山東省耕地利用集約度時空變化及政策啟示

于元赫， 李子君

（山東師范大學地理與環境學院，山東 濟南 250014）

山東省耕地利用集約度時空變化及政策啟示

于元赫， 李子君

（山東師范大學地理與環境學院，山東 濟南 250014）

研究目的：通過分析1993—2014年山東省耕地利用集約度總體和各投入要素集約度的時空變化特征及影響因素，進而探討耕地利用集約度與社會經濟發展水平的協調程度，并提出相應政策措施，以提高山東省耕地集約利用水平，保障區域糧食安全。研究方法：能值分析、GIS空間分析、主成分分析。研究結果：（1）1993—2014年，山東省耕地利用集約度總體呈增長態勢，而勞動集約度不斷下降；資本集約度中，屬于省工性投入的農業機械集約度呈現出顯著的線性增長特征，屬于增產性投入的化肥、農藥和農膜集約度均呈先升后降的趨勢。（2）全省耕地集約利用水平空間差異明顯，總體上呈“東西高，南北低”的特點。（3）耕地利用集約度在一定程度上受社會經濟發展水平的制約，兩者存在著不協調現象。研究結論：1993—2014年，山東省耕地利用集約度不斷上升的同時也存在明顯的區域差異，不同區域應依據當地自然和社會經濟條件，采取相應措施提高耕地集約利用水平。

土地利用；耕地利用集約度；能值分析；時空變化；山東省

1 引言

耕地是不可替代的重要農業生產資料。隨著社會經濟發展，大量耕地將轉換為工業、交通、住宅等非農用地。據《2015年國土資源公報》數據顯示：截至2014年底，中國共有耕地20.26億畝，其中，全年因建設占用、災毀、生態退耕等原因凈減少耕地面積161萬畝。由此可見，在當前工業化、城市化建設的背景下，中國耕地面積減少的趨勢還將延續相當長一段時間[1]。然而，龐大的人口數量使得農產品需求持續增加，耕地資源減少和農產品需求之間的矛盾不斷激化。在這種形勢下，合理提高耕地利用集約度已成為保障國家和區域糧食安全、穩定生態環境的重要舉措。

目前，中國學者已在耕地集約利用的結構特征[2-3]、變化規律[4-6]、區域差異[7-10]、評價方法[11-12]等方面取得了富有成效的研究。在國家和省域尺度上，王國剛等[1]分析了中國省域耕地利用集約度的時空分異特征并將其劃分為4大類型區；陳瑜琦等[2]系統分析了1980—2006年中國耕地勞動集約度和資本集約度及其構成的時空變化規律；姚冠榮等[9]進一步從國家、區域和省域尺度上細化分析了1999—2012年中國耕地利用各投入要素集約度的時空差異及影響因素。在縣域尺度上，劉玉等[10]客觀評價了河南省各縣域的耕地集約利用水平并進行了分區；杜國明等[11]對黑龍江省各縣市耕地集約利用程度進行了評價。在地塊尺度上，孔祥斌等[12]基于農戶調查數據，對北京市大興區和河北省曲周縣地塊尺度耕地利用集約度進行了測度和對比分析。在測算方法上，學者們主要采用實物形態的各種生產物質投入量、復種指數以及資本和勞動投入量等[13]來測算耕地利用集約度。然而這些方法可能會存在各種投入要素量綱不統一、價格時空差異較大等問題。能值不存在時空差異，且能解決不同研究區域耕地各種投入要素量綱的不統一問題[14]。目前能值理論已運用于耕地生態經濟系統[15-16]和耕地集約利用[17-18]的研究當中，但結合耕地各投入要素的能值形態來定量化分析耕地利用集約度內部結構的變化規律、區域差異、影響因素以及不同區域集約度與社會經濟發展水平協調程度的研究還比較匱乏。

