058 0.077 0.036 0.054 0.044 0.028 0.062 0.054 0.035 0.048 0.039 0.028 0.061

指標(biāo)趨向 Indicator tend

正 正 正 正 正 正 正 正 正 正 正 正 逆 逆 正 逆 逆 逆 逆 正 正 正

1.2.2 權(quán)重確定

確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重可以采用特爾斐法、層次分析法、熵權(quán)法等方法，但是特爾斐法和層次分析法人為主觀性較強(qiáng)，本研究運(yùn)用熵權(quán)法來(lái)確定各評(píng)價(jià)

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農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2014年

指標(biāo)的權(quán)重，并采用信息熵的概念來(lái)描述指標(biāo)權(quán)重，減少了不可控因素引起的不確定性，具有科學(xué)公正和無(wú)偏好的優(yōu)點(diǎn)。

設(shè)有m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，n個(gè)被評(píng)事物，定義第j

個(gè)指標(biāo)的信息熵為Hj，其權(quán)重為Wj，計(jì)算公式為：

rij1Pij?n，K? （1）

lnn

?rij

i?1

?Xt(0)(2)??(0)?X(3)?

（5） YN??t

?...??(0)?

()XN???t?

式中：B為新數(shù)據(jù)列的累加矩陣；YN為常數(shù)向量；

N為新數(shù)據(jù)列的元素個(gè)數(shù)。 2.1.3 求解灰色參數(shù)

運(yùn)用最小二乘法計(jì)算灰色參數(shù)，計(jì)算公式為：

??[?,u]T?(BTB)?1BTYN （6） ?

Hj??K?PijlnPij （2）

i?1

n

Wj?

1?Hjm??Hj

j?1m

（3）

式中：rij為第i個(gè)被評(píng)事物第j個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，

為使lnPij有意義，一般約定：當(dāng)Pij=0時(shí)，PijlnPij=0。

?為所求的灰色參數(shù)；α和u為待求參數(shù)，式中：?

BT為累加矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣。 2.1.4 建立預(yù)測(cè)公式

構(gòu)建時(shí)間函數(shù)：

?(1)(t?1)?(X(0)(1)?u?u?u （7） X

??

2 預(yù)測(cè)方法及評(píng)價(jià)過(guò)程

考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)值變化的模糊不確定性，本研究

采用灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)2011－2015年的變化值進(jìn)行預(yù)測(cè)，進(jìn)而達(dá)到縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)的效果。 2.1 灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型建模機(jī)理

灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型是對(duì)時(shí)間序列累加后用微分?jǐn)M合法構(gòu)建的單變量的一階常系數(shù)微分方程，它以指數(shù)形式為基礎(chǔ)，確定觀測(cè)初始值為定積分常數(shù)。該方法能夠?qū)﹄s亂無(wú)序的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將缺失數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算進(jìn)行補(bǔ)充，對(duì)于結(jié)構(gòu)關(guān)系和運(yùn)行機(jī)制不明晰的對(duì)象、過(guò)程系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)�；疑到y(tǒng)GM(1,1)模型建立過(guò)程如下[30-31]：

2.1.1 原始數(shù)據(jù)列累加生成

對(duì)原始數(shù)據(jù)列X(0)={X(0)(1), X(0)(2),…, X(0)(3)}做一次累加生成，得到新數(shù)據(jù)列X(1)={X(1)(1), X(1)(2),…, X(1)(n)}，計(jì)算公式為：

將灰色參數(shù)帶入時(shí)間函數(shù)，并做一次累減生成，得到預(yù)測(cè)公式為：

?(0)(t)?(X(0)(1)?u)(1?e?)e?e??(t?1) （8） X

?

?(1)(t?1)為累加數(shù)據(jù)列中t+1個(gè)預(yù)測(cè)值，式中：X

?(0)(t)為評(píng)價(jià)指標(biāo)第t個(gè)預(yù)測(cè)值。 X

2.1.5 模型診斷

為了保證模型的可靠性，必須對(duì)模型進(jìn)行診斷。本研究采用的診斷方法是先計(jì)算指標(biāo)數(shù)據(jù)的離

進(jìn)而計(jì)算后驗(yàn)比C及小誤差概率P。差S1和殘差S2，

根據(jù)后驗(yàn)比C及小誤差概率P分析模型的可靠性，當(dāng)P＞0.95和C＜0.35時(shí)，認(rèn)為該模型可以對(duì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

S??[X(0)(t)?21

t?1

22

m

(0)

(t)]2 （9）

(0)1m(0)

[()(t)]2 （10） S?Xt?X?m?1t?1

X(1)(t)??X(0)(k) （4）

k?1

t

P?|X(0)(t)??

