河南省耕地資源利用效益的影響因素及特征分析

張鵬巖 秦明周 閆江虹 李 瑾 楊 林 孫 超

(1河南大學資源與環境研究所，河南開封475004;2河南大學環境與規劃學院，河南開封475004)

河南省耕地資源利用效益的影響因素及特征分析

張鵬巖1，2秦明周1，2閆江虹2李 瑾2楊 林2孫 超2

(1河南大學資源與環境研究所，河南開封475004;2河南大學環境與規劃學院，河南開封475004)

耕地資源利用效益的分析和評估對于保障國家糧食安全、提高耕地資源利用效率具有重要意義。本研究建立了耕地資源利用效益指標體系，借助SPSS和GIS軟件，利用主成分分析法對1999年、2002年、2005年和2008年河南省18個地級市耕地資源利用效益的影響因素和變化趨勢進行了評價分析。結果表明:①在10年間，河南耕地面積保持基本穩定，耕地利用總體效益有所增加，分布特征發生變化，由北高南低轉為東高西低。②就耕地資源利用效益的影響因素分析看，10年間，耕地利用效益主要受社會經濟條件的強烈影響，影響糧食產量的主要因素由化肥施用量逐漸轉變為單位耕地面積農業勞動力的數量和素質;提高復種指數是擴大作物播種面積、挖掘耕地利用潛力和提高農作物總產量的有效途徑;農機動力的投入和農業機械化水平的提高對耕地利用效率具有重要推動作用;農業投資比重的提高，有助于提高土地耕作效率，提高糧食產量。在綜合評價分析的基礎上，提出了河南省耕地資源利用效益提高的途徑和合理利用耕地資源的對策建議。

耕地資源，利用效益，主成分分析，河南省

耕地資源直接關系到國家的糧食安全，與社會和諧、政治穩定、經濟持續發展息息相關，對農業和國民經濟起著不可替代的基礎性作用［1－3］。我國是世界人口大國，糧食自給率水平的高低，關系到國內糧食的生產與消費，農業的發展方向［4－6］。20世紀80年代以來，我國耕地供給表現出不斷減少的態勢，已經使我國糧食需求與耕地供給呈現出一種緊平衡［7］。耕地數量平衡與質量下降的錯位已成為我國耕地資源利用中存在的一個突出問題。因此，在后備耕地資源有限的情況下，保護并提高區域內現有耕地的質量［8］，持續提高耕地資源的利用效益，是解決糧食安全的重要途徑。研究表明，耕地資源利用效益的提高，除受區域自然條件的制約外，還與區域社會經濟發展水平、種植方式、耕作習慣、投入能力和農田設施建設等密切相關［9］。我國耕地資源的稀缺性日益突出，耕地資源短缺，已經成為我國生存和發展的制約因素［10－11］。我國山東［12］、廣東［13］、湖北［14］、江蘇［15］、和貴州［16］等諸多省份耕地利用效益已經呈現下降趨勢。國務院新近通過的《全國新增1000億斤糧食生產能力規劃(2009－2020年)》中也再次強調了耕地保護和糧食生產安全的重要性，并為耕地保護與糧食生產制定了更為明確的目標和更加詳細的措施［17］。

多年來，河南省是我國的糧食主產區之一，為我國的糧食安全做出了突出的貢獻。隨著社會經濟的迅速發展，河南省作為一個農業大省在保障國家糧食供給和安全方面的作用將日益凸現［18－23］。河南省作為全國的糧食主產區，糧食總產量占全國的10%以上，在全國糧食安全保障方面發揮著非常重要的作用，其耕地資源利用中表現出的問題，也具有一定的典型性和代表性。隨著河南省社會經濟的發展，耕地資源利用中諸多相關因素不斷發生變化，糧食生產出現了不穩定和較大波動的現象，對區域糧食安全產生重要影響。

研究和探討區域耕地資源利用中的影響因素，有助于認識和揭示區域糧食生產中的主要問題，對制定和調整相關的耕地資源利用政策，改進耕地資源利用方式具有重要的參考價值。本文運用主成分分析法對1999年、2002年、2005年和2008年河南省的耕地利用效益進行分析，探討影響河南省耕地資源利用效益的主要因素，提示相應的對策和建議。

