赤壁市耕地变化驱动力分析及布局优化

摘要：以赤壁市1998-2010年土地及社会经济相关数据为基础，采用因子分析法和灰色系统预测法，对该区域耕地资源的动态变化进行了驱动力分析和预测。结果表明，1998-2010年赤壁市耕地呈先下降后上升趋势，驱动力主要为经济因素、农业内部结构因素和社会因素等。在此基础上提出了保护耕地的建议并进行了耕地布局优化设计。

关键词：耕地变化； 驱动力分析；布局优化；赤壁市

中图分类号：F301.24 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）10-2281-05

耕地资源对于人类社会的发展具有极其重要的作用，它是生物得以生存、社会得以进步、经济得以发展的基石[1]。耕地资源的变化是区域土地利用变化的核心，受自然、社会、经济、技术和历史等因素的影响，耕地的变化和流向反映了社会经济发展的基本态势[2，3]。为此，以赤壁市为例，研究其耕地变化的来源和去向，并分析驱使耕地变化的因素及规律，进而为赤壁市耕地布局优化提出相关建议。

1 研究的理论基础

1.1 地域分异理论

所谓地域分异是指自然地理环境各组成要素或自然综合体沿地表按确定的方向有规律地发生分化所引起的差异[4，5]。影响地域分异的基本因素有两个：一是地球表面太阳辐射的纬度分带性，即纬度地带性因素，简称地带性因素；二是地球内能，这种分异因素称为非纬度地带性因素，简称非地带性因素[6-8]。支配地域分异现象的客观规律也就称为地域分异规律，它包括地带性规律和非地带性规律[9]。

不同地区土地的数量、质量、结构、环境状况、空间分布和利用现状各异，适宜的开发利用方式、方向、规模、水平也不同。同时，国民经济各部门对土地数量、质量、性状的要求不同，各有自己最适宜的分布区域和地点。因此，要合理利用土地，必须使土地利用方向符合区域规律[10]。

1.2 系统理论

系统是由相互制约的各要素组成的具有一定功能的整体，系统论则是应用系统思想来研究客观世界的理论，其基本观点有整体观、结构观、环境观、功能观和演化观等。系统一般具有以下特点：①系统由要素构成，系统通过整体作用支配和控制要素，而要素通过相互作用决定着系统的特性和功能。②任何系统都有一定的结构和功能，系统是功能和结构的统一体，二者是不可分割的。③系统的属性主要表现在整体性、动态性、相关性、层次等级性和有序性等方面[11-13]。

根据此次研究方向，可将土地利用系统分为土地利用变化系统和驱动力系统。前者是一个具有一定结构，各个组分之间发生一定联系并执行一定功能，具有突出动态变化特征的复合系统，它通常由土地利用主体子系统（土地使用者、管理者）、土地载体子系统、土地利用子系统（资本投入、生产方式）等构成[14]；后者是由各种驱动力组成的具有一定新功能的有机整体，可以分为自然地理驱动力和社会人文驱动力两个组成部分。驱动力系统与土地利用变化系统之间是相互作用、相互影响的，但两者之间的作用需要借助土地利用决策者和土地覆被这样的中间环节，其基本的作用过程是：驱动力首先影响土地利用的决策者，不同的土地利用决策产生相应的土地利用变化，土地利用变化所导致的土地覆被变化又通过各种途径作用于驱动力，由此完成了驱动力—土地利用决策者—土地利用变化—土地覆被变化—驱动力的循环作用过程[15，16]。

2 研究区域概况

赤壁市地处湖北省东南部，长江中游南岸，全市处于幕阜山脉与江汉平原接壤的丘陵地带，地势由南向北逐渐倾斜。隔蟠河与湖南省临湘市接壤，东与咸安区相邻，南与崇阳县交界，东北与嘉鱼县连接，西北隔长江与洪湖市相望，地理位置为北纬29°28′-29°55′，东经113°32′-114°13′。拥有长江赤壁深水码头，又是国际旅游轮的停靠点，京广铁路、107国道、京珠高速公路、武广高速铁路、宁樟高速公路贯穿全境，交通便捷。属于亚热带海洋性季风气候，温暖湿润，雨量充沛，四季分明，日照充足。

