生態脆弱區耕地集約利用水平分析

李芹

(西北大學城市與環境學院，陜西西安710127)

生態脆弱區耕地集約利用水平分析

李芹

(西北大學城市與環境學院，陜西西安710127)

以米脂縣高西溝村為例，通過構建耕地集約利用評價指標體系，利用主成分分析方法進行分析，探討高西溝在實施有效的水土治理措施后，耕地集約利用情況，得出結論:1997～2006年米脂縣高西溝村耕地集約利用情況呈波動上升趨勢，1999～2001年出現下降趨勢，這與當年的自然災害有關;高西溝村非農指數、單位化肥投入、復種指數和人均純收入，極大地影響到耕地的集約利用水平，說明農戶的經濟情況影響高西溝耕地集約利用程度。

生態脆弱區;耕地集約利用;主成分分析方法;分析

在農村，由于人口壓力和農村經濟發展需求，農民對土地資源采取了粗放經營和過度開發并存的利用方式，在開發中又缺乏有效的管理機制和保護措施，村鎮的土地利用結構處于失衡狀態。土地利用結構失衡導致了用地緊張、土地退化和生態環境惡化，這些都成為村鎮產業發展和城鎮化進程的桎梏。另外，從農民自身而言，追求收益最大化是農民從事農業活動的出發點，為了增大單位面積農業產出，農民不斷提高對農業的投入，但隨著化肥農藥價格上漲，農業比較利益低，在土地耕作區土地的撂荒現象嚴重，土地的利用效率不高。如何合理利用耕地成為廣大農村迫切需要解決的問題。

國外對土地利用的研究是從農業土地集約經營研究開始的，在國內對耕地利用集約度的研究相對較晚，且側重點是城市土地利用。國內現有的研究成果主要有［5～7］:李秀彬等以復種指數、化肥施用量、灌溉面積和糧食產量等指標，分析了中國1981～2000年農地利用集約度變化的區域差異;劉成武等基于土地經營期間所有投入的貨幣總額衡量1980～2002年稻谷、小麥、玉米、棉花等主要農作物生產集約度變化和區域差異;此外，朱會義等采用復種指數、糧食播種面積和糧食單產重點衡量1996～2005年中國耕地利用集約度的時空分異規律;劉成武［8］等分析了全國耕地利用集約度的時序特征和空間差異。綜上所述:學者們關于耕地集約利用的研究主要著重于通過不同方法評價不同尺度下的耕地集約利用現狀，并對耕地集約利用變化規律進行分析，缺少小尺度及特殊區域的耕地集約利用的研究。生態環境脆弱區有著特殊的自然地理環境，水土流失問題嚴重，如何實現耕地的集約利用成為備受關注的問題。

本文旨在通過構建耕地集約利用評價指標體系，研究生態脆弱區在水土治理工程后耕地的集約利用變化情況，找出耕地集約利用變化的時空分異規律，并通過主成分分析方法分析其主要的影響因子，為高西溝村耕地合理利用提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

高西溝村位于無定河東岸的金雞河流域，距米脂縣城20km，屬典型黃土高原丘陵溝壑區，總土地面積約4.00km2，總耕地面積約302.20hm2，主要有山地、川地和壩地3種土地利用類型。山地主要種植經濟林，壩地和川地多種植糧食與經濟作物。主要的糧食作物有玉米、谷子、糜子，經濟作物主要是土豆、豆子、蔥等。全村有126戶，總人口約為522人。

高西溝在自然地理分區中屬溫帶半干旱半濕潤森林草原帶，年均降雨量440mm左右，降雨的基本特點是年際波動大、年內分布不均勻，高度集中在7～9月，約占全年的75%左右，是干旱和暴雨多發區，水土流失嚴重。因為處于黃土高原生態脆弱區，從20世紀五六十年代開始，高西溝人就開始以水土保持為主的生態綜合治理工程，確立了因地制宜、合理用地、宜糧則糧、宜林則林、宜牧則牧的原則，堅持山、水、田、林、路科學規劃，綜合治理，實施農、林、牧各占1/3的經營模式。到1978年，基本形成“三三制”，使高西溝水土流失的治理和經濟發展有了質的飛躍和變革，開了黃土高原丘陵溝壑區生態建設的先河，走出了生態農業發展的新路子。隨后國家實施退耕還林政策，高西溝分別于1993年和1997年實行兩次較大的退耕還林措施，耕地面積變化極為顯著，為探索耕地集約利用模式提供了平臺。

