基于熵值法和灰色關聯模型的湖北省耕地集約利用研究

謝方俊+王占岐+楊俊+柴季+于辰

摘要：以湖北省耕地利用為研究對象，采用將熵值法和灰色關聯模型相結合的方法，分析了湖北省近16年的耕地集約利用水平，并選取2010年評價各市州的耕地集約利用水平的空間差異，結果表明，①湖北省近16年的耕地集約利用水平不穩定。2001年前總體呈下降趨勢，2001年后呈起伏上升狀態。2007年以后整體保持平穩上升態勢;②湖北省不同集約利用水平的耕地分布較為集中，高度集約耕地主要集中在中北部及鄂州地區，勉強集約耕地主要集中在鄂西、鄂東南及孝感地區，其余地區耕地均為中度集約水平;③將熵值法與灰色關聯模型相結合的評價方法能對耕地的集約利用水平做出客觀評價，具有很強的可行性和可操作性。通過分析指出今后繼續實施嚴格的耕地保護制度，改善農業生產環境，引導微觀主體合理決策是提高耕地集約度的重要措施。

關鍵詞：耕地;集約利用;熵值法;灰色關聯模型;湖北省

中圖分類號：F301.2 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2014）20-5038-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.20.072

Intensive Utilization of Cultivated Land in Hubei Province Based on

Entropy and Gray Relational Model

XIE Fang-jun，WANG Zhan-qi，YANG Jun，CHAI Ji，YU Chen

（The School of Public Adminstration， China University of Geosciences（Wuhan），Wuhan 430074， China）

Abstract： The intensive use of cultivated land is one of the most important ways to solve the problem between survival and development. The entropy and gray relational model was used to analyze the level of intensive use of cultivated land in Hubei for nearly 16 years. Studied the spatial difference of cultivated land intensive use between cities and prefectures in 2010. Results showed that in the nearly 16 years， the level of intensive land use was unstable. Before the year 2001， trend was down. After 2001 the trend was ups and downs. The trend was upward since 2007. The cultivated land with different levels of intensive use was relatively concentrated. The highly intensive cultivated land was mainly concentrated in the north-central and Ezhou city. The lowly intensive cultivated land was mainly concentrated in western Hubei and Xiaogan city. The rest of the cultivated land were moderately intensive. In the future， strict protection system of farmland should be kept. The environment of agricultural production should be improved. The micro-main rational decision making is important measure to improve the level of intensive use of cultivated land.

Key words： cultivated land; intensive use; entropy; gray relational model; Hubei province

當前中國正處于城市化與工業化加速發展時期，建設用地需求旺盛，城市用地的不斷擴張侵占了大面積的耕地資源。然而，耕地資源是人類生存最為重要的基礎。在土地資源的自然供給十分有限的情況下，解決人類生存與發展矛盾的關鍵之一就是挖掘現有耕地潛力，提高耕地資源的集約利用度。湖北省是中國的農業大省，是重要的糧、棉、油生產基地，研究湖北省的耕地集約利用水平，為政府提供合理的農業政策建議，對保證農業生產尤其是糧食安全具有重大的社會意義。

現階段對耕地集約利用程度的評價很大程度上是借鑒城市土地集約利用評價的方法和思路。國內對集約利用有多方面的研究。在土地集約利用概念上，畢寶德[1]認為，單位土地面積上所投資本和勞動數量越多，集約利用程度就越高，反之越低;崔功豪等[2]研究認為投入只是耕地集約利用的一個方面，土地利用類型、土地產品價格、人口密度、地價等因素對耕地集約利用的水平也有重大影響;在指標體系的構建上，王亞僑[3]、姜仁榮等[4]、竇妍等[5]從不同的角度和思路建立了集約利用度評價指標體系，并且指標體系的建立大都劃分了不同的層次目標;評價方法上，劉新衛[6]、劉成武等[7]采用德國學者Brinkman的方法評價農地集約利用水平，并引入基于價值形態的集約度概念;祝小遷等[8]運用綜合指數評價法、聚類分析法、因子分析法分析了安徽省耕地集約利用變化及其驅動力。endprint

目前國內學者對耕地集約利用指標和方法作了大量研究，取得了一定的成果，但是仍未形成統一的標準和體系，建立科學的方法和體系仍有待繼續研究和進一步探索。灰色關聯分析方法是一種被廣泛應用的評價方法，但有的學者認為灰色模型評價法的評價精度較低，權重的確定是重要的影響因素[9]，而熵值法通過計算指標的信息熵，根據指標的相對變化程度對系統整體的影響來決定指標的權重，是一種客觀賦權方法[10]，將這種客觀的權重確定方法引入到灰色關聯評價模型，提高了該模型在耕地集約利用評價中的精度。本研究在已有的耕地集約利用評價研究基礎之上，選取并建立了耕地集約利用評價指標體系，首次將兩種方法結合運用到湖北省長達16年的集約利用度評價上去，并選取2010年進行空間差異分析，具有很強的時效性和決策指導性。然后得出評價結果后分析原因，提出指導性的建議。

