基于熵權-層次分析法的土壤質量綜合評價

摘要：本文將層次分析法及熵權法集成，對甘洛縣松樹坪村土壤質量進行綜合評價。結果表明，甘洛縣松樹坪村土壤的Cd含量、Hg含量、含水量、As含量、有機質含量、Se含量等指標的權重較大，分列前6位；土壤綜合質量較差的地區主要分布在松樹坪村東南部，治理優先級最高，應該優先考慮治理；影響松樹坪村土壤質量的潛在因素主要有4個，包括成土母巖、人類活動、植被覆蓋度及含水量。

關鍵詞：土壤質量；層次分析法；熵權法；綜合評價

中圖分類號：S158.2 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）04-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.04.010

Comprehensive Evaluation of Soil Quality Based on Entropy Weight-Analytic Hierarchy Process

——Taking Songshuping Village in Ganluo County as an Example

DENG Yuanwen， JIANG Linxiang

（403 Geological Team of Sichuan Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development， Emeishan 614200， China）

Abstract： This paper integrates the analytic hierarchy process and entropy weight method to comprehensively evaluate the soil quality in Songshuping Village， Ganluo County. The results show that the soil indicators such as Cd content， Hg content， water content， As content， organic matter content， and Se content in Songshuping Village， Ganluo County have a high weight， ranking in the top 6; the areas with poor comprehensive soil quality are mainly distributed in the southeast of Songshuping Village， with the highest priority for treatment and should be given priority; there are four potential factors that affect the soil quality in Songshuping Village， including soil parent rocks， human activities， vegetation coverage and water content.

Keywords： soil quality; analytic hierarchy process; entropy weight method; comprehensive evaluation

近年來，受重用輕養、重金屬污染等因素影響，我國部分地區土壤質量日益下降，土壤保護和恢復迫在眉睫，開展土壤質量綜合評價對改善土地現狀、保障土地資源具有重要意義。本文采用熵權-層次分析法，對甘洛縣松樹坪村土壤質量進行綜合評價，以期了解土壤質量現狀并提出建議。

1 研究區概況

甘洛縣隸屬于四川省涼山彝族自治州，海棠鎮松樹坪村位于甘洛縣西北部。甘洛縣境內大部為高山峽谷小平地，地勢南北高、中部低。境內主要河流有宰螺河，最高海拔為3 081 m，最低海拔為1 800 m，年平均氣溫為10.4 ℃，年降水量為1 274.9 mm，全年無霜期約為150 d，氣候涼爽，雨量充沛，日照相對充足，四季分明，年溫差較大[1]。甘洛縣資源豐富，耕地土壤肥沃，適宜多種農作物生長，主產馬鈴薯、大豆、苦蕎麥和玉米。林草資源豐富，礦藏有鉛鋅礦、煤礦、銅礦、水晶礦和硫鐵礦等。

2 評價方法

層次分析法的顯著特點是將定性和定量相結合，它能將復雜問題分解，為最佳方案的選擇提供科學依據，為決策者做出正確的決策提供理論參考[2]。一般問題的決策分析和評估過程中可能出現無法量化或不可測的因素，這時只需要引入科學的評價標準，就能使用該方法衡量影響決策的各種因素的相對重要性，進而為決策提供可信的依據。

評價者的主觀看法是確定指標權重的主要依據。盡管權重按重要性給出，但由于沒有充分考慮各指標提供的信息量，人為給出的權重顯然缺乏科學依據，勢必會導致對某一指標過高或過低的估計，使評價不能完全反映評價體系的真實情況[3]。因此，在主觀評價的同時，尋找一種科學的評價方法對主觀評價進行修正就顯得十分必要。在信息論的帶動下，信息熵的概念逐步在自然科學、社會科學及人體學等領域得到應用。在各種評價研究中，人們常常要考慮每個評價指標的相對重要程度。表示重要程度最直接和簡便的方法就是給各指標賦予權重[4]。按照信息熵思想，人們在決策中獲得信息的多少和質量是決策精度和可靠性的決定因素，而信息熵就是一個理想的尺度。

本文將主觀賦權的層次分析法與客觀賦權的熵權法有機結合，對甘洛縣松樹坪村土壤質量進行綜合評價，以明確其在土壤質量綜合評價中的適用性和可行性，為區域土壤質量定量化綜合評價提供新思路[5]。