3 数据来源及处理方法

3.1 原始数据收集

相关数据来源于以下资料：赤壁市社会经济统计数据（1998-2010年），赤壁市土地利用变更调查数据，赤壁市土地统计簿等。

3.2 数据处理

数据处理的软件包括Excel、SPSS等，图像处理运用MapGIS等软件。运用的数据处理方法有因子分析等。

4 耕地变化驱动力分析

4.1 赤壁市耕地现状及布局分析

根据土地利用变更调查数据，2010年赤壁市耕地总面积为3.44万hm2，占全市土地总面积的19.97%。赤壁市近50%的耕地都集中在官塘驿镇、神山镇、中伙铺镇、车埠镇，其中官塘驿镇和神山镇所占比例最高。耕地面积占辖区面积比例最高的是柳山湖镇，黄盖湖农场、新店镇、赤壁镇和沧湖开发区所占比例较高。由图1可见，赤壁市各乡镇耕地面积占辖区面积比例波动幅度较大，全市耕地分布不均衡。

4.2 耕地变化驱动力分析

4.2.1 驱动力因子分析

1）驱动力指标体系的建立。选取16个指标构建赤壁市耕地变化驱动力指标体系如表1。

2）数据的获取及标准化。通过查阅1998-2010年赤壁市相关统计数据，得到这几年各变量对应的实际值。在对以上各因子进行进一步分析时，为了消除量纲对结果的影响，需要对数据进行标准化。这里采用以下标准化公式：

Z（xi）=■ （1）

其中Z（xi）为标准化后的值，xi为数据实际值，E（xi）为各样本数据的平均值，D（xi）为各样本数据的方差。标准化后的数据均值为0，方差为1。

3）因子分析。选取了16个变量作为研究的依据，结合SPSS软件采用因子分析法进行分析。从各因子对应的特征值（图2）可以看到，主因子数有3个，3个主因子的累计方差贡献率已达到89.98%，足以说明问题。

为进一步简化结构，使结果更易于解释，对载荷矩阵进行方差极大正交旋转，经5次迭代，得到方差极大正交旋转结果（表2）。

从因子载荷的数值大小来看，第一主因子主要由农业总产值（x9）、国内生产总值（x5）、财政收入（x7）、职工工资总额（x6）、固定资产投资总额（x4）、种植业产值（x8）、种植业产值占农业总产值比例（x12）和机电排灌面积占耕地面积比例（x16）所决定，这一主因子所反映的信息量占总体的53.74%，可以将这一主因子概括为经济因素。

第二主因子主要由化肥施用量（x14）、粮食总产量（x3）、粮食作物播种面积占农作物播种总面积比例（x11）、粮食作物播种面积（x10）、第一产业增加值占国民生产总值比例（x13）和机电排灌面积（x15）决定，这一主因子所反映的信息量占总体的19.59%，可以将这一主因子概括为农业内部结构因素。

第三主因子主要由年末总人口（x1）和农业人口（x2）决定，这一主因子所反映的信息量占总体的16.65%，可以将这一主因子概括为社会因素。

由此可以看到，赤壁市耕地变化的驱动力主要为经济因素，农业内部结构因素以及社会因素。

4.2.2 驱动力综合分析 结合1998-2010年赤壁市耕地变化的情况（表3）来看，不同时间段内耕地变化的驱动力是有差异的。

第一时段：1998-2005年。这段时间内耕地总体减少，变化的驱动力主要为经济因素。经济的发展对于区域土地利用方式包括耕地利用方式起着十分重要的作用。经济的增长对土地需求的总量水平产生重要影响，还会不断改变各种用地类型的比例（例如农用地和建设用地的比例），这是导致耕地资源变化的重要因素之一。经济发展水平的提高使得政府对各种基础设施的固定投资额增大，必然会占用大量的耕地，使得耕地数量减少。同时，近几年由于国家一系列“三农”优惠政策出台，以及农民外出务工经商，农村经济条件进一步改善，促使农民改善居住条件，分户建宅或另选交通便利的位置再建新宅，使得农村居民点超出控制指标。另外1999年国家提出退耕还林（草）政策，随着国家对生态环境保护和改善力度的加大，从2000年开始赤壁市大于25°的坡耕地生态退耕还林的面积逐年加大，特别是2001-2003年退耕还林的面积很大，而这期间耕地补充的动力不足，也使得耕地减少。

