基于熵值法的县域耕地利用效益定量评价

谷秀兰　黄朝明　栾乔林　韦仕川

摘要：耕地利用效益需从综合和整体的角度进行定量评价。以海南省屯昌县为研究区域，构建包含1个目标层、3个子目标层、21个指标层的耕地利用效益评价指标体系，从经济、社会、生态方面对1994—2011年该区域的耕地利用效益进行评价。采用熵值法确定指标权重，并对指标进行标准化处理，在此基础上利用数量分析模型对研究区域耕地利用的经济效益、社会效益、生态效益、综合效益进行评价，并利用协同理论分析耕地利用系统的协调程度。评价结果表明，1994—2011年研究区域的耕地利用综合效益整体呈波动上升趋势；系统协调度在2005年之前呈不协调状态，之后则呈协调状态，且协调度逐年上升。为实现耕地的可持续利用，需要提高农业生产力、调整人口结构、推动农业现代化等，从而使耕地利用综合效益、耕地利用系统的协调度得以提高。

关键词：耕地利用效益；指标体系；熵值法；定量评价；海南省屯昌县

中图分类号： F301.2 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2015）10-0533-05

耕地资源作为重要的基础性生产资料，对人类社会具有多方面的利用价值，是农业生产中不可替代的劳动对象、生产要素、空间场所[1]，耕地资源的合理开发利用对于社会可持续发展具有积极意义。近年来，随着我国城市化进程的加速，以及农业生态环境问题的出现，耕地资源的利用与保护面临着严峻考验。对有限且不断减少的耕地实行内涵挖潜，提高耕地利用效益，对于人口众多、资源相对短缺的中国具有重要意义[2]。近年来，为科学评价区域耕地的利用状况，学者分别从空间尺度[3-5]、研究方法[6-10]、研究角度[11-15]等方面进行了分析，积累了较为丰富的耕地利用效益评价经验，并将定性与定量方法相结合，完整体现了耕地利用的综合效益。

海南省作为我国耕地资源最少的海岛省份，在国际旅游岛建设中面临着耕地保护的巨大压力，对省内市、县耕地资源利用状况的定量化评价也较为缺乏。以海南省屯昌县作为研究区域，分析影响耕地利用效益的因素，并结合区域耕地利用特点，构建耕地利用效益定量评价指标体系。以指标-子目标层-目标层的角度，从经济、社会、生态方面对1994—2011年研究区域的耕地利用状况进行分析，并基于区域耕地利用综合效益、系统协调度值分析研究时段内区域的耕地利用协调程度，以期为海南省内市、县耕地利用效益的提高，以及耕地资源的可持续开发利用提供依据。

1 研究区域概况

屯昌县位于海南省中部偏北，地处南渡江南岸、五指山北麓，19°08′～19°37′ N、109°45′～110°15′ E，属于热带季风气候区。屯昌县东北与定安县交界、东南与琼海市接壤、西北与澄迈县毗邻、西南与琼中县接连，是海南省中部内陆县，全县辖8个镇、119个村（居）委会，平均人口密度为256人/km2。屯昌县土地总面积为1 231.50 km2，2011年耕地资源为125.05 km2，年均气温23 ℃。屯昌县地形地貌为丘陵半山区，丘陵、台地约占土地面积的80%，素有“七丘二坡一分田”之称。屯昌县总户籍人口为307 080人，其中农业户籍人口为 200 983人，粮食总产量为8.53万t，是海南省重要的农业县。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

研究所用数据来源于《屯昌统计年鉴》（1994—2012年）[16]，以及屯昌县农业局的统计数据。

2.2 评价指标体系的建立

耕地在土地利用结构中具有特殊地位，不仅为人类提供生产和生活资料，产生经济效益，还具有调节气候、净化环境、维持生物多样性等生态效益，以及保障粮食安全、维护社会稳定等社会效益[10]。为对耕地利用综合效益进行全面、科学、客观的评价，必须基于不同指标对利用效益进行量化。耕地资源的利用具有明显区域性，因此指标的选择需综合考虑区域社会经济发展状况、耕地利用条件、生态环境背景等因素，构建科学的评价指标体系是进行耕地利用效益量化的基础。

结合屯昌县耕地利用的实际情况，基于需要评价耕地利用的经济效益、社会效益、生态效益3方面的量化值，构建包含1个目标层、3个子目标层、21个指标层的耕地利用效益评价指标体系（表1），并根据指标值与耕地利用效益间的效用关系将指标分为正向指标、负向指标，指标值与利用效益正相关为正向指标，负相关则为负向指标。