1 研究區概況

河南省是中國歷史上農業開發利用最早的地區之一，土地開發利用程度高，土地利用類型復雜多樣，土地質量分布差異明顯。它處于中國地勢的第二階梯和第三階梯的過渡地帶，地形西高東低，高差懸殊。山地、丘陵、平原(包括盆地)面積分別為 4.44 萬 km2、2.96 萬 km2、9.30萬km2，分別占全省土地總面積的 26.6%、17.7%、55.7%。西部以山地為主，中東部絕大部分是平坦廣闊的平原。平原地區以沙潁河為界，以北是以黃河為主體的沖積扇平原，以南則為淮河及其支流泛濫沖積和洪沼堆積而成的低緩平原。在平原邊緣與山地交接地帶為洪積平原區。根據2009年土地變更調查結果顯示，全省土地總面積16.55萬 km2，各類土地面積為:耕地11 889.56萬畝;園地470.87萬畝;林地4 527.84萬畝;牧草地21.57萬畝;其他農用地1 512.24萬畝;居民點及獨立工礦用地2 824.15萬畝;交通運輸用地182.55萬畝;水利設施用地273.24 萬畝;未利用土地2 277.43 萬畝;其他土地 851.01萬畝，人均耕地1.20畝。全省土地開發復墾整理增加耕地15.38萬畝，建設占用耕地14.67萬畝，適宜開發為耕地的未利用地較少，耕地后備資源嚴重不足。

2 耕地利用效益評價指標體系的構建

2.1 耕地利用效益影響因素分析

耕地利用效益是指耕地生態系統服務功能被人類社會實際利用后所產生的直接和間接效果的總稱［24－25］。效益指標是參與耕地利用效益強弱的因素，是進行評判耕地利用效益強弱的直接依據。不同的地域，不同的層次，其影響的因素也會有所不同。選擇的因素應相互聯系與作用，共同影響和決定耕地資源的利用效益程度。

2.2 評價指標體系構建

本文選取人口密度、城鎮化率、人均生產總值、地均水資源量、復種指數、年均降水量、每公頃耕地的化肥施用量、每公頃耕地的農機動力投入、單位耕地面積平均農業勞動力、灌溉指數、農業投資比重、單位面積糧食產量等12個指標構建河南省耕地利用效益的評價指標體系。

經綜合分析指標選擇過程中具有可比性、不可代替性和難獲取性的原則，本文經過篩選，選取8個指標構建河南省耕地利用效益的評價指標體系，其中X1為單位耕地面積平均農業勞動力，X2為城鎮化率，X3為灌溉指數，X4為農業投資比重，X5為復種指數，X6為單位面積糧食產量，X7為每公頃耕地的化肥施用量，X8每公頃耕地的農機動力投入(表1)。

表1 耕地利用效益評價指標體系Tab.1 Evaluation index system of cultivated land resources use efficiency

3 耕地利用效益定量評價與特征分析

3.1 分析方法

運用主成分分析法對河南省1999年、2002年、2005年和2008年18個地級市耕地利用效益進行分析。

應用主成分分析法對評級指標進行降維處理，可以從中找出選取的對耕地利用強度有相關性的指標被重組之后得出的主分量，可以加以判斷和分析。該方法不僅可以使土地評價中所采集的大量信息盡可能地減少損失，而且可通過數學變換將原有的多個因素因子轉化為少數幾個相互線性無關的主要分量，從而實現簡化數據結構，并根據主成分的方差貢獻率客觀地確定權重，避免評價指標的共線性和權重確定的人為性，使評價結果更趨客觀合理［26－28］。

3.2 數據來源及模型計算

1999年、2002年、2005年和2008年各評價指標相關數據均源自《河南省統計年鑒》、《河南農村統計年鑒》和《河南調查年鑒》等河南省政府及相關職能部門的年度統計資料，根據研究需要，對復種指數、化肥施用量等指標數據進行了必要的處理和轉換。本文采用直線型標準化方法對指標進行處理。

