中国北方农牧交错带农业资源可持续利用水平演变及趋势预测*——以乌兰察布市为例

侯智惠，逄焕成

(1.中国农业科学院农业资源与区划研究所，北京 100081； 2.内蒙古自治区农牧业科学院，呼和浩特 010031)

·研究报告·

中国北方农牧交错带农业资源可持续利用水平演变及趋势预测*
——以乌兰察布市为例

侯智惠1， 2，逄焕成1※

(1.中国农业科学院农业资源与区划研究所，北京 100081； 2.内蒙古自治区农牧业科学院，呼和浩特 010031)

[目的]北方农牧交错带是我国典型的生态环境脆弱带，农业资源利用对该区域的生态环境具有重要影响。探寻适宜于该区域的农业资源监测指标体系，及时发现农业资源的变动状态与趋势，可为农业与环保部门制定管理措施提供参考依据。[方法]文章以内蒙古自治区乌兰察布市为例，从农业资源禀赋、农业生态压力和农业产出水平3个方面，选取15个评价指标，运用层次分析法和指数平滑法，对中国北方农牧交错带的农业资源可持续利用水平的演变与趋势进行分析预测。[结果]结果表明：农业资源禀赋指标组中土壤有机质含量和人均牧草地面积2个指标权重较大，土壤有机质含量下降是引起乌兰察布市农业资源禀赋指数下降的主要原因； 农业生态压力指标组中载畜量和化肥负荷程度指标权重较大，人口密度、载畜量、耕地盐碱化程度的下降，减弱了干燥度和化肥负荷程度2个指标增长的不利影响，使乌兰察布市农业生态压力指数表现出下降趋势； 农业产出指标组中人均农林牧渔业产值和农牧民人均可支配收入2个指标权重较大，2个指标的持续增长是引起农业产出指数增长的主要因素。[结论]乌兰察布市2001～2014年农业资源禀赋指数逐渐减小，且指数下降的趋势仍将延续，预计2018年降至2001年的51.21%； 该市农业生态压力指数呈现波动下降趋势，预计2018年降至2001年的26.78%； 该市农业产出指数逐渐增加，预计2018年增至2001年的183倍； 该市农业资源可持续利用综合指数在2001～2007年呈逐渐下降的趋势， 2008～2014年呈逐渐增加的趋势，预计将于2016年开始超出2001年的水平。

北方农牧交错带 农业资源 可持续利用 乌兰察布

0 引言

中国北方农牧交错带是联系农区和牧区的重要纽带，阻隔荒漠南侵的一道生态屏障[1]，大规模的人类经济开发活动或严重自然灾害破坏了人地关系平衡[2]，使其成为我国荒漠化威胁最严重[3]的生态环境脆弱带。人口超载是农牧交错带脆弱性的直接动力[4]。粮食增产需求是此区域生态建设的最大障碍[5]。土地利用变化对其耕地自然生产潜力的影响较大[6]。农业资源利用是决定此区域人与自然和谐相处、经济与生态协调发展的关键所在，监测评价该区域农业资源可持续利用水平与演变趋势，不仅对其生态建设与生态功能恢复具有重要作用，也对我国农牧交错带生态治理与农业可持续发展的宏观监管具有参考价值。

北方农牧交错带包括内蒙古自治区、陕西省、辽宁省、山西省、甘肃省、宁夏回族自治区、河北省8个省(自治区)146个县(区、旗)，此区域农牧结构失衡、水资源过度开发，发展不可持续的问题越来越突出，资源环境压力越来越大[7]。北方农牧交错带生态系统服务价值由东北向西南递减[8]。内蒙古农牧交错带面积占我国北方农牧交错带的70%，占全国农牧交错带的53%[9]。气候干旱、地表沙质疏松和人为不合理的开发利用是其生态退化的主要成因[10]。内蒙古农牧交错带中部地区及东部的西辽河流域为荒漠化强烈发展地区[11]。乌兰察布市位于内蒙古中部，水土流失和风蚀沙化严重，生态平衡失调[12]，农业资源利用效率较低[13]，农业资源表现出不可持续利用特征[14]，经济发展与生态环境中任一要素的轻微变化都会引起经济与生态协调度发生较大变化[15]。因此，文章以典型的北方农牧交错地区乌兰察布市为例，以人与自然和谐发展思想为指导，将农民的增产增收需求引入到生态监测体系中，从农业资源禀赋、农业生态压力、农业产出水平3个方面，选择评价指标，运用层次分析法进行农牧交错带农业资源可持续利用水平演变分析，并运用指数平滑法对其发展趋势进行预测，以期为行政主管部门建立农业生态预警制度，加强农业生态保护与科学管理提供决策参考依据，为我国北方农牧交错带的持续健康发展贡献力量。

