湖南省耕地資源動態變化及其驅動力

申海建, 郭榮中

(1.湖南省測繪科技研究所, 湖南 長沙 410004; 2.長沙環境保護職業技術學院, 湖南 長沙 410004)

?

湖南省耕地資源動態變化及其驅動力

申海建1, 郭榮中2

(1.湖南省測繪科技研究所, 湖南 長沙 410004; 2.長沙環境保護職業技術學院, 湖南 長沙 410004)

[目的] 研究湖南省1996—2011年耕地資源的變化過程，定量分析耕地變化的驅動因子，并對該區域耕地的變化趨勢進行預測，為合理利用和保護耕地資源，促進區域經濟的可持續發展和糧食安全生產提供重要參考。 [方法] 利用湖南省近16 a的土地利用調查數據及相關社會經濟資料，根據研究區域的特點選取了總人口、地區生產總值、農業機械化水平等14個指標，利用主成分分析法對耕地變化的驅動力進行分析，最后采用灰色系統GM(1，1)模型對研究區域耕地的變化趨勢進行預測。 [結果] 1996—2011年湖南省人均耕地面積下降趨勢明顯，由1996年的0.066 9 hm2減少到2011年的0.058 0 hm2，該省耕地數量變化存在明顯的區域差異。耕地面積變化驅動力主要由人口增長、社會發展、農業生產能力、人民生活水平4個方面構成。預測結果表明，研究區域2014—2020年的耕地面積繼續呈下降趨勢。 [結論] 湖南省耕地減少速度快，土地墾殖率高，且后備資源貧乏，應加大耕地的保護力度，以促進區域的糧食安全和可持續發展。

耕地面積變化; 驅動力; 主成分分析法; GM(1,1)模型; 湖南省

文獻參數： 申海建, 郭榮中.湖南省耕地資源動態變化及驅動力[J].水土保持通報，2016,36(4)：309-314.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.04.053

耕地是人類賴以生存的基本資源和條件。進入21世紀，人口不斷增多，耕地逐漸減少，人民生活水平不斷提高，保持農業可持續發展首先要確保耕地的數量和質量。據聯合國教科文組織(UNESCO)和糧農組織(FAO)不完全統計，全世界土地面積為1.83×109hm2左右，人均耕地0.26 hm2。截至2011年年底，全國耕地保有量為1.22×108hm2，與1996年相比減少了8.42×106hm2，年均減少5.26×105hm2，中國人均耕地只有0.09 hm2，1.20×108hm2耕地紅線已岌岌可危，人均耕地面積僅為世界同期平均水平的34.6%，不少省份的人均耕地，已低于聯合國糧農組織確定的0.053 hm2警戒線。耕地數量和質量的變化，關系著糧食安全與人類生存大計，是土地可持續利用研究的重點。國內眾多學者從不同角度對城市或區域的耕地變化進行了積極探討。趙文武[1]對世界主要國家的耕地變化進行了研究；曹銀貴、劉洛等學者[2-3]從全國的角度探討了中國耕地變化的情況；杜新波、姚濤、張鵬巖等[4-6]從省域尺度分析了耕地變化的影響因素和特征；鄧楚雄等[7]從城市群的視角對耕地數量的時空變化和驅動力進行了分析；余菲、易浪、王瑞發等[8-10]則從市域角度探討了耕地變化的驅動力問題；還有趙永華等[11]在縣域尺度開展的研究；李宇、杜國明、曾永年等[12-14]分別對石羊河流域中下游綠洲地區、三江平原北部、青海高原東北部等生態脆弱地區耕地利用變化進行了研究；趙建軍、肖麗群、姚赫男等[15-17]從耕地質量評價的視角關注耕地。這些研究成果都對區域土地利用和社會經濟的可持續發展提供了重要參考。湖南省是我國中部地區乃至全國的重要糧食生產基地，本研究根據湖南省1996—2011年的耕地面積和社會經濟等資料，研究其變化過程，定量分析耕地變化的驅動因子，并對研究區域耕地的變化趨勢進行預測分析，為合理利用和保護耕地資源，促進區域經濟的可持續發展和糧食安全生產提供重要參考。

