平頂山市耕地動(dòng)態(tài)變化驅(qū)動(dòng)力分析與預(yù)測(cè)

摘要：以縣（市）級(jí)行政單元為統(tǒng)計(jì)單位，運(yùn)用相關(guān)的統(tǒng)計(jì)資料， 分析了資源型城市平頂山市1999-2007年耕地空間變化規(guī)律和時(shí)間變化趨勢(shì)，應(yīng)用主成分分析法對(duì)耕地面積變化的相關(guān)因子進(jìn)行分析，并利用相關(guān)模型對(duì)平頂山市2015年和2020年的耕地?cái)?shù)量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。結(jié)果表明，經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)態(tài)和社會(huì)發(fā)展壓力是影響平頂山市耕地變化的兩大因素，預(yù)測(cè)平頂山市2015年和2020年的耕地?cái)?shù)量分別為311 150 hm2和312 700 hm2。

關(guān)鍵詞：耕地變化；驅(qū)動(dòng)力；預(yù)測(cè)；平頂山市

中圖分類號(hào)：F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）15-3727-04

土地是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。耕地作為土地的精華、生產(chǎn)力最高的土地類型，更是一種不可逆轉(zhuǎn)的稀缺資源[2，3]。耕地?cái)?shù)量變化及存量關(guān)系到糧食安全，從而影響到人們的衣、食、住、行等基本生活，對(duì)生態(tài)安全也有一定的影響。平頂山市礦產(chǎn)資源豐富，是中南地區(qū)最大的煤田，素有“中原煤倉(cāng)”之稱。隨著人口增長(zhǎng)和煤碳資源的挖掘，以及平頂山旅游城市的建設(shè)，占用了大量耕地，人地矛盾逐漸突出；近年來，耕地保護(hù)的力度逐漸加大，政府嚴(yán)格控制建設(shè)用地總規(guī)模，大力開發(fā)復(fù)墾礦區(qū)土地，全市耕地面積又有所增加，但是增加數(shù)量有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于人口的增長(zhǎng)速度。加強(qiáng)耕地變化及其驅(qū)動(dòng)力研究，并從人地關(guān)系新視角尋求平頂山市耕地可持續(xù)利用對(duì)策，對(duì)于保證耕地安全、平穩(wěn)實(shí)現(xiàn)資源型城市的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

平頂山市位于河南省中南部，北緯33°08′-34°20′，東經(jīng)112°14′-113°45′之間，總面積792 500 hm2，市區(qū)面積45 900 hm2，以建在“山頂平坦如削”的平頂山下而得名。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，無霜期長(zhǎng)，適宜多種農(nóng)作物和動(dòng)植物的生長(zhǎng)[4]。1957年建市，現(xiàn)轄汝州、舞鋼兩個(gè)縣級(jí)市和寶豐、郟縣、魯山、葉縣4個(gè)縣，新華、衛(wèi)東、湛河、石龍4個(gè)區(qū)，總?cè)丝?90萬(wàn)，城市人口91.2萬(wàn)。本研究的數(shù)據(jù)主要來源于《平頂山市統(tǒng)計(jì)年鑒》（1998-2008），部分?jǐn)?shù)據(jù)來自《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》。

1.2 研究方法

以縣（市）級(jí)行政單元為統(tǒng)計(jì)單元，運(yùn)用GIS技術(shù)，分析了平頂山市1999-2007年耕地空間變化規(guī)律和時(shí)間變化趨勢(shì)。通過主成分分析法對(duì)耕地面積變化的相關(guān)因子進(jìn)行分析，并建立多元回歸模型，運(yùn)用最小二乘法對(duì)平頂山市2015年和2020年耕地?cái)?shù)量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

主成分分析也稱主分量分析，旨在利用降維的思想，把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)綜合指標(biāo)。本研究選取了人口、GDP、全社會(huì)固定資產(chǎn)投資額、糧食單產(chǎn)、人均居住面積、客運(yùn)量、工業(yè)企業(yè)數(shù)7個(gè)影響因子，運(yùn)用SPSS軟件對(duì)影響因子進(jìn)行分析，得出耕地變化驅(qū)動(dòng)力變量相關(guān)系數(shù)矩陣表、特征值及主成分貢獻(xiàn)率表、主成分載荷矩陣表，通過這3個(gè)表得出第一、二主成分的主要影響因子，最后建立多元線性回歸模型對(duì)耕地進(jìn)行預(yù)測(cè)[5-7]。

2 耕地動(dòng)態(tài)變化驅(qū)動(dòng)力分析與預(yù)測(cè)

