滹沱河山区县域农业生态系统健康评价

赵鹏宇，崔 嫱，冯文勇，步秀芹，郑庆荣，徐学选

（1.忻州师范学院 旅游管理系，山西 忻州034000；2.广西壮族自治区环境保护科学研究院，南宁530000；3.忻州师范学院 地理系，山西 忻州034000；4.中国科学院 水利部 水土保持研究所，陕西 杨凌712100）

农业生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，也是为人类提供食物的主要系统，因此日益受到广泛关注。各学者［1－5］在综合前人的研究基础，提出了较为完整的农业生态系统健康内涵，即具有良好的生态环境、健康的农业生物、合理的时空结构、清洁的生产方式，以及具有适度的生物多样性和持续农业生产力的一种系统状态或动态过程。目前，农业生态系统健康研究主要集中于评价方法、影响因子等方面［6－8］，滹沱河山区处于半湿润向半干旱过渡气候带，区域内农业生态环境因子差异较大［9－10］，在县域尺度上农业生态管理水平也表现出差异性［11］，有必要对县域农业生态系统状况进行健康状况评价，从而促进该地区农业可持续发展。

1 滹沱河山区概况与研究方法

1.1 滹沱河区农业概况

滹沱河山区包括忻州市的繁峙、代县、原平、五台、定襄、忻府区六区县，根据2012年统计资料，该区共有耕地26.2万hm2，播种面积为22.6万hm2，灌溉面积为11.6万hm2，旱涝保收面积为6.9万hm2，化肥用量折纯为6.9万t，粮食产量为95.4万t。总人口为199.8万人，其中非农业人口87.3万，农业人口112.5万，地区生产总值为397.7亿元，其中第一产业增加值为41.2亿元，该区是忻州市农业经济较为发达的区域。忻州市共有28处万亩以上灌区，其中有25处分布在滹沱河区。滹沱河灌区是新中国成立后山西省兴建的第一座大型灌区，也是忻州唯一的大型灌区，位于忻定盆地腹部，总面积约512km2，在占全市4.7%的种植面积上，产出了占全市9.4%的粮食。作物种植以粮食作物为主，经济作物为辅。滹沱河区是忻州市乃至全省的主要商品粮、蔬菜、牛奶生产基地。但近年来，由于人们对土地掠夺式的开采，不合理的利用，导致该区农业生态系统状况愈来愈恶化，对农业的可持续发展产生了巨大影响。

1.2 研究方法

本研究通过建立农业生态系统健康评价指标体系，并确定各指标判断标准构建评价模型。采用综合评判法：农业生态系统各层次及其总体健康综合指数的计算方法是从基层到高层，直到最后复合成一个具体的数值，其数学表达式为：

式中：H——农业生态系统健康综合指数，用来表征农业生态系统健康的状态；Wi，Wij——不同层次评价指标权重系数；Gij——不同层次评价指标的得分数值。在该评价模型中，由于生态系统健康评价中各个方面和各个指标的重要性和贡献率是不一样的，应用层次分析法（AHP）并参考专家的意见确定了指标体系的权重。经构造判断矩阵、层次总排序和一致性检验后，得到指标体系中的总排序权重值。再利用各指标的总排序权重值除以该指标所属层次下的各指标总排序权重之和，得到各层次下各指标的最终权重值。

2 农业生态系统健康评价指标体系构建

滹沱河山区农业生态系统的评价应以该地区生态类型为基础，遵循科学性与实用性相结合、系统性与层次性相统一、静态性与动态性相结合原则，参照中国科学院地理科学与资源研究所武兰芳［12］、北京林业大学谢花林等［13－14］的评价体系，选取能反映该地区生物环境和社会经济特征的指标，主要由系统结构、生产功能和抗逆功能3个方面组成。系统结构指标主要反映农业生态系统的资源状况和生产结构组成；生产功能指标主要是根据系统产出功能来评价农业生态系统对受益者目标要求的满足程度，即系统提供产品的能力和效率；抗逆功能指标是指农业生态系统运行状态与外部压力或胁迫的关系，及农业生态系统对自然灾害和社会经济风险的应对能力。

