基于AHP层次分析模型的棉花节本增效技术体系综合效益评价

白 萍，邓 路，2,3，张鹏忠，帕尔哈提·买买提

(1.新疆维吾尔自治区发展与改革委员会经济研究院，乌鲁木齐 830001；2.中国科学院新疆生态与地理研究所，乌鲁木齐 830011；3.中国科学院大学，北京 100049；4. 国家棉花工程技术研究中心，乌鲁木齐 830091)

0 引 言

【研究意义】2018年新疆棉花产量占全国棉花产量的84%，新疆棉花生产对保障国家棉花供应安全发挥着重要作用[1,2]。近年来，新疆植棉投入成本持续增加，存在高产田物化投入过高，肥料配比不合理等问题[3,4]，导致棉花生产比较效益不断下降。发展棉花节本增效技术，传统种植方式相比，能有效提高棉花单产水平，降低棉花生产成本，提升棉花经济技术效益，是提高新疆棉花综合生产能力、持续保持新疆棉花生产重要战略地位和国家战略安全的重要途径[5]。棉花节本增效技术体系的综合效益受到多种因素的影响，在棉花的重要产区沙湾县，建立棉花节本增效技术的核心示范区，对棉花节本增效技术的有效性开展研究，并运用AHP层次分析建立模型，用多种手段综合使用的效果进行评价，对识别影响棉花综合效益的主要因素及对各种因素的影响力排序有实际意义。【前人研究进展】前人在某一种生产技术对棉花生产质量和效益的影响有较多的研究。研究表明，精量播种技术可以降低种子用量50%～60%[6]；标准化的机器采棉流程，可以有效提高机采棉质量[7]；测土配方、精量施肥技术，可以提高籽棉产量6.97%～18.94%[8]。使用不同的手段，能一定程度上起到节约成本增加效益的目的。但是，以往研究通常只关注单一技术使用对棉花产量、质量和效益的影响，王华[9]、吴裕军[10]等研究钾肥对棉花产量的影响，唐志军[11]等研究了不同施肥量对棉花增产效果，张美良[12]等研究了氮磷钾配比对棉花增产效果，王庆[13]等研究了膜下滴灌在棉花种植中的优势，汪若海[14]等则认为密植促早是提高我国棉花产量的有效途径。【本研究切入点】上述研究也忽视了经营模式对棉花节本增效的影响。好的经营模式能有效降低棉花种植成本，提高种植收益。以往的研究多局限于单一技术使用对棉花种植效益的影响，忽略了多种技术综合使用的效果。以往研究多采用小面积的定点试验，试验地面积大多较小，不能完全排除测量、气候、土壤环境等偶然性的因素影响，代表性、稳定性有限，不利于在大面积范围推广。农业技术评价是从简单到复杂的过程[15-17]，早期采用定性评价法[18-21]，这一类方法操作性好，易于使用，但是由于缺乏检验手段，受评价人水平以及主观意志影响较大。后来逐渐演变为定量评价，这类评价方法的优点是客观、准确，具有统一的衡量标准，但是往往会忽略一些难以量化的指标。以往的研究无论是定性评价还是定量评价，往往都针对单一技术。研究客观评价棉花节本增效技术的综合效益。【拟解决的关键问题】在沙湾县设立试验示范区和空白对照区，采用先进经营模式、精量播种、测土配方施肥等技术提高棉花节本增效的综合效果。从产量增加、面积辐射范围、经济效益、技术效益等多个方面对棉花节本增效技术的综合效益进行评价。从产量增加、面积辐射范围、经济效益、技术效益等角度，多方面评价多种技术综合联用的效果，并建立AHP层次分析模型，对各种措施的重要性进行排序，为改进和推广棉花节本增效技术提供一定的支撑。

