全 文 ：　 　 倡 国家教育部科学技术研究重点项目 （０３０６７）资助
收稿日期 ：２００５唱１１唱２９ 　 改回日期 ：２００６唱０２唱１８
红壤旱地几种新型耕作制度
综合效益的灰色关联度分析与评价 倡
　 　 黄国勤 　刘秀英
（江西农业大学生态科学研究中心 　 南昌 　 ３３００４５）
摘 　要 　 应用灰色关联分析法 ，对红壤旱地几种新型耕作制度的综合效益 ，按生态效益 、经济效益和社会效益各项
指标进行综合评价 。 结果表明 ：“白菜／马铃薯／玉米唱芝麻”灰色关联度最高 ，能兼顾社会 、经济和生态效益 ，保证增
产和农民增收 ，实现农业生产的可持续发展 ，是适宜在旱地上推广应用的“两高一优”耕作制度模式 。
关键词 　 红壤旱地 　 耕作制度 　 灰色关联度分析 　 综合评价 　效益
Grey relational analysis and evaluation of integrated benefits of new farming systems on upland red soil畅HUANG Guo唱
Qin ，LI U Xiu唱Ying （Ecological Science Research Center ，Jiang xi Agricultural Universit y ，Nanchang ３３００４５ ，China） ，
CJEA ，２００７ ，１５（４） ：１４４ ～ １４７
Abstract 　 Field experiment research on several new farming systems was conducted fr om November ２００３ to October
２００４ to determine feasible farming systems for developing cropping poten tial on upland red soils畅 Based on grey relational
analysis ，various ecological benefit indexes were used to evaluate economic ，social ，ecological and in tegrated benefits of sev唱
eral new farming systems on upland red soils畅Results show that grey relational degree of “cabbage／potato／maize唱sesame”is
the highest among the new farming systems ．It can cover social ，economic and ecological benefits ，ensure increasing yield
and farmers摧 income and realize sustainable development of agricultural production ．Therefore ，“cabbage／potato／maize唱
sesame”is a feasible farming system on upland red soils with high yield ，effciency and quality畅
Key words 　 Upland red soil ，Farming systems ，Grey relational analysis ，Comprehensive evaluation ，Benefit
（Received Nov ．２９ ，２００５ ；revised Feb ．１８ ，２００６）
