張樂藝

(長安大學(xué)地球科學(xué)與資源學(xué)院，陜西 西安 710054)

引言

耕地在糧食供給、環(huán)境保護(hù)和保持生態(tài)平衡方面具有重要作用。而當(dāng)前耕地資源稀缺、人地關(guān)系矛盾更是阻礙了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。保護(hù)耕地就是保障國家糧食安全，協(xié)調(diào)統(tǒng)一保護(hù)耕地與經(jīng)濟(jì)發(fā)展兩者關(guān)系，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義[2]。

國內(nèi)耕地變化目前關(guān)于耕地利用方面的研究主要是基于遙感影像、耕地統(tǒng)計(jì)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)人口等數(shù)據(jù)，采用主成分分析、空間自相關(guān)、變換矩陣、地統(tǒng)計(jì)、相關(guān)分析等方法，在時(shí)空演化預(yù)測(cè)、利用評(píng)價(jià)、變化驅(qū)動(dòng)機(jī)制及利用布局優(yōu)化等方面進(jìn)行研究，所涉及的研究區(qū)域包括國家、省、市、縣等多尺度[3-8]。

河南是農(nóng)業(yè)大省、糧食生產(chǎn)大省，而且在中部崛起中扮演著重要角色。經(jīng)濟(jì)發(fā)展和耕地保護(hù)間具有不可避免的矛盾，如何平衡兩者間的關(guān)系，實(shí)施最嚴(yán)格的耕地保護(hù)政策，堅(jiān)守耕地紅線，防止耕地非農(nóng)化，對(duì)耕地變化及其驅(qū)動(dòng)進(jìn)行研究，對(duì)于今后科學(xué)耕地利用具有重要意義。本文基于統(tǒng)計(jì)年鑒中的耕地面積及社會(huì)發(fā)展、人口數(shù)據(jù)，采用耕地利用動(dòng)態(tài)度、耕地變異系數(shù)等模型對(duì)2009—2018年耕地變化情況進(jìn)行分析，并利用主成分分析和多元回歸分析探究耕地變化的驅(qū)動(dòng)因素。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)

河南省位于N31°23′～36°22′，E110°21′～116°39′，與安徽、山東、河北、山西、陜西、湖北等省份相鄰，總面積16.7萬km2。地勢(shì)西高東低，地貌主要為平原和山地，處于海河、黃河、淮河、長江4大流域。大部分地處暖溫帶，南部跨亞熱帶，屬北亞熱帶向暖溫帶過渡的大陸性季風(fēng)氣候；河南地處沿海開放地區(qū)與中西部地區(qū)的結(jié)合部，是中國經(jīng)濟(jì)由東向西梯次推進(jìn)發(fā)展的中間地帶。本文的數(shù)據(jù)主要是2009—2018年河南省耕地面積數(shù)據(jù)、人口、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及農(nóng)業(yè)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，來自于河南省統(tǒng)計(jì)年鑒(http://www.ha.stats.gov.cn/)。

2 研究方法

2.1 耕地利用動(dòng)態(tài)度

耕地動(dòng)態(tài)度可表達(dá)區(qū)域一定時(shí)間內(nèi)的耕地?cái)?shù)量變化情況。

(1)

式中，K為耕地利用動(dòng)態(tài)度；Ma、Mb分別為研究區(qū)期初和期末的耕地面積；T為研究時(shí)長。K>0，說明耕地?cái)?shù)量的增加；K<0，說明耕地?cái)?shù)量的減少；K的絕對(duì)值表示耕地變化的速度，絕對(duì)值越大則反映耕地變化速度越快。

2.2 耕地變異系數(shù)

變異系數(shù)可以定量測(cè)度某一地區(qū)耕地?cái)?shù)量空間差異性特征。

(2)

2.3 主成分分析

主成分分析通過降維的方式將多個(gè)變量綜合轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的變量，可以最大程度概括原有變量表示的信息，提取出的主成分彼此間互不關(guān)聯(lián)。

2.4 多元回歸分析

多元線性回歸模型可以用來研究耕地面積依賴多個(gè)驅(qū)動(dòng)因素的變化關(guān)系，其表達(dá)式：

Y=β0+β1X1i+β2X2i+...+βkXki,i=1,2,...,n

(3)