山東省是國家重要的糧食生產基地,對于保障區域和國家糧食安全起著重要作用，對其開展耕地集約利用研究具有一定的理論與實踐意義。基于此，本文利用山東省1993—2014年的相關生產要素投入數據以及社會經濟數據，綜合運用能值分析、GIS空間分析和主成分分析等方法，既分析耕地利用集約度及其內部結構的時序變化特征，又分析耕地利用集約度的空間差異，并進而揭示耕地集約利用與社會經濟發展水平的協調程度，由此得到若干政策啟示。這對于山東省統籌區域農業發展，保障區域和全國糧食安全，促進社會經濟的可持續發展具有一定的參考價值。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本文所用耕地面積數據主要來源于《中國國土資源統計年鑒》（1994—2015年）；農林牧漁業從業人員數量數據主要來源于《山東統計年鑒》（1994—2015年），用其代替耕地勞動力投入數量；農業機械總動力、化肥施用量（折純量）、農藥使用量、農用塑料薄膜使用量等生產要素投入數據主要來源于《中國農村統計年鑒》（1994—2015年）；社會經濟發展水平數據，即人均GDP、農民人均純收入、城鎮化率、人均耕地面積、第一產業增加值、第二產業增加值、在崗職工平均工資、財政支出（主要是農林水事務支出）、農林牧漁業總產值主要來源于《山東統計年鑒》（1994—2015年）。鑒于1993年之前山東省行政區劃變動較大，因此該文所用數據的研究時段采用1993—2014年。

2.2 研究方法

2.2.1 能值分析 1988年，美國生態學家H.T.Odum創立能值分析法。所謂能值（Emergy）是指某種流動或存儲的能量包含其他種類能量的數量，即產品或勞務在生產過程當中，以直接或間接形式投入應用的一種能量之和。在實際應用中，將“太陽能值”作為衡量各種能量的統一能值標準，單位為太陽能焦耳（sej）[14]。

耕地利用集約度是指單位面積耕地上勞動、物質和資本等要素投入的數量[13]，可根據投入類型不同劃分為勞動集約度和資本集約度。勞動集約度指勞動力能值投入；資本集約度主要包括農業機械和農業生產物質（化肥、農藥、農膜）等能值投入，即農業機械集約度、化肥集約度、農藥集約度和農膜集約度。可根據主要投入目的將物質成本劃分為增產性投入和省工性投入兩種基本類型[9]。其中，農業機械是省工性投入，化肥、農藥、農膜是增產性投入。勞動集約度中勞動力的投入以及資本集約度中的農業機械、化肥、農藥、農膜的投入占耕地投入的絕大部分，基本反映了耕地投入的整體變化狀況，其他投入可不予考慮[9]。農林牧漁業從業人員數量、農業機械總動力、化肥、農藥以及農膜的能值轉換率參考Odum和藍勝芳[19]的研究結果。其計算公式如下：

（1）勞動力能值。

式（1）中，LE為每公頃耕地面積上勞動力投入的能值，單位為sej；Tl為勞動力的能值轉化率，單位為3.80×105sej/J；Cl為勞動力的能量折算系數3.50×109J/人；Nl為每公頃耕地面積上的農林牧漁業從業人員數量，單位為人。

（2）農業機械能值。

式（2）中，ME為每公頃耕地面積上農業機械投入的能值，單位為sej；Tm為農業機械能值轉化率，單位為7.50×107sej/J；Cm為農業機械動力的能量折算系數，單位為2.10×108J/kg；Pm為每公頃耕地面積上的農業機械總動力，單位為kW；z為各種農用機械的千瓦數折成千克數后，再乘以折舊系數0.1的值，動力機械（M1）為104.72 kg/kW，排灌機械（M2）為4.96 kg/kW，大型農具（M3）為393.04 kg/kW。本文中：

式（3）中，Ma、Mb和Mc分別為汽油發動機動力、電動機動力和柴油發動機動力（kW）。（3）化肥能值。

式（4）中，FE為每公頃耕地面積上化肥投入的能值，單位為sej；A為化肥使用折純量，單位為t；%N、%P、%K和%M分別為氮肥、磷肥、鉀肥和復合肥所占比重；TN、TP、TK和TM分別為氮肥、磷肥、鉀肥和復合肥的能值轉化率，其值為3.80×1015sej/t、3.90×1015sej/t、1.10×1015sej/t和2.80×1015sej/t。

（4）農藥能值。

式（5）中，PE為每公頃耕地面積上農藥投入的能值，單位為sej；TP為農藥的能值轉化率，單位為1.62×1015sej/t；NP為每公頃耕地面積上的農藥使用量，單位為t。