耕作制度是组织农业生产活动的基础和依据 ，合理的耕作制度可以充分利用资源 ，提高经济效益 ，促进
农民增收 ；同时还能保护资源 ，培养地力 ，维护农业生态平衡［１］ 。 迄今 ，前人采用多种方法综合评价耕作制
度的效益［２ ～ ６］ ，但耕作制度综合效益的组成是多方位 、多层次和多指标的 ，笔者认为 ，要准确 、全面地评价不
同耕作制度的优劣 ，应着眼于系统的观点 ，并根据评价耕作制度的综合评价指标体系的构成［７］ ，全面权衡 、
综合评价 。 当前 ，在评价耕作制度效益时 ，大多采用单项指标（如产量等）来进行直接对比或采用统计分析
（方差分析 、回归分析）评价其优劣 ；或选用多项指标 ，定出评分标准 ，然后对各种耕作制度按评分标准定出
每项指标的得分 ，最后依其总分的高低判断其优劣 。 以上方法虽有其合理性和可行性 ，但常因数据的多寡
和数据分布的典型性与否而影响评判结果的准确性 ，且不便于进行定量分析 ；同时 ，由于不能客观地量化不
同耕作制度在不同指标上的优劣差距 ，从而在一定程度上不能全面合理地评估各种耕作制度的效益［８］ 。
灰色系统理论是以分析和确定因素间的相互影响程度或因子对主行为的贡献程度而进行评估的一种
分析方法 ，根据因素之间的相似或相异程度来衡量因素间接近的程度［９］ 。 灰色关联分析的应用与评价 ，解
决了众多因子作用的评价排序问题 ，它不同于过去的多因子均衡分析和协调分析的数学归纳方法 ，将耕作
制度系统综合优势进行排序和定量分析 ，具有简便 、直观 、有效的特点 。 本研究运用灰色关联度分析法 ，综
合分析和评价红壤旱地由蔬菜 、瓜果和农作物（棉花 、玉米等）组成的间套作立体多熟新型耕作制度的效益 ，
为推广适合红壤旱地种植的优良耕作制度提供理论依据和参考模式 。
1 　 试验材料和方法
　 　 试验于 ２００３ ～ ２００４ 年在江西农业大学农学试验站红壤旱地上进行 ，其成土母质为第四纪红色黏土 ，地
第 １５卷第 ４ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 　 No ．４
２ ０ ０ ７ 年 ７ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture July ，　 ２００７
理位置为 ２８°４６′０４″N ，１１５°５０′０２″E ，低岗地 ，无灌溉条件 ，土壤肥力中等 。 土壤有机质含量 ２６畅８２g／kg ，pH 值
５畅９６ ，全 N １畅３５g／kg ，有效氮 ６７畅５０mg／kg ，全 P ０畅９０g／kg ，有效磷 ６３畅６０mg／kg ，全 K １７畅８g／kg ，有效钾
２２６畅３０mg／kg 。 试验小区长 ６畅６m ，宽 ５畅０５m ，面积 ３３畅３３m２ 。 试验设 ４ 个处理 ，处理 Ⅰ 为蚕豆唱棉花 ，处理 Ⅱ
为蚕豆唱西瓜唱玉米 ，处理 Ⅲ 为白菜／马铃薯／玉米唱芝麻 ，处理 Ⅳ 为油菜唱大豆 ＋ 玉米唱芝麻 。 试验设 ３ 次重复 ，
随机排列 。 供试品种蚕豆为“青皮蚕豆” ，棉花为“赣棉杂 １ 号” ，西瓜为“早红玉” ，玉米为“赣糯 １ 号” ，白菜为
“上海矮抗青” ，马铃薯为“中薯 ３ 号” ，油菜为“中油 ８２１” ，大豆为“浙 ６８９２” ，芝麻为“中芝 ７ 号” 。
处理 Ⅰ （蚕豆唱棉花） ：蚕豆于 ２００３ 年 １１ 月 １５ 日播种 ，条播 ，播种量为 ２５５kg／hm２ 。 ２００４ 年 ５ 月 ３ 日收
完鲜嫩的青豆后 ，５ 月 ５ 日种植棉花 ，条播 ，播种量为 ９０kg／hm２ ，收获期为 １１ 月 ２０ 日 。 处理 Ⅱ （蚕豆唱西瓜唱
玉米） ：蚕豆种植方式同处理 Ⅰ 。蚕豆 ５ 月 ３ 日收获后 ，于 ５ 月 ５ 日将西瓜移栽于试验田中 ，种植密度为 ３ 万
