劉玒玒, 趙 雪, 張 旭, 李 鵬

(1.西安財經(jīng)學(xué)院 管理學(xué)院工程管理系, 陜西 西安 710100; 2.空軍工程大學(xué) 理學(xué)院, 陜西 西安 710051；3.牙克石市綜合高級中學(xué), 內(nèi)蒙古 牙克石 022150； 4.吉林省長泓水利工程有限責(zé)任公司， 吉林 長春，130000)

中國現(xiàn)在面臨著許多生態(tài)環(huán)境問題，其中最為嚴(yán)重的便是土地沙化，尤其是在干旱地區(qū)、半干旱地區(qū)以及部分半濕潤地區(qū)。沙荒地的土壤粒間孔隙大，內(nèi)部排水快，蓄水量少且易蒸發(fā)失水。渭洛河夾槽地帶生態(tài)環(huán)境相對脆弱，部分區(qū)域沙化嚴(yán)重，風(fēng)沙肆虐，水土流失嚴(yán)重[1-2]。沙荒地整治具有效益的統(tǒng)一性，生態(tài)因素是制約土地資源利用的主導(dǎo)因子，沙荒地綜合整治的生態(tài)環(huán)境效益表現(xiàn)為沙荒地綜合整治對自然生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與環(huán)境的影響，追求生態(tài)環(huán)境效益是沙荒地綜合整治的基礎(chǔ)與前提；社會因素是土地利用系統(tǒng)的主導(dǎo)因子，沙荒地綜合整治的社會效益表現(xiàn)為沙荒地綜合整治對農(nóng)村社會環(huán)境、社會經(jīng)濟與自然資源合理利用的貢獻與影響，社會效益是沙荒地綜合整治的目的所在；沙荒地綜合整治的經(jīng)濟效益表現(xiàn)為沙荒地綜合整治對國民經(jīng)濟與綜合整治項目區(qū)農(nóng)戶的影響，追求經(jīng)濟效益是沙荒地綜合整治的中心內(nèi)容，也是沙荒地綜合整治生命力所在。因此，沙荒地綜合整治應(yīng)追求經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境的統(tǒng)一，努力做到生態(tài)上平衡，經(jīng)濟上有效。沙荒地綜合整治的效益即經(jīng)濟效益、社會效益、生態(tài)環(huán)境效益三者的有機綜合[3]。綜合效益評價是包含多因素的復(fù)雜模糊系統(tǒng)。運用常規(guī)的數(shù)學(xué)方法進行綜合效益評價往往難以取得良效果。目前綜合效益評價方法有回歸分析法，迭置指數(shù)法，聚類分析法，模糊數(shù)學(xué)綜合評價法，主成分分析法，物元分析法等。物元分析法是將復(fù)雜問題抽象為形象化的模型，并應(yīng)用這些模型研究基本理論，提出應(yīng)用方法。它可以建立事物多指標(biāo)性能參數(shù)的質(zhì)量評定模型，并能以定量的數(shù)值表達(dá)評定結(jié)果，較完整地反映事物質(zhì)量的綜合水平，權(quán)重計算中使用熵權(quán)法，也易于用計算機進行編程處理。因此該方法相對主觀賦值法，精確度更高，客觀性更強，能夠更好地解釋評價結(jié)果。本文從渭洛河夾槽地帶的土地資源，生態(tài)環(huán)境等實際情況出發(fā)，結(jié)合氣候資源優(yōu)勢，以生態(tài)環(huán)境的保護與提升為目標(biāo)，依靠科技，探索適宜的沙荒地整治模式，建立基于熵權(quán)物元法的沙荒地整治綜合效益評價模型，為沙荒地整治及其綜合效益提升提供決策支撐。

1 研究區(qū)概況

1.1 研究區(qū)概況

渭洛河夾槽地帶位于大荔縣境內(nèi)，大荔縣位于陜西關(guān)中平原東部，北緯34°36′—35°02′，東經(jīng)109°43′—110°19′。研究區(qū)即渭河與洛河之間大荔縣區(qū)轄的5個鎮(zhèn)(羌白鎮(zhèn)、官池鎮(zhèn)、下寨鎮(zhèn)、韋林鎮(zhèn)、蘇村鎮(zhèn))以及朝邑鎮(zhèn)部分區(qū)域(原沙底村)的部分地域。土地面積639 km2，其中沙區(qū)面積458.27 km2，占研究區(qū)總面積的71.7%。