1 材料与方法

1.1 材 料

相关文献资料的收集、整理、加工。2016～2018年在沙湾县采用实际测量和问卷调查等方式收集的统计数据。采集《新疆维吾尔自治区农牧产品成本收益资料汇编》和《新疆统计年鉴》相关数据。

1.2 方 法

使用常规的数理统计方法和AHP层次分析法对相关数据进行处理分析。

1.2.1 AHP层次分析法

(1)明确问题的范围、所包含的因素、各因素之间的关系等。

(2)建立层次结构模型。按目标的不同、实现功能的差异，将系统分为几个等级层次，建立出层次结构模型。

(3)构造判断矩阵。判断矩阵表示针对上一层次中的某元素而言，评定该层次中各有关元素相对重要性程度的判断，两两相对重要性程度值考察AHP决策分析方法取得结论的合理性，对判断矩阵进行一致性检验。

(4)层次单排序。层次单排序的目的是对于上层次的某元素而言，确定本层次与之有联系的各元素重要性次序的权重值。

(5)层次总排序。利用同一层次中所有层次单排序的结果，计算出针对上一层而言，本层次所有元素的重要性权重值，即层次总排序。

(6)专家打分。表1

表1 AHP方法中相对重要性程度评分
Table 1 Relative importance scale in AHP method

相对重要性的权数Weightofrelativeimportance相对重要性程度解释Interpretationofrelativeimportance1两个因素同等重要3一个因素比另一个因素稍微重要5一个因素比另一个因素明显重要7一个因素比另一个因素强烈重要9一个因素比另一个因素极端重要2,4,6上述两相邻判断的中值上述数值的倒数如一个活动有上述的数目(如3),那么第二个活动相对于第一个就有倒数值(如1/3)

1.2.2 AHP层次分析模型

(1)判断矩阵的一致性检验

若判断矩阵中所有元素均满足此条件，则称该判断矩阵具有完全一致性。

(2)层次单排序

层次单排序的任务可以归结为计算判断矩阵的特征根和特征向量的问题，即对于判断矩阵B，计算满足：BW=λmaxW的特征根和特征向量。式中，λmax是判断矩阵B的最大特征根，W是对应于λmax的正规化特征向量，W的分量Wi就是对应元素单排序的权重值。

然后需要检验判断矩阵的一致性，计算一致性指标：

当CI=0时，判断矩阵具有完全一致性；反之，CI越大，则表示判断矩阵的一致性越差。

检验判断矩阵的一致性，CI与平均随机性指标RI进行比较。其判断准则如下公式：

CR为判断矩阵随机一致性比例。当CR<0.1时，我们认为判断矩阵具有令人满意的一致性；否则，当CR≥0.1时，则需要调整判断矩阵直到满意为止。表2

表2 平均随机一致性指标
Table2 Average random consistency index

阶数123456789101112131415RI0.000.000.580.901.121.241.321.411.451.491.521.541.561.581.59

(3)层次总排序

层次总排序是归一化的正规向量。评价层次总排序结果的一致性，同层次单排序一样，进行一致性检验，方法如(2)。

表3 层次总排序
Table3Totalhierarchicalrankingtable

层次A层次BA1A2…Ama1a2…a3B层次的总排序B1b11b21…bm1∑nj=1ajbj1B2b12b22…bm2∑nj=1ajbj2︙︙︙︙︙Bnb1nb2n…bmn∑nj=1ajbjn

2 结果与分析

2.1 项目实施对棉花产量的影响

新疆棉花单产近10年来经历了降低-升高-降低-升高的过程，在113.2至137.3 kg/667m2波动，平均单产为126 kg/667m2，2017年达到近10年来历史最高值，为137 kg/667m2，相对来说还有较大的提升空间。

2016和2017年全疆棉花产量为136和137 kg/667m2。

2016年同属于塔城地区棉花产量为135 kg/667m2，而同属塔城地区的乌苏、沙湾、托里、和布克赛尔的棉花产量分别为136、145、106、115 kg/667m2，当年位于沙湾县的示范区棉花亩产为402 kg/667m2，高出塔城地区棉花产量198%，高出沙湾177%。

