赤壁市耕地變化驅動力分析及布局優化

摘要：以赤壁市1998-2010年土地及社會經濟相關數據為基礎，采用因子分析法和灰色系統預測法，對該區域耕地資源的動態變化進行了驅動力分析和預測。結果表明，1998-2010年赤壁市耕地呈先下降后上升趨勢，驅動力主要為經濟因素、農業內部結構因素和社會因素等。在此基礎上提出了保護耕地的建議并進行了耕地布局優化設計。

關鍵詞：耕地變化； 驅動力分析；布局優化；赤壁市

中圖分類號：F301.24 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）10-2281-05

耕地資源對于人類社會的發展具有極其重要的作用，它是生物得以生存、社會得以進步、經濟得以發展的基石[1]。耕地資源的變化是區域土地利用變化的核心，受自然、社會、經濟、技術和歷史等因素的影響，耕地的變化和流向反映了社會經濟發展的基本態勢[2，3]。為此，以赤壁市為例，研究其耕地變化的來源和去向，并分析驅使耕地變化的因素及規律，進而為赤壁市耕地布局優化提出相關建議。

1 研究的理論基礎

1.1 地域分異理論

所謂地域分異是指自然地理環境各組成要素或自然綜合體沿地表按確定的方向有規律地發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：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]。支配地域分異現象的客觀規律也就稱為地域分異規律，它包括地帶性規律和非地帶性規律[9]。

不同地區土地的數量、質量、結構、環境狀況、空間分布和利用現狀各異，適宜的開發利用方式、方向、規模、水平也不同。同時，國民經濟各部門對土地數量、質量、性狀的要求不同，各有自己最適宜的分布區域和地點。因此，要合理利用土地，必須使土地利用方向符合區域規律[10]。

1.2 系統理論

系統是由相互制約的各要素組成的具有一定功能的整體，系統論則是應用系統思想來研究客觀世界的理論，其基本觀點有整體觀、結構觀、環境觀、功能觀和演化觀等。系統一般具有以下特點：①系統由要素構成，系統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的特性和功能。②任何系統都有一定的結構和功能，系統是功能和結構的統一體，二者是不可分割的。③系統的屬性主要表現在整體性、動態性、相關性、層次等級性和有序性等方面[11-13]。

根據此次研究方向，可將土地利用系統分為土地利用變化系統和驅動力系統。前者是一個具有一定結構，各個組分之間發生一定聯系并執行一定功能，具有突出動態變化特征的復合系統，它通常由土地利用主體子系統（土地使用者、管理者）、土地載體子系統、土地利用子系統（資本投入、生產方式）等構成[14]；后者是由各種驅動力組成的具有一定新功能的有機整體，可以分為自然地理驅動力和社會人文驅動力兩個組成部分。驅動力系統與土地利用變化系統之間是相互作用、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節，其基本的作用過程是：驅動力首先影響土地利用的決策者，不同的土地利用決策產生相應的土地利用變化，土地利用變化所導致的土地覆被變化又通過各種途徑作用于驅動力，由此完成了驅動力—土地利用決策者—土地利用變化—土地覆被變化—驅動力的循環作用過程[15，16]。

2 研究區域概況

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，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氣候，溫暖濕潤，雨量充沛，四季分明，日照充足。

3 數據來源及處理方法

3.1 原始數據收集

相關數據來源于以下資料：赤壁市社會經濟統計數據（1998-2010年），赤壁市土地利用變更調查數據，赤壁市土地統計簿等。

3.2 數據處理

數據處理的軟件包括Excel、SPSS等，圖像處理運用MapGIS等軟件。運用的數據處理方法有因子分析等。

4 耕地變化驅動力分析

4.1 赤壁市耕地現狀及布局分析

根據土地利用變更調查數據，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、神山鎮、中伙鋪鎮、車埠鎮，其中官塘驛鎮和神山鎮所占比例最高。耕地面積占轄區面積比例最高的是柳山湖鎮，黃蓋湖農場、新店鎮、赤壁鎮和滄湖開發區所占比例較高。由圖1可見，赤壁市各鄉鎮耕地面積占轄區面積比例波動幅度較大，全市耕地分布不均衡。

