土地利用變化和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的線性耦合和典型相關(guān)分析

熊曉軼，許月明

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 商學(xué)院；2.河北金融學(xué)院 國(guó)際教育學(xué)院，河北 保定 071000）

0 引言

河北太行山區(qū)地理位置重要，是北京、天津和河北平原的重要生態(tài)屏障。隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展、基建建設(shè)和人口增長(zhǎng)，導(dǎo)致本區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)及環(huán)境變得脆弱，并成為熱點(diǎn)的土地利用研究對(duì)象。對(duì)土地利用的變化及其與經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)系研究，對(duì)有效利用土地、合理規(guī)劃土地利用、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展、提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善居住環(huán)境、保證經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

基于現(xiàn)有常用的土地利用變化研究方式，本文從介紹河北太行山基本情況出發(fā)，選取本地區(qū)的土地相關(guān)數(shù)據(jù)及特定指標(biāo)，進(jìn)行對(duì)比分析，建立本地區(qū)的土地利用與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)間的耦合模型，做出了土地利用的合理規(guī)劃建議，并通過(guò)分析土地利用結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性，進(jìn)一步給出了內(nèi)在的、合理的土地利用構(gòu)成。

1 地域范圍及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 地域范圍

出于地域完全性、行政區(qū)域一致性以及研究可能性的考量，本文將研究區(qū)域定在邯鄲、邢臺(tái)、石家莊、保定及張家口西部太行山區(qū)等地，共28個(gè)行政縣（市），總面積37958km2。

邯鄲西部：邯鄲縣、武安市、磁縣、涉縣、峰峰礦區(qū)、永年縣；

邢臺(tái)西部：臨城縣、內(nèi)丘縣、邢臺(tái)縣、沙河縣；

石家莊西部：井陘縣、鹿泉縣、元氏縣、贊皇縣、平山縣、靈壽縣、行唐縣、井陘礦區(qū)；

保定西部：淶水縣、淶源縣、唐縣、滿城縣、順平縣、易縣、曲陽(yáng)縣、阜平縣；

張家口西部：蔚縣、涿鹿縣。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的研究數(shù)據(jù)由兩部分組成：土地利用數(shù)據(jù)主要參考了2007年河北省土地利用狀況詳細(xì)調(diào)查范圍數(shù)據(jù)以及2015年年末河北省土地面積數(shù)據(jù)；社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)方面，由于政府發(fā)布的數(shù)據(jù)具有穩(wěn)定性、持續(xù)性、準(zhǔn)確性等特點(diǎn)，因此，本文以《河北經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》為主。同時(shí)，在研究過(guò)程中還借助了遙感數(shù)據(jù)及河北省土壤普查數(shù)據(jù)等。

1.3 數(shù)據(jù)處理

土地利用現(xiàn)狀分類采用的分類系統(tǒng)隨著年份的不同會(huì)有所區(qū)別。土地利用現(xiàn)狀分類采用全國(guó)縣級(jí)土地利用詳查的兩級(jí)分類系統(tǒng)劃分如下：一類分為8類，二類分為46類。其中一級(jí)分別為：未利用地、交通用地、耕地、園地、林地、牧草地、居民及工礦用地、水域。三級(jí)分類系統(tǒng)則劃分如下，一級(jí)分為3類，二級(jí)分為15類，三級(jí)分為71類，其中一級(jí)為農(nóng)用地、建設(shè)用地、未利用地。農(nóng)用地的二級(jí)分類為耕地、園林、林地、牧草地、其他農(nóng)用地；建設(shè)用地則分為特殊用地、住宅用地、商服用地、交通運(yùn)輸用地、公共設(shè)施用地、工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地、公共建筑用地、水利設(shè)施用地等幾大類；而未利用地的二級(jí)分類為未利用土地、其他土地。分類系統(tǒng)不同會(huì)引起數(shù)據(jù)的劃分方式不一樣，相對(duì)而言，三級(jí)分類系統(tǒng)更加細(xì)化，土地利用類別更小。便于數(shù)據(jù)的處理，本文采用前者，并在分析研究前將所查的土地?cái)?shù)據(jù)重新計(jì)算分類。

