土地利用變化和經(jīng)濟效應的線性耦合和典型相關(guān)分析

熊曉軼，許月明

（1.河北農(nóng)業(yè)大學 商學院；2.河北金融學院 國際教育學院，河北 保定 071000）

0 引言

河北太行山區(qū)地理位置重要，是北京、天津和河北平原的重要生態(tài)屏障。隨著經(jīng)濟、社會發(fā)展、基建建設和人口增長，導致本區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)及環(huán)境變得脆弱，并成為熱點的土地利用研究對象。對土地利用的變化及其與經(jīng)濟效益的關(guān)系研究，對有效利用土地、合理規(guī)劃土地利用、促進區(qū)域經(jīng)濟健康發(fā)展、提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、改善居住環(huán)境、保證經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。

基于現(xiàn)有常用的土地利用變化研究方式，本文從介紹河北太行山基本情況出發(fā)，選取本地區(qū)的土地相關(guān)數(shù)據(jù)及特定指標，進行對比分析，建立本地區(qū)的土地利用與經(jīng)濟指標間的耦合模型，做出了土地利用的合理規(guī)劃建議，并通過分析土地利用結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性，進一步給出了內(nèi)在的、合理的土地利用構(gòu)成。

1 地域范圍及數(shù)據(jù)來源

1.1 地域范圍

出于地域完全性、行政區(qū)域一致性以及研究可能性的考量，本文將研究區(qū)域定在邯鄲、邢臺、石家莊、保定及張家口西部太行山區(qū)等地，共28個行政縣（市），總面積37958km2。

邯鄲西部：邯鄲縣、武安市、磁縣、涉縣、峰峰礦區(qū)、永年縣；

邢臺西部：臨城縣、內(nèi)丘縣、邢臺縣、沙河縣；

石家莊西部：井陘縣、鹿泉縣、元氏縣、贊皇縣、平山縣、靈壽縣、行唐縣、井陘礦區(qū)；

保定西部：淶水縣、淶源縣、唐縣、滿城縣、順平縣、易縣、曲陽縣、阜平縣；

張家口西部：蔚縣、涿鹿縣。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文的研究數(shù)據(jù)由兩部分組成：土地利用數(shù)據(jù)主要參考了2007年河北省土地利用狀況詳細調(diào)查范圍數(shù)據(jù)以及2015年年末河北省土地面積數(shù)據(jù)；社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)方面，由于政府發(fā)布的數(shù)據(jù)具有穩(wěn)定性、持續(xù)性、準確性等特點，因此，本文以《河北經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》為主。同時，在研究過程中還借助了遙感數(shù)據(jù)及河北省土壤普查數(shù)據(jù)等。

1.3 數(shù)據(jù)處理

土地利用現(xiàn)狀分類采用的分類系統(tǒng)隨著年份的不同會有所區(qū)別。土地利用現(xiàn)狀分類采用全國縣級土地利用詳查的兩級分類系統(tǒng)劃分如下：一類分為8類，二類分為46類。其中一級分別為：未利用地、交通用地、耕地、園地、林地、牧草地、居民及工礦用地、水域。三級分類系統(tǒng)則劃分如下，一級分為3類，二級分為15類，三級分為71類，其中一級為農(nóng)用地、建設用地、未利用地。農(nóng)用地的二級分類為耕地、園林、林地、牧草地、其他農(nóng)用地；建設用地則分為特殊用地、住宅用地、商服用地、交通運輸用地、公共設施用地、工礦倉儲用地、公共建筑用地、水利設施用地等幾大類；而未利用地的二級分類為未利用土地、其他土地。分類系統(tǒng)不同會引起數(shù)據(jù)的劃分方式不一樣，相對而言，三級分類系統(tǒng)更加細化，土地利用類別更小。便于數(shù)據(jù)的處理，本文采用前者，并在分析研究前將所查的土地數(shù)據(jù)重新計算分類。

