基于STIRPAT模型的陜西省耕地面積變化社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力分析

郭雅雯，趙敏娟

（西北農(nóng)林科技大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，陜西 楊凌712100）

20世紀(jì)以來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速增長、人口膨脹以及人們生活方式的轉(zhuǎn)變，人類對包括土地在內(nèi)的生產(chǎn)資料需求急速增長。按照經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要，人類對土地資源的開發(fā)與利用不斷深入，尤其是20世紀(jì)90年代以后，隨著工業(yè)化、城市化的進(jìn)程深入，土地利用變化與土地覆蓋變化愈發(fā)活躍［1］。在純粹市場力量的作用下，過多的耕地被轉(zhuǎn)為經(jīng)濟(jì)收益較高的非農(nóng)業(yè)用地。耕地的過多轉(zhuǎn)換，不僅造成了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的壓力，也帶來了全球性或區(qū)域性的環(huán)境問題：土地荒漠化蔓延、酸雨頻繁發(fā)生、臭氧層空洞。近年來，全球環(huán)境變化研究領(lǐng)域開始重視對土地利用與土地覆蓋變化（LUCC）的研究；其中，在眾多的土地利用類型中，耕地與建設(shè)用地的變化是研究熱點(diǎn)之一［2］。中國是一個(gè)人多地少的發(fā)展中國家，耕地總面積僅占世界耕地面積的7%，但承載的人口卻占世界總?cè)丝诘?2%，人均耕地面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平，耕地資源不足已成為制約我國農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步乃至整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)最主要因素。

已有的研究中，通過運(yùn)用不同的土地利用描述模型系統(tǒng)地分析耕地利用現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢，并且全面概括分析了影響耕地面積變化的自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)因素。人類活動(dòng)是影響耕地面積變化的主要驅(qū)動(dòng)力已經(jīng)得到廣泛認(rèn)識，但受到認(rèn)識程度和技術(shù)手段的限制，在建立分析模型時(shí)難以成功地將社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子的驅(qū)動(dòng)力貢獻(xiàn)加以定量分析和模擬。因此，加深耕地面積變化機(jī)制的研究可以提升對土地覆蓋變化規(guī)律的認(rèn)識。但是，關(guān)于耕地面積的變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制的研究仍然存在以下問題：一是研究區(qū)域尺度問題。中國目前土地利用變化研究以大尺度的宏觀研究和小尺度的微觀研究居多，而中等尺度的省域土地利用變化研究較少。二是社會(huì)經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動(dòng)因子確定依據(jù)不足。在確定社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子時(shí)沒有根據(jù)研究區(qū)域的特點(diǎn)選擇具有代表性的指標(biāo)，使得分析結(jié)果流于形式，沒有新意。三是土地利用和各社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子之間以及各個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子自身之間存在著各種相互聯(lián)系、相互影響乃至相互制約的關(guān)系。因此，在定量地分析社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子對于土地利用變化的影響時(shí)，如果不采取科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)量方法，容易面臨著數(shù)據(jù)的異方差性和多重共線性問題。

作為西北地區(qū)經(jīng)濟(jì)相對較發(fā)達(dá)的一個(gè)省，2010年陜西省全年實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)總值10 123.48億元，人均生產(chǎn)總值27 133元。這表明陜西省的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展階段。隨著陜西省城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程的加快，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步優(yōu)化升級，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與耕地保護(hù)之間的矛盾將日益嚴(yán)重。陜西省耕地面積由1978年的385.36萬hm2減少到2010年的286.053萬hm2，年均減少3.009萬hm2?；诖耍治鲫兾魇「孛娣e變化規(guī)律，研究陜西省耕地面積變化的驅(qū)動(dòng)力，對于合理利用土地資源，實(shí)現(xiàn)陜西省區(qū)域耕地可持續(xù)利用，以及協(xié)調(diào)好陜西省耕地保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系具有重要的意義。

