基于協調度模型的河北省人口—耕地—糧食調關系研究

楊偉州　臧亮　魏明歡　張蓬濤

摘要：應用協調度函數模型對河北省11個地級市的2000-2011年人口-耕地-糧食系統協調度進行綜合評價，分析各區域協調度的時空變異。結果表明，河北省11個地級市人口-耕地-糧食協調水平總體不高，處于基本協調水平。從時間序列上看，2000-2011年各市協調度C值隨著時間的延續呈波狀起伏變化，協調關系穩定性較差；從空間序列上看，協調度等級在地域上呈不規則分布，地域差異不明顯。該研究結果可為河北省人口-耕地一糧食協調關系水平的提高以及農業生態經濟系統的可持續發展提供科學依據。

關鍵詞：人口-耕地-糧食；協調關系；時空變異；河北省

中圖分類號：F327 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）09-2427-06

隨著城鎮化和工業化的快速發展，人地矛盾已成為制約中國經濟社會發展的瓶頸之一。在面對保障糧食安全和建設活動占用大量耕地的雙重壓力下，如何實現人口一耕地一糧食之間構成的這一耦合系統的協調發展。對推動中國經濟平穩轉型，協調未來人口、耕地資源利用和糧食生產的矛盾具有重要的理論和現實意義。陸汝成結合基于熵值法的協調度函數模型對廣西崇左市經濟社會發展與土地利用的協調度進行綜合評價：曹堪宏等利用空間耦合模型與動態耦合模型來研究廣州市和深圳市土地利用效益的耦合狀態和規律，并對其土地利用效益進行了評價：部分研究者還利用模糊數學方法構建協調發展度來識別區域經濟、社會和資源環境之間的協調發展關系：還有的研究者以某一區域為研究對象，利用灰色關聯模型、系統相關因子模型等對人口-耕地-糧食的互動關系進行了預測，并提出了可持續發展的相關建議等。

綜觀以上文獻，眾多學者主要是從土地利用與社會經濟、生態環境的耦合協調發展等方面進行研究，且多是采用相關分析和基于專家咨詢法和熵值法的協調模型，而運用層次分析法和協調度模型研究事物之間協調關系的實例較少：很多學者專注于研究特定區域內兩對象之間動態發展變化的耦合狀態和規律，卻很少基于某一時間段，研究區域不同事物發展變化中協調關系的時空變異。本研究旨在將人口、耕地和糧食的協調關系作為研究對象，通過建立耦合協調度模型，評價河北省11個地級市人口、耕地和糧食系統的協調度，研究分析各區域協調度的時空差異及其產生原因，以期為河北省人口-耕地-糧食協調水平的提高以及農業生態經濟系統的可持續發展提供科學依據。

1 研究區概況

河北省位于東經113°11′-119°45′，北緯36°05′-42°37′之間，總面積18.85萬km²，屬溫帶大陸性季風氣候，四季分明。地勢西北高、東南低。由西北向東南傾斜。地形地貌復雜多樣，高原、山地、丘陵、盆地、平原等地貌類型齊全，內環京津。東臨渤海。河北省是一個人口大省，到2011年末，河北省的總人口數量已經達到了7241萬人，位居全國第六位。近年來雖實行了較為嚴格的計劃生育政策，人口數量得到了控制，但由于人口基數大的原因，人口總數將會在長時期內保持一定的增長趨勢：河北省2011年末耕地面積為584.05萬hm²。河北省耕地質量總體水平不高，且部分地區生態環境脆弱，土壤受侵蝕、沙化、水土流失、鹽堿化等危害的耕地面積仍占不少比例，同時河北省面臨著耕地資源總量和人均耕地面積相對不足，耕地資源區域分布不均衡，土壤污染等難題：河北省是全國重要的糧食主產區。糧食作物種類較多，如小麥、玉米、水稻、大豆、谷子、高粱、甘薯、馬鈴薯等。但主要作物是小麥和玉米，從播種面積看。小麥和玉米的播種面積占全省糧食總播種面積的85.5%，這兩種作物的總產量占全省糧食總產量的92.0%，但近年來，由于耕地面積減少，自然災害的影響以及農業結構的調整等。河北省的糧食生產面臨巨大的壓力。在人口與耕地逆向發展條件下，研究人口-耕地-糧食三者之間發展的協調關系對于維持人口對糧食的需求，保障糧食安全，調控耕地資源數量以及推動河北省農業經濟系統的良性發展具有重要意義。

