基于主成分分析法的宜昌市耕地利用效益變化分析*

何國(guó)松，周亞欣，金 賚，李雪原

(1.湖北科技學(xué)院 資源環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 咸寧 437100;2.華中師范大學(xué) 城環(huán)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

基于主成分分析法的宜昌市耕地利用效益變化分析*

何國(guó)松1，周亞欣1，金 賚2，李雪原2

(1.湖北科技學(xué)院 資源環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 咸寧 437100;2.華中師范大學(xué) 城環(huán)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

耕地是農(nóng)民收入的重要來源，也是保證國(guó)家糧食安全和生態(tài)安全的基本條件.通過構(gòu)建耕地利用效益評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系，采用主成分分析對(duì)宜昌市近20年耕地利用效益進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明:(1)近20年來湖北省宜昌市耕地利用效益總體不斷提高.(2)耕地經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的提高主要由于科技進(jìn)步而耕地生態(tài)效益的下降主要由于化肥農(nóng)藥的大量使用以及能耗的增加.因此，應(yīng)加大農(nóng)業(yè)科技投入，注意保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)，減少農(nóng)藥化肥的使用，加強(qiáng)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè).

耕地利用效益;主成分分析法 ;宜昌市

引 言

耕地是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本的生產(chǎn)資料，耕地的收益是農(nóng)民收入的重要來源，也是保證國(guó)家糧食安全的基本條件，同時(shí)耕地的生態(tài)功能也受到越來越多的重視.因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)耕地利用進(jìn)行了大量的研究，首先是用途轉(zhuǎn)移引起的耕地面積時(shí)空格局變化，尤其是1978年以后，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展，占用耕地現(xiàn)象始終未得到有效控制，很多學(xué)者從不同角度研究了我國(guó)不同區(qū)域耕地利用變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制［1～3］，其次研究耕地質(zhì)量、質(zhì)量空間格局變化以及對(duì)耕地進(jìn)行集約評(píng)價(jià)［4～6］，最后從耕地的糧食安全角度進(jìn)行研究［4～6］，但對(duì)耕地的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、綜合評(píng)價(jià)研究比較少，本文以湖北省宜昌市為例，利用主成分分析法對(duì)19年來的耕地效益及驅(qū)動(dòng)因子進(jìn)行研究，從而促進(jìn)耕地利用的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)功能的協(xié)調(diào)發(fā)展.

1 研究區(qū)域概況

宜昌市位于湖北省西部，位于東經(jīng)110°15'－112°04'，北緯29°56'－31°34'之間，東鄰荊州市和荊門市，南抵湖南省石門縣，西接恩施土家族苗族自治州，北靠神農(nóng)架林區(qū)和襄陽市.為長(zhǎng)江上游與中游分界處，鄂西秦巴山脈和武陵山脈向江漢平原的過渡地帶，地勢(shì)西高東低，地貌復(fù)雜多樣.全市共轄五縣(遠(yuǎn)安縣、興山縣、秭歸縣、長(zhǎng)陽土家族自治縣、五峰土家族自治縣)三個(gè)縣級(jí)市(宜都市、當(dāng)陽市、枝江市)五區(qū)(夷陵區(qū)、西陵區(qū)、伍家崗區(qū)、點(diǎn)軍區(qū)、猇亭區(qū))，總?cè)丝?15萬;總面積2.1萬平方公里.宜昌地貌自南向北為平原、丘陵、山區(qū)，氣候兼有南北之優(yōu)，土地肥沃，是重要糧棉油生產(chǎn)基地.

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來源于《宜昌市統(tǒng)計(jì)年鑒》(1996－2010)，《宜昌地區(qū)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》(1990－1995)，《湖北省統(tǒng)計(jì)年鑒》(1990－2010)，為了便于計(jì)算取 1990、1995、2000、2005、2010 年五個(gè)年度數(shù)據(jù).

2.2 研究方法

2.2.1 綜合評(píng)價(jià)函數(shù)構(gòu)造

主要是運(yùn)用主成分分析法來評(píng)價(jià)耕地利用效益，主成分分析法的核心是通過主成分分析，選擇m個(gè)主分量y1，y2，…，ym，以每個(gè)主因子的yi的方差貢獻(xiàn)率ai作為權(quán)重，構(gòu)造綜合評(píng)價(jià)函數(shù):

其中，yi(i=1，2，…，m)為第 i個(gè)主成分的得分;ai為各主因子的權(quán)重.

