新疆察布查尔县农业生态系统健康评价

马 鹏 ， 李志忠 ， 靳建辉

（1.福建师范大学 地理科学学院，福建 福州 350007；2.山西运城学院 师范分院，山西 运城 044000；3.福建省亚热带资源与环境重点实验室，福建 福州 350007）

新疆察布查尔县农业生态系统健康评价

马 鹏1，2， 李志忠1，3， 靳建辉1，3

（1.福建师范大学 地理科学学院，福建 福州 350007；2.山西运城学院 师范分院，山西 运城 044000；3.福建省亚热带资源与环境重点实验室，福建 福州 350007）

在县域尺度上，依据研究区农业生产特征和农业生态系统健康内涵建立了评价指标体系，并利用层次分析法确定各项指标的权重，据此对新疆伊犁河谷察布查尔县农业生态系统健康状态进行评价.研究结果表明：最近6年来察布查尔县农业生态系统健康总体良好，并呈现整体优化趋势.但因自然条件和人为因素的影响,评价时段内农业生态系统健康状况有起伏波动变化.其中，因自然灾害的影响，2003年察布查尔县农业生态系统健康状态有所下降，之后健康水平呈现波动上升趋势，并由亚健康向健康发展.

农业生态系统；健康评价；察布查尔县；新疆

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生态系统,农业生态系统结构优化与可持续发展日益受到广泛关注[1].生态系统健康评价是20世纪90年代国际上出现的一个新的研究领域[2]，为各地农业生态系统健康提供了评价的理论、方法以及模型依据.近年来农业生态系统健康研究成为农业生态学研究的热点和前沿领域之一[3].

我国学者在不同尺度上，采用不同指标和指标体系对西部干旱半干旱区以及区内各级区域农业生态系统健康进行了评价.谢花林等[4]在大区域尺度上，对我国西部地区农业生态系统健康进行了评价研究，认为蒙新区处在“恶化”状态，是我国西部地区农业生态系统整体状况最差的区域.王静等[1]在省域尺度上，通过对农业生态系统的分析,建立了农业生态系统健康状况的评价指标、评价标准及综合评估模型,并运用层次分析法对甘肃省农业生态系统健康状况进行了综合评价.李春阳等[5]以内蒙古武川县农田为研究对象,在县域尺度上选择水分、生物量、幅宽等指标,分析了不同作物覆盖下的农田生态健康指数.

新疆地域广阔，土地面积占全国六分之一，占我国西北干旱区面积的一半，光热资源丰富，绿洲农业生产潜力很大，粮食、棉花、甜菜、林果业等在我国农林业生产中具有重要地位.关于新疆农业生态系统研究，季方等[6]从农作物单产、农田防护林网、水利工程建设、盐渍化治理和生活能源等方面，讨论了近40年新疆绿洲农业生态经济系统运行态势.刘绍民等[7]从农业生态经济系统的类型、结构、功能与效率出发,对昌吉市农业生态经济系统进行了分析.本文以新疆伊犁河谷察布查尔县为案例，试图探讨干旱区县域尺度上农业生态系统健康的评价方法，以期对我国干旱区农业生态系统健康研究提供借鉴.

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区概况

察布查尔县是新疆维吾尔自治区伊犁哈萨克自治州直属县之一，位于新疆西天山支脉乌孙山北麓，伊犁河干流以南.地势南高北低，南部为山区、丘陵，中部为倾斜洪积冲积平原，北部为伊犁河谷冲积平原.地理位置位于东经 80°31'～81°43'、北纬43°17'～43°57'之间.察布查尔县属大陆性北温带干旱半干旱气候，热量丰富，光照充足，四季分明，冬春长，冬季寒冷，夏秋短，夏季炎热.北部平原地区的年均气温7.9℃，年均降水206 mm.土地肥沃，水源丰富，适宜农业发展.殷剑虹等[8]研究表明，最近50多年来由于气候变暖，伊犁河谷极端天气气候事件如暴雨洪涝、暴雪、季节性干旱、干热风发生的频率显著增加，并对农业造成严重的影响.