1　研究區概況

湖南省位于長江中游以南，南嶺山地以北，地處東經108°47′—114°15′，北緯24°39′—30°08′。省界極端位置，東為桂東縣黃連坪，西至新晃侗族自治縣韭菜塘，南起江華瑤族自治縣姑婆山，北達石門縣壺瓶山。東西寬667 km，南北長774 km，下轄13市和1個自治州。土地總面積2.12×105km2，占全國土地總面積的2.2%，在全國各省區中居第10位。2011年末，全省總人口7 135.60萬人，其中城鎮人口3 218.16萬人，農村人口3 917.44萬人，城鎮化水平45.10%。地區生產總值達2.02×1012元，農民人均純收入為6 567元。湖南省以山地、丘陵為主，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，四季分明，年平均氣溫在17 ℃。

2　耕地動態變化分析

2.1耕地數量動態變化

從湖南省1996—2011年耕地變化情況(圖1，表1)可以看出，從總體趨勢上看耕地面積從1996年的4.30×106hm2減少到2011年的4.14×106hm2，16 a間共減少耕地1.60×105hm2，期間1996—2006年的湖南省耕地面積由4.30×106hm2下降到4.13×106hm2，到之后又逐步回升到2011年的4.14×106hm2，主要是由于各項建設進入高速發展時期，基本建設大規模開展，以及退耕還林還草導致了耕地面積的下降。但從2006年之后的耕地占補平衡政策又使耕地面積有所回升。而人均耕地面積由1996年的0.066 9 hm2減少到2011年的0.058 0 hm2，累計減少了0.008 9 hm2，已接近聯合國警戒線水平(0.053 0 hm2/人)，隨著人口的逐年增加以及耕地的不斷減少，人口增長已對耕地造成巨大壓力。其中耕地面積減少最多的是湘西自治州，共減少2.46×104hm2；減少最少的是衡陽市，共減少4 122.35 hm2。

圖1　　　　湖南省1996-2011年耕地總面積

2.2耕地數量變化的區域差異

因自然條件、社會經濟發展水平和區域發展戰略等存在一定的差異，湖南省各市州耕地數量變化存在明顯的區域差異。本文采用耕地相對變化率來反映這一空間差異，耕地相對變化率公式為：

(1)

式中：Ka，Kb——各地區研究期初和研究期末的耕地面積；Ca，Cb——整個地區研究期初和研究期末的耕地面積。根據以上計算公式，可將全省各地區耕地數量變化情況劃分為3個區，即耕地資源緩慢減少區(0≤R<1.00)、耕地資源快速減少區(1.00≤R<1.50)、耕地資源急劇減少區(R≥1.50)。如表1所示，湖南省14個市(州)均為耕地資源減少區，具體耕地數量變化的空間差異格局為： (1) 耕地資源急劇減少區：包括湘西自治州、張家界市，該區域研究期間耕地面積減少了3.30×104hm2，占全省減少總量的20.66%。主要原因如下：湖南省搶抓國家推進西部大開發、促進中部崛起、武陵山片區的戰略機遇，堅持以經濟發展、財政增收、城鄉居民增收為目標，加強湘西地區基礎設施建設，加快高速公路建設，突出改善基本公共服務，著力改變城鄉面貌，加快城市建設的進程，從而造成了耕地資源的急劇減少。同期，湘西自治州近年來深入開展以退耕還林、生態公益林建設、植樹造林等為重點的綠色湘西工程，累計完成退耕還林近2.00×105hm2，退耕還林生態效益總價值量位居湖南省各市州之首。張家界市從2001年開始全面實施退耕還林工程，國家加大了退耕還林工程建設資金的投入，截至2011年，全市共完成退耕還林工程建設近6.67×104hm2。這也是這兩個區域耕地資源減少的又一主要原因。 (2) 耕地資源快速減少區：包括婁底市、岳陽市、邵陽市、郴州市、永州市、湘潭市等6個市，該區域研究期間耕地面積減少8.43×104hm2，占全省減少總量的52.81%。這些地區經濟發展水平相對較高，受全省開發戰略的影響等，社會經濟取得較快發展，在一定程度上造成耕地資源的快速減少。而且由于農產品價格走低，農民增收相對緩慢，農民種糧積極性降低，不少耕地被調整為果園、茶園等。 (3) 耕地資源緩慢減少區：包括長沙市、株洲市、懷化市、常德市、益陽市、衡陽市等6個市，該區域研究期間耕地面積減少4.23×104hm2，占全省減少總量的26.53%。這些地區著力推進農村土地整治，夯實糧食增產基礎，優化建設用地批供結構，在一定程度上抑制了耕地資源的減少。同時隨著經濟發展，政府對耕地保護的意愿和能力逐步增強，有效地遏制耕地的快速流失。

