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基于熵权灰色关联法的三明市耕地质量评价研究摘要耕地是人类赖以生存的基本资源和条件,保持农业可持续发展首先要确保耕地的数量和质量。本文以三明实验区的耕地为研究对象,选择影响三明市耕地质量的15个评价因素,选用熵权法对各个评价指标赋权,利用灰色关联方法计算三明市耕地质量的关联度,以此对三明实验区11个县市的耕地质量做出评估关键词熵权灰色关联分析三明市耕地0引言土地是人类赖以生存和发展的重要物资基础,人类的一切经济活动和社会活动都与土地有着直接或间接的联系。土地评价是指根据土地的物资生产能力或非物资效用能力的高低对土地质量做出的定性或定量的等级评定1。土地评价在实施科学、合理和可持续的土地利用开发,以取得土地开发利用的最大和最佳综合效益中发挥着重要的基础性作用。迄今为止,国内外学者都十分重视土地评价的研究。研究的方法也是多种多样回归预测分析法、主成分分析法、模糊综合评价法、灰色系统法等。国内外不同的学者采用了不同的方法对不同地区的土地做出了评价。三明市耕地质评价是通过对影响耕地质量的自然条件因素、生态环境因素和社会经济因素的综合分析,采用熵权灰色关联法对三明市11个县市的耕地质量状况进行系统的评价。1研究区概况11自然条件三明市位于福建省中西北部沿海低纬度地区,地理坐标为北纬25292707,东经1162211839。东接福州,南邻泉州,西连龙岩,北毗南平,西北靠赣州。东西宽230多千米,南北长180多千米。土地总面积229万平方千米。山地占总面积82,耕地占83,水域及其他占97,有“八山一水一分田”之称2。三明属于中亚热带季风气候,年平均气温14194,年降水量15001800MM。三明市多丘陵、多山地、多盆谷、河谷平原狭小。其中丘陵、山地、盆谷三类地貌合占总面积的975,平原和水面仅占25,按地貌的成因与形态,可将三明市地貌划分为四种类型流水2地貌、丹霞地貌、喀斯特地貌与其它3。三明市耕地土壤有水稻土和旱地土壤,1986年三明市土壤普查办将三明市耕地土壤分为6个土类,9个亚类,21个土属和99个土种。其中水稻土有3个亚类(渗育型、储育型和潜育型)、10个土属。由于三明市大面积的红壤、黄红壤、黄壤大多发育在花岗岩、流纹岩、砂岩、页岩风化层上,土层深厚,由于气候温和湿润,植被良好,对有机质和氮素的积累有显著作用,因此多数山地土壤养分较好4。12生态环境三明市作为福建重点林区和粮食产区,其农业生态环境有许多有利条件,如气候较优越、国土资源丰富多样、森林覆盖率达767,而且由于地形地貌复杂多样,造就了农业气候区域差异和区域气候多样性,为各地因地制宜发展具有特色的农产品提供了得天独厚的自然环境。但是,三明农业生态仍存在一些薄弱环节,如水土流失严重、耕地资源减少、土壤地力下降以及农业环境污染等。1984年统计三明市全市水土流失面积16747万亩,占土地面积的484。13社会经济三明市共有9县2区1县级市,2010年,全市生产总值(GDP)为97271亿元,首次突破900亿元大关,比上年增长139,增幅比上年提高07个百分点,连续6年保持两位数增长,总量和增幅均居全省第六位。其中,第一产业增加值16498亿元,第二产业增加值48284亿元,第三产业增加值32489亿元,分别增长33、215和94。从三大产业贡献率及拉动情况看,一产贡献率为39,二产贡献率为708,三产贡献率为253,分别拉动GDP增长05个、99个和35个百分点。2研究方法介绍熵权法属客观赋权法,主要是根据各指标提供的信息量计算其权重值。熵是系统无序程度的度量,指标间的值相差越大,其熵值越小,表明提供的信息量及其作用越大,则熵权也越大5。其主要计算步骤包括数据标准化、定义熵、定义熵权,最后计算综合评价指标。灰色关联分析是灰色系统分析的主要内容之一,是以关联计算为基本手段的一种灰色系统分析方法。以此来分析系统中母因素与子因素的关联密切程度,可以判断引起该系统发展的主要和次要因素6。其优点是对原本量的多少和样本有无规律同样适用,且计算量小,比较方便。基本思想是通过对发展变化系统在各个时期有关统计数据的几何关系比较,进行定量描述和比较分析,即通过确定参考数列和若干比较数列3几何形状的相似程度,判断灰色过程发展态势的关联程度,从而确定影响系统发展的优势因素。