（5）農膜能值。

式（6）中，QμE為每公頃耕地面積上農膜投入的能值，單位為sej；TQμ為農膜的能值轉化率，3.80×1014sej/t；NQμ為每公頃耕地面積上的農膜使用量，單位為t。

2.2.2 區域差異度量 為了便于各地級市之間耕地利用集約度的對比，首先，利用ArcGIS所提供的自然斷裂點分級法（Jenks），將1993—2014年山東省各地級市耕地利用集約度數值分為5個等級，按數值從高到低依次記為：精細集約利用、高度集約利用、中度集約利用、低度集約利用和粗放利用。

然后，根據各地級市各年耕地集約利用的等級情況，按照一定的規則最終確定各地級市在22年間的耕地集約利用等級，規則如下：（1）Ni為1993—2014年某個地級市屬于第i等級耕地利用的年數，i = 1（粗放利用），2（低度集約利用），3（中度集約利用），4（高度集約利用），5（精細集約利用）；規定等級1最小，等級5最大，其他以此類推。（2）Nmax（Ni）為某地級市的最大值，Nx為某地級市比耕地等級i高的年數。（3）若Nx＜7，則等級i為某地級市耕地集約利用所屬等級；若Nx≥7，則等級i + 1為此地級市耕地集約利用所屬等級。

3 結果與分析

3.1 耕地利用集約度的時序變化特征

1993—2014年山東省耕地利用集約度總體呈上升態勢，年均增長幅度為10.42%。除2002年和2008年耕地利用集約度略有下降外，其余年份均穩步增長（圖1）。山東省耕地利用集約度變化大致可分為三個階段：1993—1997年是中速提高階段，年均增長幅度為7.39%；1998—2007年（2002年除外）是快速提高階段，10年間增加了3507.4×1015sej/hm2，年均增長幅度為8.40%；2008—2014年是緩慢上升階段，年均增長幅度僅為3.48%。

圖1 耕地利用集約度的變化Fig.1 Changes of cultivated land use intensity

圖2 勞動集約度的變化Fig.2 Changes of labor intensity

3.2 各投入要素集約度的時序變化特征

3.2.1 勞動集約度變化 1993—2014年，山東省勞動集約度總體呈下降態勢：1993—2000年緩慢下降；2001—2008年急劇下降，從4.94×1015sej/hm2快速下降到3.53×1015sej/hm2，年均下降幅度為4.37%；2009—2014年調整下降，期間勞動集約度下降略有波動（圖2）。據統計，1993年山東省農林牧漁業從業人員數量為2606.85萬人，至2014年減少到1953.06萬人，平均每年減少29.17萬人。

山東省勞動集約度下降的原因可歸結為兩個方面：一是城市化和工業化不斷發展，勞動力務農機會成本上升，促使大量農村富余勞動力向非農部門轉移。二是隨著農業現代化的快速推進，農業機械等省工性投入替代了部分勞動力[20-21]。

3.2.2 農業機械集約度變化 研究期間，山東省農業機械集約度呈現出顯著的線性增長特征，其變化方程為y = 317.16x - 629201（其中x為年份，R2= 0.97）（圖3）。從1993年的2763.8×1015sej/hm2增加到2014年的9117.7×1015sej/hm2，22年間增加了6353.9×1015sej/hm2。除2002年和2008年小于相鄰年份外，其余年份均呈快速增長態勢。農業機械屬于省工性投入，2014年，農業機械集約度占耕地利用集約度總投入的比例為99.91%，占資本性總投入的比例為99.98%。這主要和政府高度重視農業機械化有關。自2004年國家實施農機具購置補貼政策以來，山東省不斷加大補貼力度，促進了農業機械化水平的提高[22-23]。

圖3 農業機械集約度的變化Fig.3 Changes of farm machinery intensity

圖4 化肥集約度的變化Fig.4 Changes of fertilizer intensity

3.2.3 化肥、農藥和農膜集約度變化 1993—2014年，山東省化肥集約度呈先升后降的趨勢：1993—2007年為波動上升階段，除1994年和2002年較低于相鄰年份外，其余年份均呈逐年上升態勢；2007—2008年急劇下降，從2.298×1015sej/hm2下降至1.975×1015sej/hm2；2008—2014年為緩慢下降階段（圖4）。22年間，化肥集約度遠低于農業機械集約度，僅次于勞動集約度。由此可見，化肥已成為促進農業生產的重要因素[24]。