其公式為:

式中:maxxi，為xi中的最大值，Xi為無量綱化后的數值，如果數據為逆向指標，則取其倒數，然后再進行無量綱化處理。得到標準化數據。應用主成分分析法，對標準化處理后的數據進行分析。

利用SPSS 17.0進行巴特利特球度檢驗和KMO檢驗。其中，1999年、2002年、2005年和2008年得值分別為0.655、0.536、0.592 和 0.637(均大于 0.5 的要求)，表明適合做主成份分析。按照累計貢獻率大于75%的原則，提取3個特征值大于1的主成分，成分1、成分2和成分3的累積貢獻率達到 80.5%、75.8% 、75.7% 和 78.0%。一般說，累積貢獻率在75%以上的成分已基本反映了原變量的主要信息。

根據前面描述，得出檢驗的結果。

由1999年耕地利用效益成分矩陣可以看出(見表2):每公頃耕地的化肥施用量是對主成分1的載荷貢獻率最大的，達到了0.921，這說明在當時化肥施用量的提高，可以提高糧食產量，促進耕地利用效益最大化。其次是復種指數，載荷貢獻率達到0.850，復種指數的高低受當地熱量、土壤、水利、肥料、勞力和科學技術水平等條件的制約，因地制宜地提高復種指數，是擴大作物播種面積，挖掘耕地利用潛力和提高農作物總產量的有效途徑。每公頃耕地的農機動力投入是對主成分2的載荷貢獻率最大的為0.901，這說明在1999年時，耕地利用投入了大量的農機動力，也反映出耕作機械化水平的提高，機械化水平的提高將會提高耕地利用效益水平。主成分3中地城鎮化率的載荷貢獻率是0.793，1999年時，城市化開始興起，城市擴張，大興土木，鎮化率的提高加劇了土地的使用。

表3 2002年耕地利用效益成分矩陣Tab.3 Component matrix in 2002

由2002年耕地利用效益成分矩陣可以看出(見表3):復種指數是對主成分1的載荷貢獻率最大，達到了0.795，這說明在保持其他條件不變的情況下，當對土地進行多次反復利用，擴大農作物播種面積，是挖掘耕地利用潛力和提高農作物產量的有效途徑;雖然與1999年的復種指數相比，載荷貢獻相對減少，但通過后面分析的復種指數主成分分析，可知，復種指數的載荷貢獻率卻隨時間變化，逐漸增加。其次是城鎮化率，載荷貢獻率達到0.803，隨著經濟的發展，城鎮無限制的擴張和對耕地的侵占，促使人們認識到土地的重要性，使得人們對耕地的利用向集約化發展;同時大量農村勞動力進城打工，部分農村勞動力在城市生根發展，農村大量的耕地被閑置下來，這些閑置下來的耕地一般進行合理的流轉，農業發展逐漸向規模化和專業化發展。在成分3中，每公頃耕地化肥施用量的載荷貢獻率是0.613，這說明在其他因素不變的情況下，通過對化肥的適度使用，可以提高農作物的產量。

由2005年的土地利用效益成分矩陣可以看出(見表4):復種指數是對主成分1的載荷貢獻率最大，達到了0.932，這說明在其他條件不變的情況下，提高土地利用率，可以提高農作物的產量。其次每公頃耕地的化肥施用量，載荷貢獻率達到0.730，與1999年相比，每公頃耕地化肥施用量的載荷貢獻率相對比較低，這可能由于之前的技術的限制，在其他條件不變的情況下，農戶傾向多施肥，以提高農作物產量，但是隨著時間的變化，其他農業技術也得到長足的發展，耕地對化肥的需求量相對減少。最后是單位耕地面積平均農業勞動力的載荷貢獻率達到0.864，這說明在2005年這個時期，單位耕地面積上的農業勞動力的數量和素質的提高，是耕地利用效益強度變大。

