魏倩倩, 任志遠(yuǎn)，2

(1.陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院, 西安 710119; 2.西北國土資源研究中心, 西安 710119)

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半干旱地區(qū)典型城市耕地面積變化空間差異及驅(qū)動力分析
——以西安市為例

魏倩倩1, 任志遠(yuǎn)1，2

(1.陜西師范大學(xué) 旅游與環(huán)境學(xué)院, 西安 710119; 2.西北國土資源研究中心, 西安 710119)

以西安市為例，分析了其2000—2012年耕地面積變化及空間差異，并采用主成分分析法，從人口、經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、生活水平和城鎮(zhèn)化水平5個方面共選擇14個因子，揭示了近13年來西安市耕地面積變化的作用機制，從而為制定合理的耕地保護制度和政策提供參考依據(jù)。研究結(jié)果表明：(1) 西安市耕地面積總體呈逐漸下降趨勢，年平均遞減率為1.38%；(2) 西安市耕地面積變化的主要驅(qū)動力因素是經(jīng)濟發(fā)展、城鎮(zhèn)化水平、農(nóng)業(yè)因素，這三者構(gòu)成了西安市耕地面積變化的主要驅(qū)動力；(3) 可以從減少建設(shè)用地占用、促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變和加強對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的引導(dǎo)3個方面來遏制西安市耕地面積銳減的趨勢。

耕地面積變化; 空間差異; 主成分分析; 驅(qū)動力; 西安市

隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，城市化、城鄉(xiāng)一體化已經(jīng)成為我國經(jīng)濟社會的必然趨勢，改革開放以后，我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程明顯加快[1]，城鎮(zhèn)化率從1978年的17.92%上升到2012年的52.57%。城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快意味著更多的農(nóng)村人口向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移，必然會引起城鎮(zhèn)對住房、公共設(shè)施等需求的增加；同時也必然引起城市建設(shè)用地的外延和擴張，造成耕地資源的銳減。土地是人類生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，耕地資源更是土地中的精華，承載著人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，耕地的迅速流失對糧食安全和生態(tài)環(huán)境都會產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)[2]，特別是對于我國這樣一個人多地少，耕地資源分布極不平衡的國家，保護耕地更是迫在眉睫。因此處理好城鎮(zhèn)化過程中的耕地保護問題，關(guān)系到我國的糧食安全和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實意義。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對耕地面積變化與經(jīng)濟發(fā)展之間關(guān)系以及驅(qū)動力研究做了深入的剖析。郭杰等[3]對影響江蘇省耕地資源數(shù)量的經(jīng)濟因素進(jìn)行了深入的分析。曲福田等[4]利用1995—2001年省級數(shù)據(jù)，構(gòu)建了耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榉寝r(nóng)用地的經(jīng)濟驅(qū)動機制理論分析框架。周京奎等[5]基于中國130個城市面板數(shù)據(jù)的檢驗，分析了城市周邊農(nóng)地非農(nóng)化進(jìn)程的驅(qū)動力機制。眾多學(xué)者又對耕地流轉(zhuǎn)與經(jīng)濟發(fā)展的基本規(guī)律進(jìn)行研究。曲福田等[6]提出了經(jīng)濟增長與耕地非農(nóng)化的庫茲涅茨曲線，并通過6個典型的省份進(jìn)行了驗證。此外還有一些學(xué)者利用空間和動態(tài)計量分析中的格蘭杰因果檢驗[7]、空間計量和誤差模型[8-11]、方差分解、協(xié)整檢驗和脈沖響應(yīng)[12]等方法，并分析了農(nóng)地非農(nóng)化與城市化、經(jīng)濟增長之間的規(guī)律和聯(lián)系。此外，學(xué)者們也成功的建立了一些驅(qū)動力模型，如IMAGE模型、STIRPAT模型、CLUE模型等[13-15]。

