江西省红壤旱地多年轮种模式的综合效益评价

王长松 周海波 叶川

摘要    南方红壤区是我国重要的经济林果、粮食、渔业、牧业生产基地，为筛选出具有经济、生态、社会效益较好、适合南方红壤区旱地种植的高效模式，根据江西省红壤研究所开展的红壤旱地作物的田间试验，采用2015—2017年江西省红壤研究所5种旱地3年轮作模式的试验数据，开展红壤地区旱作物不同种植模式的评价，运用层次分析法和一致性准则法采用Lingo软件求解，筛选出具有经济、生态、社会效益、综合效益较好的不同种植模式。结果表明，经济效益较好的种植模式为花生—冬闲→玉米（鲜食）—芝麻→花生—玉米（鲜食）;生态效益和社会效益较好的种植模式均为花生—芝麻—马铃薯→（春玉米—绿豆）—绿肥→花生—芝麻—马铃薯;综合效益评价较好的种植模式为花生—芝麻—马铃薯→（春玉米—绿豆）—绿肥→花生—芝麻—马铃薯。

关键词    红壤旱地;种植模式;轮作;综合效益评价;江西省

中图分类号    F304.7        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）14-0163-05                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

Abstract    Southern red soil area is an important production base of economic forest，grain，fishery and animal husbandry in China.In order to select the high-efficient cultivation model with better economic，ecological and social benefits，which is suitable for dry land cultivation in southern red soil area，based on the field experiment data of red soil dry land crops in three years（2015-2017）from Jiangxi Institute of red soil，the different planting patterns of dry crops in the red soil area were evaluated by using the analytic hierarchy process（AHP）and consistency criterion method.The different planting patterns with better economic，ecological，social and comprehensive benefits were selected.The results were as follows：the crop rotation pattern of peanut-winter fallow-corn（fresh food）-sesame-peanut-corn（fresh food）has the best economic benefits in all patterns;the crop rotation pattern of peanut-sesame-potato green manure peanut-sesame-potato has the best ecological and social benefits in all patterns，and it also has the best comprehensive benefits in all patterns.

Key words    red soil dry land;cropping pattern;rotation;comprehensive benefit evaluation;Jiangxi Province

南方紅壤区是我国重要的经济林果、粮食、渔业、牧业生产基地，江西省是我国最典型的红壤区，红壤面积为1 053.1万hm2，红壤占土壤的比例高达70.69%，开展红壤旱地高效种植模式研究，可以大幅度增加红壤中低产田的产量和效益，挖掘农业增产的潜力，对保障国家粮食安全将发挥重要的作用。江西省红壤研究所以3年为一个试验周期，以集成优化的轮作模式为目标模式，习惯轮作模式为对照，以光、温、水、土等自然资源利用效率和耕地质量变化、经济产量、经济效益等为指标，开展红壤旱地多年轮作模式研究。研究通过田间试验，深入分析红壤旱地高效种植模式的综合效益，构建可持续应用评价指标体系和评价方法，构建评价指标体系，应用层次分析法和一致性准则法，筛选出适合红壤区旱作物多年轮作模式，对于农田可持续管理和土地利用具有重要意义，为现代农业转型发展提供技术支撑和参考依据。

1    材料与方法

1.1    供试作物

花生品种为皖花7号，大豆品种为天隆1号，芝麻品种为赣芝7号，马铃薯品种为荷兰十五，春玉米品种为沪玉糯3号，绿豆品种为嫩绿1号，红薯品种为进贤黄心薯，绿肥品种为赣肥萝1号，油菜品种为沣油737，玉米品种为沪玉糯3号。