鉴于农业生态系统的服务功能是实现经济效益、社会效益和生态效益的协调发展，根据我国农业生产的实际水平与条件，参照我国农村小康社会标准和生态县建设标准，采用专家评判标准赋值法，提出滹沱河山区农业生态系统健康评价的参考标准，并将健康标准分为不健康、亚健康和健康3种状态，在这3种状态下各指标的属性判断值分别是1，5，10。特别说明的是，对于稳定性指标，暂且认为健康和不健康两种状态，只要粮食单产和耕地产值不减产或不降低就视为健康，否则为不健康（表1）。

本研究所涉及度量层指标值主要基于以下途径获取：（1）人均耕地、劳均耕地、养殖业占农业比重、经济作物占种植业比重、耕地粮食产量、耕地农业产值、人均占有粮食、农民人均纯收入、粮食单产增长率、耕地产值增长率等指标直接或经简单计算来源于忻州市统计年鉴（2011年）、走向富裕文明的忻州—忻州60年发展回顾及滹沱河区6县历年农村经济统计资料；（2）有效灌溉面积比例、旱涝保收面积比例、盐碱地面积比例来源于2010—2011年的忻州农田水利统计年报；（3）标准化生产环境达标率、工业辅助能利用效率、光能利用率、工业辅助能投入等指标根据学术论文和科研报告相关公式计算后获取。

3 滹沱河山区农业生态系统健康评价

从表3可以看出，在农业生态系统的结构健康方面，各县排名次序为繁峙＞原平＞代县＞忻府区＞定襄＞五台。其中繁峙最大为8.101，其次原平为7.663。繁峙、原平之所以数值较高，这是因为从资源可供性的两个指标人均耕地和劳均耕地来看，繁峙、原平分别为：0.176，0.609hm2和0.155，0.547hm2，土地承载度较高，资源可供性健康分值为10分，达到健康状态。从资源可取性来看定襄要大于其他区县，这与其境内分布着较多的灌区密切相关。从结构多样性来看，繁峙达到大最值8.497，养殖业占农业比重达到53.9%，达到亚健康向健康水平过度状态，而传统农业区定襄比重仅为12.7%，处于不健康水平。总的来看定襄、五台农业生态系统的活力处在不健康向亚健康过度的状态，其成因又具有差异性，五台的短板在于资源可供性受到限制，人均耕地面积约为滹沱河山区平均值的60.3%。而定襄的短板在于结构多样性较差，80%以上的农业产值来源于粮食生产。因此，对于五台农业生态区要保护好耕地资源，进行集约化生产。对于定襄要充分利用农业区位优势大力发展养殖业和经济作物，避免单一的粮食生产功能，促进农业结构的调整，从而增强农业生态系统的活力。

表1 滹沱河山区农业生态系统健康评价指标体系［12－14］及其评判标准

表2 滹沱河山区县域农业生态系统健康评价指标权重及现状情况得分

在农业生态系统的功能健康方面，各县排名次序为定襄＞原平＞忻府区＞五台＞代县＞繁峙。其中定襄最大为5.835，原平和忻府区也接近于5。从耕地生产力来看，定襄、原平、忻府区处于忻州盆地腹地，区域内水利设施发达，进而表现为农业生产力较为发达。从生产效果来看，该区域人口集中、工农业经济较为发达，水利灌溉和农业机械化程度较高，最终表现为生产效果较高，而五台、代县、繁峙大部分面积分布于滹沱河河谷两侧的丘陵、低山地区，水土流失较为严重，农业生产基础薄弱，加之山区交通受限，农业生态系统的生态生产力和经济生产力均受到限制。因此，对于五台、代县、繁峙应该注意保护现有耕地资源，在生态环境保护规划、小流域综合治理中，重视农业生产力的提升，注重协调农林牧业发展，重视粮食生产，提高农民收入。从生态效率来看，工业辅助能利用效率较低，县域表现差异并不大，而光能利用率表现为盆地区大于低山、丘陵区，这与盆地区快速发展的设施农业密切相关。