1 研究区域概况

乌兰察布市土地面积5.5万km2，耕地面积和草原面积分别占土地总面积的16.53%和62.79%。耕地中旱地占87%，水浇地占13%。荒漠面积占其行政区域土地面积的62.9%。2014年常住人口211.71万人，人口密度为39人/km2，超出联合国规定的半干旱区20人/km2的标准人口密度[16]。属大陆性季风气候，降水波动变化大，农业生产旱灾风险较大。2014年农业和畜牧业产值分别占其农林牧渔业总产值的45.41%和49.03%。农畜产品生产以肉羊、奶牛、马铃薯、杂粮、蔬菜等为主，具有“中国马铃薯之都”称号。

2 评价指标与评价方法

2.1 评价指标

综合考虑影响北方农牧交错带农业资源可持续利用的自然因素和人为因素，兼顾生态保护与农牧民增收的需求，遵循科学性、合理性、可获得性原则，选建了包含农业资源禀赋指标、农业生态压力指标、农业产出水平指标3个一级指标和15个二级指标的评价指标体系。

首先，根据乌兰察布市农用地以耕地和草地为主，林地、园地和渔业用地面积较小的特点，选择人均耕地面积和人均草地面积2个指标反应农用土地资源的存量，选择单位耕地农业用水量反映农用水资源的数量，用耕地有机质含量反映耕地的质量，乌兰察布市气候干旱且水资源较少，降水对农业具有重要影响，将年降水量作为反映农业资源禀赋的变量之一。其次，根据已有文献的研究，自然因素与人为因素对北方农牧交错带的生态影响均较为明显，该文选择人口密度反映人口对农业资源的压力，选择单位土地上牲畜养殖头数来反映牲畜养殖对农业生态形成的压力，干旱是形成北方农牧交错带土地沙化退化的主要原因，因此选择干燥度指标反映自然因素对农业生态的压力，选择耕地盐碱化程度来反映农业生态退化的压力，基于化肥过量使用现象较普遍，且化肥不合理的过量使用会对农业生态产生负面影响，因此在农业生态压力指标组中加入耕地化肥负荷程度指标。再次，从农业总产值、农民收入和农产品产量等3个方面选择了农林牧渔业总产值、农牧民人均可支配收入、人均粮食产量、人均肉类产量、人均奶类产量等5个评价指标来综合反映农业产出水平。

图1 北方农牧交错带农业资源可持续利用评价指标体系

2.2 评价方法简介

2.2.1 农业资源可持续利用水平分析方法

根据该文的研究目的与评价指标的离散特点，选择层次分析法进行农业资源可持续利用水平的演变分析，各指标权重的确定选择熵值法，具体步骤如下所述。

(1)数据标准化

农业资源禀赋指标组和农业产出水平组的各项指标均为正向指标，即数值越大越好，标准化运用如下公式[17]：

(1)

农业生态压力指标组的各项指标均为负向指标，即数据越小越好，标准化运用如下公式：

(2)

(2)计算指标权重

运用如下公式分别计算各指标的熵值与权重：

(3)

(4)

(5)

其中yij表示第i个指标中，样本j占总样本的比重，ei表示第i个指标的熵值，wi表示第i个指标的权重。

(3)计算指数

运用以下公式分别计算农业资源禀赋指数、农业生态约束指数、农业产出指数，农业资源可持续利用综合指数。

(6)

2.2.2 趋势预测方法

运用SPSS软件的时间序列趋势预测模型，分别对农业资源禀赋指数、农业生态约束指数、农业产出指数，农业资源可持续利用综合指数进行趋势预测，以便为行政管理部门提供决策参考。