表1　湖南省各市州1996-2011年耕地面積數量變化及分區

3　耕地變化驅動力分析

采用1996—2011年的湖南省耕地序列數據闡述其變化過程：耕地面積基礎數據來源于湖南省國土資源部門1996—2011年土地變更調查和第二次土地調查成果。為了使土地利用結構變化數據保持穩定的時間序列，具有連續性和一致性，對于1996—2008年數據，以2009年第二次土地調查公布的耕地面積為基數，利用土地變更調查耕地面積增減的變化量逐年反推計算得到；2010—2011年數據則直接采用第二次土地調查成果及其年度變更數據。在統計軟件SPSS 13.0的支持下，應用主成分分析法等定量分析工具，探討湖南省耕地資源變化的驅動力機制。社會經濟數據來源于同期《湖南統計年鑒》[18]。

3.1耕地變化的影響因子確定

為分析湖南省耕地數量變化的驅動機制，本文根據研究區域的地域特點，遵循綜合性、主導性、指標的可獲取性等原則，并結合其他學者的研究成果，從人口狀況、經濟發展水平、人民生活水平、農業生產能力等4個方面選取14個指標：總人口(X1，萬人)，農業人口(X2，萬人)，地區生產總值(X3，億元)，第三產業產值(X4，億元)，全社會固定資產投資(X5，億元)，城市化水平(X6，%)，建設用地面積(X7，hm2)，林牧漁占第一產業值比重(X8，%)，農田有效灌溉保證率(X9，%)，農民人均純收入(X10，元)，糧食總量(X11，104t)，化肥施用量(折純)(X12，t)，農業機械總動力(X13，104kW)，公路里程(X14，km)。以對1996—2011年湖南省耕地的變化情況進行綜合分析。

3.2主成分分析結果

由于各項基礎數據本身具有不同的量綱和數量級，為了讓數據在平等的情況下進行分析，須進行數據的標準化。

利用統計軟件SPSS 13.0，對14個因子做主成分分析。得到湖南省耕地變化驅動力變量相關系數矩陣(表2)，以及各主成分的特征值與主成分貢獻率(表3)。

表2　湖南省耕地變化驅動力變量相關系數矩陣

由表3可知，變量相關矩陣有1個最大特征根11.594 6，與其相對應的是，第1主成分的累計貢獻率已達82.818 3%，大于80.00%，說明主成分已提供了原始數據的足夠信息，完全符合分析的要求。

主成分載荷是主成分與變量之間的相關系數，由表4可知，第1主成分與X1，X3，X5，X10和X13之間的相關程度很高，X1，X3，X5，X10和X13分別代表了總人口、地區生產總值、全社會固定資產投資、農民人均純收入、農業機械總動力，這5個因素分別代表人口增長、社會經濟發展水平、農業生產能力狀況、農民生活水平。