1 ?研究區概況與數據來源

湖北省位于中國中南部，長江中下游地區，土地總面積18.59萬km2，耕地總面積達336.19萬hm2。全省自然條件良好，光熱充足，降水豐沛，無霜期長，雨熱同季，四季分明，既有山區丘陵，也有平原湖區，土地適宜性廣泛。湖北素有“湖廣熟，天下足”的美譽，優越的氣候條件和豐富的耕地資源使湖北省成為中國重要的農業生產基地，長期以來農業綜合生產能力穩定，主要農產品產量均位于全國前列。研究湖北省的耕地集約利用水平關系到中國的農業生產發展，對保障中國的糧食安全十分有益。

本研究以湖北省耕地集約利用度的時空變化為研究對象，研究數據主要來源于湖北省土地利用變更調查、湖北省耕地質量等級成果補充完善（2012）、《湖北統計年鑒》（1996-2012）、《湖北農村年鑒》（2011）等。

2 ?指標體系與評價模型

2.1 ?評價指標體系的確定

耕地集約利用指標體系是評價耕地集約利用水平的基礎，其構建的合理與否直接關系到評價結果是否科學[11]。本研究在遵循評價指標選取原則的前提下[12]，考慮到指標的可獲得性和可操作性，結合已有的耕地集約利用研究和筆者的思考，建立了耕地集約利用水平評價指標體系（表1）[13-16]。

2.2 ?評價模型

熵值法是一種根據各指標所含信息有序程度來確定權重的一種方法。信息熵越小，指標權重就越大。利用熵值法確定權重，能夠消除人為因素的干擾，使評價結果更加科學合理[17]。方法如下：①將數據標準化[11]。x′ij=（xij-xj）/sj+H（xij為標準化處理后的值，xij為第i個參評對象第j項指標值，xj為第j項指標的平均值，Sj為第j項指標的標準差，H為常數）②計算第j項指標下第i年指標值的比重yij，yij=x′ij/■x′ij（0≤yij≤1），由此可以建立數據的比重矩陣Y={yij}m*n。③計算指標信息墑值ej=-K/■yijlnyij（K為常數，K=■），信息效用值dj=1-ej。④計算評價指標權重wj=dj/■dj。

灰色關聯評價系統將各列指標與最優序列指標進行比較，計算關聯度系數，再結合權重得出與最優序列的關聯度，即耕地的集約利用水平[18]。由于本研究選取的指標均為具有正效應的指標，所以灰色關聯模型所選擇的最優序列為各項指標的最大值。評價模型如下：①對各項指標數值無量綱化pij=xij/■x。②計算參考序列與比較序列的絕對差值zij=|pij-pijmax|。③計算參考序列與比較序列相關度系數？孜ij=zijmin+p*zijmin/zij+p*zijmax（p為分辨系數，一般取值為0.5[19]）。④計算綜合得分Fi=■wi？孜ij。

3 ?湖北省耕地集約利用分析

3.1 ?時間序列分析

依據相關數據和評價模型，得出湖北省1996-2011年耕地集約利用度分值。

1996～2011年湖北省耕地集約利用水平可分為兩大階段（圖1），第一階段為1996年至2001年，整體呈總體下降趨勢，其間1997年和1999年有小幅上升。第二階段為2001年至2011年，整體呈波浪式上升趨勢，在2005年至2007年有下降現象。

1996～2011年湖北省耕地集約利用度各綜合指標中除耕地利用程度變化趨勢異常以外，其他三項指標與耕地集約利用總水平變化趨勢基本相近，即大趨勢先下降后上升（圖2）。可以說明湖北省耕地集約利用的水平與耕地的投入、產出和持續性的關系十分密切。2001年前耕地集約度下降的原因，可以考慮到當時的社會經濟狀況，農業生產的比較效益低下，全國各地都出現了農民進城務工的現象。這種趨勢的加強，導致了農村勞動力的缺失，使各種投入也隨之減少，耕地利用的程度也不斷降低。在對耕地投入、產出和可持續性等相關指標的變化趨勢的分析中發現，與耕地面積緊密聯系的人均耕地指標和平衡系數指標也呈現出先下降后上升的趨勢，其轉折點在2003年。雖然此轉折點比集約利用度的轉折點遲到了2年，但同樣可以判斷耕地面積變化與集約利用度存在一定相關性。為進一步確定兩者的關聯程度，運用SPSS雙變量相關分析得到耕地面積變化與集約利用度在0.05的置信度上的Spearman相關系數為0.532。