株／hm２ ，收获期为 ７ 月 １５ 日 。 玉米于西瓜收获后开沟播种于小区中 ，种植规格为６０cm × ２５cm ，每穴 ３ 粒 ，定
苗时保留 １ 株 ，收获期为 ９ 月 ２５ 日 。 处理 Ⅲ （白菜／马铃薯／玉米唱芝麻） ：白菜于 ２００３ 年 １１月 １日播种 ，育苗移
栽 ，苗期 ２０ ～ ４０d ，定植密度 １０万株／hm２ ，收获期为 ２００４年 ２ 月 ２５ 日 。马铃薯于 ２月 ２２日套种于白菜中 ，垄上点
种 ，株距 ２５cm ，密度为 ４ 万株／hm２ ，收获期为 ４ 月 １５ 日 。 玉米于 ４ 月 ５ 日套种于马铃薯中 ，种植规格为 ６０cm ×
２５cm ，穴播 ，每穴 ３粒 ，定苗时保留 １株 。 ７月 ２３ 日玉米收获当日开沟条播芝麻 ，行距 ３０cm ，播种量为 １５kg／hm２ ，芝
麻收获期为 １０月 １８日 。处理 Ⅳ （油菜唱大豆 ＋ 玉米唱芝麻） ：油菜于 ２００３ 年 １０ 月 ５ 日播种 ，条播 ，播种量 ３０kg／
hm２ 。 ２００４ 年 ４ 月 １ 日油菜收获后开沟 ，４ 月 ５ 日种植大豆和玉米 ，玉米间作大豆行比为 ２∶３ ，玉米种植规格
为 ６０cm × ３３cm ，每穴 ３ 粒 ，定苗保留 １ 株 。 大豆种植规格为 ４０cm × ２５cm ，每穴 ３ 粒 ，留 ２ 株 。 ７ 月 １０ 日收
获大豆 ，７ 月 ２３ 日玉米收获当日开沟条播芝麻 ，行距 ３０cm ，播种量为 １５kg／hm２ ，芝麻收获期为 １０ 月 １８ 日 。
试验中不同处理的各种作物 ，其栽培措施与大田相同 。
　 　 在各
作物生育
期间定点
定期观察
个体生长
发 育 情
况 ，收 获
时称量经
济 产 量 、
生 物 产
量 ，并 考
种 分 析 。
记 载 人
工 、种子 、
肥料 、农
药 等 投
入 ，根 据
折 能 标
准［１０］ ，计
算能量转
化 效 率 。
籽粒中粗
蛋白含量
的测定用
表 1 　 4 种不同耕作制度主要评价指标 倡
T ab畅１ 　 Principal assessment indexes of four dif fe rent f arming systems
耕作制度 总产值 ／元·hm － ２ 总成本 ／元 ·hm － ２ 纯收入 ／元 ·hm － ２ 成本盈利率 ％
Farming system Gross production value Gross cost Net income Cost earn ing ra te
１ ２ ３ ４
CK ７４９４７畅２ ２６７４５畅０ ４８２０２畅２ １８０畅２３
Ⅰ １７６２５畅２ ９４２４畅５ ８２００畅７ ８７畅０１
Ⅱ １５２４０畅３ １１２８９畅０ ３９５１畅３ ３５畅００
Ⅲ ７４９４７畅２ ２６７４５畅０ ４８２０２畅２ １８０畅２３
Ⅳ ２５６１２畅９ １２４８６畅０ １３１２６畅９ １０５畅１３
耕作制度 产出能 ／GJ·hm － ２ 投入无机能 ／GJ·hm － ２投入有机能 ／GJ·hm － ２ 能量产投比 光能利用率 ／ ％
Farming Output Input ino rganic Input o rganic Energ y Solar energ y
system energ y energy energy output／input u tilizing rate
５ ６ ７ ８ ９
CK ２７畅１９０６ １１畅４８９３ １２畅６２４１ １畅２２ １畅４５
Ⅰ １０畅３３２０ ３畅３８２５ ５畅９９４０ １畅１０ ０畅８６
Ⅱ １４畅５７１６ ５畅７３４８ ６畅１８７２ １畅２２ １畅３４
Ⅲ ２７畅１９０６ １１畅４８９３ １２畅６２４１ １畅１３ １畅４５
Ⅳ １６畅５７４５ ６畅２５１２ ８畅７３９５ １畅１１ １畅３７