2 研究方法與步驟

2.1 評價指標體系的構建

科學的評價指標體系是進行人口-耕地-糧食協調關系研究的基礎。評價指標體系的構建在遵循重點性、整體性、層次性、獨立性等原則的基礎上，參考現有研究成果，結合河北省實際。以人口發展變化綜合指數、耕地資源利用變化指數和糧食生產綜合指數三個方面作為指標體系的準則層：指標層方面，利用主成分分析法的理論原則，選取貢獻程度較高的13個指標作為評價因子，建立人口-耕地-糧食系統協調發展關系評價指標體系。

2.2 數據的標準化

對評價指標進行標準化處理，以消除變量的量綱不同所造成的影響。本文采用極差標準化方法，對原始統計數據進行標準化處理。公式為： （1）

式中。P_ij為指標的標準化值；X_ij為指標的原始數據；X_imin為指標的原始數據最小值；X_imax為指標的原始數據最大值。具有正效應的指標，其值越大對人口-耕地-糧食的協調發展越有利：相反。具有負效應的指標，其值越大越不利于人口-耕地-糧食的協調發展。本研究中所采用的指標除化肥施用量、人口自然增長率和年末總人口數外。其他均為正效應的指標。

2.3 指標權重的確定

由于協調度評價中具體指標的復雜性和多樣性，同時結合前人的研究成果，本研究采用層次分析法確定準則層和指標層的權重。步驟如下。

在將評價體系分為目標層、準則層和指標層的基礎上，分別構造判斷矩陣確定人口-耕地-糧食評價系統的權重。構造的判斷矩陣為：

式中，a_ij表示因素a_i（i=1，2，…，n）對a_j（i=1，2，…，n）的相對重要程度值，a_ij的取值見表1。

假設人口-耕地-糧食系統評價總體目標為A，由于人口-耕地-糧食系統中三者重要性對于研究三者的協調關系同等重要，故相對于總體目標而言，這里認為準則層目標B的三者之間同等重要。

通過計算得出準則層目標B三者之間判斷矩陣的特征向量W=[0.3333，0.3333，0.3333]^T即評價指標B₁、B₂、B₃的權重值分別為0.3333、0.3333、0.3333，矩陣最大特征根λ_max=3，為了檢驗判斷矩陣是否具有滿意的一致性。需要將一致性指標（CI）與相應的平均隨機一致性指標（RI）進行比較。其中CI=（λ_max-n）/（n-1）=0，RI=0.58，一致性比例CR=CI/RI=0，說明上述判斷矩陣有完全的一致性，

通過層次分析法依次確定評價體系指標層的權重，結果見表2。

2.4 人口-耕地-糧食協調度發展函數的建立

協調發展是系統之間相互影響、相互促進，達到一種處于良性循環發展態勢水平的過程，反映的是系統之間動態的相互作用關系及其程度。協調度則是對其協調狀況好壞程度進行度量的定量指標。根據協調度的定義，設{x₁，x₂，…，x_{i}、{y1，y2，…，yj}、{z1，z2，…，zk}分別描述人口發展變化綜合指數、耕地資源利用變化指數和糧食生產綜合指數，其中，i=1，2，3；j=1，2，…7；k=1，2，3。xi、yj、zk分別表示上述三者的評價指標。評價函數分別為：}

式中：x_i'、y_j'、z_k'分別為人口發展變化綜合指數、耕地資源利用變化指數和糧食生產綜合指數的標準化值，ω_i、ω_j、ω_k分別為人口發展變化綜合指數、耕地資源利用變化綜合指數和糧食生產綜合指數的權重，要達到人口和耕地數量與糧食安全協調發展。則，f（x）、g（y）與h（z）的離差系數應當越小越好，而使離差系數越小越好的充要條件是C'，越大越好。

