近35年中國耕地集約度時空變化特征分析

2019-09-05 08:58:02張蚌蚌趙敏娟張濟舟

水土保持研究 2019年5期

井睿, 張蚌蚌, 趙敏娟, 張濟舟

(1.西北農林科技大學經濟管理學院, 陜西楊凌 712100; 2.西北農林科技大學應用經濟研究中心, 陜西楊凌 712100)

耕地是不可復制的農業自然資源，是糧食生產的物質基礎[1]，耕地資源的不斷流失嚴重威脅我國農產品的有效供給。耕地集約化程度的提高對于耕地質量保護、區域可持續發展和農業結構調整具有重大的現實意義[2-3]，是實現耕地保護和糧食生產安全的重要舉措[4]。隨著城鎮化建設的推進，我國耕地面積仍有不斷縮減的趨勢，在人地矛盾尖銳、糧食安全壓力加大的背景下[5]，耕地集約利用問題已經引起中央政府的高度重視和學術界的廣泛關注。同時，耕地過度集約也會帶來嚴重的生態環境問題，如華北平原過度開采地下水進行灌溉導致地下水漏斗[6]，東北地區過度利用耕地造成黑土層變薄和有機質下降[7]，過度使用化肥導致土壤酸化[8]。因此，揭示全國各地區耕地利用的時空變化特征，對于平衡“產量—生態”關系，促進耕地可持續集約化具有重要現實意義。

目前，耕地集約利用相關研究主要集中在耕地集約與城鎮化之間的耦合關系[9-10]，耕地集約時空分異特征[11-12]、耕地集約驅動力或影響因素[13-14]等方面，耕地利用的特征、程度以及變化過程是耕地集約度評價的主要內容[15]。姚冠榮等[16]系統分析了投入要素集約度的變化趨勢，發現近年來除勞動力以外的傳統資本要素投入量不斷增加；陳偉等[17]將耕地質量納入集約度指標評價范圍，消除了耕地質量差異對糧食產量的影響；曹春艷等[4]主要考慮了城鎮化對耕地集約利用的影響機制，認為城鎮化水平的過度提升將會造成耕地集約度的下降；張榮天等[18]從投入、產出兩個角度闡述了我國耕地利用效率的時空格局，認為中國省際耕地利用效率仍將保持顯著差異。在此基礎上，石淑芹等[19]總結了包括頻度、投入、產出、潛力、增產、綜合指標、集約度及能值8個層面的指標體系。由此可見，耕地集約利用評價體系經歷了從單一指標向綜合指標不斷完善充實的過程，但尚未形成統一完整的體系，現有研究很難涵蓋評價指標的各個方面，當研究區域較大時，由于數據獲取困難，所選取的評價指標不完整，而且研究的數據時序不夠長，對區域或省域間耕地集約利用差異及其驅動機制的對比分析有待深入。

基于以上認知，本文充分挖掘1985—2016年全國及省際面板數據，構建包含17項指標的評價體系，運用主成分分析法研究全國各地區耕地集約度的時空變化特征，重點分析耕地集約度變化的關鍵節點，以期為我國耕地合理高效利用提供決策依據。

1 數據來源

本研究所用數據涉及31個省份(自治區、直轄市)，農業機械總動力、農村電力、種植業產值、農作物成災面積、農用化肥、農膜、柴油和農藥使用量等數據來源于《中國農村統計年鑒》，農作物播種面積、有效灌溉面積、糧食總產量等數據來源于《中國統計年鑒》，農業從業人員、耕地面積等數據來源于《中國區域經濟統計年鑒》、《中國國土資源統計年鑒》以及各省統計年鑒，森林覆蓋率來源于國家林業局歷次森林資源連續清查數據。

為消除由于統計方法所造成的耕地面積差異，借鑒封志明[20]、陳印軍[21]等的研究方法對1981—2008年耕地面積進行數據重建，得到基于第二次全國土地調查的耕地數量，從而更準確地反映耕地面積的變化趨勢。

2 研究方法

2.1 評價指標體系構建

耕地集約利用評價指標的選取必須遵循可操作性、系統性、動態性、簡明性等基本原則，本文借鑒周楊武[11]、王國剛[22]等學者的研究成果，同時考慮到數據的可獲取性，從投入強度、利用程度、產出效益、可持續狀況4個準則層出發，構建包含17項指標的耕地集約利用評價指標體系。采用極差標準化法對原始數據進行處理，消除不同評價指標量綱和性質的差異，并用主成分分析法確定指標權重。