表3 滹沱河区农业生态系统健康指数

在农业生态系统的抗逆健康方面，各县排名次序为五台＞原平＞繁峙＝代县＞忻府区＞定襄。从耕地生产力来看，工业辅助能投入表现为盆地区大于低山、丘陵区，盆地地区是典型的农业高投入高产出区。从稳定性来看，6区县粮食单产增长率和耕地产值增长率均大于0，处于健康水平。从抗灾力来看，除五台、在原平外，其余4区县均处于不健康水平。综合分析表2数据，抗逆特征差异主要与工业辅助能投入和盐碱地面积比例有关。

从综合健康综合指数来看，五台农业生态系统处于不健康状态，其分值＜5；代县农业生态系统处于接近于亚健康状态，其分值接近于5；繁峙、忻府区、原平、定襄农业生态系统处于亚健康状态，10＞分值＞5（表3）。综合健康指数的差异主要表现在系统结构和生产功能两方面：从系统结构来讲，2010年五台县的人均耕地面积为0.076hm2，仅为其余5区县平均值的一半，滹沱河区共有万亩以上灌区25处，而五台县仅有其中2处，且为0.067～0.333万hm2量级，有效灌溉面积为仅为1 960 hm2（表4），资源可供相应受到限制，因此结构健康指数较低，农业生态系统健康受到来自人类与环境压力更大。从生产功能来讲，由于农业区位条件的优势，忻定原盆地自古农业发达，水肥气热条件较好，粮食单产较山区高出1.2倍多。因此，生产功能平原区与山区表现出巨大差异，最终体现在农业生态健康上。

表4 滹沱河山区万亩以上灌区概况

通过上面的分析可知，滹沱河山区农业生态系统健康要达到健康这一标准，还需要做大量的工作来全面提升农业生态系统的质量，如开展生态农业规划，针对现状农业生态系统健康评价中暴露的结构健康、功能健康和抗逆健康的问题，加大投入，进行生态恢复和重建时来提升该地区农业生态系统的健康水平。

4 结 论

（1）根据生态系统健康的内涵和滹沱河山区农业生态系统的特点，结合已有研究成果，从农业生态系统的结构、功能和抗逆3个方面选取了人均耕地、劳均耕地、有效灌溉面积比例、标准化生产环境达标率、养殖业占农业比重、经济作物占种植业比重、耕地粮食产量、耕地农业产值、人均占有粮食、农民人均纯收入、工业辅助能利用效率、光能利用率、工业辅助能投入、粮食单产增长率、耕地产值增长率、旱涝保收面积比例、盐碱地面积比例17个指标，构建了滹沱河山区农业生态系统健康的评价指标体系。

（2）滹沱河山区6个区县的农业生态系统综合健康评价的最后结果为：处在不健康状态的是五台县；处在亚健康状态的是繁峙、忻府区、原平、定襄；代县农业生态系统处于接近于亚健康状态，它们的排名次序为原平＞繁峙＞定襄＞忻府区＞代县＞五台。

（3）农业生态系统健康应是结构健康、功能健康和抗逆健康的问题等的综合体，单方面的评价虽然较好，但由于其复合性，最终的评价结果未必是健康的。存在相互关联性，其共同作用导致综合生态系统健康的结果。

（4）本文仅在县域尺度上对滹沱河山区农业生态系统的健康状况进行评价，受多方面因素的影响，所对照建立的指标体系还存在一定的局限性，有待进一步完善。以后将进一步研究探讨该地区农业生态系统健康的动态变化，希望此项研究有助于改善滹沱河山区农业生态系统的管理水平。

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