2.3 指标权重的确定

评价指标体系涉及多个具有不同指征意义的指标，具有明显区域性，确定不同指标的区域权重需考虑其在区域耕地利用中的差异性。确定权重的方法有特尔斐法、贡献率法、熵值法[17-18]等，本研究采用熵值法确定指标权重。熵是物理学概念，根据熵值大小可判断系统有序或无序的状态。把耕地作为1个系统，评价指标值的大小即熵值影响系统利用的有序程度，熵值小则有序度高、对系统的影响大、重要性高，反之亦然。基于熵值理论，可利用不同指标的熵值确定其权重。指标比重pij的计算公式为：

式中，pij为第i年第j个指标占该指标总值的比重，Aij为第i年第j个指标的实际值，Enj为第j个指标的熵值，wj为第j个指标的权重。其中，i=1，2，…，18；j=1，2，…，21。权重分配结果见表1。

2.4 耕地利用效益的计算

2.4.1 指标标准化 由于21个指标具有不同的指标特征，其统计量纲、数量级等具有较大差异，无法进行指标间的直接对比，因此需按照一定标准对不同指标值进行标准化处理，使指标之间具有可比性。不同指标对耕地利用效益分别具有正向效用和负向效用，因此采用不同的标准化公式。正向指标的标准化公

2.5 耕地利用效益协调度

耕地利用效益评价体系中的子目标层，是分别从经济、社会、生态角度对耕地利用效益进行的量化评价。目标层则是基于子目标层的线性加权，虽可从整体上反映耕地利用效益的状况，但因为子目标层评价结果是基于各层下指标分别量化统计的，无法完整、客观地反映3个子目标层间相互关系对耕地利用效益的影响。耕地利用效益系统协调度可以判断经济、社会、生态3个子目标层的均衡状态，及其所反映出的耕地利用系统协调程度。耕地利用效益的协调度是指综合效益系统的各分系统在区域耕地利用过程中彼此和谐一致的程度[5]，协调度高的系统应与社会经济发展同步，并能保持耕地利用综合效益持续提高。endprint

效益、生态效益的前提，并是影响耕地利用综合效益的基础型因子。由1994—2011年耕地利用经济效益的变化趋势（图1）可知，研究区域耕地利用经济效益可分为1994—2002年、2003—2011年2个阶段。第1个阶段的耕地利用经济效益变动起伏较大，分别于1996年、2002年形成2个明显峰值，该年份的财政投资效益指标（E5）分别为99.82、204.85，而此阶段内其他年份的该指标值均低于95.00，最低值仅为49.47，差异较大，从而形成波峰。第2个阶段的指标值变化幅度较小，呈逐年上升的趋势，此阶段的各项指标值并无较大变动，个别指标的小幅变动也因指标间的共同变化而消减，使

经济效益子目标层评价结果呈平稳上升的趋势。

3.2 社会效益评价结果分析

1991—2011年研究区域耕地利用社会效益呈上升趋势，根据上升幅度可划分为1991—2003年、2004—2011年2个阶段（图2）。第1阶段耕地利用社会效益虽每年呈上升趋势，但变化幅度相对较小，且整体处于较低水平，评价值除2001年外均低于0.050。第2阶段耕地利用社会效益的上升幅度较大，评价值由2003年的0.050上升至2011年的0.280，相差近5倍。

从社会效益子目标层对应的指标值来看，人均农业总产值指标、农民人均纯收入指标是各指标中2个阶段变化幅度最大的。第1阶段人均农业总产值指标、农民人均纯收入指标的最大值分别为3 505.38元/人、2 717元，而此指标在第2阶段的最小值分别为3 981.11元/人、3 163元，最大值则分别达到8 610.13元/人、9 422元。1991—2011年，研究区域人均耕地、人均粮食产量、需求满足程度等指标虽有变动，但总体变化幅度不大，如人均耕地仅从0.05 hm2/人下降至0.04 hm2/人，加权后对整个社会效益评价值影响不大；因此，整个时间段内耕地利用社会效益呈逐年上升的趋势。

3.3 生态效益评价结果分析

研究时段内区域的生态效益评价值没有明显的上升或下降趋势，各年间起伏明显，阶段性不突出，但仍可划分为1994—2006年、2007—2011年2个阶段（图3）。第1阶段起伏相对明显，年度间最大变化幅度为3.62，有明显的波峰和波谷，其中2000年、2005年出现2个明显的波谷，评价值仅为0.089、0.059。第2阶段起伏相对较小，年度间最大变化幅度仅为1.40，且呈略微上升的趋势。

