黑龍江省耕地集約利用驅動因素分析

倪 超，楊勝天，羅秋濱，郭 紅，董 雋，高 鵬

（1.哈爾濱學院 地理系，哈爾濱150086；2.北京師范大學 地理學與遙感科學學院，遙感科學國家重點實驗室，環境遙感與數字城市北京市重點實驗室，北京100875；3.哈爾濱學院 工學院計算機系，哈爾濱150086）

土地利用覆蓋變化是目前全球環境變化的主要原因［1－2］，越來越 成 為 國 際 學 術 界 的 研 究 熱 點［3］。 其核心內容之一是土地利用的驅動機制研究［4］。耕地作為土地的精華［5］，是人類賴以生存和發展的物質基礎［6］。但在社會經濟快速發展的進程中，保護耕地紅線“硬指標”與經濟建設土地“硬需求”之間的矛盾愈發突出［7］。在此背景下，耕地集約利用成為既保障糧食安全，又兼顧經濟發展的必然選擇。而提高耕地利用集約度更重要的是分析其影響因素及作用機理［8］。因此，耕地集約利用驅動力研究是應予以關注的重要課題。當前，對耕地集約利用的研究主要側重于集約度評價上，而對耕地集約利用的驅動因素研究涉及較少［9－12］，現有研究方法以主成分分析法［12－14］和相關分析法［11，15］等為主，灰色關聯法和通徑分析法的應用并不多見；指標選取以自然和社會經濟因素為主［6，13－14］，對科技和政策因素考慮不多。

作為中國最大的商品糧生產基地，黑龍江省憑借豐富的耕地資源和肥沃的優質土壤在保障國家糧食安全戰略中占據重要地位。但由于歷史開發年代較早以及耕作方式不合理等原因導致水土流失、土壤鹽堿和沙化等生態問題日益嚴重，勢必給糧食生產造成諸多不利影響。本研究采用灰色關聯法和通徑分析法對黑龍江省耕地集約利用驅動力進行研究，旨在探尋黑龍江省耕地集約利用的主要驅動因素，并對各驅動因素之間的相互關系進行深入分析，這對克服耕地利用中的不利因素、提高耕地集約度水平和增加糧食產量具有重要的現實意義。

1 數據來源及研究方法

1.1 數據來源

基礎數據主要來源于中國統計年鑒（1981—2011年）、中國農業統計年鑒（1987—2011年）、黑龍江統計年鑒（1987—2011年）、黑龍江省國民經濟和社會發展統計公報（1995—2010年）以及有關部門的研究報告等。

1.2 研究方法

1.2.1 灰色關聯法 灰色關聯法根據評價因素間發展態勢的相似和相異性尋求主要影響因素及影響程度［16］，具有所需樣本數據不多、計算簡單易行、分析結果可靠等優點，被廣泛應用于農業科學、資源環境等眾多領域。計算步驟如下［16］：

（1）確定分析序列。通常將母序列記作X0（t）＝｛x0（1），x0（2），…，x0（n）｝，（k＝1，2，…，n）；子序列記作Xi（t）＝｛xi（1），xi（2），…，xi（n）｝，（i＝1，2，…，m）。

（2）原始數據預處理。目的是消除量綱的不利影響，目前應用較多的方法有初值化變換、均值化變換、極差化變換、滑動平均變換等。

（3）計算關聯系數

式中：L0i（k）——關聯系數；Δ0i（k）——k時刻兩比較序列的絕對差；Δmin——所有比較序列在各個時刻絕對差中的最小值；Δmax——所有比較序列在各個時刻絕對差中的最大值；ρ——分辨系數。

（4）關聯度計算和排序

式中：r0i——子序列i與母序列的關聯度；N——兩比較序列的長度。

1.2.2 通徑分析法 通徑分析的基本思想是從假設變量間的直接關系出發，通過估計變量間的相關系數和函數，來評價這些變量的作用及相互間的關系［17］。與多元回歸分析法相比，其主要優勢在于既可反映自變量與因變量之間的直接作用，又可描述因素間的間接關系。計算步驟如下［17］：

