黑龍江省耕地集約利用驅(qū)動因素分析

倪 超，楊勝天，羅秋濱，郭 紅，董 雋，高 鵬

（1.哈爾濱學(xué)院 地理系，哈爾濱150086；2.北京師范大學(xué) 地理學(xué)與遙感科學(xué)學(xué)院，遙感科學(xué)國家重點實驗室，環(huán)境遙感與數(shù)字城市北京市重點實驗室，北京100875；3.哈爾濱學(xué)院 工學(xué)院計算機系，哈爾濱150086）

土地利用覆蓋變化是目前全球環(huán)境變化的主要原因［1－2］，越來越 成 為 國 際 學(xué) 術(shù) 界 的 研 究 熱 點［3］。 其核心內(nèi)容之一是土地利用的驅(qū)動機制研究［4］。耕地作為土地的精華［5］，是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)［6］。但在社會經(jīng)濟快速發(fā)展的進程中，保護耕地紅線“硬指標(biāo)”與經(jīng)濟建設(shè)土地“硬需求”之間的矛盾愈發(fā)突出［7］。在此背景下，耕地集約利用成為既保障糧食安全，又兼顧經(jīng)濟發(fā)展的必然選擇。而提高耕地利用集約度更重要的是分析其影響因素及作用機理［8］。因此，耕地集約利用驅(qū)動力研究是應(yīng)予以關(guān)注的重要課題。當(dāng)前，對耕地集約利用的研究主要側(cè)重于集約度評價上，而對耕地集約利用的驅(qū)動因素研究涉及較少［9－12］，現(xiàn)有研究方法以主成分分析法［12－14］和相關(guān)分析法［11，15］等為主，灰色關(guān)聯(lián)法和通徑分析法的應(yīng)用并不多見；指標(biāo)選取以自然和社會經(jīng)濟因素為主［6，13－14］，對科技和政策因素考慮不多。

作為中國最大的商品糧生產(chǎn)基地，黑龍江省憑借豐富的耕地資源和肥沃的優(yōu)質(zhì)土壤在保障國家糧食安全戰(zhàn)略中占據(jù)重要地位。但由于歷史開發(fā)年代較早以及耕作方式不合理等原因?qū)е滤亮魇?、土壤鹽堿和沙化等生態(tài)問題日益嚴(yán)重，勢必給糧食生產(chǎn)造成諸多不利影響。本研究采用灰色關(guān)聯(lián)法和通徑分析法對黑龍江省耕地集約利用驅(qū)動力進行研究，旨在探尋黑龍江省耕地集約利用的主要驅(qū)動因素，并對各驅(qū)動因素之間的相互關(guān)系進行深入分析，這對克服耕地利用中的不利因素、提高耕地集約度水平和增加糧食產(chǎn)量具有重要的現(xiàn)實意義。

1 數(shù)據(jù)來源及研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于中國統(tǒng)計年鑒（1981—2011年）、中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年鑒（1987—2011年）、黑龍江統(tǒng)計年鑒（1987—2011年）、黑龍江省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報（1995—2010年）以及有關(guān)部門的研究報告等。

1.2 研究方法

1.2.1 灰色關(guān)聯(lián)法 灰色關(guān)聯(lián)法根據(jù)評價因素間發(fā)展態(tài)勢的相似和相異性尋求主要影響因素及影響程度［16］，具有所需樣本數(shù)據(jù)不多、計算簡單易行、分析結(jié)果可靠等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)科學(xué)、資源環(huán)境等眾多領(lǐng)域。計算步驟如下［16］：

（1）確定分析序列。通常將母序列記作X0（t）＝｛x0（1），x0（2），…，x0（n）｝，（k＝1，2，…，n）；子序列記作Xi（t）＝｛xi（1），xi（2），…，xi（n）｝，（i＝1，2，…，m）。

（2）原始數(shù)據(jù)預(yù)處理。目的是消除量綱的不利影響，目前應(yīng)用較多的方法有初值化變換、均值化變換、極差化變換、滑動平均變換等。

（3）計算關(guān)聯(lián)系數(shù)

式中：L0i（k）——關(guān)聯(lián)系數(shù)；Δ0i（k）——k時刻兩比較序列的絕對差；Δmin——所有比較序列在各個時刻絕對差中的最小值；Δmax——所有比較序列在各個時刻絕對差中的最大值；ρ——分辨系數(shù)。