近年来，察布查尔县紧紧围绕本地水土资源优势，努力构建水稻、粮食、亚麻、奶业、肉制品、天山马鹿、棉花、蔬菜等八大产业链，有力地推动了农村产业结构的调整优化.同时，察布查尔县在农业迅速发展中也出现不少新问题，如土地盐渍化、土壤肥力下降、过度开垦造成的草场退化等问题，风沙侵蚀、暴雨融雪洪水侵蚀造成的水土流失问题，化肥农药污染、大水漫灌造成的土壤板结、土壤养分流失等，对当地农业生态系统造成严重威胁或部分破坏，造成一些乡村的农业减产、生产效益降低，农业生态系统健康成为制约当地农业可持续发展的主要障碍.为此，马荣等[9]探讨了察布查尔县土地质量及其可持续利用问题，李志忠等研究了察布查尔县主要农作物生产的经济效益[10].

1.2 评价数据来源

本文农业生态系统健康评价研究所采用的数据，主要选择了2002—2007年伊犁州统计年鉴以及作者在察布查尔县统计局、农业局的调查资料[11]，包括以下指标：农民人均收入、人均粮食产量、粮食单位面积产量、有效灌溉面积等；另外一些评价指标，系根据上述统计数据计算得出，例如经济作物占种植业比重（%）、耕地农业产值（元/hm2）、粮食单产增长率（%）、盐碱地面积比例（%）等.

2 县域尺度的察布查尔县农业生态系统健康评价方法

2.1 健康评价研究现状

县是我国社会经济和农业生产管理最基本的行政区域单元.县域农业系统是指在县域范围内包括农业、林业、牧业及与之相关的土地资源、气候资源及社会经济条件等在内的复杂的人工-自然复合生态经济系统.吕晓红等[12]利用系统工程原理对黑龙江西部甘南县农业生态系统的农林牧结构优化调整问题进行了研究.孙志高[13]等运用层次分析法评价了山东烟台市农业生态系统的健康状况.曹静[14]等运用能值分析方法，选取我国西南山区县和北方省会城郊平原县农业生产过程中的物质“流”进行投入产出全过程比较，发现二者在物质投入水平、投入规模结构、产投水平等方面都存在明显的差异.翟勇等[15-16]从生态农业评价指标体系、评价数学模型等方面构建了县域生态农业评价理论体系，运用层次分析法、专家咨询法确定了评价指标的权重，并对安徽芜湖市郊区、南陵县、芜湖县和繁昌县进行了县域生态系统比较研究，随后又以浙江省德清县为例进行了县域生态农业系统评价研究.胡晓辉[17]等运用能值分析方法对福建省67个县域农业生态系统的发展现状和可持续发展能力进行了定量分析与评价.

上述研究从不同侧面对县域农业生态系统的功能和健康问题进行了分析或评价，虽然各学者所依据的评价分析原则大体一致，但选取的评价指标和评价体系以及评价方法不尽相同，尤其是对农业生态系统健康标准认识差异较大，因此各个研究结果不具有较好的可比性.

2.2 健康评价指标体系

本文采用的县域农业生态系统健康（A）评价指标体系主要由3个项目层（B）、7个评价因素层（C）以及具体的指标层（D）构成.其中，3个项目层包括结构特征、功能特征和抗逆特征，结构特征主要反映农业生态系统的资源状况和生产结构组成；功能特征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；抗逆特征是指农业生态系统运行状态与外部压力或胁迫的关系，以及农业生态系统对自然灾害和社会经济风险的应对能力.7个评价因素层包括资源供应度、结构多样性、耕地生产力、生产效果、经济效益、稳定性和持续力等.指标层是指一个评价因素由哪些具体指标决定，本文选取了14个评价指标.所构建的评价体系见表1.

表1 察布查尔县农业生态系统健康评价指标体系及权重Tab.1The health evaluation index system and weighing of agricultural ecosystem in Qapqal County

2.3 健康评价指标权重确立

确定指标权重的方法很多，主要有灰色关联度法、层次分析法、主成分分析法、人工神经网络法等.层次分析法是由美国运筹学家Saaty于20世纪70年代提出的，由于决策者能够把复杂的问题分解为若干层次和若干因素,在各种因素之间进行简单的比较计算，就可以得出不同因素重要性程度的权重，此方法思路明了，便于操作，因此得到广泛应用[18].

