半干旱地區典型城市耕地面積變化空間差異及驅動力分析
——以西安市為例

魏倩倩, 任志遠，2

(1.陜西師范大學 旅游與環境學院, 西安 710119; 2.西北國土資源研究中心, 西安 710119)

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半干旱地區典型城市耕地面積變化空間差異及驅動力分析
——以西安市為例

魏倩倩1, 任志遠1，2

(1.陜西師范大學 旅游與環境學院, 西安 710119; 2.西北國土資源研究中心, 西安 710119)

以西安市為例，分析了其2000—2012年耕地面積變化及空間差異，并采用主成分分析法，從人口、經濟、產業結構、生活水平和城鎮化水平5個方面共選擇14個因子，揭示了近13年來西安市耕地面積變化的作用機制，從而為制定合理的耕地保護制度和政策提供參考依據。研究結果表明：(1) 西安市耕地面積總體呈逐漸下降趨勢，年平均遞減率為1.38%；(2) 西安市耕地面積變化的主要驅動力因素是經濟發展、城鎮化水平、農業因素，這三者構成了西安市耕地面積變化的主要驅動力；(3) 可以從減少建設用地占用、促進經濟發展模式的轉變和加強對農業結構調整的引導3個方面來遏制西安市耕地面積銳減的趨勢。

耕地面積變化; 空間差異; 主成分分析; 驅動力; 西安市

隨著我國經濟的高速發展，城市化、城鄉一體化已經成為我國經濟社會的必然趨勢，改革開放以后，我國城鎮化進程明顯加快[1]，城鎮化率從1978年的17.92%上升到2012年的52.57%。城鎮化進程的加快意味著更多的農村人口向城鎮轉移，必然會引起城鎮對住房、公共設施等需求的增加；同時也必然引起城市建設用地的外延和擴張，造成耕地資源的銳減。土地是人類生存和發展的基礎，耕地資源更是土地中的精華，承載著人類賴以生存的物質基礎，耕地的迅速流失對糧食安全和生態環境都會產生負面效應[2]，特別是對于我國這樣一個人多地少，耕地資源分布極不平衡的國家，保護耕地更是迫在眉睫。因此處理好城鎮化過程中的耕地保護問題，關系到我國的糧食安全和社會經濟的可持續發展，具有重要的現實意義。

近年來，國內外學者針對耕地面積變化與經濟發展之間關系以及驅動力研究做了深入的剖析。郭杰等[3]對影響江蘇省耕地資源數量的經濟因素進行了深入的分析。曲福田等[4]利用1995—2001年省級數據，構建了耕地轉變為非農用地的經濟驅動機制理論分析框架。周京奎等[5]基于中國130個城市面板數據的檢驗，分析了城市周邊農地非農化進程的驅動力機制。眾多學者又對耕地流轉與經濟發展的基本規律進行研究。曲福田等[6]提出了經濟增長與耕地非農化的庫茲涅茨曲線，并通過6個典型的省份進行了驗證。此外還有一些學者利用空間和動態計量分析中的格蘭杰因果檢驗[7]、空間計量和誤差模型[8-11]、方差分解、協整檢驗和脈沖響應[12]等方法，并分析了農地非農化與城市化、經濟增長之間的規律和聯系。此外，學者們也成功的建立了一些驅動力模型，如IMAGE模型、STIRPAT模型、CLUE模型等[13-15]。

針對以上的研究成果，關于耕地資源的面積變化及驅動力研究主要存在以下幾個方面的問題：(1) 耕地面積變化及驅動力的研究主要集中在經濟發達地區和沿海各省區，而很少關注西部地區耕地面積的迅速流失問題；(2) 關于各個地方社會經濟驅動因子確定的依據不足。在確定研究區的社會經濟驅動因子時，大都過于形式化，沒有依據本區的特點選擇具有代表性的指標[14]；(3) 耕地面積和社會經濟因素之間本身就具有各種相互聯系、相互制約的關系，因此在進行動態和定量分析時，若不采用科學合理的計量方法，數據容易產生異方差和多重共線性等問題[14]。

西安是我國西北地區的重要城市之一，是絲綢之路經濟帶的中心，社會經濟發展迅速，地理位置和土地利用都具有一定的代表性。本文以半干旱地區典型城市——西安市為研究區域，提取影響西安耕地面積變化的主要驅動力因子，剖析西安市耕地面積變化驅動因素的作用機制，以期為解決耕地保護與城市化和經濟發展之間的矛盾，為土地資源的可持續發展提供決策參考。

