陜西省耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量耦合關系研究*

孫英敏

(陜西國際商貿(mào)學院,西安 712046)

0 引言

耕地是基本的土地資源，是保障糧食安全的基本要素，深刻影響社會經(jīng)濟的發(fā)展及轉(zhuǎn)型，與此同時，社會經(jīng)濟的深刻變化也帶來了耕地利用方式的轉(zhuǎn)變，從而導致了耕地利用轉(zhuǎn)型[1-2]。耕地利用轉(zhuǎn)型是指由于社會經(jīng)濟變化和驅(qū)動而導致的在一段時間內(nèi)區(qū)域耕地由一種形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形態(tài)，這種形態(tài)通常包括顯性形態(tài)和隱形形態(tài)[3-4]。改革開放以來，由于城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的不斷推進，導致了大量優(yōu)質(zhì)耕地被占用，農(nóng)地非農(nóng)化現(xiàn)象突出，雖然占補平衡政策的推出在一定程度上保護了耕地資源，但成效并不顯著，陜西省糧食產(chǎn)量2000年為1 089萬t， 2015年為1 226萬t，年增長率僅為0.8%(低于全國糧食產(chǎn)量年均增長率2.3%)。反之，糧食生產(chǎn)的壓力也必定會促使耕地數(shù)量發(fā)展變化。因此，土地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量之間存在復雜的互相依賴的動態(tài)關聯(lián)關系，只有協(xié)調(diào)兩者之間關系，并且達到高度耦合狀態(tài)時，才能達到耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食生產(chǎn)較好狀態(tài)。

近年來，作為土地利用轉(zhuǎn)型擴展式發(fā)展的耕地利用轉(zhuǎn)型研究已經(jīng)成為各領域?qū)W者研究的重點[5]。從研究尺度來看，主要集中于國家、省級兩個尺度。何凡能等[6]對比了中美300年來耕地面積的變化，認為中美兩國耕地總體上均呈現(xiàn)上升趨勢； 史洋洋等[7]以江蘇省為例分析其耕地利用轉(zhuǎn)型，研究結(jié)果表明， 1990～2010年江蘇省耕地利用轉(zhuǎn)型模式后期變化較為顯著。從研究方法來看，主要集中于數(shù)理模型及3S研究，許麗麗等[8]基于數(shù)理模型和3S技術分析了我國耕地轉(zhuǎn)型，認為我國耕地主要轉(zhuǎn)換成了城鎮(zhèn)建設用地； 從與其他事物發(fā)展關系研究來看，主要是研究耕地利用轉(zhuǎn)型與生態(tài)環(huán)境的關系，楊清可[9]基于“三生空間”視角，以長江三角洲核心區(qū)為例研究土地利用轉(zhuǎn)型尤其是耕地轉(zhuǎn)型與生態(tài)環(huán)境效應之間的關系，研究結(jié)果表明，城鎮(zhèn)和工礦用地對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用地即耕地的擠占是造成生態(tài)環(huán)境下降的直接原因。總體而言，基于耕地利用轉(zhuǎn)型的研究多集中于某一方面，但耕地利用轉(zhuǎn)型造成的最直接影響是糧食產(chǎn)量的變化，而沒有針對耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量關系尤其是耦合關系的研究。

陜西省是我國古老農(nóng)業(yè)區(qū)，也是我國重要的農(nóng)業(yè)商品基地之一，因此其耕地轉(zhuǎn)型及糧食產(chǎn)量的變化備受矚目[10-11]。21世紀以來，陜西省城鎮(zhèn)化和工業(yè)化劇烈發(fā)展，城市不斷得到開發(fā)，人地矛盾突出，農(nóng)地非農(nóng)化現(xiàn)象凸顯。龍花樓等[5]用耕地利用強度表征耕地利用形態(tài)，耕地利用強度是反映耕地利用形態(tài)變化的動力，既能反映在一定時期內(nèi)人類活動對耕地的影響，又能表現(xiàn)特定時期社會經(jīng)濟發(fā)展的狀態(tài)。因此，基于耕地利用強度來描繪耕地利用形態(tài)是一次有益的嘗試。該文選取農(nóng)業(yè)區(qū)陜西省的耕地利用強度變化表征耕地利用隱形形態(tài)的轉(zhuǎn)型，在此基礎上，研究陜西省耕地利用隱形變化與產(chǎn)量的耦合關系，以此優(yōu)化糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的指導方式，提高陜西省糧食產(chǎn)量，協(xié)調(diào)陜西省耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量的耦合關系。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