本文通过专家打分、构造判断矩阵、层次单排序、层次总排序，并分别通过一致性检验来确定各层指标权重，见表1.

2.4 健康评价指标的标准值

农业生态系统健康评价指标体系确定以后，还要确立各项指标的健康标准，才能对生态系统的健康状况进行定量评价.武兰芳等[19]在对山东省禹城市农业生态系统健康定量评价中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.王静等[1]在甘肃省农业生态系统健康评价中将健康标准分为5级：健康、较健康、一般、不健康、恶化.孙志高等[13]在山东烟台市农业生态系统健康评价中各指标标度值为9级，总健康标准为5级：恶性循环、脆弱、中等、良好、良性循环.上述研究者对县域农业生态系统健康状态分级主要取决于各地农业生态系统的复杂程度、农业生态系统的时空尺度以及拟判定目标的时间分辨率等.

本文根据实际资料情况，选取了察布查尔县六年的农业经济统计数据，由于评价时间序列很短，本研究重点考察最近几年农业生态系统的年际变化特点.因此，本文参考王静等[1]的分级赋值标准，将察布查尔县农业生态系统健康指标等级划分为：健康、较健康、亚健康、一般、病态，并相应赋值为9、7、5、3、1，见表2.

表2 察布查尔县农业生态系统健康指标标准值Tab.2 The standard value of health evaluating indicator of agricultural ecosystem in Qapqal County

2.5 健康评价模型选取

农业生态系统健康评价模型有总体健康综合指数[20]、多指标综合关联度模型[20]等.根据研究区县域农业生态系统特点和评价时间尺度，在此以系统的年际变化作为评价比较的时间轴，采用加权求和模型进行农业生态系统健康的综合评价，其具体计算公式如下：

公式中，i为年份，j为指标，Wi为i年农业生态系统健康得分值，Aij为当年农业生态系统健康评价第j个指标的属性标准值，Bj为j指标的权重值.依据评价时段各年所得健康得分值与所划分的标准值，就可以得出研究区农业生态系统健康年际变化状况.各分层的健康状况也可据此公式和下一级指标属性值来计算.

3 结果与分析

依据上述统计数据和评价标准值，给察布查尔县农业生态系统健康指标数值的具体赋值见表3.再依据评价指标层的得分情况，利用农业生态系统健康评价加权模型，计算得出察布查尔农业生态系统健康的评价因素层、项目层与目标层的评价结果（见图1，图2，图3）.

3.1 农业生态系统健康指数变化特征

从表3、图1可以看出，察布查尔县农业生态系统总体健康状况在波动变化中稳中有升.各年健康水平排序为：2003＜2002＜2004＜2006＜2005＜2007.除2003年健康状态为一般，2007年为健康外，其余4年的健康状态都属于亚健康状态，且2004、2005、2006年总体健康得分均高于2003.2003年察布查尔县农业生态系统健康水平下落，2004年农业生态系统健康水平快速回升.总体来看，在评价时段内察布查尔县农业生态系统健康水平整体上不断提高，农业生态系统逐步向健康状态发展.

3.2 农业生态系统的结构、功能和抗逆特征

从表3、图2、图3可以看出，察布查尔县农业生态系统的结构特征指数呈现波动上升趋势.其中，结构多样性指标升高表明农业结构的优化调整收到一定效果，但农业结构调整，尤其是农作物种植结构，畜牧业养殖结构的调整受市场因素、农业政策等多方面因素的影响，因而出现年际波动变化；同时结构特征指数变化也与农业资源供应度有关.由于研究区人口不断增加、各种因素造成部分耕地退化，使资源供应度降低也是结构特征出现波动的原因.2007年劳均耕地指标上升，与农村劳动力转移、耕地数量增加有关.