耕作制度 养分投入 ／kg·hm － ２ 养分输出／kg·h m － ２ 养分输入／输出 植 　 物 粗 　 蛋
Farming Nutrien t input Nutrient input Nutrien t input／output 油／k g·hm － ２ 白／kg·hm － ２
syst em N
１０
P２ O ５
１１
K ２O
１２
N
１３
P２ O５
１４
K ２O
１５
N
１６
P２O ５
１７
K２ O
１８
Veget able
oil
１９
Coarse
protein
２０
CK ４４４畅０ １２６畅０ ３８４畅０ ３４６畅５ ２６８畅５ ３１２畅０ ０畅８３ ２畅１７ ０畅８９ ２９４５畅７ ３７４３畅７
Ⅰ ３６３畅０ ９３畅０ ２９５畅５ ２７９畅０ １８０畅０ ２６４畅０ ０畅７７ １畅９４ ０畅８９ ２３５畅６ ４７１畅１
Ⅱ ４４４畅０ １２６畅０ ３８４畅０ ３４６畅５ ２６８畅５ ３１２畅０ ０畅７８ ２畅１３ ０畅８１ １２０５畅５ １３５２畅１
Ⅲ ４２４畅５ １２０畅０ ３６０畅５ ３２４畅５ ２５４畅５ ２９４畅０ ０畅７６ ２畅１２ ０畅８２ ２２６８畅６ ３７４３畅７
Ⅳ ３７２畅０ １０３畅５ ３１９畅５ ３０９畅０ ２２５畅０ ２７６畅０ ０畅８３ ２畅１７ ０畅８６ ２９４５畅７ １３８１畅５
　 　 倡 表中 CK 耕作制度为参考耕作制度 。
半微量凯氏定氮法［１１］ ，土壤全 N 用 H２ SO４唱H２ O２ 扩散法测定 ，全 K 用火焰光度法测定 ，全 P用钼蓝比色法
测定［１２］ 。 按经济效益（总成本 、总产量 、纯收入 、成本盈利率） 、生态效益（投入能 、产出能 、能量产投比 、光能
利用率 、养分平衡）和社会效益（植物油 、粗蛋白）共 ２０ 个评价指标 ，应用灰色关联分析方法［１３］ ，对种植系统
第 ４期 黄国勤等 ：红壤旱地几种新型耕作制度综合效益的灰色关联度分析与评价 １４５　
进行综合评价 。
2 　 结果与分析
各项试验数据与产量结果见表 １ ，并进行灰色关联度分析 。
　 　 比较数列和参比数列的确定 。根据试验地生产实际和“两高一优”目标 ，确定各指标的上限值 ，构成参比数
列 X０（ k） ，表示为｛ X０（１）｝ ，｛ X０（２）｝ ，… ，｛ X０（ n）｝（ k ＝ １ ，２ ，… ，n） 。 试验各处理各单项指标所构成的数列 ，构成
比较数列 Xi（ k）（ i为各处理的种类） ，表示为｛ Xi（１） ，Xi（２） ，… ，Xi（ n）｝（ k ＝ １ ，２ ，… ，n ；i ＝ １ ，２ ，… ，m） 。
无量纲化处理 。 关联分析前 ，由于所得试验结果量纲不一 ，要进行规一化处理 ，即将 Xi （ k）除以 X０（ k）
进行无量纲化处理 ，从而得到一个新的数列（表 ２） 。
表 2 　 4 种不同耕作制度评价指标的无量纲化值
Tab畅２ 　 Non唱dimension treatment of o riginal data of every index of four different farming systems
耕作制度 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９
Farming system
Ⅰ ０畅２３５２ ０畅３５２４ ０畅１７０１ ０畅４８２８ ０畅３８００ ０畅２９４４ ０畅４７４８ ０畅９０１６ ０畅５９３１
Ⅱ ０畅２０３３ ０畅４２２１ ０畅０８２０ ０畅１９４２ ０畅５３５９ ０畅４９９１ ０畅４９０１ １畅００００ ０畅９２４１
Ⅲ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ ０畅９２６２ １畅００００