陜西省地處西北內(nèi)陸，橫跨長江、黃河中部，是我國重要的城市樞紐，介于北緯31°42′～39°35′，東經(jīng)105°29′～111°15′，屬大陸性季風氣候，夏季雨水集中，冬季寒冷干燥，地勢整體呈南北高，中部低[12-13]。截止2015年底，陜西省共分為11個地級市，分別為西安市、寶雞市、咸陽市、渭南市、銅川市、延安市、榆林市、安康市、漢中市、商洛市、楊凌示范區(qū)，陜西省耕地面積從2000年311.4萬hm2上漲至2015年399.2萬hm2，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值為1 910.7億元，糧食產(chǎn)量為1 226.8萬t。陜西省是我國城鄉(xiāng)發(fā)展較快地區(qū)，耕地面積、村莊建設用地以及糧食產(chǎn)量都變化明顯，土地利用形態(tài)正經(jīng)歷著快速轉(zhuǎn)型。

表1 耕地利用強度評價指標體系

類別評價指標權重計算方式功效性耕地利用強度地均化肥使用量0.262 5化肥使用折存量/耕地面積+有效灌溉比0.235 1有效灌溉面積/耕地面積+復種指數(shù)0.247 8農(nóng)作物播種面積/耕地面積+地均農(nóng)業(yè)機械動力0.254 6農(nóng)業(yè)機械總動力/耕地面積+

1.2 指標選取

以耕地利用強度表征耕地利用轉(zhuǎn)型特征，用以定量刻畫陜西省各地市耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食生產(chǎn)的密切關系。基于數(shù)據(jù)的可獲取性原則，在選擇指標時，以糧食生產(chǎn)的“投入指標”為評價依據(jù)，耕地利用強度由地均化肥施用量、有效灌溉比、復種指數(shù)及地均農(nóng)業(yè)機械動力表征(表1)。

利用變異系數(shù)法確定指標權重，變異系數(shù)法又稱“標準差率”，是一種客觀賦值的方法，指標取值差異越大，越難以實現(xiàn)的指標更能反映評價單位的差距，是一種相對變異指標，它能夠區(qū)分開被評價對象在該方面的能力，則該指標應賦予較大的權重，反之，則賦予較小的權重[14-15]：

(1)

式(1)中，Vj為變異系數(shù)；Wj為權重。

用得到的指標權重Wj與各地區(qū)標準化后的標準值相乘得到耕地的利用強度，即：

S=Wj×Xij

(2)

式(2)中，Wj為權重；Xij為標準化的指標值；S為耕地利用強度。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量時空格局演變

根據(jù)構建耕地利用強度指標體系表征耕地利用轉(zhuǎn)型特征，根據(jù)2005～2015年陜西省各地市耕地利用強度指標值計算耕地利用強度系數(shù)，并將其劃分為1～4個等級； 計算2005～2015年陜西省各地市地均糧食產(chǎn)量，并劃分為1～4個等級(表2)。基于ArcGIS10.2軟件平臺，利用Symbology功能將耕地利用強度等級及糧食產(chǎn)量等級進行可視化處理(圖1)。整體來看， 2005～2015年間陜西省各地市耕地利用強度逐年增強，糧食產(chǎn)量在數(shù)值上也有所上升； 空間布局變化主要發(fā)生在陜西省中部及北部地區(qū)，整體無明顯變化。

