摘要：耕地集約利用是保障社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的必要條件。利用2009-2012年新疆伊寧市及2012年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土地利用變更數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù)，采用熵值法分別從耕地利用強度、投入強度、產(chǎn)出強度及耕地持續(xù)利用強度4個角度出發(fā)，選取11項評價因子構成耕地利用集約度評價體系。運用功效系數(shù)法對伊寧市耕地利用集約狀況從橫向和縱向兩個方面進行了綜合評價，并通過運用ArcGIS 9.3軟件對耕地利用集約狀況進行系統(tǒng)采樣、半變異函數(shù)分析及空間插值方法，對伊寧市耕地利用集約度動態(tài)演變和空間分異特征進行研究。結果表明，伊寧市耕地利用集約度時序變化明顯，近4年來呈現(xiàn)小幅度增長；耕地利用集約度區(qū)域差異性明顯，呈現(xiàn)北高南低的態(tài)勢；耕地集約利用水平具有明顯的區(qū)域性，且較低、低耕地利用集約度區(qū)域從中心城區(qū)逐漸呈圓環(huán)式向周圍蔓延。研究結果可為伊寧市耕地利用集約水平提高以及農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

關鍵詞：耕地；集約利用；功效系數(shù)法；時空變異；伊寧市

中圖分類號：F301.24 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）15-4042-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.15.061

Abstract：The intensive use of cultivated land is a necessary condition for sustainable development of economy and society. According to the statistical and sutvey data of land use change in Yining city from 2009 to 2012 and the data of the cities in Yining city in 2012，aiming at the cultivated land intensive use，the evaluation index system of cultivated land intensive use was established，which included 4 aspects and 12 specific indicators from the aspect of utilization degree，input intensity，output leve and sustainable conditionsl of land with the entropy method，aswell as evaluated the time serial change law and the spatial variation characteristics of cultivated land use through the efficacy coefficient method.After sampling were carried out，the semi-varogram analysis and block Kringing were used by ArcGIS 9.3 to analyze the dynamic evolution and spatial distribution of the intensive use of cultivat-ed land in Yining. The results indicated that the temporal variability of intensive use level of cultivated land was obvious and the level of cultivated in recent 4 a. The spatial variance of the intensive use was remarkable，showing a trend of in north area and lower in south area. The spatial distribution of the intensive use of cultivated land was imbalanced in Yining，moreover the lower and the low utilization degree of the city center had the tendency of ring type spreading. The results will provide a scientific basis for improving the level of intensive use of cultivated land for Yining as well as the sustainable development of agriculture.

Key words：cultivated land；intensive use；efficacy coefficient method；spatiotemporal variation；Yining city

伴隨城市的逐步擴展及產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的迅猛轉型，在中國社會經(jīng)濟快速發(fā)展的重要階段，減少的耕地與擴張的建設用地間的矛盾日益升溫[1]。同時，人口持續(xù)增長也促使了農(nóng)產(chǎn)品的需求日益增大，人們開始考慮到耕地利用集約水平的波動對糧食安全的影響也許更顯著，相比耕地面積的縮減[2]。根據(jù)中國人多耕地有限的情況，如何走內部滲透道路、提高耕地利用集約水平，將是日后討論的重點問題[3]。因此，加強耕地利用集化水平的時空變異探討，對保護中國1.2億hm2的耕地最低線，提高耕地集約利用水平，構建可持續(xù)、健康的和諧經(jīng)濟社會平臺，有極其關鍵的現(xiàn)實意義。

近些年，對耕地利用集約化水平的探究逐漸增多，其主要包括界定耕地集約度概念、分析耕地利用集約化水平、確定其配置模式等[4，5]。邵曉梅等[6]從小城鎮(zhèn)出發(fā)，借用綜合評價和人工神經(jīng)網(wǎng)絡法，對耕地利用集約化水平進行了多方面評價，為區(qū)域土地合理審批和科學規(guī)劃提供依據(jù)。曹銀貴等[7]采用主成分法，并結合AHP法對三峽庫區(qū)的耕地集約利用狀況進行了評價，并對兩種結果進行了對比研究，顯示兩種方法均適合耕地集約利用評價?；㈥愊嫉萚8]從鎮(zhèn)（村）的角度出發(fā)，采用模糊評價法，對鎮(zhèn)（村）土地資源集約化水平及影響因子進行了研究。程久苗等[9]采用權熵法來探討安徽省耕地利用集約化時空變化特征，結果表明，對耕地利用集約化水平造成顯著影響的是耕地利用的效益。從相關學者的研究方向可以看出，目前針對耕地利用集約度的評價方法比較單一，且在評價指標確定上人為主觀因素影響較大，傳統(tǒng)的耕地集約度空間差異測定方法缺乏對研究實體空間關系的考慮及預測。鑒于以上背景，本研究以干旱綠洲城市伊寧市為典型研究區(qū)，運用權熵法確定評價指標權重，借用功效系數(shù)法結合ArcGIS 9.3軟件，從橫向和縱向兩個角度對伊寧市耕地利用狀況進行集約度時空分析，并預測了區(qū)域耕地利用集約化水平。以期為其科學制定耕地保護政策、保障區(qū)域糧食安全、提高區(qū)域耕地利用水平及促進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