C'=f（x）·g（y）·h（z）/（f（x）+g（y）+h（z）/3）³ （4）

根據上式，為使計算出的協調度具有一定的層次性，參考王欣等的相關研究，定義人口一耕地一糧食協調度C的計算公式為：

C={f（x）·g（y）·h（z）·（f（x）+g（y）+h（z）/3）^-3）^λ （5）

式中：λ（λ≥2）為調節系數，因為系統為三者的協調關系，所以取λ=3。

2.5 人口-耕地-糧食協調度等級的劃分

人口-耕地-糧食協調發展過程就是農業生態經濟系統綜合協調、各子系統交互脅迫的發展過程，其實質就是發展因素與限制因素相互作用、相互脅迫，由低級協調向高級協調發展的過程。本研究采用分布函數法擬定協調度的等級劃分（表3）。

2.6 數據來源

河北省人口-耕地-糧食協調度發展關系研究的基礎數據均來源于2001-2012年《河北省農村統計年鑒》、11個地級市《國民經濟和社會發展統計公報》等。研究范圍為河北省，包括其下屬的11個地級市，土地總面積為18.77萬km²。

3 結果與分析

3.1 評價結果

利用數據標準化公式、人口-耕地-糧食協調度函數進行評價計算，求得2000-2011年河北省11個地級市的協調度C值，如表4所示。

3.2 河北省人口-耕地-糧食協調度發展時空變異分析

3.2.1 河北省人口-耕地-糧食協調度發展水平的年度變化分析

1）由表4和圖1（各市柱狀圖從左至右依次代表2000-2011年）分析可知，石家莊、張家口、唐山、保定、衡水、邢臺和邯鄲的協調度C值呈“降低→增高→降低→增高”的“W”型起伏變化，且大體呈現出基期、終期持平的發展態勢。具體來看。協調度C值在2000-2003年呈下降趨勢，其中石家莊下降幅度最大，由2000年的0.9621降至2003年的0.0010.2003年后協調度C值又開始急劇回升，其中唐山增幅最大，2004-2007年間變化不大，2008年又出現一個低谷，2009-2011年呈小幅下降態勢：在協調度等級上，2000-2003年間除張家口協調度由比較協調降為基本協調外，協調度等級均由高度協調降至極不協調，2004-2007年，協調度等級均維持在比較協調水平，2008年處于極不協調狀態：2009-2011年間，協調度等級又以比較協調為主。

2）承德、秦皇島、廊坊和滄州的協調度C值總體表現出“增高→降低→增高→降低→增高→降低”的連續起伏變化特點。協調度C值在2000-2002年呈增長趨勢。2003年跌至低谷，其中廊坊降幅最大，由2000年的0.7345降至2003年的0.0010。2004-2007期間，C值呈小幅下降趨勢，2008年C值又跌至低谷，2009-2011年呈小幅下降態勢：在協調度等級上，2000-2001年間，協調度等級均上升為高度協調等級，2002-2003年，協調水平又急劇降為極不協調狀態。2004-2007年，協調度等級主要維持在比較協調水平，2008年處于極不協調狀態，2009-2011年間。協調度等級又以比較協調為主。

3）河北省11個地級市人口-耕地-糧食協調度C值在2003和2008年均出現不同程度的降低。這兩個年份河北省11個地級市協調度C值平均分別為0.1521和0.0504，為評價期內最低的兩個年份。2003年平均協調度C值低主要是因為2002年退耕還林（草）工程在河北省全面開展，退耕還林面積達16.67萬hm²。糧食產量（2712.37萬t）、人均糧食產量（418.68kg）、糧食耕種面積（573.59萬hm²）與其他年份相比最低。其中石家莊市2003年C值下降幅度最大，由2002年的0.4284降至2003年的0.0010。主要原因是2003年石家莊市人口自然增長率為5.53‰。但糧食總產量、人均糧食產量和糧食作物播種面積較上年分別下降3.67%、4.36%和2.13%，耕地人口密度增大，人均糧食占有量不足等使人口-耕地-糧食之間的發展關系惡化：2008年同樣出現一個協調關系的低谷，較上一年度降幅均達到86.86%以上。這主要是受2008年金融危機的影響，鄉村從業人員回鄉，致使鄉村地區人口增加，耕地人口密度增大。糧食需求量上升，加劇了人口一耕地一糧食系統發展關系的惡化，其中衡水市2008年C值降幅最大，較2007年降低98.42%。其主要原因是2008年衡水市人口自然增長率為6.61‰，但糧食作物播種面積為56.39萬hm²，較上一年度下降2.14%。