從耕地利用強度方面來看，陜西省各地市耕地利用強度系數(shù)數(shù)值上差別較大，空間布局較為分散。2005年，陜西省各地市耕地利用強度系數(shù)均處于較低水平，在空間上表現(xiàn)出中部偏低，四周較高的狀態(tài)，其中咸陽市、商洛市等地市強度較高，西安市處于較低狀態(tài)； 2010年，陜西省各地市耕地利用強度系數(shù)有所上升，空間布局呈現(xiàn)出中部偏高，南、北部數(shù)值較低的狀態(tài)，其中安康市處于較低水平； 2015年，陜西省各地市耕地利用強度系數(shù)持續(xù)上升，個別地市有所下降，空間布局基本保持不變，其中延安市及渭南市耕地利用強度下降，整體來看，陜西省耕地利用強度較弱地市空間上逐步上移。

從糧食產(chǎn)量方面來看， 2005～2015年陜西省各地市糧食產(chǎn)量整體有所增長，空間布局特征較為明顯。2005年，陜西省各地市糧食產(chǎn)量系數(shù)處于較低水平，各地市差別較大，空間布局呈現(xiàn)出從西部至東部逐漸減弱的特征； 2010年，陜西省各地市糧食產(chǎn)量系數(shù)較2005年有所上升，特別中南部地區(qū)增長較為明顯，空間布局上呈現(xiàn)出中部突出，四周較低的狀態(tài)； 2015年，陜西省各地市糧食系數(shù)增長較不明顯，空間布局無明顯變化，其中南部地區(qū)增長明顯，北部地區(qū)有所下降。

表2 2005～2015年耕地利用轉(zhuǎn)型、糧食產(chǎn)量類型

地市200520102015耕地利用轉(zhuǎn)型強度糧食產(chǎn)量耕地利用轉(zhuǎn)型強度糧食產(chǎn)量耕地利用轉(zhuǎn)型強度糧食產(chǎn)量強度系數(shù)等級糧食產(chǎn)量(kg/hm2)等級強度系數(shù)等級糧食產(chǎn)量(kg/hm2)等級強度系數(shù)等級糧食產(chǎn)量(kg/hm2)等級延安市0.310 633 01430.365 733 12920.223 923 4892榆林市0.285 122 87620.231 422 93210.177 413 0462西安市0.382 233 81240.483 243 91940.417 644 7644咸陽市0.412 643 67030.423 144 02240.543 144 6674寶雞市0.178 512 99830.317 533 85740.312 134 2493渭南市0.445 34 2 67820.377 933 26830.468 243 9123銅川市0.367 932 73420.365 433 05520.389 233 6512漢中市0.325 432 34720.193 113 18630.245 823 5632安康市0.246 122 18910.299 822 91310.201 722 9921商洛市0.223 522 27810.278 423 01820.189 212 8691

圖1 2005～2015年耕地利用轉(zhuǎn)型強度、糧食產(chǎn)量時空格局演化

圖2 2005～2015年耕地利用轉(zhuǎn)型強度及糧食產(chǎn)量耦合類型時空格局演化

表3 2005～2015年耕地利用轉(zhuǎn)型強度及糧食產(chǎn)量耦合類型

地市2005年耦合類型2010年耦合類型2015年耦合類型延安333222榆林222112西安344444咸陽434444寶雞133433渭南423343銅川323232漢中321322安康212321商洛212211

2.2 耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量耦合類型的時空演變

耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量耦合類型由耕地利用轉(zhuǎn)型強度等級及糧食產(chǎn)量等級構造，表征耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量耦合程度。由表3及圖2可以看出，陜西省耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量耦合類型在空間上呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。根據(jù)劃分陜西省各地市耕地利用強度系數(shù)等級及糧食產(chǎn)量等級構造耕地利用轉(zhuǎn)型糧食產(chǎn)量耦合類型，并利用ArcGIS10.2軟件進行可視化處理。整體來看，陜西省耕地利用強度系數(shù)等級及糧食產(chǎn)量等級從北部到南部均表現(xiàn)出逐漸增長趨勢。2005～2015年間陜西省耕地利用強度系數(shù)等級及糧食產(chǎn)量等級處于低值耦合地市逐漸減少，而高值耦合區(qū)域增多。原因是隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展及工業(yè)化的快速推進，陜西省耕地資源稀缺性顯現(xiàn)及人口不斷減少，陜西省糧食安全受到威脅。

