发达地区耕地资源的时空变化及其驱动力实证研究
第23卷第4期2007年4月农业工程学报T r ansactions of the CSA E V ol.23 N o.4A pr. 2007
发达地区耕地资源的时空变化及其驱动力实证研究
郑海霞1,童菊儿1,徐 扬2
(1.浙江大学公共管理学院,杭州310029; 2.绍兴市国土资源局,绍兴312000)
摘 要:利用绍兴市近年的土地利用调查数据及相关社会经济资料,从耕地资源的时序变化和空间差异入手,宏观分析了该市耕地动态变化的趋势和规律,并将主成分分析和多元逐步回归相结合,定量研究了该市耕地数量变化的驱动机制。结果表明:绍兴市耕地资源的时空变化特征显著,耕地呈现出逐年减少的总体趋势;耕地减少以建设占用和以市场为导向的农业结构调整为主,基本建设投入力度的加大和人们生活收入水平的提高是影响耕地减少的主要动因。研究结果将为合理利用和保护耕地、为绍兴市农业的可持续发展提供科学依据,为进一步研究沿海经济发达地区的耕地变化提供借鉴。关键词:耕地变化;驱动因子;主成分分析;绍兴市
中图分类号:F 301.24 文献标识码:B 文章编号:1002-6819(2007)4-0075-04
郑海霞,童菊儿,徐 扬.发达地区耕地资源的时空变化及其驱动力实证研究[J ].农业工程学报,2007,23(4):75-78.
Zh eng Haixia,T ong Ju'er ,Xu Yang.Spatio-temporal ch anges of farmland res ources an d their driving for ces in d eveloped areas [J ].Tr ans action s of the CS AE,2007,23(4):75-78.(in Chinese w ith English abstract)
收稿日期:2006-05-09 修订日期:2006-11-30
作者简介:郑海霞(1982-),女,厦门人,主要研究方向:土地利用规划与土地资源可持续利用。杭州 浙江大学公共管理学院,310029。Email:zh engh aixia2005@https://www.wendangku.net/doc/201019183.html,
0 引 言
在当前地表众多的土地利用/覆被类型中,耕地与城镇建设用地的变化无疑非常明显和强烈[1]。特别是近年来随着中国人口的不断增长、经济的高速发展和城镇化水平的提高,有限耕地资源减少与建设用地扩展间的矛盾日益尖锐。因此,对中国耕地变化的深入研究受到高度重视,众多学者从不同角度对城市或区域的耕地变化进行了大量卓有成效的研究。在耕地质量变化方面,葛向东等[2]以位于长江三角洲腹地的锡山市为研究区,制定了耕地质量评价指标体系,并据此指标体系分析了研究区耕地质量的变化趋势。在耕地数量时空变化方面,张国平等[3,4]分别选取某一时段说明了中国耕地资源变化的时空差异特点。在耕地数量变化驱动力方面,俞勇军等[5,6]分别针对经济发达的江阴市和经济欠发达的梅州市,采用数理统计方法,定量剖析了耕地变化的驱动机制;孟庆香等[7]定性分析了陕北农牧交错带耕地变化的驱动因子。在耕地数量变化趋势的预测方面,孙娴等
[8]
根据中国国情建立了若干耕地总量动力方程,以此对中国的耕地总量进行数值预测;汪朝辉等[9,10]分别采用计量经济模型预测了湖南省和芜湖市耕地未来的变化趋势。此外,陈佑启
[11]
分析了
耕地利用变化对粮食生产的影响;王秀芬等[12]界定了新形势下耕地总量动态平衡的内涵,提出实现耕地总量动态平衡的对策措施。这些研究为今后的耕地变化研究提供了借鉴。
在中国经济迅速发展的过程中,耕地减少的问题日益突出,其中以沿海经济发达地区较为显著。因此,为确保合理利用和保护耕地资源,控制耕地的进一步减少,维持耕地总量动态平衡,促进地区经济的可持续发展,开展对沿海经济发达地区耕地动态变化的研究极具现实意义。
1 研究区选取
