基于DPSIR模型對寧夏同心旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展分析

溫淑紅，溫學(xué)飛，安 鈺

（寧夏農(nóng)林科學(xué)院 荒漠化治理研究所，銀川750002）

我國在旱作農(nóng)業(yè)效益評價(jià)方面已經(jīng)開展了大量的工作。關(guān)于旱作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展評價(jià)的方法主要有灰色系統(tǒng)法、模糊評價(jià)法、層次分析法等［1－3］。不管采取哪種評價(jià)方法，選取合理有效的指標(biāo)體系是評價(jià)的重要前提。隨著研究的不斷深入，旱作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展在指標(biāo)體系建立上經(jīng)歷了從單因子到多因子、從簡單到復(fù)雜、從狀態(tài)到過程、從現(xiàn)象指標(biāo)到綜合指標(biāo)的過程。不同領(lǐng)域的學(xué)者提出了一些評價(jià)指標(biāo)，形成了各具特色的評價(jià)指標(biāo)體系［4－6］在區(qū)域環(huán)境評價(jià)和資源可持續(xù)利用等研究中，科學(xué)家設(shè)計(jì)了許多概念模型或研究框架，如 OECD （Oranization for Economic Cooperation and Develop ment）提出的PSR（pressure－stateresponse）框架、UNCSD （United Nations Commission on Sustainable Develop ment）發(fā)展的 DSR （drivingforce－state－response）模型和EEA （European Environ ment Agency）采用的 DPSIR 模型 （drivingforce－pressure－state－i mpact－response）等。這些概念模型一般都提供了明確的思路、原則、方法和框架，有助于選擇相關(guān)要素和指標(biāo)，組織數(shù)據(jù)或信息，能夠保證重要的要素和信息不被忽略，以全面分析、解決環(huán)境或可持續(xù)發(fā)展問題［7－10］。DPSIR概念框架能揭示環(huán)境與人類活動(dòng)的因果關(guān)系，在資源、人口、環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究中得到了廣泛的應(yīng)用［11］。應(yīng)用DPSIR模型對項(xiàng)目區(qū)內(nèi)制約旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要制約因子及其內(nèi)在有機(jī)聯(lián)系的研究，建立補(bǔ)水農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展評價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建綜合節(jié)水措施條件下的社會、經(jīng)濟(jì)及其環(huán)境效益模型，提出發(fā)展補(bǔ)水農(nóng)業(yè)對社會、環(huán)境產(chǎn)生的綜合效益的科學(xué)評價(jià)新方法，為區(qū)域?qū)嵤┖底餮a(bǔ)水給社會、環(huán)境帶來的影響進(jìn)行綜合評價(jià)提供科學(xué)依據(jù)，推動(dòng)與促進(jìn)旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)沿著科學(xué)、健康、積極的軌道發(fā)展，保證當(dāng)?shù)厝罕姷慕?jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 評價(jià)指標(biāo)與方法

1．1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于同心縣東部預(yù)旺、張家垣、馬高莊、下馬關(guān)4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，總面積1 989．22 k m2，人口107 092人?；哪鹆?、溝壑地、山地、川地、塬地、澗地、黃土地等地貌交錯(cuò)分布，耕地252．07 k m2，多年平均降雨量270 mm左右，低于中部干旱帶，年均降雨量18%，年平均氣溫8．6℃，多年平均日照3 024 h，無霜期120～218 d，平均溫差為31．2℃［12］。