4.2 耕地變化驅動力分析

4.2.1 驅動力因子分析

1）驅動力指標體系的建立。選取16個指標構建赤壁市耕地變化驅動力指標體系如表1。

2）數據的獲取及標準化。通過查閱1998-2010年赤壁市相關統計數據，得到這幾年各變量對應的實際值。在對以上各因子進行進一步分析時，為了消除量綱對結果的影響，需要對數據進行標準化。這里采用以下標準化公式：

Z（xi）=■ （1）

其中Z（xi）為標準化后的值，xi為數據實際值，E（xi）為各樣本數據的平均值，D（xi）為各樣本數據的方差。標準化后的數據均值為0，方差為1。

3）因子分析。選取了16個變量作為研究的依據，結合SPSS軟件采用因子分析法進行分析。從各因子對應的特征值（圖2）可以看到，主因子數有3個，3個主因子的累計方差貢獻率已達到89.98%，足以說明問題。

為進一步簡化結構，使結果更易于解釋，對載荷矩陣進行方差極大正交旋轉，經5次迭代，得到方差極大正交旋轉結果（表2）。

從因子載荷的數值大小來看，第一主因子主要由農業總產值（x9）、國內生產總值（x5）、財政收入（x7）、職工工資總額（x6）、固定資產投資總額（x4）、種植業產值（x8）、種植業產值占農業總產值比例（x12）和機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濟因素。

第二主因子主要由化肥施用量（x14）、糧食總產量（x3）、糧食作物播種面積占農作物播種總面積比例（x11）、糧食作物播種面積（x10）、第一產業增加值占國民生產總值比例（x13）和機電排灌面積（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業內部結構因素。

第三主因子主要由年末總人口（x1）和農業人口（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因素。

由此可以看到，赤壁市耕地變化的驅動力主要為經濟因素，農業內部結構因素以及社會因素。

4.2.2 驅動力綜合分析 結合1998-2010年赤壁市耕地變化的情況（表3）來看，不同時間段內耕地變化的驅動力是有差異的。

第一時段：1998-2005年。這段時間內耕地總體減少，變化的驅動力主要為經濟因素。經濟的發展對于區域土地利用方式包括耕地利用方式起著十分重要的作用。經濟的增長對土地需求的總量水平產生重要影響，還會不斷改變各種用地類型的比例（例如農用地和建設用地的比例），這是導致耕地資源變化的重要因素之一。經濟發展水平的提高使得政府對各種基礎設施的固定投資額增大，必然會占用大量的耕地，使得耕地數量減少。同時，近幾年由于國家一系列“三農”優惠政策出臺，以及農民外出務工經商，農村經濟條件進一步改善，促使農民改善居住條件，分戶建宅或另選交通便利的位置再建新宅，使得農村居民點超出控制指標。另外1999年國家提出退耕還林（草）政策，隨著國家對生態環境保護和改善力度的加大，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，而這期間耕地補充的動力不足，也使得耕地減少。

第二時段：2006-2010年。耕地數量逐漸增加，變化的驅動力主要為農業內部結構因素和社會因素。第一，政府扶持下的土地整理、開發和復墾等措施。這些措施使得一些未利用地和建設用地轉化為耕地，加上農用地結構的調整，部分園地和草地也轉化為耕地，不僅能彌補經濟發展中建設用地對耕地的占用且還有少量盈余，使得耕地數量稍有增加。第二，科學技術飛速發展使得先進的科學技術大量在農業上應用，單位面積耕地產值提高，種植業效益增加，種植業逐步由家庭作業向規模化、集約化生產轉變，也使得耕地數量略有增加。第三，人類要生存就會對糧食產生需求，而人口的增多勢必會使這種需求越來越大。耕地的數量和質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數量增加。

5 耕地布局優化

既然赤壁市的耕地在不斷減少，在切實保護耕地的同時更要合理利用耕地，因地制宜地對耕地進行合理布局[5]。首先對未來耕地面積作預測，以2010年為基期，選取未來5年作為預測時長，采用灰色系統預測法進行預測。

