赤壁市耕地變化驅(qū)動(dòng)力分析及布局優(yōu)化

摘要：以赤壁市1998-2010年土地及社會(huì)經(jīng)濟(jì)相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用因子分析法和灰色系統(tǒng)預(yù)測法，對該區(qū)域耕地資源的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)力分析和預(yù)測。結(jié)果表明，1998-2010年赤壁市耕地呈先下降后上升趨勢，驅(qū)動(dòng)力主要為經(jīng)濟(jì)因素、農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素和社會(huì)因素等。在此基礎(chǔ)上提出了保護(hù)耕地的建議并進(jìn)行了耕地布局優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：耕地變化； 驅(qū)動(dòng)力分析；布局優(yōu)化；赤壁市

中圖分類號(hào)：F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2013）10-2281-05

耕地資源對于人類社會(huì)的發(fā)展具有極其重要的作用，它是生物得以生存、社會(huì)得以進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)得以發(fā)展的基石[1]。耕地資源的變化是區(qū)域土地利用變化的核心，受自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和歷史等因素的影響，耕地的變化和流向反映了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本態(tài)勢[2，3]。為此，以赤壁市為例，研究其耕地變化的來源和去向，并分析驅(qū)使耕地變化的因素及規(guī)律，進(jìn)而為赤壁市耕地布局優(yōu)化提出相關(guān)建議。

1 研究的理論基礎(chǔ)

1.1 地域分異理論

所謂地域分異是指自然地理環(huán)境各組成要素或自然綜合體沿地表按確定的方向有規(guī)律地發(fā)生分化所引起的差異[4，5]。影響地域分異的基本因素有兩個(gè)：一是地球表面太陽輻射的緯度分帶性，即緯度地帶性因素，簡稱地帶性因素；二是地球內(nèi)能，這種分異因素稱為非緯度地帶性因素，簡稱非地帶性因素[6-8]。支配地域分異現(xiàn)象的客觀規(guī)律也就稱為地域分異規(guī)律，它包括地帶性規(guī)律和非地帶性規(guī)律[9]。

不同地區(qū)土地的數(shù)量、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、環(huán)境狀況、空間分布和利用現(xiàn)狀各異，適宜的開發(fā)利用方式、方向、規(guī)模、水平也不同。同時(shí)，國民經(jīng)濟(jì)各部門對土地?cái)?shù)量、質(zhì)量、性狀的要求不同，各有自己最適宜的分布區(qū)域和地點(diǎn)。因此，要合理利用土地，必須使土地利用方向符合區(qū)域規(guī)律[10]。

1.2 系統(tǒng)理論

系統(tǒng)是由相互制約的各要素組成的具有一定功能的整體，系統(tǒng)論則是應(yīng)用系統(tǒng)思想來研究客觀世界的理論，其基本觀點(diǎn)有整體觀、結(jié)構(gòu)觀、環(huán)境觀、功能觀和演化觀等。系統(tǒng)一般具有以下特點(diǎn)：①系統(tǒng)由要素構(gòu)成，系統(tǒng)通過整體作用支配和控制要素，而要素通過相互作用決定著系統(tǒng)的特性和功能。②任何系統(tǒng)都有一定的結(jié)構(gòu)和功能，系統(tǒng)是功能和結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一體，二者是不可分割的。③系統(tǒng)的屬性主要表現(xiàn)在整體性、動(dòng)態(tài)性、相關(guān)性、層次等級(jí)性和有序性等方面[11-13]。