2.2.2 因子權(quán)重確定

綜合評(píng)價(jià)函數(shù)中的權(quán)重ai(i=1，2，…，m)根據(jù)方差的貢獻(xiàn)率確定的，計(jì)算方法如下:

其中a為權(quán)重矩陣，ai(i=1，2，…，m)為各主因子的權(quán)重，λi(i=1，2，…，m) 為各主因子貢獻(xiàn)率.

3 宜昌市耕地土地利用效益的評(píng)價(jià)

3.1 耕地土地利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

3.1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

耕地本身就是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，構(gòu)建指標(biāo)體系要考慮各個(gè)方面的系統(tǒng)功能，應(yīng)反映耕地利用的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益，因此本文根據(jù)指標(biāo)體系選取的科學(xué)性與操作性，資源與環(huán)境相適應(yīng)，系統(tǒng)性與層次性相結(jié)合的原則，建立耕地利用效益的指標(biāo)體系，選擇了24個(gè)指標(biāo)，其中經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)體系10個(gè)，社會(huì)效益、生態(tài)效益指標(biāo)各7個(gè).如表1所示:

表1 耕地利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.1.2 指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

首先對(duì)綜合指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行一致化處理，本文將各類型指標(biāo)統(tǒng)一處理為極大型指標(biāo)，然后，為了消除由于各項(xiàng)指標(biāo)量綱不同以及數(shù)值間的懸殊差別帶來的影響，避免不合理現(xiàn)象的發(fā)生，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)作無量綱化處理.處理結(jié)果如表2.

表2 耕地利用效益評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值

3.2 綜合評(píng)價(jià)的計(jì)算與分析

3.2.1 綜合評(píng)價(jià)的計(jì)算

把表2數(shù)據(jù)代入SPSS軟件，利用公式1，通過主成分分析，計(jì)算出近20年宜昌市耕地利用效益評(píng)價(jià)值;為了便于分析，將綜合評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行處理，以便結(jié)果為正.見圖1.

圖1 1990－2010年宜昌市耕地利用效益變化

3.2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

從圖1可以看出:近20年來，宜昌市耕地利用綜合效益總體上是不斷提高的，從1990年得59.26上升到2010年的60.99，具體講，經(jīng)濟(jì)效益從 58.98 上升到 60.79，社會(huì)效益從58.99上升到 61.22，但生態(tài)效益從 61.13 下降到59.35.經(jīng)濟(jì)效益的提高主要得益于科技進(jìn)步，根據(jù)主成分分析結(jié)果，對(duì)經(jīng)濟(jì)效益貢獻(xiàn)較大的主要為耕地生產(chǎn)力、勞動(dòng)生產(chǎn)率.每公頃耕地的產(chǎn)值從1990年的0.62萬元增加到2010年的5.02萬元，增加了8.09倍，平均每個(gè)勞力的糧食產(chǎn)出從 1990年的14 051.97千克增加到 2010年的20 913.41千克，阻礙經(jīng)濟(jì)效益提高的因素主要為物耗的增加，物耗從1990年的97 933萬元增加到2010年的474 200萬元;對(duì)于耕地利用社會(huì)效益的提高主要由于人均糧食的提高，農(nóng)業(yè)供養(yǎng)能力增強(qiáng)以及農(nóng)民人均純收入的提高.生態(tài)環(huán)境效益的降低主要由于化肥、農(nóng)藥的大量使用，以及能耗的增加和灌溉條件的降低，化肥施用量從1990年的119 300噸上升到2010年的357 300噸，農(nóng)用地耗電從1990年的19 774萬千瓦時(shí)增加到2010年的66 413萬千瓦時(shí)而有效灌溉面積在減少，從1990年的122 306.67公頃減少到106 430公頃.

4 結(jié)論與建議

4.1 近20年來湖北省宜昌市耕地利用效益是不斷緩慢提高，其中，經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益有一定的提高，但耕地的生態(tài)效益一直在緩慢下降.

4.2 經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的提高主要由于科技進(jìn)步使耕地生產(chǎn)力、勞動(dòng)生產(chǎn)率、耕地的供養(yǎng)能力、農(nóng)民的人均收入得到提高.而耕地生態(tài)效益的下降主要由于化肥農(nóng)藥的大量使用以及能耗的增加，農(nóng)田水利投入的不足等.因此，應(yīng)加大農(nóng)業(yè)科技投入，注意保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)，減少農(nóng)藥化肥的使用，積極進(jìn)行耕地的整治，加強(qiáng)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建立耕地環(huán)境質(zhì)量安全體系.

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F301.24

A

1006－5342(2012)06－0001－02

2012－03－15

國(guó)家自然科學(xué)基金(41071242);湖北省教育廳科研計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(D20122801)