3.3耕地面積變化的驅動力

3.3.1人口增長驅動人口的增長與耕地的減少成正相關關系，湖南省1996年總人口為6 428萬人，2011年增加到7 136萬人，增加了11.01%；同期耕地面積從4.30×106hm2減少到4.14×106hm2，減少了3.71%；人均耕地面積由1996年的0.066 9 hm2/人下降到2011年0.058 0 hm2/人，減少了13.30%，而2011年的人均耕地面積0.058 0 hm2/人，已接近到聯合國糧農組織確定的0.053 0 hm2警戒線。總人口的增加，需要更多的耕地提供糧食以滿足人們生存的需要，而且人類一切的生活和生產活動都需要占用一定的空間場所，對耕地的壓力必將越來越大；同時大量的人口非農化，造成城市中心城區由于人口的急劇增長，不得不向郊區擴展，這就推動了城市交通等基礎設施的完善，導致城鎮建設用地和工業用地的快速增加，這必然要占用大量耕地。

表3　特征值及主成分貢獻率

表4　主成分載荷矩陣

3.3.2社會經濟發展驅動地區生產總值、全社會固定資產投資是反映湖南省社會經濟綜合水平的重要指標。湖南省2011年地區生產總值為2.02×104億元，是1996年(2.54×103億元)的7.95倍；2011年全社會固定資產投資為1.14×104億元，是1996年(678.33億元)的16.85倍。經濟的發展推動了城市化和工業化的進程，城市規模不斷擴大，建設用地需求不斷增加，耕地非農化速度不斷加快，各類建設用地大量占用耕地，尤其是城鎮周邊和交通沿線的優質耕地。而且隨著經濟的發展，人民消費水平得到提高，必然對住房、交通、城市基礎設施等提出更高的要求，從而加速了耕地面積的減少。

3.3.3農業生產能力驅動技術進步直接影響土地利用的廣度和深度。農業技術進步包括良種培育、土壤改良、農藥、化肥等多個方面。隨著湖南省近年來水利工程、農業機械總動力和農業科技投入逐年增加，農業綜合開發和土地整治等加強高標準基本農田基礎設施建設的不斷加強，農業綜合生產能力有了很大的提高，耕地相對數量增加，不少耕地資源因此流轉為非農建設用地。農業機械總動力由1996年的1.62×107kW增加到2011年的4.94×107kW，增加了205%。說明在農業用地方面，技術的發展水平提高將大大提高糧食單產，提升農業用地的集約程度，提升了單位土地生產率，對耕地的占用由強變弱，從而減緩人口對土地的壓力。同時農業科技進步促使農業內部比較效益的作用日益明顯。

3.3.4人民生活水平驅動農民人均純收入對耕地變化有重要影響。湖南省1996年農民人均純收入為1 792元，2011年增加到6 567元，增長了266%；隨著經濟的快速發展、城市化進程的加快，農民的觀念發生較大轉變，農民開始更多地自由選擇經營方式，而不是單一地發展種植業生產。通過比較優勢的選擇，大量農民把耕地轉向水產養殖、花果生產等經濟收益比較好的產業，以獲得遠高于糧食生產效益的報酬，對土地的經濟效益的追求導致了耕地利用發生變化，從而推動了農業內部結構的調整，同時隨著農民生活水平的提高，其消費結構得到轉型升級，比如食品消費由主食性向副食性轉化，也會帶來農業生產結構的調整，造成耕地面積的減少。

4　耕地面積變化預測分析

4.1耕地面積變化預測方法

耕地面積變化是自然、社會、經濟等因素綜合作用的結果，灰色系統GM(1,1)建模是尋找因素之間和因素本身的動態發展規律，從而預測因素的發展變化和協調因素的動態關系。是通過獨特的數據處理即數據累加生成方法來建立微分方程[19]。該微分方程主要用于單因素預測。本研究利用灰色系統GM(1,1)模型對湖南省2014—2020年耕地數量的變化情況進行預測。