（4）關(guān)聯(lián)度計算和排序

式中：r0i——子序列i與母序列的關(guān)聯(lián)度；N——兩比較序列的長度。

1.2.2 通徑分析法 通徑分析的基本思想是從假設(shè)變量間的直接關(guān)系出發(fā)，通過估計變量間的相關(guān)系數(shù)和函數(shù)，來評價這些變量的作用及相互間的關(guān)系［17］。與多元回歸分析法相比，其主要優(yōu)勢在于既可反映自變量與因變量之間的直接作用，又可描述因素間的間接關(guān)系。計算步驟如下［17］：

（1）根據(jù)最小二乘法原理，對線性回歸方程y＝β0＋β1x1＋β2x2＋…＋βnxn進行數(shù)學(xué)變換，得正規(guī)矩陣方程

式中：y——因變量；xi（i＝1，2，…，n）——n 個自變量；rxixj——xi和xj的簡單相關(guān)系數(shù)；rxiy——xi和y的簡單相關(guān)系數(shù)；Pyxi——xi對y 的直接通徑系數(shù)。

（2）將矩陣方程轉(zhuǎn)換成線性方程組，求通徑系數(shù)Pyxi

2 黑龍江省耕地集約利用驅(qū)動因素定量分析

驅(qū)動力是導(dǎo)致土地利用方式和目的發(fā)生變化的物質(zhì)環(huán)境和社會經(jīng)濟等人文因素［18］。通過對相關(guān)文獻進行梳理，耕地集約利用是自然條件和社會經(jīng)濟發(fā)展共同作用的結(jié)果，有著深刻的自然、經(jīng)濟與社會背景。既受氣候變化和環(huán)境因素等自然驅(qū)動力的綜合影響，也與人口增長、產(chǎn)業(yè)政策、城鎮(zhèn)化進程和經(jīng)濟發(fā)展等人文驅(qū)動力密切相關(guān)。

2.1 驅(qū)動因素選取

在相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上［6，9，13－14，19－22］，結(jié)合黑龍江省實際情況，從自然、人口、政策、科技和社會經(jīng)濟因素5個方面選取30個指標(biāo)作為影響黑龍江省耕地集約利用的驅(qū)動因素（表1）。

2.2 結(jié)果與分析

2.2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析 將耕地集約利用影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度按數(shù)值大小進行排序，結(jié)果見表2。

（1）自然因素的平均關(guān)聯(lián)度最大，表明它是影響耕地集約利用變化的首要因素。其中，人均耕地面積、防澇治理率和年日照時數(shù)與耕地集約利用的單項關(guān)聯(lián)度較高。① 人均耕地面積對耕地集約利用的影響因社會經(jīng)濟發(fā)展的不同而存在差異。社會經(jīng)濟發(fā)展初期，提高作物產(chǎn)量需要以增加農(nóng)業(yè)投入來完成，耕地經(jīng)營模式以集約利用為主；市場經(jīng)濟時期，生產(chǎn)利潤的趨動使耕地集約利用程度隨之提高。建國至今，由于人口的迅速增長和工業(yè)化的快速發(fā)展，黑龍江省人均耕地面積呈明顯下降趨勢，耕地利用集約度有所增加。② 自然災(zāi)害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響極大，治理洪澇災(zāi)害在一定程度上相當(dāng)于增加耕地面積和提高耕地產(chǎn)出。據(jù)統(tǒng)計，研究期間黑龍江省通過啟用排澇設(shè)備對受澇地區(qū)提前整地以減輕澇情，使除澇治理率大幅提高，有力保證了糧食增產(chǎn)增收。③ 光照對農(nóng)作物的生長成熟起著決定性的作用，它對耕地集約利用變化的影響主要通過農(nóng)作物來實現(xiàn)。黑龍江省年日照時數(shù)多在2 400h左右，其中生長季日照時數(shù)占總?cè)照諘r數(shù)的44%左右，豐富的光照資源有利于耕地的集約利用。

表1 黑龍江省耕地集約利用驅(qū)動指標(biāo)