1．2 評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

同心縣旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用評價(jià)體系的框架包括三個(gè)層次。第一個(gè)是目標(biāo)層，即項(xiàng)目區(qū)水資源可持續(xù)利用綜合評價(jià)；第二個(gè)是影響因素層，包括驅(qū)動(dòng)力、壓力、狀態(tài)、影響和響應(yīng)5個(gè)影響同心縣項(xiàng)目區(qū)旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用的因素；第三個(gè)是指標(biāo)層，包括具體的指標(biāo)項(xiàng)，共22項(xiàng)。建立的旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)體系可持續(xù)發(fā)展綜合評價(jià)指標(biāo)體系見表1。為了使指標(biāo)權(quán)重更能夠符合實(shí)際情況，采取主觀賦權(quán)法（層次分析法）與客觀賦權(quán)法（改進(jìn)熵值法）相結(jié)合的方法來確定指標(biāo)的綜合權(quán)重［13］，即對主觀權(quán)重用修正系數(shù)（客觀權(quán)重求得）作修正，以評價(jià)影響同心縣旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)體系可持續(xù)利用的主要影響指標(biāo)，以及評價(jià)期間內(nèi)整體旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的變化趨勢。

表1 同心縣旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)DPSIR評價(jià)指標(biāo)體系

1．3 權(quán)重計(jì)算

1．3．1 層次分析法（A HP）確定主觀權(quán)重 層次分析（Analytic Hierachy process，AHP）多目標(biāo)決策方法，是20世紀(jì)70年代由美國運(yùn)籌學(xué)家T·L·Satty提出的，是一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。吸收利用行為科學(xué)的特點(diǎn)，將決策者的經(jīng)驗(yàn)判斷給予量化，對目標(biāo)（因素）結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且缺乏必要的數(shù)據(jù)情況下，采用此方法較為實(shí)用，是一種系統(tǒng)科學(xué)中常用的一種系統(tǒng)分析方法，因而成為系統(tǒng)分析的數(shù)學(xué)工具之一［14］。根據(jù)指標(biāo)體系的層次結(jié)構(gòu)，逐層采取兩兩比較來確定因素間相對重要性的數(shù)值。通過逐步調(diào)整運(yùn)算［13］，主觀權(quán)重結(jié)果見表2。

表2 主觀權(quán)重計(jì)算結(jié)果

1．3．2 熵值法確定客觀權(quán)重 采用熵值法對該指標(biāo)體系進(jìn)行綜合評價(jià)。在信息論中，熵是對不確定性的一種度量。信息量越大，不確定性就越小，熵也就越小；信息量越小，不確定性越大，熵也越大。根據(jù)熵的特性，用熵值來判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度，指標(biāo)的離散程度越大，該指標(biāo)對綜合評價(jià)的影響越大［15］。為使數(shù)據(jù)之間具有可比性，需要對初始數(shù)據(jù)作同度量化處理［13］。利用熵值法估算各指標(biāo)的權(quán)重，其本質(zhì)是利用指標(biāo)信息的價(jià)值系數(shù)來計(jì)算，其價(jià)值系數(shù)越高，對評價(jià)的重要性就越大，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 客觀權(quán)重計(jì)算結(jié)果

1．3．3 綜合權(quán)重確定 評價(jià)指標(biāo)綜合權(quán)重的計(jì)算公式為

W＝（1－t）Wω＋t Wj

式中：W——綜合權(quán)重；Wω——應(yīng)用層次分析法計(jì)算得到的主觀指標(biāo)權(quán)重向量；Wj——應(yīng)用熵值法計(jì)算得到的客觀指標(biāo)權(quán)重向量；t——修正系數(shù)，t值的選取取決于熵值法確定的指標(biāo)權(quán)重向量的差異程度，可按下式取值：t＝REn·n／（n－1）。根據(jù)差異程度系數(shù)的原理，可按下式計(jì)算其取值：REn＝2／n（1p1＋2p2＋…＋npn）－（n＋1）／n。式中：n——指標(biāo)個(gè)數(shù)，p1，p2，…，pn；Wj——中各指標(biāo)權(quán)重從小到大的重新排序［13］。根據(jù)以上公式進(jìn)行運(yùn)算后，得到REn＝0．0104，t＝0．0109。W＝0．9891Wω＋0．0109Wj，結(jié)果見表4。

表4 綜合權(quán)重計(jì)算結(jié)果及排序

2 結(jié)果與分析

2．1 單因子評價(jià)