1　研究區概況和研究方法

1.1研究區概況

西安市位于渭河流域關中平原中部，是陜西省省會，絲綢之路經濟帶的經濟、文化、商貿中心，地處107°40′—109°49′E，33°39′—34°45′N，總面積9 983 km2。地勢總體南高北低，地貌類型多樣，包括平原、黃土臺塬、丘陵、山地4種基本形態，其中秦嶺山地和渭河平原是西安市地貌主題，其中山地占總面積的48.84%，平原僅占37.29%。氣候類型為暖溫帶半濕潤半干旱大陸季風氣候，年均溫13.3℃，年平均降水量613.7 mm。西安市包括未央、蓮湖、碑林、新城、雁塔、灞橋、閻良、長安、臨潼9區和戶縣、高陵、藍田、周至4縣。由于近年來西安市經濟社會發展迅速，地區生產總值從2000年的646.1億元增加到2012年的4 366.1億元。城鎮人口也從2000年的450.4萬人增加到2012年的611.6萬人。

1.2研究方法與數據來源

不同社會經濟發展階段和國家政策環境下，引起耕地變化的驅動力因子都不是等效的[15]。本文依據西安市2000—2012年的耕地數據和社會經濟指標數據，并綜合了西安市的獨特地位條件，運用主成分分析法，對耕地面積變化的主要驅動力因子作了深入分析。主成分分析法，即通過線性變換，用較少的幾個綜合指標代替原來較多的變量指標，并且使這些較少的綜合指標既能盡可能多地反映原來較多變量指標所反映的信息，同時它們之間彼此獨立[15]。本文所采用的主成分分析軟件為SPSS 21.0。

本文所采用的基礎數據主要來源于西安市國土資源局、西安市政府工作報告、西安市統計年鑒(2000—2012)及陜西省統計年鑒(2000—2012)等。

2　西安市耕地面積變化動態特征

2.1西安城鎮化進程中耕地的空間分布和面積變化

2012年西安市耕地面積為295 580 hm2，占西安市總國土面積的24.40%。從西安市耕地的空間分布來看(圖1)，耕地主要分布在秦嶺以北的郊縣地區，并以旱地為主。

圖1　2012年西安市耕地的空間分布

從整體上看，西安市耕地面積呈逐年下降趨勢(圖2)；從耕地數量的年遞減率來看，平均年遞減率為1.38%。2005年之前耕地年遞減速度較快；這是由于進入21世紀之后經濟快速發展的原因。2006—2010年遞減速率較之前變緩，這是由于2006年西安市實施了《西安市土地利用總體規劃(2006—2020年)》，嚴格了耕地保護制度和節約集約用地制度的原因。到2010年之后耕地減少速率又相對加快，這與政策實施力度放松有較大關系。

圖2　西安市2000-2012年耕地面積變化

2.2西安市耕地面積變化的空間差異

西安市各縣區耕地面積變化的空間差異可以用耕地面積的年變化率來表示。根據公式(1)，可以得出西安市各區縣13年來耕地的相對變化程度，從而可以看出西安市耕地面積變化在空間上的差異。

(1)

式中：K——某區域耕地面積的年變化率；Ua，Ub——研究期初及期末某區域耕地面積；T——研究時段長。

通過對西安市各區縣耕地面積數據進行計算可知(圖3)，西安市3個主城區及3個郊區耕地面積年變化率最大；其中新城區、碑林區、蓮湖區3個主城區平均年化率為-8.33%，且耕地全部被建設用地占用；其次3個郊區，雁塔區為-7.59%，未央區為-7.13%，灞橋區為-2.69%。其中，高陵縣耕地面積減少的速率最小，平均年變化率為-0.6%。其中只有戶縣的耕地面積增加，但是增幅并不大，平均年增加率僅為0.34%。