表3 察布查尔县农业生态系统健康评价指标赋值Tab.3 The health evaluating indicator score of agricultural ecosystem in Qapqal County

图1 察布查尔县农业生态系统总健康指数年际变化Fig.1 Annual trend of the ecosystem health index

图2 察布查尔县农业生态系统健康项目层年际变化Fig.2 Annual trend of ecosystem evaluation project

图3 察布查尔县农业生态系统健康评价因素层的年际变化Fig.3 Annual trend of the ecosystem health evaluation factor of Qapqal County

察布查尔县农业生态系统的功能特征指数在2003年受自然灾害的影响有所下降，之后几年持续上升.其中，耕地生产力在2004、2005、2007年上升较快，2006年较2005年变化较小，耕地生产力提高不大（见图2，图3）.如果进一步发掘土地生产力，就要解决土地利用中存在的问题，科学施肥提高土壤肥力，科学灌溉减少土地盐碱化，加大科技投入，使用优良品种等.同时，要控制过度放牧以减少耕地周边天然荒地的退化现象，加大农业生态环境的保护力度.在2004年，研究区农业生态系统的生产效果与经济效果相差较大，但两者都处于上升趋势，说明研究区农业生态经济系统在经历2003年低值变化后，2004年进入恢复调整时期.近年来，农产品市场销售趋好、农业生产结构不断调整，察布查尔县农业生态系统功能特征各项指标显著上升，也说明研究区的农业结构优化起到了明显的效果.

察布查尔县农业生态系统的抗逆特征包含稳定性和持续力两项测度指标.农业生态系统的稳定性受自自然条件和社会经济条件等多方面因素影响.本文选取粮食单产增长率、耕地产值增长率评价系统的稳定性（见表3，图2，图3）.在评价时段内，粮食单产增长率、耕地产值增长率都经历了2003年的大幅下降，2004年大幅上升，2005年、2006年较慢增长，致使稳定性指标得分变化较大.持续力则由于抗灾度、旱涝保收面积比重提高而平稳上升.总之，受稳定性变化大的影响，研究区农业生态系统抗逆特征分值波动也较大.

3.3 2003年和2006年的健康波动

在评价时段内，2003年和2006年研究区农业生态系统健康出现反向波动变化.根据气象观测资料和农业生产统计信息，伊犁河谷2003年4月气温异常偏冷，创有历史记录以来4月份气温的最低值，2003年7月气温异常偏低，是历史上的次低值，仅次于1972年7月的最低值[8].察布查尔县农作物也受此持续低温天气灾害影响，夏季作物大量减产，有些秋季作物甚至绝收，致使农作物产量大幅度减产，使察布查尔县农业生态系统健康评价指标中与农作物产量相关的指标呈现大幅下降，其中稳定性指标下降幅度最大，同时生产效果、经济效益、持续力、耕地生产力指标都有不同幅度下降.因此，2003年农业生态系统出现的异常情况和严重的自然灾害有关.此外，2003年结构特征有所上升，主要因2003年结构多样性指标上升幅度较大，这表明2003年根据自然灾害和农业市场情况，察布查尔县对农业生产结构及时进行了调整，表现在农业土地利用中经济作物面积在农作物总面积中比重提高，同时畜牧业所占农业比重也升高.2003年的低温天气对农业生态系统健康的损害，反映出农业生态系统对自然条件的天然依赖性，尤其是决定农作物生长发育最基本的光、温、水等条件，而这些条件又是非人类可以控制.因此，在自然灾害多发地区，只有不断加强农业灾害预警机制和防灾减灾的基础建设，把自然灾害对农业生产造成的损失降低到最低程度，才能确保农业生态系统健康持续发展.

从图1可知，研究区农业生态系统总体健康水平在2006年较2005年有少许下滑.进一步分析发现，与2005年相比，2006年研究区粮食单产增长率、耕地产值增长率得分都有较大幅度下降，而旱涝保收面积有所增加，其他指标保持不变.由于粮食单产增长率、耕地产值增长率大幅下降，致使2006年稳定性指标得分降低.在经历了2006年的波动之后，到2007年研究区牧业比重、农民人均纯收入、农业产投比、粮食单产增长率等几项指标明显提高，使2007年农业生态系统总体健康指数较2006年显著提高.因此，结合研究区农业资源的优势与存在的问题，针对自然环境和农业生产特点做好防灾救灾工作、加大农业结构优化调整、大力发展特色农业，注重农业生态环境的保护，研究区农业生态系统将发挥更大的生态、经济与社会效益，为察县的社会经济持续发展提供更强有力的支持.