從表4中可以看出，DPSIR系統(tǒng)中系統(tǒng)響應(yīng)權(quán)重最大為0．444 3，依次為系統(tǒng)影響0．276 9、系統(tǒng)狀態(tài)0．132 1、系統(tǒng)壓力0．099 3，驅(qū)動(dòng)力最小0．047 5。干旱區(qū)旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)中系統(tǒng)響應(yīng)是最重要的措施。在同心縣旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)中驅(qū)動(dòng)力權(quán)重最小，主要是由于當(dāng)?shù)馗F困地區(qū)長期以來粗放農(nóng)業(yè)的實(shí)施，基礎(chǔ)薄弱，顯現(xiàn)不出來現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)所必須的驅(qū)動(dòng)力因素。

總排序單個(gè)因子分析，降雨量權(quán)重最大為0．115 9，干旱區(qū)旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)的主要水資源就是自然降水，自然降水的多少，嚴(yán)重制約著旱地農(nóng)業(yè)的總體效益。第二為勞動(dòng)力權(quán)重，為0．109 7，勞動(dòng)力的素質(zhì)是高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的主要實(shí)施者，勞動(dòng)力的多少與素質(zhì)的高低在同心縣旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)中起到重要作用，因此要經(jīng)常加強(qiáng)群眾的技能培訓(xùn)。第三為井灌面積權(quán)重，為0．090 2，井灌面積是保證旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)旱澇保收的最基本措施，為旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)中最有效、最普遍的農(nóng)業(yè)措施。第四為糧食單產(chǎn)權(quán)重，為0．082 1，要提高糧食單產(chǎn)，作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整、水肥耦合、節(jié)水技術(shù)等旱作補(bǔ)水新技術(shù)的應(yīng)用才是旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵措施。干旱指數(shù)在旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中權(quán)重最低為0．010 6，長期的干旱使當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)逐漸適應(yīng)氣候的變化。其次為人均耕地面積，排名21，總排序權(quán)重為0．011 4，在旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)中，水資源的缺乏，大面積的播種，收成并不一定是最大化，有時(shí)候因干旱造成大面積絕產(chǎn)，因此在旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)中，采取旱地節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)，精細(xì)化種好一部分旱地，遠(yuǎn)比廣種薄收要強(qiáng)得多。

2．2 綜合評價(jià)

根據(jù)旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)可持續(xù)評價(jià)指標(biāo)體系的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用加權(quán)平均法對同心縣干旱區(qū)旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)體系可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行綜合評價(jià)。為了直觀反映旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)的實(shí)施效果，把旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)DPSIR總體可持續(xù)發(fā)展評級指數(shù)0．000～1．000劃分為5個(gè)等級［16］。具體劃分指標(biāo)和含義見表5。對同心縣旱作補(bǔ)水DPSIR系統(tǒng)的各子系統(tǒng)的評價(jià)值進(jìn)行計(jì)算結(jié)果見表6。

表5 旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)DPSIR可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)等級劃分

表6 同心縣旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)DPSIR綜合評價(jià)值及可持續(xù)性

