河南省耕地资源利用效率影响因素及特征研究--以河南省为例

© 2013年。由爱思唯尔公司出版信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.com上在线获取ScienceDirectIERI Procedia 5（2013）2 - 92013年农业与自然资源工程耕地资源利用效率影响因素及特征研究--以河南省为例王开勇a，张鹏艳b *a中国科学院地理科学与资源研究所，北京，100101b河南大学环境与规划学院，河南摘要以建设国家粮食战略工程河南省核心区和中原经济区为背景，从河南省耕地资源利用效率和粮食安全两个方面考虑，运用多元线性回归模型和主成分分析法对河南省1999-2008年耕地资源利用效率进行分析，得出这十年来，耕地面积基本保持稳定，耕地利用总体效率较高，并确立了粮食产量连年创新高，人口密度、城镇化率、人均GDP、复种指数、每公顷施肥量是影响耕地资源利用效率的重要因素。影响粮食产量的主要因素已由每公顷肥料转化为每公顷劳动力的数量和质量，复种指数的提高和农业机械化水平是影响粮食产量的重要因素。最后，提出了提高河南省耕地资源利用效率和合理利用耕地资源的对策。基于以上分析，本文认为：1）推进城镇化，加强土地管理，保护耕地资源; 2）控制交媾，提高土地利用效率; 3）改善水资源在部门间的合理配置; 4）加大农业、科技投入，提高土地生产力。© 2013作者。 由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。信息工程研究院负责评选和同行评议* 通讯作者。联系电话：13121751378;传真：010 - 64889033。电子邮箱：pengyanzh@126.com。2212-6678 © 2013作者由爱思唯尔公司出版 在CC BY-NC-ND许可下开放访问。信息工程研究所负责的选择和同行评审doi：10.1016/j.ieri.2013.11.062王开勇、张鹏燕/IERI Procedia 5（2013）23关键词：耕地资源;利用效率;主成分分析;河南省;1. 正文耕地是我国农业和农村经济发展中最稀缺、最宝贵的资源，对农业和国民经济的可持续发展具有不可或缺的基础性作用。我国是世界上人口最多的国家，粮食的自给率对我国的粮食生产、消费和农业的发展趋势有着重要的影响。20世纪80年代以来，我国耕地供给呈持续减少趋势，粮食需求与耕地供给进入紧平衡状态。数量平衡与质量下降的矛盾已成为我国耕地资源利用中的突出问题。土地资源利用效益的提高，除了受区域自然条件的限制外，还与区域社会经济发展、种植方式、耕作习惯、投资能力、耕地基础设施建设等密切相关，我国耕地资源的稀缺性和短缺性已成为制约我国生存和发展的因素。山东、广东、湖北、广东、贵州等省耕地利用效益呈下降趋势。国务院最新发布的《新增千亿斤粮食生产能力规划（2009-2020年）》也强调了保护耕地和粮食安全的重要性，为耕地保护和粮食生产提出了更准确的目标和更详细的措施。河南省多年来一直是我国的粮食主产区之一，为我国的粮食安全做出了巨大贡献。随着社会经济的快速发展，河南作为农业大国，在保障国家粮食供应和粮食安全方面将发挥越来越重要的作用。河南作为粮食总产量占全国10%的粮食主产区，不仅对保障全国粮食安全至关重要，而且在土地利用中出现的问题也具有典型性和代表性。随着河南省社会经济的发展，与耕地资源利用相关的诸多因素日益变化。粮食生产的不稳定性和差异性很大，对区域粮食安全有重大影响。对影响耕地资源利用的因素进行研究和探讨，有助于认识和揭示区域粮食生产中存在的主要问题，对制定和调整耕地利用政策、改进土地资源利用方式具有重要的参考价值。运用主成分分析法对河南省1999年和2008年的耕地利用效益进行了分析，探讨了影响河南省耕地资源利用效益的主要因素，以及影响机制和解决问题的相关措施建议。