基于集對(duì)分析的中國(guó)耕地資源安全的時(shí)間演變特征研究

單娜娜 賴 波

(1．浙江大學(xué)東南土地管理學(xué)院，浙江杭州310029，2．新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院土壤肥料研究所，新疆烏魯木齊830000;3．新疆自治區(qū)農(nóng)業(yè)廳土肥站，新疆烏魯木齊830011)

基于集對(duì)分析的中國(guó)耕地資源安全的時(shí)間演變特征研究

單娜娜1，2賴 波3

(1．浙江大學(xué)東南土地管理學(xué)院，浙江杭州310029，2．新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院土壤肥料研究所，新疆烏魯木齊830000;3．新疆自治區(qū)農(nóng)業(yè)廳土肥站，新疆烏魯木齊830011)

本文根據(jù)歷史資料和各位專家的相關(guān)的研究結(jié)果，對(duì)建國(guó)以來(lái)的耕地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了重建，取得了比較可靠的長(zhǎng)時(shí)間序列的耕地?cái)?shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了集對(duì)分析模型，對(duì)建國(guó)以來(lái)的耕地資源的安全態(tài)勢(shì)進(jìn)行了系統(tǒng)的分析。結(jié)果表明，建國(guó)以來(lái)中國(guó)耕地資源安全貼近度呈現(xiàn)波動(dòng)式的變化規(guī)律，耕地資源安全貼近度在0．4的周圍波動(dòng)，隨著時(shí)間的推移，波動(dòng)幅度逐漸變小，趨于平緩。集對(duì)分析很好的體現(xiàn)了耕地系統(tǒng)的確定和不確定性，具有計(jì)算方便、方法簡(jiǎn)單、評(píng)價(jià)客觀、合理等特點(diǎn)。

耕地資源安全;時(shí)間演變特征;貼近度

耕地資源是確保糧食安全的基礎(chǔ)，它在數(shù)量和質(zhì)量上的變化必將影響到糧食的波動(dòng)，從而影響到糧食有效供給及糧食安全水平［1］。解放以來(lái)，我國(guó)人口不斷膨脹，增加了對(duì)住宅、工業(yè)、道路、機(jī)場(chǎng)、娛樂(lè)等的用地需求［2］，耕地區(qū)位條件好、開(kāi)發(fā)成本低，從而成為了流轉(zhuǎn)速度最快的一種土地利用方式，深刻的影響了耕地資源的安全狀態(tài)。

1 研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

1．1 研究方法

1．1．1 集對(duì)分析的概念及基本思路

集對(duì)分析(SPA)核心思想是把客觀事物的確定性測(cè)度與不確定性測(cè)度作為一個(gè)確定不確定系統(tǒng)［3－4］;確定性聯(lián)系分為同一性聯(lián)系和對(duì)立性聯(lián)系，簡(jiǎn)稱為“同聯(lián)系”和“反聯(lián)系”;不確定聯(lián)系稱為差異性聯(lián)系，簡(jiǎn)稱為“異聯(lián)系”;這兩個(gè)集合所有確定性聯(lián)系和不確定性聯(lián)系稱為同異反聯(lián)系，其聯(lián)系程度稱為聯(lián)系度。

1．1．2 聯(lián)系度

設(shè)定在一定的問(wèn)題背景w下，集對(duì)H=(A，B)由兩個(gè)有一定聯(lián)系的集合組成。假設(shè)這個(gè)集對(duì)共有N個(gè)屬性，其中有S個(gè)為集對(duì)中的兩個(gè)集合A、B共有，P個(gè)為兩個(gè)集合對(duì)立，其余的F=N－S－P個(gè)屬性既不對(duì)立也不同一，稱為差異。而聯(lián)系度的表達(dá)式可以描述如下:

1．1．3 集對(duì)分析方法在耕地安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

(1)集對(duì)的構(gòu)建。將集對(duì)分析方法用于對(duì)耕地安全狀態(tài)的描述，就是將區(qū)域耕地資源的指標(biāo)集合A和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)集合B一起構(gòu)成一個(gè)集對(duì)H。通過(guò)集合A中每項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)值與集合B中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行集對(duì)分析，以評(píng)價(jià)一定時(shí)間序列和區(qū)域之間耕地資源安全的高低。

集合A={xhk}為一個(gè)m×n的矩陣，xhk代表的是第h個(gè)樣本，第k個(gè)指標(biāo)的實(shí)際值。B={θk+，θk－}，k=1…n，是每個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值集合，θk代表的是第k個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值。