2．2．1 子系統(tǒng)評價(jià) 從表6中可以看出，驅(qū)動(dòng)力2005－2008年一直呈現(xiàn)上升趨勢，可持續(xù)狀態(tài)一直良好，主要是由于人口純收入的增加，以及人均GDP增長的需要，特別是人口增長率的增加，有力地促進(jìn)了旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力增加。壓力2005－2007年有上升趨勢，可持續(xù)狀態(tài)從一般升為優(yōu)秀；2007－2008年壓力逐漸下降，可持續(xù)狀態(tài)從優(yōu)秀降為良好，主要是由于持續(xù)的干旱造成旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的困難，農(nóng)民人均擁有糧食減少，生活困難，為旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來巨大壓力。2007年降水為307．2 mm，從很大程度上解決了部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，減輕了旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的壓力。狀態(tài)變化2005－2006年、2007－2008年有上升趨勢，2006－2007年?duì)顟B(tài)逐漸下降，可持續(xù)發(fā)展一直處于良好狀態(tài)。由于壓力的表現(xiàn)，所呈現(xiàn)出相應(yīng)的狀態(tài)，2005－2007年持續(xù)的干旱造成干旱指數(shù)上升，造林成活率降低，造林面積減少，由于降水減少，對水分有效利用率增加。2007－2008年降水量的增加，有效改善了干旱指數(shù)，有利于旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作的開展。影響變化2005－2008年一直處于上升趨勢，可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)從一般逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榱己玫絻?yōu)秀。在經(jīng)濟(jì)增長、社會積極響應(yīng)的背景下，旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的消極影響在減弱，積極影響在加強(qiáng)。糧食總產(chǎn)量在增加，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動(dòng)力在減少，群眾素質(zhì)得到有效改善，旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響對當(dāng)?shù)厣a(chǎn)起到有效的促進(jìn)影響作用。響應(yīng)變化2005－2008年一直處于直線上升趨勢，可持續(xù)狀態(tài)從一般轉(zhuǎn)變?yōu)榱己玫絻?yōu)秀。在同心縣干旱少雨等自然條件下，旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)體系如果想取得良好的成績，必須采取農(nóng)田水利建設(shè)、水肥耦合、機(jī)械作業(yè)等有效的節(jié)水等措施。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，課題組與當(dāng)?shù)卣块T加強(qiáng)旱作補(bǔ)水新技術(shù)培訓(xùn)、推廣、應(yīng)用等措施，在可持續(xù)發(fā)展方面給予更積極的響應(yīng)，提高了旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效果。

2．2．2 旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)體系可持續(xù)發(fā)展情況 從表6中可以看出，同心縣旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)體系2005－2008年可持續(xù)發(fā)展評價(jià)值一直上升，可持續(xù)狀態(tài)從一般轉(zhuǎn)變?yōu)榱己玫絻?yōu)秀。說明通過旱作補(bǔ)水項(xiàng)目的實(shí)施，項(xiàng)目總體可持續(xù)發(fā)展情況較好。評價(jià)指數(shù)依次為：2008年（0．924 5）＞2007年（0．851 9）＞2006年（0．710 3）＞2005年（0．572 4）。可持續(xù)發(fā)展趨勢數(shù)學(xué)模型為：y＝0．3458l n x＋0．4523（R2＝0．9402）。

2．2．3 旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)體系年度發(fā)展情況分析 農(nóng)業(yè)“狀態(tài)”的變化以及未來發(fā)展趨勢不會只與某一因素有關(guān)，而應(yīng)該是諸多因素共同作用的結(jié)果［13］，旱作補(bǔ)水可持續(xù)性在不同年度內(nèi)所面臨的變化趨勢也不一樣。2005年、2006年可持續(xù)發(fā)展中狀態(tài)因子評價(jià)值最高（分別為0．713 4和0．868 5），2005年、2006年可持續(xù)發(fā)展中響應(yīng)因子評價(jià)值最低（分別為0．486 2和0．638 8），說明旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)由于壓力和驅(qū)動(dòng)力因子作用下兩年來旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)的狀態(tài)急需得到改善，所采取有效措施不足，整體可持續(xù)發(fā)展相對一般。由于2005年、2006年的存在狀態(tài)因素給2007年的可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)重的壓力（0．963 4），2007年的驅(qū)動(dòng)力也因此受到上年的影響，驅(qū)動(dòng)力因子最低（0．682 3），但比2006年的驅(qū)動(dòng)力有所上升。為了旱地農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效進(jìn)行，2008年應(yīng)該要采取有效的響應(yīng)（0．986 4）措施來降低壓力，2008年發(fā)展中壓力因子評價(jià)值最低（0．693 7），說明當(dāng)?shù)睾底餮a(bǔ)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展總體驅(qū)動(dòng)力較強(qiáng)，旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)面臨的潛在壓力較小。