1993—2014年，山東省農藥和農膜集約度均呈先升后降的態勢：1993—2006年為波動上升階段，其中，農藥集約度波動幅度較大，而農膜集約度波動幅度較小；2007—2014年為緩慢下降階段，農藥集約度的下降幅度大于農膜集約度（圖5）。雖然農藥和農膜集約度占耕地利用集約度的比重較小，但兩者對促進農業發展仍發揮重要作用。

圖5 農藥、農膜集約度的變化Fig.5 Changes of pesticide and agricultural flm intensity

圖6 山東省各地級市耕地利用集約度變化Fig.6 Changes of cultivated land use intensity of cities in Shandong Province

化肥、農藥和農膜屬于增產性投入，三者均表現出先升后降的變化趨勢，主要原因為：1993—2006年，在耕地面積減少，農產品需求增加的形勢下，農戶希望通過施加化肥、農藥、農膜來提高糧食單產水平[23]，導致集約度上升；2007—2014年，糧食價格持續下跌而化肥、農藥、農膜等增產性投入價格較高，抑制了農戶的購買意愿。另外，隨著山東省生態農業的發展，對化肥、農藥、農膜的施用量進行了嚴格管理，從而導致集約度下降。

3.3 耕地利用集約度的空間變化

3.3.1 區域耕地利用集約度的變化特征 由于不同地區自然和社會經濟條件存在差距，山東省17個地級市在不同時期的耕地集約利用水平及其變化具有顯著差異（圖6）。1993年，耕地利用集約度最高的是威海市，為5264.51×1015sej/hm2，而集約度最低的臨沂市僅為1426.48×1015sej/hm2，兩者之差為3838.03×1015sej/hm2。2014年，耕地利用集約度最高的威海市和最低的臨沂市之間的差值達到8870.28×1015sej/hm2。這說明山東省各地級市之間的耕地利用集約度存在嚴重的兩極分化現象（高低差距）。

由此可見，22年間，山東省各地級市耕地利用集約度總體在不斷上升的同時，高低差距也較為明顯。不同區域耕地集約利用水平的差異，一方面是由于區域耕地物質、資本等投入強度不同，另一方面則是由于區域的自然條件和經濟發展水平不同[18]。

3.3.2 耕地利用集約度變化的區域差異 在對1993—2014年山東省17個地級市耕地集約利用水平進行分析的基礎上，通過區域劃分來揭示各地級市在近22年間耕地利用集約度的空間差異及其變化。

通過整理，獲得山東省17個地級市1993—2014年耕地利用集約度的整體分等級情況。圖7表明，各地級市耕地集約利用水平存在顯著的地區差距。粗放利用的有魯北的東營市和魯南的棗莊市、臨沂市；低度集約利用的主要有濱州市、泰安市和日照市；中度集約利用的主要有青島市、濰坊市和濟南市等；高度集約利用的有魯東的煙臺市和魯西的菏澤市、聊城市；精細集約利用的有魯西的德州市和魯東的威海市等。其中，臨沂市歷年均屬于粗放利用等級，威海市歷年均屬于精細集約利用等級。綜上所述，耕地集約利用水平相對較高的地級市主要分布在魯東和魯西，相對較低的地級市主要分布在魯北和魯南。22年間，耕地屬于粗放利用等級的地級市數量變動幅度最大，而耕地屬于高度集約利用等級的地級市數量波動最小，基本穩定在4個左右。

圖7 山東省耕地利用集約度的區域差異Fig.7 Regional difference of cultivated land use intensity in Shandong Province

4 耕地利用集約度與社會經濟發展水平的協調程度

為探討山東省耕地利用集約度與社會經濟發展水平之間的協調程度，選取1993年和2014年各地級市的城鎮化率（X1）、人均GDP（X2）、農民人均純收入（X3）、人均耕地面積（X4）、第一產業增加值（X5）、第二產業增加值（X6）、在崗職工平均工資（X7）、財政支出（X8）（主要是農林水事務支出）和農林牧漁業總產值（X9）共9個社會經濟發展指標，將其標準化后的數值為變量構建矩陣。利用SPSS 20.0統計軟件計算出矩陣的特征值和各主成分貢獻率，按照主成分特征值大于1并且累計貢獻率大于80%的原則，從9個變量中分別提取了3個主成分和2個主成分。