C=S1/S2 （11）

(t)|?0.6745S1? （12）

式中：X(k)為原始數(shù)據(jù)列中第k個(gè)數(shù)值；X(t)為

新數(shù)據(jù)列中第t個(gè)數(shù)值。

2.1.2 構(gòu)造累加矩陣和常數(shù)向量

1(1)??(1)?X?X((1)(2))1??2??

1(1)(1)??(X(1)?X(2))1???， B?2??

......??

?1(1)?(1)

??(X(N?1)?X(N))1??2?

(0)(1)

式中：S1為數(shù)據(jù)列離差；S2為數(shù)據(jù)列殘差；C為后

驗(yàn)比；P為小概率誤差；X(0)(t)為預(yù)測(cè)后第t個(gè)數(shù)據(jù)值；X

(0)

(t)為預(yù)測(cè)數(shù)列前t個(gè)數(shù)據(jù)的均值。

2.2 動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)過(guò)程

本研究采用農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)對(duì)臨汾市堯都區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行描述，計(jì)算過(guò)程為：

2.2.1 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

Xij?minXj

Sij? （13）

maxXj?minXj

第5期 高 奇等：縣域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè) 231

Sij?

maxXj?XjmaxXj?minXj

（14）

式中：Xij為第i年第j個(gè)指標(biāo)實(shí)際值；Sij為其標(biāo)準(zhǔn)化值；max Xj和min Xj分別為第j個(gè)指標(biāo)的最大值

為正向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式，式（11）和最小值。式（10）

為負(fù)向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式。 2.2.2 計(jì)算綜合指數(shù)

E??Wj?Sij （15）

j?1

式中：E為農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)；Wj為指標(biāo)j的權(quán)重；Sij為評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。綜合指數(shù)處于0至1之間，其值越小，說(shuō)明農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量越差。

2.3 劃分質(zhì)量等級(jí)

參照《中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》，依據(jù)評(píng)價(jià)的綜合指數(shù)和相關(guān)研究[32-33]將臨汾市

劃分結(jié)果堯都區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量劃分為5級(jí)，

如表2所示。

n

表2 臨汾市堯都區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)

Table 2 Agricultural eco-environmental quality level in Yaodu District of Linfen City

質(zhì)量等級(jí) 綜合指數(shù) Quality Comprehensive level index 劣

0≤E＜0.4

等級(jí)含義

Means of level

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)殘缺不全，服務(wù)功能完全喪失，土地退化非常嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境受損程度大，資源消耗過(guò)度，農(nóng)業(yè)環(huán)境污染嚴(yán)重，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平落后，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的恢復(fù)與重建非常困難，生態(tài)災(zāi)害經(jīng)常發(fā)生 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)破壞較大，服務(wù)功能退化且不全，土地退化較為嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境受損程度相對(duì)較大，資源消耗與環(huán)境污染比較嚴(yán)重，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平相對(duì)落后，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的恢復(fù)與重建比較困難，生態(tài)災(zāi)害較多

差 0.4≤E＜0.55

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)一些變化，服務(wù)功能有一定程度的退化但尚可維持基本運(yùn)作，土地退化比較明顯，生態(tài)

中 0.55≤E＜0.65 環(huán)境受到一定程度的破壞，資源消耗與環(huán)境污染較為明顯，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平呈現(xiàn)良好趨勢(shì)，生態(tài)災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)雖遭破壞但仍可恢復(fù) 良 0.65≤E＜0.8 優(yōu) 0.8≤E≤1.0

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基本完善，服務(wù)功能良好，土地退化情況不明顯，生態(tài)環(huán)境受損程度較小，資源消耗與環(huán)境污染不明顯，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，生態(tài)災(zāi)害不大，且可以得到及時(shí)控制和預(yù)防

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常完整，服務(wù)功能很好，沒(méi)有土地退化情況，生態(tài)環(huán)境幾乎沒(méi)有受損現(xiàn)象，資源充足，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高，沒(méi)有生態(tài)災(zāi)害，達(dá)到自然社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的理想狀態(tài)

3 結(jié)果分析

運(yùn)用上述評(píng)價(jià)方法計(jì)算臨汾市堯都區(qū)2001－2010年農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)和各評(píng)價(jià)子系統(tǒng)的綜合指數(shù)，將各子系統(tǒng)綜合指數(shù)作為預(yù)測(cè)基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)，運(yùn)用灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型預(yù)測(cè)未來(lái)5 a的值。（表3）預(yù)測(cè)過(guò)程中經(jīng)過(guò)多次殘差序列分析，運(yùn)用后驗(yàn)比和小誤差概率對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，直至滿足預(yù)測(cè)精度要求為止。