Ⅳ ０畅３４１７ ０畅４６６８ ０畅２７２３ ０畅５８３３ ０畅６０９６ ０畅５４４１ ０畅６９２３ ０畅９０９８ ０畅９４４８
耕作制度 １０ １１ １２ １３ １４ １５ １６ １７ １８ １９ ２０
Farming
system
Ⅰ ０畅８１７６ ０畅７３８１ ０畅７６９５ ０畅８０５２ ０畅６７０４ ０畅８４６２ ０畅９２７７ ０畅８９４０ １畅００００ ０畅０８００ ０畅１２５８
Ⅱ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ ０畅９３９８ ０畅９８１６ ０畅９１０１ ０畅４０９２ ０畅３６１２
Ⅲ ０畅９５６１ ０畅９５２４ ０畅９３８８ ０畅９３６５ ０畅９４７８ ０畅９４２３ ０畅９１５７ ０畅９７７０ ０畅９２１３ ０畅７７０１ １畅００００
Ⅳ ０畅８３７８ ０畅８２１４ ０畅８３２０ ０畅８９１８ ０畅８３８０ ０畅８８４６ １畅００００ １畅００００ ０畅９６６３ １畅００００ ０畅３６９０
　 　 求关联系数 。 关联系数反映两个被比较序列在某一时刻的紧密（靠近）程度 。 在某一状态 k ＝ p 时 ，参
比数列｛ X０（ p）｝与比较数列为｛ Xi（ p）｝的关联系数 Li（ p）可由下式计算 ：
Li（ p） ＝ Δmin ＋ ρΔma xΔ i（ p） ＋ ρΔma x （１）
式中 ，Δ i（ p）表示 p时刻两比较序列的绝对差 ，即 Δ i（ p） ＝ 眮 X０ （ p） － Xi（ p） 眮 （１ ≤ i ≤ m） ；Δmax和 Δmin分别表
示所有比较序列各个时刻绝对差中的最大值与最小值 。 ρ称为分辨系数 ，其意义是削弱最大绝对差数值太大
引起的失真 ，提高关联系数之间的差异显著性 ，ρ∈ （０ ，１） ，一般情况下常取 ０畅５ 。 关联系数的范围为 ０ ＜ L ≤ １ 。
通过计算机计算得出各不同模式结构各项指标的关联系数（表 ３） 。
表 3 　 4 种不同耕作制度评价指标的关联系数
Tab畅３ 　 Grey relational coefficients of assessment indexes of four differen t farming systems
耕作制度 １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９
Farming system
Ⅰ ０畅３７５６ ０畅４１５３ ０畅３５６６ ０畅４７０７ ０畅４２５９ ０畅３９４６ ０畅４６６９ ０畅８２３８ ０畅５３０６
Ⅱ ０畅３６６０ ０畅４４３２ ０畅３３３８ ０畅３６３４ ０畅４９７８ ０畅４７８７ ０畅４７４３ １畅００００ ０畅８５８４
Ⅲ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ ０畅８６１８ １畅００００
Ⅳ ０畅４１１４ ０畅４６３２ ０畅３８７３ ０畅５２４７ ０畅５４０９ ０畅５０２２ ０畅５９９２ ０畅８３６１ ０畅８９２９
耕作制度 １０ １１ １２ １３ １４ １５ １６ １７ １８ １９ ２０
Farming system
Ⅰ ０畅７１６０ ０畅６３７２ ０畅６６６２ ０畅７０２５ ０畅５８２６ ０畅７４９４ ０畅８６４２ ０畅８１２７ １畅００００ ０畅３３３３ ０畅３２２１
Ⅱ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ １畅００００ ０畅８８４２ ０畅９６１５ ０畅８３６５ ０畅４３７８ ０畅４１８６
Ⅲ ０畅９１２８ ０畅９０６２ ０畅８８２６ ０畅８７８７ ０畅８９８２ ０畅８８８６ ０畅８４５１ ０畅９５２３ ０畅８５４０ ０畅６６６８ １畅００００