(2)同異反聯(lián)系的確定。同異反聯(lián)系的確定分兩種情況，第一種為效益型指標(biāo)，第二種為成本型指標(biāo)。

效益型指標(biāo)的同異反聯(lián)系的確定函數(shù)為:

根據(jù)實(shí)際值在安全區(qū)間范圍內(nèi)的相對(duì)隸屬度來(lái)計(jì)算i的值。其中i1代表的是正的不確定關(guān)系，是指標(biāo)值和安全臨界值的歐氏距離，該值越大，i2表示指標(biāo)值越接近安全;代表的是負(fù)的不確定關(guān)系，是指標(biāo)值和不安全臨界值的歐氏距離，該值越大，表示指標(biāo)值越接近不安全。i1和i2的絕對(duì)值是互補(bǔ)的關(guān)系，|i1|+|i2|=1，具體含義是，在聯(lián)系度函數(shù)中，某一指標(biāo)的安全可能性為i1，該指標(biāo)的不安全可能為i2。

(4)貼近度的計(jì)算及等級(jí)的劃分。特定時(shí)間和空間的耕地資源安全的待評(píng)價(jià)集與安全閾值集的貼近度可以定義為:

其中，γ為安全貼近度，N，a，b1，i1的含義同上。根據(jù)安全貼近度，對(duì)耕地資源的安全程度進(jìn)行了劃分，具體等級(jí)劃分見(jiàn)表1。

表1 耕地資源安全程度的劃分標(biāo)準(zhǔn)

1．2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文的耕地面積以及其他與耕地資源安全相關(guān)的指標(biāo)值來(lái)自于《國(guó)土資源公報(bào)1996－2008》，《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2008年》，《新中國(guó)55年統(tǒng)計(jì)資料》，《中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料匯編1949－2004年》，《中國(guó)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》，《中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》，《中國(guó)農(nóng)村住戶調(diào)查年鑒2006》，《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》等資料。

2 結(jié)果與討論

2．1 1949－2007中國(guó)耕地面積的重建

耕地面積是研究耕地資源安全的數(shù)量基礎(chǔ)，建國(guó)以來(lái)，耕地面積數(shù)據(jù)偏差較大。根據(jù)有關(guān)研究，本文對(duì)耕地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了重建。

(1)1949－1960年解放初期。該階段中國(guó)耕地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基本能夠反映中國(guó)耕地資源的數(shù)量與變化趨勢(shì)［5－6］。

(2)1960－2007年耕地面積的重建。1996年全國(guó)第一次土地調(diào)查結(jié)束，該次土地調(diào)查的數(shù)據(jù)成果統(tǒng)一到1996年10月31日這個(gè)時(shí)點(diǎn)，此后土地變更的調(diào)查工作開(kāi)始。1996－2007年的數(shù)據(jù)可以采用國(guó)土資源部每年公布的數(shù)字。由于1995年和1996年的土地?cái)?shù)據(jù)的銜接問(wèn)題，1995和1996年的耕地面積變化沒(méi)有公布，本文則根據(jù)第二次全國(guó)土壤普查的成果，確定了1989年的耕地面積為132 519．5 千 hm2［7］，結(jié)合1986 年以后國(guó)土資源部公布的每年的土地變更的數(shù)據(jù)，對(duì)1985－1995年之間的耕地面積進(jìn)行推算。假設(shè)1961－1984年間耕地的增減變化的統(tǒng)計(jì)是真實(shí)的，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，據(jù)此將1985－1960年間的耕地增減量分配到每一年當(dāng)中。推算出1961－1984年各年的耕地面積(見(jiàn)圖1)。

圖1 1949－2007年的中國(guó)實(shí)有耕地面積和統(tǒng)計(jì)面積變化曲線

從圖1中可以看出，重建后的耕地面積數(shù)據(jù)前后時(shí)段之間具有比較好的銜接性，數(shù)據(jù)序列中沒(méi)有出現(xiàn)耕地?cái)?shù)量的突變點(diǎn)。

2．2 1949－2007年耕地資源安全變化態(tài)勢(shì)分析

2．2．1 耕地資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立及標(biāo)準(zhǔn)集確定

耕地資源安全評(píng)價(jià)體系應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的思想，遵循代表性好、表征性強(qiáng)、獨(dú)立、易于量化，以及資料完整的原則?；诟刭Y源安全的內(nèi)涵分析，建立耕地資源安全評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系(見(jiàn)表2)。