表3 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)子系統(tǒng)綜合指數(shù)預(yù)測(cè)結(jié)果

Table 3 Prediction results of comprehensive index of agricultural eco-environmental quality subsystem

農(nóng)業(yè)自然環(huán)境狀況

Natural environmental of agriculture 實(shí)際值 Actual value

擬合值 Fitted value

誤差 Error/%

質(zhì)量等級(jí) Quality level

差 差 差 差 差 差 差 差 中 中 中 中 中 中 中

實(shí)際值A(chǔ)ctual value

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入

Agricultural production inputs

擬合值Fitted value

誤差 Error/%

質(zhì)量等級(jí)Quality level

差 差 中 中 中 良 良 良 良 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu) 優(yōu)

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)

Response of agricultural eco-environment 實(shí)際值A(chǔ)ctual value

擬合值 Fitted value

誤差 Error/%

質(zhì)量等級(jí)Quality level

中 中

年份 Year

2001 0.5147 0.5147 0.4879 0.4879 0.6054 0.6054

2002 0.5024 0.5049 ?0.5048 2003 0.5187 0.5178 0.1724 2004 0.5207 0.5171 0.6990 2005 0.5312 0.5284 0.5326 2006 0.5217 0.5225 ?0.1493 2007 0.5427 0.5465 ?0.7031 2008 0.5438 0.5473 ?0.6373 2009 0.5521 0.5521 ?0.0055 2010 0.5347 0.5314 0.6087 2011 0.5501 0.5521 ?0.3626 2012 0.5671 0.5634 0.6524 2013 — 0.5765 — 2014 — 0.5915 — 2015 — 0.6088 —

0.5154 0.5404 ?4.8491 0.5569 0.5708 ?2.4978 0.6021 0.6029 ?0.1396 0.6457 0.6369 1.3662 0.6984 0.6727 3.676 0.7358 0.7106 3.4262 0.7647 0.7506 1.846 0.7847 0.7928 ?1.0356 0.8097 0.8375 ?3.427 0.8794 0.8846 ?0.5913 0.9201 0.9344 ?1.5542 — 0.9870 — — 1.0000 — — 1.0000 —

0.5783 0.5804 ?0.3701

0.5421 0.5257 3.0241 差 0.5328 0.5415 ?1.6381差 0.5874 0.5965 ?1.5450.6214 0.6245 ?0.50390.6421 0.6456 ?0.5377

中 中 中

0.6741 0.6729 0.1799 良 0.7004 0.6957 0.6658 良 0.7351 0.7206 1.9753 良 0.7501 0.74203 1.0759 良 0.7694 0.77208 ?0.3483

良

— 0.8034 — 優(yōu) — 0.83602 — 優(yōu) — 0.86996 —

優(yōu)

P→（趨近于）1.0000；C=0.1374

P→（趨近于）1.0000；C=0.1867 P→（趨近于）1.0000；C=0.1772

232

農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2014年

3.1 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量時(shí)間變化

3.1.1 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體變化分析

2001－2010年，臨汾市堯都區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)總體呈優(yōu)化趨勢(shì)，從表4可以看出綜合指數(shù)從0.5352上升至0.7044，質(zhì)量等級(jí)由2001年的“差”變?yōu)?010年的“良”。農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重要性日益受到全區(qū)的重視，“汾河流域水污染防治”等一系列污染防治項(xiàng)目的逐步啟動(dòng)，固體廢棄物無(wú)害化處理廠、污水處理廠等環(huán)保基礎(chǔ)設(shè)施相繼建成投入使用，以及農(nóng)業(yè)發(fā)展方式的不斷轉(zhuǎn)變，使得全區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量不斷好轉(zhuǎn)。但是可以看出，堯都區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)仍然處于較低水平，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境仍然面臨一定壓力，土地資源退化、農(nóng)業(yè)污染和水土流失等問(wèn)題仍十分嚴(yán)峻。

按照農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢(shì)，根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果可知，堯都區(qū)2011－2015年農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況不斷優(yōu)化，不會(huì)出現(xiàn)一系列嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題。堯都區(qū)不斷采取積極措施改善全區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境狀況，使得2015年農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量等級(jí)達(dá)到“優(yōu)”水平，但是農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)仍然小于0.9，表明全區(qū)仍然需要采取措施對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量加以調(diào)控和改善。

表4 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果

Table 4 Dynamic evaluating results of agricultural

eco-environmental quality

年份 Year

實(shí)際值 Actual value

擬合值 Fitted value

誤差 Error/%

質(zhì)量等級(jí) Quality level

差 差 差 中 中 中 中 良 良 良 良 良 良 優(yōu) 優(yōu)

