河南省耕地集約利用時(shí)空變化特征研究

龍冬冬，趙宏波，宋 戈，徐 珊

（1.鶴崗市國(guó)土資源局，黑龍江 鶴崗154100；2.中國(guó)科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長(zhǎng)春130012；3.中國(guó)科學(xué)院 研究生院，北京100049；4.東北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，哈爾濱150030）

耕地資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本的生產(chǎn)資料，是構(gòu)成糧食綜合生產(chǎn)能力的基本要素之一，也是保證國(guó)家糧食安全的基本條件。我國(guó)人多地少，耕地資源匱乏，人均耕地面積不足世界平均水平的40%[1]，并且隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化、城市化進(jìn)程的進(jìn)一步加快，非農(nóng)建設(shè)占用大量耕地，使得已經(jīng)十分緊缺的耕地資源變得日益緊張，耕地資源緊缺將成為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約因素[2]。近年來，人們逐漸認(rèn)識(shí)到農(nóng)用地利用集約程度的變化可能比耕地面積減少更加威脅中國(guó)的糧食安全[3]，在耕地資源有限的情況下，更新耕地利用觀念，走內(nèi)涵挖潛、提高集約化程度的耕地集約利用方式則成為解決當(dāng)前我國(guó)土地供需矛盾問題、保證國(guó)家糧食安全的重要途徑。

當(dāng)前，學(xué)術(shù)界對(duì)土地集約利用的研究側(cè)重在城鎮(zhèn)土地集約利用評(píng)價(jià)[4－7]、開發(fā)區(qū)土地集約利用評(píng)價(jià)[8－9]等方面，而對(duì)耕地集約利用的研究相對(duì)較少，且主要集中在耕地集約利用評(píng)價(jià)上，而對(duì)耕地集約利用的時(shí)空變異和耕地利用方式的研究則較少。如呂曉等[10]探討了耕地集約利用的內(nèi)涵和評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，綜合評(píng)價(jià)了新疆省1996—2005年耕地集約利用水平；李靜、宋戈等以黑龍江省64個(gè)縣（市）為評(píng)價(jià)單元，采用熵值法和綜合指數(shù)法定量計(jì)算各縣（市）耕地集約利用水平[11]；邵曉梅等探索了小城鎮(zhèn)耕地集約利用評(píng)價(jià)的方法[12]；朱會(huì)義等嘗試研究了現(xiàn)階段我國(guó)耕地集約利用與糧食安全之間的關(guān)系[13]；劉成武等從生產(chǎn)成本的角度分析了1980—2002年全國(guó)農(nóng)地利用集約度的變化特征[14]。河南省作為國(guó)家糧食主產(chǎn)區(qū)之一，同時(shí)也是全國(guó)第一人口大省，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，耕地、人口、糧食的矛盾日趨尖銳，即將到來的人口高峰、城市化高峰和工業(yè)化高峰等使得耕地保護(hù)面臨更加嚴(yán)峻的壓力[15]。本研究在借鑒已有研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用最優(yōu)組合賦權(quán)法和協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)模型，結(jié)合GIS空間分析技術(shù)，探討1989—2008年河南省耕地集約利用的時(shí)空變化特征，對(duì)于研究區(qū)合理利用耕地資源，保證國(guó)家糧食安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

河南省位于我國(guó)中東部，黃河中下游，全省土地面積16.7萬km2，占全國(guó)總面積的1.74%。河南省作為農(nóng)業(yè)大省，是全國(guó)最大的糧食生產(chǎn)基地，2008年糧食產(chǎn)量536.5億kg，連續(xù)9a居全國(guó)第一，新增糧食產(chǎn)量占全國(guó)增量的1／3以上。同時(shí)河南省也是人口大省和耕地資源相對(duì)緊缺的省份，2008年底總?cè)丝? 918萬人，居全國(guó)第一。全省耕地面積792.64萬hm2，人均常用耕地面積僅0.073hm2，遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平。近年來，河南省城市化、工業(yè)化進(jìn)程日益加快，中原崛起發(fā)展戰(zhàn)略不斷推進(jìn)，使得建設(shè)用地占用大量耕地；同時(shí)水土流失、耕地沙化、鹽堿化及土壤污染等問題的存在導(dǎo)致耕地質(zhì)量持續(xù)下降。所有這些因素都使得耕地資源面臨更加嚴(yán)峻的壓力。河南省在保障國(guó)家糧食供給和安全方面的作用決定了其必須走充分挖掘耕地集約利用潛力，提高集約利用水平的發(fā)展道路。