3 评价结果分析

3.1 农业资源禀赋演变及趋势预测

农业资源禀赋指标为正向指标，数据越大越好，运用公式(1)对数据进行标准化处理，运用熵值法计算得到农业资源禀赋指标组中人均耕地面积和人均牧草地面积的权重分别为0.1270和0.2143，每公顷耕地农业用水量、土壤有机质含量和年降水量等3个指标的权重分别为0.1189、0.3591和0.1806，运用公式(6)计算得到2001～2014年的乌兰察布市农业资源禀赋指数，该指数呈现波动下滑趋势， 2001年乌兰察布市的农业资源禀赋指数为8.3237， 2014年降为4.9018，仅为2001年的58.89%。回看各指标的数值，分析引起农业资源禀赋指数变动的原因，发现人均耕地面积变动较小，人均草地面积呈现小幅增加趋势，每公顷耕地农业用水量在2001～2006年逐渐增长， 2007～2014年逐渐减少，受自然因素影响，年降水量波动起伏较大，土壤有机质含量呈现明显的下降趋势，并且此指标的权重为0.3591，对农业资源禀赋指数的影响较大，通过咨询土壤肥料研究领域的专家，农业资源禀赋指数逐渐下降的变动趋势比较符合乌兰察布市的实际。

运用SPSS软件的时间序列趋势预测模型对乌兰察布市的农业资源禀赋指数进行趋势预测，当选择Holt线性指数平滑法，置信区间为95%进行分析时，平稳的R2为0.918，R2为0.635，均方根误差为0.698，表明预测模型拟合得较好，预测结果见图2，此结果表明在现有技术和政策背景下，乌兰察布市农业资源禀赋指数将继续呈下降趋势， 2015年至2018年指数将依次降为4.8995、4.6871、4.4747、4.2623， 2018年将降至2001年的51.2%。由熵值法分析结果得知，改善农业资源禀赋指数下降趋势较为有效的途径是采用生物措施培肥地力，增加土壤有机质含量。

图2 2001～2018年乌兰察布市农业资源禀赋指数实际值与预测值

3.2 农业生态压力演变及趋势预测

农业生态压力指标为负向指标，数据越小越好，运用公式(2)对数据进行标准化处理，运用熵值法计算得到农业生态压力指标组中反映人口对农业资源的压力指标人口密度的权重为0.1591。反映牲畜养殖对农业资源压力的指标，单位土地上牲畜头数的权重为0.2933。反映自然因素对农业资源的压力指标，干燥度的权重为0.1442。反映生态退化的压力指标耕地盐碱化程度和化肥负荷程度指标的权重分别为0.1248和0.2786。该指标组中单位土地上牲畜头数和化肥负荷程度的权重比较大。运用公式(6)计算得到2001～2014年的乌兰察布市农业生态压力指数，该指数呈现波动下滑趋势， 2001年为10.6151， 2014年降为4.2541，仅为2001年的40.08%。分析农业生态压力指标组各指标的变化，发现化肥负荷程度和干燥度呈明显的增长趋势，人口密度呈现较小的下降趋势，耕地盐碱化程度呈下降趋势，单位土地牲畜养殖量在2001～2003年小幅下降， 2004年大量增加后， 2005～2014年呈缓慢下降趋势，化肥负荷程度和干燥度增加对农业生态所产生的负面作用，被其他3个下降指标的正向影响所掩盖，使乌兰察布市的生态压力指数表现出减小的趋势。

图3 2001～2018年乌兰察布市农业生态压力 指数的实际值与预测值

图4 2001～2018年乌兰察布市农业产出指数的实际值与预测值

图5 2001～2018年乌兰察布市农业资源可持续 利用指数的实际值与预测值

运用SPSS软件的Holt线性指数平滑法，对乌兰察布市的农业资源禀赋指数进行趋势预测，平稳的R2为0.6921，R2为0.549，均方根误差为1.651，表明预测模型拟合一般。结果表明，在没有特殊的自然灾害与人为破坏下，继续维持现有生态治理措施， 2015～2018年乌兰察布市农业生态压力指数将依次降为4.1064、3.6850、3.2637、2.8423。在气候暖干化的背景下[18]，要维持农业生态压力指数下降的趋势，在控制人口密度、减少载畜量的同时，控制化肥使用量对农业生态环境也有积极的作用。