針對以上的研究成果，關(guān)于耕地資源的面積變化及驅(qū)動力研究主要存在以下幾個方面的問題：(1) 耕地面積變化及驅(qū)動力的研究主要集中在經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)和沿海各省區(qū)，而很少關(guān)注西部地區(qū)耕地面積的迅速流失問題；(2) 關(guān)于各個地方社會經(jīng)濟驅(qū)動因子確定的依據(jù)不足。在確定研究區(qū)的社會經(jīng)濟驅(qū)動因子時，大都過于形式化，沒有依據(jù)本區(qū)的特點選擇具有代表性的指標(biāo)[14]；(3) 耕地面積和社會經(jīng)濟因素之間本身就具有各種相互聯(lián)系、相互制約的關(guān)系，因此在進(jìn)行動態(tài)和定量分析時，若不采用科學(xué)合理的計量方法，數(shù)據(jù)容易產(chǎn)生異方差和多重共線性等問題[14]。

西安是我國西北地區(qū)的重要城市之一，是絲綢之路經(jīng)濟帶的中心，社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，地理位置和土地利用都具有一定的代表性。本文以半干旱地區(qū)典型城市——西安市為研究區(qū)域，提取影響西安耕地面積變化的主要驅(qū)動力因子，剖析西安市耕地面積變化驅(qū)動因素的作用機制，以期為解決耕地保護與城市化和經(jīng)濟發(fā)展之間的矛盾，為土地資源的可持續(xù)發(fā)展提供決策參考。

1　研究區(qū)概況和研究方法

1.1研究區(qū)概況

西安市位于渭河流域關(guān)中平原中部，是陜西省省會，絲綢之路經(jīng)濟帶的經(jīng)濟、文化、商貿(mào)中心，地處107°40′—109°49′E，33°39′—34°45′N，總面積9 983 km2。地勢總體南高北低，地貌類型多樣，包括平原、黃土臺塬、丘陵、山地4種基本形態(tài)，其中秦嶺山地和渭河平原是西安市地貌主題，其中山地占總面積的48.84%，平原僅占37.29%。氣候類型為暖溫帶半濕潤半干旱大陸季風(fēng)氣候，年均溫13.3℃，年平均降水量613.7 mm。西安市包括未央、蓮湖、碑林、新城、雁塔、灞橋、閻良、長安、臨潼9區(qū)和戶縣、高陵、藍(lán)田、周至4縣。由于近年來西安市經(jīng)濟社會發(fā)展迅速，地區(qū)生產(chǎn)總值從2000年的646.1億元增加到2012年的4 366.1億元。城鎮(zhèn)人口也從2000年的450.4萬人增加到2012年的611.6萬人。

1.2研究方法與數(shù)據(jù)來源

不同社會經(jīng)濟發(fā)展階段和國家政策環(huán)境下，引起耕地變化的驅(qū)動力因子都不是等效的[15]。本文依據(jù)西安市2000—2012年的耕地數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟指標(biāo)數(shù)據(jù)，并綜合了西安市的獨特地位條件，運用主成分分析法，對耕地面積變化的主要驅(qū)動力因子作了深入分析。主成分分析法，即通過線性變換，用較少的幾個綜合指標(biāo)代替原來較多的變量指標(biāo)，并且使這些較少的綜合指標(biāo)既能盡可能多地反映原來較多變量指標(biāo)所反映的信息，同時它們之間彼此獨立[15]。本文所采用的主成分分析軟件為SPSS 21.0。

本文所采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于西安市國土資源局、西安市政府工作報告、西安市統(tǒng)計年鑒(2000—2012)及陜西省統(tǒng)計年鑒(2000—2012)等。

2　西安市耕地面積變化動態(tài)特征

2.1西安城鎮(zhèn)化進(jìn)程中耕地的空間分布和面積變化

2012年西安市耕地面積為295 580 hm2，占西安市總國土面積的24.40%。從西安市耕地的空間分布來看(圖1)，耕地主要分布在秦嶺以北的郊縣地區(qū)，并以旱地為主。

圖1　2012年西安市耕地的空間分布

從整體上看，西安市耕地面積呈逐年下降趨勢(圖2)；從耕地數(shù)量的年遞減率來看，平均年遞減率為1.38%。2005年之前耕地年遞減速度較快；這是由于進(jìn)入21世紀(jì)之后經(jīng)濟快速發(fā)展的原因。2006—2010年遞減速率較之前變緩，這是由于2006年西安市實施了《西安市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》，嚴(yán)格了耕地保護制度和節(jié)約集約用地制度的原因。到2010年之后耕地減少速率又相對加快，這與政策實施力度放松有較大關(guān)系。