表4 2005年耕地利用效益成分矩陣Tab.4 Component matrix in 2005

表5 2008年耕地利用效益成分矩陣Tab.5 Component matrix in 2008

由2008年耕地利用效益成分矩陣可以看出(見表5):單位耕地面積平均農業勞動力是對主成分1的載荷貢獻率最大的，達到了0.831，與2005年相比，在這個時期單位耕地面積上的農業勞動力的載荷貢獻率比較低，這可能由于農村勞動力進城，留下大量土地，得到了合理的流轉，使得農業生產進行規模化，不在需要更多的勞動力，但是可能需要更多的高素質農業技術勞動力。其次是每公頃耕地的農機動力投入，載荷貢獻率達到0.819，這和耕作業發展實際相吻合，說明了隨著社會和經濟的發展，現在的耕地利用大量的投入了農機動力，也反映出耕作機械化水平的提高，農業機械化作業領域由糧食作物向經濟作物，由大田農業向設施農業擴展。農業投資比重是對主成分2的載荷貢獻率最大的，達到了0.86，這說明農業經濟效益的投入，能夠加大耕地利用效益的提高，投入到農業耕作資金會越多，提高耕作效率，提高糧食產量。其次，每公頃耕地的化肥施用量、復種指數也是和耕地利用效益密切相關的，他們的載荷貢獻率分別是0.580和0.572。主成分3中地城鎮化率和灌溉指數，它們的載荷貢獻率是0.872和0.505，城鎮化率的提高加劇了土地的利用，土地利用強度隨之加大，促進土地的利用集約化，與2005年相比，城市化進程加快，一方面城市對外擴張，侵占耕地的耕地，另一方面由于大量農村勞動力進城落戶，耕地合理的流轉，促使耕地集約化發展;灌溉指數說明改進現有灌溉和排水土地相關的水資源，并提高水資源使用效率，可以提高土地生產力，促進糧食生產。

為了計算河南省耕地資源利用效益指數，本研究根據上述提取出的3個主因子，構建河南省耕地資源利用效益指數的評價模型:

式中:Fi表示第i個城市的耕地資源利用效益指數;xij表示第i個城市的第j個主成分的得分;aj代表第j個主成分相應的權重，其取值是第j個主成分的方差貢獻率除以三個成分的累計貢獻率;p為主成分的個數，等于3。

最后，將得到的1999年、2002年、2005年和2008年耕地利用效益指數分為6個級別，其中指數越高，耕地利用效益越強，最后并采用ArcGIS 9.3對以上數據做空間描述。

由圖1可以看出，河南省耕地利用效益指數1999年時呈北高南低，其中耕地利用效益指數最高的焦作(2.74)，其次是濟源、鶴壁，分別是 2.26、2.01;焦作市、濟源市依傍黃河，水資源充沛，灌溉有序，農業勞動力較多，生產條件合理，糧食產量高。可以說1999年時，城市化率和農業投資比重并不高的情況下，由于豫北地區臨近黃河水資源和農業拉動力的保障，使得成為在1999年時河南省耕地利用效益較高的區域。耕地利用效益最差的是南陽(0.35)，其次是駐馬店(0.61)、信陽(0.95)、開封(0.96)、三門峽(0.98)。南陽市位居南陽盆地，信陽、駐馬店位于山地丘陵地區，當時科學技術并不發達，化肥施用量和農機動力投入不高，糧食產量較低，故耕地利用效益不高。

圖1 1999年、2002年、2005年和2008年河南省耕地利用效益分布對比Fig.1 Distributing contrast of cultivated land resources use efficiency in 1999，2002，2005 and 2008

由圖1可以看出，與1999年相比，2002年河南省耕地利用效益指數分布首先向東偏北方向轉移，然后向東偏南方向轉移。其中耕地利用效益指數最高的是焦作(2.87)，其次是濮陽、新鄉，分別是2.38、2.13;焦作地處黃河中下游北畔，農業開發歷史悠久，具有精耕細作的優良傳統。濮陽地勢平坦，屬于河沖平原，氣候宜人，土地肥沃，灌溉便利，所以成為中國重要的商品糧生產基地和河南省糧棉主要產區之一;新鄉地處黃河下游平原，屬于暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明，冬寒夏熱，秋涼春早，年平均氣溫14℃，年平均降水656.3mm，加上區域內的勞動力資源豐富，所以使得這些區域成為耕地利用效益指數比較高的地區。最后是駐馬店(0.957)、信陽(0.933)、洛陽(0.816)、南陽(0.730)、三門峽(0.421)。與1999年相比，這幾個最差的地區在得分上有所提高，說明經過幾年的發展，這些地區在其他的條件不變的情況下，通過提高土地的利用率，增加化肥施用量可以提高區域的耕地利用效益。