3 數據處理及結果

3.1 層次分析法

采用層次分析法，構建土壤質量綜合評價指標體系，如表1所示。經整理，得到甘洛縣松樹坪村土壤質量綜合評價指標體系的比較矩陣A-B和B3-C，如表2、表3所示。根據比較矩陣進行計算，得到甘洛縣松樹坪村土壤質量綜合評價指標的層次單排序及權重。

3.2 熵權法

經計算，得到甘洛縣松樹坪村土壤質量綜合評價指標的權重。

3.3 事前檢驗

采用Kendall秩相關系數檢驗兩種評價方法的一致性：給定顯著性水平（顯著性系數α=0.01）；設零假設H0，即兩種評價方法不具有一致性；經計算，Z檢驗統計量為8.936，根據Z值確定是否拒絕零假設。根據標準正態分布概率表，相伴概率P≤0.01，對于給定的顯著性水平（α=0.01），知P≤α，則可認為層次分析法與熵權法具有一致性，可以集成。

3.4 熵權-層次分析法

經計算，得到甘洛縣松樹坪村土壤質量綜合評價指標的權重，如表4所示。

3.5 事后檢驗

采用Kendall一致性系數檢驗3種評價方法的一致性：給定顯著性水平（α=0.01）；設零假設H0，即三種評價方法不具有一致性；經計算，i2檢驗統計量為482.343，服從自由度為186的卡方分布，根據i2值確定是否拒絕零假設。根據卡方分布表，相伴概率Plt;lt;0.01，對于給定的顯著性水平（α=0.01），知Plt;lt;α，則可認為層次分析法與熵權法具有一致性，可以集成。

4 指標賦權分析

4.1 賦權結果

在16個指標中，Cd含量指標權重為0.137 8，Hg含量指標權重為0.109 5，含水量指標權重為0.099 0，As含量指標權重為0.097 5，有機質含量指標權重為0.092 7，Se含量指標權重為0.083 2，分列前6位。在綜合評價土壤質量時，應優先考察。

4.2 綜合分析

考慮到整治和修復土壤的資源有限性，基于模型結果，計算樣本的綜合得分，并繪制松樹坪村土壤質量綜合評價得分等值線圖，如圖1所示。

該圖能夠根據得分情況給出研究區土壤治理的先后順序。本文采用累積頻率的分級方法，按累積頻率（百分位數）所對應的得分劃分7個治理優先級。從圖1可以看出，土壤質量綜合評價得分的分布較有規律，有明顯的高值區和低值區，高值區與低值區的界線較為明顯。研究區東南部普遍是低值區，最低得分僅為38.42，土壤綜合質量較差，治理優先級普遍靠前；研究區西南部和北部為高值區，土壤綜合質量較好。結合重點指標分析，得分低的東南部大多存在較為嚴重的Cd、Hg、As污染，且有機質含量、含水量較低。松樹坪村土壤質量的影響因素主要有4個，包括成土母巖、人類活動、植被覆蓋度及含水量。

5 結論

本文采用熵權-層次分析法，對甘洛縣松樹坪村土壤質量進行綜合評價。研究表明，土壤的Cd含量、Hg含量、有機質含量、Se含量、As含量以及含水量是權重最大的6個指標，它們是影響土壤質量綜合評價的關鍵因素。土壤質量綜合評價得分顯示，研究區東南部土壤綜合質量較差，治理優先級普遍最高，應該投入大量資源進行治理。經分析，松樹坪村土壤質量的影響因素包括成土母巖、人為活動、植被覆蓋度及含水量。當前，甘洛縣要積極預防礦區土壤污染，杜絕私挖亂采，合理開發礦產資源；因地制宜，合理選擇土壤修復技術，恢復土壤功能；根據污染物類型、污染程度以及相關環境質量標準進行生態風險及人體健康風險評價，建立專業數據庫，退耕還林還草，增加森林和草地面積，有效地提高土壤質量。

參考文獻

1 呂曉男，陸允甫，王人潮.土壤肥力綜合評價初步研究[J].浙江大學學報（農業與生命科學版），1999（4）：3-5.

2 鄭昭佩，劉作新.土壤質量及其評價[J].應用生態學報，2003（1）：131-134.

3 Smith J L，Halvorson J J，Papendick R I.Using multiple-variable indicators Kriging for evaluating soil quality[J].Soil Science Society of America Journal，1993（3）：743-749.

4 劉 強，穆興民，高 鵬，等.土壤水力侵蝕對土壤質量理化指標影響的研究綜述[J].水土保持研究，2020（6）：386-392.

5 劉飛強，蔡文豪.多專家評價的AHP方法及其工程應用[J].廣東土木與建筑，2019（3）：69-71.