目前它已广泛应用于农业。工业、环境、交通领域。21数据标准化7为消除由评价指标物理量量纲不同带来的影响,在评价之前需将样本矩阵中各指标无纲量化处理。一般情况下,区划的所有指标可划分为逆向指标和正向指标等。其中值越大越好的指标为正向指标,值越小越好的指标为逆向指标。设M个评价指标、N个评价对象的原始矩阵为AAIJMXNI1,2,M;J1,2,N,对其归一化后得到RRIJMXNI1,2,M;J1,2,N。对于正向指标,标准化的公式为1RINRAXJIJIJ对于值越小越好的成本型指标,标准化的公式为(2)RMINRAXJIJIJ22指标权重的确定1)定义熵在有M个评价指标、N个评价对象的评估问题,第I个指标的熵HI为3N1JIJIILFKH其中(4)N1JIJIJIJXFN2)确定各指标的熵权定义了第I个指标的熵之后,可得到第I个指标的熵权为IW(5)M1IIIH1W,0MIII23灰色关联度模型的建立81)确定数列的最优向量,由于进行对原始数据进行了标准化处理且都转化为正向指标,所以最优向量为84,212211221MNNNMVXVXVXGG式中V为取最大运算符;G为最优向量;第M项指标的最优向量;标准GIJX化之后的指标数据。2)利用灰色关联系数公式计算第J个评价指标与最优向量G的关联系数JX,GXJI(6)IIJKIIIJIIJIIIJKJIGXGXXMAN,式中和分别为两级极小差和两级极大差;分辨系IIJIMNIIJIA数,01,一般取05。3)计算第J个评价对象与最优向量G的关联度RJX(7)MJIIXWR1,24评价标准基于三明市的自然条件,生态环境和社会经济因素,结合三明实验区耕地质量的熵权灰色关联的运算结果,为了更好的反映土地质量的类比特征,设计了一个土地等级划分的3级标准如表1。该表系统的将三明市的耕地质量划分为1类、2类和3类地,其中1类地是耕地质量相对较好的,2类地的耕地质量一般,而3类地的耕地质量较差。表1三明市耕地质量水平分级标准等级第1类第2类第3类评估值(关联度)(07,09)(05,07)(03,05)评语较好一般较差3三明市耕地评价31评价指标选取耕地评价指标选取应遵循主导性、系统性、差异性、动态性、定量性、现实性和5科学性原则原则。首先,随着农业内部产业结构调整及城镇建设发展,耕地数量的减少是不可避免,而三明市宜耕地后备用地数量是十分有限,这就要求我们保证一定的耕地数量,满足国民经济发展对耕地的需求,同时要深挖耕地生产潜力,保证耕地的数量和质量。其次,随着社会经济的发展,生产力的提高,社会经济因素逐渐对耕地质量形成了重要的影响,成为了影响耕地质量的外在因素。最后,在耕地利用过程中资源环境的开发、利用与保护越来越受到人们的关注,随着可持续发展战略的提出,以及人们对自然生态环境越来越多的关注,使得生态环境在耕地评价中的地位越来越突出。因此,耕地等级评价内涵的深度包含三个层次,即自然资源因素、生态环境因素和社会经济因素。根据评价因子选取的原则,选择了自然资源因素包括气候条件、农田水资源盈亏量、坡耕地占耕地总面积比例、耕地保护率和水土协调度、生态环境因素包括耕地水土流失占耕地总面积比例、耕地环境质量指数和耕地产量变动率、社会经济因素包括人均耕地面积、耕地播面亩产、耕地亩产值、耕地经济持续性指数、农户人均收入、社会需求满足度和道路通达度3个方面共15个因子作为福建省耕地资源可持续利用分区及评价的判别因子9。评价指标体系见图1,原始数据见表2。32评价指标数据说明孙小芳在对福建省耕地资源可持续的研究中,从福建省农业厅、统计局和水土保持实验站等单位收集并整理出了影响福建省耕地质量的各项因子,本文从中提取出对三明市耕地质量有较大影响的15项评价因素,并对这15个评价指标做如下说明。321自然资源因素1)气候条件采用10积温;2)农田水资源盈亏量按下式计算农田水资源盈亏量毫米年均降水量一年均农田蒸发量;3)水土协调度按下式计算水土协调度(本区水资源量/全省水资源量)/(本区耕地规模/全省耕地规模)。