本文運(yùn)用土地利用變化的描述模型，利用1978—2010年相關(guān)耕地資源數(shù)據(jù)實(shí)證分析陜西省耕地現(xiàn)狀，揭示陜西省耕地變化的規(guī)律及趨勢，以此作為測算分析陜西省耕地與社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子之間關(guān)系的基礎(chǔ)。然后，分析影響陜西省耕地面積變化的主要影響因素和各個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)主要影響因素與耕地的因果關(guān)系。在對本文研究的主要結(jié)論進(jìn)行解釋和分析的基礎(chǔ)上，針對性提出提高陜西省耕地面積集約節(jié)約利用和土地利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的政策建議。

1 研究區(qū)概況和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

陜西省地處東經(jīng)105°29′—115°15′，北緯31°42′—39°35′，屬內(nèi)陸省份，南北長約1 000km，東西較窄約360km。全省縱跨黃河、長江兩大水系，黃河支流徑河、渭河在此注入黃河，中國鐵路大動(dòng)脈隴海線橫穿中部，是“新亞歐大陸橋”亞洲段的中心和進(jìn)入中國大西北的門戶。全省轄11個(gè)地級市，3個(gè)縣級市，國土總面積20.58萬km2。2010年陜西省耕地面積為286.053萬hm2，總?cè)丝?8 738 725人，其中農(nóng)業(yè)人口為25 516 043人，占總?cè)丝诘?5.9%。改革開放33a來，陜西省耕地面積總體呈逐步下降趨勢（圖1）。人均耕地面積在2001年之前呈現(xiàn)逐年遞減趨勢，直到2002年以來這一遞減趨勢有所緩解。結(jié)合耕地面積年遞減率情況來看，陜西省耕地面積變化程度在各個(gè)階段有所差異，但總體呈逐漸減少的趨勢（圖2）。

圖1 1978－2010年陜西省耕地、人均耕地面積變化趨勢

圖2 1978－2010年陜西省耕地面積遞減率

1.2 研究方法

基于《陜西六十年》和《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒》，以省為統(tǒng)計(jì)單位，對陜西省這33a引起耕地面積變化的耕地驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行全面分析。具體方法為：（1）利用陜西省1978—2010年耕地面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析其耕地面積變化的特點(diǎn)。（2）利用陜西省1978—2010年眾多社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，運(yùn)用主成分分析方法，篩選出影響陜西省耕地面積變化的主要社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響因素。（3）運(yùn)用逐步回歸法，去除存在多重共線性的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響因素。（4）運(yùn)用STIRPAT模型，分析陜西省耕地面積的變化與這些社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的因果關(guān)系。

2 陜西省耕地面積變化驅(qū)動(dòng)力分析

驅(qū)使陜西省耕地面積變化的因素眾多，但是可以把引起耕地面積變化的影響因素歸結(jié)為兩類，即自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素。在自然因素中，耕地面積變化的驅(qū)動(dòng)力主要有氣候、土壤、水文及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等；在社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素中，土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力主要有：技術(shù)進(jìn)步、城鎮(zhèn)化、人口變化率、社會(huì)發(fā)展、收入差距、經(jīng)濟(jì)增長、政治經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)以及價(jià)值觀念等［3］。主成分分析的目的就是通過線性變換，將原來的多個(gè)指標(biāo)組合成相互獨(dú)立的少數(shù)幾個(gè)能充分反映總體信息的指標(biāo)，使用提取出的主成分代替原始變量，從而在不丟掉主要信息的前提下避開了變量間的共線性問題，便于進(jìn)一步分析［4］?；谇叭说难芯恳约瓣兾魇∽陨斫?jīng)濟(jì)發(fā)展特點(diǎn)，本文選取人均GDP、人均財(cái)政收入、城市固定資產(chǎn)投資、公路里程、社會(huì)消費(fèi)品總額、城鎮(zhèn)人均收入、農(nóng)民人均可支配收入、農(nóng)村固定資產(chǎn)投資、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诒戎亍⑹墟?zhèn)人口占總?cè)丝诒戎?、第一產(chǎn)業(yè)職工所占比例、第一產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值所占比重、第二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值所占比重，這14項(xiàng)指標(biāo)。將以上14個(gè)表征社會(huì)經(jīng)濟(jì)對耕地面積變化產(chǎn)生明顯影響的驅(qū)動(dòng)因子視為一個(gè)整體，這些因子共同作用，促使了陜西省耕地面積的變化。運(yùn)用因子分析法，通過這些因子在新組合成的主成分中的荷載，評價(jià)其對土地利用變化影響的重要程度。