2017年塔城地区棉花产量为145 kg/667m2，乌苏、沙湾、托里、和布克赛尔的棉花产量分别为145、146、110、110 kg/667m2，当年位于沙湾县的示范区棉花单产为419 kg/667m2，高出塔城地区棉花产量189%，高出沙湾187%。

2018年，示范区的棉花产量为420 kg/667m2。

在沙湾县采用节本增效技术取得了较好的效果，示范区的产量远远高于气候条件相似的周边地区，也远远高于气候、土壤条件均较为相似的沙湾地区，并且3年间保持了较为稳定的效果，均达到了400 kg/667m2以上的水平，棉花节本增效技术提高了棉花产量。图1，图2

图1 2008-2017年新疆棉花平均单产
Fig.1 Average cotton yield per mu from 2008 to 2017

图2 2016～2017年新疆及塔城地区各县、示范区棉花单产
Fig.2 Cotton per mu in the counties and demonstration areas of Xinjiang and Tacheng districts from 2016 to 2017

2.2 项目实施的技术效率

筛选出3个方面11个相关指标，后通过咨询相关领域内的专家，保留了3个方面8个相关指标。图3

图3 棉花节本增效综合效益评估模型
Fig.3 Cotton section cost-effective comprehensive benefit evaluation model

模型构建完成后通过咨询25位专家对各层次要素的相对权重进行打分。对每位专家的打分表进行一致性检验，有3位专家的判断矩阵未能通过一致性检验，根据每位专家的权重计算通过一致性检验的22位专家的加权平均值，确定各层次各指标的权重。

准则层基于目标层面的得分。可以看出经济效益排名最重要，其次是资源节约，防灾减灾的重要性相对较低。表4

表4 准则层得分
Table 4 Criteria layer score

项目Project经济效益Economicbenefit资源节约Saveresources防灾减灾DisasterPreventionandMitigation数值Numericalvalue0.77660.15490.0685

措施层的重要性排序为合作社增加收益、精量播种经济效益、化肥利用率提高、测土配方施肥经济效益、气候、合作社节省成本、节水、防灾减灾、农业机械化。表5

表5 措施层得分和排名
Table 5 Measure level scores and rankings

项目Project合作社节省成本Cooperativessavecosts合作社增加收益Cooperativesincreaserevenue精量播种经济效益Excellentseedingeconomicbenefits测土配方施肥经济效益Soiltestingformulafertilizationeconomicbenefit节水Watersaving化肥利用率提高Increasedfertilizerutilization农业机械化Agriculturemechanization气候Climate防灾减灾DisasterPreventionandMitigation数值0.04490.40010.21870.11290.02790.11590.01110.05140.0171排序612473958

2.3 主要技术措施效益

2.3.1 合作社增加的收益

根据沙湾县农业技术推广中心提供的数据显示，通过“合作社+”的方式对棉花价格进行保护，可以以比市场收购价(6.0～6.15元/kg)略高的价格进行棉花收购，2016～2018年共计增加收益145.6×104元。表6

表6 2016～2018年示范区棉花价格及种植面积
Table 6 Statistics on cotton price and planting area in the demonstration area in 2016-2018

年份Years产量Yield市场价格Marketprice“合作社+”收购价"Cooperative+"purchaseprice示范区面积Demonstrationarea(667m2)高于市场收益Higherthanmarketincome201640266.1700028140020174196.16.37000586600201842066.27000588000合计1456000

2.3.2 精量播种带来的收益

根据沙湾县农业技术推广中心提供的数据显示，示范区内采用全部采用精量播种，节约种子0.5 kg/667m2，节省成本13元/667m2，示范区面积466.7 hm2(7 000亩)，共计节约成本91 000元。2016～2018年共计节约27.3×104元。