322生态环境因素耕地水土流失占耕地总面积比例用轻度侵蚀以上面积所占比例表示;2)耕地环境质量指数按下式计算耕地环境质量指数(本区农药单产/全省平均农药单产本区化肥单产/全省平均化肥单产)/2;3)耕地产量变动率按下式计算耕地产量变动率(99年粮食单产一90年粮食单产)/99年粮食单产XL00。三明市耕地质量评价指标体系自然资源因素社会经济因素生态环境因素气候条件农田水资源盈亏量耕地保护率坡耕地占耕地面积比人均耕地面积土地协调度耕地变动产量比率耕地环境质量指数耕地水土流失比耕地播面亩产道路通达度社会需求耕地亩产量农民人均收入耕地经济持续性指数图1三明市耕地质量评价指标体系323社会经济因素61)耕地播面亩产按下式计算耕地播面亩产千克/亩粮食总产量/粮食播种面积;2)耕地亩产值按下式计算耕地亩产值元/亩种植业总产值/耕地统计面积;3)耕地经济持续性指数按下式计算耕地经济持续性指数(9099年区域种植业净产值增长率/(9099年区域人口自然增长率);4)社会需求满足度按下式计算社会需求满足度各评价区域人均粮食/联合国规定的人均基本粮食;5)道路通达度按下式计算道路通达度本区通车里程数/全省通车里程数/本区总面积/全省总面积。33计算分析1)由于本评价中采用的评价指标序列为非时间序列,为了避免原始数据中不同指标的数值尺度相差过分悬殊,以致造成非等“权”情况,必须使各指标数量级基本相同。因此须对表1的参数值作如下归一化处理,处理方法如下气候条件/1000,农田资源盈亏量/1000,坡耕地占耕地总面积/10,耕地保护率/10,耕地产量变动比率/10,耕地播面亩产/100,耕地亩产量/1000,耕地经济持续性指数/10;农民人均纯收入/1000。2)选取的指标有正向指标和负向指标,利用式(1)、式(2)把归一化后的指标数据进行无量纲化处理得到指标的标准化数据如表3所示。采用熵值赋权法,利用公式(3)、(4)、(5)计算得出各指标(气候条件、农田水资源盈亏量、坡耕地占耕地总面积比例、耕地保护率、水土协调度、耕地水土流失比、耕地环境质量指数、耕地产量变动比、人均耕地面积、道路通达度、耕地播面亩产量、耕地亩产量、耕地经济持续性指数、农民人均纯收入、社会需求效益)的权重00668,00672,00681,00670,00666,0067,00662,00655,00665,006JW7,00663,00656,00660,00671,006713)依据标准化后的数据,确定数列的最优向量G(1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1),把最优向量G和标准化后的数据代入公式6,得关联系数矩阵如下所示,把关联系数带入公式(7)得到三明市实验区11个县市的土地质量水平和理想的最优向量G之间的关联度。其关联度如下R07119,05472,04908,05366,06695,06628,05171,04740,05210,04747,05433)060870770507705079590617706943060230333307667107958058980474504191049990451310687306050512703749033331062503333046150365907059056070468704082038220333306641056610629303333046720820810396105279041060436210354803474038820333303574035230370803913037360370871057450613605422085990445506553058440546603333073770341306615053091066150682504257033330728804343071670374204511033903431074550333303917034430416040110631303333061430513105547050550971605931050180681607711051230490104877103903039830557404875064150333305281042034340552904542103822033330386403449073670453806355085250656810398403333