因子分析結(jié)果表明，第一、第二主成分累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了95.154%，完全可以對陜西省耕地面積變化給出充分的解釋（表1）。根據(jù)貢獻(xiàn)率可以看出，第一個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于第二個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率，因此第一個(gè)主成分在本研究中占有更重要的地位，它所含有的因子更能反映問題的實(shí)質(zhì)，也即為影響土地利用變化的最主要因素。因此，以前二個(gè)主成分為基礎(chǔ)，根據(jù)各主成分中各驅(qū)動(dòng)因子荷載可分析其在相應(yīng)主成分中的貢獻(xiàn)率（表2）。主成分載荷是主成分和變量之間的相關(guān)系數(shù)，從表1可知，第一主成分對陜西省耕地面積變化的貢獻(xiàn)率高達(dá)85.684%，是陜西省耕地面積變化的主要影響因子。在第一主成分中，人均財(cái)政收入、城市固定資產(chǎn)投資、人均GDP、公路里程、社會(huì)消費(fèi)品總額這5個(gè)驅(qū)動(dòng)因子的荷載絕對值均在0.94以上，而這些因子主要與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、城市基礎(chǔ)設(shè)施水平的提高有關(guān)。因此，第一主成分可以被認(rèn)為是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和城市發(fā)展水平的代表。1978年—2010年，陜西省人均GDP由0.029 1萬元增加到0.506 118萬元（以1978年的價(jià)格水平為標(biāo)準(zhǔn)），人均財(cái)政收入由0.007 11萬元，增加到0.089 95萬元（以1978年的價(jià)格水平為標(biāo)準(zhǔn)）。城市固定資產(chǎn)投資由173 684萬元增長到15 234 993萬元（以1978年的價(jià)格水平為標(biāo)準(zhǔn)）。表明隨著陜西省社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市建設(shè)步伐的加快，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市建設(shè)用地需求不斷增加，引起了耕地面積的變化。在第二主成分中，只有市鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诘谋戎氐暮奢d絕對值大于0.8。因此，第二主成分可以概括為城市化水平主成分。1978—2010年，陜西省城鎮(zhèn)人口由454萬人增加到1 707萬人，城鎮(zhèn)化水平由16.3%增長到45.7%，表明隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施水平不斷提高，促使陜西省耕地面積發(fā)生了變化。從分析結(jié)果來看，這些驅(qū)動(dòng)因子都對陜西省耕地面積變化造成了一定程度的影響，但是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、城市化水平是影響陜西省耕地面積變化的主要因素。

表1 因子特征值、主成分貢獻(xiàn)率、累積貢獻(xiàn)率

表2 旋轉(zhuǎn)后的公因子載荷矩陣

3 陜西省耕地面積變化的STIRPAT模型分析

3.1 STIRPAT模型簡介

STIRPAT模型的前身是IPAT環(huán)境壓力等式即：I＝PAT，其中I為環(huán)境壓力，P為人口數(shù)量，A為富裕度，T為技術(shù)［5］。此后，IPAT等式在實(shí)際應(yīng)用中得到了不同的重構(gòu)或擴(kuò)展。其中Rose和Dietz將IPAT等式表示成隨機(jī)形式，即通過人口、富裕度和技術(shù)的隨機(jī)回歸分析各驅(qū)動(dòng)力對環(huán)境壓力的影響，簡稱為STIRPAT模型，其形式通常如下：