表2 耕地資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及標(biāo)準(zhǔn)集

其中 b1、b6、b7、b8、b9、b10、b11、b12、b13的安全和不安全臨界值根據(jù)文獻(xiàn)整理確定;b2、b3根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織的有關(guān)研究成果確定，b4的不安全臨界值是2003年的貧困人口標(biāo)準(zhǔn)(637元/年)，安全臨界值是2007年的城市人口最低生活保障(2 496元/人)，這兩個(gè)數(shù)值根據(jù)每年的價(jià)格指數(shù)換算成1952年不變價(jià)。

2．2．2 聯(lián)系度的確定

根據(jù)前述的集對(duì)分析的方法，以1952－2007年的各項(xiàng)指標(biāo)值為集合A，標(biāo)準(zhǔn)集為集合B，建立集對(duì)H={A，B}，計(jì)算得出聯(lián)系度(見(jiàn)表3)。

通過(guò)對(duì)各年份指標(biāo)集和標(biāo)準(zhǔn)集的集對(duì)分析，可以得出聯(lián)系度函數(shù)中的各項(xiàng)系數(shù)的取值。從表3中可以看出，聯(lián)系度函數(shù)中的同一度從1952－1990年間在區(qū)間［0．22，0．38］間波動(dòng)，從1991年開(kāi)始，同一度下降，變化區(qū)間變?yōu)椋?．1，0．22］;差異度的變化區(qū)間則在［0．13，0．6］之間，并呈波動(dòng)式的上升;而對(duì)立度在1952－1999年間的變化區(qū)間為［0．3，0．5］，呈下降趨勢(shì)，從 2000 年開(kāi)始開(kāi)始上升，變化區(qū)間為［0．33，0．5］。1952－2007 年間的聯(lián)系度的值除了1952年和1970年略大于0以外，其他的取值均為負(fù)值。i的大小代表的是在不確定因素中靠近安全的程度，b和i的乘積和a累加，表示的是聯(lián)系度中耕地資源現(xiàn)狀和安全的同一程度。在時(shí)間序列中，1970年的同一程度最高，為0．52，同一程度最低的年份出現(xiàn)在1980年，為0．33;大部分年份的同一程度都低于0．5，我國(guó)從解放以來(lái)耕地資源的安全程度一直處于較為危險(xiǎn)的狀態(tài)。

2．2．3 貼近度的計(jì)算及分析

貼近度能更為直觀的反映耕地資源的安全程度，圖2所示，1952－2007年的耕地資源安全的貼近度均小于0．6，遠(yuǎn)小于1，在臨界安全標(biāo)準(zhǔn)以下。整個(gè)時(shí)間序列的耕地資源安全貼近度在0．4上下波動(dòng)。貼近度的變化區(qū)間在［0．34，0．52］之間，根據(jù)耕地資源安全相對(duì)貼近度的定義及分級(jí)，所有時(shí)間段的耕地資源利用都沒(méi)有達(dá)到完全安全的標(biāo)準(zhǔn)，但也沒(méi)有達(dá)到極端危險(xiǎn)的程度。僅有1952年和1970年的相對(duì)貼近度大于0．5，為瀕臨危險(xiǎn)狀態(tài)，其余的都小于0．5，屬于中度危險(xiǎn)和極端危險(xiǎn)。從圖中可以看出，1996年以后耕地資源的安全態(tài)勢(shì)變得更加嚴(yán)峻。耕地資源安全貼近度的波動(dòng)幅度越來(lái)越小，越來(lái)越趨近于0．4，在中度危險(xiǎn)上下徘徊。圖中曲線的走向表明，耕地系統(tǒng)正趨向于平衡態(tài)，但該平衡態(tài)所處安全狀態(tài)級(jí)別過(guò)低，有待于政策等系統(tǒng)外因素的作用，使其躍遷至臨界安全級(jí)別以上。

表3 1952－2007年耕地資源安全聯(lián)系度計(jì)算結(jié)果

圖2 1952－2007年耕地資源安全相對(duì)貼近度

3 結(jié)論

(1)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列的耕地資源安全研究的難點(diǎn)在于1960年以后的耕地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不實(shí)，再加上十年動(dòng)亂，使得我們很難取得可靠的耕地?cái)?shù)量的時(shí)間序列，對(duì)其安全狀況就很難進(jìn)行評(píng)價(jià)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上1949－1995年的耕地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行了重建，取得了較為可靠的耕地?cái)?shù)量時(shí)間序列，為此項(xiàng)研究奠定了基礎(chǔ)。