045560800806601074331056790494804443089680836405784042050400703333057640333303670539904957107138047520417905366052062941060440333304455043250603304658046380392103945033474)依据以上方法,可以得到三明市各个县市在自然资源因素、生态环境因素和社会经济因素这一准则层上评价指标的权重分别为(气候条件,农田水资源盈亏自然W量,坡耕地占耕地总面积比例,耕地保护率,水土协调度)01991,02003,01982,02029,01995;(耕地水土流失比,耕地环境质量指数,耕地产量变动比)生态W(03320,03340,03340);(人均耕地面积,道路通达度,耕地播面亩产量,社会耕地亩产量,耕地经济持续性指数,农民人均纯收入,社会需求效益)(01428,01412,01430,01415,01422,01446,01447),经过计算可以得到三明市11个县市的耕地质量在自然资源方面、生态环境方面、社会经济方面与理想最优向量之间的关联度为07734,05473,05550,05116,05452,06626,06580,04579,05484,自然R04979,05341)(07158,05317,03876,04819,08374,05631,04125,06407,04752,生态05200,04721)(06658,05539,04890,05784,06868,07060,04604,04135,05211,社会R04383,05807)4结果分析41三明市实验区土地质量区划综合三明市的自然资源因素、生态环境因素与社会经济因素,得出三明市11个县市的土地质量之间的关联度R(07119,05472,04908,05366,06685,06628,085171,04740,05210,04747,05433)。说明11个县市耕地质量水平从高到底的顺序是三明市宁化县大田县永安市建宁县清流县泰宁县将乐县尤溪县明溪县沙县。将关联度与表2中确定的三明市耕地质量水平标准进行比较,可以把三明市11个县市按照土地质量划分为3类(如图1)。由图可以很直观的看出三明市的耕地质量较好,建宁、宁化、清流、永安、大田同属于二等地,泰宁、明溪、沙县、龙溪河将乐属于三等地。单独从自然资源、生态环境、社会经济方面考虑,可以得到三明市11个县市的耕地质量等级分别受自然资源、生态环境和社会经济的影响土地质量得分的排序。从自然资源方面考率(07734,05473,05550,05116,05452,06626,06580自然R,04579,05484,04979,05341),即三明市11个县市的耕地质量水平为三明市大田县龙溪县明溪县将乐县永安县宁化县建宁县清流县泰宁县沙县;从生态环境方面分析07158,05317,03876,04819,08374,05631生态R,04125,06407,04752,05200,04721,即三明市11个县市的耕地质量水平为宁化县三明市沙县大田县永安市泰宁县清流县将乐县建宁县龙溪县明溪县;考虑社会经济的影响06658,05539,04890,05784,06868,社会07060,04604,04135,05211,04383,05807),即各个县市的耕地质量为大田县宁化县三明市建宁县清流县永安市将乐县明溪县龙溪县泰宁县沙县。基于三明市耕地质量水平标准,单独考虑自然资源、生态环境和社会经济,可以得到三明市11个县市在自然资源、生态环境和社会经济影响的耕地质量等级的分布图,如图2,图3,图4所示。由图可以很直观的得到,对于自然资源影响方面泰宁县和沙县的耕地质量较差;明溪县、清流县、尤溪县、将乐县和建宁县在生态环境方面的得分比较低;在社会经济方面,大田的土地质量的等级较好,而明溪县、尤溪县、沙县和泰宁县的耕地质量较差。9图1三明市土地质量等级图2自然资源因素的耕地质量等级图3生态环境因素的耕地质量等级10图4社会经济因素的耕地质量等级5结语熵权灰色关联法是一种将熵权法与灰色关联法有机结合研究方法,熵权法在很大程度上减少了人为主观性对评价过程的干扰,使评价结果能够更为准确地反映区域农业发展客观实际情况。