3　西安市耕地面積變化的驅動力分析

3.1驅動力因子選擇

影響耕地面積變化的驅動力因子有很多，但主要包括自然因素和社會經濟因素兩大方面[16]。對西安市而言，在短時期來看，人類活動的影響更為直接和強烈[17]；自然因子等變化較小，加之難以定量描述，可以不予考慮[18]。故本文基于西安市的社會經濟狀況和現有基礎資料情況，并遵循綜合性、主導性、指標的可獲得性原則下，從經濟、產業結構、人口、城鎮化水平和生活水平5個方面共選擇14個因子，選取2000—2012年的數據作為分析樣本，分別是：X1為地區生產總值(億元)；X2為第一產業比重(%)；X3為工業總產值(億元)；X4為總人口(萬人)，X5為農業人口(萬人)；X6為城鎮化率(%)；X7為建成區面積(km2)；X8為糧食總產量(萬t)；X9為農林牧漁業總產值(億元)；X10為全社會固定資產投資(億元)；X11為農民人均純收入(元)；X12為城鎮居民人均可支配收入(元)；X13為道路面積(萬m2)；X14為社會消費品零售總額(億元)。

圖3　西安市2000-2012年耕地面積變化率

3.2主成分分析

由于變量之間不同單位和不同變異程度，會導致數據在分析過程中因單位的不統一而造成結果的差異。因此在分析之前要進行數據的無量綱化處理，常用的方法有初值化變換、均值化變換、極差變換、滑動平均變換等[19]。本文采用標準差標準化處理。標準化之后，利用統計軟件SPSS 21.0對數據進行主成分分析。

主成分分析的結果表明(表1)，第一、第二主成分的累計貢獻率已經達到95.62%，并且兩者的特征值都大于1，完全可以對西安市的耕地面積變化情況給出合理的解釋。根據貢獻率可以看出，第一主成分的貢獻率遠遠高于第二主成分的貢獻率，說明第一主成分所包含的因子更能反映西安市耕地面積變化的實質。因此，以前兩個主成分因子為基礎，根據各主成分中各驅動力因子載荷可以分析其在相應主成分中的貢獻率。

從主成分載荷矩陣(表2)可以看出，第一主成分與地區生產總值、工業總產值、城鎮化水平、建成區面積、社會固定資產投資、農林牧漁業總產值、道路面積、城鎮居民人均可支配收入、社會消費品零售總額等因素有較大的相關性，這些因子反映了社會經濟發展、城鎮化水平等因素的提高，因此第一主成分可認為是社會經濟發展和城鎮化水平的代表。第二主成分與糧食總產量有較大的相關，因此第二主成分可以做為農業因素的代表。因此，根據主成分載荷矩陣(表2)，選取的14個因子可以歸為3類，做為西安市耕地面積變化的主導因素，即：經濟發展(GDP、工業總產值)、城鎮化水平(城鎮化率)、農業因素(糧食產量)。

表1特征值及主成分貢獻率

成份初始特征值方差特征值貢獻率/%累積貢獻率/%112.31187.93787.93721.0757.68295.61830.5714.07899.69640.0160.11399.80950.0110.08199.89060.0090.06599.95570.0030.02399.97880.0020.01699.99490.0010.00599.999100.0000.001100.000114.47E-063.19E-05100.000122.71E-061.93E-05100.000131.00E-131.02E-13100.00014-1.00E-13-1.00E-13100.000

表2主成分載荷矩陣

變量成分12變量成分12X10.998-0.040X80.1830.931X2-0.778-0.289X90.989-0.097X30.997-0.042X100.9950.009X40.9400.174X110.981-0.150X50.975-0.174X120.993-0.066X60.9880.096X130.9930.052X70.989-0.097X140.996-0.058

3.3主導因子對耕地面積變化分析

3.3.1經濟發展對耕地面積變化的影響經濟的發展與其結構的調整通過推動經濟總量的增加、工業化與產業結構、民居生活水平等影響耕地利用的方式。由表2可知，第一主成分與GDP和工業總產值關系最大(0.998，0.997)。地區生產總值從2000年的646.13億元增加到2012年的4 366.10億元，增加了6.76倍；工業總產值從2000年的639.48億元增加到2012年的4 656.08億元，增加了7.28倍；同時期耕地面積則減少了48 973.33 hm2。

現階段，西安的經濟發展處于轉型的重要時期，在短期內耕地面積還將持續減少。只有把握好經濟的發展方向，使經濟發展由現階段的粗放型向集約型方向發展，并調整產業結構，這樣才能有效地逐步減少對耕地的占用。