(2)本文引用集對(duì)分析對(duì)長(zhǎng)時(shí)間序列耕地資源的安全狀況進(jìn)行分析。分析結(jié)果表明，建國(guó)以來(lái)我國(guó)耕地資源的安全狀態(tài)處于一種波動(dòng)的狀態(tài)，基本上圍繞這0．4這個(gè)點(diǎn)進(jìn)行波動(dòng)，隨著時(shí)間的變化，波動(dòng)幅度逐漸變小，逐漸趨于穩(wěn)定。但該穩(wěn)定狀態(tài)屬于中度危險(xiǎn)狀態(tài)點(diǎn)，有待于系統(tǒng)外部力量的作用，使其穩(wěn)定在臨界安全以上的狀態(tài)。

(3)集對(duì)分析很好的體現(xiàn)了耕地資源利用系統(tǒng)的確定和不確定性，具有計(jì)算方便、方法簡(jiǎn)單、評(píng)價(jià)客觀、合理等特點(diǎn)。在對(duì)耕地資源安全的評(píng)價(jià)的實(shí)際應(yīng)用中，也較好的體現(xiàn)了這些特點(diǎn)。但是在進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間序列的研究還是不可避免的出現(xiàn)了一些問(wèn)題，比如在用集對(duì)分析方法時(shí)，要盡量取得平衡數(shù)據(jù)，有些指標(biāo)就不得不舍棄;耕地資源的安全狀態(tài)是和一定時(shí)期的技術(shù)水平以及耕地需求有著密切的關(guān)系，在本文中，將集對(duì)中標(biāo)準(zhǔn)集作為靜態(tài)的指標(biāo)來(lái)處理，而實(shí)際上，標(biāo)準(zhǔn)集也是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的集合。

［1］傅澤強(qiáng)，蔡運(yùn)龍，楊友孝，等．中國(guó)糧食安全與耕地資源變化的相關(guān)分析［J］．自然資源學(xué)報(bào)，2001，16(4):313 －319．

［2］Doos BR．Population growth and loss of arable land，Global Environmental Change［J］．Global Environmental Change ，2002，(12):303 －311．

［3］趙克勤．集對(duì)分析及其初步應(yīng)用［J］．大自然探索，1994，13(1):67－72．

［4］趙克勤，宣愛(ài)理．集對(duì)論:一種新的不確定性理論方法與應(yīng)用［J］．系統(tǒng)工程，1996，14(1):18 －24．

［5］封志明，劉寶勤，楊艷昭．中國(guó)耕地資源數(shù)量變化的趨勢(shì)分析與數(shù)據(jù)重建:1949 －2003［J］．自然資源學(xué)報(bào)，2005，20(1):35 －43．

［6］畢于運(yùn)，鄭振源．建國(guó)以來(lái)中國(guó)實(shí)有耕地面積增減變化分析［J］．資源科學(xué)，2000，22(2):8 －12．

［7］農(nóng)業(yè)部全國(guó)土壤肥料總站中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)自然和農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所．中國(guó)耕地資源及其開(kāi)發(fā)利用［M］．北京:測(cè)繪出版社，1992:9－10．

Temporal Evolution Characteristics of Cultivated Land Resource Security Based on SPA

SHAN Na-na1，2LAI Bo3
(1．College of Public Administration，Zhejiang University，Hangzhou Zhejiang 310029，China;2．The Soil and Fertilizer Research Institute，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences，Urumqi Xinjiang 830000，China;3．Xinjiang Soil and Fertilizer Station，Urumuqi Xinjiang 830011，China)

This paper reconstructs cultivated land data since 1949 to obtain the reliable long-term sequence data of cultivated land，and then based on it，systematically analyses the security situation of cultivated land since 1949 in China by the set pair analysis model(SPA)．The result demonstrates that close degrees of cultivated land resources security fluctuate around 0．4 and become flat with the passage of time．The SPA can well describe the certain and uncertain character istics of cultivated land system．

security of cultivated land resource;temporal evolution characteristics;close degree

F301．2

A

1002－2104(2011)03專－0401－04

2010-11-13

單娜娜，博士生，主要研究方向?yàn)橥恋乩眉肮芾?、耕地保護(hù)。

(編輯:王愛(ài)萍)