圖2　西安市2000-2012年耕地面積變化

2.2西安市耕地面積變化的空間差異

西安市各縣區(qū)耕地面積變化的空間差異可以用耕地面積的年變化率來表示。根據(jù)公式(1)，可以得出西安市各區(qū)縣13年來耕地的相對變化程度，從而可以看出西安市耕地面積變化在空間上的差異。

(1)

式中：K——某區(qū)域耕地面積的年變化率；Ua，Ub——研究期初及期末某區(qū)域耕地面積；T——研究時段長。

通過對西安市各區(qū)縣耕地面積數(shù)據(jù)進(jìn)行計算可知(圖3)，西安市3個主城區(qū)及3個郊區(qū)耕地面積年變化率最大；其中新城區(qū)、碑林區(qū)、蓮湖區(qū)3個主城區(qū)平均年化率為-8.33%，且耕地全部被建設(shè)用地占用；其次3個郊區(qū)，雁塔區(qū)為-7.59%，未央?yún)^(qū)為-7.13%，灞橋區(qū)為-2.69%。其中，高陵縣耕地面積減少的速率最小，平均年變化率為-0.6%。其中只有戶縣的耕地面積增加，但是增幅并不大，平均年增加率僅為0.34%。

3　西安市耕地面積變化的驅(qū)動力分析

3.1驅(qū)動力因子選擇

影響耕地面積變化的驅(qū)動力因子有很多，但主要包括自然因素和社會經(jīng)濟因素兩大方面[16]。對西安市而言，在短時期來看，人類活動的影響更為直接和強烈[17]；自然因子等變化較小，加之難以定量描述，可以不予考慮[18]。故本文基于西安市的社會經(jīng)濟狀況和現(xiàn)有基礎(chǔ)資料情況，并遵循綜合性、主導(dǎo)性、指標(biāo)的可獲得性原則下，從經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口、城鎮(zhèn)化水平和生活水平5個方面共選擇14個因子，選取2000—2012年的數(shù)據(jù)作為分析樣本，分別是：X1為地區(qū)生產(chǎn)總值(億元)；X2為第一產(chǎn)業(yè)比重(%)；X3為工業(yè)總產(chǎn)值(億元)；X4為總?cè)丝?萬人)，X5為農(nóng)業(yè)人口(萬人)；X6為城鎮(zhèn)化率(%)；X7為建成區(qū)面積(km2)；X8為糧食總產(chǎn)量(萬t)；X9為農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值(億元)；X10為全社會固定資產(chǎn)投資(億元)；X11為農(nóng)民人均純收入(元)；X12為城鎮(zhèn)居民人均可支配收入(元)；X13為道路面積(萬m2)；X14為社會消費品零售總額(億元)。

圖3　西安市2000-2012年耕地面積變化率

3.2主成分分析

由于變量之間不同單位和不同變異程度，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)在分析過程中因單位的不統(tǒng)一而造成結(jié)果的差異。因此在分析之前要進(jìn)行數(shù)據(jù)的無量綱化處理，常用的方法有初值化變換、均值化變換、極差變換、滑動平均變換等[19]。本文采用標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化處理。標(biāo)準(zhǔn)化之后，利用統(tǒng)計軟件SPSS 21.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。

主成分分析的結(jié)果表明(表1)，第一、第二主成分的累計貢獻(xiàn)率已經(jīng)達(dá)到95.62%，并且兩者的特征值都大于1，完全可以對西安市的耕地面積變化情況給出合理的解釋。根據(jù)貢獻(xiàn)率可以看出，第一主成分的貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于第二主成分的貢獻(xiàn)率，說明第一主成分所包含的因子更能反映西安市耕地面積變化的實質(zhì)。因此，以前兩個主成分因子為基礎(chǔ)，根據(jù)各主成分中各驅(qū)動力因子載荷可以分析其在相應(yīng)主成分中的貢獻(xiàn)率。

