榮燕美 劉 菊 張義輝 李洪建

(1 山西大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 2 山西大學(xué)黃土高原研究所)

耕地資源是土地資源中最為寶貴的自然資源,其數(shù)量穩(wěn)定和質(zhì)量提高是糧食安全的基本保證[1]。近年來,隨著太原市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市化以及不斷加大的人口壓力,使得大量的耕地被占用,耕地資源不斷減少。另外,太原市屬于黃土高原東部地區(qū),黃土分布廣泛,土壤侵蝕嚴(yán)重,耕地質(zhì)量差,人地矛盾日益突出。因此,加強(qiáng)耕地變化研究,分析耕地減少的驅(qū)動因子,對合理利用耕地資源,控制耕地面積的進(jìn)一步減少具有重要意義[2]。本文利用太原市的相關(guān)資料,研究了近十年來耕地的數(shù)量變化,進(jìn)一步探討了影響耕地變化的驅(qū)動因子,建立了多元線性回歸模型,可為更好地認(rèn)識耕地資源的現(xiàn)狀及持續(xù)利用提供決策參考。

1 研究區(qū)概況

太原市是山西省的省會,位于東經(jīng) 111°30′～113°09′,北緯37°27′～38°25′之間,地處華北地區(qū)黃河流域中部,東、西山對峙,向北合攏環(huán)抱,具有連接南北、承東啟西的區(qū)位優(yōu)勢,是中國北方聯(lián)系西部地區(qū)和沿海發(fā)達(dá)地區(qū)商流、物流、人流、資訊的樞紐城市。太原市現(xiàn)轄6區(qū)1市3縣,即：小店區(qū)、迎澤區(qū)、杏花嶺區(qū)、尖草坪區(qū)、萬柏林區(qū)、晉源區(qū)等6個市區(qū),古交市(縣級),清徐縣、陽曲縣、婁煩縣等3個縣,總土地面積 6 988 km2。 2007年末,全市總?cè)丝?55.31萬人,耕地面積127 180 hm2,人均耕地面積0.04 hm2,耕地資源比較貧乏[3-4]。

2 資料來源及研究方法

2.1 資料來源

本文所采用的耕地和社會經(jīng)濟(jì)資料主要來源于《太原年鑒》和《太原統(tǒng)計年鑒》(1998～2008)。

2.2 研究方法

首先,根據(jù)太原市1997～2007年間各年耕地面積數(shù)據(jù),分析耕地數(shù)量的變化趨勢;其次,選擇能夠反映人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及政策變化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),應(yīng)用主成分分析方法,得出影響耕地動態(tài)變化的主要驅(qū)動因子;然后,根據(jù)各因子相關(guān)系數(shù),建立多元線性回歸模型。

3 耕地動態(tài)變化趨勢分析

根據(jù)太原市1997～2007年間耕地總資源數(shù)據(jù),結(jié)合歷年總?cè)丝跀?shù),繪出耕地總資源與人均耕地面積動態(tài)變化圖(圖1)。

圖1 太原市年耕地總資源與人均耕地面積變化

從圖1可以看出：1997～2007年,太原市耕地總面積在整體上呈下降趨勢,大致可分為兩個階段：①1997～2001年,這一時期耕地面積波動幅度較小,在總體減少的態(tài)勢下偶有增長;②2002～2007年,耕地面積持續(xù)下降,主要是由于非農(nóng)用地增加、退耕還林等,大量耕地被占用、閑置和撂荒。全市人均耕地面積1997～2007年持續(xù)下降,由0.054 hm2下降至0.036 hm2。

4 耕地數(shù)量變化驅(qū)動力分析

4.1 影響耕地變化的因子分析

土地資源是在一定的自然和社會經(jīng)濟(jì)條件下形成的,因此,影響耕地面積變化的因素主要有自然、社會經(jīng)濟(jì)兩大因素。其中,自然因素包括氣候、地質(zhì)地貌、水文等;社會經(jīng)濟(jì)因素主要包括人口增長、城市化、社會發(fā)展、土地利用政策等[5]。由于太原市是一個面積相對較小的區(qū)域,在較短時間尺度上,自然因素對耕地變化影響較小,社會經(jīng)濟(jì)因素相對而言對其影響較大,是主要的驅(qū)動因素。