（2）人口因素對耕地集約利用的影響作用次之?？?cè)丝?、非農(nóng)人口比重和農(nóng)業(yè)技術(shù)人員的關(guān)聯(lián)度較高，說明人口在數(shù)量、構(gòu)成和素質(zhì)三方面對耕地集約利用均有較大影響。① 人口的迅速膨脹導(dǎo)致對工業(yè)和市政設(shè)施等建設(shè)用地的需求增大，大量耕地被非農(nóng)建設(shè)用地占用，耕地數(shù)量的減少迫使耕地利用方式由粗放經(jīng)營向集約經(jīng)營方向轉(zhuǎn)變；同時，為滿足人們的生活所需，需要更多的耕地生產(chǎn)更多的糧食?？傮w來看，人口數(shù)量的增多不利于耕地的集約利用。② 耕地集約利用水平的提高并非單純依靠增加農(nóng)業(yè)勞動力數(shù)量，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展在一定程度上可以解放勞動力，因此非農(nóng)業(yè)人口比重變化可以反映耕地的集約度水平。非農(nóng)業(yè)人口比重越大，表明從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的勞動力數(shù)量越少，耕地集約利用水平越高；相反，耕地利用以勞動密集型為主。③ 農(nóng)業(yè)勞動力科學(xué)文化水平越高，越容易掌握先進的科學(xué)技術(shù)進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，有利于提高耕地的集約利用水平；反之亦然。數(shù)據(jù)表明，1949—2008年黑龍江省總?cè)丝诠苍黾? 821.5萬，非農(nóng)業(yè)人口比重由26.27%增長到55.66%，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員的年增長率也在2.35%左右。而同一時期人均耕地面積卻由最初的0.56hm2下降到0.32 hm2。非農(nóng)業(yè)人口比重和農(nóng)業(yè)技術(shù)人員的增加有利于全省耕地集約利用水平的提高，而人口數(shù)量的增加在一定程度上對耕地利用的集約程度造成阻礙。

（3）社會經(jīng)濟因素對耕地集約利用的影響程度排在第三位，平均關(guān)聯(lián)度為0.956 37。① 城市化水平的關(guān)聯(lián)度值在30個指標(biāo)中排在第1位，說明此指標(biāo)是影響耕地集約利用最重要的因素。城市化進程加快使城市文化、生活方式和價值觀不斷涌向農(nóng)村，人們對城鎮(zhèn)用地的需求隨之增加，原有用地格局的相應(yīng)變化必然對耕地利用方式產(chǎn)生重大影響。建國初期黑龍江省城市化水平僅為26.27%，而2008年已達到55.40%，62a間增加了29.13%，全省在快速城市化的進程中，耕地集約利用程度受到一定影響。② 根據(jù)經(jīng)濟學(xué)供求原理，糧食收購價格上漲，農(nóng)民在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中獲得的利益增加，有利于激發(fā)農(nóng)民農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的積極性，耕地集約利用程度將隨農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率而提高。1986—2008年黑龍江省糧食收購價格指數(shù)呈波動式變化，根據(jù)上述原理，不同時期會對耕地集約利用程度產(chǎn)生相應(yīng)影響。③ 糧食單產(chǎn)的灰色關(guān)聯(lián)度在30個指標(biāo)中排在第9位，此指標(biāo)與耕地集約利用的相關(guān)程度較大。研究期間全省糧食單產(chǎn)由1986年的3 108kg／hm2增加到2008年的3 845kg／hm2。這與近年來黑龍江省通過大興農(nóng)田水利、推進農(nóng)業(yè)裝備現(xiàn)代化、更新改良品種、推廣科學(xué)栽培技術(shù)等措施提高糧食綜合生產(chǎn)能力有關(guān)。

（4）科技因素在五大因素中排在第四位，科技進步可以推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，進而影響耕地利用的集約程度。單位耕地農(nóng)業(yè)機械動力投入關(guān)聯(lián)度值高于科技因素平均關(guān)聯(lián)度值，在所研究的30個指標(biāo)中排名第10位。農(nóng)業(yè)機械化水平的提高，可以解放更多的農(nóng)業(yè)勞動力，有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，從而促進耕地集約利用水平的不斷提高。研究期間黑龍江省單位耕地農(nóng)業(yè)機械動力投入大幅度增加，由1.054 5增加到2.532 8。主要原因是近年來國家大力支持糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展，在農(nóng)機具購置補貼政策的帶動下，全省農(nóng)業(yè)機械化實現(xiàn)跨越式發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械化程度和農(nóng)業(yè)機械裝備水平居全國前列，農(nóng)機裝備數(shù)量和質(zhì)量同步發(fā)展，這為全省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了堅實支撐。據(jù)專家測算，在全省農(nóng)業(yè)增產(chǎn)中農(nóng)機化貢獻率已經(jīng)超過30%，農(nóng)機化對黑龍江省農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食增產(chǎn)做出了重大貢獻。此外，單位耕地化肥使用量、有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)科研支出也在某種程度上與耕地集約利用呈一定的相關(guān)關(guān)系。