绍兴市是经济发达的东南沿海城市,也是长江三角洲南翼的重点开发开放城市,地理优势突出,经济发展迅速,已跻身于全国经济总量30强城市行列。2005年,该市所辖三市二县一区中的诸暨市、上虞市、嵊州市、绍兴县和新昌县皆名列全国百强县(市)。随着绍兴市经济的快速发展,该市的土地利用变化也越来越剧烈,其中耕地变化尤为突出,这种情况在经济发达地区特别富有代表性。因此,选择绍兴市作为典型研究区,开展绍兴市耕地动态变化研究,把握其耕地变化的时空规律和驱动机制,对进一步研究经济发达地区的耕地变化具有重要的借鉴意义。
2 研究方法与资料来源
2.1 研究方法
在地理空间上,耕地是面状分布的实体,既有空间分布特征,又有时间尺度上数量的变化[13]。本研究从耕地数量和类型结构等入手,详细阐述了绍兴市1996～2004年耕地变化的时空特征;并应用主成分分析和多元逐步回归分析等多元统计分析法,定量诊断出绍兴市耕地变化的主要驱动因素,寻求它们与耕地变化的数量关系,给出绍兴市耕地数量变化规律的定量解释。2.2 资料来源
本研究采用的土地利用分类系统为《全国土地分类》(过渡期适用)》(2002年国土资源部)。基于研究数据的可得性和可靠性,土地面积采用绍兴市历年土地利用现状变更调查数据,人口、经济产值等各类社会经济数据来源于《绍兴统计年鉴》。
3 绍兴市耕地资源的时空变化分析
3.1 全市土地利用现状
2004年,绍兴市土地总面积为825572.55hm 2,其中,耕地约占23.89%、园地占7.43%、林地占42.2%、其他农用地占7.27%、居民点及独立工矿用地占8.26%、交通运输用地占
75
0.9%、水利设施用地占1.28%、未利用土地占3.53%、其他土地占5.25%;土地利用程度综合指数为250.71,与1996年相比,增加了4.13,土地利用程度变化率为2%,说明该区域的土地利用处于发展时期。1996～2004年的综合土地利用动态度为0.32%,其中,耕地和未利用地的缩减较快,年减少率分别为0.76%和1.05%,园地和水利设施用地也在减少,年减少率分别为0.26%和0.08%,居民点和独立工矿用地、交通用地分别以3.29%和10.55%的年变化率实现高速增长,此外,其它农用地和林地有所增加,年变化率分别为0.78%和0.01%。3.2 耕地资源变化的时序特征分析3.2.1 耕地数量变化的时序特征分析
耕地是绍兴市主要的土地利用类型之一,在绍兴市经济高速发展和土地开发利用的过程中,耕地数量发生了很大变化。1996～2004年间,绍兴市的耕地总面积由211601.68hm 2减少到197196.95hm 2,减少了6.81%,年减少率为0.76%;人均耕地面积由0.050hm 2减少到0.045hm 2,低于联合国粮农组织确定的0.053hm 2警戒线;耕地总量和人均量在2002年之前减速较为平缓,2002年耕地面积大幅度减少,之后进入缓慢减少阶段。耕地减少的主要流向是农业结构调整和建设占用,特别是2002年有大量耕地转为建设用地、园地和其他农用地,耕地净减的问题亟待解决。此外,由于耕地后备资源的日趋贫乏,2003年大量优质园地开发整理为耕地,使当年的耕地数量略有增加(见图1)
。
图1 绍兴市1996～2004年耕地总面积与人均耕地面积
的动态变化
F ig .1 Dynamic changes o f tatal and per capit a
farm land areas in Shao xing city fro m 1996to 20043.2.2 耕地类型结构变化的时序特征分析
绍兴市的耕地包括灌溉水田、旱地、望天田、水浇地和菜地等5个二级类型,其中,灌溉水田占2004年耕地总面积的65.97%,是绍兴市面积最大的耕地类型,而菜地占的面积最少,仅0.13%。1996～2004年间,绍兴市不同耕地类型数量变化的方向、过程和速度不同,其中,水浇地和旱地有所增加,其余类型都呈减少态势,菜地的减速最快,年减少率达6.87%,而灌溉水田的减少则是绍兴市耕地减少的主体(见图2)。3.3 耕地资源变化的空间特征分析3.3.1 耕地数量变化的空间特征分析
由于自
然条件、经济发展和人口增长状况不同,加上历史原因,绍兴市所辖县市的耕地变化也表现出较大差异。因绍兴市在
图2 绍兴市1996～2004年耕地类型的结构变化Fig.2 Str uctur e chang es of far mland types
in Shaox ing city fr om 1996to 2004