式中：a——模型的系數(shù)；b，c，d——各驅(qū)動(dòng)力指數(shù)；e——誤差。當(dāng)a＝b＝c＝d＝e＝1時(shí)，STIRPAT模型即為IPAT等式［6］。在實(shí)際應(yīng)用中為測試人文因素對環(huán)境I的影響，通常將上式轉(zhuǎn)化為對數(shù)形式：

式中：f，g——方程（1）中a和e的對數(shù)。STIRPAT模型由于對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了對數(shù)變換，所以能較好地解決異方差性和多重共線性問題。并且能很好地解決實(shí)證分析中如何檢驗(yàn)各驅(qū)動(dòng)力變化對土地利用變化的影響問題。在本論文中I為耕地面積，P，A，T等自變量為通過主成分分析方法后得出的影響陜西省耕地面積變化的主要指標(biāo)。

3.2 指標(biāo)的選取

基于以上通過主成分分析法對陜西省耕地面積變化驅(qū)動(dòng)力的分析，在第一主成分中選取驅(qū)動(dòng)因子的荷載絕對值均在0.94以上的驅(qū)動(dòng)因子（表2），它們分別是人均財(cái)政收入、城市固定資產(chǎn)投資、人均GDP、公路里程和社會(huì)消費(fèi)品總額。在第二主成分中選取驅(qū)動(dòng)因子的荷載絕對值在0.8以上的驅(qū)動(dòng)因子，它是市鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诘谋戎?。雖然通過主成分分析和因子分析方法得出的驅(qū)動(dòng)因子具有一定的代表性，但是這些驅(qū)動(dòng)因子之間有著錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系，存在著多重共線性問題。因此，本文通過SPSS軟件，運(yùn)用逐步回歸法，從這6個(gè)因子中篩選出社會(huì)消費(fèi)品總額、市鎮(zhèn)人口占總?cè)丝跀?shù)、公路里程和人均GDP。

3.3 模型結(jié)果與分析

3.3.1 模型結(jié)果 模型的數(shù)據(jù)分析采用最小二乘法，在計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型分析中，采用最小二乘法進(jìn)行回歸分析一般面臨著數(shù)據(jù)的異方差性問題。由于采用STIRPAT模型時(shí)對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了對數(shù)變換，誤差項(xiàng)反映的是一種相對誤差，而相對誤差往往具有同方差性，因此采用STIRPAT模型本身能較好的解決模型的異方差性［7］。將式（2）利用EVIEWS軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到的各項(xiàng)參數(shù)見表3。

從表中可以看出，模型Ⅰ的擬合優(yōu)度達(dá)到了97.9%，且所選的指標(biāo)系數(shù)均在0.05水平顯著不為0，方程擬合效果較好，說明模型Ⅰ能較好地解釋陜西省耕地面積變化與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系。模型Ⅰ的具體形式為：

式中：Y——耕地面積（103hm2）；X1——市鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诘谋戎?；X2——人均 GDP（萬元）；X3——公路里程（km）；X4——社會(huì)消費(fèi)品總額（萬元）。

表3 STIRPAT模型估計(jì)結(jié)果

3.3.2 模型分析 從模型Ⅰ的估計(jì)結(jié)果可以看出，城鎮(zhèn)化率每提高1%，將引起耕地面積增長0.060 054%。意味著陜西省城鎮(zhèn)化率對于抑制耕地面積的減少具有一定的促進(jìn)作用。這一研究結(jié)果與王琳［7］、李春華［8］、王曉軒［9］的研究結(jié)果相似?？赡艿慕忉屖浅鞘谢降奶岣撸欣诖龠M(jìn)土地的集約節(jié)約利用，從而增加了耕地面積。此外，從模型Ⅰ的估計(jì)結(jié)果還可以看出，公路里程每增加1%，將導(dǎo)致耕地面積增加0.112 851%。這與設(shè)想的公路里程的增加將導(dǎo)致耕地面積減少的假設(shè)相矛盾?？赡艿慕忉屖菑膯挝挥玫孛娣e形成的路網(wǎng)通行能力看，近年來陜西省隨著公路網(wǎng)等級的不斷提升，結(jié)構(gòu)趨向合理，以相對較少的占地，大幅提升了路網(wǎng)通行能力，促進(jìn)了公路用地的集約化。此外，陜西地處西部內(nèi)陸，地形復(fù)雜多變，土地利用程度低，農(nóng)業(yè)用地受交通制約性大。交通運(yùn)輸條件的改善，在一定程度上，改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件。擴(kuò)大了農(nóng)產(chǎn)品市場流通范圍，降低了農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)流通成本，使得農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體生產(chǎn)積極性空前提高，從而提高了土地的墾殖率。