2. 研究区域概况河南省是我国最早开发利用农业的地区之一，土地开发程度高，利用方式复杂多样，土地质量分布差异明显。据2008年土地调查，河南省土地总面积16.55万平方公里，其中耕地11889.56万亩，园地470.87万亩，林地2824.15万亩，草地21.57万亩，其他农用地1512.24万亩，居民点和独立工业用地28处，24.15万亩，交通用地182.55万亩，水利工程用地273.24万亩，其他用地851.01万亩，人均耕地1.20亩。有15.38万亩4王开勇、张鹏燕/IERI Procedia 5（2013）2通过土地开发和复垦，增加了耕地面积，其中建设用地14.67万亩。从全省范围来看，适合开发为耕地的未利用地很少，耕地后备用地严重缺乏。3. 耕地利用效益评价指标体系3.1. 影响耕地利用效益耕地利用效益是人类利用耕地生态系统服务功能后所产生的直接和间接效应的总称，包括耕地利用的经济效益、生态效益和社会效益。效益指数是决定耕地利用效益强弱的因素之一，可直接用于耕地利用效益评价。不同地区、不同层次的影响因素不同。因此，所选择的因素应该是相互联系、相互作用的，共同影响和决定耕地资源利用效益的大小。3.2. 评价指标体系按照要求选取8个指标构建耕地资源利用效益评价指标体系。其中，X1为单位耕地劳动力，X2为城市化率，X3为灌溉指数，X4为农业投资比例，X5为复种指数，X6为单位耕地粮食产量，X7为每公顷耕地化肥使用量，X7为单位耕地农业生产力。X8为每公顷耕地上的农业机械。（表一）耕地资源利用效益指数公式名称单位面积劳动力（X1）单位面积土地农业劳动力数量城镇化率（X2）（%）城镇人口/总人口灌溉指数（X3）（%）有效灌溉面积/总耕地面积农业投资比例（X4）（%）农业投资/总投资复种指数（X5）（%）反映耕地利用程度的指数，年复种面积/耕地总面积粮食单产（X6）（kg/hm2）粮食产量/作物每公顷化肥施用量（X7）kg/hm2农用化肥净用量/耕地面积每公顷农业机械（X8） wkw/hm2农业机械总数/作物4. 耕地资源利用效益4.1 耕地资源利用效益分析方法采用主成分分析法对河南省18个地级市1999年和2008年的耕地资源利用效益进行了分析。王开勇、张鹏燕/IERI Procedia 5（2013）25PCA的核心是选择n个主成分x1x2xn，其中xii=12分析主要成分：xa1x2的2x2一个nxn通过主成分分析对评价指标进行降维，对选取的与耕地利用程度相关的指标进行重构，得到主成分。该方法不仅可以尽可能多地保存土地调查中所采集的信息，而且可以通过数学变换将大量的原始因子转化为极少数相互线性独立的主成分，从而减少数据结构。并根据方差贡献率客观地确定权重，避免了评价指标的共线性和确定权重时的人为性，使评价结果更加合理、客观。4.2 数据来源和模型计算1999年和2008年各评价指标的相关数据均来源于河南省政府和有关部门的年度统计资料。为了满足研究的需要，对复种指数、化肥施用量等指标数据进行了必要的处理和转换。本文采用线性标准化方法对指标进行处理。其公式为：X=Xiimaxxii=1 2 3n在公式中，maxxi是xi的最大值，Xi 是无量纲化后的数字。如果数据为反转指标，需要求其倒数，然后进行无量纲化处理，得到标准化数据。最后对标准化后的数据进行主成分分析。用SPSS17.0进行Bartlett球度检验和KMO检验。如果结果为0.655和0.637（均大于0.5），则数据适用于PCA。根据累计贡献率应大于75%的原则，选取3个特征值大于1的主成分。组分1、组分2和组分3的累积贡献率分别达到80.495%和77.963%。一般来说，累计贡献率在75%以上的成分几乎反映了原始变量的主要信息。