通過與1999年和2002年的耕地利用效益圖對比，可以看出2005年的土地效益利用效益逐漸向東偏南方向移動，即:向豫東低洼平原和豫東黃淮平原移動。其中耕地效益指數最高的漯河市(2.416)，其次是焦作、濮陽，耕地利用效益指數分別為2.241、2.130;漯河在2005年異軍突起，可能得益于漯河地區的比較優勢的發揮，首先，在自然條件上，漯河處于伏牛山東麓平原與淮北平原交錯地帶，屬暖濕性季風氣候，四季分明，常年降水量786mm，加上境內淮河兩大支流流沙河、澧河貫穿全境，灌溉水源充足，利于農業的發展;其次，在社會經濟條件上，漯河處于中部內陸城市，區域內的勞動力資源豐富，加上區域內的工業基礎好，為農業的發展提供了較好的保障。焦作和濮陽土地利用在這個時期，其比較優勢依然很強勁，雖然在得分上比1999年和2002年有所下降，這有可能是發展到一定階段后，速度逐漸放緩的正常現象。得分最差的是三門峽和濟源市，分別為0.464和0.180，三門峽由于其處于山區，耕地資源相對較少而貧瘠，造成區域耕地生產力下降;濟源市2005年與1999年和2002年相比，差別比較大，這可能是由于濟源市本身面積比較小，在耕地利用效益上不具有比較優勢。

通過對前幾年分析比較得出，2008年耕地利用效益指數分布呈東高西低，分布呈階梯狀，其中耕地利用效益指數最高的依舊是焦作市(2.71)，其次是濮陽、漯河，指數分別是2.28、2.12;耕地利用效益指數較高的地區在豫東低洼平原和豫東黃淮平原，這個區域耕地資源保護較好，農業投資較大，基礎設施完備，且自然條件比較優越，單位面積糧食產量較高，故耕地利用效益較好。最差的是三門峽(0.08)，其次是洛陽、鄭州和南陽，指數分別是 0.81、0.91、0.92。三門峽市由于地處山地丘陵區，礦產資源豐富，耕地面積少，單位耕地面積平均農業勞動力相對減少，農業投資比重相對較低，使得三門峽市耕地利用效益指數最低;鄭州市、洛陽市是河南省經濟、文化和科技強市，近幾年該區域城市化進程較快，經濟區與開發區發展勢頭迅猛，占用土地較多，復種指數降低，并將大部分農業勞動力轉為城市工業人員或服務人員，使得耕地利用效益指數較1999年、2002年和2005年有所降低。

4 結論與建議

(1)通過主成分分析方法驗證，評價結果均顯著表明，隨時間變化，耕地利用效益與區域經濟發展密切相關，農業自然條件限制相對變小。從本文截取的四個時間點可以看出，每公頃耕地的化肥施用量、單位耕地面積平均農業勞動力、農業投資比重和復種指數具有正向作用。隨著河南對農業投資力度的加大，以及中原經濟區的建設上升到國家高度，河南省的耕地利用效益在空間上隨著時間變化，主要向東部平原區集聚。通過持續、穩定地增加農業投入，從根本上改善農業生產條件，淘汰落后生產方式，搞好水資源在農業部門間的合理分配，提高耕地利用效益。嚴格控制污染源，減少污染物排放，加大力度保護并提高耕地質量。提高耕地持續生產能力，是保證國民糧食安全的關鍵。