在土地利用轉(zhuǎn)型背景下，耕地利用轉(zhuǎn)型強度系數(shù)不斷相互影響、相互作用，推動糧食產(chǎn)量不斷增長。轉(zhuǎn)型初期(2005年)，陜西省各地市耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量耦合類型處于較低水平，主要表現(xiàn)在耕地利用強度較弱，如榆林市、延安市等地市，陜西省北部地區(qū)地勢較高，屬高原地貌，水土流失強烈，耕地資源緊張，故耕地利用強度系數(shù)等級及糧食產(chǎn)量等級均處于較低水平； 轉(zhuǎn)型中期(2010年)，陜西省各地市耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量耦合值緩慢上升，但整體來看水平較低，與2005年相比數(shù)值上無明顯波動，該時期正處于工業(yè)化及城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展時期，大量耕地及其他類型用地被占用，故耕地糧食產(chǎn)量及利用強度無明顯變化； 轉(zhuǎn)型后期(2015年)，陜西省各地市耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量耦合值明顯上升，主要表現(xiàn)在陜西省中西部地區(qū)，該地區(qū)地勢條件良好，具有優(yōu)越的耕地資源。陜西省耕地面積及質(zhì)量的變化趨勢基本是從1997年開始下降，到2003年降至最低點，之后變化逐漸減小，隨著退耕還林、城市道路建設、工業(yè)化生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)結(jié)構調(diào)整的占用耕地行為的加劇，陜西省耕地面積及質(zhì)量不斷下降， 21世紀以來，國家實施了嚴格的耕地保護措施并隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和管理水平的提高，使得陜西省耕地利用強度及糧食產(chǎn)量逐漸增高。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

(1)2005～2015年，陜西省各地市耕地利用強度系數(shù)差異明顯。表現(xiàn)為中西部的寶雞市、咸陽市等處于第4等級，西南部的漢中市、安康市等地處于第3等，呈現(xiàn)集聚分布形態(tài)，且隨時間推移，評分第3等地區(qū)數(shù)量逐漸減少。中部及北部的榆林市、延安市地區(qū)處于1、2等。整體看來，中部耕地利用強度最高，南部城市受其影響耕地利用強度呈現(xiàn)出不斷增加趨勢，北部地區(qū)耕地利用強度與中部、南部具有較大差距。

(2)10年間陜西省糧食產(chǎn)量整體呈增長趨勢，且空間分異特征較為明顯，整體呈現(xiàn)出由外圍向內(nèi)部糧食產(chǎn)值及等級逐漸上升。北部典型城市榆林市、延安市等糧食產(chǎn)量水平較低，處于第1等級。南部典型代表城市漢中市、安康市糧食產(chǎn)量處于第2等級。中東部的商洛市、西安市等處于第3等級。從空間分布圖可以看出，糧食產(chǎn)量與耕地利用強度具有較緊密的關系。

(3)陜西省耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量耦合類型在空間上呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。耕地利用系數(shù)等級與糧食產(chǎn)量等級均呈現(xiàn)由北向南遞增趨勢，且低值區(qū)、低等級城市均逐漸減少，高值耦合區(qū)不斷增加。可以發(fā)現(xiàn)，陜西省耕地利用轉(zhuǎn)型對糧食產(chǎn)量的增益效應逐步顯現(xiàn)，未來隨著耕地利用轉(zhuǎn)型強度的進一步提高，糧食產(chǎn)量將有可能進一步增加。

