吳春輝等

摘要：以關(guān)中地區(qū)為研究對(duì)象，結(jié)合該地區(qū)1986—2011年耕地面積及人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平等資料，分析了耕地?cái)?shù)量動(dòng)態(tài)變化情況，探究其變化主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因素，并分別運(yùn)用多序列灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，對(duì)未來關(guān)中地區(qū)耕地面積進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，1986—2011年，耕地總面積、人均耕地面積均呈現(xiàn)逐步減少趨勢(shì)；影響耕地面積變化的主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因素是人口、城市化水平、灌溉面積、糧食單產(chǎn)、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力。

關(guān)鍵詞：耕地；主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因素；灰色關(guān)聯(lián)；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；預(yù)測(cè)模型；耕地保護(hù)措施

中圖分類號(hào)： F323.211 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2014）04-0281-03

收稿日期：2013-11-20

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金 （編號(hào)：51179050）。

作者簡(jiǎn)介：吳春輝（1989—），男，陜西商南人，碩士，主要從事水土資源規(guī)劃與管理研究。E-mail：wu_chunhui1011@163.com。

通信作者：朱成立，博士，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)水土資源規(guī)劃、節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。E-mail：clz@hhu.edu.cn。土地是人類賴以生存的基礎(chǔ)。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量耕地被住宅用地、工業(yè)用地建設(shè)等侵占[1]。因此，找出與耕地變化密切相關(guān)的驅(qū)動(dòng)因素，預(yù)測(cè)耕地面積的變化，制定相關(guān)對(duì)策，對(duì)合理利用及保護(hù)耕地資源具有重要意義。不少學(xué)者進(jìn)行了很多關(guān)于耕地動(dòng)態(tài)變化研究[2-7]。但采用多序列灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型GIFM（m）及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)陜西省關(guān)中地區(qū)耕地面積變化研究較少。本研究根據(jù)關(guān)中地區(qū)1986—2011年耕地、人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析影響耕地動(dòng)態(tài)變化的驅(qū)動(dòng)因素，結(jié)合多序列灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型GIFM（m）及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型對(duì)未來幾年關(guān)中地區(qū)耕地面積進(jìn)行預(yù)測(cè)，旨在為制定耕地保護(hù)措施提供依據(jù)。

1研究區(qū)概況

關(guān)中地區(qū)工業(yè)集中，人口密集，科技、教育實(shí)力雄厚，包括陜西省西安市、咸陽(yáng)市、寶雞市、渭南市、銅川市5市以及楊凌區(qū)農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范區(qū)。該地區(qū)屬大陸性氣候，年均氣溫6～13 ℃，年降水量500～800 mm，截至2011年底，全區(qū)人口2 369.81萬，約占全省總?cè)丝诘?0.63%，其中農(nóng)業(yè)人口 1 383.96萬，占全區(qū)總?cè)丝诘?8.40%，全區(qū)耕地面積 1 50715×103 hm2，占全省耕地面積的52.68%。關(guān)中地區(qū)地勢(shì)平坦，土壤肥沃，水資源豐富，機(jī)耕、灌溉條件良好，號(hào)稱“八百里秦川”，是陜西省重要的糧棉油產(chǎn)區(qū)[8]。

21986—2011年關(guān)中地區(qū)耕地變化及其驅(qū)動(dòng)因素分析

2.1耕地?cái)?shù)量變化

1986—2011年，關(guān)中地區(qū)耕地面積減少了399 450 hm2，相比1986年減少了21%，2003—2004年、2006—2007年有少量增加。人均耕地面積減少了0.043 0 hm2。耕地總面積及人均耕地面積變化見圖1。