1.2    试验设计

本研究共选取5种红壤旱地高效种植模式进行评价，开展红壤旱地多年轮作模式研究[1]。以3年为一个试验周期，设5个处理：花生—芝麻—马铃薯→（春玉米—绿豆）—绿肥→花生—芝麻—马铃薯（L1）;红薯—绿肥→大豆—芝麻—马铃薯→红薯—绿肥（L2）;花生—油菜→芝麻—油菜→花生—冬闲（L3）;花生—玉米（鲜食）→红薯—冬闲→花生—芝麻（L4）;花生—冬闲→玉米（鲜食）—芝麻→花生—玉米（鲜食）（L5）。其中，以L4处理为对照。

1.3    评价方法

本研究的综合评价采用群决策方法，将与决策有关的元素分解成目标、准则和方案层等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法[2-3]。该方法的具体评价步骤如下。

首先要从Ai（i=1，…，n）得出根据各准则l=1，…，p的排序矩阵：

Bl=a11l    a21l    …    an1la12l    a22l    …    an2l┇    ┇     ┇    ┇a1ml    a2ml   …    anml，l=1，…，p

其中，元素aijl表示委员会成员中i根据准则l对备选对象j的评价，与Ai中的ajl值相同。根据Bl′，可以计算群中各成员对各备选对象在准则l时的Borda分，即在矩阵各列中，性能值最佳的备选对象得m-1分，性能为第二位的得m-2分，以此类推，最差的候选对象得0分[2-3]。准则l即使是无法定量的准则，如道德水平等，要各委员根据印象为各候选人排序给出准则l下的Borda分亦非难事。在各委员根据准则l为各候选对象打分之后，计算候选对象j的总得分bjl：

由bjl（j=1，…，m）的大小，可以排定各候选人优劣次序k（k=1，…，m）并定义一致性矩阵Πl={πljk}，Πl是一个m×m非负矩阵，其中的元素为πljk，当根据bjl候选对象j被排在k位时πljk=1，否则πljk=0，所以Πl中每行（或每列）有一个元素也只有一个元素为1，余者均为0。

1.4    相关指标参数选取依据

首先，以綜合效益（A）为总目标，以经济效益（B1）、生态效益（B2）和社会效益（B3）作为准则层，以种植模式总产值、种植模式总成本等17项指标作为方案层构建江西现代农业评价指标体系;其次，在评价指标体系的基础之上，通过试验获得种植模式总产值、种植模式总成本等17项数据，根据相关指标对不同模式的优劣进行排序;最后，根据各指标优劣排序来确定经济效益（B1）、生态效益（B2）和社会效益（B3）的顺序，然后利用群决策方法进行综合效益评价，并以综合效益的大小确定各模式的综合优劣[4-5]。

1.4.1    经济效益评价指标。经济效益的多少是农民衡量评价种植模式的重要指标，如果忽视种植模式经济效益，再好的种植模式也得不到农民的实施。以经济效益作为准则（B1），选择与经济效益密切相关的种植模式总产值（C1）、种植模式总成本（C2）、种植模式净利润（C3）、产出投入比率（C4）、劳动净产值（C5）和资金净产值率（C6）作为评价经济效益的方案[4-6]。

（1）种植模式总产值（C1）：单位面积获得的所有产品的产值。计算公式：总产值=产量×价格。

（2）种植模式总成本（C2）：单位面积生产所需的全部费用，包括物质费用、人工成本和土地成本。计算公式：总成本=物质费用+人工成本+土地成本。

（3）种植模式净利润（C3）：所有产品的总产值减去生产过程中投入总成本后的余额。计算公式：净利润=总产值-总成本。

（4）产出投入比率（C4）：单位成本所取得的经济效益。计算公式：产出投入=总产值/总成本。

（5）劳动净产值率（C5）：劳动净产值率是影响农民是否选择从事农业生产的一个重要因素。计算公式：劳动净产值率=种植模式净利润/单位面积用工成本。

（6）资金净产值率（C6）：农业生产在单位面积土地上现金投入所取得的经济效益，其值越大表示该模式发展越有优势。计算公式：资金净产值率=总产值/物质费用。

1.4.2    生态效益评价指标。随着资源约束趋紧、生态环境恶化趋势严重，生态效益成为评价种植模式的重要指标。以生态效益（B2）作为准则，选择耕地资源生产率（C7）、水资源生产率（C8）、光能资源生产率（C9）、氮肥利用率（C10）、磷肥利用率（C11）和化学农药施用强度（C12）作为评价生态效益的重要因素[7-9]。