2000年、2001年对越城区和绍兴县的部分乡镇进行了行政区划调整,所以本研究将越城区和绍兴县作为一个整体进行讨论。在此,以某个县市耕地面积的变化量与该县市基期的耕地面积之比作为耕地的相对变化率。从1996～2004年耕地的相对变化率看,越城区和绍兴县耕地的减少幅度最大,达25.10%,其次是诸暨市,减少了9.90%,新昌县耕地也有一定的减少,而嵊州市和上虞市则略有增加,但从全市看耕地总量在减少,耕地保护的形势不容乐观;与此同时,耕地的年均变化率也反映出绍兴市耕地的数量变化具有明显的空间特征,耕地减少最快的是越城区和绍兴县,其次是诸暨市和新昌县,年均减少幅度分别为2.79%、1.10%和0.36%,而嵊州市和上虞市耕地的年均增长率分别为0.71%和0.47%(见图3)。
图3 1996～2004年绍兴市所辖县市耕地数量的相对变化率
F ig.3 Relativ e rat io o f farm land chang es in ea ch tow nship o f Shaox ing city fr om 1996t o 2004
3.3.2 耕地类型结构变化的空间特征分析
1996～2004年绍兴市的耕地类型结构变化具有明显的地域差异,主要体现在:越城区和绍兴县各耕地类型占全市相应类型的比重皆变小了,减幅最大的是菜地,由1996年的63.22%减少到2004年的15.60%,减少了47.62%;嵊州市各类型占比均有不同程度的提高;菜地的占比除越城区和绍兴县减小外,其余地区皆有较大幅度的提高,但面积总量减少了;旱地的占比除嵊州市有所增大外,其余地区皆有略微减小,而面积总量增加了;水浇地主要分布在上虞市;上虞市和新昌县灌溉水田的占比均增大了,望天田的占比均略减了;诸暨市望天田的占比略增了,而灌溉水田的占比则略减了。
76农业工程学报2007年
4 绍兴市耕地变化驱动力的定量分析
耕地的相对变化率等评价指标主要考虑研究期初和期末的耕地变化,对其间的具体变化形态涉及较少。鉴于在较短时间尺度内,土地利用变化往往以社会经济因素的影响为主,为更好的研究绍兴市耕地的变化特征,下文运用多元统计分析法来分析社会经济因素(或称人文驱动力)对绍兴市耕地数量变化的影响。
4.1 指标选取
绍兴市已进入第二次工业化中期,民营经济发达。随着一些重点建设项目和设施工程建设的推进,该市已成为中国极具活力和发展潜力的地区之一,也是人才、技术、资本和信息等生产要素最积聚的地区之一,同时也是外商投资和抢占市场的热点地区之一。经济的高速发展,城镇化和工业化水平的不断提高,基础设施的不断改善,与建设投入的大力支持是离不开的。在绍兴市的经济增长和城镇化建设过程中,建设投入持续增加,建设项目和规模不断增大,将导致建设不可避免地占用一定数量的耕地。
农业结构调整是实现农业增效、农民增收的有效途径,因此绍兴市政府以市场为导向,积极实施农业结构战略性调整。粮食作物比重下降了,经济作物种植面积增加较快,养殖业在农业中的比重继续提高,农业的产业化水平和竞争力水平大大提高。与此同时,因农业结构调整而减少的耕地较多,可通过农业增加值和农民收入的变化来体现农业结构调整结果。
为分析绍兴市耕地数量变化的驱动机制,结合研究区的实际情况、资料收集程度以及其他学者的研究成果[6,14,15],以绍兴市1996～2004年的耕地面积为因变量(Y),选取人口类X1(总人口X11、农业人口X12、非农业人口X13)、经营类X2(农机总动力X21、农田有效实灌面积X22、化肥折纯施用量X23)、农业产量类X3(粮食总产量X31、大牲畜年末存栏数X32)、经济产值类X4(G DP X41、农业总产值X42、工业总产值X43)、生活收入类X5(农村居民人均纯收入X51、城镇职工平均工资X52)和建设投入类X6(全社会固定资产投资完成额X61、实际利用外资X62、基本建设投资X63)等6大类16个社会经济指标作为自变量,即驱动因素。
4.2 数据处理
4.2.1 原始数据的标准化
对所有原始数据按式(1)进行标准化处理,以消除量纲影响。
Y t=[X t-min(X i)]/[max(X i)-min(X i)](1)式中 Y t——无量纲数据;X t——某年度数据;max(X i)、min(X i)——分别为第i个自变量的最大值、最小值。