1.2 氣候資源優(yōu)勢

研究區(qū)現(xiàn)代生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展有著很大的優(yōu)勢：一是氣候條件。該地區(qū)屬暖溫帶半干旱大陸性氣候區(qū)，四季冷暖、干濕分明，其特點是：春季升溫快，回暖早，風(fēng)多風(fēng)大；夏季氣溫高，日照長，多伏旱；秋季降溫快，多陰雨，冬季干冷少雨雪。二是光能資源。該地區(qū)光能資源豐富。年平均總輻射量525.8 kJ/cm2，其中12月份最低，為24.9 kJ/cm2，7月份最高，為62.9 kJ/cm2；研究區(qū)地處關(guān)中東部的高溫中心，全年日照時數(shù)為2 385.2 h，占可照時數(shù)的54%。三是熱量資源。氣溫狀況：境內(nèi)平均氣溫為14.5 ℃，最熱的7月平均為26.8 ℃，最冷的1月平均為-1.4 ℃。年各月氣溫日較差平均為11.6 ℃，6月最大，為13.7 ℃，1,8和12月最低，為10.5 ℃。這些得天獨厚的自然條件，為糧食、棉花、大豆、花生、胡蘿卜、畜牧、水果、苗木、牧草的種植提供了極為優(yōu)越的生長環(huán)境。

1.3 生態(tài)環(huán)境脆弱

隨著經(jīng)濟和人口增長，耕地不斷開發(fā)，造成了土地生態(tài)系統(tǒng)退化。主要表現(xiàn)在大水漫灌農(nóng)田導(dǎo)致大面積沙化和水土流失。經(jīng)初步治理已固定、半固定的沙地大多以灌叢、草本為主體，植物群落單一，生態(tài)環(huán)境脆弱，抗御自然災(zāi)害能力較差。依據(jù)生態(tài)環(huán)境的歷史變遷，不斷的開發(fā)帶來了研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的很多問題。長期以來，由于人們不合理的毀林開荒、超采地下水，過渡墾殖等不合理利用，沙苑環(huán)境質(zhì)量惡化，主要表現(xiàn)在局部沙丘活化，地下水水位下降和植被覆蓋下降。致使該地區(qū)生態(tài)環(huán)境惡化脆弱，沙進人退，干旱、風(fēng)沙等自然災(zāi)害頻繁，農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力低下。

2 渭洛河夾槽地帶沙荒地整治綜合效益評價

沙荒地整治項目綜合效益評價是指在沙荒地整治項目實施后，為綜合衡量沙荒地整治項目實施的真實效益，并為未來沙荒地整治項目決策提供依據(jù)，而從經(jīng)濟、社會和生態(tài)3個方面建立科學(xué)的綜合評價指標(biāo)體系，收集相關(guān)數(shù)據(jù)運用科學(xué)的評價方法對沙荒地整治項目帶來的綜合效益進行評價的活動。本文通過沙荒地整治資源環(huán)境診斷指標(biāo)體系，在具體分析沙荒地整治系統(tǒng)構(gòu)成、沙荒地整治資源環(huán)境影響因子和資源環(huán)境效應(yīng)的基礎(chǔ)上，建立能客觀的反映和表征渭洛河夾槽地帶沙荒地整治對區(qū)域經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境等的模型，其根本目的在于通過制定適當(dāng)?shù)亩攘恐笜?biāo)，用以定量地反映和衡量研究區(qū)沙荒地整治對區(qū)域經(jīng)濟、社會、環(huán)境所產(chǎn)生的影響，從而為渭洛河夾槽地帶沙荒地整治目的選擇和優(yōu)化配置提供科學(xué)的依據(jù)，并且為沙荒地整治項目的規(guī)劃設(shè)計和沙荒地整治專項規(guī)劃提供依據(jù)。

