劉 娜，喻 瑤

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128)

耕地作為人類最寶貴的自然資源之一，不僅具有一定的生態(tài)功能，還肩負(fù)著保障糧食安全乃至國家安全的重任[1-4]。科學(xué)合理推進(jìn)耕地開發(fā)利用與保護(hù)，是區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的重要保障[5]。改革開放以來，中國的城市化和工業(yè)化快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)總量不斷提升，人口數(shù)量日趨增長，耕地資源處于緊張態(tài)勢[6]。經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與耕地急劇減少之間的矛盾尖銳，如何解決這一矛盾將是影響未來可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題。

我國學(xué)者對耕地變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系進(jìn)行了積極的探索，并取得了一定的研究成果[7-8]。學(xué)者們普遍認(rèn)為耕地資源減少的主要誘因之一是經(jīng)濟(jì)發(fā)展，表現(xiàn)出耕地面積隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展而減少的趨勢。有學(xué)者認(rèn)為耕地變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展呈線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，有學(xué)者對部分地區(qū)的研究顯示，耕地面積隨人均GDP的增加而減少，表現(xiàn)為指數(shù)遞減趨勢[9]。也有學(xué)者認(rèn)為，耕地面積與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間表現(xiàn)出類似于庫茲涅茨的倒“U”形曲線特征，如曲福田等[10]對天津和山東、楊桂山[11]對長江三角洲等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)耕地面積流失與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系的定量分析，驗證了類似庫茲涅茨曲線的存在。如何在保障經(jīng)濟(jì)快速增長的同時，保障耕地紅線，確保我國糧食安全，既是國家宏觀調(diào)控的目標(biāo)之一，也是學(xué)者們研究的焦點問題[12]。本文以湖南省為例，運用灰色關(guān)聯(lián)分析模型，分析了耕地變化的主要因素、土地彈性系數(shù)，探究了耕地利用的集約度、區(qū)位熵探討耕地變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相互關(guān)系，從而為保護(hù)耕地資源以及可持續(xù)利用提供相應(yīng)參考。

1 研究區(qū)域概況

湖南幅員遼闊，地處東經(jīng)108°47′～114°15′，北緯24°39′～30°08′，位于長江中游、洞庭湖以南，是我國東南腹地。全省土地面積21.18萬km2,占全國國土面積的2.2%,在各省市區(qū)面積中居第11位。地貌以山地、丘陵為主，山地面積占全省總面積的51.2%，丘陵及崗地占29.3%，平原占13.1%，水面占6.4%。湖南屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，光熱充足，雨量豐沛。全省轄13個市、1個自治州、122個縣(市、區(qū))。2016年末全省常住人口6822.0萬人。其中，城鎮(zhèn)人口3598.6萬人，城鎮(zhèn)化率52.75%，比上年末提高了1.86個百分點。2016年末地區(qū)生產(chǎn)總值為31244.7億元，比上年增長了7.9%；其中，第一產(chǎn)業(yè)增加值3578.4億元，增長了3.3%；第二產(chǎn)業(yè)增加值13181.0億元，增長了6.6%；第三產(chǎn)業(yè)增加值14485.3億元，增長了10.5%[13]。湖南省因礦產(chǎn)豐富、礦種齊全，素有“有色金屬之鄉(xiāng)”和“非金屬礦之鄉(xiāng)”之稱。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文所需數(shù)據(jù)主要包括湖南省及湖南省下轄14個城市的社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)和土地數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)主要來源于2006～2017年《湖南統(tǒng)計年鑒》、《湖南年鑒》，部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于相關(guān)網(wǎng)站。

2.2 研究方法

2.2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析(GRA) 灰色關(guān)聯(lián)分析屬于鄧聚龍教授首創(chuàng)的灰色系統(tǒng)理論，其主要思想是依據(jù)特征序列與關(guān)聯(lián)序列幾何形狀的相似程度判斷因素之間聯(lián)系的緊密性，反映曲線間的關(guān)聯(lián)程度，對系統(tǒng)的發(fā)展態(tài)勢進(jìn)行動態(tài)量化分析[14]。具體操作步驟如下：