伊寧市地處新疆維吾爾自治區(qū)西部邊境伊犁河谷中部，北緯43°50′—44°09′、東經(jīng)80°04′—81°29′，東連伊寧縣，西接霍城縣，北靠天山西部的科古琴山，南倚伊犁河。境內平均海拔1 083.1 m，城市中心海拔662.5 m。伊寧市有著特殊的地貌單元，分為中低山地、沖洪積扇和河谷階地；土壤的類型很多，水資源富饒，被稱為“塞外江南”。由于受地中海、黑海暖濕氣流的影響，伊寧市具有中亞典型的溫帶大陸性半干旱特征。2012年全市轄8鄉(xiāng)、1鎮(zhèn)、1場、 1市（區(qū)），總人口55.97萬人，城市化水平達到64.83%。研究區(qū)土地總面積62 279.94 hm2（除兵團外），其中耕地面積17 156.49 hm2，占總面積的27.55%。

2 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)研究區(qū)經(jīng)濟欠發(fā)達、耕地種植模式單一化的特點，構建了伊寧市耕地集約度評價指標體系，以2009-2012年市級數(shù)據(jù)和2012年鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)據(jù)為樣本，利用信息熵法分別確定評價指標的權重。并通過統(tǒng)計分析軟件和ArcGIS等軟件對伊寧市耕地利用時間變化特征和空間分異性進行分析及預測。以伊寧市耕地集約利用時序變化與空間分異為研究對象，其中耕地面積數(shù)據(jù)主要來源于2009-2012年伊寧市土地利用變更調查數(shù)據(jù)，社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)來源于《伊寧市統(tǒng)計年鑒（2013）》。

3 研究方法

3.1 建立耕地利用集約度評價指標體系

耕地是一個由自然、社會、經(jīng)濟共同組成的復雜的生態(tài)系統(tǒng)，建立耕地利用集約度評價指標體系需要考慮耕地利用集約度的定義[10]與研究區(qū)耕地實際利用情況。參考前人已有的成果，構建了符合伊寧市實際的耕地利用集約度評價指標體系（表1）。

3.2 原始數(shù)據(jù)標準化

由于各指標具有多樣性，其數(shù)據(jù)的單位和性質不同，導致各參評指標之間缺乏可比性，因此要將初始數(shù)據(jù)進行歸一化處理，消除量綱的影響，所采用的公式如下：

式中，F(xiàn)ij為第i個參評對象的第j個評價指標標準化值；Xij為第i個參評對象的第j個評價指標的原始值；i為參評對象個數(shù)；j為評價指標個數(shù)。

3.3 評價指標權重的確定

各主因子的離散程度可用權熵法來判定，其因子的離散程度變得越大時，代表此因子的影響也就越顯著。在綜合評價中，影響越不顯著，權重越小。此種利用數(shù)學公式獲得評價指標權重的方法能避免主觀因素的影響，體現(xiàn)出較強的科學性。具體步驟包括如下。

1）利用標準化后數(shù)據(jù)矩陣獲取第j項指標的權熵值：

ej=-kPijln（Pij） （k=1/ln（n），0≤ej≤1） （2）

2）獲取第j項指標的不同系數(shù)：

3）求第j項指標權重的系數(shù)：

3.4 評價模型的確定

功效系數(shù)法是參考多個目標實施規(guī)劃的原理，將各項因子進行函數(shù)轉換之后，得出各評價因子的功能效益系數(shù)，后將各評價因子采用加權求和得出每個參評對象的總功能效益系數(shù)。參考區(qū)域土地利用綜合效益評價法[11]，運用調整后的功效系數(shù)法橫向分析伊寧市耕地利用集約度的情況。