4.2耕地面積變化預測結果

以1996—2011年湖南省耕地變化序列數據為基礎，利用灰色系統GM(1,1)模型，預測研究區域2014—2020年耕地面積變化情況。預測模型為：

(2)

由表5可以看出，平均相對誤差為0.42%，相對誤差較小(絕對值不超過3%)，說明模型精度滿足要求[19]。湖南省耕地面積在2014—2020年呈繼續下降的趨勢，由2014年的4.08×106hm2減少到2017年的4.05×106hm2，最后減少到2020年的4.01×106hm2，變化率為-1.72%。說明湖南省耕地保護的壓力日益增大，形式不容樂觀。

表5　相對誤差計算

5　討論與結論

(1) 研究期內湖南省耕地資源總量呈逐年下降趨勢，耕地面積從1996年的4.30×106hm2減少到2011年的4.14×106hm2，人均耕地面積也呈下降趨勢，由1996年的0.066 9 hm2減少到2011年的0.058 0 hm2。而且該省耕地數量變化存在明顯的區域差異，耕地資源急劇減少區主要是湘西自治州和張家界市，耕地資源快速減少區有婁底市、岳陽市、邵陽市、郴州市、永州市、湘潭市6個市，耕地資源緩慢減少區包括長沙市、株洲市、懷化市、常德市、益陽市、衡陽市。

(2) 主成分分析結果表明，湖南省耕地變化的驅動力主要為人口因素、經濟社會發展、農業生產能力、人民生活水平等因素。其中總人口、地區生產總值、全社會固定資產投資、農民人均純收入、農業機械總動力等與研究區的耕地變化關系密切。經濟發展因素對湖南省耕地面積的變化的驅動作用最強，應該借助新一輪“產業轉移”，培育新興產業和企業，改造和提升傳統產業、落后產業，促進高新技術產業和生產性服務性產業的發展，實現產業結構優化升級；另外通過推動技術進步、自主創新、規模經濟、勞動、管理效率的提升，提高區域整體資源利用效率，實現經濟發展由數量型增長向質量型增長轉變，從而緩和用地需求。

(3) 通過建立的灰色系統GM(1,1)模型預測湖南省耕地面積在2014—2020年呈繼續下降的趨勢。

(4) 湖南省耕地減少速度快，土地墾殖率高，且后備資源貧乏，實現區域耕地總量的動態平衡任重而道遠。今后湖南試圖通過大面積開荒、圍墾等來擴大耕地面積的路是走不通的；相反，為減輕湖南省嚴重的洪澇災害的壓力，在洞庭湖區和丘陵山區，還會有部分耕地退田還湖，退耕還林。所以，湖南省必須加大耕地的保護力度，嚴格控制建設用地的規模和人口的增長，大力提高復種指數，實現耕地集約利用。增加農業資金投入和機械化水平，提高土地單位面積產量和耕作效率，加強農田水利和生態工程建設，保障農作物抵抗自然災害風險能力等措施，有助于減少農業生產對耕地的依賴性。

[1]趙文武.世界主要國家耕地動態變化及其影響因素[J].生態學報,2012,32(20):6452-6462.

[2]曹銀貴,袁春,周偉,等.中國耕地變化的驅動因子及其省域差異分析[J].中國土地科學,2008(2):17-22.

[3]劉洛,徐新良,劉紀遠,等.1990—2010年中國耕地變化對糧食生產潛力的影響[J].地理學報,2015,69(12):1767-1778.

[4]杜新波,周偉,司慧娟,等.青海省2000—2008年間耕地變化及驅動力研究[J].水土保持研究,2013,20(5):185-191.

[5]姚濤,馬衛鵬.陜西省耕地面積變化與糧食生產的相關性研究：基于1980—2010年的數據分析[J].中國農業資源與區劃,2013(1):76-80.

[6]張鵬巖,秦明周,閆江虹,等.河南省耕地資源利用效益的影響因素及特征分析[J].中國人口·資源與環境,2013,23(1):162-169.