4.2.2 耕地变化与驱动因素的相关分析
采用SPSS11.5进行相关分析,得出1996～2004年绍兴市耕地的面积变化与其驱动因素的相关系数多在0.86以上,彼此的相关性较好。其中,耕地变化与人口增长(X12、X13)、经济发展(X41、X43)、生活收入水平(X51、X52)和建设投入(X61、X62、X63)的关系尤为密切,相关系数依次为-0.866、0.865、-0. 875、-0.889、-0.869、-0.898、-0.896、-0.904和-0.881。这表明驱动因素的选取具有合理性,绍兴市耕地数量变化受人口增长、科技发展、经济发展、工业化、基础设施建设和农业结构调整等驱动因素的综合作用。
4.2.3 耕地变化驱动因素的主成分分析
首先,应用SPSS11.5对6组变量分别进行主成分分析。特征值在某种程度上可被看成表示主成分影响力度大小的指标,特征值大于1说明该主成分有足够的解释力度,能够提供原始数据的足够信息。因此,在各组变量中分别提取出对应的特征值大于1的主成分作为代表主成分,达到降维和降低指标间相关性的目的。然后据主成分综合模型分别算出6组变量代表主成分的综合主成分值,将其标准化后,让它们分别代表6类原始变量。
4.2.4 耕地变化与驱动因素的回归分析
由上可知,各类指标的主要特征完全可用各代表主成分来表达。因此,将各类指标代表主成分的综合主成分值与耕地面积(标准化数据)进行逐步回归,以回归方程中各变量前的系数来确定该类因子的贡献率,即可判断出研究区耕地数量变化的主要驱动力。由此可得
Y= 1.017-0.263X5-0.828X6
(R2=0.817,P=0.006<0.01)(2)从式(2)可看出绍兴市近年来耕地数量的变化,在很大程度上受到社会经济因素的综合作用和驱动,其中与建设投入及生活收入水平的关系尤为密切,且成负相关。
4.3 结果分析
通过定量分析可知,绍兴市近年来耕地的减少正是人口增长、经济发展、工业化、基础设施建设和农业结构调整等驱动因素共同作用的结果。经济社会的快速发展,城市化进程的不断加快,水利、交通、能源等基础设施的不断完善,都将导致建设不可避免地占用耕地。而加快农业结构调整是提高农业效益的有效途径,是推进农民收入增长所必须的,是以市场为导向的农业结构战略性调整。因此,绍兴市耕地的持续减少是以建设投入的持续增加和生活收入水平的不断提高为主要驱动力的。
据统计数据显示,1997～2004年绍兴市耕地的减少以建设占用和农业结构调整为主,分别占51.12%、41.44%[16],这与多元统计分析结果相吻合。此外,为保证耕地占补平衡,绍兴市积极采取委托垦造耕地和异地土地整理补充等有效措施,实现了占补节余;在农业结构调整中,十分重视农田基础设施和农田耕作层的保护。
5 结论与讨论
耕地减少在沿海经济发达地区普遍存在,且随着地区经济的快速发展,耕地减少的矛盾日益突出。同理,绍兴市的耕地也以数量减少为特征发生很大变化。时序变化特征主要有:2002年之前耕地总量和人均量减速较为缓慢,2002年耕地锐减,之后减速较为平稳;不同的耕地类型变化有所不同,但大多呈减少态势,灌溉水田的减少是耕地减少的主体。空间变化差异主要有:越城区和绍兴县耕地的减少幅度最大、减速最快,其次是诸暨市和新昌县,而上虞市和嵊州市的耕地略有增加,表现与各县(市、区)的经济发展水平相一致。
77
第4期郑海霞等:发达地区耕地资源的时空变化及其驱动力实证研究
建设投入的持续增加和生活收入水平的不断提高是绍兴市耕地持续减少的主要动因。这也是当前沿海经济发达城市耕地锐减的普遍动因。
采用各单类代表主成分的综合主成分值与耕地面积进行逐步回归分析,不但可将影响耕地数量变化的若干个自变量压缩成几个独立主分,从而减弱自变量间的相互干扰,避免了单纯的回归分析所带来的多重共线性;且与选取各单类变量第一主成分中载荷较大的某个因子进行回归分析相比,综合主成分值可更全面的表征原始信息,可信度提高了。
[参 考 文 献]
[1] Lambin E F,Geist H J.Global land us e and land cover chan ge:
w hat have learnt so far?[J].Global Change News letter,2001,
(46):27-30.