投入強度反映的是農業生產過程中單位耕地面積上投入資本、勞動力等生產要素的多少，一般來說投入要素越多，耕地集約度越高。利用程度反映的是人類對耕地的使用能力和水平，通常與耕地集約度的提高有正向關系。而產出效益則是耕地給人類帶來的經濟利益，即產量或產值的多少，可持續狀況反映的是耕地質量及未來的生產潛力。具體指標含義及計算說明見表1。

2.2 評價模型

2.2.1 評價方法主成分分析實際上是通過降維的方法，篩選出能夠解釋整體數據大部分信息的重要變量，從而使問題得到簡化。我們將研究期內指標數據按時間順序展開，根據主成分累積方差貢獻率達到80%且特征值大于1的原則選取主成分，各主成分得分為：

(1)

式中：Fk為第k個主成分上的得分；aj為各評價指標在該主成分上對應的特征向量；X′ij為第i年第j個指標的標準化值。

根據主成分方差貢獻率和主成分得分，計算耕地集約利用綜合分值，即：

(2)

式中：wj為各主成分的方差貢獻率；Z為耕地集約利用綜合得分。

為便于比較不同時期或地區耕地集約利用程度的差異，將綜合得分進行百分制轉換，計算公式如下：

(3)

式中：G為百分制轉換后的綜合得分；Zmax和Zmin分別為百分制轉換之前耕地集約利用程度綜合得分的最大值和最小值。

表1 耕地集約利用評價指標體系及含義

2.2.2 耕地集約動態變化模型為了直觀反映耕地集約度的動態演變過程和變化速率，構建耕地集約度變化量和變化率的動態模型，研究基期和報告期集約水平變動趨勢，計算公式如下：

ΔG=Grep-Gbas

(4)

(5)

(6)

式中：Grep和Gbas分別表示報告期和基期耕地集約度得分；Gavg表示年均增長率，若耕地集約度變化量ΔG>0，則表示該研究期內耕地集約利用水平有所提升，反之則降低。耕地集約度變化率的絕對值|Groc|越大，表示研究期內耕地集約水平的變動速度越快。

3 結果與分析

3.1 耕地集約度綜合得分計算

根據SPSS 24.0統計軟件的運行結果，KMO檢驗值大于0.8，Bartlett球形檢驗值小于0.01，因此所選取指標之間具有較高的相關度，采取主成分分析法是合理的。按照主成分特征值大于1，累計方差貢獻率大于80%的原則，提取的前5個主成分見表2?？梢钥闯?，所提取的主成分累積方差貢獻率達到83.11%，即前5個主成分反映了17個指標83.11%的信息量。

第1主成分包括地均農業機械總動力、地均化肥施用量、地均農村用電量、地均農藥使用量、地均農用柴油使用量、地均農膜使用量、復種指數、灌溉指數、地均產值和地均糧食產量，主要反映了農業耕作所投入的人力、物力、財力，可稱為資本投入強度因子；第2主成分包括地均勞動人員、人均產值和人均糧食產量，主要反映了耕地的產出能力，可稱為產出效益因子；第3主成分為森林覆蓋率，第4主成分包括相對撂荒指數和農作物成災率，這兩個主成分均反映了耕地再利用的潛力，可合稱為可持續狀況因子；第5主成分為墾殖指數，主要反映了耕地占土地總面積的比重，可稱為土地利用程度因子。以每個主成分的方差貢獻率為權重，利用式(2) 計算全國及各地區在研究期內的耕地集約利用綜合分值，見表3。

表2 各主成分特征值及方差貢獻率

表3 各省份耕地集約度得分

注：海南、重慶未成立之前沒有數據

3.2 全國耕地集約度時序變化特征

根據全國耕地集約度變化趨勢(圖1)，1981—2016年我國耕地集約度分值整體表現為上升勢態，由1981年的61.94上升到2016年的97.84，年均增長率為1.31%。具體可以分為兩個階段：第一階段為1981—2003年，耕地集約度呈現波動增長并伴有階段下降的趨勢，年均增長率為0.97%；第二階段為2004—2016年，耕地集約度呈現迅速增長的趨勢，年均增長率為1.74%。

圖1 1981-2016年全國耕地集約度變化趨勢

1981—2003年全國耕地集約度增長速度相對緩慢。在此階段，受技術條件和經濟發展水平的限制，生產要素投入較少，其中農業機械總動力的投入差異尤為顯著，1981—2003年平均投入為2.38 kW/hm2，僅是第二階段的三分之一。相比之下，2003年之前地均勞動人員更多，說明要素投入的邊際效用不高，沒有實現耕地的高效集約利用。1985—1986年耕地集約度甚至出現了連續下降的現象，由63.57分別下降到1985年的62.84，1986年的62.74，這是主成分產出效益因子和可持續狀況因子得分降低的結果。在此期間，農作物成災率由10.6%(1984年)迅速增加到16.2%(1986年)，達到同期較高水平，自然災害頻發，糧食作物單產降低，耕地集約度也因此下降。