2 分析與討論

2.1 太行山土地利用類型變化

在選取的研究時間段內(nèi)，土地利用的數(shù)據(jù)結(jié)果匯總?cè)绫?所示。可以看出：土地利用在耕地、水域、牧草地等方面明顯下降，其中牧草地的下降幅度最大；林地、居民點、林地等呈上升狀態(tài)，其中林業(yè)用地增幅最大。

表1 土地利用各結(jié)構(gòu)面積及變化率

2.2 變化速度分析

通常，使用土地使用動態(tài)度這一指標來描述土地使用頻率的變動。在對土地使用頻率的差異以及對土地的使用前景進行評估分析時，土地使用動態(tài)度起著關(guān)鍵作用。公式如下：

上式中，K為變化率，Ua，Ub各自代表勘測時某一類型的土地的使用量。通過公式計算可以得出太行山土地利用種類的變化率。可以清楚的發(fā)現(xiàn)，園林，交通，水域的變化位居前三，而其他類型的土地沒有呈現(xiàn)顯著的使用動態(tài)變化。

2.3 土地利用程度變化

土地使用用途的變化可以用另外一個指標來表示——土地利用程度，它可以描述土地使用的廣度和深度，具體的公式如下：

式中的Lb和La分別為區(qū)域土地在對應時間階段段內(nèi)的利用程度綜合指數(shù)；Ai為i類型土地的利用程度分級指數(shù)；Cib和Cia各自表示不同階段i類型土地使用狀態(tài)的比率。如△Lb-a＞0，則那么此范圍土地使用狀況良好，反之，此范圍土地仍需發(fā)展。

利用上述公式可以得到2007—2015年河北省太行山土地使用程度情況，具體結(jié)果見表2所示。由結(jié)果可以看出，本地區(qū)耕地、牧地以及水域的土地利用率在減少，林地、園地、居民用地以及礦工用地明顯增多，其中林地增長幅度最為明顯；同時，計算研究期內(nèi)的△Lb-a=0.09，由此可見，河北省太行山地區(qū)的土地利用還需要進一步合理開發(fā)、利用。計算本地區(qū)的△Lb-a=0.09，由此可見，河北太行山地區(qū)處于土地利用的上升階段。

表2 2007—2015年河北太行山地區(qū)土地利用程度變化匯總表

2.4 線性耦合分析

在對河北省太行山地區(qū)土地利用的研究的過程中，選取二級分類中的前七項土地類型及已利用地的構(gòu)成類型及大小作為土地利用分析指標；同時選取工業(yè)生產(chǎn)總產(chǎn)值、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總產(chǎn)值、工業(yè)個人貢獻、農(nóng)業(yè)個人貢獻、商品銷售總產(chǎn)值等作為經(jīng)濟分析指標。通過耦合分析，建立相應的數(shù)學方程，對土地利用變化與社會經(jīng)濟兩者之間的內(nèi)在關(guān)系進行研究，具體分析結(jié)果如表3所示。通過分析表3的數(shù)據(jù)結(jié)果可以獲得一系列的有效見解，具體分析如下：

（1）土地墾殖率與人均GDP、人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的關(guān)系式為二項式，擬合效果好，對應的系數(shù)為0.7601和0.6798。二項式會存在極大值，表明土地墾殖率在某一數(shù)值時人均GDP、人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值可以獲得最大值，此值約為9.8%；通過觀察還可以發(fā)現(xiàn)，人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的過半數(shù)會被土地墾殖率影響。

表3 河北太行山地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平與土地利用變化的耦合關(guān)系

（2）已利用土地與社會商品零售總額存在著“S”型關(guān)系，相同的規(guī)律還存于已利用土地與GDP之間，對應的標準復相關(guān)系數(shù)系數(shù)依次為0.8119和0.7911，有著良好的擬合，意味著模型方程式可以用來表示相應的耦合關(guān)系；同時，還可以看出，土地使用越多，GDP與社會商品零售總額會增多，與實際情況相符。已利用土地與農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值呈現(xiàn)對數(shù)關(guān)系，但是系數(shù)較低，說明兩者關(guān)聯(lián)性不是很強，表明本地區(qū)的土地增加不一定會提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)值。