保收指数、复种指数、森林覆盖率、有效灌溉面积占比等正向效用指标的变化趋势基本一致，但最大值出现的年份各不相同；耕地用肥量、万元产值能耗、单位耕地农药施用量、灾害指数等负向效用指标也有变化，其中耕地用肥量指标值增加较为明显，而万元产值能耗指标则呈下降趋势。

研究区域作为重要的农业县，需在保收指数、有效灌溉面积比、化肥施用量等方面加以改善，从而实现生态农业、绿色农业，为耕地可持续利用和耕地生态奠定良好基础。

3.4 综合效益评价结果分析

1994—2011年研究区域耕地利用综合效益总体呈波动上升趋势，具体可分为1994—2001年、2002—2006年、2007—2011年3个阶段（图4）。第1阶段呈缓慢上升趋势，评价值由1994年的0.274上升至2001年的0.359，期间内升降幅度较小。第2阶段呈波动下降趋势，评价值由2002年的0.529下降至2006年的0.482，最小值一度达到0.296，下降幅度较大。第3阶段呈稳定上升趋势，变化幅度较小但趋势明显。

从综合效益的构成来看，经济效益、社会效益、生态效益的重要性变动趋势差异明显。经济效益比重呈先升高后降低的趋势，于2002年达到峰值，占综合效益的64.0%。社会效益比重呈明显的波动上升趋势，于2002年达到峰值57.9%，随后几年基本维持在45.0%以上。生态效益比重整体呈波动下降趋势，于2005年出现最低值19.8%，并于2006年回升至44.0%，但随后几年呈逐步下降的趋势，于2011年降至30.0%。可见，研究区域在耕地利用中对经济效益、社会效益的实现程度大于生态效益，且耕地生态环境有明显下降趋势。

3.5 耕地利用系统协调度分析

上述分析是针对耕地利用经济效益、社会效益、生态效益3个子目标层，以及三者线性加权所得综合效益目标层的分析评价，虽能在某层面上反映耕地利用的效益变化，但要分析子目标层间的关联性、耕地系统的协调程度，还需进行协调度分析。按照协同理论的观点[19-20]，协调度Ci值反映了耕地利用系统的协调程度，Ci≥0.8为高度协调、 Ci在0.5～0.8为协调、Ci≤0.4为不协调、Ci≤0.2为极不协调。

由公式（8）计算得到1994—2011年研究区域的耕地利用协调度值（图5）。耕地利用协调度值整体呈上升趋势，可按照协调程度划分为1994—2005年、2006—2011年2个阶段。第1阶段Ci值呈上升趋势，但Ci值小于0.4，耕地利用系统处于不协调状态。虽然1997年Ci值超过0.4，但此阶段中1994年、2002年的Ci值均低于0.2，耕地利用系统处于极不协调状态。1994年的3个子目标层评价值均较低，社会效益、经济效益分别只有0.020、0.085，耕地利用综合效益不高；2002年的Ci值是整个评价期间最低值，只有0.166 4，虽然该年份E5值较高，但S1、S6的结果值均低于相邻年份，导致社会效益较低。第2阶段Ci值呈波动上升趋势，Ci值均超过0.550，最低值为2008年的0.559，最高值为2011年的0.655 4，此阶段内经济效益、社会效益均逐年上升，生态效益则先降后升，3个子目标层的协调度逐年增加，耕地利用系统也趋于协调。

4 结论与讨论

通过构架指标体系，对1994—2011年研究区域耕地利用效益进行定量评价。指标体系框架的目标层-子目标层-指标层能够充分反映研究区域的耕地利用状况及利用效益，从经济、社会、生态方面进行评价符合对耕地利用系统可持续发展的目标要求，能够全面反映耕地利用整体效益。endprint

在研究方法上将定性与定量相结合。通过定量评价模型对各层指标因子进行定量化分析，分别得到指标值、子目标值、目标值，并通过标准化处理实现各层指标间的可比分析。在此基础上，分别对耕地利用的经济效益、社会效益、生态效益、综合效益、协调度进行分析评价，最后对研究时段内该区域耕地利用的系统协调度进行定性分析，研究结果符合区域耕地利用的实际情况。