2 耕地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

耕地集約利用的內(nèi)涵指在現(xiàn)有的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)科技水平基礎(chǔ)上，對(duì)一定區(qū)域內(nèi)耕地資源合理增加相關(guān)生產(chǎn)要素投入，以最大限度的提高耕地利用的綜合效益，充分挖掘耕地利用潛力，保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一種土地利用方式。因此，影響耕地集約利用水平的因素很多，本研究依據(jù)科學(xué)性、可操作性、系統(tǒng)性、資源環(huán)境適宜性原則，結(jié)合研究區(qū)域的耕地資源利用的實(shí)際狀況，在借鑒已有研究成果的基礎(chǔ)上[10，16]，從投入強(qiáng)度、利用程度、利用效益3方面，選取19個(gè)指標(biāo)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1）。

3 耕地集約利用評(píng)價(jià)

3.1 數(shù)據(jù)來源

上述耕地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，總?cè)丝跀?shù)、非農(nóng)人口總數(shù)、地區(qū)土地面積、農(nóng)民人均收入、糧食總產(chǎn)量、種植業(yè)總產(chǎn)值、耕地面積等采用1990—2009年河南統(tǒng)計(jì)年鑒的有關(guān)數(shù)據(jù)，種植業(yè)就業(yè)總?cè)丝冢释度肓?、機(jī)械動(dòng)力投入量、農(nóng)藥投入量、農(nóng)膜投入量、農(nóng)業(yè)用電量、有效灌溉面積、有效機(jī)械化面積、成災(zāi)面積等數(shù)據(jù)來源于1990—2009年河南省農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒。

3.2 指標(biāo)權(quán)重的確定

本研究指標(biāo)權(quán)重的確定采用最優(yōu)組合賦權(quán)法，即將主觀賦權(quán)法（本文采用層次分析法）和客觀賦權(quán)法（本文采用改進(jìn)的熵值法）這兩種方法所得到的權(quán)重系數(shù)按照最優(yōu)組合賦權(quán)法結(jié)合起來，客觀地反映各指標(biāo)層對(duì)目標(biāo)層的影響程度。

3.3 耕地集約利用評(píng)價(jià)模型

3.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 為了使各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)具有可比性，采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法將原始數(shù)據(jù)無量綱化。

3.3.2 協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)模型 根據(jù)耕地集約利用評(píng)價(jià)的特點(diǎn)，采用基于協(xié)調(diào)度的河南省耕地集約利用評(píng)價(jià)模型，模型如下：

3.3.3 評(píng)價(jià)綜合指數(shù)分級(jí) 根據(jù)評(píng)價(jià)計(jì)算得到評(píng)價(jià)單元耕地投入強(qiáng)度、利用程度、利用效益、集約利用水平的綜合指數(shù)，利用SPSS均值分類、頻率直方圖等方法進(jìn)行分級(jí)，分級(jí)結(jié)果見表2。

表1 耕地集約利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

表2 耕地投入強(qiáng)度、利用程度、利用效益、集約利用水平綜合指數(shù)分級(jí)

4 研究區(qū)耕地集約利用水平時(shí)空變化特征分析

4.1 時(shí)間變化特征分析

根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果 （圖1），1989—2008年全省投入強(qiáng)度指數(shù)和利用效益指數(shù)走勢(shì)相似，均呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，年均提高幅度為11.67%和14.97%，但是，全省耕地利用程度指數(shù)上升趨勢(shì)緩慢，從1989年的0.079上升到2008年的0.097，年均提高幅度僅為1.12%。1989—2008年河南省耕地集約利用水平呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，并且與投入強(qiáng)度、利用效益相關(guān)性較大。在耕地集約利用評(píng)價(jià)體系中，投入強(qiáng)度和利用效益的權(quán)重分別為0.436和0.392，兩者成為影響耕地集約利用水平高低的主要原因。耕地集約利用綜合指數(shù)從0.097提高到0.321，年均提高幅度為11.05%。由于2003年發(fā)生自然災(zāi)害，成災(zāi)面積達(dá)到20a間最大值，對(duì)耕地的投入水平和利用效益產(chǎn)生影響，耕地集約水平出現(xiàn)下降趨勢(shì)，2003年之后，國(guó)家采取減免農(nóng)業(yè)稅、種糧補(bǔ)貼等政策，提高了農(nóng)民的積極性，耕地的投入強(qiáng)度和產(chǎn)出效益都有大幅度的提高，從而使耕地利用集約水平呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)。

圖1 1989－2008年河南省耕地集約利用水平、投入強(qiáng)度、利用程度、利用效益指數(shù)

4.2 空間變化特征分析

通過對(duì)2008年河南省土地利用現(xiàn)狀圖矢量化，建立各個(gè)地級(jí)市ArcGIS空間信息數(shù)據(jù)庫，利用Arc－GIS空間信息數(shù)據(jù)庫可得河南省1989年、1995年、2000年和2008年耕地投入強(qiáng)度、利用程度、利用效益和集約利用的空間分布圖。