4）河北省各市的協調關系年度變化呈現出穩定性較低、協調關系脆弱的特點。從年度變化幅度大小分析可知，保定市協調關系年度變化最不穩定。標準偏差達到0.3267，緊隨其后的是衡水和滄州，標準偏差也分別達到0.3041和0.3020：張家口的年度變化相對而言最為穩定，標準偏差為0.2331。

3.2.2 河北省人口-耕地-糧食協調發展水平的空間變化分析為進一步分析河北省11個地級市人口-耕地-糧食協調度C值的區域差異，選取基期年2000年、終期2011年及兩個中間時點2004年和2008年4個時間點，利用GIS技術，繪制河北省11個地級市人口-耕地-糧食協調度C值空間分布圖（圖2），對其變化進行分析。

1）從空間分布來看，11個地級市協調度C值呈現出低水平協調和較高水平協調交錯演替，地區差異性不明顯等特點。2000年承德和秦皇島位于不協調等級水平，滄州和邯鄲處于基本協調水平，張家口、廊坊和邢臺協調等級為比較協調水平，石家莊、唐山和衡水為高度協調水平：2004年期間整個河北省以比較協調和高度協調水平為主：2008年河北省各市人口-耕地-糧食關系普遍極不協調：而2011年又重新回到比較協調的水平。

2）由圖2可知，人口-耕地-糧食協調度C值高低在地域上呈不規則分布，協調關系的好壞與地理位置無明顯聯系。人口-耕地-糧食協調關系脆弱，易受多種因素影響，協調關系不穩定。

4 小結與討論

4.1 小結

本研究采用基于層次分析法的協調度模型對河北省11個地級市人口-耕地-糧食的協調關系進行了綜合評價。結果表明：①各地區協調度C值并未嚴格地以單調遞增或遞減的規律發展變化，而是呈現出波狀起伏的變化態勢：⑦協調度C值呈現出低水平協調和較高水平協調等級交錯演替的特點，穩定性較低：③協調度C值大小在地域上差異不明顯，且呈不規則分布。

4.2 討論

1）本研究根據河北省實際情況，在選取有代表性的13個評價指標基礎上，利用協調度函數模型對河北省11個地級市人口一耕地一糧食的協調關系進行了綜合分析。針對不同地區的特點和情況，因地制宜地選取適合本地區實際情況的評價指標，有利于獲得更符合研究地區實際情況的評價結果，但會犧牲區域間的可比性。兩者如何兼顧值得探討。

2）人口-耕地-糧食協調關系作為一個動態變化的系統，易受多種因素的影響，本研究中僅選取影響河北省各地級市的13個指標作為評價指標，對于未考慮到的指標有待進一步分析。

人口-耕地-糧食協調關系的好壞取決于人們對耕地施加的正反影響相互博弈的結果。針對本研究分析的人口-耕地-糧食協調關系脆弱、協調度等級缺乏穩定性等現狀，提出以下建議：人口方面。在繼續推行“計劃生育”政策前提下，從人口數量、結構及質量等多方面減輕人口壓力，提高人們保護耕地的責任意識：耕地方面。一方面完善耕地流轉和利益分配機制。鼓勵耕地的規模經營和集約經營，發展現代農業，另一方面嚴格控制耕地的建設占用，同時大力開展農村土地綜合整治，以增加耕地面積、提高耕地質量：糧食方面，探索建立糧食生產直補長效機制，財政資金向“三農”傾斜，完善社會化服務體系，大力改良和推廣糧食新品種，提高糧食單產等。