(1)特征序列和關(guān)聯(lián)序列的確定。文章的特征序列為耕地面積，各影響因素為關(guān)聯(lián)序列，分別用Y0和Xi，i=1，2，…，12表示。

(2)原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，又稱數(shù)量的無量綱化，本文采用極值法計算。采用極值法計算時，應(yīng)先辨別關(guān)聯(lián)序列的正逆指標(biāo)，即第i個評價對象第j項指標(biāo)為Xij，則標(biāo)準(zhǔn)化公式為[15]：

當(dāng)指標(biāo)呈正效應(yīng)時，公式為：

(1)

當(dāng)指標(biāo)呈正效應(yīng)時，公式為：

(2)

式中：minXij為指標(biāo)的下限值，maxXij為指標(biāo)的上限值。當(dāng)Y=1時，指標(biāo)代表的項目達(dá)到最佳狀態(tài)；相反，當(dāng)Y=0時，達(dá)到最差狀態(tài)。

(3)計算關(guān)聯(lián)系數(shù)。表征兩個被比較序列在某一時刻的緊密程度，其范圍為(0,1)，引入系數(shù)ζ。公式為：

(3)

式中：ζ為分辨系數(shù)，取值范圍[0,0.5],本文分析中取值為0.5；Δmin為各數(shù)列與參考數(shù)列值的差的最小值，Δmax為各數(shù)列與參考數(shù)列值的差的最大值，Δi(k)為各數(shù)列與參考數(shù)列值的差(絕對值)。

(4)灰色關(guān)聯(lián)度的計算。公式為：

(4)

式中：r0i為特征序列X0與關(guān)聯(lián)序列Xi的關(guān)聯(lián)度。

(5)指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)度排序。根據(jù)各影響因素與耕地面積之間灰色關(guān)聯(lián)度r0i的大小排序，衡量耕地面積變化與各因素之間的密切關(guān)聯(lián)程度。灰色關(guān)聯(lián)度值越大，表明關(guān)聯(lián)程度大，反之，越小。

2.2.2 土地彈性系數(shù) 經(jīng)濟(jì)學(xué)中的彈性是指一個變量變動的百分比相應(yīng)于另一變量變動的百分比來反應(yīng)變量之間變動的敏感程度。彈性的大小可用彈性系數(shù)來衡量，彈性系數(shù)=y變動的百分比/x變動的百分比[16]。本文主要研究耕地變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，故采用耕地面積年減少率與GDP年增長率之間的比值來反映土地利用集約性和可持續(xù)性的變化情況。土地利用彈性系數(shù)Z的計算公式:

Z=(ΔX/X)/(ΔY/Y)×100%

(6)

式中：Z為土地利用彈性系數(shù)，X為耕地減少總量，ΔX為耕地年減少量；Y為GDP增加總量，ΔY為GDP年增加量。

2.2.3 區(qū)位熵 區(qū)位熵用于衡量某一區(qū)域要素的空間分布情況、反映某一產(chǎn)業(yè)部門的專業(yè)化程度，以及體現(xiàn)某一區(qū)域在高層次區(qū)域的地位和作用[16]。本研究將區(qū)位熵運用于分析湖南省各城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展對耕地變化的影響程度。

(7)

式中：Xij為第i個市第j年耕地減少量，Yij為第i個市同時期GDP的增加量；LQij代表第i個市第j年經(jīng)濟(jì)發(fā)展對耕地變化的區(qū)位熵值。