將各種社會經(jīng)濟(jì)因素作為自變量,它們不僅與耕地面積—因變量之間存在著相關(guān)關(guān)系,而且相互之間還存在著關(guān)聯(lián),因此不能對其進(jìn)行單純的相關(guān)分析。為了減弱自變量之間的相互干擾,本文應(yīng)用主成分分析處理問題,以獲得影響耕地數(shù)量變化的主要驅(qū)動力。

根據(jù)主成分分析的思路和基本要求,考慮到太原市的實(shí)際情況,選取1997～2007年序列數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù),從中選擇13項社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為自變量,分別為：X1為總?cè)丝跀?shù)(萬人);X2為非農(nóng)業(yè)人口數(shù)(萬人);X3為GDP(億元);X4為全社會固定資產(chǎn)投資額(億元);X5為第二、第三產(chǎn)業(yè)總值(億元);X6為城鎮(zhèn)居民人均可支配收入(元);X7為農(nóng)民人均年純收入(元);X8為糧食單產(chǎn)(kg/hm2);X9為農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值(億元);X10為化肥施用折純量(萬t);X11為糧食播種面積(hm2);X12為城市居民人均居住面積(m2);X13為社會消費(fèi)品零售總額(億元)。 Y為耕地面積(hm2),是因變量。應(yīng)用SPSS11.5對所選的13 個指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得出耕地數(shù)量變化驅(qū)動因子相關(guān)系數(shù)矩陣(表1),特征值、主成分貢獻(xiàn)率與累計貢獻(xiàn)率(表2)。

表2 特征值和主成分貢獻(xiàn)率

從表1可以看出,所選擇的13項社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間確實(shí)存在著不同程度的相關(guān)性,如X6與X2、X3、X4、X5、X7、X13之間的相關(guān)系數(shù)分別為 0.987、0.998、0.981、0.998、0.994、0.968,從而也說明了進(jìn)行主成分分析的必要性。

表3 主成分載荷矩陣

從表2 可知,前兩個成分的特征值大于1且累積貢獻(xiàn)率已達(dá)91.212%,已經(jīng)基本上可以代表13個社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)因子的變化,符合主成分分析要求,由此進(jìn)一步得出主成分載荷矩陣(表3)。主成分載荷是主成分與變量之間的相關(guān)系數(shù)[2]。從表3可以得出,第一主成分在X2、X3、X4、X5、X6、X7、X12上具有很大的載荷,與它們正相關(guān)。 X11與第二主成分正相關(guān)。因此,將影響太原市耕地變化的驅(qū)動因子歸納為社會發(fā)展水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整四類。

4.1.1 社會發(fā)展水平

城鎮(zhèn)居民人均可支配收入和農(nóng)民人均年純收入是構(gòu)成第一主成分的主要因子,二者能較好地反映社會發(fā)展水平和人民生活水平的高低。太原市城鎮(zhèn)居民人均可支配收入從1997年的5 086元增長至2007年的13 745 元,增幅明顯。 2007年農(nóng)民人均純收入達(dá)到5 561 元。隨著人民生活水平和社會發(fā)展水平的提高以及第二、第三產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,人們對物質(zhì)文化的需求不斷增加,消費(fèi)方式趨于生態(tài)化、多元化,體現(xiàn)在土地利用上就是要求寬敞的住宅、寬闊的馬路、大型的公園與城市廣場等公共基礎(chǔ)設(shè)施。為了滿足居民及社會的需求,城鎮(zhèn)用地擴(kuò)展不是靠挖掘自身潛力,而是侵占城鎮(zhèn)周邊的大量農(nóng)田,呈現(xiàn)攤大餅式向外擴(kuò)展,房地產(chǎn)熱、開發(fā)區(qū)熱依舊盛行;農(nóng)村居民點(diǎn)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)布局松散,且用地規(guī)模不斷擴(kuò)展[6]。這些社會因子共同作用,必將對太原市耕地資源產(chǎn)生更大的壓力。