根據(jù)此次研究方向，可將土地利用系統(tǒng)分為土地利用變化系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)。前者是一個(gè)具有一定結(jié)構(gòu)，各個(gè)組分之間發(fā)生一定聯(lián)系并執(zhí)行一定功能，具有突出動(dòng)態(tài)變化特征的復(fù)合系統(tǒng)，它通常由土地利用主體子系統(tǒng)（土地使用者、管理者）、土地載體子系統(tǒng)、土地利用子系統(tǒng)（資本投入、生產(chǎn)方式）等構(gòu)成[14]；后者是由各種驅(qū)動(dòng)力組成的具有一定新功能的有機(jī)整體，可以分為自然地理驅(qū)動(dòng)力和社會(huì)人文驅(qū)動(dòng)力兩個(gè)組成部分。驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)與土地利用變化系統(tǒng)之間是相互作用、相互影響的，但兩者之間的作用需要借助土地利用決策者和土地覆被這樣的中間環(huán)節(jié)，其基本的作用過程是：驅(qū)動(dòng)力首先影響土地利用的決策者，不同的土地利用決策產(chǎn)生相應(yīng)的土地利用變化，土地利用變化所導(dǎo)致的土地覆被變化又通過各種途徑作用于驅(qū)動(dòng)力，由此完成了驅(qū)動(dòng)力—土地利用決策者—土地利用變化—土地覆被變化—驅(qū)動(dòng)力的循環(huán)作用過程[15，16]。

2 研究區(qū)域概況

赤壁市地處湖北省東南部，長江中游南岸，全市處于幕阜山脈與江漢平原接壤的丘陵地帶，地勢由南向北逐漸傾斜。隔蟠河與湖南省臨湘市接壤，東與咸安區(qū)相鄰，南與崇陽縣交界，東北與嘉魚縣連接，西北隔長江與洪湖市相望，地理位置為北緯29°28′-29°55′，東經(jīng)113°32′-114°13′。擁有長江赤壁深水碼頭，又是國際旅游輪的停靠點(diǎn)，京廣鐵路、107國道、京珠高速公路、武廣高速鐵路、寧樟高速公路貫穿全境，交通便捷。屬于亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，溫暖濕潤，雨量充沛，四季分明，日照充足。

3 數(shù)據(jù)來源及處理方法

3.1 原始數(shù)據(jù)收集

相關(guān)數(shù)據(jù)來源于以下資料：赤壁市社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（1998-2010年），赤壁市土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)，赤壁市土地統(tǒng)計(jì)簿等。

3.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理的軟件包括Excel、SPSS等，圖像處理運(yùn)用MapGIS等軟件。運(yùn)用的數(shù)據(jù)處理方法有因子分析等。

4 耕地變化驅(qū)動(dòng)力分析

4.1 赤壁市耕地現(xiàn)狀及布局分析

根據(jù)土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)，2010年赤壁市耕地總面積為3.44萬hm2，占全市土地總面積的19.97%。赤壁市近50%的耕地都集中在官塘驛鎮(zhèn)、神山鎮(zhèn)、中伙鋪鎮(zhèn)、車埠鎮(zhèn)，其中官塘驛鎮(zhèn)和神山鎮(zhèn)所占比例最高。耕地面積占轄區(qū)面積比例最高的是柳山湖鎮(zhèn)，黃蓋湖農(nóng)場、新店鎮(zhèn)、赤壁鎮(zhèn)和滄湖開發(fā)區(qū)所占比例較高。由圖1可見，赤壁市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地面積占轄區(qū)面積比例波動(dòng)幅度較大，全市耕地分布不均衡。

4.2 耕地變化驅(qū)動(dòng)力分析

4.2.1 驅(qū)動(dòng)力因子分析

1）驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)體系的建立。選取16個(gè)指標(biāo)構(gòu)建赤壁市耕地變化驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)體系如表1。

2）數(shù)據(jù)的獲取及標(biāo)準(zhǔn)化。通過查閱1998-2010年赤壁市相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得到這幾年各變量對應(yīng)的實(shí)際值。在對以上各因子進(jìn)行進(jìn)一步分析時(shí)，為了消除量綱對結(jié)果的影響，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。這里采用以下標(biāo)準(zhǔn)化公式：

Z（xi）=■ （1）

其中Z（xi）為標(biāo)準(zhǔn)化后的值，xi為數(shù)據(jù)實(shí)際值，E（xi）為各樣本數(shù)據(jù)的平均值，D（xi）為各樣本數(shù)據(jù)的方差。標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)均值為0，方差為1。