2 分析與討論

2.1 太行山土地利用類型變化

在選取的研究時(shí)間段內(nèi)，土地利用的數(shù)據(jù)結(jié)果匯總?cè)绫?所示?？梢钥闯觯和恋乩迷诟亍⑺?、牧草地等方面明顯下降，其中牧草地的下降幅度最大；林地、居民點(diǎn)、林地等呈上升狀態(tài)，其中林業(yè)用地增幅最大。

表1 土地利用各結(jié)構(gòu)面積及變化率

2.2 變化速度分析

通常，使用土地使用動(dòng)態(tài)度這一指標(biāo)來(lái)描述土地使用頻率的變動(dòng)。在對(duì)土地使用頻率的差異以及對(duì)土地的使用前景進(jìn)行評(píng)估分析時(shí)，土地使用動(dòng)態(tài)度起著關(guān)鍵作用。公式如下：

上式中，K為變化率，Ua，Ub各自代表勘測(cè)時(shí)某一類型的土地的使用量。通過(guò)公式計(jì)算可以得出太行山土地利用種類的變化率?？梢郧宄陌l(fā)現(xiàn)，園林，交通，水域的變化位居前三，而其他類型的土地沒(méi)有呈現(xiàn)顯著的使用動(dòng)態(tài)變化。

2.3 土地利用程度變化

土地使用用途的變化可以用另外一個(gè)指標(biāo)來(lái)表示——土地利用程度，它可以描述土地使用的廣度和深度，具體的公式如下：

式中的Lb和La分別為區(qū)域土地在對(duì)應(yīng)時(shí)間階段段內(nèi)的利用程度綜合指數(shù)；Ai為i類型土地的利用程度分級(jí)指數(shù)；Cib和Cia各自表示不同階段i類型土地使用狀態(tài)的比率。如△Lb-a＞0，則那么此范圍土地使用狀況良好，反之，此范圍土地仍需發(fā)展。

利用上述公式可以得到2007—2015年河北省太行山土地使用程度情況，具體結(jié)果見(jiàn)表2所示。由結(jié)果可以看出，本地區(qū)耕地、牧地以及水域的土地利用率在減少，林地、園地、居民用地以及礦工用地明顯增多，其中林地增長(zhǎng)幅度最為明顯；同時(shí)，計(jì)算研究期內(nèi)的△Lb-a=0.09，由此可見(jiàn)，河北省太行山地區(qū)的土地利用還需要進(jìn)一步合理開(kāi)發(fā)、利用。計(jì)算本地區(qū)的△Lb-a=0.09，由此可見(jiàn)，河北太行山地區(qū)處于土地利用的上升階段。

表2 2007—2015年河北太行山地區(qū)土地利用程度變化匯總表

2.4 線性耦合分析

在對(duì)河北省太行山地區(qū)土地利用的研究的過(guò)程中，選取二級(jí)分類中的前七項(xiàng)土地類型及已利用地的構(gòu)成類型及大小作為土地利用分析指標(biāo)；同時(shí)選取工業(yè)生產(chǎn)總產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總產(chǎn)值、工業(yè)個(gè)人貢獻(xiàn)、農(nóng)業(yè)個(gè)人貢獻(xiàn)、商品銷售總產(chǎn)值等作為經(jīng)濟(jì)分析指標(biāo)。通過(guò)耦合分析，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)方程，對(duì)土地利用變化與社會(huì)經(jīng)濟(jì)兩者之間的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行研究，具體分析結(jié)果如表3所示。通過(guò)分析表3的數(shù)據(jù)結(jié)果可以獲得一系列的有效見(jiàn)解，具體分析如下：

（1）土地墾殖率與人均GDP、人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的關(guān)系式為二項(xiàng)式，擬合效果好，對(duì)應(yīng)的系數(shù)為0.7601和0.6798。二項(xiàng)式會(huì)存在極大值，表明土地墾殖率在某一數(shù)值時(shí)人均GDP、人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值可以獲得最大值，此值約為9.8%；通過(guò)觀察還可以發(fā)現(xiàn)，人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的過(guò)半數(shù)會(huì)被土地墾殖率影響。