3.3 农业产出水平演变及趋势预测

农业产出指标为正向指标，运用公式(1)对数据进行标准化处理，运用熵值法计算得到农业产出指标组中人均农林牧渔业产值和农牧民人均可支配收入2个指标的权重分别为0.2405和0.2453，人均粮食产量、人均肉类产量和人均奶类产量3个指标的权重分别为0.1513、0.2138和0.1492，运用公式(6)计算得到乌兰察布市农业产出指数，该指数呈明显的上升趋势， 2001年该指数值为0.0828， 2014年为12.7053，是2001年的153.5倍，该指数的增加主要得益于人均农林牧渔业产值和农牧民人均可支配收入2个指标的持续增长，人均粮食产量受气候影响波动起伏较大，人均肉类产量在2001～2006年逐渐增加， 2007～2014年在100 kg/人上下波动，人均奶类产量在2001～2007年快速增长， 2008～2014年逐渐下降。

乌拉察布市农业产出指数表现出线性上升趋势，运用Holt线性指数平滑法进行趋势预测，得到验证模型拟和效果的平稳R2为0.798，R2为0.815，均方根误差为1.676，表明预测模型拟合较好。2015～2018年农业产出指数的预测值分别为12.716、13.53、14.343和15.157， 2018年乌兰察布市的农业产出指数将增至2001年的183.16倍。在农畜产品的产出能力有所减少的趋势下，农业产出指数逐渐增加，其中增加农畜产品附加值，拓宽农牧民增收渠道等措施起到了积极的作用。

3.4 农业资源可持续利用水平演变及趋势预测

运用熵值法计算农业资源禀赋指数、农业生态约束指数和农业产出指数的权重，结果分别为0.0467、0.2349和0.7185，保障农业产出水平的适度增长是农业可持续发展的一个方面，但过度的追求农业产出水平，尤其是农产品产量的增加，必然导致对农业资源的过度开发利用，因此不能机械采用熵值法权重分析结果来计算乌兰察布市农业资源可持续利用综合指数。为了更真实反映乌兰察布市农业资源可持续利用水平的综合变化趋势，借助专家的经验判断，改用德尔菲法赋权，经过三位专家三轮赋权的调整，最后确定农业资源禀赋指数、农业生态约束指数和农业产出指数的权重分别为0.3624、0.4012、0.2361，将各指数权重分别乘以指标值后求和得到各年份的农业资源可持续利用综合指数，该指数在2001～2007年呈下降趋势， 2001年为7.2948， 2007年降至5.6593， 2008～2014年呈波动上涨趋势， 2014年为6.4867，仍低于2001年的水平。

运用SPSS软件的Holt线性指数平滑法，对乌兰察布市的农业资源可持续利用综合指数进行趋势预测，平稳的R2为0.755，均方根误差为0.561，农业资源可持续利用综合指数2015年后将延续前期的增长趋势， 2015年至2018年指数将分别增至7.2148、7.5191、7.8234和8.1278。2016年有望超过2001年的水平。

4 结论与启示

4.1 结论

运用熵值法对评价指标的权重分析结果表明，农业资源禀赋指标组中土壤有机质含量和人均牧草地面积2个指标权重较大，土壤有机质含量下降是引起乌兰察布市农业资源禀赋指数下降的主要原因。农业生态压力指标组中载畜量和化肥负荷程度指标权重较大，人口密度、载畜量、耕地盐碱化程度的下降，减弱了干燥度和化肥负荷程度2个指标增长的不利影响，使乌兰察布市农业生态压力指数表现出下降趋势。农业产出指标组中人均农林牧渔业产值和农牧民人均可支配收入2个指标权重较大， 2个指标的持续增长是引起农业产出指数增长的主要因素。

运用层次分析法对乌兰察布市农业资源可持续利用水平演变分析的结果表明， 2001～2007年乌兰察布市农业资源可持续利用综合指数逐渐下降，主要归因于农业资源禀赋指数下降趋势，胜过农业生态压力指数下降和农业产出指数上升的影响力。2008～2014年，随着农业生态压力指数的进一步下降和农业产出指数的持续增长，农业资源禀赋指数下降的不利影响被中和掉，农业资源可持续利用综合指数逐渐上升。