如上所述，试验结果如下（表2）。表2. 1999指数Component1联系人2联系我们单位面积劳动力（X1）0.302-0.8590.206城市化率（X2）-0.1020.1340.793灌溉指数（X3）0.7170.188-0.007农业投资比例（X4）0.7710.571-0.1396王开勇、张鹏燕/IERI Procedia 5（2013）2复种指数（X5）0.840-0.4400.142单位面积粮食产量（X6）-0.029-0.339-0.684每公顷化肥用量（X7）0.921-0.129-0.005每公顷农业机械（X8）0.1960.901-0.021从耕地资源利用效益的成分矩阵（表2）可以看出，每公顷化肥施用量对主成分1的贡献率最大，达到0.921，说明增加化肥施用量可以提高产量，使当时的耕地利用效益最大化。第二种是多作物指数，其负荷贡献率为0.850。复种指数受当地热量、土壤、水利、肥料、劳动力、科学技术等因素的制约。因此，因地制宜增加复种指数是扩大播种面积、挖掘耕地利用潜力、提高粮食产量的有效途径。每公顷农机投入量对主成分2的贡献率最大，为0.901，说明1999年农业机械投入到耕地利用中的数量很大，农业机械化水平有了很大的提高。机械化程度的提高将提高耕地利用效益。在主成分3中，城市化的负荷贡献率为0.793。1999年，城市化开始蓬勃发展，城市扩大，建筑物建造。蓬勃发展的城市化需要大量的土地，鼓励合理利用和保护耕地。表3 2008指数Component1联系人2联系我们单位面积劳动力（X1）0.8310.028-0.189城市化率（X2）0.189-0.1570.872灌溉指数（X3）0.5940.2200.505农业投资比例（X4）-0.2410.860-0.151复种指数（X5）0.7660.580-0.044单位面积粮食产量（X6）0.520-0.666-0.198每公顷化肥施用量（X7）-0.6930.5720.178每公顷农业机械（X8）0.8190.466-0.103从2008年的构成矩阵（表3）可以看出，单位面积劳动力的负荷贡献率最大，为0.831，说明当时农民的数量和素质对耕地利用起到了重要作用。第二大负荷是农业机械，其负荷贡献率为0.819，这与耕地发展的实际相吻合，说明随着社会经济的发展，大量的农业机械投入到耕地利用中。也体现了农业机械化水平的提高。农业机械作业已从粮食作物向经济作物延伸，从田间农业向设施农业延伸。农业投资比重对主成分2的贡献最大，贡献率达到0.86。这说明农业经济效益的投入可以大幅度增加耕地王开勇、张鹏燕/IERI Procedia 5（2013）27使用效益。农业投入的资金越多，耕作效率越高，粮食产量也就越高。此外，每公顷化肥施用量和复种指数与耕地利用效益也密切相关，其负荷贡献率分别为0.580和0.572。主成分3中城市化指数和灌溉指数的贡献率分别为0.872和0.505。城市化进程的加快促进了土地利用的集约化;灌溉指数表明，改善现有的灌溉和排水系统，提高水资源利用效率，可以提高土地生产力，促进粮食生产。选取3个主成分，乘以各自的方差贡献率，计算出河南省各地级市当年的耕地利用效益指数。为了避免负数，纸张会移动坐标轴。将计算得到的1999年和2008年耕地利用效益指数分为6个等级。水平越高，耕地利用效益越强。最后利用Arcgis9.3对上述数据进行空间描述（图1）。055 000 110 000220.000米.3500-.5000.5001-1.00001.0001-1.50001.5001-2.00002.0001-2.50002.5001-3.00001999年耕地资源利用效率8王开勇、张鹏燕/IERI Procedia 5（2013）22008年耕地资源利用效率055 000 110 000220.000米.0808-.5000.5001-1.00001.0001-1.50001.5001-2.00002.0001-2.50002.5001-3.0000图1 1999年与2008从表中可以看出，1999年河南省耕地利用效益指数呈南高北低的趋势。