4.1.2 人口因子

構(gòu)成第一主成分的主要因子之一是人口。食物是人類生存的最基本要素,而土地是糧食生產(chǎn)的保證。隨著人口的不斷增長,對糧食的需求總量將會大幅度增加,對耕地產(chǎn)生的壓力也就越來越大。同時伴隨著人口的不斷增長,為了滿足人們的住、用、行等方面的基本需求,即要求更多的農(nóng)用地轉(zhuǎn)化為住宅用地、公共設(shè)施、交通運(yùn)輸用地等各項非農(nóng)用地,從而對耕地產(chǎn)生更大的壓力,尤其是非農(nóng)業(yè)人口的增長更意味著耕地數(shù)量的減少。據(jù)統(tǒng)計,太原市總?cè)丝凇⒎寝r(nóng)業(yè)人口分別從1997年的293.28萬人和191.78 萬人增長至 2007年的 345.71 萬人和256.39萬人。而同期耕地面積由158 580 hm2減少至127 180 hm2,凈減少31 400 hm2,人均耕地由1997年的0.054 hm2下降到2007年的0.036 hm2。通過相關(guān)分析,得出非農(nóng)業(yè)人口與耕地之間存在著明顯的負(fù)相關(guān)性,相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.952,表明了人口增長導(dǎo)致耕地減少的趨勢不可逆轉(zhuǎn)。所以說太原市人口不斷增加,而耕地資源總量不斷減少,人地矛盾更加突出,耕地負(fù)荷越來越重。

4.1.3 經(jīng)濟(jì)發(fā)展

GDP、全社會固定資產(chǎn)投資額、第二三產(chǎn)業(yè)總值、社會消費(fèi)品零售總額等這些構(gòu)成第一主成分的主要因子,代表了太原市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,因此可以看出經(jīng)濟(jì)發(fā)展對耕地資源數(shù)量變化的影響是顯著的。太原市GDP、二三產(chǎn)業(yè)總值分別從1997年的327.07億元、311.51億元增長至2007年1 254.94億元、1 235.31億元。同時,全社會固定資產(chǎn)投資額也由1997年的97.21億元增長至2007年的576.74億元。這些數(shù)字表明,太原市正處于快速城鎮(zhèn)化和工業(yè)化中,投資規(guī)模不斷加大,第二三產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,而這些又都與土地密切相關(guān)。因?yàn)榘殡S著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,投資規(guī)模日益加大,各種非農(nóng)用地增加,城區(qū)面積不斷擴(kuò)大,經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)熱,農(nóng)村鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)興起等,都需要占用甚至破壞耕地資源。

4.1.4 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整

在第二主成分中糧食播種面積有很高的載荷量,居主導(dǎo)作用。 1997年以來,太原市糧食播種面積有所減少,從當(dāng)時的109 670 hm2減少到2007年末的86 150 hm2。這是由于近年來為了保證農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展,太原市依靠農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步,增加了化肥的施用量,提高了農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度,糧食單產(chǎn)大幅度提高。同時隨著糧食產(chǎn)量的提高,在市場經(jīng)濟(jì)條件和利益的驅(qū)動下,人們尋求更高效的土地利用方式,進(jìn)行農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,出現(xiàn)了耕地向園地、林地、養(yǎng)殖場、魚塘等轉(zhuǎn)化,致使耕地面積進(jìn)一步減少。

4.2 耕地數(shù)量變化驅(qū)動因子的多元線性回歸模型

多元線性回歸模型是世界土地覆被變化常用的一種系統(tǒng)分析模型。該模型要求在某一地區(qū)、某一時段內(nèi)的土地利用/覆被變化(因變量)與預(yù)期驅(qū)動因子(自變量)之間存在線性關(guān)系,通過對可能引起土地覆被變化的各種驅(qū)動因子進(jìn)行多變量分析而建立的一種數(shù)學(xué)模型,以便確定土地覆被變化的原因[7]。

多元線性回歸分析的基本原理是：設(shè)隨機(jī)變量Y與m個自變量X1、X2…Xm之間存在線性關(guān)系,則其數(shù)學(xué)模型為：

通過主成分分析得知,所選取的13個影響因子對耕地面積變化都有一定的相關(guān)性。通過計算得出太原市1997～2007年耕地面積變化與驅(qū)動因子之間的多元線性回歸模型為：

式中：Y代表耕地面積;X1～X13的意義及量綱同前。

5 結(jié)論

耕地資源是糧食安全的生命線,是維護(hù)國家經(jīng)濟(jì)社會安全的基礎(chǔ)資源。 1997年以來,太原市的耕地總面積呈整體下降趨勢,人均耕地面積持續(xù)下降。通過主成分分析,影響太原市耕地數(shù)量變化的驅(qū)動因素歸納為社會發(fā)展水平因素、經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素、人口因素、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整因素四類。從單個因子看,城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、人口數(shù)量、GDP等是影響耕地變化的重要驅(qū)動力。

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