3）因子分析。選取了16個(gè)變量作為研究的依據(jù)，結(jié)合SPSS軟件采用因子分析法進(jìn)行分析。從各因子對應(yīng)的特征值（圖2）可以看到，主因子數(shù)有3個(gè)，3個(gè)主因子的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率已達(dá)到89.98%，足以說明問題。

為進(jìn)一步簡化結(jié)構(gòu)，使結(jié)果更易于解釋，對載荷矩陣進(jìn)行方差極大正交旋轉(zhuǎn)，經(jīng)5次迭代，得到方差極大正交旋轉(zhuǎn)結(jié)果（表2）。

從因子載荷的數(shù)值大小來看，第一主因子主要由農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值（x9）、國內(nèi)生產(chǎn)總值（x5）、財(cái)政收入（x7）、職工工資總額（x6）、固定資產(chǎn)投資總額（x4）、種植業(yè)產(chǎn)值（x8）、種植業(yè)產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值比例（x12）和機(jī)電排灌面積占耕地面積比例（x16）所決定，這一主因子所反映的信息量占總體的53.74%，可以將這一主因子概括為經(jīng)濟(jì)因素。

第二主因子主要由化肥施用量（x14）、糧食總產(chǎn)量（x3）、糧食作物播種面積占農(nóng)作物播種總面積比例（x11）、糧食作物播種面積（x10）、第一產(chǎn)業(yè)增加值占國民生產(chǎn)總值比例（x13）和機(jī)電排灌面積（x15）決定，這一主因子所反映的信息量占總體的19.59%，可以將這一主因子概括為農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素。

第三主因子主要由年末總?cè)丝冢▁1）和農(nóng)業(yè)人口（x2）決定，這一主因子所反映的信息量占總體的16.65%，可以將這一主因子概括為社會(huì)因素。

由此可以看到，赤壁市耕地變化的驅(qū)動(dòng)力主要為經(jīng)濟(jì)因素，農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素以及社會(huì)因素。

4.2.2 驅(qū)動(dòng)力綜合分析 結(jié)合1998-2010年赤壁市耕地變化的情況（表3）來看，不同時(shí)間段內(nèi)耕地變化的驅(qū)動(dòng)力是有差異的。

第一時(shí)段：1998-2005年。這段時(shí)間內(nèi)耕地總體減少，變化的驅(qū)動(dòng)力主要為經(jīng)濟(jì)因素。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對于區(qū)域土地利用方式包括耕地利用方式起著十分重要的作用。經(jīng)濟(jì)的增長對土地需求的總量水平產(chǎn)生重要影響，還會(huì)不斷改變各種用地類型的比例（例如農(nóng)用地和建設(shè)用地的比例），這是導(dǎo)致耕地資源變化的重要因素之一。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高使得政府對各種基礎(chǔ)設(shè)施的固定投資額增大，必然會(huì)占用大量的耕地，使得耕地?cái)?shù)量減少。同時(shí)，近幾年由于國家一系列“三農(nóng)”優(yōu)惠政策出臺(tái)，以及農(nóng)民外出務(wù)工經(jīng)商，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)一步改善，促使農(nóng)民改善居住條件，分戶建宅或另選交通便利的位置再建新宅，使得農(nóng)村居民點(diǎn)超出控制指標(biāo)。另外1999年國家提出退耕還林（草）政策，隨著國家對生態(tài)環(huán)境保護(hù)和改善力度的加大，從2000年開始赤壁市大于25°的坡耕地生態(tài)退耕還林的面積逐年加大，特別是2001-2003年退耕還林的面積很大，而這期間耕地補(bǔ)充的動(dòng)力不足，也使得耕地減少。