式中，U（Xi）為第i項評價指標功效；Fi為第i項評價因子標準化后的值；ai為整體穩(wěn)定臨界點的最大值；bi為整體穩(wěn)定臨界點的最小值。

評價因子總功效系數(shù)公式：

3.5 耕地利用集約度空間分析方法

按照伊寧市土地面積（62 279.94 hm2）的實際情況，采用1 km×1 km的單元網(wǎng)格將耕地集約化水平進行空間化，并借用等間隔距離采樣法，形成697個樣本區(qū)，以此確保更好地呈現(xiàn)空間分異特征。

耕地利用集約化水平是可以借用地統(tǒng)計學方法進行空間特征分析的空間變量。經(jīng)過耕地利用集約度等間隔距離采樣，利用ArcGIS 9.3中的Geostatistical Analyst得到半變異函數(shù)[12]：

4 結果與分析

4.1 耕地利用集約度評價指標權重

依據(jù)公式（1）-公式（4）求出指標體系權重（表2）。從表2可以看出，各項指標因子的權重系數(shù)相差較大。所有指標中對耕地集約水平產(chǎn)生影響的重要順序為：人均耕地面積>單位面積的化肥施用量>灌溉指數(shù)>勞均產(chǎn)值>糧食安全系數(shù)>復種指數(shù)>地均產(chǎn)值>糧食單產(chǎn)>單位面積的機械總動力>地膜使用的投入產(chǎn)量>單位面積的勞動力人數(shù)?？傮w來說，對耕地利用集約度的作用最大的是人均耕地面積，最小的是單位面積的勞動力人數(shù)。

4.2 耕地利用集約度橫向評價

通過各項評價指標的權重系數(shù)和功效系數(shù)，計算得出伊寧市近4年來耕地利用集約度的變化情況（表3）。通過功效系數(shù)表可以看出，近4年來伊寧市耕地利用集約狀況總體上呈現(xiàn)上升的變化趨勢，但上升的趨勢并不明顯。2009-2012年伊寧市耕地利用集約度得分值由2009年的0.607 318增至2012年的0.607 713，增長量為0.000 395。從表3中也可以看出，耕地利用集約度得分值受到來自耕地投入強度、耕地利用強度、耕地產(chǎn)出效益及耕地可持續(xù)狀況的影響，且其集約化分值的大小同以上四方面內容變化關聯(lián)性很強。通過對伊寧市耕地集約度和評價因子的權重系數(shù)分析可以發(fā)現(xiàn)，耕地投入強度和耕地產(chǎn)出效益的變動方向與耕地利用集約度的變動方向幾乎保持一致。

近年來，作為伊犁州首府城市，伊寧市經(jīng)濟得到迅猛發(fā)展，人民社會生活質量日益優(yōu)質，產(chǎn)業(yè)結構也逐漸趨于合理，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值所占GDP的比重逐年降低，耕地資源配置及集約利用狀況也趨于優(yōu)化。從耕地利用集約度評價準則層來看，不同準則層變化情況不一致，其中，耕地利用強度和耕地可持續(xù)狀況近4年來變化幅度很小，與耕地利用集約度變化狀況幾乎保持同等；其中耕地投入強度與耕地產(chǎn)出效益波動狀況較明顯（圖1）。

從圖1可以看出，耕地產(chǎn)出效益功效系數(shù)逐年增加，反映在評價指標上主要體現(xiàn)在單位耕地面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的提高和從事農(nóng)業(yè)種植人員人均產(chǎn)值的提高。其中單位耕地面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值由2009年的42 315元/hm2增加至2012年的67 651元/hm2。從耕地可持續(xù)狀況來看，伊寧市人均耕地面積呈現(xiàn)逐年降低的趨勢，下降速度不是很明顯，應該是由于中央“十二五”規(guī)劃建議提出的“切實保護耕地利用，推進農(nóng)村土地整理和土地復墾項目”政策，有效抑制了濫用耕地的現(xiàn)象。

4.3 耕地利用集約化水平縱向評價

根據(jù)2012年各地級市統(tǒng)計年鑒及相關基礎資料，收集與評價因子所需要的相關數(shù)據(jù)，后標準化處理收集的數(shù)據(jù)（公式1），根據(jù)指標權重及計算模型算出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地利用集約功效系數(shù)及準則層的功效系數(shù)，得到耕地利用集約度分級狀況。將不同區(qū)域耕地集約度導入ArcGIS 9.3軟件，分析伊寧市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地利用集約度的區(qū)域差異特征。