表3 河北太行山地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與土地利用變化的耦合關(guān)系

（2）已利用土地與社會(huì)商品零售總額存在著“S”型關(guān)系，相同的規(guī)律還存于已利用土地與GDP之間，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)復(fù)相關(guān)系數(shù)系數(shù)依次為0.8119和0.7911，有著良好的擬合，意味著模型方程式可以用來(lái)表示相應(yīng)的耦合關(guān)系；同時(shí)，還可以看出，土地使用越多，GDP與社會(huì)商品零售總額會(huì)增多，與實(shí)際情況相符。已利用土地與農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值呈現(xiàn)對(duì)數(shù)關(guān)系，但是系數(shù)較低，說(shuō)明兩者關(guān)聯(lián)性不是很強(qiáng)，表明本地區(qū)的土地增加不一定會(huì)提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值。

（3）交通運(yùn)輸和社會(huì)商品零售總額的回歸模型中，系數(shù)為0.980，說(shuō)明交通的發(fā)展及便利對(duì)本地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展有著重要的意義。

（4）居民點(diǎn)及工礦用地與工業(yè)總產(chǎn)值及GDP之間存在著指數(shù)關(guān)系，同時(shí)具有較好的回歸效果。具體而言，隨著居民點(diǎn)及工業(yè)礦用地的增多，GDP會(huì)在一定程度上受到抑制，而工業(yè)總產(chǎn)值會(huì)得到增加。

（5）水果量和果園面積兩者相關(guān)性好，回歸系數(shù)為0.9148，表明本地區(qū)果園面積的增大，會(huì)促進(jìn)水果產(chǎn)業(yè)的壯大。

（6）通過(guò)以上的分析，可以看出，耦合分析的模型方程擬合程度較高，所選取的分析指標(biāo)具有很好的代表性，由分析結(jié)果反映出：交通建設(shè)對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要作用，所占的比例最大，應(yīng)該遵循“要致富先修路”的思想大力加強(qiáng)交通設(shè)施建設(shè)，而其他幾個(gè)因素與GDP之間的關(guān)聯(lián)性弱；園林面積直接影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，說(shuō)明河北太行山地區(qū)適宜大力發(fā)展水果產(chǎn)業(yè)促進(jìn)地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.5 相關(guān)性分析

因地制宜的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要的作用。本文接著選擇了相應(yīng)的指標(biāo)，對(duì)土地利用與經(jīng)濟(jì)變化兩者之間的內(nèi)在關(guān)系進(jìn)行了簡(jiǎn)單的討論。土地利用分析依然選擇幾種土地類型，而經(jīng)濟(jì)變化則選取的是三種產(chǎn)業(yè)及農(nóng)業(yè)類別作為分析對(duì)象。

（1）土地利用與三種產(chǎn)業(yè)的相互作用

經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選擇的第一、二、三產(chǎn)業(yè)在總產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中所占的百分比，依次用y1、y2、y3表示；土地利用則選擇的是各個(gè)土地類型所占的百分比，包括耕地份額、林地份額、草地份額、園地份額、建設(shè)用地份額，依次用x1、x2、x3、x4、x5表示。典型相關(guān)分析的相關(guān)結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表4 典型相關(guān)分析結(jié)果匯總

從以上的結(jié)果可以看出，第一組關(guān)系的系數(shù)、檢驗(yàn)等數(shù)值明顯大于其他兩組，說(shuō)明其可以作為土地利用與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的衡量關(guān)系式。具體而言，第一組典型關(guān)系中，U1和V1兩者的關(guān)聯(lián)系數(shù)高達(dá)0.958，涵蓋90.38的信息，并且還符合顯著性檢驗(yàn)，第二組關(guān)系中，沒(méi)有通過(guò)顯著性檢查，第三組雖然涵蓋信息量較大，但是相關(guān)系數(shù)過(guò)小，所以，選擇第一組關(guān)系作為土地利用與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)兩者的關(guān)聯(lián)根據(jù)，兩者的原始關(guān)系方程如下：

由于呈現(xiàn)線性關(guān)系，不同變量的系數(shù)越大，表明其對(duì)因變量的影響越大?？梢钥闯?，U1受建設(shè)用地及林地占比最為明顯，而V1則更受y2變化的影響。所以，認(rèn)為，土地利用過(guò)程中，林地及建設(shè)用地的面積會(huì)對(duì)第二產(chǎn)業(yè)在整個(gè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中的變化產(chǎn)生直接的影響；值得注意的是，林地的系數(shù)為負(fù)數(shù)，呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明其會(huì)削弱第二產(chǎn)業(yè)的占比，與第二產(chǎn)業(yè)比重呈負(fù)相關(guān)，建設(shè)用地的系數(shù)為正值，為正相關(guān)，會(huì)加大第二產(chǎn)業(yè)的占比。