第二時(shí)段：2006-2010年。耕地?cái)?shù)量逐漸增加，變化的驅(qū)動(dòng)力主要為農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素和社會(huì)因素。第一，政府扶持下的土地整理、開發(fā)和復(fù)墾等措施。這些措施使得一些未利用地和建設(shè)用地轉(zhuǎn)化為耕地，加上農(nóng)用地結(jié)構(gòu)的調(diào)整，部分園地和草地也轉(zhuǎn)化為耕地，不僅能彌補(bǔ)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中建設(shè)用地對耕地的占用且還有少量盈余，使得耕地?cái)?shù)量稍有增加。第二，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展使得先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)大量在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用，單位面積耕地產(chǎn)值提高，種植業(yè)效益增加，種植業(yè)逐步由家庭作業(yè)向規(guī)?；?、集約化生產(chǎn)轉(zhuǎn)變，也使得耕地?cái)?shù)量略有增加。第三，人類要生存就會(huì)對糧食產(chǎn)生需求，而人口的增多勢必會(huì)使這種需求越來越大。耕地的數(shù)量和質(zhì)量都要有保證才可以滿足人口對糧食的需求。因此單從人口因素的角度來講，耕地資源的變化與其是分不開的。近幾年赤壁市的人口也有所增加，雖然2010年比2009年人口數(shù)量稍有下降，但是相比2008年人口仍有所增加。人口的增多對糧食的需求更大，在一定程度上使耕地?cái)?shù)量增加。

5 耕地布局優(yōu)化

既然赤壁市的耕地在不斷減少，在切實(shí)保護(hù)耕地的同時(shí)更要合理利用耕地，因地制宜地對耕地進(jìn)行合理布局[5]。首先對未來耕地面積作預(yù)測，以2010年為基期，選取未來5年作為預(yù)測時(shí)長，采用灰色系統(tǒng)預(yù)測法進(jìn)行預(yù)測。

與傳統(tǒng)預(yù)測模型相比，采用灰色系統(tǒng)預(yù)測建立的數(shù)字分析模型不僅適用樣本數(shù)量較少、波動(dòng)較大的數(shù)列，而且淡化了誤差積累，可用于未來時(shí)段系統(tǒng)的預(yù)測。下面針對時(shí)間序列的GM（1，1）建模。

由于原始數(shù)據(jù)模型不能通過檢驗(yàn)，繼而對殘差序列進(jìn)行建模分析，通過五次殘差序列建模分析，得預(yù)測模型為：

■ ■（t+1）=-5.048 378e-0.114 204t+5.473 846

其中x為預(yù)測時(shí)間點(diǎn)的耕地面積，t為預(yù)測的時(shí)間點(diǎn)與基期年的差值。

對于GM（1，1）模型的擬合精度檢驗(yàn)，常采用后驗(yàn)差檢驗(yàn)。用后驗(yàn)差比值C及小誤差概率P來確定模型的精度等級(jí)。經(jīng)精度檢驗(yàn)，對當(dāng)前模型的評(píng)價(jià)為：

C=0.265 3，很好；P=1.000 0，很好。

用灰色模型求得未來5個(gè)時(shí)刻，即2011、2012、2013、2014、2015年的耕地面積預(yù)測值分別為3.351萬、3.352萬、3.360萬、3.376萬、3.401萬hm2。

由以上結(jié)果可知，由灰色系統(tǒng)預(yù)測法預(yù)測的2011年耕地面積為3.351萬hm2，2015年耕地面積為3.401萬hm2?？梢姼孛娣e還是有增加的趨勢，但有效補(bǔ)充耕地是一項(xiàng)長遠(yuǎn)的工作，需要政府和群眾各方面力量的支持和共同努力，近期解決耕地減少問題稍顯困難，但隨著耕地保護(hù)措施的不斷實(shí)施，定會(huì)在一定程度上保持耕地資源動(dòng)態(tài)平衡。

結(jié)合預(yù)測結(jié)果，根據(jù)目前赤壁市各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的特色農(nóng)業(yè)，可按發(fā)展方向?qū)⒏鬣l(xiāng)鎮(zhèn)或區(qū)域分為以下幾個(gè)布局優(yōu)化類型（表4），優(yōu)化示意圖見圖3。

6 建議

隨著赤壁市國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平將會(huì)不斷提高，對耕地的需求也會(huì)不斷增加，建議赤壁市在實(shí)施保護(hù)耕地措施時(shí)考慮以下幾點(diǎn)：