1.2 數據來源和研究方法

1.2.1 數據來源

(1)遙感數據。借助Arcgis處理的1996和2006年兩期土地利用圖進行矢量化處理，得到高西溝村的對高西溝的土地利用數據。

(2)社會經濟數據。本文用到的農戶投入產出數據來源于米脂縣高西溝1997～2006年經濟情況調查，包括農業產值、農民收入、土地投入產出等數據。

(3)農戶數據。農戶數據由本課題組深入研究區農戶家庭進行問卷調查獲得，調查涉及研究區內各農戶的基本情況、投入產出數據，并與村長進行溝通獲得農戶的大體情況，再錄入計算機形成農戶信息數據。

1.2.2 研究方法

耕地集約利用評價指標體系設計的基本思路是以耕地集約利用內涵界定為基礎，以耕地乃至土地可持續利用和社會經濟可持續發展為目標，以合理、合法、高效為出發點。耕地集約利用評價指標一般包括以下幾個方面的評價內容:影響制約耕地集約利用因素指標，耕地集約利用程度評價指標，耕地集約利用趨勢和可持續度。在具體的指標評價體系設計時需滿足層次性要求，應包括目標層次、準則層次、指標層等。區域耕地集約利用評價是一個多因素因子綜合評價的過程，需要根據評價區域的特征分析評價指標體系中各因素因子的重要程度，確定各指標的權重。權重確定方法可以分為主觀賦權方法與客觀賦權方法兩大類。所謂主觀賦權法就是人為地憑經驗確定權重，如專家打分法(Delphi)、層次分析法(AHP)、因素成對比較法等［9］;客觀賦權法則依據評價對象各指標數據，按照某個計算準則得出各評價指標權重，如:模糊綜合評價法、主成分分析法、運籌學和其他數學方法等。客觀賦權法可以減小主觀影響，得到客觀而有說服力的權重結果，主觀賦權法卻可以根據實際情況作出切合實際的判斷，二者結合將有助于得出更加準確的結果。

本文在借鑒現有的研究成果的基礎上，結合高西溝村自然條件采用主成分分析法對該村耕地集約利用程度進行評價。首先，對原始數據標準化處理，借助SPSS17.0統計分析軟件，運用主成分和分類分析功能，得到合成因子的特征根和貢獻率，選取累計貢獻率達到85%的因子或貢獻率較高的前幾個因子作為主成分進行分析［10～11］。

2 結果分析與討論

2.1 指標體系的構建

針對新一輪土地利用總體規劃修編工作的需要，結合我國現階段耕地保護工作的開展，本文根據相關研究成果，以耕地集約利用水平作為評價目標(目標層)，以耕地集約利用的不同層面為基礎從約束強度、投入強度、利用程度、產出效果和可持續狀況5個角度(基準層)構建指標體系(表1)，進行綜合評價。

表1 耕地集約利用評價指標體系

2.2 數據標準化處理

原始數據因量綱不同、單位不同，不具有可比性，需對原始數據進行標準化處理。該研究共選擇了耕地集約利用的10個評價指標，把陜西省米脂縣高西溝村的1997～2006年每一年的數據作為一個參評對象，設為n(n=10)，與每一年各個指標值，構成數據矩陣x，如下:

2.3 計算相關系數矩陣R

列出由標準化后的數據構成的相關系數矩陣R:

2.4 計算特征值及特征向量

根據相關系數矩陣R，構建特征方程|R－λi|=0，計算主成分貢獻率及累計貢獻率，公式為:

方程的p個非負的特征值λ1、λ2、…、λp，對應于特征值λi的特征向量為:Ci=(C1i，C2i，…，Cpi)(i=1，2，…，p)。

2.5 求主成分

由特征向量組成的p個主成分yi，其中主成分y1、y2、…、yp之間相互無關:

2.6 選擇主分量

選取前m(m＜p)個主成分y1、y2、…、ym作為主分量。這m個主成分方差之和占全部總方差的85%以上，基本保留了原來指標或變量x1、x2、…、xp的信息，這樣指標或變量的數目將由p個減少到m個，從而起到了篩選指標或變量的作用。

2.7 評價與分析模型

(1)耕地集約利用綜合評價模型

根據對高西溝村耕地集約利用水平的分析，耕地集約利用主要包括耕地約束強度、投入強度、利用程度、產出效果和可持續狀況5個方面，據此構建耕地集約利用綜合評價模型:

式中，E為綜合評價值，wi為各特征向量的權重，y為主成分值，λ為特征值。

對原始數據進行標準化后處理后得到指標標準化值(表2)。

表2 標準化的評價指標

若將評價指標體系中的10個因子全部計算，過程極為復雜，且不利于最后結果的分析。將標準化后的結果，導入SPSS軟件，運用主成分和分類分析功能，得到合成因子的特征根和貢獻率如表3，前3個因子的累計貢獻率達到93.928%，超過85%，這意味著因子1、因子2和因子3所攜帶的數據信息已經基本包括了原來10個變量所攜帶的數據信息，這就使數據結構大為簡化，因此選取因子1、因子2和因子3作為主成分進行分析。

第一類因子Y1稱為影響耕地集約利用的基礎因子，第二類因子Y2稱為影響耕地集約利用的次級因子，第三類因子Y3稱為影響耕地集約利用的補充因子。

因此，3個主成分分別用如下公式計算:

定義綜合得分為:

由表3的結果我們得出以下結論:非農指數、單位化肥投入、農民人均純收入在影響耕地集約利用的基礎因子中占的比重比較大，復種指數在二、三主成分中所占比重大，對高西溝耕地集約利用水平有重要的影響。

表3 特征向量

表41997 ～2006年耕地集約利用因子值

圖1 高西溝村1997～2006年耕地集約利用綜合值

3 結論

3.1 結論

(1)高西溝村耕地集約利用水平在1997～2006年大致呈波動上升趨勢，高西溝村耕地集約利用水平大致是逐年提高的，1999～2001年呈現小的波動，出現下降趨勢。這是因為1999～2001年的自然災害導致糧食產量下降。總體上講高西溝村的耕地集約利用水平仍然不高，處于一般集約狀態。

(2)非農指數、人均純收入、單位化肥投入和復種指數對高西溝耕地集約利用水平有重要的影響，說明農戶家庭的經濟情況在很大程度上決定了高西溝的耕地集約利用情況，農戶是農業生產活動的主體，農戶的決策決定了土地的利用程度。高西溝村在退耕還林政策后農民手中的耕地面積減少，農民趨向于調整種植結構，從事兼業化生產以保證農民自身基本的生活需求。

(3)根據所獲得統計資料和農戶資料，利用spss對糧食單產和人均純收入做相關性分析，結果表明高西溝村人均純收入與糧食單產的相關系數為0.904，具有較強的相關性。表明在現有的自然、科技條件下，人均純收入對于高西溝耕地的集約利用有重要的影響。

3.2 需要進一步探討的問題

首先，從一定層面上講，耕地利用在微觀尺度上是一種農戶行為，農戶對生產投入的選擇服從于局限條件下的收入最大化原則。在不斷完善的市場經濟條件下，農戶收入最大化的個體追求，會使得眾多農戶減少對所承包耕地的糧食生產投入而大量向比較效益較高的經濟作物或二、三產業轉移，從而在一定程度上導致耕地的糧食產出下降。

農戶作為農村獨立的生產經營主體，其家庭擁有資源狀況對耕地利用同樣具有重要的影響，但是本研究沒有將農戶的家庭特征和個體決策列入研究范圍，如何構建科學合理的決策模型來模擬高西溝村的耕地集約利用情況，需要繼續深入研究。

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An Analysis of Intensive Cultivation in the Ecologically Fragile Area

LI Qin
(College of Urban and Environment Science，Northwest University，Xi＇an Shanxi 710127 China)

By setting up the evaluation indicator system for the intensive land cultivation，the intensive use of the land in Gaoxigou Village of Mizhi County has been analyzed by using the principal component method，after the effective implementation of soil conservation measures.The conclusions are made as follows:there has been an increase in the intensive use of the land in Gaoxigou Village from 1997 to 2006;and the natural disasters of 1999 to 2001 reversed the rising trend;the intensive cultivation in Gaoxigou Village has been influenced by such indicators as non－agricultural population，unit fertilizer input，index of multiple cropping and per capita income.This shows that the economic situation of a farmhouse could affect the intensity of the land cultivation.

ecologically fragile area;intensive land cultivation;the principal component analysis method;analysis

X17

A

1673－9655(2012)06－0001－05

2012－06－21