1993年和2014年選取的主成分分別包含了9項山東省各地級市社會經濟發展水平全部信息的86.683%和81.347%，說明數據滿足主成分分析的要求。通過計算特征向量及主成分表達式，得出各地級市的社會經濟發展評價主因子綜合得分，作為社會經濟發展水平評價分值。其中：

1993年的評價模型為：

2014年的評價模型為：

在兩個模型中，Xi（i = 1，2，…）表示各指標標準化后的數據。利用ArcGIS所提供的自然斷裂點分級法（Jenks）將山東省各地級市的社會經濟發展水平由高到低依次劃分為5個等級：發達型（D5）、較發達型（D4）、中等型（D3）、欠發達型（D2）、滯后型（D1）。需要說明的是，上述5個等級是山東省各地級市各年份的相對稱謂，并不具有全國意義。社會經濟發展的5個等級與耕地集約利用的5個等級一一對應，即發達型（D5）—精細集約利用（I5）、較發達型（D4）—高度集約利用（I4）、中等型（D3）—中度集約利用（I3）、欠發達型（D2）—低度集約利用（I2）和滯后型（D1）—粗放利用（I1）。在這里規定：Di= Ii（i = 1，2，3，4，5），D1（I1）＜D2（I2）＜D3（I3）＜D4（I4）＜D5（I5）。當：（1）Di= Ii，i＜3時，耕地利用集約度與社會經濟發展水平均較低，屬于低水平協調型；（2）Di= Ii，i = 3時，耕地利用集約度與社會經濟發展水平均一般，屬于中水平協調型；（3）Di= Ii，i＞3時，耕地利用集約度與社會經濟發展水平均較高，屬于高水平協調型；（4）Di＞Ii時，耕地利用集約度滯后社會經濟發展水平，屬于耕地集約利用滯后不協調型；（5）Di＜Ii時，耕地利用集約度超前社會經濟發展水平，屬于耕地集約利用超前不協調型。

按照上述規則，通過整理得到1993年和2014年山東省耕地利用集約度與社會經濟發展水平協調程度的空間格局（圖8）。如圖8所示，1993年，屬于相協調型的有威海市、煙臺市等5個地級市；屬于耕地集約利用滯后不協調型的有青島市、臨沂市等4個地級市；屬于耕地集約利用超前不協調型有濟寧市、菏澤市等8個地級市。2014年，屬于相協調型的有濰坊市、煙臺市等5個地級市；屬于耕地集約利用滯后不協調型的有青島市、臨沂市等4個地級市；屬于耕地集約利用超前不協調型的有威海市、聊城市等8個地級市。

圖8 山東省耕地集約利用與社會經濟發展水平協調程度Fig.8 The coordination degree between cultivated land use intensity and economic development

綜上所述，山東省只有少數地級市屬于耕地利用集約度與社會經濟發展水平相協調型，大部分地級市依舊屬于不協調型。說明1993—2014年各地級市社會經濟發展水平的提高并沒有促進區域耕地集約利用水平的提升，兩者并不是同步發展的。主要原因有兩方面：一是經濟發達地區城市化水平較高，生產活動集中于二、三產業，導致其在農業生產方面不夠重視[5]；二是欠發達地區多處于內陸，工業起步晚、條件落后，加強農業投入不僅能滿足農民自身的需求，還能促進當地經濟收益。

5 結論與政策啟示

5.1 結論

本文以能值為統一量綱，對1993—2014年山東省耕地利用集約度進行定量測度和時空差異分析，并探討了耕地利用集約度與社會經濟發展水平之間的協調程度。主要研究結論如下：

（1）耕地利用集約度總體不斷提高，各投入要素集約度時序變化差異顯著。勞動集約度呈下降態勢；農業機械集約度則呈現顯著線性增長特征，省工性投入增長顯著；化肥、農藥和農膜等增產性投入均呈先升后降的趨勢。

（2）耕地利用集約度及其變化區域差異顯著。山東省17個地級市耕地利用集約度的差距呈擴大趨勢，各地級市耕地利用集約度的極化現象（高低差距）越來越嚴重。全省耕地集約利用水平空間差異明顯，總體上呈東西高南北低的特點。