3 湖南省耕地數(shù)量變化及其影響因素分析

3.1 湖南省耕地數(shù)量變化特征

如圖(1)所示：湖南省耕地面積和人均耕地面積呈現(xiàn)同步增長或遞減趨勢?？傮w特征為先減少后增加，最后逐漸平穩(wěn)的狀態(tài)。2005～2008年，耕地面積由381.60萬hm2減少至378.95萬hm2，共減少2.65萬hm2。2008～2015年，耕地面積由378.94萬hm2增長至415.35萬hm2，共增長36.41萬hm2。其中，2008～2009年間耕地面積增長迅速，變化最為強(qiáng)烈，由2008年的378.95萬hm2增加到413.50萬hm2，共增加34.55萬hm2，占總增加面積的95%。其余年份僅有小幅度增加，耕地變化整體呈平穩(wěn)狀態(tài)。湖南省自2007年7月1日起進(jìn)行第二次土地大調(diào)查，第二次土地大調(diào)查由于調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)方法的改進(jìn)和農(nóng)村稅費政策調(diào)整等因素影響，得到的數(shù)據(jù)更加全面、客觀、準(zhǔn)確，因此，耕地面積相對與第二次土地調(diào)查前變化幅度大，數(shù)量增加多。人均耕地面積在2009～2010年間下降幅度較大。

圖1 湖南省2005～2016年耕地總量和人均耕地面積變化

3.2 湖南省耕地變化影響因素分析

3.2.1 影響因子選取 經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化進(jìn)程加快、人口增長以及開發(fā)區(qū)建設(shè)等多種因素使得湖南省耕地數(shù)量減少，但由于增減掛鉤等多項耕地保護(hù)政策的實行，耕地面積有小幅增加。因此，綜合湖南省具體情況和相關(guān)研究成果，依據(jù)行文思路與要求，指標(biāo)數(shù)據(jù)可得性、靈敏性和可量化原則及客觀反映區(qū)域耕地變化的趨勢和問題，將人均耕地變化量(Y)作為因變量反映耕地數(shù)量的變化，選取總?cè)丝凇⒊鞘谢?、GDP等12個與耕地變化相關(guān)的因子來研究其對耕地變化的影響。影響因子如表1所示。

表1 湖南省耕地變化影響因子

3.2.2 基于GRA的耕地變化影響因素分析 湖南省耕地面積呈現(xiàn)先減少后增加的特征，增加年份較減少年份持續(xù)時間長，故本文中劃分正負(fù)效應(yīng)指標(biāo)主要考慮對耕地面積增加所產(chǎn)生的影響，正效應(yīng)指標(biāo)表明指標(biāo)值越大影響越大，負(fù)效應(yīng)則相反。在12個影響因子中，其中正效應(yīng)指標(biāo)：農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)業(yè)機(jī)械總產(chǎn)值、農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值、地區(qū)生產(chǎn)總值、固定資產(chǎn)投資、農(nóng)村人均可支配收入、農(nóng)作物播種面積、糧食總產(chǎn)量；負(fù)效應(yīng)指標(biāo)：第三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值、城市化率、建成區(qū)土地面積、總?cè)丝?。通過公式(1)、(2)、(3)、(4)的計算，得到表2中12個影響因子的灰色關(guān)聯(lián)度值。一般而言，關(guān)聯(lián)度值在0.6以上才能說明兩者具有關(guān)聯(lián)度。由表2可知：與耕地變化具有關(guān)聯(lián)度的共有8個因子，其中：農(nóng)業(yè)人口>農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力>農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值>地區(qū)生產(chǎn)總值>固定資產(chǎn)投資額>農(nóng)村人均可支配收入>農(nóng)作物播種面積>糧食總產(chǎn)量?？萍嫉陌l(fā)展、收入的增加使得大多農(nóng)戶愿意投身于農(nóng)業(yè)活動中。同時,我國推行相關(guān)政策保護(hù)農(nóng)民的權(quán)益，加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)相關(guān)知識的宣傳，鼓勵大家從事農(nóng)業(yè)活動，給予農(nóng)戶更多的幫助與扶持。

4 湖南省耕地變化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相關(guān)關(guān)系

通過上述分析可知：與耕地變化關(guān)聯(lián)度排名前3的為農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力以及農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值，三者的變化直接影響到耕地的變化，地區(qū)生產(chǎn)總值對耕地變化的影響僅次于農(nóng)業(yè)人口、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力以及農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值，其關(guān)聯(lián)度值達(dá)0.713，所以本文著重研究經(jīng)濟(jì)發(fā)展(地區(qū)生產(chǎn)總值GDP表示)與耕地變化的相互關(guān)系。