第二时段：2006-2010年。耕地数量逐渐增加，变化的驱动力主要为农业内部结构因素和社会因素。第一，政府扶持下的土地整理、开发和复垦等措施。这些措施使得一些未利用地和建设用地转化为耕地，加上农用地结构的调整，部分园地和草地也转化为耕地，不仅能弥补经济发展中建设用地对耕地的占用且还有少量盈余，使得耕地数量稍有增加。第二，科学技术飞速发展使得先进的科学技术大量在农业上应用，单位面积耕地产值提高，种植业效益增加，种植业逐步由家庭作业向规模化、集约化生产转变，也使得耕地数量略有增加。第三，人类要生存就会对粮食产生需求，而人口的增多势必会使这种需求越来越大。耕地的数量和质量都要有保证才可以满足人口对粮食的需求。因此单从人口因素的角度来讲，耕地资源的变化与其是分不开的。近几年赤壁市的人口也有所增加，虽然2010年比2009年人口数量稍有下降，但是相比2008年人口仍有所增加。人口的增多对粮食的需求更大，在一定程度上使耕地数量增加。

5 耕地布局优化

既然赤壁市的耕地在不断减少，在切实保护耕地的同时更要合理利用耕地，因地制宜地对耕地进行合理布局[5]。首先对未来耕地面积作预测，以2010年为基期，选取未来5年作为预测时长，采用灰色系统预测法进行预测。

与传统预测模型相比，采用灰色系统预测建立的数字分析模型不仅适用样本数量较少、波动较大的数列，而且淡化了误差积累，可用于未来时段系统的预测。下面针对时间序列的GM（1，1）建模。

由于原始数据模型不能通过检验，继而对残差序列进行建模分析，通过五次残差序列建模分析，得预测模型为：

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

其中x为预测时间点的耕地面积，t为预测的时间点与基期年的差值。

对于GM（1，1）模型的拟合精度检验，常采用后验差检验。用后验差比值C及小误差概率P来确定模型的精度等级。经精度检验，对当前模型的评价为：

C=0.265 3，很好；P=1.000 0，很好。

用灰色模型求得未来5个时刻，即2011、2012、2013、2014、2015年的耕地面积预测值分别为3.351万、3.352万、3.360万、3.376万、3.401万hm2。

由以上结果可知，由灰色系统预测法预测的2011年耕地面积为3.351万hm2，2015年耕地面积为3.401万hm2。可见耕地面积还是有增加的趋势，但有效补充耕地是一项长远的工作，需要政府和群众各方面力量的支持和共同努力，近期解决耕地减少问题稍显困难，但随着耕地保护措施的不断实施，定会在一定程度上保持耕地资源动态平衡。

结合预测结果，根据目前赤壁市各乡镇的特色农业，可按发展方向将各乡镇或区域分为以下几个布局优化类型（表4），优化示意图见图3。

6 建议

随着赤壁市国民经济的发展，人民生活水平将会不断提高，对耕地的需求也会不断增加，建议赤壁市在实施保护耕地措施时考虑以下几点：

1）严格执行保护耕地的政策法规，切实保护耕地和基本农田。我国目前耕地保护方面的政策例如基本农田保护制度、土地用途管制制度等，可以在很大程度上保护耕地，但往往会因为执行不严而使制度弱化。

2）严格控制建设用地占用耕地，实现占补平衡。建设用地占用耕地不可避免，但是一定要适度占用，并且做到“占一补一”，保持耕地总量动态平衡。

3）加强土地开发整理力度，多渠道补充耕地数量。土地开发和整理是补充耕地的重要方式。如宜耕未利用地开发、充分利用闲置地、将超出控制标准的居民点用地复垦为耕地，都是扩大耕地面积的良好途径。

4）推广农业新技术，提高农业产值。耕地资源是有限的，如何利用有限的资源最大限度地产生农业价值是值得思考的问题。不断引进新技术来支持农业发展，对于提高农业产值具有重要意义。

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