2.1 耕地?cái)?shù)量變化歷程

平頂山市耕地面積自1999年以來經(jīng)歷了從增長(zhǎng)到趨于平衡的變化過程。2007年耕地面積凈增加了44 820 hm2，耕地總量最多的年份是2005年，達(dá)到了315 420 hm2；人均耕地面積保持在0.06 hm2的水平。由圖1可以看出，全市耕地總量在2000年以后，總體趨勢(shì)是很平穩(wěn)，沒有明顯的波動(dòng)期，人均占有耕地面積保持不變，嚴(yán)格執(zhí)行了國(guó)家的土地保護(hù)制度，堅(jiān)持占補(bǔ)平衡原則。

2.2 耕地空間變化區(qū)域差異分析

由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口增長(zhǎng)的速度不同，以及自然條件區(qū)域差異顯著，各地區(qū)耕地變化也表現(xiàn)出很大的差異性。對(duì)耕地變化的區(qū)域差異可用相對(duì)變化率的概念進(jìn)行定量分析。某地區(qū)某一特定土地利用類型相對(duì)變化率可表示為：

其中，Rid表示耕地相對(duì)變化率，K1、K2分別代表各地區(qū)某一特定土地利用類型研究初期（1999）及研究末期（2007）的面積；C1、C2分別代表全區(qū)域某一特定土地利用類型研究期初和研究期末的面積。如果某區(qū)域某種土地利用類型的相對(duì)變化率>1，則表示該區(qū)域這種土地利用類型變化較全區(qū)域大。

從各區(qū)域耕地面積的相對(duì)變化率及其空間分布（圖2）可以看出平頂山市各區(qū)域耕地相對(duì)變化率分布的空間格局。大致為：整個(gè)平頂山市相對(duì)變化都比較大，其中郟縣相對(duì)變化最大，整個(gè)西部相對(duì)變化較小，而平頂山市區(qū)耕地相對(duì)變化較整個(gè)平頂山市的平均值較小，主要原因是塌陷區(qū)土地復(fù)墾等彌補(bǔ)了因煤炭開采而致的耕地減少量。相對(duì)變化率較大區(qū)域耕地減少的原動(dòng)力是城鄉(xiāng)建設(shè)、交通等非農(nóng)業(yè)占地等，這與平頂山市這些年來的發(fā)展是緊密相關(guān)的，一般人口密集、城鎮(zhèn)建設(shè)快、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)耕地的相對(duì)變化較大。

2.3 耕地變化驅(qū)動(dòng)力定量分析

2.3.1 影響耕地面積變化的因子分析 選擇1999-2007年序列資料作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，運(yùn)用主成分分析法對(duì)耕地?cái)?shù)量變化的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析。從中選取7個(gè)影響因子：X1總?cè)丝跀?shù)（人），X2 GDP（萬(wàn)元），X3全社會(huì)固定資產(chǎn)投資額（萬(wàn)元），X4糧食單產(chǎn)（kg/hm2），X5人均居住面積（m2），X6客運(yùn)量（萬(wàn)人），X7工業(yè)企業(yè)數(shù)（個(gè)）。Y耕地面積（×103 hm2）。將數(shù)據(jù)輸入統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS對(duì)樣本進(jìn)行主成分分析，得出相關(guān)系數(shù)矩陣、特征值、主成分貢獻(xiàn)率與累計(jì)貢獻(xiàn)率（表1、表2）。

表1顯示，在影響耕地?cái)?shù)量的7個(gè)驅(qū)動(dòng)因子中存在著不同程度的相關(guān)，其中X2與X3的相關(guān)系數(shù)最大為0.987，X1與X2的相關(guān)系數(shù)為0.930，說明X1與X2、X2與X3之間具有較大的相關(guān)性。因此進(jìn)行主成分分析是必要的，這種現(xiàn)象有其因子間的因果必然性。

由表2可知，前三個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)95.659%，符合主成分分析要求，由此進(jìn)一步計(jì)算得出主成分載荷矩陣（表3），主成分載荷是主成分與變量之間的相關(guān)系數(shù)。從第一主成分可以看出，GDP、全社會(huì)固定資產(chǎn)投資額、總?cè)丝跀?shù)和第一主成分有很大的正相關(guān)；人均居住面積、總?cè)丝跀?shù)與第二主成分具有較大的正相關(guān)，糧食單產(chǎn)與第二主成分有一定的負(fù)相關(guān)；工業(yè)企業(yè)數(shù)與第三主成分有較大的正相關(guān)。通過對(duì)以上因子整理與分析，平頂山市耕地?cái)?shù)量變化的驅(qū)動(dòng)力可以歸納為經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)態(tài)因素、人口壓力等兩類。