表2 耕地變化影響因子灰色關(guān)聯(lián)度值

4.1 耕地年減少率和GDP年增長率的關(guān)系

湖南省耕地變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展在總體相關(guān)的背景下，還呈現(xiàn)出不同的變化特點。受宏觀經(jīng)濟(jì)背景以及政策等因素的影響，耕地資源用于非農(nóng)業(yè)建設(shè)，其經(jīng)濟(jì)效應(yīng)需要一定的時間后才能體現(xiàn)，即具有一定的時滯性。因此，以GDP變化率和耕地變化率為主要分析指標(biāo)具有一定的說服力。湖南省耕地年變化率波動最大的年份是2008～2010年，其余年份處于平穩(wěn)狀態(tài)，而GDP增長的波峰期出現(xiàn)在2007和2010年，年增長率均為0.228(圖2)。由表3可知：2005～2008年，湖南省土地利用彈性系數(shù)變化基本為0，說明耕地銳減的勢頭基本得到基本控制。2009～2016年，土地利用彈性系數(shù)從0.695下降至-0.012，其中2011和2015年土地利用彈性系數(shù)雖回跌至0，但總體而言，湖南省土地利用彈性系數(shù)波動較明顯，這表明耕地利用的集約化程度較低。

圖2 耕地年減少率和GDP年增長率的關(guān)系

年份耕地年減少率/%GDP年增長率/%土地利用彈性系數(shù)200500.17402006-0.0070.166-0.042200700.2280200800.226020090.0910.1310.69520100.0010.2280.004201100.227020120.0020.1270.01620130.0010.1120.00920140.0010.0990.010201500.06902016-0.0010.082-0.012

4.2 湖南省耕地變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的區(qū)位熵

文章通過區(qū)位熵的計算，探討湖南省14個地級市耕地變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相互關(guān)系。本文將研究時長劃分為3個時段，分別是2005～2008年、2009～2012年、2013～2016年；將區(qū)位熵計算結(jié)果劃分為3種類型，即區(qū)位熵≤0、0<區(qū)位熵<1、區(qū)位熵≥1。

2005～2008年各城市的區(qū)位熵均為正值(表4)。其中區(qū)位熵介于0～1之間的有5個城市，按區(qū)位熵大小依次排列分別是常德市、株洲市、湘潭市、岳陽市和長沙市；這表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展并不是以犧牲耕地面積為代價；5個城市區(qū)位熵均值為0.861，處于全省平均水平之下；區(qū)位熵≥1的共有9個城市，按區(qū)位熵大小依次排列分別是張家界市、湘西自治州、益陽市、郴州市、邵陽市、懷化市、永州市、衡陽市和婁底市。區(qū)位熵值最大的是張家界市，區(qū)位熵值為4.103。經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、耕地利用的非農(nóng)化造成耕地面積的大幅減少，這9個城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展對耕地面積減少的影響也較大。

2009～2012年間湖南省耕地面積總體上升，但部分城市因發(fā)展經(jīng)濟(jì)不得不占用部分耕地，故區(qū)位熵呈現(xiàn)正負(fù)兩種狀態(tài)。區(qū)位熵≤0的城市由大到小排列分別是長沙、湘潭、張家界市，這4個城市的區(qū)位熵均為負(fù)值，經(jīng)濟(jì)處于上升階段，新修道路、擴(kuò)建城市以及其他基礎(chǔ)建設(shè)不得已的占用了一些耕地。區(qū)位熵介于0～1之間的只有郴州市，區(qū)位熵為0.365，這表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展對耕地變化基本影響程度不大。區(qū)位熵≥1的有10個城市，分別是湘西自治州、益陽市、懷化市、永州市、婁底市、岳陽市、常德市、株洲市、邵陽市、衡陽市。其中區(qū)位熵值最大的是湘西自治州，區(qū)位熵值為5.102，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他6個城市的區(qū)位熵。2009～2012年14個城市區(qū)位熵均值為1.442，故經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對耕地面積的影響較大。