（1）耕地资源生产率（C7）：耕地资源生产率的高低是衡量农业生产能否高效利用耕地资源决定性指标。计算公式：耕地资源生产率=某种模式下作物单位面积产量/该作物单一种植的单位面积平均亩产量。

（2）水资源生产率（C8）：消耗单位水资源所得经济产量。水资源生产率的高低对该模式的可持续发展具有重要的影响。计算公式：水资源生产率=总产量/总用水量。

（3）光能资源生产率（C9）：所有经济作物产量蕴含的热能值与全年太阳总辐射能的比值[7]。计算公式：光能资源生产率=某种植模式作物产量×作物的单位经济产量的热能值/全年太阳总辐射能。

（4）氮肥利用率（C10）：单位面积产量中其中氮含量与总施氮量的比值。

（5）磷肥利用率（C11）：单位面积产量中其中磷含量与总施磷量的比值。

（6）化学农药（药液）施用强度（C12）：农药的使用量越大对环境造成的危害就越大，将农业生产中的农药施用量折算成金额，以金额大小来表示对环境产生危害[9]。

1.4.3    社会效益评价指标。社会效益是指最大限度地利用有限的资源满足社会上人们日益增长的物质文化需求。本研究主要是指农业种植生产过程中，以有限的劳动资源和技术水平投入来满足社会对粮食的数量需求、质量需求以及安全需要。因此，以社会效益（B3）作为准则，选择粮食安全指数（C13）、农产品商品率（C14）、产品稳定系数（C15）、劳动生产率（C16）和模式技术水平（C17）作为评价社会效益的因素[10-11]。

（1）粮食安全指数（C13）：单位面积粮食生产力对保障国家安全社会稳定保障所起的作用贡献。计算公式：粮食安全指数=（种植模式单位面积粮食产量-保证粮食安全所需耕地资源单位面积平均产量）/保证我国粮食安全所需耕地资源单位面积平均产量。

（2）农产品商品率（C14）：本年度生产的产品在下一个生产年度同种产品开始收获之前通过各种渠道出售的数量占本年度产量的比率。农产品商品率越高，越具备优势[12]。计算公式：农产品商品率=（总产量-平均消耗量）/总产量。

（3）产品稳定系数（C15）：一定时期内种植模式的产品波动稳定性。计算公式：产品稳定系数=1-产品波动性指数。

（4）劳动生产率（C16）：目前，农村劳动力供需不平衡状况日益加剧，采用单位面积年均用工量来衡量种植模式的社会适应性。计算公式：劳动生产率=总产值/种植模式的年均用工量。

（5）模式技術水平（C17）：不断使用先进农业技术来代替落后的农业技术，来促进农业生产力的发展。技术推广难易程度、技术可靠性、技术的先进性是衡量该模式的技术水平的重要因素，体现了新农业技术进行生产的水平。

2    结果与分析

2.1    不同种植模式的效益比较

2.1.1    不同种植模式的产投统计。由表1可知，不同复种模式经济产量大小表现为L1>L2>L4>L3>L5，总生物量大小却表现为L1>L4>L5>L3>L2，表明目标模式比传统模式全年作物经济产量增加，而总生物量因秸秆产量出现浮动。

2.1.2    不同种植模式的经济效益比较。经济效益是农民衡量评价种植模式的重要指标。根据试验结果，分别以种植模式总产值、总成本、种植模式净利润、投入产出比率、劳动生产率和资金净产值率为准则，从经济效益对5种种植模式进行排序（表2）。