式中，Y為河南省的耕地面積；k為解釋變量的數(shù)目；βi(i=1,2,…,k)稱為回歸系數(shù)。將選取的各驅(qū)動(dòng)因子代入式(3)，根據(jù)最小二乘法可以求出表達(dá)式中β0、β1、…、βk的值，再代入上述模型就可以確定出該模型的表達(dá)式。

3 結(jié)果分析

3.1 耕地面積變化及利用動(dòng)態(tài)度分析

從表1可知，2009—2018年耕地面積總體呈先減少后增加的趨勢(shì)，共減少39269.29hm2，利用動(dòng)態(tài)度為-0.048%，變化較為緩和，年平均變化量為3926.929hm2。其中，2009—2015年耕地面積持續(xù)減少，共減少86076.69hm2，2009—2012年、2012—2015年利用動(dòng)態(tài)度分別為-0.108%、-0.156%，年均變化量分別為-8812.745hm2、-12706.4275hm2；2015—2018年耕地面積出現(xiàn)回升，增加了46807.4hm2，利用動(dòng)態(tài)度為0.144%，年均變化量為11701.85hm2。河南省一直處于經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，人口也在不斷地增加，造成一些耕地非農(nóng)化現(xiàn)象的出現(xiàn)，這些都會(huì)不可避免地造成耕地的減少，由于國家實(shí)施耕地保護(hù)政策，劃定了耕地保護(hù)紅線，河南省作為我國農(nóng)業(yè)大省更是實(shí)施了更為嚴(yán)格的耕地保護(hù)政策，控制了一定數(shù)量的耕地減少。

表1 2009—2018年河南省耕地利用動(dòng)態(tài)度

3.2 耕地變異系數(shù)

如圖1所示，總體來看，2009—2018年河南省耕地變異系數(shù)表現(xiàn)為不斷增加，且具有明顯的階段性特征，這表明在研究時(shí)期內(nèi)，不同的年份河南省耕地面積在各地級(jí)市空間分布上存在很大的差異性。2009—2015年變異系數(shù)變化較為劇烈，從64.69%上升至65.15%，在此期間河南省耕地呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，而變異系數(shù)的逐年增加說明各地級(jí)市耕地面積平均值在逐漸減少，且在各地級(jí)市分布上具有明顯差異。2015—2018年變異系數(shù)從65.15%上升至65.28%，變化較緩和，在此期間全省耕地出現(xiàn)回升，在各地級(jí)市中分布較均勻。

3.3 耕地變化驅(qū)動(dòng)分析

3.3.1 主成分分析

一般認(rèn)為，自然和社會(huì)因素在耕地變化中均起到驅(qū)動(dòng)作用，本文的研究時(shí)段較短，自然因素的影響可以忽略不計(jì)，故本文結(jié)合前人研究，在分析各驅(qū)動(dòng)因子與耕地具有顯著相關(guān)的前提下,選取X1總?cè)丝?萬人)、X2城鎮(zhèn)化率(%)、X3地區(qū)生產(chǎn)總值(億元)、X4農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值(億元)、X5工業(yè)總產(chǎn)值(億元)、X6社會(huì)消費(fèi)品零售總額(億元)、X7全社會(huì)固定資產(chǎn)投資(億元)、X8地方財(cái)政支出(億元)、X9第一產(chǎn)業(yè)比重(%)、X10第二產(chǎn)業(yè)比重(%)、X11糧食產(chǎn)量(萬t)、X12機(jī)耕面積(千hm2)、X13有效灌溉面積(千hm2)、X14城鎮(zhèn)居民人均可支配收入(元)、X15農(nóng)村居民人均純收入(元),對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，避免不同量綱對(duì)結(jié)果造成影響，并對(duì)各因子間的相關(guān)性進(jìn)行分析。從表2可以發(fā)現(xiàn)，不同因子間存在不同程度的相關(guān)性，如X1與X2、X3、X4、X5、X6、X8、X15的相關(guān)性均在0.9以上，最高達(dá)0.96；X2與X3、X4、X5、X6、X7、X8、X11、X14、X15的相關(guān)性在0.9以上，最高為0.999,與X9、X10的相關(guān)性分別為-0.984、-0.946；X3與X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X14、X15相關(guān)性達(dá)0.95以上等，也證明了對(duì)驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行主成分分析是必要的。