(4)土地利用轉(zhuǎn)型不同時期，耕地利用強度與糧食產(chǎn)量耦合度差異明顯。陜西省由于自然地理特征，部分地區(qū)耕地資源緊張、水土流失現(xiàn)象嚴重，轉(zhuǎn)型初期耕地利用系數(shù)與糧食產(chǎn)量耦合度較低。轉(zhuǎn)型中期，土地整治效果初顯，耦合程度緩慢上升。轉(zhuǎn)型后期耕地利用系數(shù)與糧食產(chǎn)量的耦合程度則呈較快增加趨勢。可以看出，陜西省糧食產(chǎn)量隨著耕地利用轉(zhuǎn)型的不斷深入而不斷提高，耕地利用轉(zhuǎn)型對糧食安全具有有利影響。

3.2 討論

自然地理條件對于耕地的發(fā)展具有顯著影響，榆林市、延安市耕地利用強度與糧食產(chǎn)量耦合度較低的主要原因是地處陜北地區(qū)，干旱缺水的氣候條件、丘陵溝壑地貌以及高原地勢極大地限制了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，耕地利用強度以及糧食產(chǎn)量的提高均難度較大。對于陜北地區(qū)而言，脆弱的生態(tài)環(huán)境是限制了農(nóng)業(yè)的發(fā)展，因而，生態(tài)環(huán)境的保護、恢復與改善應放在首位，遵循“蓄水、保水、節(jié)水”的原則發(fā)展農(nóng)業(yè)，修建水庫，水壩、水窖等水利設施，改進灌溉技術，提高水資源利用率。同時設立生態(tài)保護區(qū)，設立生態(tài)保護區(qū)，劃分礦產(chǎn)禁(限)采區(qū)。礦產(chǎn)開挖中注意植被和地表的保護(水土保護)，對廢棄礦區(qū)進行生態(tài)恢復，進一步達到復植復墾、提高土地資源利用水平的目的。

由研究結(jié)果得知，耕地利用轉(zhuǎn)型對咸陽市、寶雞市等經(jīng)濟發(fā)展水平較高地區(qū)的有利影響已初步顯現(xiàn)。退耕還林、城市道路交通的完善、工業(yè)化生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)結(jié)構調(diào)整等措施，可能會令耕地面積及質(zhì)量下降，但通過對土地的合理調(diào)整、耕地保護措施及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和管理水平的提高，使得陜西省耕地利用強度及糧食產(chǎn)量逐漸增高。

對土地資源的合理利用和土地資源的高效管理是實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展穩(wěn)定的基礎和重要方式。在經(jīng)濟發(fā)展的不同階段下，對不同區(qū)域內(nèi)土地利用的形態(tài)和管理的措施應做出相應的調(diào)整，通過鄉(xiāng)村勞動力要素的變化、土地經(jīng)濟價值的主導、現(xiàn)有制度和政策體系的影響，共同驅(qū)動陜西省耕地利用的轉(zhuǎn)型，不斷提高耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量的耦合程度，以加快適應陜西省社會發(fā)展的要求更好地實現(xiàn)土地資源的優(yōu)化配置及高效利用。

城鎮(zhèn)化進程中，為促進鄉(xiāng)村社會經(jīng)濟發(fā)展，耕地利用的轉(zhuǎn)型已成為必然趨勢。從現(xiàn)有測度耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量耦合關系的方法來看，大多以耕地利用強度指標代表耕地利用轉(zhuǎn)型，納入了人對于耕地的質(zhì)量的考慮，為空間形態(tài)變化視角對耕地利用形態(tài)變化研究提供重要參考。然而，該文出于數(shù)據(jù)限制，并未將耕地利用空間景觀格局與糧食產(chǎn)量的關系進一步考慮，而且，該文以耕地利用強度表征耕地利用轉(zhuǎn)型狀態(tài)，并未明確表征耕地利用隱形和顯性狀態(tài)，且研究相對比較單一，僅研究耕地利用轉(zhuǎn)型與糧食產(chǎn)量的耦合關系，但并未闡述其影響機制，因此，后期研究應重點結(jié)合景觀格局變化來研究耕地利用轉(zhuǎn)型期糧食產(chǎn)量的協(xié)同變化情況，以及更好地表征耕地利用轉(zhuǎn)型狀態(tài)和影響因素。