2.3.2 經(jīng)濟(jì)發(fā)展的動(dòng)態(tài)因素 從構(gòu)成第一主成分的兩個(gè)主要因子——GDP和全社會(huì)固定資產(chǎn)投資額來看，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)因素對(duì)于耕地?cái)?shù)量變化的影響尤為顯著。自1999年以來，平頂山市經(jīng)濟(jì)實(shí)力增長(zhǎng)較快，1999-2007年GDP平均年遞增14.5%，全社會(huì)固定資產(chǎn)投資額平均年遞增26.9%。工業(yè)企業(yè)數(shù)由1999年的35 233個(gè)增加到2007年的43 296個(gè)，工業(yè)用地逐年擴(kuò)大。20世紀(jì)90年代初從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)軌時(shí)期，經(jīng)濟(jì)過熱，加上土地管理失調(diào)，普遍出現(xiàn)了“城市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)熱”、“房地產(chǎn)熱”等現(xiàn)象，再加上國(guó)家基本建設(shè)項(xiàng)目增加，城市范圍日益擴(kuò)展；農(nóng)村城鎮(zhèn)化加快，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)興起，農(nóng)村出現(xiàn)了“建房熱”，這都需要占用土地甚至占用良好耕地，耕地面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

2.3.3 人口壓力 構(gòu)成第二主成分的主要因子是人口和人均居住面積。人口作為一種持續(xù)的外界壓力，對(duì)耕地?cái)?shù)量變化起著重要作用。因?yàn)橐率匙⌒惺侨祟惿娴淖罨疽?，而土地是生產(chǎn)的最終源泉，尤其是對(duì)作為煤炭資源型城市的平頂山來說，更是具有重要的意義[5]。城市人口的增加直接導(dǎo)致建設(shè)用地的增長(zhǎng)。平頂山市1999年總?cè)丝跒? 760 381人，2007年增加到4 985 159人，增長(zhǎng)了4.7%，而人均糧食作物播種面積由0.101 5 hm2增加到0.108 7 hm2；人均糧食占有量由1999年的330 kg增加到2007年的380 kg。但是到目前為止，仍未達(dá)到人均糧食400 kg的消費(fèi)水平，未來如按人均糧食500 kg標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，隨著人口的進(jìn)一步增加，對(duì)糧食需求總量將會(huì)大幅度增長(zhǎng)，對(duì)耕地的壓力會(huì)越來越大。

2.4 耕地變化趨勢(shì)預(yù)測(cè)

2.4.1 耕地變化驅(qū)動(dòng)因子的多元線性回歸模型 多元線性回歸分析的基本原理是：設(shè)隨機(jī)變量Y與m個(gè)自變量 X1、X2、…、Xm之間存在線性關(guān)系，則其數(shù)學(xué)模型為：

Y=A+B1X1+B2X2+…+BmXm

利用n（i=1，2，…，n）組觀測(cè)值（X1i，X2i，…，Xmi，Yi），根據(jù)最小二乘法原理求出上式中的待定系數(shù)B1，B2，…，Bm。通過主成分分析得知，所選取的7個(gè)影響因子對(duì)平頂山市耕地面積變化都有一定的相關(guān)性。經(jīng)計(jì)算得出平頂山市耕地面積變化與驅(qū)動(dòng)因子的多元線性回歸模型為：

Y=309.27-0.000 002X1+0.000 000 17X2+0.000 000 43X3+0.000 000 24X4-0.156 16X5+0.001X6+0.000 14X7

2.4.2 耕地變化趨勢(shì)預(yù)測(cè) 采用最小二乘法對(duì)7個(gè)影響因子分別進(jìn)行預(yù)測(cè)，其預(yù)測(cè)模型為：

x=a+b×t

a=■

b=■

由此可預(yù)測(cè)出2015年和2020年平頂山市耕地面積的影響因子X1總?cè)丝跀?shù)（人），X2 GDP（萬(wàn)元），X3全社會(huì)固定資產(chǎn)投資額（萬(wàn)元），X4糧食單產(chǎn)（kg/hm2），X5人均居住面積（m2），X6客運(yùn)量（萬(wàn)人），X7工業(yè)企業(yè)數(shù)（個(gè)）的值（表4）。

根據(jù)預(yù)測(cè)出的7個(gè)影響因子的值，分別代入上述回歸模型，可以計(jì)算出平頂山市2015年和2020年的耕地面積。近年來隨著耕地保護(hù)力度的加大，嚴(yán)格控制建設(shè)用地總規(guī)模，大力開發(fā)復(fù)墾塌陷區(qū)土地，全市耕地凈減少幅度下降，但是隨著平頂山市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化水平的不斷提高，再加上土地后備資源貧乏，對(duì)土地的壓力依然十分嚴(yán)峻。

3 結(jié)論

分析結(jié)果表明，經(jīng)濟(jì)發(fā)展動(dòng)態(tài)、人口壓力是影響平頂山市耕地變化的兩大因素。運(yùn)用最小二乘法預(yù)測(cè)出7個(gè)因子的值，進(jìn)而預(yù)測(cè)出了平頂山市2015年和2020年的耕地面積分別為311 150 hm2和

312 700 hm2，為平頂山市未來土地利用宏觀調(diào)控提供了參考，為政府制定可持續(xù)發(fā)展的土地政策提供了依據(jù)。

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