1）嚴(yán)格執(zhí)行保護(hù)耕地的政策法規(guī)，切實(shí)保護(hù)耕地和基本農(nóng)田。我國目前耕地保護(hù)方面的政策例如基本農(nóng)田保護(hù)制度、土地用途管制制度等，可以在很大程度上保護(hù)耕地，但往往會(huì)因?yàn)閳?zhí)行不嚴(yán)而使制度弱化。

2）嚴(yán)格控制建設(shè)用地占用耕地，實(shí)現(xiàn)占補(bǔ)平衡。建設(shè)用地占用耕地不可避免，但是一定要適度占用，并且做到“占一補(bǔ)一”，保持耕地總量動(dòng)態(tài)平衡。

3）加強(qiáng)土地開發(fā)整理力度，多渠道補(bǔ)充耕地?cái)?shù)量。土地開發(fā)和整理是補(bǔ)充耕地的重要方式。如宜耕未利用地開發(fā)、充分利用閑置地、將超出控制標(biāo)準(zhǔn)的居民點(diǎn)用地復(fù)墾為耕地，都是擴(kuò)大耕地面積的良好途徑。

4）推廣農(nóng)業(yè)新技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值。耕地資源是有限的，如何利用有限的資源最大限度地產(chǎn)生農(nóng)業(yè)價(jià)值是值得思考的問題。不斷引進(jìn)新技術(shù)來支持農(nóng)業(yè)發(fā)展，對于提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 尹力軍，張新鋒，郝瑞彬. 基于主成分分析的河北省耕地資源驅(qū)動(dòng)力研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（22）：10596-10598.

[2] 廖 玉. 黔江區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)力研究[D].重慶：西南大學(xué)，2008.

[3] UPEP-EAPAP. Land Cover Assessment and Monitoring，Volume 1-A， Overall Methodological Framework and Summary[M]. Bankok： UNEP-EAPAP，1995.

[4] 趙曉麗，張?jiān)鲈敚?鄒亞榮，等.中國華北地區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化特點(diǎn)分析[J].國土資源遙感，2002（2）：23-28.

[5] LIU M，HU Y M，CHANG Y，et al. Land use and land cover change analysis and prediction in the upper reaches of the Minjiang River，China [J]. Environmental Management，2009， 43：899-900.

[6] 擺萬奇，閻建忠，張鏡鏗.大渡河上游地區(qū)土地利用/土地覆被變化與驅(qū)動(dòng)力分析[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2004，23（1）：71-78.

[7] 何書金，李秀彬，朱會(huì)義，等.環(huán)渤海地區(qū)耕地變化及動(dòng)因分析[J].自然資源學(xué)報(bào)，2002，17（3）：345-352.

[8] 張海龍，蔣建軍，解修平，等.近25年來西安地區(qū)土地利用變化及驅(qū)動(dòng)力研究[J].資源科學(xué)，2006，28（4）：71-77.

[9] 周于翔.重慶市農(nóng)用地動(dòng)態(tài)變化及其驅(qū)動(dòng)力研究[D].南寧：廣西大學(xué)，2008.

[10] 黨國鋒. 定西市耕地資源變化社會(huì)驅(qū)動(dòng)力及模型研究[J].水土保持研究，2007，14（6）：380-383，387.

[11] 吳 業(yè)，楊桂山，萬榮榮，等.蘇州市耕地面積變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)力差異性分析[J].地理與地理信息科學(xué)，2007，23（2）：75-79.

[12] 唐 毅.近15年沽源縣耕地面積變化驅(qū)動(dòng)力分析與土地持續(xù)利用研究[D].北京：首都師范大學(xué)，2008

[13] 白利妮.貴州典型喀斯特地區(qū)不同尺度土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力研究[D].貴陽：貴州師范大學(xué)，2004.

[14] 李 寧.土地利用總體規(guī)劃指標(biāo)時(shí)空分配研究——以濟(jì)南市為例[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2006.

[15] 擺萬奇，趙士洞.土地利用變化驅(qū)動(dòng)力系統(tǒng)分析[J].資源科學(xué)，2001，5（3）：39-41.

[16] 唐啟義，馮明光. DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)——實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、統(tǒng)計(jì)分析及數(shù)據(jù)挖掘[M].北京：科學(xué)出版社，2007.