人均GDP對于耕地面積的變化影響較大。在其他條件相同的情況下，人均生產(chǎn)總值每提高1%，耕地面積減少0.112 971%。自改革開放以來，陜西省人均GDP由1978年的291元增加到2010年的5 061元（以1978年的價(jià)格水平為標(biāo)準(zhǔn)），增長了17倍?？赡艿慕忉屖墙?jīng)濟(jì)的增長，促使基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)不斷發(fā)展和完善，重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目增加，投資增多，工業(yè)園區(qū)等建設(shè)用地的擴(kuò)展大量侵占了耕地。社會(huì)消費(fèi)品總額每增加1%，會(huì)導(dǎo)致耕地面積減少0.096 816%。這一研究結(jié)果與李景剛［10］等人的研究結(jié)果相似。這說明，自改革開放以來，陜西人民的消費(fèi)結(jié)構(gòu)不斷發(fā)生著變化，人們在解決溫飽的基礎(chǔ)上，更加追求生活質(zhì)量，從而導(dǎo)致非農(nóng)用地需求的增加。同時(shí)，受比較利益的驅(qū)動(dòng)，農(nóng)民不斷地調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，將更多的耕地改造成了經(jīng)濟(jì)效益較高的果園等園地面積，改變了農(nóng)業(yè)用地內(nèi)部結(jié)構(gòu)，造成了陜西省耕地面積的減少。

4 結(jié)論

（1）本文在研究陜西省耕地面積變化與各個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的關(guān)系時(shí)，將用于環(huán)境領(lǐng)域研究的STIRPAT模型進(jìn)一步拓展并運(yùn)用其中。通過陜西省的實(shí)證研究，發(fā)現(xiàn)STIRPAT模型能較好地?cái)M合耕地面積與社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之間的關(guān)系。反映了城鎮(zhèn)化率、人均生產(chǎn)總值，交通，社會(huì)消費(fèi)總額對于陜西省耕地面積變化的影響。

（2）根據(jù)擬合出的STIRPAT模型以及相關(guān)分析，可知陜西省1978—2010年間，人均生產(chǎn)總值和交通對于耕地面積的變化影響較大。其中，人均生產(chǎn)總值的提高，是以犧牲耕地面積為代價(jià)的。而公路里程數(shù)的不斷增加，致使陜西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件進(jìn)一步完善，間接促進(jìn)了陜西省農(nóng)業(yè)發(fā)展。城市化率的提高對于抑制陜西省耕地面積的減少具有一定的促進(jìn)作用。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，導(dǎo)致非農(nóng)用地需求增長。同時(shí)，農(nóng)業(yè)用地內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變也在一定程度上影響著耕地面積的變化。

隨著陜西省城鎮(zhèn)化，工業(yè)化的進(jìn)程的加快，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)將優(yōu)化升級，土地的稀缺性與經(jīng)濟(jì)發(fā)展占用耕地的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，在這個(gè)時(shí)期對于陜西省耕地的變化及其社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力分析是深入研究陜西省耕地面積變化規(guī)律，節(jié)約集約利用土地的前提。研究表明，陜西省在進(jìn)一步推進(jìn)城鎮(zhèn)化的同時(shí)應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)土地的集約節(jié)約利用。在不占用耕地的情況下，不斷地完善交通設(shè)施及其配套工程，更好地促進(jìn)陜西省農(nóng)業(yè)發(fā)展。積極調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式，從而提高土地集約節(jié)約利用程度。

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