2001 0.5352 0.5352

2002 0.5317 0.5261 1.0528 2003 0.5394 0.5456 ?1.154 2004 0.5524 0.5659 ?2.4373 2005 0.5886 0.5869 0.2907 2006 0.6146 0.6087 0.9492 2007 0.6411 0.6313 1.5138 2008 0.6617 0.6548 1.0466 2009 0.6799 0.6791 0.1129 2010 0.6940 0.7044 ?1.495 2011 0.7278 0.7306 ?0.3847 2012 0.7536 0.7577 ?0.5441 2013 — 0.7859 — 2014 — 0.8151 — 2015 — 0.8454 —

P→（趨近于）1.0000；C=0.1295

3.1.2 農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)子系統(tǒng)變化分析

農(nóng)業(yè)自然環(huán)境狀況變化分析。2001－2010年，堯都區(qū)農(nóng)業(yè)自然環(huán)境狀況總體呈穩(wěn)定趨勢(shì)，沒(méi)有發(fā)生明顯變化，農(nóng)業(yè)自然環(huán)境狀況等級(jí)處于“差”水平。堯都區(qū)處于泰岳山脈和呂梁山脈之間，丘陵和

臺(tái)地在土地總面積占有較大比重，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自然條件較為不利。堯都區(qū)屬于暖溫帶大陸干旱疾風(fēng)氣候，年平均氣溫較低，年平均降水不足500 mm，使得農(nóng)作物的自然生長(zhǎng)條件較差。同時(shí)，堯都區(qū)土壤質(zhì)量較為貧瘠，水資源缺乏，在一定程度上限制了全區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力。可以看出，堯都區(qū)農(nóng)業(yè)自然環(huán)境狀況較差主要是由于其地理位置和氣候條件決定的，短期內(nèi)難以明顯改善。未來(lái)幾年，臨汾市堯都區(qū)加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，致力打造生態(tài)農(nóng)業(yè)，全區(qū)將采取一系列積極措施改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益。這一階段，土壤質(zhì)量得到有效改善，水資源得到一定程度的開(kāi)發(fā)，可能會(huì)引起全區(qū)農(nóng)業(yè)自然環(huán)境狀況的一定改善。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)

2011－2015年全區(qū)農(nóng)業(yè)自然環(huán)境狀況有了果可知，

微弱改善。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入變化分析。2001－2010年，堯都區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入呈明顯的上升趨勢(shì)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入指數(shù)從0.4879上升至0.8097，等級(jí)由2001年的“差”變?yōu)?010年的“優(yōu)”。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，堯都區(qū)持續(xù)加大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的投入，加大水利設(shè)施建設(shè)和水資源開(kāi)發(fā)力度，加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染的治理，有效地改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的環(huán)境效應(yīng)與生態(tài)價(jià)值�？梢钥闯觯趫蚨紖^(qū)采取的一系列積極措施作用下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入指數(shù)顯著增加，對(duì)于全區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的改善具有重要的促進(jìn)作用。2011－2015年，隨著堯都區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入的不斷加大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入指數(shù)進(jìn)一步增加。依據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果可知，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入等級(jí)仍然處于“優(yōu)”水平，但農(nóng)

。 業(yè)生產(chǎn)投入指數(shù)增加至1（滿分）

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)變化分析。2001－2010年，堯都區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)總體呈上升趨勢(shì)，其等級(jí)由“中”轉(zhuǎn)變?yōu)椤傲肌薄？梢苑譃?個(gè)發(fā)展階段：2001－2004年，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)呈下降趨勢(shì)，這一階段是堯都區(qū)工業(yè)化和城市化迅速發(fā)展時(shí)期，城市擴(kuò)張速度加劇，工業(yè)污染和農(nóng)業(yè)面源污染等污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，不合理地利用方式加劇了農(nóng)田退化和水土流失，使得農(nóng)田大氣質(zhì)量下降，農(nóng)灌水污染指數(shù)進(jìn)一步上升，使得農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境面臨嚴(yán)重的水平，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)不斷降

2005－2010年，低，其等級(jí)由“中”退化為“差”；

農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)不斷上升，隨著堯都區(qū)生態(tài)功能區(qū)劃和土地利用總體規(guī)劃的逐步實(shí)施，嚴(yán)格地限制了土地利用方式，緩解了人類活動(dòng)對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的破壞，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，農(nóng)業(yè)污染防治和生態(tài)防護(hù)的投入持續(xù)加大，極大地緩和了全區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境面臨的威脅，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境響應(yīng)指數(shù)不斷上升，其等級(jí)由“中”變?yōu)椤皟?yōu)”。

　

　

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