2.1 評價指標(biāo)體系的建立

影響綜合效益的潛在因素很多，應(yīng)根據(jù)研究的目的、范圍、項目區(qū)的自然地理背景、人文風(fēng)情，綜合考慮經(jīng)濟效益、社會效益及生態(tài)環(huán)境效益等因素來選取評價指標(biāo)，同時還要兼顧影響因素體系的可操作性，系統(tǒng)性和完整性。建立評價指標(biāo)體系時應(yīng)突出生態(tài)效益，土地整治的生態(tài)效益是指土地整治行為主體進行的活動影響了自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，從而使得自然生態(tài)系統(tǒng)對人類的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生直接或間接地生態(tài)效應(yīng)； ①通過在土地開發(fā)整理區(qū)綜合應(yīng)用工程措施、生物措施和科技措施，實行水、電、田、林、路綜合治理，有效地增加耕地面積，改善生態(tài)環(huán)境； ②通過修建防滲管道，合理安排農(nóng)田灌溉，完善農(nóng)田水利設(shè)施，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，使項目區(qū)水資源的利用效益得到很大提高，有限的水資源得到合理利用； ③項目實施后，項目區(qū)內(nèi)未利用地級廢棄地得以開發(fā)利用，營造田間防護林等，提高植被、林木覆蓋率及綠化率。在防風(fēng)、固沙、排除空氣污染，凈化空氣、改善項目區(qū)小氣候，美化環(huán)境等方面，發(fā)揮重要的作用；形成錯落有致的人工綠色農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)：“田方、路平、林齊”，與社會經(jīng)濟發(fā)展相平衡的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)將逐步形成。

對大荔縣沙荒地整治的綜合效益評價所選取的評價指及原始數(shù)據(jù)詳見表1。原始數(shù)據(jù)來源于項目前期實地調(diào)研以及近3 a的統(tǒng)計年鑒。

表1 沙地整治的綜合效益評價指標(biāo)及其原始數(shù)據(jù)

2.2 基于熵權(quán)的物元分析綜合評價模型

物元分析[5](matter element analysis， MEA)是研究解決矛盾問題的規(guī)律和方法，是系統(tǒng)科學(xué)，思維科學(xué)，數(shù)學(xué)交叉的邊緣學(xué)科，是貫穿自然科學(xué)和社會科學(xué)而應(yīng)用較廣的橫斷學(xué)科[6-7]。它可以將復(fù)雜問題抽象為形象化的模型，并應(yīng)用這些模型研究基本理論，提出相應(yīng)的應(yīng)用方法。利用物元分析方法，可以建立事物多指標(biāo)性能參數(shù)的質(zhì)量評定模型，并能以定量的數(shù)值表示評定結(jié)果，從而能夠較完整地反映事物質(zhì)量的綜合水平，并易于用計算機進行編程處理[8]。在綜合效益評價中，合理的權(quán)重是評估的關(guān)鍵。由于熵權(quán)法確定權(quán)重的客觀合理性，目前已在工程技術(shù)、社會經(jīng)濟和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[9]。

2.3 基于熵權(quán)的物元分析綜合評價計算

2.3.1 建立評價因素論域和評價等級論域 給定事物的名稱N，它關(guān)于特征C的量值為V，以有序3元組R={N，C，V}組作為描述事物的基本元，簡稱物元[10]。如果事物N有n個特征c1，c2，…，cn和本文相應(yīng)的模糊量值v1，v2，…，vn來描述，本文針對實際需求并結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況選取21項特征值作為大荔縣沙荒地整治的綜合效益評價指標(biāo)，模糊量值根據(jù)具體評價指標(biāo)對應(yīng)的原始數(shù)據(jù)處理之后得到，則基本模型可以表示為[11]：

(1)

稱R為n維物元。設(shè)有m評價等級N1，N2，…,Nm，建立相應(yīng)的物元：

(2)

其中，Xij(j=1，2，…，n)是評價等級Ni(i=1，2，…，m)關(guān)于評價參數(shù)Ci(i=1，2，…，n)的量值域，稱為經(jīng)典域[12]。

對于經(jīng)典域，構(gòu)造其節(jié)域：建立物元Rp，Xpi=(i=1，2，…，n)為Np關(guān)于ci(i=1，2，…，n)的節(jié)域。顯然有Xij?Xpi(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)，對于要評價的對象P，其量測結(jié)果為[13]：

(3)

2.3.2 距的計算

(4)

(i=1,2,…,m；j=1,2,…,n)

2.3.3 關(guān)聯(lián)函數(shù)

(5)

2.3.4 確定評價指標(biāo)的權(quán)重 權(quán)重表示各個指標(biāo)的重要程度。本文采用具有客觀性的熵權(quán)法進行權(quán)重賦值[16-17]。

對于m個評價指標(biāo)，n個評價等級的問題，其第j個指標(biāo)的熵定義為：

(6)

(7)

當(dāng)評價對象在某項指標(biāo)上的值相差較大時，熵值較小，說明該指標(biāo)提供的有效信息量較大，該指標(biāo)的權(quán)重也應(yīng)較大；反之，若某項指標(biāo)的值相差較小，熵值較大，則說明該指標(biāo)提供的信息量較小，該指標(biāo)的權(quán)重也應(yīng)較小。