城市综合指数最高的是焦作（2.74），其次是济源，第三是鹤壁（2.26，2.01）。这是因为地处黄河之滨的焦作、济源，水资源丰富，灌溉技术成熟，有技术的农民多，种植条件合理，粮食产量高。可以说，在1999年城镇化率和农业投入比重不高的情况下，豫北地区由于水资源和劳动力资源丰富，成为耕地利用效益指数较高的地区。南阳市耕地利用效益最差（0.35），其次是驻马店市（0.61）、信阳市（0.95）、开封市（0.96）、三门峡市（0.98）。南阳地处南阳盆地，与信阳、驻马店等地处于山区丘陵地带，当时科学技术不够发达，化肥施用量和农机化程度不高，粮食产量相对较低，耕地利用效益较低。与1999年相比，2008年耕地利用指数总体偏高，呈东高西低的阶梯状变化趋势。耕地利用效益指数最高的仍是焦作，为2.71，其次是濮阳和漯河，分别为2.28和2.12。耕地利用效益指数较高的区域主要集中在豫东的低洼平原和黄淮平原。该地区耕地资源保护较好，农业投入较大，基础设施完善，自然条件较好，单位面积粮食产量较高，耕地利用效益较好。效益最差的是三门峡市（0.08），其次是洛阳市、郑州市和南阳市，效益指数分别为0.81、0.91和0.92。三门峡市四面环山、丘陵，耕地少，单位面积劳动力少，农业投入少，耕地利用指数最低郑州、洛阳是王开勇、张鹏燕/IERI Procedia 5（2013）29被誉为河南省经济、文化、科技中心。近年来，这两个城市都经历了快速的城市化进程，经济区和开发区蓬勃发展。但由于工业用地较多，复种指数较低，且农民大多转为工人和服务业人员，两市耕地利用效益指数较1999年有所下降。5. 主要结论(1) 通过主成分分析法的检验表明，随着时间的推移，耕地利用效益与区域社会经济发展水平密切相关。耕地利用效益受社会经济条件的影响很大。单位耕地劳动力、城市化率、农业投资比重、单位耕地粮食产量、每公顷耕地化肥用量、每公顷耕地农机使用量等反映了区域经济的总体发展水平，灌溉指数和复种指数属于自然条件，反映了自然条件下栽培作业的集约化程度和生产力。(2) 城市建设和工业占用大量耕地，严重影响耕地利用效益。因此，城市化率、农业投入比例和单位面积生产力对耕地利用效益的结果有不同程度的影响。农民数量的减少表明城市人口的增加，城市化率的提高表明城市化进程的加快和农业向工业的转变。也可以知道，产业规模在扩大，占用的耕地更多。在越来越多的地区，以土地招商引资的行为造成了大量的土地，特别是肥沃的耕地被占用，有些被占用的土地甚至从未使用过。由于被占用的耕地多为中、高产值耕地，且主要分布在高产值城市周边地区，被占用耕地的产值比例远高于该地区的产值比例。与此同时，随着科学技术的迅速发展，每公顷面积上的化肥用量和农业机械的使用量使得单位面积产量不断提高。近年来，国家对耕地保护和粮食生产越来越重视，并将粮食生产和粮食保护纳入了科学的日程。然而，大量使用化肥虽然可以增加粮食产量，但对环境有副作用。引用[1] 王雨萌。耕地利用的外部性及其经济补偿研究。农业经济问题，2007;（3）：52-57。[2] 蔡云龙，傅泽强，等。人均最小耕地面积及其对土地资源优化配置的启示。地理学报，2002; 57（2）：127-134.[3] 朱慧仪，卢长河.延安市耕地变化[4] 马永焕，牛文元。基于粮食安全的中国粮食需求与耕地资源有效性预测。中国软科学，2009;（3）：11-16.[5] 埃里克·利希滕贝格丁成日中国耕地保护政策评析。土地利用政策，2008; 25（1）：59-68。