研究结果表明，研究区域耕地利用综合效益、协调程度均呈波动上升趋势，表现出明显的阶段性特征。在3个子目标层中，经济效益、社会效益具有一定同步性，生态效益则与前两者不同，虽波动明显，但整体趋势性变化不明显，个别年份形成明显的波谷。研究区域耕地利用的生态效益较低，在综合效益中所占比重呈下降趋势。近年来，研究区域协调程度有逐渐升高的趋势，并有耕地利用系统协调向高度协调发展的趋势。耕地利用经济效益、社会效益之间基本协调，若生态效益也能趋于平稳上升，耕地利用总体效益高度协调的目标将有望实现。

研究区域是海南省重要的农业县，为提高耕地利用综合效益和系统协调度，需从耕地资源的合理利用出发。增大现代农业技术在农业生产及耕地开发利用中的应用范围，进行土地整理，适当提高机械化水平和生产力水平，从而提高耕地单产、提升经济效益。通过控制人口数量、提升人口素质，使人均耕地、人均产量、人均农业总产值、劳动力素质等指标水平值得以提高，为实现农业现代化奠定基础。减少农药、化肥在农作物种植中的施用量，改善农田基础设施条件，加强农业生产抗灾能力，发展集约农业，降低万元产值能耗，从而实现农业和耕地利用的可持续发展。

参考文献：

[1]杜国明，刘彦随. 黑龙江省耕地集约利用评价及分区研究[J]. 资源科学，2013，35（3）：554-560.

[2]张文雅，宋 戈. 哈尔滨市耕地利用效益特征分析[J]. 水土保持研究，2009，16（6）：79-83.

[3]相 慧，孔祥斌，武兆坤，等. 中国粮食主产区耕地生产能力空间分布特征[J]. 农业工程学报，2012，28（24）：235-244.

[4]鲁春阳，文 枫，杨庆媛，等. 地级以上城市土地利用结构特征及影响因素差异分析[J]. 地理科学，2011，31（5）：600-607.

[5]李 佳，雷国平，柳 杨，等. 河南省耕地利用效益评价研究[J]. 水土保持通报，2013，33（3）：318-324.

[6]王燕鹏，于鲁冀，卢 艳. 基于能值分析的河南省耕地生态足迹动态研究[J]. 环境科学与管理，2010，35（10）：144-148.

[7]蔡海生，林建平，朱德海. 基于耕地质量评价的鄱阳湖区耕地整理规划[J]. 农业工程学报，2007，23（5）：75-80.

[8]施开放，刁承泰，孙秀锋，等. 基于耕地生态足迹的重庆市耕地生态承载力供需平衡研究[J]. 生态学报，2013，33（6）：1872-1880.

[9]牛海鹏，张安录，李明秋. 耕地利用效益体系与耕地保护的经济补偿机制重构[J]. 农业现代化研究，2009，30（2）：164-167.

[10]牛海鹏，张安录. 耕地利用效益体系重构及其外部性分析[J]. 中国土地科学，2009，23（9）：25-29.

[11]庞 英，张绍江，陈志刚. 山东省耕地利用效益的时空差异[J]. 经济地理，2006，26（6）：1037-1041，1046.

[12]吴得文，毛汉英，张小雷，等. 中国城市土地利用效率评价[J]. 地理学报，2011，66（8）：1111-1121.

[13]郇红艳，孙 君. 中部地区耕地非农化及其驱动因子的灰色关联分析[J]. 水土保持通报，2012，32（1）：82-88.

[14]王海涛，娄成武，崔 伟. 辽宁城市化进程中土地利用结构效率测评分析[J]. 经济地理，2013，33（4）：132-138.

[15]奉 婷，张凤荣，李 灿，等. 基于耕地质量综合评价的县域基本农田空间布局[J]. 农业工程学报，2014，30（1）：200-210.

[16]屯昌统计年鉴：1994—2012[Z]. 屯昌县统计局，1994—2012.

[17]任桂镇，赵先贵，郝鸿忠. 基于熵值法的陕西省可持续发展能力动态研究[J]. 地域研究与开发，2008，27（2）：34-37.

[18]李景刚，张效军，高艳梅，等. 基于改进熵值模型的城市土地集约利用动态评价——以广州市为例[J]. 地域研究与开发，2012，31（4）：118-123.

[19]王雨晴，宋 戈. 城市土地利用综合效益评价与案例研究[J]. 地理科学，2006，26（6）：743-748.

[20]韩玉婷，王桂波，李世平. 基于多目标协同的榆林市土地利用结构优化[J]. 国土与自然资源研究，2012（2）：24-26.徐月娥，苏 群，陈 杰. 教育对农村劳动力非农就业的影响——来自中国农村的数据分析[J]. 江苏农业科学，2015，43（10）：538-540.endprint