2.1.3    不同种植模式生态效益比较。随着中国经济的持续快速发展，城市进程和工业化进程的不断增加，环境污染日益严重，国家对环保的重视程度也越来越高[10]。根据江西省红壤研究所的试验结果，分别以耕地资源生产率、氮肥利用率、磷肥利用率、化学农药施用强度为准则，从生态效益效益对5种植模式进行排序（表3）。

2.1.4    不同种植模式社会效益比较。社会效益是指最大限度地利用有限的资源满足社会上人们日益增长的物质文化需求。人的行动自由只能在必要的公共利益范围内才得以限制。社会效益往往在较长时间后才能发挥出来，有广义和狭义之分：广义的社会效益是相对于经济效益而言的，包括政治效益、思想文化效益、生态环境效益等;狭义的社会效益，亦与经济效益相对称，还与政治效益、生态环境效益等相并列。本文采用狭义的社会效益结果，分别以粮食安全指数、农产品商品率、产品稳定系数、劳动生产率、模式技术水平为准则，从社会效益效益对各轮种模式进行排序（表4）。

2.2    种植模式的综合效益评价

综合经济效益、生态效益和社会效益评价指标，可得优劣顺序如表5所示。

为了能对几种种植模式的优劣进行总体评估，首先对5种种植模式的经济效益、生态效益、社会效益进行评价，计算Borda分，确定一致性矩阵，然后求解线性规划问题，得到综合效益评价排序。具体过程及结果如下。

2.2.1    准则层经济效益计算。准则层经济效益（B1）矩阵：

3    结论

本文根据江西省红壤研究所开展的红壤旱地多年轮作模式研究和农业资源高效利用技术模式研究的相关田间试验数据和室内分析研究数据，开展红壤旱作物不同种植模式的评价，从经济效益、生态效益、社会效益以及综合效益评价等角度开展适合红壤区旱作物种植模式的探究，采用层次分析法和一致性准则法得到结果如下：5种种植模式为L1，花生—芝麻—马铃薯→（春玉米—绿豆）—绿肥→花生—芝麻—马铃薯;L2，红薯—绿肥→大豆—芝麻—马铃薯→红薯—绿肥;L3，花生—油菜→芝麻-油菜→花生—冬闲;L4，花生—玉米（鲜食）→红薯—冬闲→花生—芝麻;L5，花生—冬闲→玉米（鲜食）—芝麻→花生—玉米（鲜食）。其中，仅从经济效益的角度来看，种植模式L5，即花生—冬闲→玉米（鲜食）—芝麻→花生—玉米（鲜食）较其他种植模式的经济效益更优。由于种植模式L5总投入较低，产出效益好，因而纯收益较高。不同种植模式的经济效益排序依次如下：L5>L4>L3>L1>L2。

仅从生态效益的角度来看，种植模式L1，即花生—芝麻—马铃薯→（春玉米—绿豆）—绿肥→花生—芝麻—马铃薯较其他种植模式生态效益要更优，主要是因为该种植模式耕地资源生产率、水资源生产率、光能资源利用率较高，因而生态效益较好。不同种植模式的生态效益排序依次如下：L1>L4>L2>L5>L3。

仅从社会效益的角度来看，种植模式L1，即花生—芝麻—马铃薯→（春玉米-绿豆）—绿肥→花生—芝麻—马铃薯较其他种植模式社会效益要更优，主要是因为该种植模式提供的粮食产量高、劳动生产率高、模式技术水平高、农产品商品率高，因而社会效益较好。不同种植模式依次排序如下：L1>L2>L4～L5>L3。

从综合评价指标来看，红壤旱地高效种植模式研究中，综合效益评价最佳模式为L1，即花生—芝麻—马铃薯→（春玉米-绿豆）—绿肥→花生—芝麻—马铃薯。不同种植模式依次排序如下：GL1>GL4>GL2>GL5>GL3。

4    参考文献

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