4 结论与讨论

1）从结构、功能、抗逆三个方面建立了察布查尔县农业生态系统健康评价指标体系，利用层次分析法确定了各指标的权重和健康评价的标准.2002—2007年，察布查尔县农业生态系统评价结果表明，健康水平从低到高依次为：2003、2002、2004、2006、2005、2007年.最近6年来，察布查尔县农业生态系统健康状况总体是在不断提高.

2）农业生态系统健康评价研究表明，功能特征中的耕地生产力、经济效益，以及抗逆特征中的系统稳定性和持续力等，受到自然环境条件、土地资源质量、农业产业结构以及市场销售等多方面因素的影响.其中，农业生态环境的保护是不可忽视的，农业生态系统功能和效益的最大发挥离不开优良的生态环境.察布查尔县处于半干旱区，生态环境比较脆弱，在进行农林牧生产时尤其应该注意对农业生态环境的保护.在农业生产过程中，要科学灌溉、适度放牧、合理开发水土资源，做到农林牧各种资源的持续利用，以促进察布查尔县农业生态、经济与社会的持续发展.

3）在评价时段内，2003年较严重的自然灾害使得察布查尔县农业生态系统健康各项指标值降低，农业生态系统健康水平有较明显下降.由于察布查尔县农业产值比重占全县经济总产值近乎一半，而在受全球变化影响区域自然灾害增多的情况下，如何增强农业生态系统的抗灾能力就成为察布查尔县农业经济稳定发展的关键.其次，为确保察布查尔县农业可持续发展，应结合研究区实际情况，根据农业环境和市场规律不断进行农林牧业结构的优化调整，以及农牧业内部种养结构调整，使研究区农业生态系统发挥更大的功能和效益.

4）纵览国内外相关研究，县域农业生态系统健康评价研究和应用实践都较薄弱，本文研究也是初步尝试.其中，在不同时空尺度上选取评价指标、构建评价体系、确定健康标准以及科学的评价方法等尚需深入探讨.农业生态系统是一个复杂的综合系统，县域农业生态系统则是承上启下的农业生产单元，对于自然地理条件、社会经济发展水平有明显差异的地区，农业生态系统评价指标、评价体系和评价方法也应有所不同.如何建立一套完善有效的健康评价体系，寻求更加科学的、符合实际情况的评价方法，仍需要做大量的案例研究.

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The Agricultural Ecosystem Health Assessment of Qapqal County in Yili of Xinjiang

MA Peng1，3，LI Zhizhong1，2，JIN Jianhui1，2
（1.College of Geographical Science in Fujian Normal University，Fu Zhou350007，China；2.Shanxi Normal Branch of Yuncheng University,Yuncheng044000，China；3.Fujian Provincial Key Laboratory of Subtropical Resources and Environment，Fu Zhou350007，China）

Based on the analysis of regional characteristic of agricultural production and the agricultural ecosystem healthy connotation in the county,this paper sets up a system of evaluating and determing the weight of the various indi⁃cators by AHP,and then makes an evaluation of the agricultural ecosystem of Qapqal County located in Yili valley,Xinji⁃ang province.The result shows that the agricultural ecosystem health of Qapqal County is generally good in the past six years,and presents the optimization tendency as a whole.But due to the natural environment and artificial factors,the state of agricultural ecosystem health undergoes ups and downs in the appraisal period of time.The health status of agri⁃cultural ecosystem of Qapqal County declined in 2003 because of the influence of the natural disaster,and then went up in the after years,changing from sub-healthy to healthy.

agro-ecosystem;health evaluation;Qapqal County;Xinjiang

S 181

A

1674-4942（2010）04-0449-07

2010-06-13

国家“十一五”科技支撑计划项目（2007BAC15B07）

黄 澜