進一步分析，第一階段，在整體趨勢下降的情況下1997年和1999年小幅的上升態勢主要是由于1997年耕地利用效益的提高和1999年耕地利用程度得到提高。通過數據分析發現，1997年糧食總產量增長了6%，農業總產值增加了9%，1999年實際機耕面積為1 993.85千hm2，增長達150%。在第二階段，集約利用水平整體上升的情況下，在2005年到2007年間有小幅的下降，從圖2中可以清楚看到耕地利用程度下降十分地劇烈，2006至2007年耕地可持續水平也有所下降。2006年至2007年復種指數都呈下降趨勢，下降率分別達到了6.4%和3.6%，2005年和2006年的灌溉指數下降率也達到了1.5%和2.6%。以此可以判斷耕地利用程度對耕地利用集約度也有顯著影響。在2002年和2007年后耕地的集約利用水平都保持著一段時間的相對穩定的提高，結合國家的農業政策分析，2002年的種糧補貼政策和2006年取消的農業稅政策，都在一定程度上刺激了農民種田的積極性，并加大了耕地的勞動力、資金等多方面的投入和耕地利用程度。endprint

3.2 ?空間差異分析

為了研究湖北省耕地集約利用程度的區域差異，考慮到數據來源的時效性和可獲得性，本研究選取了2010年的數據進行空間差異分析，來評價湖北省各市州的耕地集約利用度。

基于SPSS數據統計分析軟件，采用K-均值聚類方法將湖北省各市州的耕地集約利用水平劃分為3個等級，其中0.52以下為勉強集約，0.52～0.60為中度集約，0.60以上為高度集約。

湖北省耕地高度集約的地區主要集中在中北部及鄂州地區，勉強集約耕地主要集中在鄂西、鄂東南以及孝感地區。其余地區耕地均為中度集約水平（圖3）。從地域差異角度分析，鄂西地區集約利用度較低，主要原因是鄂西多為高山地區，地形破碎，耕地多位于山澗河谷地區，并且面積狹小，農業基礎設施十分落后，難以實現規模效益。自然條件的落后使農業投入相對較少，農業設施的不完善也使生產效益較低，加之山區交通不便，無形中增加了投入成本。山區的農業比較利益低下，山區農民進城務工現象十分普遍便導致了諸多村莊空巢以及許多老人村的存在;鄂東南地區以及孝感地區也存在部分自然條件較差的地區。鄂東南地區廣泛分布的紅色酸性黏土、自然災害、環境污染等諸多因素均影響者耕地的有效利用。自然條件從根本上限制了這部分地區的耕地利用水平，以黃石市為例，即使在提高了投入強度的情況下，耕地的集約利用也仍處于勉強集約的水平。耕地高度集約利用地區各項指標值均較高且相對均衡，其中鄂州市雖然耕地面積在省內屬于低水平，但投入強度為全省最高，使得耕地集約利用度處在高水平（圖4）。

4 ?結論和建議

在已有的研究成果上，本研究通過構建耕地集約利用評價指標，采用將熵值法和灰色關聯模型相結合的方法對湖北省耕地集約利用度進行時空分析，得出以下結論：①湖北省近16年的耕地集約利用水平不穩定。總體上以2001年為轉折點，之前呈下降趨勢，之后呈起伏上升狀態，并且2007年以后整體保持平穩上升態勢。②湖北省不同集約利用水平的耕地分布較為集中，“抱團”分布現象較為明顯。高度集約的地區主要集中在中北部及鄂州地區，勉強集約耕地主要集中在鄂西、鄂東南及孝感地區，其余地區耕地均為中度集約水平。③將熵值法與灰色關聯模型相結合的評價方法能對耕地的集約利用水平做出客觀評價，具有很強的可行性和可操作性。