4.2.1 耕地投入強(qiáng)度 耕地投入強(qiáng)度在很大程度上決定了研究區(qū)耕地集約利用水平，河南省耕地投入強(qiáng)度各級(jí)別數(shù)量變化及空間格局變化情況如圖2所示，20a間全省各個(gè)地級(jí)市耕地投入水平均有不同程度的提高，1989年耕地投入水平較低，平均值為0.113，主要集中在Ⅰ級(jí)投入水平，其數(shù)量占全省的83.3%，到2008年全省耕地投入水平有所提高，平均值為0.319，主要集中在Ⅳ級(jí)投入水平，其中投入水平最高的是南陽市，分值為0.435，最低的是開封市，分值為0.223。

全省耕地投入水平區(qū)域差異顯著，呈北高南低趨勢(shì)，投入水平較高的地區(qū)主要集中在河南北部和東部平原區(qū)，包括安陽市、新鄉(xiāng)市、焦作市和商丘市等地區(qū)；同時(shí)，耕地投入水平由較高的平原區(qū)向山地丘陵地區(qū)擴(kuò)展，以山地和丘陵地形為主的平頂山市耕地投入水平高于其他地區(qū)，2008年時(shí)達(dá)到了0.418；河南西部地區(qū)的耕地投入水平提高幅度較大，其中洛陽市年均提高12.30%。投入水平的提高主要原因在于隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入要素的產(chǎn)量不斷增加以及投入要素的流通便捷，各個(gè)地區(qū)的農(nóng)藥投入、化肥投入、機(jī)械總動(dòng)力投入、農(nóng)業(yè)用電量投入都在增加，其中，全省機(jī)械動(dòng)力總投入由1989年的2 153.5萬kW 增長(zhǎng)到2008年的9 429.3萬kW，年均提高363.76萬kW；農(nóng)業(yè)用電量由1989年的45.2億kW·h增長(zhǎng)到2008年的237.36億kW·h，年均提高21.26%。

圖2 河南省不同年份耕地投入強(qiáng)度空間分布

4.2.2 耕地利用程度 耕地利用程度與耕地投入水平和利用效益相比，對(duì)耕地集約利用水平的影響相對(duì)較小，但能在一定程度上反映出耕地集約利用水平，河南省耕地利用程度綜合指數(shù)各級(jí)別數(shù)量變化及空間格局變化情況如圖3所示。

20a間河南省耕地利用程度提高幅度較小，其中鄭州、洛陽、焦作等地區(qū)在1995年出現(xiàn)了下降，使得耕地利用程度綜合指數(shù)較低，平均值為0.069。主要集中在Ⅰ級(jí)利用程度，其數(shù)量占全省的50%左右；與1995年相比，2008年全省耕地利用程度有所提高，大部分地區(qū)集中在Ⅳ級(jí)利用程度，其數(shù)量占全省的77.78%，但是地區(qū)間的差距較大，其中利用程度最高的是駐馬店市分值為0.115，最低的是濟(jì)源市分值為0.077。

圖3 河南省不同年份耕地利用程度空間分布

全省耕地利用程度空間差異明顯，呈階梯狀分布。耕地利用程度較大的地區(qū)主要分布在河南東部平原區(qū)、北部和南部地區(qū)，而河南中南部地區(qū)利用程度卻較小，平頂山市耕地投入水平較高，其利用程度卻較低，說明地形因素對(duì)耕地利用程度產(chǎn)生一定的影響；同時(shí)耕地利用程度由河南東部、北部、南部地區(qū)從周圍向中部地區(qū)不斷擴(kuò)展。耕地利用程度的提高，主要原因在于機(jī)械化率和灌溉指數(shù)的不斷提高，1989年全省機(jī)械化率僅為25.43%，到2008年提高為55.2%，增長(zhǎng)了1倍多，同時(shí)灌溉指數(shù)從1989年的49.5%提高到2008年的69.3%。

4.2.3 耕地利用效益 耕地利用效益是耕地集約利用水平在一定程度上的反映，耕地利用效益的高低對(duì)耕地集約利用水平的影響較大。河南省耕地利用效益綜合指數(shù)各級(jí)別數(shù)量變化及空間格局變化情況如圖4所示，20a間河南省耕地利用效益均有不同程度的提高，1989年耕地利用效益較低，平均值為0.099，主要集中在Ⅰ級(jí)效益水平，占全省數(shù)量的88.89%，2008年耕地利用效益顯著提高，平均值為0.366，主要集中在Ⅳ級(jí)效益水平上，與1989年相比年均提高13.48%。其中，最高利用效益水平為鶴壁市分值為0.465，最低利用效益水平為濟(jì)源市分值為0.263。