（2）土地利用對(duì)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響

河北太行山區(qū)歷來(lái)是河北省的貧瘠之地，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)占有較大的份額。本文通過(guò)選擇種植業(yè)份額、林業(yè)份額、牧業(yè)份額作為農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的衡量指標(biāo)，依次用 y1、y2、y3表示，土地利用結(jié)構(gòu)則選擇耕地份額、林地份額、草地份額及園地份額來(lái)衡量，依次用x1、x2、x3、x4表示。兩者的分析結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表5 典型相關(guān)分析結(jié)果匯總

由表中數(shù)據(jù)可以看出，前兩組變量的關(guān)聯(lián)系數(shù)依次為0.920、0.801，相關(guān)性較強(qiáng)，兩者均符合顯著性檢驗(yàn)；同時(shí)，這兩組變量涵蓋了大部分的信息，說(shuō)明選擇的分析指標(biāo)具有代表性，因此，土地利用和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)系模型如下：

可以看到，第一組關(guān)系中，種植業(yè)所對(duì)應(yīng)的系數(shù)最大，對(duì)V1影響最大，而林地對(duì)U1的影響最大，所以，林地使用變化對(duì)種植業(yè)份額的影響最大；同理，可以得到：第二組關(guān)系中，最影響V2的是種植業(yè)，最影響U2的是耕地及園地份額，意味著種植業(yè)的變化受園地及耕地利用的影響最大。由以上分析可以認(rèn)為農(nóng)業(yè)用地結(jié)構(gòu)受土地利用的影響比較大，具體而言，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)中的種植業(yè)的份額受耕地、園地及林地三者的影響最為直接。

3 結(jié)論

通過(guò)上文的分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）近年來(lái)，隨著居民大幅增加、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式變更、大量開(kāi)發(fā)利用煤礦資源，河北太行山區(qū)土地的利用方式也發(fā)生變化。2007—2015年，土地使用的總趨勢(shì)為：農(nóng)業(yè)用地和未開(kāi)發(fā)土地遞減，建筑用地遞增。在這之中，森林地、水果園林地、居民區(qū)、工礦用地以及公共交通用地的比重逐漸加大，與之相對(duì)的，農(nóng)業(yè)用地未利用的土地的比重逐漸降低。

（2）土地利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間有著線性耦合關(guān)系。土地墾殖率受人均生產(chǎn)總值及人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值影響，分別呈現(xiàn)倒“U”型，土地墾殖率最佳數(shù)值約為9.8%；已利用土地比重和GDP之間呈現(xiàn)S型關(guān)系曲線，其與社會(huì)商品零售總額之間也有著類似的關(guān)系，而已利用土地比重與農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的相關(guān)性較差，表明單獨(dú)增加農(nóng)業(yè)土地利用面積不一定能夠提高農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值；交通用地與社會(huì)商品零售總額呈正相關(guān)，GDP與交通用地面積也存在著類似的線性耦合關(guān)系，說(shuō)明加強(qiáng)交通設(shè)施建設(shè)有助于促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展；同時(shí)，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、水果產(chǎn)量與園地和果園面積之間耦合關(guān)系明顯，說(shuō)明地區(qū)的果園面積對(duì)水果種植的經(jīng)濟(jì)效益起著要作用，也間接促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的增長(zhǎng)。

（3）三種產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與土地利用結(jié)構(gòu)之間有著強(qiáng)相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.958。第二產(chǎn)業(yè)所占產(chǎn)業(yè)份額受林地及建設(shè)用地比重變化影響較大，這會(huì)直接引起產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改變。第二產(chǎn)業(yè)的分量會(huì)隨著建筑面積的增多而增加，而林地面積的增加則會(huì)造成其比重下降；與此同時(shí)，農(nóng)業(yè)部門(mén)的結(jié)構(gòu)受到土地利用結(jié)構(gòu)的直接影響，而林地與種植業(yè)的相關(guān)性尤為強(qiáng)，達(dá)0.920，說(shuō)明林地面積變化會(huì)對(duì)種植業(yè)在農(nóng)業(yè)部門(mén)中的份額產(chǎn)生較大影響，而種植業(yè)和園地及耕地之間的關(guān)聯(lián)相對(duì)較弱，系數(shù)為0.801。

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