灰色关联法在研究不确定性方面也有其独到的一面。该方法概念清晰,结构简单,计算简洁,评价结果与现实结果基本一致。本文综合考虑三明市的自然资源环境、生态环境和社会经济,选取与三明市耕地质量较为密切的影响因子作为评价指标,构建相对性的评价标准,并用基于熵权灰色关联法对三明地区11个县市进行了土地质量评价分析,最终得到了三明地区耕地质量较好的是三明市区,耕地质量水平一般的是建宁、宁化、清流、永安和大田,而泰宁、将乐、明溪、沙县和龙溪的耕地质量较差。并单独从自然资源,生态环境和社会经济层次对三明市的耕地质量进行了更加深入的研究,得出了三明市耕地分别在自然资源、生态环境和社会经济的影响下的等级划分。三明市耕地质量等级的划分仅仅是停留在理论层面上的划分,虽然有许多研究表明基于熵权的灰色关联分析方法是可行的,并且分析结果更为合理准确。本文缺乏对评价结果正确与否的验证,且基于熵权灰色关联分析法的研究都是将研究所得结果与前人研究结果进行对比分析,继而得出基于熵权灰色关联法在此次研究的可行性,这在很大程度上限制了熵权灰色关联法的应用范围,缺乏行之有效的验证方法似乎成了11熵权灰色关联法的不足。参考文献1倪绍祥,土地类型与土地评价概论M北京高等教育出版社,2006土地评价2TANA1020百度百科OL2011,HTTP/BAIKEBAIDUCOM/VIEW/32613HTM123中国三明政府门户网站OL2005,HTTP/WWWSMGOVCN/ZJSM/SMGK/ZRHJ/200808/T20080818_23944HTM4黄广宇三明市自然资源条件与农业生产布局J三明师专学报,1994,45谢花林,李波城市生态安全评价指标体系与评价方法研究J北京师范大学学报,2004,40(5)7057106徐建华,计量地理学M北京高等教育出版社,20067王永兴乌鲁木齐市城市生态安全动态分析J厦门,集美大学8王才军,游泳等基于熵权灰色关联法的岩溶石漠化区土地质量评价以毕节实验区为例J土地保持研究,2011,1849孙小芳福建省耕地资源可持续利用分区及其评价D福州,福建农林大学,2003表2三明市耕地质量评价指标现状值地区气候条件()农田水资源盈亏量(MM)坡耕地占耕地总面积比例耕地保护率水土协调度道路通达度耕地水土流失比耕地环境质量指数耕地产量变动比率人均耕地面积(亩/人)耕地播面亩产(千克/亩)耕地亩产量(元/亩)耕地经济持续性指数农民人均纯收入(元)社会需求三明市521658581035279377033149698061311901121539114233486129永安市484419406207123868613308896110140452067216783338233366343明溪县4978599639155266386311810453819841722248513760546442985783清流县49499919141054598481470665581044187187211639853683057536宁化县5200962351391802869055088166312626722006212455217862613558大田县5076757187706324285920108614661164925159632385052042788344尤溪县5228658099208235838611041245091284852147527548137223095504沙县615384957103120285412915276706338172278421472357713221507将乐县49839091512221868471450825641084188213791433286142990636泰宁县477310528113213418533031228531293478224416340877323016631建宁县495011194155156485408108380109355561718215060737412870779(数据来源福建省耕地资源可持续利用分区及其评价

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