（1）根據最小二乘法原理，對線性回歸方程y＝β0＋β1x1＋β2x2＋…＋βnxn進行數學變換，得正規矩陣方程

式中：y——因變量；xi（i＝1，2，…，n）——n 個自變量；rxixj——xi和xj的簡單相關系數；rxiy——xi和y的簡單相關系數；Pyxi——xi對y 的直接通徑系數。

（2）將矩陣方程轉換成線性方程組，求通徑系數Pyxi

2 黑龍江省耕地集約利用驅動因素定量分析

驅動力是導致土地利用方式和目的發生變化的物質環境和社會經濟等人文因素［18］。通過對相關文獻進行梳理，耕地集約利用是自然條件和社會經濟發展共同作用的結果，有著深刻的自然、經濟與社會背景。既受氣候變化和環境因素等自然驅動力的綜合影響，也與人口增長、產業政策、城鎮化進程和經濟發展等人文驅動力密切相關。

2.1 驅動因素選取

在相關研究成果的基礎上［6，9，13－14，19－22］，結合黑龍江省實際情況，從自然、人口、政策、科技和社會經濟因素5個方面選取30個指標作為影響黑龍江省耕地集約利用的驅動因素（表1）。

2.2 結果與分析

2.2.1 灰色關聯分析 將耕地集約利用影響因素的灰色關聯度按數值大小進行排序，結果見表2。

（1）自然因素的平均關聯度最大，表明它是影響耕地集約利用變化的首要因素。其中，人均耕地面積、防澇治理率和年日照時數與耕地集約利用的單項關聯度較高。① 人均耕地面積對耕地集約利用的影響因社會經濟發展的不同而存在差異。社會經濟發展初期，提高作物產量需要以增加農業投入來完成，耕地經營模式以集約利用為主；市場經濟時期，生產利潤的趨動使耕地集約利用程度隨之提高。建國至今，由于人口的迅速增長和工業化的快速發展，黑龍江省人均耕地面積呈明顯下降趨勢，耕地利用集約度有所增加。② 自然災害對農業生產的影響極大，治理洪澇災害在一定程度上相當于增加耕地面積和提高耕地產出。據統計，研究期間黑龍江省通過啟用排澇設備對受澇地區提前整地以減輕澇情，使除澇治理率大幅提高，有力保證了糧食增產增收。③ 光照對農作物的生長成熟起著決定性的作用，它對耕地集約利用變化的影響主要通過農作物來實現。黑龍江省年日照時數多在2 400h左右，其中生長季日照時數占總日照時數的44%左右，豐富的光照資源有利于耕地的集約利用。

表1 黑龍江省耕地集約利用驅動指標

（2）人口因素對耕地集約利用的影響作用次之。總人口、非農人口比重和農業技術人員的關聯度較高，說明人口在數量、構成和素質三方面對耕地集約利用均有較大影響。① 人口的迅速膨脹導致對工業和市政設施等建設用地的需求增大，大量耕地被非農建設用地占用，耕地數量的減少迫使耕地利用方式由粗放經營向集約經營方向轉變；同時，為滿足人們的生活所需，需要更多的耕地生產更多的糧食。總體來看，人口數量的增多不利于耕地的集約利用。② 耕地集約利用水平的提高并非單純依靠增加農業勞動力數量，科學技術的不斷發展在一定程度上可以解放勞動力，因此非農業人口比重變化可以反映耕地的集約度水平。非農業人口比重越大，表明從事農業生產的勞動力數量越少，耕地集約利用水平越高；相反，耕地利用以勞動密集型為主。③ 農業勞動力科學文化水平越高，越容易掌握先進的科學技術進行農業生產，有利于提高耕地的集約利用水平；反之亦然。數據表明，1949—2008年黑龍江省總人口共增加2 821.5萬，非農業人口比重由26.27%增長到55.66%，農業技術人員的年增長率也在2.35%左右。而同一時期人均耕地面積卻由最初的0.56hm2下降到0.32 hm2。非農業人口比重和農業技術人員的增加有利于全省耕地集約利用水平的提高，而人口數量的增加在一定程度上對耕地利用的集約程度造成阻礙。