4.3.1 耕地利用集約度區(qū)域差異性分析 根據(jù)各評價因子權重系數(shù)及伊寧市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地集約度評價因子標準化值，采用公式模型得到伊寧市各地區(qū)耕地利用集約度。結果表明，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地利用集約度得分（C）處于0.602 711～0.617 637，平均得分0.609 5，根據(jù)西北地區(qū)實際環(huán)境狀況可得出，伊寧市耕地利用集約化水平整體不高。不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)間的耕地利用集約度差異顯著，如伊寧市園藝場耕地利用強度與耕地可持續(xù)狀況集約度相對較高，C高達0.617 637；而塔什科瑞克鄉(xiāng)耕地利用強度、耕地產(chǎn)出效益及耕地可持續(xù)狀況集約度相對較差，C僅為0.602 711。同時由于不同地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平、農(nóng)業(yè)發(fā)展水平及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構不同，導致不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地利用集約度區(qū)域差異較明顯。從耕地利用集約度分級圖（圖2）來看，耕地利用集約化水平呈現(xiàn)南高北低態(tài)勢。

4.3.2 耕地利用強度的區(qū)域差異 伊寧市耕地利用強度功效系數(shù)平均值為0.616 252，研究區(qū)耕地利用強度較低。不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地利用強度地區(qū)差異性較突出，塔什科瑞克鄉(xiāng)功效系數(shù)最低，為0.606 092；市園藝場功效系數(shù)最高，為0.628 424。從耕地利用強度（圖3）來看，伊寧市耕地利用強度區(qū)域差異性與耕地利用集約度區(qū)域差異性有一定關聯(lián)性，皆表現(xiàn)出南高北低的趨勢。利用SPSS 17.0軟件對耕地利用集約度功效系數(shù)和耕地利用強度功效系數(shù)進行相關性分析可以發(fā)現(xiàn)，兩者顯著相關，相關系數(shù)高達0.967，說明在較高的耕地利用強度的地區(qū)也相應有較高的耕地利用集約化水平。耕地利用強度由復種指數(shù)、灌溉指數(shù)2項指標構成，耕地利用強度的差異性與區(qū)域種植結構有著密切關系。

4.3.3 耕地投入強度的區(qū)域差異 伊寧市耕地投入強度功效系數(shù)平均值為0.883 034，其耕地利用投入水平較好。各鄉(xiāng)鎮(zhèn)（場）耕地投入強度區(qū)域差異性較明顯，克伯克圩孜鄉(xiāng)耕地投入強度功效系數(shù)最低，塔什科瑞克鄉(xiāng)耕地投入強度功效系數(shù)最高，二者相差0.192 343。從耕地投入強度評價圖（圖4）可以看出，耕地利用集約度與耕地投入強度呈反比。從評價指標層來看，耕地投入功效系數(shù)較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)主要是單位耕地面積種植業(yè)資金投入相對較高。農(nóng)業(yè)是這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)重要的基礎產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)發(fā)展水平較高，農(nóng)業(yè)基礎設施配套狀況較好，對機械、化肥的投入較大，促使耕地投入強度相對較高。

4.3.4 耕地產(chǎn)出效益區(qū)域差異 耕地產(chǎn)出效益功效系數(shù)最高的是克伯克圩孜鄉(xiāng)，為0.762 505，最低的是塔什科瑞克鄉(xiāng)，為0.631 375，兩者相差0.131 130，兩者同樣存在較大差距。耕地產(chǎn)出效益功效系數(shù)的平均值為0.651 525，整體來說伊寧市產(chǎn)出效益一般。從耕地產(chǎn)出效益評價圖（圖5）來看，耕地產(chǎn)出效益也具有顯著的分異特征，產(chǎn)出效益與地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向及種植結構有著密切的聯(lián)系。

4.3.5 耕地可持續(xù)利用強度區(qū)域差異 考慮到研究區(qū)數(shù)據(jù)的可獲取性，耕地可持續(xù)狀況僅選取兩項評價指標，即糧食安全系數(shù)和人均耕地面積。伊寧市耕地可持續(xù)狀況功效系數(shù)最高的是克伯克圩孜鄉(xiāng)，為0.645 821，最低的是塔什科瑞克鄉(xiāng)，為0.600 286，平均值為0.622 663。從耕地持續(xù)利用強度評價圖（圖6）來看，伊寧市耕地可持續(xù)狀況功效系數(shù)與耕地利用集約度功效系數(shù)也呈顯著相關性，相關系數(shù)高達0.981，反映耕地可持續(xù)狀況與耕地利用集約化水平呈正比關系。人均耕地面積的多少與地區(qū)自然資源條件及人口的多少有著密切的關系，同時耕地面積的多少與建設用地的占用也有關。在經(jīng)濟發(fā)展進程中，應合理保護耕地，確保耕地面積的存量。