[2] 葛向东,彭补拙,濮励杰,等.长江三角洲地区耕地质量变化的初步
研究——以锡山市为例[J].长江流域资源与环境,2002,11(1):47 -51.
[3] 张国平,张增祥,刘纪远.近10年来中国耕地资源的时空变化分析
[J].地理学报,2003,56(3):323-332.
[4] 徐宪立,蔡玉梅,张科利,等.耕地资源动态变化及其影响因素分析
[J].中国人口?资源与环境,2005,15(3):75-79.
[5] 俞勇军,陆玉麒.江阴市耕地变化驱动因素及耕地利用效率定量研
究[J].经济地理,2002,(4):57-60,64.[6] 张正栋.粤东北丘陵山区耕地变化及其驱动力研究[J].热带地理,
2004,24(4):356-360.
[7] 孟庆香,常庆瑞,李云平.陕北农牧交错带耕地变化及驱动因子分
析[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2003,31(3):131-135.
[8] 孙 娴,林振山,孙 燕.中国耕地总量的动力预测及其建议[J].自
然资源学报,2005,20(2):200-205.
[9] 汪朝辉,王克林,熊 艳,等.湖南省耕地动态变化及驱动力研究
[J].长江流域资源与环境,2004,13(1):53-59.
[10]李 祥,王心源,顾继光,等.基于灰色预测法的芜湖市耕地变化研
究[J].水土保持研究,2006,13(5):14-16.
[11]陈佑启.中国耕地利用变化及其对粮食生产的影响[J].农业工程学
报,2000,16(6):29-32.
[12]王秀芬,陈百明,毕继业.新形势下中国耕地总量动态平衡分析[J].
资源科学,2005,27(6):28-33.
[13]瓦哈甫?哈力克,海米提?依米提,塔西甫拉提?特依拜,等.绿洲
耕地变化趋势及其驱动力[J].地理学报,2004,59(4):608-614. [14]石瑞香,康慕谊.NEC T上农牧交错区耕地变化及其驱动力分析
[J].北京师范大学学报(自然科学版),2000,36(5):700-705. [15]李景刚,何春阳,史培军,等.近20年中国北方13省的耕地变化与驱
动力[J].地理学报,2004,59(2):274-282.
[16]绍兴市土地利用规划“四查清四对照”专项报告[Z].绍兴市国土资
源局,2005.
Spatio-temporal changes of farmland resources
and their driving forces in developed areas
Zheng H aixia1,Tong Ju'er1,Xu Yang2
(1.College of Public A dministr ation,Zhej iang Univ er sity,H angz hou310029,China;
2.Shaox ing Bureau of L and Resour ces,Shaox ing312000,China)
Abstract:A cco rding to the statist ical and sur v ey data o f land use in Shaox ing city,the trend and law s o f far mland chang e,especially, the tempor al and the spatial differences,w ere analyzed.A s a result of the principal component analy sis(P CA)and mult iple stepwise reg r essive analysis,the main dr iv ing for ces of farmland chang es w ere discussed.Results sho w that the spat ial-tempor al featur es of far mland chang es in Shao xing are notable,and the far mla nd decreases y ear by year.M o reo ver,the far mland decrease in Shao xing city in r ecent y ears is mainly due to the rapid development of economic,the im pr ov ing of people's lives and the incr easing of capital input, mar ket-o riented agr icult ur al r estr uctur ing and cit y construction hav e occupied majo rity o f fa rmland.R esearch result s ar e not o nly pro vide scientific basis fo r reasonably use and pr ot ection o f far mland,fo r sustainable ag ricultural development in Shao xing cit y,but also pro vide the impor tant r eference for furt her study on far mland cha ng es in the dev elo ped litto ral ar eas.
Key words:cultiv ated land chang e;driving factor s;P CA;Shaox ing city
78农业工程学报2007年