2.3.5 關(guān)聯(lián)度及評定等級 關(guān)聯(lián)函數(shù)K(x)的數(shù)值表示評價單元符合某標(biāo)準(zhǔn)范圍的隸屬程度。當(dāng)K(x)≥1.0時，表示被評價對象超過標(biāo)準(zhǔn)對象上限，數(shù)值越大，開發(fā)潛力越大；當(dāng)0≤K(x)≤1.0時，表示被評價對象符合標(biāo)準(zhǔn)對象要求的程度，數(shù)值越大，越接近標(biāo)準(zhǔn)上限，當(dāng)-0.1≤K(x)≤0時，表示被評價對象不符合標(biāo)準(zhǔn)對象要求，但具備轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)對象的條件，數(shù)值越大，越容易轉(zhuǎn)化；當(dāng)K(x)≤0.1時，表示被評價對象不符合標(biāo)準(zhǔn)對象要求，且又不具備轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)對象的條件。

設(shè)wi為特征ci的權(quán)重系數(shù)，則pi關(guān)于第j個等級的關(guān)聯(lián)度為：

Kj(P0)=∑nwikj(yi)

(8)

待評價物元的評價等級Kj為：

Kj=maxKj(P0) (j=1,2,…,m)

(9)

則評定P屬于等級j。

2.4 評價結(jié)果與分析

評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的確定在綜合效益研究中起著非常重要的作用，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)立的是否科學(xué)合理，直接關(guān)系到評價結(jié)果的正確與否。目前，沙荒地整治綜合效益評價標(biāo)準(zhǔn)尚處于探索階段，有關(guān)評價的標(biāo)準(zhǔn)分級還沒有統(tǒng)一的方法。本文在參考了與研究區(qū)具備相似環(huán)境及生態(tài)情況的沙荒地整治研究相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后，根據(jù)上述模糊綜合計算結(jié)果提出沙荒地整治綜合效益評價標(biāo)準(zhǔn)，把綜合效益的提高分為5級，評價集為V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ}，評價標(biāo)準(zhǔn)詳見表2。

表2 沙荒地整治綜合效益評價標(biāo)準(zhǔn)

渭洛河夾槽地帶地質(zhì)構(gòu)造特征為北部渭河3級階地(羌白鎮(zhèn)等)，中部(沙苑區(qū))和南部(渭洛河灘區(qū))為地塹構(gòu)造深陷區(qū)。在對其進行綜合效益評價過程中，本文分別從3個不同地形中選擇一個代表村(北部的北營村，中部的梁園村，南部的蘇村)進行綜合效益評價。根據(jù)上述的物元分析綜合計算方法得到渭洛河夾槽地帶3個地區(qū)的評價計算結(jié)果(詳見表3)，分別對項目區(qū)的綜合效益等級分級。依據(jù)表2的沙地整治綜合效益評價標(biāo)準(zhǔn)，得各地區(qū)綜合效益評價分級為：北營村在沙產(chǎn)業(yè)建設(shè)中綜合效益評價等級均為Ⅰ級，屬于效益優(yōu)等地區(qū)；梁園村及蘇村綜合效益評價等級為Ⅱ級，屬于效益良等地區(qū)。研究結(jié)果表明研究區(qū)沙地整治的綜合效益為優(yōu)良等級，整治效果達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

表3 研究區(qū)綜合效益評價結(jié)果

3 結(jié) 論

采用熵權(quán)物元分析法對大荔縣沙荒地整治的綜合效果進行評價，從而判斷研究區(qū)沙荒地整治項目是否成功，為沙荒地整治綜合效益評價提供了新思路。該評價方法可以將復(fù)雜問題抽象為形象化的模型，并應(yīng)用這些模型研究基本理論，提出相應(yīng)的應(yīng)用方法。因此，該方法在綜合效益評價中具有很強的實用性。目前，沙荒地整治綜合效益評價指標(biāo)的選取及量化尚有待于進一步探索，因此需要在研究過程中加大數(shù)據(jù)量的采集和加強對評價指標(biāo)選取的科學(xué)性等。沙荒地整治綜合效益的體現(xiàn)是一個長期的過程，需要做出渭洛河夾槽地帶沙地整治及生態(tài)文明建設(shè)綜合模式應(yīng)用的推進機制才能得到一個相對準(zhǔn)確的判斷，提出了新形勢下沙地整治及開發(fā)利用的相關(guān)對策和保障措施，從而促進研究區(qū)沙地資源的良性利用。