[7]鄧楚雄,李曉青,向云波,等.長株潭城市群地區耕地數量時空變化及其驅動力分析[J].經濟地理,2013,33(6):142-147.

[8]余菲,肖玲,康苗苗,等.貴陽市耕地面積變化的驅動力研究[J][J].水土保持通報,2012,32(3):271-276.

[9]易浪,任志遠,劉焱序.西安市耕地面積變化驅動力分析及動態預測[J].干旱區研究,2013,30(6):1144-1149.

[10]王瑞發,夏非,張永戰.青島市近10年來耕地變化及其驅動力分析[J].水土保持研究,2013,20(2):108-114.

[11]趙永華,何興元,胡遠滿,等.岷江上游汶川縣耕地變化及驅動力研究[J].農業工程學報,2006,22(2):94-97.

[12]李宇,齊曉明,董鎖成,等.石羊河流域中下游綠洲地區耕地利用變化研究[J].農業工程學報,2008,24(4):117-121.

[13]杜國明,李昀,于鳳榮,等.基于遙感的2000—2009年三江平原北部耕地變化特征分析[J].農業工程學報,2012,28(1):225-229.

[14]曾永年,吳孔江,靳文憑,等.青海高原東北部耕地變化及驅動力分析[J].干旱區資源與環境,2012,26(8):89-92.

[15]趙建軍,張洪巖,王野喬,等.基于AHP和GIS的省級耕地質量評價研究：以吉林省為例[J].土壤通報,2012,43(1):70-75.

[16]肖麗群,陳偉,吳群,等.未來10年長江三角洲地區耕地數量變化對區域糧食產能的影響：基于耕地質量等別的視角[J].自然資源學報,2012,27(4):565-576.

[17]姚赫男,李艷,曹宇.基于RS和GIS的耕地資源質量評價:以浙江省富陽市為例[J].土壤,2013,45(4):732-738.

[18]湖南統計局.湖南統計年鑒(1997—2012年)[M].北京:中國統計出版社,1997-2012.

[19]程建權.城市系統工程[M].湖北 武漢:武漢大學出版社,1999.

Change of Cultivated Land and Its Driving Force in Hu’nan Province

SHEN Haijian1, GUO Rongzhong2

(1.InstituteofMappingofHu’nanProvince,Changsha,Hu’nan410004,China;2.ChangshaEnvironmentalProtectionOccupationTechnicalCollege,Changsha,Hu’nan410004,China)

[Objective] Based on the land use survey data and the associated socio-economic data from 1996 to 2011, the changes of cultivated land were analyzed in Hu’nan Province. [Methods] According to the regional characteristics in the study area, 14 indices, including total population, GDP, agricultural mechanization level, and so on, were selected to elucidate the driving forces of the cultivated land changes using the main reason method. The changing trend of these cultivated lands are predicted using the GM(1,1) model. [Results] From 1996 to 2011, the cultivated land area per person of Hu’nan Province decreased from 0.066 9 hm2to 0.058 0 hm2. The cultivated land changed differently in different regions. The driving forces of farmland changes in Hu’nan Province had issues of the social development, the advancement of agricultural production capacity, people’s living standards, and the increase of population. The prediction results showed that the cultivated land area in Hu’nan Province will decrease from 2014 to 2020. [Conclusion] Therefore, local government is required to pay extensive attention and take effective measures to protect the cultivated land, as well as to promote regional food security and to ensure the development sustainable.

change of cultivated land; driving factors; method of principal component; GM(1,1) model; Hu’nan Province

2015-08-09

2015-11-02

湖南省教育廳科研項目“基于PSR模型的長株潭城市群生態安全評價關鍵技術研究”(15C0014)

申海建(1978—),男(漢族),湖南省石門縣人,碩士,高級工程師,主要從事土地利用與規劃研究。E-mail:78482490@qq.com。

A

1000-288X(2016)04-0309-06

F301.24