從主成分載荷矩陣(表2)可以看出，第一主成分與地區(qū)生產(chǎn)總值、工業(yè)總產(chǎn)值、城鎮(zhèn)化水平、建成區(qū)面積、社會固定資產(chǎn)投資、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值、道路面積、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、社會消費品零售總額等因素有較大的相關(guān)性，這些因子反映了社會經(jīng)濟發(fā)展、城鎮(zhèn)化水平等因素的提高，因此第一主成分可認(rèn)為是社會經(jīng)濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平的代表。第二主成分與糧食總產(chǎn)量有較大的相關(guān)，因此第二主成分可以做為農(nóng)業(yè)因素的代表。因此，根據(jù)主成分載荷矩陣(表2)，選取的14個因子可以歸為3類，做為西安市耕地面積變化的主導(dǎo)因素，即：經(jīng)濟發(fā)展(GDP、工業(yè)總產(chǎn)值)、城鎮(zhèn)化水平(城鎮(zhèn)化率)、農(nóng)業(yè)因素(糧食產(chǎn)量)。

表1特征值及主成分貢獻(xiàn)率

成份初始特征值方差特征值貢獻(xiàn)率/%累積貢獻(xiàn)率/%112.31187.93787.93721.0757.68295.61830.5714.07899.69640.0160.11399.80950.0110.08199.89060.0090.06599.95570.0030.02399.97880.0020.01699.99490.0010.00599.999100.0000.001100.000114.47E-063.19E-05100.000122.71E-061.93E-05100.000131.00E-131.02E-13100.00014-1.00E-13-1.00E-13100.000

表2主成分載荷矩陣

變量成分12變量成分12X10.998-0.040X80.1830.931X2-0.778-0.289X90.989-0.097X30.997-0.042X100.9950.009X40.9400.174X110.981-0.150X50.975-0.174X120.993-0.066X60.9880.096X130.9930.052X70.989-0.097X140.996-0.058

3.3主導(dǎo)因子對耕地面積變化分析

3.3.1經(jīng)濟發(fā)展對耕地面積變化的影響經(jīng)濟的發(fā)展與其結(jié)構(gòu)的調(diào)整通過推動經(jīng)濟總量的增加、工業(yè)化與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、民居生活水平等影響耕地利用的方式。由表2可知，第一主成分與GDP和工業(yè)總產(chǎn)值關(guān)系最大(0.998，0.997)。地區(qū)生產(chǎn)總值從2000年的646.13億元增加到2012年的4 366.10億元，增加了6.76倍；工業(yè)總產(chǎn)值從2000年的639.48億元增加到2012年的4 656.08億元，增加了7.28倍；同時期耕地面積則減少了48 973.33 hm2。

現(xiàn)階段，西安的經(jīng)濟發(fā)展處于轉(zhuǎn)型的重要時期，在短期內(nèi)耕地面積還將持續(xù)減少。只有把握好經(jīng)濟的發(fā)展方向，使經(jīng)濟發(fā)展由現(xiàn)階段的粗放型向集約型方向發(fā)展，并調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，這樣才能有效地逐步減少對耕地的占用。

3.3.2城鎮(zhèn)化水平對耕地面積的影響隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，伴隨著城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，城區(qū)不斷向外圍蔓延擴張，大量的耕地轉(zhuǎn)為建設(shè)用地；加之人民生活水平的提高，居住條件、交通設(shè)施等各方面需求不斷提高，也必然占用大量耕地。

西安市城鎮(zhèn)人口從2000年450.36萬人增加到2012年611.62萬人，城鎮(zhèn)人口增加了161.26萬人；城鎮(zhèn)化水平從60.77%提高到71.51%。從2012年耕地的空間分布(圖1)中也可以看出，西安市3個主城區(qū)的耕地已經(jīng)全部被占用；并且西安3個城郊地區(qū)耕地面積減少的速率也較其他縣區(qū)快；可見城鎮(zhèn)化水平對耕地有著不可忽視的影響。