4.4 耕地利用集約度空間分異特征分析

利用ArcGIS 9.3中的地統(tǒng)計分析模塊（Histogram模塊），伊寧市集約度值接近于正態(tài)分布，具有空間相關性。采用線性克里格法對伊寧市耕地利用集約度進行空間內插，后進行掩膜提取（Extract by Mask）分析，得到伊寧市土地利用耕地利用集約度空間變化分異圖（圖7）。結果檢驗中均值（0.000 600）、平均標準差（0.003 083）接近于零，均方根（0.001 061）、平均預測標準差（0.001 105）非常接近，均較??；標準均方根預測誤差（0.975 2）接近于1，檢驗結果表明誤差在允許范圍內，保證了伊寧市耕地利用集約度的準確性和可靠性。

由2012年伊寧市耕地利用集約度空間變化分異來看，伊寧市耕地利用集約度由四周向中心不斷減弱，呈現(xiàn)北高南低態(tài)勢。南部地區(qū)的耕地利用集約度普遍不高，這跟該研究區(qū)大力推進城市化、工業(yè)化有著密切關系。伊寧市市區(qū)始終是伊寧市土地利用未來發(fā)展的重中之重，其主要發(fā)展方向是從市區(qū)向四周輻射發(fā)展，并向南部及西北方向拓延。英也爾鄉(xiāng)、喀爾墩鄉(xiāng)和達達木圖鄉(xiāng)結合自身土地資源利用潛力和經(jīng)濟發(fā)展方向的目標，轉型升級，大力發(fā)展能源、電力、科技園、建材園等高新產(chǎn)業(yè)，大量農(nóng)用地（耕地、園地、林地）轉化為建設用地，致使這三個鄉(xiāng)的耕地利用集約水平相對低于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)；而北部和東北部鄉(xiāng)鎮(zhèn)（巴彥岱鎮(zhèn)、潘津鄉(xiāng)和克伯克圩孜鄉(xiāng)）多趨向于發(fā)展農(nóng)業(yè)，重點發(fā)展小麥生產(chǎn)與特色林果業(yè)，這種種植類型對提高耕地利用集約化水平有較強的促進作用。市域北部大部分是牧草地，但隨著城鎮(zhèn)建設發(fā)展，存在的潛在影響也值得考慮，應在大片草場轉化為建設用地前加大保護力度，防患于未然。

5 小結

本研究提出的基于功效系數(shù)法測算耕地利用集約度的評價預測方法，僅僅是一種嘗試，旨在為區(qū)域耕地利用集約化水平問題的研究探索一種途徑[13，14]，并為下一輪土地利用總體規(guī)劃提供參考依據(jù)。結果表明，采用功效系數(shù)法能夠較好地定量研究區(qū)域內耕地利用集約度狀況，并反映區(qū)域土地演變趨勢和空間分異特征。

1）研究區(qū)耕地利用集約化水平時序變化性突出。伊寧市耕地利用集約化狀況總體較好，近4年來耕地利用集約化水平呈現(xiàn)波動上升的變化趨勢。不同準側層變化情況不一致，其中耕地利用強度和耕地可持續(xù)利用強度變化幅度較小，與耕地利用集約度變化狀況基本保持一致；耕地投入強度和耕地產(chǎn)出效益變化情況較大。

2）伊寧市耕地利用集約化水平差異性明顯。耕地利用集約化水平呈現(xiàn)北高南低態(tài)勢。耕地利用強度、投入強度、產(chǎn)出效益及可持續(xù)利用強度地域差異也較顯著，但不同準則層之間也有一定的關聯(lián)性。

3）伊寧市耕地利用集約度空間分異顯著。耕地利用集約化水平由四周向中心不斷減弱。通過分析預測表明，較低、低耕地利用集約度區(qū)域從中心城區(qū)逐漸呈圓環(huán)式向周圍蔓延。

考慮伊寧市耕地集約利用的情況及存在問題，今后伊寧市應加大對中心城區(qū)及其周邊地區(qū)耕地的投入，加大第一產(chǎn)業(yè)科學技術的推廣；積極建設農(nóng)村機械設施，走規(guī)?；⒍鄻踊?、現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)發(fā)展之路，提高耕地集約利用水平。由于耕地集約利用的影響因素很多，原始數(shù)據(jù)查找比較困難，本研究只采取部分指標，未能詳盡描述耕地集約利用情況，應該更系統(tǒng)地收集研究區(qū)域的數(shù)據(jù)，完善指標體系，使其具有更好的指導作用。

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