（3）交通運輸和社會商品零售總額的回歸模型中，系數(shù)為0.980，說明交通的發(fā)展及便利對本地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展有著重要的意義。

（4）居民點及工礦用地與工業(yè)總產(chǎn)值及GDP之間存在著指數(shù)關(guān)系，同時具有較好的回歸效果。具體而言，隨著居民點及工業(yè)礦用地的增多，GDP會在一定程度上受到抑制，而工業(yè)總產(chǎn)值會得到增加。

（5）水果量和果園面積兩者相關(guān)性好，回歸系數(shù)為0.9148，表明本地區(qū)果園面積的增大，會促進水果產(chǎn)業(yè)的壯大。

（6）通過以上的分析，可以看出，耦合分析的模型方程擬合程度較高，所選取的分析指標具有很好的代表性，由分析結(jié)果反映出：交通建設對于國民經(jīng)濟發(fā)展具有重要作用，所占的比例最大，應該遵循“要致富先修路”的思想大力加強交通設施建設，而其他幾個因素與GDP之間的關(guān)聯(lián)性弱；園林面積直接影響農(nóng)業(yè)產(chǎn)值，說明河北太行山地區(qū)適宜大力發(fā)展水果產(chǎn)業(yè)促進地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展。

2.5 相關(guān)性分析

因地制宜的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)對經(jīng)濟發(fā)展有著重要的作用。本文接著選擇了相應的指標，對土地利用與經(jīng)濟變化兩者之間的內(nèi)在關(guān)系進行了簡單的討論。土地利用分析依然選擇幾種土地類型，而經(jīng)濟變化則選取的是三種產(chǎn)業(yè)及農(nóng)業(yè)類別作為分析對象。

（1）土地利用與三種產(chǎn)業(yè)的相互作用

經(jīng)濟指標選擇的第一、二、三產(chǎn)業(yè)在總產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中所占的百分比，依次用y1、y2、y3表示；土地利用則選擇的是各個土地類型所占的百分比，包括耕地份額、林地份額、草地份額、園地份額、建設用地份額，依次用x1、x2、x3、x4、x5表示。典型相關(guān)分析的相關(guān)結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表4 典型相關(guān)分析結(jié)果匯總

從以上的結(jié)果可以看出，第一組關(guān)系的系數(shù)、檢驗等數(shù)值明顯大于其他兩組，說明其可以作為土地利用與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的衡量關(guān)系式。具體而言，第一組典型關(guān)系中，U1和V1兩者的關(guān)聯(lián)系數(shù)高達0.958，涵蓋90.38的信息，并且還符合顯著性檢驗，第二組關(guān)系中，沒有通過顯著性檢查，第三組雖然涵蓋信息量較大，但是相關(guān)系數(shù)過小，所以，選擇第一組關(guān)系作為土地利用與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)兩者的關(guān)聯(lián)根據(jù)，兩者的原始關(guān)系方程如下：

由于呈現(xiàn)線性關(guān)系，不同變量的系數(shù)越大，表明其對因變量的影響越大。可以看出，U1受建設用地及林地占比最為明顯，而V1則更受y2變化的影響。所以，認為，土地利用過程中，林地及建設用地的面積會對第二產(chǎn)業(yè)在整個經(jīng)濟結(jié)構(gòu)中的變化產(chǎn)生直接的影響；值得注意的是，林地的系數(shù)為負數(shù)，呈負相關(guān)，說明其會削弱第二產(chǎn)業(yè)的占比，與第二產(chǎn)業(yè)比重呈負相關(guān)，建設用地的系數(shù)為正值，為正相關(guān)，會加大第二產(chǎn)業(yè)的占比。