（3）社會經濟因素對耕地集約利用的影響程度排在第三位，平均關聯度為0.956 37。① 城市化水平的關聯度值在30個指標中排在第1位，說明此指標是影響耕地集約利用最重要的因素。城市化進程加快使城市文化、生活方式和價值觀不斷涌向農村，人們對城鎮用地的需求隨之增加，原有用地格局的相應變化必然對耕地利用方式產生重大影響。建國初期黑龍江省城市化水平僅為26.27%，而2008年已達到55.40%，62a間增加了29.13%，全省在快速城市化的進程中，耕地集約利用程度受到一定影響。② 根據經濟學供求原理，糧食收購價格上漲，農民在農業生產中獲得的利益增加，有利于激發農民農業生產的積極性，耕地集約利用程度將隨農業生產效率而提高。1986—2008年黑龍江省糧食收購價格指數呈波動式變化，根據上述原理，不同時期會對耕地集約利用程度產生相應影響。③ 糧食單產的灰色關聯度在30個指標中排在第9位，此指標與耕地集約利用的相關程度較大。研究期間全省糧食單產由1986年的3 108kg／hm2增加到2008年的3 845kg／hm2。這與近年來黑龍江省通過大興農田水利、推進農業裝備現代化、更新改良品種、推廣科學栽培技術等措施提高糧食綜合生產能力有關。

（4）科技因素在五大因素中排在第四位，科技進步可以推動農業生產，進而影響耕地利用的集約程度。單位耕地農業機械動力投入關聯度值高于科技因素平均關聯度值，在所研究的30個指標中排名第10位。農業機械化水平的提高，可以解放更多的農業勞動力，有效提高農業生產效率，從而促進耕地集約利用水平的不斷提高。研究期間黑龍江省單位耕地農業機械動力投入大幅度增加，由1.054 5增加到2.532 8。主要原因是近年來國家大力支持糧食主產區農業發展，在農機具購置補貼政策的帶動下，全省農業機械化實現跨越式發展，農業機械化程度和農業機械裝備水平居全國前列，農機裝備數量和質量同步發展，這為全省農業生產提供了堅實支撐。據專家測算，在全省農業增產中農機化貢獻率已經超過30%，農機化對黑龍江省農業發展和糧食增產做出了重大貢獻。此外，單位耕地化肥使用量、有效灌溉面積、農業科研支出也在某種程度上與耕地集約利用呈一定的相關關系。

（5）政策因素在5大因素中對耕地集約利用的影響最小，其中個別指標的關聯度在所有單項指標排序中也較為靠后。糧食直補、取消農業稅等一系列惠農政策有利于提高農民生產積極性和減輕農業生產投入，對促進耕地集約利用程度的提升起到正面影響。但城市化進程中，房地產和開發區建設政策也在一定程度上導致大量耕地被非農用地占用，耕地面積的減少對耕地集約利用造成較大影響。因此，提高耕地利用集約度的前提之一是充分發揮政策因素的積極作用。

表2 黑龍江省耕地集約利用影響因素灰色關聯分析

2.2.2 通徑分析 為進一步探討耕地集約利用與各影響因素之間的關系，將耕地集約利用水平作為因變量y，城市化水平、人均耕地面積、除澇治理率、總人口、年日照時數、農業技術人員、糧食收購價格、非農業人口、糧食單產分別作為自變量 X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9。由于顯著水平服從正態分布，建立回歸方程并進行顯著性檢驗，P＝0＜0.0001，R2＝0.945，誤差為5.5%，經計算得通徑系數，結果見表3。