全省耕地利用效益區(qū)域間存在一定差異，呈帶狀分布，耕地利用效益水平較高的地區(qū)主要分布在河南西部、中部及南部地區(qū)，包括鄭州市、洛陽市、鶴壁市、三門峽市、信陽市等地級(jí)市，其中河南西部和南部地區(qū)主要依靠種植特色農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)作物，其地均產(chǎn)值和農(nóng)民人均純收入較高；北部平原地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件較好，交通便利，利于農(nóng)產(chǎn)品的流通；中部耕地利用效益高的地區(qū)，主要處在鄭州、洛陽等大城市的附近，是城市農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)的供應(yīng)來源，有利于耕地利用效益的提高。

圖4 河南省不同年份耕地利用效益空間分布

4.2.4 耕地集約利用水平 1989—2008年間全省各個(gè)地級(jí)市耕地集約利用水平呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，1989年耕地集約利用水平主要集中在Ⅰ級(jí)集約利用，其數(shù)量占全省的94.4%平均值為0.092，2008年耕地集約利用水平主要集中在Ⅳ級(jí)集約利用，其數(shù)量占全省的56%，平均值為0.271，年均提高9.7%。其中耕地集約利用水平最高的是南陽市分值為0.349，最低的是開封市分值為0.213（圖5）。

圖5 河南省不同年份耕地集約利用水平空間分布

河南省耕地集約利用水平具有明顯的區(qū)域性差異，且分布不均衡。耕地集約利用水平高的地區(qū)主要分布在河南北部地區(qū)，東部平原區(qū)的商丘，南部地區(qū)的南陽市等，其他地區(qū)則處在Ⅲ級(jí)集約利用及以下水平。平原地區(qū)的耕地集約利用水平高于山地丘陵地區(qū)，原因在于平原地區(qū)地勢(shì)平坦、土質(zhì)相對(duì)肥沃、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施比較完善，且具有相對(duì)較高的單位動(dòng)力投入、灌溉指數(shù)、機(jī)械化率等，易于耕地的耕作和開發(fā)利用；處于河南西部山區(qū)的地級(jí)市由于耕地自然條件惡劣，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)不完善，使得耕地集約利用水平較低。

5 結(jié)論與討論

在時(shí)間變化特征上，1989—2008年河南省耕地集約利用水平總體上呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，2003年因受到自然災(zāi)害的影響出現(xiàn)略微下降，2003年之后，全省耕地集約利用水平呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)；在空間變化特征上，河南省耕地集約利用水平具有明顯的區(qū)域性差異，且分布不均衡，河南北部、東部、南部地區(qū)耕地集約利用水平較高，中部次之，西部相對(duì)較低。1989—2008年河南省耕地Ⅰ級(jí)集約利用區(qū)在不斷減少，Ⅳ級(jí)利用區(qū)在不斷增加，平原地區(qū)的耕地集約利用水平高于山地丘陵地區(qū)，耕地集約利用水平由平原地區(qū)向山地丘陵地區(qū)不斷擴(kuò)展。

1989—2008年河南省耕地集約利用的投入強(qiáng)度和利用效益呈不斷上升的趨勢(shì)，耕地利用程度增長(zhǎng)緩慢，全省區(qū)域間投入強(qiáng)度、利用程度和利用效益差異明顯，且出現(xiàn)錯(cuò)位發(fā)展，投入強(qiáng)度高的地區(qū)，由于受區(qū)位條件、資源稟賦等影響，耕地利用程度反而較低，從而影響地區(qū)耕地集約利用水平，這說明僅僅以耕地的投入強(qiáng)度、利用程度和利用效益等單項(xiàng)指標(biāo)來衡量耕地資源的集約利用水平具有一定的局限性。耕地集約利用水平是受耕地投入強(qiáng)度、利用程度和利用效益綜合作用的結(jié)果，投入強(qiáng)度和利用效益仍是影響全省耕地集約利用空間分布的主要因素，耕地集約利用水平的高低與兩者的分布具有一致性。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，耕地資源的數(shù)量將進(jìn)一步減少，而社會(huì)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的需求程度越來越大，結(jié)合河南省耕地利用的情況，加大耕地的投入力度，包括機(jī)械總動(dòng)力投入、農(nóng)業(yè)用電量投入、基礎(chǔ)施設(shè)建設(shè)投入等，不斷提高土地利用程度，提高糧食產(chǎn)量，增加耕地產(chǎn)出率，使得耕地利用效益最大化，最終實(shí)現(xiàn)耕地的集約利用。由于耕地集約利用水平還受到社會(huì)政策、農(nóng)民觀念、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等因素的影響，本文僅定量的分析了河南省耕地集約利用的時(shí)空變化特征，對(duì)于影響河南省耕地集約利用的驅(qū)動(dòng)力因素，以及在社會(huì)經(jīng)濟(jì)不同發(fā)展階段下耕地集約利用水平的變化等有待于進(jìn)一步的研究。

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