(2)城鎮化和工業化對耕地利用效益具有逆向作用。1999年河南省的城市化率僅為19.4%，到2008年河南城市化率達到36%，這說明河南省城市化發展迅速，農村大量勞動力涌向城市，單位耕地面積農業勞動力變少，城市人口增加;由于國際上產業升級以及我國東部制造業向中西部的轉移，河南省為了吸進更多的東部制造業，部分地市越來越傾向于以地招商、以地集資，造成大量農耕土地侵占，特別是優質農耕地的侵占。隨著河南省社會經濟的快速發展，全省的城市化進程還將進一步加快，建設占用耕地和耕地資源保護之間的矛盾將更加突出，在嚴格控制各項建設占用耕地，切實執行“占一補一”政策的同時，還應重視對現有建設用地的節約集約利用，一方面建設盡可能不占或少占耕地，另一方面加大土地資源的挖潛，進一步加強對廢棄地、閑散地等低效閑置土地的整治和利用。

隨著中原經濟區上升國家戰略，中原城市群已逐步形成規模，城市要發展，就必須大量的使用建設用地，同時又要切實保持耕地面積穩定，這是發展中關鍵問題，主要措施為:提高耕地利用總體效益，穩固糧食產量，促進經濟發展與人口、資源、環境相協調，合理安排非農業建設用地和生態環境保護用地，重點保障中原經濟區、地區性中心城市和能源、交通、水利等基礎設施以及戰略支撐產業發展用地。

(3)加強耕地資源利用管理的模式創新。通過吸收國內外發達地區的耕地資源利用經驗，結合河南省實際，創新耕地資源利用模式。健全基本農田保護制度，保持耕地總量動態平衡，提高土地利用效率，推動土地利用方式由外延擴張向內涵挖潛、由粗放低效向集約高效轉變，走出一條工業化、城鎮化與糧食安全“雙贏”的全新發展道路。

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Study on Impact Factors and Characteristic of Cultivated Land Resources’Utilization Benefit in Henan Province

ZHANG Peng-yan1，2 QIN Ming-zhou1，2 YAN Jiang-hong2 LI Jin2 YANG Lin2 SUN Chao2
(1.Institute of Resource and Environment，Henan University，Kaifeng Henan 475004，China;2.College of Environment and Planning，Henan University，Kaifeng Henan 475004，China)

The analysis and assessment of the cultivated land resources’utilization benefit are greatly important to ensure the national food security and to improve the cultivated land resources’use efficiency.This study creates the cultivated land resources’utilization benefit index(system)，and adopts the principal component analysis to analyze the influencing factors and the trend of the cultivated land resources’utilization benefit of 18 cities in Henan Province in 1999，2002，2005 and 2008 by using SPSS and GIS.The results show that:① In Henan Province，during 1999－2008，the size of cultivated land area remained stable，but the cultivated land use overall benefit has been increased and its characteristic distribution has changed from high in the North of China，low in the South of China to high in the East of China and low in the West of China.② According to the analysis of the influencing factors of cultivated land resources’utilization benefit，within ten years time，the cultivated land utilization benefit was mainly affected by the society’s economics conditions.The main factors affecting food production(units)by the amount of chemical fertilizer using has gradually transformed into the quantity and quality of cultivated land agricultural labor per unit.The increase of multiple crop index is the most effective way to expand the crop sown area，to explore the cultivated land potential and to increase crop total output.The input of agricultural machinery power and the increase of the agricultural mechanization play the important roles in promoting the cultivated land use efficiency.The raise of the proportion of investment in agriculture helps to improve the efficiency of land cultivation and to increase the food production.Based on the comprehensive evaluation analysis，this papers attempts to provide some countermeasures and suggestions to increase cultivated land resources’utilization benefit and to use cultivated land more rationally for Henan Province.

cultivated land resources;utilization benefit;principal component analysis;Henan Province

F301.1

A

1002－2104(2013)01－0162－08

10.3969/j.issn.1002－2104.2013.01.023

2012－08－30

張鵬巖，博士生，主要研究方向為資源利用與環境保護。

秦明周，教授，博導，主要研究方向為土地資源管理與利用。

國家自然科學基金面上項目“黃河下游引黃自流灌區土地變化特征與可持續性評價研究”(編號:41171439)。

(編輯:徐天祥)