2013～2016年這一研究時段較其他2個研究時段，耕地變化處于較平穩(wěn)狀態(tài)，耕地面積雖有所下降，但下降幅度小。區(qū)位熵≤0的共有5個城市，分別是衡陽市、岳陽市、張家界市、益陽市、永州市。區(qū)位熵最小的是張家界市，區(qū)位熵值為-4.215，說明這5個城市在4年間經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對于耕地面積的增加有推動作用。0<區(qū)位熵<1的有且只有長沙一個城市，區(qū)位熵值為0.975。區(qū)位熵≥1的共有8個城市，分別是株洲市、湘潭市、邵陽市、常德市、郴州市、懷化市、婁底市、湘西自治州，這些城市大都位于湖南西邊，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較東邊城市緩慢，后期經(jīng)濟(jì)處于快速發(fā)展階段，二三產(chǎn)業(yè)較第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展快，經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段不得不占用相應(yīng)耕地，故經(jīng)濟(jì)發(fā)展對耕地變化的影響較大。

由圖3～圖5可知：長沙市、岳陽市以及湘潭市經(jīng)濟(jì)發(fā)展對耕地變化影響較小，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展雖消耗了大量的耕地資源，但增減掛鉤及其他耕地保護(hù)政策的推行使得耕地變化基本不受影響。而邵陽市、懷化市、婁底市和湘西自治州區(qū)位熵值一直保持≥1且數(shù)值較大，表明這4座城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展對耕地影響程度一直較強(qiáng)。區(qū)位熵小于0的城市分布不是很穩(wěn)定且在研究后期2013～2016年間存在城市較多，發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時也應(yīng)注重耕地的保護(hù)。

表4 2005～2016年湖南省耕地變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的區(qū)位熵

5 結(jié)論與建議

(1)2005～2008年耕地面積呈現(xiàn)下降趨勢，2008年以后，耕地面積有所增加，且在2008～2009年間呈急劇增加態(tài)勢。這是因為湖南省自2007年開始進(jìn)行第二次土地大調(diào)查，數(shù)據(jù)比以往更加精確、全面，故數(shù)量增長比率快。

圖3 2005～2008年湖南省區(qū)位熵分布

圖4 2009～2012年湖南省區(qū)位熵分布

圖5 2013～2016年湖南省區(qū)位熵分布

(2)在湖南省耕地變化12個影響因子中，有8個因子存在一定的關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)度程度由高到低為：農(nóng)業(yè)人口>農(nóng)業(yè)機(jī)械總動力>農(nóng)林牧漁總產(chǎn)值>地區(qū)生產(chǎn)總值>固定資產(chǎn)投資額>農(nóng)村人均可支配收入>農(nóng)作物播種面積>糧食總產(chǎn)量。經(jīng)濟(jì)因素和農(nóng)業(yè)因素是影響湖南耕地變化的主要因素。隨著湖南省經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級和科學(xué)技術(shù)的提高，耕地減少現(xiàn)狀得到一定的改善。

(3)包括省會城市長沙在內(nèi)的湘東一些較發(fā)達(dá)城市由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的升級、政策的影響以及科學(xué)技術(shù)的提高，發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時更能兼顧耕地的可持續(xù)利用，而湘西一些較不發(fā)達(dá)城市，如懷化、婁底、湘西自治州，經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度緩慢且在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時不得不占用部分耕地，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對耕地變化的影響程度較強(qiáng)。

(4)湖南省作為農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)業(yè)在未來很長一段時間仍然是湖南省農(nóng)業(yè)居民的主要收入來源。采取耕地保護(hù)措施，使耕地得到合理有效利用是十分必要的。(1)政府通過對《土地管理法》和《基本農(nóng)田保護(hù)條例》等法律法規(guī)的宣傳和學(xué)習(xí)，提升全民耕地保護(hù)的自覺性。(2)加大耕地補償機(jī)制，對農(nóng)戶進(jìn)行政策、技術(shù)、資金等多方式補貼，提高農(nóng)戶保護(hù)耕地的積極性。(3)加大農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施投入、加強(qiáng)農(nóng)田水利建設(shè)，改善農(nóng)田生產(chǎn)條件，提高農(nóng)田抗旱、抗洪能力；同時，推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)程，加大管道系統(tǒng)等固定設(shè)施在農(nóng)田裝備中的比重，提高勞動生產(chǎn)率。