（3）耕地利用集約度與社會經濟發展水平不協調。耕地利用集約度受區域經濟發展水平的制約，各地級市社會經濟發展水平的提高并沒有對耕地集約利用起到明顯地正向作用，兩者之間的關系并不協調。

5.2 政策啟示

（1）規范農業投入品使用，加快普及農業機械化。山東省耕地利用集約度上升主要得益于農業機械集約度的不斷提高，但勞動集約度持續下降，化肥、農藥、農膜集約度先升后降，這表明，山東省農業正逐步向機械化和生態化發展。因此，應以《山東省耕地質量提升規劃（2014—2020）》為契機，規范化和標準化地使用農業投入品；加快欠發達地區農業機械化進程，促進其對勞動力的替代，不斷探索山東省耕地集約利用的特色道路。

（2）打造“兩核五區，東西聯動”的耕地集約利用空間發展格局。山東省耕地集約利用等級區域差異明顯，因此在制定區域耕地集約利用發展規劃時，應考慮以威海市和德州市為兩個核心，東西聯動共同促進魯東、魯西、魯南、魯北和魯中5個地區耕地集約利用水平均衡發展。魯東和魯西耕地集約利用水平較高的地區應發揮帶動作用，加快家庭農場、農業合作社等農業經營主體的發展，向規模經營模式發展；魯南和魯北耕地集約利用水平較低的地區應合理使用優質耕地資源，向特色經營模式發展；魯中耕地集約利用水平一般的地區應適當調整農業結構，發展果園、花卉、蔬菜等農業類型，向復合經營模式發展。

（3）因地制宜，促進耕地集約利用與社會經濟協調發展。高水平協調型的區域，應以“保經濟增長，保耕地紅線”為原則，保障耕地資源的可持續性；中低水平協調型的區域，一方面應加快當地經濟發展速度，另一方面應加大農業投入，引導農業科學合理地發展；耕地集約利用滯后社會經濟發展型的區域，應加大現代農業扶持力度，適度調整農業結構，帶動區域耕地集約利用水平的提高；耕地集約利用超前社會經濟發展型的區域，應加快二、三產業的發展，促進耕地集約利用與社會經濟發展水平相協調。

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（本文責編：王慶日）

Temporal and Spatial Variation of Cultivated Land Use Intensity and Policy Implications in Shandong Province

YU Yuan-he, LI Zi-jun
（College of Geography and Environment, Shandong Normal University, Jinan 250014, China）

The purpose of this study is to promote the intensive use of cultivated land and to ensure the regional food security by analyzing the temporal and spatial characteristics of cultivated land use intensity in Shandong province from 1993 to 2014. It further discusses the harmonious degree between cultivated land use intensity and economic development level. At last, the paper puts forward the corresponding recommendations. The methods used include energy analysis, GIS spatial analysis and principal component analysis. The results indicate that: 1）Cultivated land use intensity showed an increasing trend in general in Shandong Province from 1993 to 2014, while the labor intensity was in a decreasing trend; for the capital intensity, farm machinery intensity pertained to the labor-saving inputs showed the characteristics of linear growth significantly. However, fertilizer intensity, pesticide intensity, and agricultural film that are pertained to yieldincreasing inputs intensity all presented the trends of rising first and falling later. 2）The spatial difference of the intensive use level is remarkable, the spatial distribution features are “east-west are high, north-south are low”. 3）To a certainextent, cultivated land use intensity depends on the social and economic development, they are not synchronized. It is concluded that cultivated land use intensity is rising up, whilst there exist obvious regional differences from 1993 to 2014. Corresponding measures should be taken in different regions to improve the cultivated land use intensity based on the local natural, social and economic conditions.

land use; cultivated land use intensity; energy value analysis; spatial-temporal variation; Shandong Province

F301.24

A

1001-8158（2017）04-0052-09

10.11994/zgtdkx.20170419.154416

2016-12-08；

2017-03-13

山東省社會科學規劃研究項目（12CJJZ02）；國家自然科學基金項目（41101079）。

于元赫（1993-），男，山東青島人，碩士研究生。主要研究方向為土地利用變化。E-mail: yuyh93@126.com

李子君（1974-），女，山東莒縣人，博士，教授，碩士生導師。主要研究方向為土地利用變化。E-mail: lizj@sdjzu.edu.cn