3 討論與對策

旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)是介于自然、生態(tài)和社會經(jīng)濟(jì)之間的復(fù)合系統(tǒng)，系統(tǒng)中各因素之間的相互作用相當(dāng)復(fù)雜，借助于DPSIR概念模型有助于簡化這一過程［9，17］。通過全面分析同心縣旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的“驅(qū)動(dòng)力”、“壓力”、“狀態(tài)”、“影響”和“響應(yīng)”，有助于理解影響旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中各因素的作用過程以及彼此之間的因果關(guān)系，從而為建立旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置奠定基礎(chǔ)。因此，首先要以評估旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及其變化為基礎(chǔ)，分析造成旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀和變化的原因以及對系統(tǒng)的壓力，然后確定旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)系統(tǒng)現(xiàn)狀對當(dāng)?shù)厝罕娚?、生產(chǎn)和環(huán)境的影響，據(jù)此調(diào)整當(dāng)前旱作補(bǔ)水措施并實(shí)現(xiàn)旱地農(nóng)業(yè)資源優(yōu)化配置和農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展。根據(jù)以上分析過程和評價(jià)結(jié)果，由DPSIR模型中“響應(yīng)”模塊的功能，提出以下旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展過程中改善“驅(qū)動(dòng)力”、降低“壓力”、恢復(fù)“狀態(tài)”和消除“影響”的農(nóng)業(yè)可持續(xù)策略。

3．1 開源與節(jié)流

結(jié)合保障人畜安全和生態(tài)移民水利工程配套建設(shè)的水源供給利用，制定出旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)發(fā)展方案，確?？购狄こ蹋l(fā)揮最大效益［18］。利用流經(jīng)本縣的固海揚(yáng)黃水利及其引伸擴(kuò)灌的各類引水工程、塘、壩、庫、機(jī)井等現(xiàn)有水源，采用管管及機(jī)井、移動(dòng)機(jī)泵和固定揚(yáng)水站等相結(jié)合的辦法，建立抗旱供水應(yīng)急體系。加強(qiáng)井窖建設(shè)，建立集雨補(bǔ)灌可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)技術(shù)新體系［19］。

3．2 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)

旱作補(bǔ)水農(nóng)業(yè)以發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、增加農(nóng)民收入為中心，以市場為導(dǎo)向，以農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收為核心，不斷調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變。大力調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，改善大面積單一的種植結(jié)構(gòu)，采用壓夏增秋，壓糧增經(jīng)措施，建立由單作重茬向科學(xué)輪作過渡的用地新體系［20］。擴(kuò)大馬鈴薯、西甜瓜、葵花、紅棗、紅蔥等特色作物種植比例，合理安排地膜玉米種植倒茬，避免過多補(bǔ)灌用水增投不增收或效益低等問題。在確保糧食總產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品總量平衡的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大種植一批農(nóng)特優(yōu)農(nóng)副產(chǎn)品。

3．3 建立以蓄水保墑為核心的保護(hù)性耕作技術(shù)體系

建立以秋深耕施肥整地蓄水保墑為主的保護(hù)性耕作制度，建立適期秋覆膜、早春頂凌覆膜、機(jī)械全壟覆膜溝植集降雨補(bǔ)灌技術(shù)體系，推廣“一膜兩季”利用、田間微地面集雨節(jié)水補(bǔ)灌、根區(qū)注水補(bǔ)灌和移動(dòng)式滴灌等技術(shù)和模式［21］，增強(qiáng)抗旱避災(zāi)能力，提高穩(wěn)產(chǎn)增收潛力。

3．4 合理施肥，引進(jìn)新品種

通過增加無機(jī)肥料投入，以無機(jī)換有機(jī)，并改革施肥制度，促進(jìn)以種肥為主向重施基肥、種肥、適期適量追肥結(jié)合三次施肥過渡，合理增施氮磷鉀化肥，建立以肥調(diào)水、“水肥一體化”用養(yǎng)地技術(shù)體系，以提高土壤肥力水平，達(dá)到抗旱穩(wěn)產(chǎn)的目標(biāo)。引進(jìn)、推廣、選育高產(chǎn)抗旱作物新品種［22－23］，進(jìn)行科學(xué)的營養(yǎng)液浸種和藥物拌種措施，建立耐旱作物品種培養(yǎng)的新體系。

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