由圖1可以看出，關(guān)中地區(qū)耕地總面積大體經(jīng)歷了快速減少、急速減少、緩慢減少3個(gè)階段，人均耕地面積變化趨勢(shì)與耕地總面積相似。第一階段：1986—1999年，關(guān)中地區(qū)耕地面積處于快速減少階段，凈減少面積為223 690 hm2，年均減少17 207 hm2。此時(shí)期是改革開放政策逐步推進(jìn)的階段，建設(shè)用地占用一部分耕地，少量耕地轉(zhuǎn)化為城市綠地，導(dǎo)致耕地面積下降[9]。第二階段：2000—2003年，關(guān)中地區(qū)耕地面積處于急劇減少階段，凈減少面積為156 240 hm2，年均減少39 060 hm2，這主要是由于 “西部大開發(fā)”戰(zhàn)略、“一線兩帶”建設(shè)路線的實(shí)施，以及高新技術(shù)開發(fā)帶、國(guó)家關(guān)中星火產(chǎn)業(yè)帶的建設(shè)，關(guān)中地區(qū)快速實(shí)現(xiàn)區(qū)域現(xiàn)代化的同時(shí)，耕地面積急劇減少[10]。第三階段：2004—2011年，關(guān)中地區(qū)耕地面積減少了19 520 hm2，減少速度下降，且個(gè)別年份耕地面積略有增加。經(jīng)過前期經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，政府認(rèn)識(shí)到了耕地減少及生態(tài)環(huán)境破壞對(duì)糧食安全、社會(huì)發(fā)展的影響，提出了“生態(tài)退耕”政策，同時(shí)出臺(tái)了相應(yīng)的土地產(chǎn)權(quán)管理政策，一定程度上扭轉(zhuǎn)了耕地面積快速減少的局面。人均耕地面積變化與耕地總量及人口總數(shù)有關(guān)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，耕地總量不斷減少，人口總量不斷增加，導(dǎo)致關(guān)中地區(qū)人均耕地面積呈下降趨勢(shì)。1986年關(guān)中地區(qū)人均耕地面積為0.106 6 hm2/人，2011年人均耕地面積僅為0.063 6 hm2/人，減少了 0.043 hm2/人。人均耕地面積的持續(xù)下降導(dǎo)致人地矛盾更為突出。

2.2影響耕地變化的驅(qū)動(dòng)因素分析

2.2.3驅(qū)動(dòng)因素結(jié)果分析根據(jù)1986—2011年資料，計(jì)算關(guān)中地區(qū)耕地面積及驅(qū)動(dòng)因素的關(guān)聯(lián)度。由表1可知，9個(gè)驅(qū)動(dòng)因素與關(guān)中地區(qū)耕地面積關(guān)聯(lián)度由大到小依次為：灌溉面積>總?cè)丝?糧食單產(chǎn)>城市化水平>農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力>農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值>工業(yè)總產(chǎn)值>GDP>固定資產(chǎn)投資。耕地面積與9個(gè)驅(qū)動(dòng)因素的灰色關(guān)聯(lián)度均大于0.5，說明耕地動(dòng)態(tài)變化與人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平都有一定的關(guān)聯(lián)性。其中總?cè)丝凇⒊鞘谢?、灌溉面積、糧食單產(chǎn)、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力灰色關(guān)聯(lián)度大于0.9，說明這些驅(qū)動(dòng)因素是影響耕地動(dòng)態(tài)變化的主導(dǎo)因素。

4.2人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用

本研究采用Matlab 2012a軟件，將設(shè)計(jì)好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)程序輸入到Matlab中，進(jìn)行耕地面積模擬及檢測(cè)，以期找到合適的參數(shù)及閾值來進(jìn)行耕地面積預(yù)測(cè)。