從總效應上看，耕地集約利用相關系數從大到小排序依次是農業技術人員＞除澇治理率＞城市化水平＞非農業人口＞總人口＞糧食單產＞人均耕地面積＞糧食收購價格＞年日照時數。除年日照時數與耕地集約利用呈負相關外，其余因素均與耕地集約利用呈正相關關系。在正相關關系中，除糧食收購價格和人均耕地面積的相關系數較小外，其余因素均與耕地集約利用呈較顯著或極顯著關系。農業技術人員在9個因素中排名第1位，相關系數明顯大于總人口和非農業人口，說明人口素質是影響耕地集約利用的首要因素。農業技術人員具有較高的農業生產知識和技能，善于采用先進科學技術和管理理念進行農業耕作，在一定程度上有利于耕地集約利用水平的提高。除澇治理率的總效應排在第2位，洪澇災害不僅毀壞農業生產設施，而且減少耕地面積，通過洪澇災害治理可以在一定程度上提高耕地集約利用程度。黑龍江省農業有“十年九澇”一說，研究期間除澇治理率由43.9%增加到74.4%，這與全省積極采取多種排澇措施，治理力度不斷加大有關。城市化水平總效應排在第3位，表明此指標是影響耕地集約利用的第三大因素。盡管糧食單產與耕地集約利用的直接效應呈負相關關系，但間接效應對直接效應的提升作用增強了其總效應的位次。人均耕地面積總效應值較低，但此指標的增加有利于耕地集約利用水平的提高。研究期間黑龍江省人均耕地面積呈下降趨勢，這對全省的耕地集約利用造成一定不利影響。在對耕地集約利用呈正相關關系的指標中，糧食收購價格的總排序較為靠后，表明此指標的影響程度較弱，但糧食收購價格的增加可以使農民獲得的經濟收益增加，農民農業生產積極性的提高有利于對耕地進行集約利用。年日照時數的總效應與耕地集約利用呈負相關關系，但其直接效應與因變量卻呈正相關關系，這主要是間接效應對直接效應的抑制作用降低了總效應的排名。

表3 耕地集約利用相關系數剖分結果

從直接效應上看，各影響因素與耕地集約利用的直接通徑系數從大到小的排序依次是城市化水平＞非農業人口＞除澇治理率＞農業技術人員＞人均耕地面積＞糧食收購價格指數＞年日照時數＞糧食單產＞總人口。總效應和直接效應無論在數值上還是在排序上都略有不同。在數值方面，總人口和糧食單產與耕地集約利用均呈負相關關系，說明人口的增加不利于耕地的集約利用，主要原因是非農建設用地需求的加大迫使大量耕地被占用，而糧食需求的增加同樣需要一定面積的耕地資源；糧食單產提高對耕地集約利用的不利影響則與糧食供大于求導致的比較利潤下降有關。但總人口和糧食單產的間接通徑系數之和均較大，這種加強作用在很大程度上促使其總效應排序靠前；其余因素與耕地集約利用均呈正相關關系，其中，城市化水平是影響耕地集約利用最重要的因素，非農業人口的影響作用次之，而其余指標數值則較為靠后。

上述分析可知，除澇治理率的總效應與直接效應排序完全一致，說明通過對洪澇災害進行治理，可以直接提高耕地集約利用水平。而其余因素的總效應和直接效應排序存在較大差異，如農業技術人員總效應排名第1位，但直接效應卻排在第4位；總人口的總效應排在第5位，但直接效應卻排在第9位；人均耕地面積的總效應排在第7位，可直接效應卻排在第5位。另外，采用直接觀察法比較各影響因素對耕地集約利用的間接作用可以看出，城市化水平在第1列中出現5次，說明此指標是其它變量通過它對耕地集約利用產生影響最大的間接變量；非農業人口在第2列中出現5次，而且在第1列中出現2次，說明此指標是僅次于城市化水平的第二大間接影響因素…以此類推，間接效應從大到小排序依次是：城市化水平＞非農業人口＞除澇治理率＞人均耕地面積＞農業技術人員＞糧食收購價格指數＞年日照時數＞糧食單產＞總人口。此排序與直接效應排序基本吻合。

3 結論

（1）從平均關聯度來看，自然因素與耕地集約利用的關系最為密切，是影響黑龍江省耕地利用集約度的首要驅動因素；次要驅動因素分別是人口因素、社會經濟因素和科技因素；政策因素對耕地集約利用的影響作用最小。從單項指標來看，城市化水平對黑龍江省耕地集約利用的影響作用最大，而農業險賠付的作用最小。

（2）除人均耕地面積、年日照時數和糧食收購價格外，其余單項指標和耕地集約利用的相關系數均較大，但城市化水平和非農業人口是決定耕地集約利用的主導因子。盡管總人口和糧食單產的直接效應較小，但不應忽視它們通過城市化水平、非農業人口和除澇治理率對耕地集約利用產生的較大間接影響。

（3）黑龍江省耕地集約利用驅動因素的研究對挖掘耕地資源潛力和提高糧食生產能力具有一定的現實意義。但由于影響耕地集約利用的因素眾多，加之某些數據資料難以獲取，因此驅動力單項指標的選取還有待進一步深入探討和完善。

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