3.3.2城鎮化水平對耕地面積的影響隨著我國經濟的發展，伴隨著城鎮化水平的不斷提高，城區不斷向外圍蔓延擴張，大量的耕地轉為建設用地；加之人民生活水平的提高，居住條件、交通設施等各方面需求不斷提高，也必然占用大量耕地。

西安市城鎮人口從2000年450.36萬人增加到2012年611.62萬人，城鎮人口增加了161.26萬人；城鎮化水平從60.77%提高到71.51%。從2012年耕地的空間分布(圖1)中也可以看出，西安市3個主城區的耕地已經全部被占用；并且西安3個城郊地區耕地面積減少的速率也較其他縣區快；可見城鎮化水平對耕地有著不可忽視的影響。

3.3.3農業因素對耕地面積的影響隨著西安市土地利用整體規劃的實施，現代農業綜合開發和農田基礎設施建設的不斷加強，農業的綜合生產能力有了較大提高。農民在農業生產中根據社會經濟效益來調整耕地的經營方式，如部分耕地調整為效益較高的果園和魚塘。農村產業結構的調整，將導致農村人口向城鎮轉移；同時對耕地的投入不足，加之農業生產過程中使用化肥和農藥越來越多，對土壤等造成嚴重破壞，都會導致耕地數量和質量下降。

4　結論與討論

(1) 西安市耕地面積從2000年的295 580.15 hm2減少到2012年的246 606.79 hm2，凈減少48 973.33 hm2，年平均減少3 767.18 hm2，年遞減率1.38%。隨著人口逐年增加，人均耕地面積也逐年減少，耕地壓力越來越大。

(2) 主成分分析的結果表明，西安市耕地面積變化的主要驅動力是經濟發展、城鎮化水平、農業因素3個方面。其中耕地面積變化與地區生產總值、工業總產值、城鎮化水平、建成區面積、社會固定資產投資、農林牧漁業總產值、道路面積、城鎮居民人均可支配收入、社會消費品零售總額等因子高度相關。

(3) 由于西安市的平原面積僅占總面積的37.29%，耕地資源更是十分有限，為了遏制西安市耕地面積減少的趨勢，確保糧食安全，建議采取以下措施：一是減少建設用地對耕地的占用，促進經濟發展由粗放型向集約型轉變，推進土地利用的節約和集約。二是通過舊城區改造、空心村管理、廢棄工廠復墾等途徑加強耕地的保護，從而緩解城鎮化快速發展后的農村土地利用問題。三是要根據西安市自身的特點，加強對果園、魚塘等地類的管理和保護，改善耕地質量和及時復墾，并正確引導農業結構的調整，避免因此造成耕地破壞。

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Spatial Differences of Cultivated Land Change and Driving Force Analysis in Typical Semi-Arid Area—A Case Study of Xi′an City

WEI Qianqian1, REN Zhiyuan1,2

(1.CollegeofTourismandEnvironmentSciences,ShaanxiNormalUniversity,Xi′an710119,China; 2.NorthwestLandandResourceResearchCenter,Xi′an710119,China)

In order to provide reference for the development of rational farmland protection system and policies, we took Xi′an City as an example, used the principal component analysis, arable land from 2000 to 2012 data and related socio-economic data based on 14 factors selected from the demographic, economic, industrial structure, living standards and the level of urbanization five areas altogether, to reveal the mechanism of the change of cultivated land area in Xi′an City in the nearly 13 years. The results showed that: (1) the overall arable land of Xi′an City decreased gradually, the annual average decreasing rate was 1.38%; (2) the main driving forces on the change of cultivated land area in Xi′an City was the economic development, urbanization level, agricultural factors, which constituted the main driving forces to cultivated land change in Xi′an City; (3) meanwhile, the trend of sharp decline of arable land in Xi′an City can be curbed through these 3 aspects: reduction of occupation from the construction land, promotion of economic development mode transformation and strengthening the guidance of adjustment of agricultural structure.

cultivated land change; spatial differences; PCA; driving force; Xi′an City

2015-03-17

2015-03-27

國家自然科學資助項目(41371523)

魏倩倩(1989—),女,河南開封人,碩士,研究方向為資源環境遙感與GIS。E-mail:1172558519@qq.com

任志遠(1953—),男,陜西興平人,教授,博士生導師,主要從事國土資源開發與生態安全評價研究。E-mail:renzhy@snnu.edu.cn

F301.21

A

1005-3409(2016)01-0284-05