3.3.3農(nóng)業(yè)因素對耕地面積的影響隨著西安市土地利用整體規(guī)劃的實施，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)和農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷加強，農(nóng)業(yè)的綜合生產(chǎn)能力有了較大提高。農(nóng)民在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中根據(jù)社會經(jīng)濟效益來調(diào)整耕地的經(jīng)營方式，如部分耕地調(diào)整為效益較高的果園和魚塘。農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，將導(dǎo)致農(nóng)村人口向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移；同時對耕地的投入不足，加之農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中使用化肥和農(nóng)藥越來越多，對土壤等造成嚴(yán)重破壞，都會導(dǎo)致耕地數(shù)量和質(zhì)量下降。

4　結(jié)論與討論

(1) 西安市耕地面積從2000年的295 580.15 hm2減少到2012年的246 606.79 hm2，凈減少48 973.33 hm2，年平均減少3 767.18 hm2，年遞減率1.38%。隨著人口逐年增加，人均耕地面積也逐年減少，耕地壓力越來越大。

(2) 主成分分析的結(jié)果表明，西安市耕地面積變化的主要驅(qū)動力是經(jīng)濟發(fā)展、城鎮(zhèn)化水平、農(nóng)業(yè)因素3個方面。其中耕地面積變化與地區(qū)生產(chǎn)總值、工業(yè)總產(chǎn)值、城鎮(zhèn)化水平、建成區(qū)面積、社會固定資產(chǎn)投資、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值、道路面積、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、社會消費品零售總額等因子高度相關(guān)。

(3) 由于西安市的平原面積僅占總面積的37.29%，耕地資源更是十分有限，為了遏制西安市耕地面積減少的趨勢，確保糧食安全，建議采取以下措施：一是減少建設(shè)用地對耕地的占用，促進(jìn)經(jīng)濟發(fā)展由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，推進(jìn)土地利用的節(jié)約和集約。二是通過舊城區(qū)改造、空心村管理、廢棄工廠復(fù)墾等途徑加強耕地的保護，從而緩解城鎮(zhèn)化快速發(fā)展后的農(nóng)村土地利用問題。三是要根據(jù)西安市自身的特點，加強對果園、魚塘等地類的管理和保護，改善耕地質(zhì)量和及時復(fù)墾，并正確引導(dǎo)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，避免因此造成耕地破壞。

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Spatial Differences of Cultivated Land Change and Driving Force Analysis in Typical Semi-Arid Area—A Case Study of Xi′an City

WEI Qianqian1, REN Zhiyuan1,2

(1.CollegeofTourismandEnvironmentSciences,ShaanxiNormalUniversity,Xi′an710119,China; 2.NorthwestLandandResourceResearchCenter,Xi′an710119,China)

In order to provide reference for the development of rational farmland protection system and policies, we took Xi′an City as an example, used the principal component analysis, arable land from 2000 to 2012 data and related socio-economic data based on 14 factors selected from the demographic, economic, industrial structure, living standards and the level of urbanization five areas altogether, to reveal the mechanism of the change of cultivated land area in Xi′an City in the nearly 13 years. The results showed that: (1) the overall arable land of Xi′an City decreased gradually, the annual average decreasing rate was 1.38%; (2) the main driving forces on the change of cultivated land area in Xi′an City was the economic development, urbanization level, agricultural factors, which constituted the main driving forces to cultivated land change in Xi′an City; (3) meanwhile, the trend of sharp decline of arable land in Xi′an City can be curbed through these 3 aspects: reduction of occupation from the construction land, promotion of economic development mode transformation and strengthening the guidance of adjustment of agricultural structure.

cultivated land change; spatial differences; PCA; driving force; Xi′an City

2015-03-17

2015-03-27

國家自然科學(xué)資助項目(41371523)

魏倩倩(1989—),女,河南開封人,碩士,研究方向為資源環(huán)境遙感與GIS。E-mail:1172558519@qq.com

任志遠(yuǎn)(1953—),男,陜西興平人,教授,博士生導(dǎo)師,主要從事國土資源開發(fā)與生態(tài)安全評價研究。E-mail:renzhy@snnu.edu.cn

F301.21

A

1005-3409(2016)01-0284-05