运用Holt线性指数平滑法对乌兰察布市农业资源可持续利用水平预测分析结果表明，在现有生态环境与生态治理措施不变的情况下， 2015～2018年，乌兰察布市农业资源禀赋指数和农业生态压力指数维持下降趋势，预计2018年分别降至2001年的51.21%和26.78%，农业产出指数和农业资源可持续利用综合指数继续维持增长趋势，预计2018年分别增至2001年的183倍和1.11倍。农业资源可持续利用综合指数将于2016年开始超出2001年的水平。

4.2 启示

受气候暖干化影响，乌兰察布市耕地与草地沙化退化的威胁长期存在，在继续控制人口密度与减少载畜量的同时，控制化肥使用量，增施有机肥，或采用秸秆还田，粮草轮作、间作等方式培肥地力，有助于提高乌兰察布市的农业资源禀赋，减少生态压力，提高农业资源的可持续利用水平。农业对生态环境既具有正的外部性，如农业景观、生物多样性保持、二氧化碳吸收等，又有负的外部性，如农业化学品污染、水土流失、地表水与地下水污染等，农业的非商品性产出，具有部分公共产品的特性，政府有必要对农业生产进行宏观调控，农民是农业生产的践行者、农业资源的使用者，建议政府通过农业生态治理补贴、农业产业化政策扶持、农产品价格调控等措施，多渠道拓宽农民增收渠道，提高农牧民生活水平，调动农民保护农业资源的主动性，平衡农牧民追求经济利益与农业生态治理的短期矛盾冲突，推进我国农业资源的可持续利用水平。

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EVOLUTION AND FORECAST OF SUSTAINABLE UTILIZATION LEVEL OF AGRICULTURAL RESOURCES IN FARMING PASTORAL ZONE OF NORTHERN CHINA*——A CASE STUDY OF WULANCHABU CITY

Hou Zhihui1,2, Pang Huancheng1※

(1.Institute of Agricultural Resources and Regional Planning,Chinese Academy of AgriculturalSciences, Beijing 100081, China;2.Inner Mongolia Academy of Agriculture and Animal Husbandry, Hohhot 010031, China)

The Farming-Pastoral Ecotone of Northern China has a typical fragile ecological environment in China,the utilization of agricultural resources had important influences on the ecological environment. To find the suitable index system of agricultural resources and assess the chang trend of agricultural resourcesin this region could provide reference for agricultural and environmental protection.Taking Wulanchabu city, Inner Mongolia region as an example, this paper selected 15 evaluation indicatorsfrom three aspects of agricultural resources, agricultural ecological pressure and agricultural output level, and analyzed the evolution and trend ofagricultural resources for agriculture and animal husbandry in northern China withAHP and exponential smoothing methods.The results showed that agricultural resource endowment index decreased graduallyin the farming pastoral zone of Wulanchabu city during 2001～2014, and the downward trend would continueif the existing agricultural resources utilization remained unchanging. The agricultural ecological pressure index also decreased to 26.78% in 2018, but the agricultural outputindex increased gradually. The comprehensive index of sustainable utilization of agricultural resources showed a downward trend during 2001～2007 and an increase trend during 2008～2014, which exceeded the level of the year 2001 in 2016.Finally, it put forward some suggestions to Wulanchabu city, such as controlling the use of chemical fertilizers, using organic fertilizer toincreasesoil fertility, improving the performance of sustainable utilization of land resources, controlling and reducing the carrying capacity of population density, reducing agricultural ecological pressure, and broadening the channels of farmers′ income, so as to relieve the excessive use of pressure on agricultural resources and increase farmers′ income.

farming pastoral zone of northern China; agricultural resources; sustainable utilization; Wulanchabu city

10.7621/cjarrp.1005-9121.20170408

2017-01-04

侯智惠(1976—)，女，内蒙古通辽人，博士、助理研究员。研究方向：农业资源区划研究。※逄焕成(1964—)，男，山东潍坊人，研究员、博士生导师。研究方向：耕作制度研究。Email：panghuancheng@caas.cn

*资助项目：2015年农业部农村资源调查与区划项目“内蒙古农业可持续发展研究”

F303.4

A

1005-9121[2017]04049-07