通過分析，提出以下提高湖北省耕地集約利用水平的措施建議：①繼續落實嚴格的耕地保護政策。城市化進程的加快必定會侵占寶貴的耕地資源。數據統計顯示，1996年到2003年湖北省的耕地面積減少31.4萬hm2，與耕地集約利用度水平的變化趨勢大體一致。因此制定科學合理的土地利用規劃，合理劃分土地用途分區，實行嚴格的土地用途管制制度，嚴格控制農用地的非農化。2003年后耕地數量的增加與實施了嚴格的耕地保護制度是分不開的。②通過土地整治改善農業生產環境。湖北省地貌類型豐富，區域差異顯著，因地制宜地開展土地整理工程，改善各地的自然條件和基礎設施，使農業投入獲得最大的效益回報。③宏觀調控引導微觀主體決策。農民是農業生產的微觀主體，擁有生產發展的微觀決策權。在農業比較利益低的情況下，農村勞動力非農化在一定程度上會限制農業生產的投入。因此政府應不斷采取各種政策，保障農民的利益，提高農民的種田積極性，同時廣泛開展農業技術培訓，提高農民的科學文化素質。隨著農民素質的提高，將使農民的集約利用耕地的自覺性提高，繼而提高耕地集約化利用比例，使農業生產決策更加理性化。

參考文獻：

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[18] 朱前濤.甘肅省耕地資源集約節約利用及其實現途徑研究[D].蘭州：蘭州大學，2010.

[19] 何軍峰.基于熵權的灰色關聯模型對陜西省物流業的研究[J].中國商貿，2011（32）：170-171.endprint

3.2 ?空間差異分析

為了研究湖北省耕地集約利用程度的區域差異，考慮到數據來源的時效性和可獲得性，本研究選取了2010年的數據進行空間差異分析，來評價湖北省各市州的耕地集約利用度。

基于SPSS數據統計分析軟件，采用K-均值聚類方法將湖北省各市州的耕地集約利用水平劃分為3個等級，其中0.52以下為勉強集約，0.52～0.60為中度集約，0.60以上為高度集約。

湖北省耕地高度集約的地區主要集中在中北部及鄂州地區，勉強集約耕地主要集中在鄂西、鄂東南以及孝感地區。其余地區耕地均為中度集約水平（圖3）。從地域差異角度分析，鄂西地區集約利用度較低，主要原因是鄂西多為高山地區，地形破碎，耕地多位于山澗河谷地區，并且面積狹小，農業基礎設施十分落后，難以實現規模效益。自然條件的落后使農業投入相對較少，農業設施的不完善也使生產效益較低，加之山區交通不便，無形中增加了投入成本。山區的農業比較利益低下，山區農民進城務工現象十分普遍便導致了諸多村莊空巢以及許多老人村的存在;鄂東南地區以及孝感地區也存在部分自然條件較差的地區。鄂東南地區廣泛分布的紅色酸性黏土、自然災害、環境污染等諸多因素均影響者耕地的有效利用。自然條件從根本上限制了這部分地區的耕地利用水平，以黃石市為例，即使在提高了投入強度的情況下，耕地的集約利用也仍處于勉強集約的水平。耕地高度集約利用地區各項指標值均較高且相對均衡，其中鄂州市雖然耕地面積在省內屬于低水平，但投入強度為全省最高，使得耕地集約利用度處在高水平（圖4）。

4 ?結論和建議

在已有的研究成果上，本研究通過構建耕地集約利用評價指標，采用將熵值法和灰色關聯模型相結合的方法對湖北省耕地集約利用度進行時空分析，得出以下結論：①湖北省近16年的耕地集約利用水平不穩定。總體上以2001年為轉折點，之前呈下降趨勢，之后呈起伏上升狀態，并且2007年以后整體保持平穩上升態勢。②湖北省不同集約利用水平的耕地分布較為集中，“抱團”分布現象較為明顯。高度集約的地區主要集中在中北部及鄂州地區，勉強集約耕地主要集中在鄂西、鄂東南及孝感地區，其余地區耕地均為中度集約水平。③將熵值法與灰色關聯模型相結合的評價方法能對耕地的集約利用水平做出客觀評價，具有很強的可行性和可操作性。

通過分析，提出以下提高湖北省耕地集約利用水平的措施建議：①繼續落實嚴格的耕地保護政策。城市化進程的加快必定會侵占寶貴的耕地資源。數據統計顯示，1996年到2003年湖北省的耕地面積減少31.4萬hm2，與耕地集約利用度水平的變化趨勢大體一致。因此制定科學合理的土地利用規劃，合理劃分土地用途分區，實行嚴格的土地用途管制制度，嚴格控制農用地的非農化。2003年后耕地數量的增加與實施了嚴格的耕地保護制度是分不開的。②通過土地整治改善農業生產環境。湖北省地貌類型豐富，區域差異顯著，因地制宜地開展土地整理工程，改善各地的自然條件和基礎設施，使農業投入獲得最大的效益回報。③宏觀調控引導微觀主體決策。農民是農業生產的微觀主體，擁有生產發展的微觀決策權。在農業比較利益低的情況下，農村勞動力非農化在一定程度上會限制農業生產的投入。因此政府應不斷采取各種政策，保障農民的利益，提高農民的種田積極性，同時廣泛開展農業技術培訓，提高農民的科學文化素質。隨著農民素質的提高，將使農民的集約利用耕地的自覺性提高，繼而提高耕地集約化利用比例，使農業生產決策更加理性化。

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[18] 朱前濤.甘肅省耕地資源集約節約利用及其實現途徑研究[D].蘭州：蘭州大學，2010.