（5）政策因素在5大因素中對耕地集約利用的影響最小，其中個別指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度在所有單項指標(biāo)排序中也較為靠后。糧食直補、取消農(nóng)業(yè)稅等一系列惠農(nóng)政策有利于提高農(nóng)民生產(chǎn)積極性和減輕農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入，對促進耕地集約利用程度的提升起到正面影響。但城市化進程中，房地產(chǎn)和開發(fā)區(qū)建設(shè)政策也在一定程度上導(dǎo)致大量耕地被非農(nóng)用地占用，耕地面積的減少對耕地集約利用造成較大影響。因此，提高耕地利用集約度的前提之一是充分發(fā)揮政策因素的積極作用。

表2 黑龍江省耕地集約利用影響因素灰色關(guān)聯(lián)分析

2.2.2 通徑分析 為進一步探討耕地集約利用與各影響因素之間的關(guān)系，將耕地集約利用水平作為因變量y，城市化水平、人均耕地面積、除澇治理率、總?cè)丝?、年日照時數(shù)、農(nóng)業(yè)技術(shù)人員、糧食收購價格、非農(nóng)業(yè)人口、糧食單產(chǎn)分別作為自變量 X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9。由于顯著水平服從正態(tài)分布，建立回歸方程并進行顯著性檢驗，P＝0＜0.0001，R2＝0.945，誤差為5.5%，經(jīng)計算得通徑系數(shù)，結(jié)果見表3。

從總效應(yīng)上看，耕地集約利用相關(guān)系數(shù)從大到小排序依次是農(nóng)業(yè)技術(shù)人員＞除澇治理率＞城市化水平＞非農(nóng)業(yè)人口＞總?cè)丝冢炯Z食單產(chǎn)＞人均耕地面積＞糧食收購價格＞年日照時數(shù)。除年日照時數(shù)與耕地集約利用呈負(fù)相關(guān)外，其余因素均與耕地集約利用呈正相關(guān)關(guān)系。在正相關(guān)關(guān)系中，除糧食收購價格和人均耕地面積的相關(guān)系數(shù)較小外，其余因素均與耕地集約利用呈較顯著或極顯著關(guān)系。農(nóng)業(yè)技術(shù)人員在9個因素中排名第1位，相關(guān)系數(shù)明顯大于總?cè)丝诤头寝r(nóng)業(yè)人口，說明人口素質(zhì)是影響耕地集約利用的首要因素。農(nóng)業(yè)技術(shù)人員具有較高的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)知識和技能，善于采用先進科學(xué)技術(shù)和管理理念進行農(nóng)業(yè)耕作，在一定程度上有利于耕地集約利用水平的提高。除澇治理率的總效應(yīng)排在第2位，洪澇災(zāi)害不僅毀壞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施，而且減少耕地面積，通過洪澇災(zāi)害治理可以在一定程度上提高耕地集約利用程度。黑龍江省農(nóng)業(yè)有“十年九澇”一說，研究期間除澇治理率由43.9%增加到74.4%，這與全省積極采取多種排澇措施，治理力度不斷加大有關(guān)。城市化水平總效應(yīng)排在第3位，表明此指標(biāo)是影響耕地集約利用的第三大因素。盡管糧食單產(chǎn)與耕地集約利用的直接效應(yīng)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但間接效應(yīng)對直接效應(yīng)的提升作用增強了其總效應(yīng)的位次。人均耕地面積總效應(yīng)值較低，但此指標(biāo)的增加有利于耕地集約利用水平的提高。研究期間黑龍江省人均耕地面積呈下降趨勢，這對全省的耕地集約利用造成一定不利影響。在對耕地集約利用呈正相關(guān)關(guān)系的指標(biāo)中，糧食收購價格的總排序較為靠后，表明此指標(biāo)的影響程度較弱，但糧食收購價格的增加可以使農(nóng)民獲得的經(jīng)濟收益增加，農(nóng)民農(nóng)業(yè)生產(chǎn)積極性的提高有利于對耕地進行集約利用。年日照時數(shù)的總效應(yīng)與耕地集約利用呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但其直接效應(yīng)與因變量卻呈正相關(guān)關(guān)系，這主要是間接效應(yīng)對直接效應(yīng)的抑制作用降低了總效應(yīng)的排名。