6結(jié)論與討論

本研究以關(guān)中地區(qū)為研究對(duì)象，分析了1986—2011年關(guān)中地區(qū)耕地面積的變化趨勢(shì)，探究了耕地動(dòng)態(tài)變化的驅(qū)動(dòng)因素，并分別采用多序列灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型GIFM（m）及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)關(guān)中地區(qū)未來耕地面積，結(jié)果表明，1986—2011年，關(guān)中地區(qū)耕地總量及人均耕地?cái)?shù)量均呈下降趨勢(shì)，最近幾年由于國(guó)家政策的調(diào)整，耕地總量及人均耕地?cái)?shù)量減少速度放緩。通過灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)1986—2011年影響關(guān)中地區(qū)耕地面積動(dòng)態(tài)變化的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)人口、城市化水平、灌溉面積、糧食單產(chǎn)、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力這5個(gè)因素是影響耕地動(dòng)態(tài)變化最主要的驅(qū)動(dòng)因素。分別采用多序列灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型GIFM（m）及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，建立了基于1986—2010年耕地面積及驅(qū)動(dòng)因素值的預(yù)測(cè)模型，對(duì)這2種模型的驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型精度最高。本研究表明，影響關(guān)中地區(qū)耕地面積的主要因素是人口數(shù)量、城市化水平、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平。結(jié)合關(guān)中地區(qū)的具體情況，應(yīng)該控制人口增長(zhǎng)、控制城鎮(zhèn)規(guī)模盲目擴(kuò)大、實(shí)施耕地占補(bǔ)平衡政策、積極改造中低產(chǎn)田，更大程度地保護(hù)現(xiàn)有耕地。endprint

參考文獻(xiàn)：

[1]王海鴻，馬瓊，付士波，等. 西北干旱半干旱區(qū)耕地面積變化與人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相關(guān)關(guān)系研究——以甘肅省為例[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25（1）：74-79.

[2]彭文甫，周介銘. 近50年四川省耕地變化分析[J]. 資源科學(xué)，2005，27（3）：79-85.

[3]宋開山，劉殿偉，王宗明，等. 三江平原過去50年耕地動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2008，22（4）：75-81.

[4]孫國(guó)軍，劉普幸，李慧芳，等. 酒泉市耕地變化的驅(qū)動(dòng)力研究及多元線性回歸預(yù)測(cè)[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2009，23（3）：73-76.

[5]李穗英，孫新慶. 青海省近10年耕地面積動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)因子分析研究[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30（5）：39-44.

[6]郭洪海，宋民. 山東省耕地動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)及驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30（1）：51-57.

[7]曾永年，吳孔江，靳文憑，等. 青海高原東北部耕地變化及驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2012，26（8）：89-92.

[8]楊朔，李世平.關(guān)中地區(qū)城市化過程中土地利用問題研究[J]. 中國(guó)土地科學(xué)，2009，23（7）：79-80，封三.

[9]楊勇. 關(guān)中地區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)模擬與優(yōu)化配置研究[D]. 西安：陜西師范大學(xué)，2010.

[10]楊忠泰.陜西培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的路徑選擇[J]. 科技管理研究，2013，33（6）：72-77.

[11]曾波，劉思峰.基于灰色關(guān)聯(lián)度的小樣本預(yù)測(cè)模型[J]. 統(tǒng)計(jì)與信息論壇，2009，24（12）：22-26.

[12]劉思峰，蔡華，楊英杰，等. 灰色關(guān)聯(lián)分析模型研究進(jìn)展[J]. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2013，33（8）：2041-2046.

[13]東亞斌，段志善. 灰色關(guān)聯(lián)度分辨系數(shù)的一種新的確定方法[J]. 西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，40（4）：589-592.

[14]熊和金，徐華中. 灰色控制[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005：44-47.

[15]焦李成. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1990：8-11.

[16]沈花玉，王兆霞，高成耀，等. BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層單元數(shù)的確定[J]. 天津理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，24（5）：13-15.endprint

參考文獻(xiàn)：

[1]王海鴻，馬瓊，付士波，等. 西北干旱半干旱區(qū)耕地面積變化與人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相關(guān)關(guān)系研究——以甘肅省為例[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25（1）：74-79.

[2]彭文甫，周介銘. 近50年四川省耕地變化分析[J]. 資源科學(xué)，2005，27（3）：79-85.

[3]宋開山，劉殿偉，王宗明，等. 三江平原過去50年耕地動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2008，22（4）：75-81.

[4]孫國(guó)軍，劉普幸，李慧芳，等. 酒泉市耕地變化的驅(qū)動(dòng)力研究及多元線性回歸預(yù)測(cè)[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2009，23（3）：73-76.