與傳統預測模型相比，采用灰色系統預測建立的數字分析模型不僅適用樣本數量較少、波動較大的數列，而且淡化了誤差積累，可用于未來時段系統的預測。下面針對時間序列的GM（1，1）建模。

由于原始數據模型不能通過檢驗，繼而對殘差序列進行建模分析，通過五次殘差序列建模分析，得預測模型為：

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

其中x為預測時間點的耕地面積，t為預測的時間點與基期年的差值。

對于GM（1，1）模型的擬合精度檢驗，常采用后驗差檢驗。用后驗差比值C及小誤差概率P來確定模型的精度等級。經精度檢驗，對當前模型的評價為：

C=0.265 3，很好；P=1.000 0，很好。

用灰色模型求得未來5個時刻，即2011、2012、2013、2014、2015年的耕地面積預測值分別為3.351萬、3.352萬、3.360萬、3.376萬、3.401萬hm2。

由以上結果可知，由灰色系統預測法預測的2011年耕地面積為3.351萬hm2，2015年耕地面積為3.401萬hm2。可見耕地面積還是有增加的趨勢，但有效補充耕地是一項長遠的工作，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，但隨著耕地保護措施的不斷實施，定會在一定程度上保持耕地資源動態平衡。

結合預測結果，根據目前赤壁市各鄉鎮的特色農業，可按發展方向將各鄉鎮或區域分為以下幾個布局優化類型（表4），優化示意圖見圖3。

6 建議

隨著赤壁市國民經濟的發展，人民生活水平將會不斷提高，對耕地的需求也會不斷增加，建議赤壁市在實施保護耕地措施時考慮以下幾點：

1）嚴格執行保護耕地的政策法規，切實保護耕地和基本農田。我國目前耕地保護方面的政策例如基本農田保護制度、土地用途管制制度等，可以在很大程度上保護耕地，但往往會因為執行不嚴而使制度弱化。

2）嚴格控制建設用地占用耕地，實現占補平衡。建設用地占用耕地不可避免，但是一定要適度占用，并且做到“占一補一”，保持耕地總量動態平衡。

3）加強土地開發整理力度，多渠道補充耕地數量。土地開發和整理是補充耕地的重要方式。如宜耕未利用地開發、充分利用閑置地、將超出控制標準的居民點用地復墾為耕地，都是擴大耕地面積的良好途徑。

4）推廣農業新技術，提高農業產值。耕地資源是有限的，如何利用有限的資源最大限度地產生農業價值是值得思考的問題。不斷引進新技術來支持農業發展，對于提高農業產值具有重要意義。

參考文獻：

[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動力研究[J].安徽農業科學，2009，37（22）：10596-10598.

[2] 廖 玉. 黔江區土地利用動態變化及其驅動力研究[D].重慶：西南大學，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，張增詳， 鄒亞榮，等.中國華北地區土地利用動態變化特點分析[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.大渡河上游地區土地利用/土地覆被變化與驅動力分析[J].地理科學進展，2004，23（1）：71-78.

[7] 何書金，李秀彬，朱會義，等.環渤海地區耕地變化及動因分析[J].自然資源學報，2002，17（3）：345-352.

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

[9] 周于翔.重慶市農用地動態變化及其驅動力研究[D].南寧：廣西大學，2008.

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

[11] 吳 業，楊桂山，萬榮榮，等.蘇州市耕地面積變化的社會經濟驅動力差異性分析[J].地理與地理信息科學，2007，23（2）：75-79.

[12] 唐 毅.近15年沽源縣耕地面積變化驅動力分析與土地持續利用研究[D].北京：首都師范大學，2008

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

[14] 李 寧.土地利用總體規劃指標時空分配研究——以濟南市為例[D].濟南：山東師范大學，2006.

[15] 擺萬奇，趙士洞.土地利用變化驅動力系統分析[J].資源科學，2001，5（3）：39-41.

[16] 唐啟義，馮明光. DPS數據處理系統——實驗設計、統計分析及數據挖掘[M].北京：科學出版社，2007.