表3 耕地集約利用相關(guān)系數(shù)剖分結(jié)果

從直接效應(yīng)上看，各影響因素與耕地集約利用的直接通徑系數(shù)從大到小的排序依次是城市化水平＞非農(nóng)業(yè)人口＞除澇治理率＞農(nóng)業(yè)技術(shù)人員＞人均耕地面積＞糧食收購價格指數(shù)＞年日照時數(shù)＞糧食單產(chǎn)＞總?cè)丝?。總效?yīng)和直接效應(yīng)無論在數(shù)值上還是在排序上都略有不同。在數(shù)值方面，總?cè)丝诤图Z食單產(chǎn)與耕地集約利用均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明人口的增加不利于耕地的集約利用，主要原因是非農(nóng)建設(shè)用地需求的加大迫使大量耕地被占用，而糧食需求的增加同樣需要一定面積的耕地資源；糧食單產(chǎn)提高對耕地集約利用的不利影響則與糧食供大于求導(dǎo)致的比較利潤下降有關(guān)。但總?cè)丝诤图Z食單產(chǎn)的間接通徑系數(shù)之和均較大，這種加強作用在很大程度上促使其總效應(yīng)排序靠前；其余因素與耕地集約利用均呈正相關(guān)關(guān)系，其中，城市化水平是影響耕地集約利用最重要的因素，非農(nóng)業(yè)人口的影響作用次之，而其余指標(biāo)數(shù)值則較為靠后。

上述分析可知，除澇治理率的總效應(yīng)與直接效應(yīng)排序完全一致，說明通過對洪澇災(zāi)害進行治理，可以直接提高耕地集約利用水平。而其余因素的總效應(yīng)和直接效應(yīng)排序存在較大差異，如農(nóng)業(yè)技術(shù)人員總效應(yīng)排名第1位，但直接效應(yīng)卻排在第4位；總?cè)丝诘目傂?yīng)排在第5位，但直接效應(yīng)卻排在第9位；人均耕地面積的總效應(yīng)排在第7位，可直接效應(yīng)卻排在第5位。另外，采用直接觀察法比較各影響因素對耕地集約利用的間接作用可以看出，城市化水平在第1列中出現(xiàn)5次，說明此指標(biāo)是其它變量通過它對耕地集約利用產(chǎn)生影響最大的間接變量；非農(nóng)業(yè)人口在第2列中出現(xiàn)5次，而且在第1列中出現(xiàn)2次，說明此指標(biāo)是僅次于城市化水平的第二大間接影響因素…以此類推，間接效應(yīng)從大到小排序依次是：城市化水平＞非農(nóng)業(yè)人口＞除澇治理率＞人均耕地面積＞農(nóng)業(yè)技術(shù)人員＞糧食收購價格指數(shù)＞年日照時數(shù)＞糧食單產(chǎn)＞總?cè)丝凇４伺判蚺c直接效應(yīng)排序基本吻合。

3 結(jié)論

（1）從平均關(guān)聯(lián)度來看，自然因素與耕地集約利用的關(guān)系最為密切，是影響黑龍江省耕地利用集約度的首要驅(qū)動因素；次要驅(qū)動因素分別是人口因素、社會經(jīng)濟因素和科技因素；政策因素對耕地集約利用的影響作用最小。從單項指標(biāo)來看，城市化水平對黑龍江省耕地集約利用的影響作用最大，而農(nóng)業(yè)險賠付的作用最小。

（2）除人均耕地面積、年日照時數(shù)和糧食收購價格外，其余單項指標(biāo)和耕地集約利用的相關(guān)系數(shù)均較大，但城市化水平和非農(nóng)業(yè)人口是決定耕地集約利用的主導(dǎo)因子。盡管總?cè)丝诤图Z食單產(chǎn)的直接效應(yīng)較小，但不應(yīng)忽視它們通過城市化水平、非農(nóng)業(yè)人口和除澇治理率對耕地集約利用產(chǎn)生的較大間接影響。

（3）黑龍江省耕地集約利用驅(qū)動因素的研究對挖掘耕地資源潛力和提高糧食生產(chǎn)能力具有一定的現(xiàn)實意義。但由于影響耕地集約利用的因素眾多，加之某些數(shù)據(jù)資料難以獲取，因此驅(qū)動力單項指標(biāo)的選取還有待進一步深入探討和完善。

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