（2）土地利用對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響

河北太行山區(qū)歷來是河北省的貧瘠之地，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)占有較大的份額。本文通過選擇種植業(yè)份額、林業(yè)份額、牧業(yè)份額作為農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的衡量指標，依次用 y1、y2、y3表示，土地利用結(jié)構(gòu)則選擇耕地份額、林地份額、草地份額及園地份額來衡量，依次用x1、x2、x3、x4表示。兩者的分析結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表5 典型相關(guān)分析結(jié)果匯總

由表中數(shù)據(jù)可以看出，前兩組變量的關(guān)聯(lián)系數(shù)依次為0.920、0.801，相關(guān)性較強，兩者均符合顯著性檢驗；同時，這兩組變量涵蓋了大部分的信息，說明選擇的分析指標具有代表性，因此，土地利用和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的關(guān)系模型如下：

可以看到，第一組關(guān)系中，種植業(yè)所對應的系數(shù)最大，對V1影響最大，而林地對U1的影響最大，所以，林地使用變化對種植業(yè)份額的影響最大；同理，可以得到：第二組關(guān)系中，最影響V2的是種植業(yè)，最影響U2的是耕地及園地份額，意味著種植業(yè)的變化受園地及耕地利用的影響最大。由以上分析可以認為農(nóng)業(yè)用地結(jié)構(gòu)受土地利用的影響比較大，具體而言，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)中的種植業(yè)的份額受耕地、園地及林地三者的影響最為直接。

3 結(jié)論

通過上文的分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）近年來，隨著居民大幅增加、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式變更、大量開發(fā)利用煤礦資源，河北太行山區(qū)土地的利用方式也發(fā)生變化。2007—2015年，土地使用的總趨勢為：農(nóng)業(yè)用地和未開發(fā)土地遞減，建筑用地遞增。在這之中，森林地、水果園林地、居民區(qū)、工礦用地以及公共交通用地的比重逐漸加大，與之相對的，農(nóng)業(yè)用地未利用的土地的比重逐漸降低。

（2）土地利用與經(jīng)濟發(fā)展之間有著線性耦合關(guān)系。土地墾殖率受人均生產(chǎn)總值及人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值影響，分別呈現(xiàn)倒“U”型，土地墾殖率最佳數(shù)值約為9.8%；已利用土地比重和GDP之間呈現(xiàn)S型關(guān)系曲線，其與社會商品零售總額之間也有著類似的關(guān)系，而已利用土地比重與農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的相關(guān)性較差，表明單獨增加農(nóng)業(yè)土地利用面積不一定能夠提高農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值；交通用地與社會商品零售總額呈正相關(guān)，GDP與交通用地面積也存在著類似的線性耦合關(guān)系，說明加強交通設施建設有助于促進經(jīng)濟發(fā)展；同時，農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、水果產(chǎn)量與園地和果園面積之間耦合關(guān)系明顯，說明地區(qū)的果園面積對水果種植的經(jīng)濟效益起著要作用，也間接促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)值的增長。

（3）三種產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與土地利用結(jié)構(gòu)之間有著強相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)高達0.958。第二產(chǎn)業(yè)所占產(chǎn)業(yè)份額受林地及建設用地比重變化影響較大，這會直接引起產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的改變。第二產(chǎn)業(yè)的分量會隨著建筑面積的增多而增加，而林地面積的增加則會造成其比重下降；與此同時，農(nóng)業(yè)部門的結(jié)構(gòu)受到土地利用結(jié)構(gòu)的直接影響，而林地與種植業(yè)的相關(guān)性尤為強，達0.920，說明林地面積變化會對種植業(yè)在農(nóng)業(yè)部門中的份額產(chǎn)生較大影響，而種植業(yè)和園地及耕地之間的關(guān)聯(lián)相對較弱，系數(shù)為0.801。

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