基于主成分分析法的宜昌市耕地利用效益變化分析*

何國松，周亞欣，金 賚，李雪原

(1.湖北科技學院 資源環境科學與工程學院，湖北 咸寧 437100;2.華中師范大學 城環學院，湖北 武漢 430079)

基于主成分分析法的宜昌市耕地利用效益變化分析*

何國松1，周亞欣1，金 賚2，李雪原2

(1.湖北科技學院 資源環境科學與工程學院，湖北 咸寧 437100;2.華中師范大學 城環學院，湖北 武漢 430079)

耕地是農民收入的重要來源，也是保證國家糧食安全和生態安全的基本條件.通過構建耕地利用效益評價的指標體系，采用主成分分析對宜昌市近20年耕地利用效益進行了評價，結果表明:(1)近20年來湖北省宜昌市耕地利用效益總體不斷提高.(2)耕地經濟效益、社會效益的提高主要由于科技進步而耕地生態效益的下降主要由于化肥農藥的大量使用以及能耗的增加.因此，應加大農業科技投入，注意保護農業生態，減少農藥化肥的使用，加強水利基礎設施建設.

耕地利用效益;主成分分析法 ;宜昌市

引 言

耕地是農業生產最基本的生產資料，耕地的收益是農民收入的重要來源，也是保證國家糧食安全的基本條件，同時耕地的生態功能也受到越來越多的重視.因此，國內外學者對耕地利用進行了大量的研究，首先是用途轉移引起的耕地面積時空格局變化，尤其是1978年以后，隨著我國經濟持續快速發展，占用耕地現象始終未得到有效控制，很多學者從不同角度研究了我國不同區域耕地利用變化及其驅動機制［1～3］，其次研究耕地質量、質量空間格局變化以及對耕地進行集約評價［4～6］，最后從耕地的糧食安全角度進行研究［4～6］，但對耕地的結構、形態、綜合評價研究比較少，本文以湖北省宜昌市為例，利用主成分分析法對19年來的耕地效益及驅動因子進行研究，從而促進耕地利用的經濟、社會、生態功能的協調發展.

1 研究區域概況

宜昌市位于湖北省西部，位于東經110°15'－112°04'，北緯29°56'－31°34'之間，東鄰荊州市和荊門市，南抵湖南省石門縣，西接恩施土家族苗族自治州，北靠神農架林區和襄陽市.為長江上游與中游分界處，鄂西秦巴山脈和武陵山脈向江漢平原的過渡地帶，地勢西高東低，地貌復雜多樣.全市共轄五縣(遠安縣、興山縣、秭歸縣、長陽土家族自治縣、五峰土家族自治縣)三個縣級市(宜都市、當陽市、枝江市)五區(夷陵區、西陵區、伍家崗區、點軍區、猇亭區)，總人口415萬;總面積2.1萬平方公里.宜昌地貌自南向北為平原、丘陵、山區，氣候兼有南北之優，土地肥沃，是重要糧棉油生產基地.

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

研究數據主要來源于《宜昌市統計年鑒》(1996－2010)，《宜昌地區農村統計年鑒》(1990－1995)，《湖北省統計年鑒》(1990－2010)，為了便于計算取 1990、1995、2000、2005、2010 年五個年度數據.

2.2 研究方法

2.2.1 綜合評價函數構造

主要是運用主成分分析法來評價耕地利用效益，主成分分析法的核心是通過主成分分析，選擇m個主分量y1，y2，…，ym，以每個主因子的yi的方差貢獻率ai作為權重，構造綜合評價函數:

其中，yi(i=1，2，…，m)為第 i個主成分的得分;ai為各主因子的權重.

2.2.2 因子權重確定

綜合評價函數中的權重ai(i=1，2，…，m)根據方差的貢獻率確定的，計算方法如下:

其中a為權重矩陣，ai(i=1，2，…，m)為各主因子的權重，λi(i=1，2，…，m) 為各主因子貢獻率.

3 宜昌市耕地土地利用效益的評價

3.1 耕地土地利用效益評價指標體系的構建

3.1.1 評價指標體系的構建

耕地本身就是一個復雜的系統，構建指標體系要考慮各個方面的系統功能，應反映耕地利用的經濟、社會、生態效益，因此本文根據指標體系選取的科學性與操作性，資源與環境相適應，系統性與層次性相結合的原則，建立耕地利用效益的指標體系，選擇了24個指標，其中經濟效益指標體系10個，社會效益、生態效益指標各7個.如表1所示:

表1 耕地利用效益評價指標體系

3.1.2 指標的標準化處理

首先對綜合指標數據進行一致化處理，本文將各類型指標統一處理為極大型指標，然后，為了消除由于各項指標量綱不同以及數值間的懸殊差別帶來的影響，避免不合理現象的發生，運用標準差對評價指標作無量綱化處理.處理結果如表2.

表2 耕地利用效益評價指標標準化值

3.2 綜合評價的計算與分析

3.2.1 綜合評價的計算

把表2數據代入SPSS軟件，利用公式1，通過主成分分析，計算出近20年宜昌市耕地利用效益評價值;為了便于分析，將綜合評價結果進行處理，以便結果為正.見圖1.

圖1 1990－2010年宜昌市耕地利用效益變化

3.2.2 評價結果分析

從圖1可以看出:近20年來，宜昌市耕地利用綜合效益總體上是不斷提高的，從1990年得59.26上升到2010年的60.99，具體講，經濟效益從 58.98 上升到 60.79，社會效益從58.99上升到 61.22，但生態效益從 61.13 下降到59.35.經濟效益的提高主要得益于科技進步，根據主成分分析結果，對經濟效益貢獻較大的主要為耕地生產力、勞動生產率.每公頃耕地的產值從1990年的0.62萬元增加到2010年的5.02萬元，增加了8.09倍，平均每個勞力的糧食產出從 1990年的14 051.97千克增加到 2010年的20 913.41千克，阻礙經濟效益提高的因素主要為物耗的增加，物耗從1990年的97 933萬元增加到2010年的474 200萬元;對于耕地利用社會效益的提高主要由于人均糧食的提高，農業供養能力增強以及農民人均純收入的提高.生態環境效益的降低主要由于化肥、農藥的大量使用，以及能耗的增加和灌溉條件的降低，化肥施用量從1990年的119 300噸上升到2010年的357 300噸，農用地耗電從1990年的19 774萬千瓦時增加到2010年的66 413萬千瓦時而有效灌溉面積在減少，從1990年的122 306.67公頃減少到106 430公頃.

4 結論與建議

4.1 近20年來湖北省宜昌市耕地利用效益是不斷緩慢提高，其中，經濟效益、社會效益有一定的提高，但耕地的生態效益一直在緩慢下降.

4.2 經濟效益、社會效益的提高主要由于科技進步使耕地生產力、勞動生產率、耕地的供養能力、農民的人均收入得到提高.而耕地生態效益的下降主要由于化肥農藥的大量使用以及能耗的增加，農田水利投入的不足等.因此，應加大農業科技投入，注意保護農業生態，減少農藥化肥的使用，積極進行耕地的整治，加強水利基礎設施建設，建立耕地環境質量安全體系.

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F301.24

A

1006－5342(2012)06－0001－02

2012－03－15

國家自然科學基金(41071242);湖北省教育廳科研計劃重點項目(D20122801)