2.3.3 化肥利用效率提高

测土配方配合精量施肥使用，能有效提高肥料的利用效率。示范区全部采用测土配方和精量施肥，3年间化肥利用效率。

沙湾县其余地区的化肥使用量略微高于示范区，为计算方便，默认其余地区与示范区化肥用量一致。

示范区的单位氮、磷、钾肥产量远远高于非示范区，示范区三年氮肥利用效率为其余地区的4.1倍，钾肥利用效率为其余地区的3.9倍，磷肥利用效率为其余地区的4.3倍。

棉花节本增效技术体系的使用能有效提高肥料利用效率，节省资源。表7

表7 2016～2017年示范区化肥利用效率
Table 7 Fertilizer use efficiency in the demonstration area from 2016 to 2017

年份Years产量Yield沙湾县平均产量ShawanCountyaverageproduction氮肥Nitro-genfertili-zer钾肥Potash磷肥Phosphatefertilizer示范区/沙湾地区平均单位氮肥产出Averageunitnitrogenfertilizeroutputindemonstr-ationarea/Shawanarea示范区/沙湾地区平均单位钾肥产出Averageunitpotassiumfertilizeroutputindemonstrat-ionarea/Shawanarea示范区/沙湾地区平均单位磷肥产出Averageunitphosphatefertilizeroutputindemonstrationarea/Shawanarea20164021453583011.5/4.150.3/18.113.4/4.8201741914632102813.1/4.641.9/14.615/5.22018420/30122814.035.015.0

2.3.4 气候对棉花增产增收的影响

统计年鉴的数据显示，2009～2015年新疆受灾面积在565×103～1 849×103hm2，棉花主要受到低温、大风以及暴雨的侵害。2016～2018年示范区也在一定程度上受到气象灾害的影响，造成了小范围的减产，但总体来看影响较小。图4

图4 新疆地区2009～2015年的受灾面积
Fig.4 The area affected by the disaster in Xinjiang from 2009 to 2015

图5 “合作社+”经营模式下棉花节本增效技术应用流程
Figure 5 Flow chart of the application of cotton festival efficiency synergy under the "cooperative +" business model

3 讨 论

新疆作为我国最大的原棉生产基地，近年来棉花产量占全国总产的80%以上。

当前，新疆主要产棉区已构建起以机采棉模式为核心，促早栽培、适度矮化、适度密度、水肥精准、增益控害、机艺融合等为要点的棉花生产技术体系。但是也存在一些问题，自2011年起棉花生产成本就逐年上升，现金收益逐年减少，净利润下降趋势尤为明显，棉花生产过程中存在高成本和低效益并存的现象。尤其是在人工采摘情况下每千克皮棉的劳动力成本约为6.5元左右，已达到总成本的50%以上，要提升新疆棉花产业整体经济效益、竞争力，必须着力降低棉花生产过程中的人工、水肥等方面的成本，建立高效水肥协作模式，从单一的人工生产标准化的机械化生产转变，才能有效推进棉花生产节本增效。

采用“合作社+”的经营方式配合节本增效技术的使用，能有效提高棉花的种植效益。图5

4 结 论

4.1 2008～2017年，新疆棉花单产经历了降低-升高-降低-升高过程，2017年单产达到137 kg/667m2，为近十年来的高峰，但仍然具有较大的提升空间。

4.2 综合采用节本增效技术具有较好的效果，示范区的产量远远高于种植条件相似的周边地区，棉花节本增效技术能极大的提高棉花产量。

4.3 合作社合作、精量播种、化肥利用率提高等因素是影响棉花节本增效技术实施效果的最主要因素，这些措施能有效提高棉花种植收益。气温对棉花种植有一定程度影响，低温、大风以及暴雨是造成棉花减产的主要因素，但总体来看影响不大。

4.4 通过与合作社合作的方式能对棉花价格进行保护，一定程度上提高棉农收益。