Ⅳ ０畅７３９４ ０畅７２０４ ０畅７３２５ ０畅８０９５ ０畅７３９５ ０畅７９９５ １畅００００ １畅００００ ０畅９３１７ １畅００００ ０畅４２１６
　 　 求关联度 。 关联度（ ri）分析实质上是对比较序列和参比序列进行几何关系的比较 。
ri ＝ １N ∑
n
k ＝ １
Li（ k） （２）
　 　 此为等权关联度 ，事实上 ，各地进行种植模式评判时对各指标的重要性要求是不相同的 ，给予各指标的
１４６　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
关联系数不同的权重（ Wk） ，对各种植模式的评价将更为合理 。 因此上式可改为 ：
ri ＝ ∑
n
k ＝ １
w k Li（ k） （３）
　 　 此为加权关联度 ，本研究各种效益的权重经济效益为 ０畅５ ，生态效益为 ０畅３ ，社会效益为 ０畅２ ，其中能量
效益 ０畅１５ ，肥料效益 ０畅１５ 。 根据上述公式 ，计算不同耕作制度各种效益的关联度见表 ４ 。
排关联顺序和列关联矩阵 。 将 m 个比较序列对同一比较序列的关联度按大小顺序排列 ，组成关联顺
序 ，它直接反映各个比较序列对于参比序列的“优劣”关系 。
表 4 　 4 种不同耕作制度综合效益的关联度
Tab畅４ 　 Grey relational degree of comprehensive benefits of four different farming systems
耕作制度 经济效益 生态效益 （５ ～ １８） 社会效益 总效益 Tot al benefit 排序 Tax is
Farming （１ ～ ４） Ecological benefit （１９ ～ ２０） 加权 等权 加权 等权
syst em Economic 能量效益 肥料效益 Social Weight Equal Weight Equal
benefit Energy
benefit
Fert ilize r
benef it
benefi t w eight weight
Ⅰ ０畅４０４６ ０畅５２８４ ０畅８４１４ ０畅３２７７ ０畅４７３３ ０畅５２５５ ４ ４
Ⅱ ０畅３７６６ ０畅６６１８ １畅０８５３ ０畅４２８２ ０畅５３６０ ０畅６３８０ ３ ３
Ⅲ １畅００００ ０畅９７２４ １畅００２３ ０畅８３３４ ０畅９６２９ ０畅９５２０ １ １
Ⅳ ０畅４４６６ ０畅６７４３ ０畅９３４１ ０畅７１０８ ０畅６０６７ ０畅６９１４ ２ ２
　 　 由表 ４ 可知 ，总效益的等权和加权关联度均以耕作制度 Ⅲ 最高 ，其次是耕作制度 Ⅳ ，耕作制度 Ⅰ 最低 。
3 　 结 　 论
根据红壤旱地经济效益 、生态效益和社会效益共 ２０ 项指标 ，对 ４ 种耕作制度进行灰色关联度分析 ，并按
照最优模式关联度值 ，其综合效益依次为“白菜／马铃薯／玉米唱芝麻” ＞ “油菜唱大豆 ＋ 玉米唱芝麻” ＞ “蚕豆唱西
瓜唱玉米” ＞ “蚕豆唱棉花” 。 “白菜／马铃薯／玉米唱芝麻”由于茬口衔接及群体空间分布合理 ，故光能利用率高 ，
生产系统稳定 ，作物产值较高 ；粮 、经 、菜合理搭配 ，多种多样农产品满足人们不同的需要 ，农民易于接受 。
因此 ，该模式经济效益 、生态效益和社会效益均佳 ，故 ri 最高 ，是红壤旱地值得大力推广的可持续发展的“两
高一优”耕作制度 ，或者说 ，发展由蔬菜与农作物组合而成的间套复种多熟新型耕作制度是优化红壤旱地农
田生态系统 、促进旱地农业高效持续发展的方向和途径 。
参 　 考 　 文 　 献
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第 ４期 黄国勤等 ：红壤旱地几种新型耕作制度综合效益的灰色关联度分析与评价 １４７