[5]李穗英，孫新慶. 青海省近10年耕地面積動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)因子分析研究[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30（5）：39-44.

[6]郭洪海，宋民. 山東省耕地動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)及驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30（1）：51-57.

[7]曾永年，吳孔江，靳文憑，等. 青海高原東北部耕地變化及驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2012，26（8）：89-92.

[8]楊朔，李世平.關(guān)中地區(qū)城市化過程中土地利用問題研究[J]. 中國(guó)土地科學(xué)，2009，23（7）：79-80，封三.

[9]楊勇. 關(guān)中地區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)模擬與優(yōu)化配置研究[D]. 西安：陜西師范大學(xué)，2010.

[10]楊忠泰.陜西培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的路徑選擇[J]. 科技管理研究，2013，33（6）：72-77.

[11]曾波，劉思峰.基于灰色關(guān)聯(lián)度的小樣本預(yù)測(cè)模型[J]. 統(tǒng)計(jì)與信息論壇，2009，24（12）：22-26.

[12]劉思峰，蔡華，楊英杰，等. 灰色關(guān)聯(lián)分析模型研究進(jìn)展[J]. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2013，33（8）：2041-2046.

[13]東亞斌，段志善. 灰色關(guān)聯(lián)度分辨系數(shù)的一種新的確定方法[J]. 西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，40（4）：589-592.

[14]熊和金，徐華中. 灰色控制[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005：44-47.

[15]焦李成. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1990：8-11.

[16]沈花玉，王兆霞，高成耀，等. BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層單元數(shù)的確定[J]. 天津理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，24（5）：13-15.endprint

參考文獻(xiàn)：

[1]王海鴻，馬瓊，付士波，等. 西北干旱半干旱區(qū)耕地面積變化與人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相關(guān)關(guān)系研究——以甘肅省為例[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25（1）：74-79.

[2]彭文甫，周介銘. 近50年四川省耕地變化分析[J]. 資源科學(xué)，2005，27（3）：79-85.

[3]宋開山，劉殿偉，王宗明，等. 三江平原過去50年耕地動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2008，22（4）：75-81.

[4]孫國(guó)軍，劉普幸，李慧芳，等. 酒泉市耕地變化的驅(qū)動(dòng)力研究及多元線性回歸預(yù)測(cè)[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2009，23（3）：73-76.

[5]李穗英，孫新慶. 青海省近10年耕地面積動(dòng)態(tài)變化及驅(qū)動(dòng)因子分析研究[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30（5）：39-44.

[6]郭洪海，宋民. 山東省耕地動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)及驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃，2009，30（1）：51-57.

[7]曾永年，吳孔江，靳文憑，等. 青海高原東北部耕地變化及驅(qū)動(dòng)力分析[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2012，26（8）：89-92.

[8]楊朔，李世平.關(guān)中地區(qū)城市化過程中土地利用問題研究[J]. 中國(guó)土地科學(xué)，2009，23（7）：79-80，封三.

[9]楊勇. 關(guān)中地區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)模擬與優(yōu)化配置研究[D]. 西安：陜西師范大學(xué)，2010.

[10]楊忠泰.陜西培育發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的路徑選擇[J]. 科技管理研究，2013，33（6）：72-77.

[11]曾波，劉思峰.基于灰色關(guān)聯(lián)度的小樣本預(yù)測(cè)模型[J]. 統(tǒng)計(jì)與信息論壇，2009，24（12）：22-26.

[12]劉思峰，蔡華，楊英杰，等. 灰色關(guān)聯(lián)分析模型研究進(jìn)展[J]. 系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2013，33（8）：2041-2046.

[13]東亞斌，段志善. 灰色關(guān)聯(lián)度分辨系數(shù)的一種新的確定方法[J]. 西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，40（4）：589-592.

[14]熊和金，徐華中. 灰色控制[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005：44-47.

[15]焦李成. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)理論[M]. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1990：8-11.

[16]沈花玉，王兆霞，高成耀，等. BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱含層單元數(shù)的確定[J]. 天津理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，24（5）：13-15.endprint