[19] 何軍峰.基于熵權的灰色關聯模型對陜西省物流業的研究[J].中國商貿，2011（32）：170-171.endprint

3.2 ?空間差異分析

為了研究湖北省耕地集約利用程度的區域差異，考慮到數據來源的時效性和可獲得性，本研究選取了2010年的數據進行空間差異分析，來評價湖北省各市州的耕地集約利用度。

基于SPSS數據統計分析軟件，采用K-均值聚類方法將湖北省各市州的耕地集約利用水平劃分為3個等級，其中0.52以下為勉強集約，0.52～0.60為中度集約，0.60以上為高度集約。

湖北省耕地高度集約的地區主要集中在中北部及鄂州地區，勉強集約耕地主要集中在鄂西、鄂東南以及孝感地區。其余地區耕地均為中度集約水平（圖3）。從地域差異角度分析，鄂西地區集約利用度較低，主要原因是鄂西多為高山地區，地形破碎，耕地多位于山澗河谷地區，并且面積狹小，農業基礎設施十分落后，難以實現規模效益。自然條件的落后使農業投入相對較少，農業設施的不完善也使生產效益較低，加之山區交通不便，無形中增加了投入成本。山區的農業比較利益低下，山區農民進城務工現象十分普遍便導致了諸多村莊空巢以及許多老人村的存在;鄂東南地區以及孝感地區也存在部分自然條件較差的地區。鄂東南地區廣泛分布的紅色酸性黏土、自然災害、環境污染等諸多因素均影響者耕地的有效利用。自然條件從根本上限制了這部分地區的耕地利用水平，以黃石市為例，即使在提高了投入強度的情況下，耕地的集約利用也仍處于勉強集約的水平。耕地高度集約利用地區各項指標值均較高且相對均衡，其中鄂州市雖然耕地面積在省內屬于低水平，但投入強度為全省最高，使得耕地集約利用度處在高水平（圖4）。

4 ?結論和建議

在已有的研究成果上，本研究通過構建耕地集約利用評價指標，采用將熵值法和灰色關聯模型相結合的方法對湖北省耕地集約利用度進行時空分析，得出以下結論：①湖北省近16年的耕地集約利用水平不穩定。總體上以2001年為轉折點，之前呈下降趨勢，之后呈起伏上升狀態，并且2007年以后整體保持平穩上升態勢。②湖北省不同集約利用水平的耕地分布較為集中，“抱團”分布現象較為明顯。高度集約的地區主要集中在中北部及鄂州地區，勉強集約耕地主要集中在鄂西、鄂東南及孝感地區，其余地區耕地均為中度集約水平。③將熵值法與灰色關聯模型相結合的評價方法能對耕地的集約利用水平做出客觀評價，具有很強的可行性和可操作性。

通過分析，提出以下提高湖北省耕地集約利用水平的措施建議：①繼續落實嚴格的耕地保護政策。城市化進程的加快必定會侵占寶貴的耕地資源。數據統計顯示，1996年到2003年湖北省的耕地面積減少31.4萬hm2，與耕地集約利用度水平的變化趨勢大體一致。因此制定科學合理的土地利用規劃，合理劃分土地用途分區，實行嚴格的土地用途管制制度，嚴格控制農用地的非農化。2003年后耕地數量的增加與實施了嚴格的耕地保護制度是分不開的。②通過土地整治改善農業生產環境。湖北省地貌類型豐富，區域差異顯著，因地制宜地開展土地整理工程，改善各地的自然條件和基礎設施，使農業投入獲得最大的效益回報。③宏觀調控引導微觀主體決策。農民是農業生產的微觀主體，擁有生產發展的微觀決策權。在農業比較利益低的情況下，農村勞動力非農化在一定程度上會限制農業生產的投入。因此政府應不斷采取各種政策，保障農民的利益，提高農民的種田積極性，同時廣泛開展農業技術培訓，提高農民的科學文化素質。隨著農民素質的提高，將使農民的集約利用耕地的自覺性提高，繼而提高耕地集約化利用比例，使農業生產決策更加理性化。

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