表2 耕地變化驅(qū)動(dòng)因子相關(guān)矩陣

通過SPSS進(jìn)行主成分分析，發(fā)現(xiàn)前2個(gè)主成分的特征值分別為12.88、1.28，其貢獻(xiàn)率分布為85.89%、8.532%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為94.422%，可知前2個(gè)主成分可以概括原有因子的大部分信息。由載荷矩陣可知，第1主成分與X1(總?cè)丝?、X2(城鎮(zhèn)化率)、X3(地區(qū)生產(chǎn)總值)、X4(農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值)、X5(工業(yè)總產(chǎn)值)、X6(社會(huì)消費(fèi)品零售總額)、X7(全社會(huì)固定資產(chǎn)投資)、X8(地方財(cái)政支出)、X9(第一產(chǎn)業(yè)比重)、X10(第二產(chǎn)業(yè)比重)、X11(糧食產(chǎn)量)、X13(有效灌溉面積)、X14(城鎮(zhèn)居民人均可支配收入)、X15(農(nóng)村居民人均純收入)相關(guān)性較高，可以概括為人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人民生活水平、農(nóng)業(yè)技術(shù)；第2主成分與X12(機(jī)耕面積)相關(guān)，可以概括為農(nóng)業(yè)技術(shù)。

表3 主成分載荷矩陣

表4 主成分特征向量

由表4可計(jì)算得到2個(gè)主成分得分及綜合得分，其中X1、X2、…X15為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。

F1=0.259X1+0.278X2+0.277X3+0.268X4+0.267X5+0.277X6+0.275X7+0.277X8-0.272X9-0.262X10+0.266X11+0.134X12+0.205X13+0.277X14+0.277X15

F2=0.138X1-0.061X2-0.072X3+0.075X4+0.133X5-0.074X6-0.119X7-0.101X8+0.145X9+0.131X10-0.197X11+0.821X12+0.398X13-0.05X14-0.086X15

F=85.89×F1/94.422+8.532×F2/94.422

由圖2可知，2009—2018年河南省耕地變化受到社會(huì)因素的影響逐漸增強(qiáng)，由2009年的-5.433到2018年的4.529，變化較快；2014年前小于0，2014年后為正，說明社會(huì)因素對(duì)耕地面積的變化逐漸由促使耕地減少變?yōu)閷?duì)耕地進(jìn)行有意識(shí)的保護(hù)。

圖1 變異系數(shù)變化趨勢(shì)

圖2 綜合得分變化趨勢(shì)

3.3.2 多元回歸分析

綜合主成分分析結(jié)果和SPSS軟件結(jié)果分析，選取X1(總?cè)丝?、X4(農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值)、X10(第二產(chǎn)業(yè)比重)、X12(機(jī)耕面積)、X13(有效灌溉面積)、X15(農(nóng)村居民人均純收入)等指標(biāo)進(jìn)行多元回歸分析得到：

Y=-39.093X1-7.223X2+6110.874X10-44.309X12+9.28X13+8.571X15+8528195.897

調(diào)整后的擬合精度R2為0.922，耕地面積與第二產(chǎn)業(yè)比重、有效灌溉面積、農(nóng)村居民人均純收入呈正相關(guān)，與總?cè)丝?、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、機(jī)耕面積呈負(fù)相關(guān)。

4 結(jié)論

2009—2015年耕地呈減少趨勢(shì)，在各地級(jí)市分布上差異明顯，2015—2018年耕地面積出現(xiàn)回升，在各地級(jí)市分布上相對(duì)均勻；人口增長、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)技術(shù)及人民生活水平均影響耕地變化，社會(huì)因素對(duì)耕地面積的變化的影響逐漸增強(qiáng)，并由促使耕地減少變?yōu)閷?duì)耕地進(jìn)行保護(hù)；耕地面積與第二產(chǎn)業(yè)比重、有效灌溉面積、農(nóng)村居民人均純收入正相關(guān)，與總?cè)丝?、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值、機(jī)耕面積負(fù)相關(guān)。