2004—2016年全國耕地集約度始終保持良好的上升勢頭，年均增幅顯著高于第一階段。2004年全國耕地集約度分值為79.58，與2003年相比增幅達到3.07，增長率為4.01%，為研究期內的最高水平。就生產要素投入來說，農村用電量、農用柴油使用量作為農業機械化程度的重要衡量指標，二者投入在1981—2015年期間始終保持增長勢頭。其中2004年增幅最大，分別達到15.37%和16.36%，這與國家政策指導農業發展的背景是分不開的。2004年起連續發布以“三農”為主題的中央一號文件，“增加農業投入，強化對農業支持保護”，并開始實行減免農業稅的惠農政策，大大提高了農民的生產積極性。與此同時，2003年農作物成災率達到研究期內的峰值，為23.7%，而2004—2016年農作物成災率的平均值僅為12.8%。自然災害減少，耕地的產出效益隨之增長，2016年的地均產值、地均糧食產量分別是2003年的4.05倍和6.72倍。由此可見，多種因素共同促成了該階段耕地集約利用水平的快速提高。

但同時，2011—2015年全國耕地集約度同比去年增長率分別為2.60%，2.10%，2.05%，1.56%和1.29%，耕地集約度增長趨勢逐漸變緩，2015年耕地集約度得分為98.06，為研究期內的最大值，直到2016年耕地集約度降至97.84，出現了負增長現象。在此期間內，勞動力集約度始終處于縮減趨勢，由2011年的1.97人/hm2減少到2016年的1.59人/hm2，年均降幅達到4.22%。2016年與2015年相比，農業機械總動力、化肥、農藥、柴油等要素集約度均有不同程度的下降，降幅分別為12.91%，0.58%，2.36%和3.61%。這說明我國耕地資源利用將迎來轉型，過去35 a快速增長的耕地集約化趨勢出現轉折，以產量為目標的高度集約化耕地利用正在向“產量—生態”平衡方向發展，如農業部提出了減藥、減肥的“雙減”計劃，華北地區為遏制地下水過度開采而進行限制灌溉、降低復種指數等措施，全國范圍內實施“耕地休養生息”政策等，因此，耕地利用正在向“產量—生態”平衡下的可持續集約化發展。

3.3 區域耕地集約度時空變化特征

將全國劃分為西北、西南、東北、中部、東部五大區域，各區域內不同省(市)耕地集約測度結果如圖2所示。

(1) 西北地區1985—2016年耕地集約度總體表現為不斷上升的趨勢，年均增長率為0.22%，盡管如此，其耕地集約利用水平仍顯著低于其他地區。值得注意的是，2016年新疆耕地集約度迅速提高，與2010年相比增長率達到7.10%，灌溉指數達到0.96，為全國最高水平。究其原因，新疆良好的光熱條件有助于農作物生長，膜下滴灌的快速發展顯著提高了耕地有效灌溉率，因此農業產出效益大大增加，通過產業結構的不斷調整和資源的優化配置，實現了耕地集約度的逐年穩步增長。

(2) 西南地區耕地集約程度偏低，且各省份間差異較大。自然資源條件是影響耕地集約化程度的基礎因素，云南、貴州、西藏地處云貴高原、青藏高原等高山丘陵地區，耕地質量較差。重慶、四川、廣西三地農業機械總動力平均投入為8.11 kW/hm2，而云南、貴州、西藏僅為6.63 kW/hm2。一般而言，高原地區不利于農業基礎設施建設，農業機械動力投入較少，從而導致了耕地集約化程度的降低。相比之下，重慶、四川、廣西多位于盆地地區，地形平坦，水熱條件好，耕地生產能力強。

(3) 東北地區耕地集約度變動幅度不大，省際差異也并不明顯。黑龍江、吉林、遼寧三省耕地集約度年均得分分別是69.57，70.66，70.70，年均增長率分別是0.14%，0.16%，0.14%。作為我國重要的商品糧生產基地，其耕地集約利用不僅影響自身經濟社會穩定，對于保障全國糧食安全也具有至關重要的作用。東北地區土地肥沃，森林覆蓋率高，具備優越的自然條件，更應著力于精準農業的發展，提高農業耕作的專業化水平，改善耕地利用狀況。

(4) 中部地區耕地集約利用水平較高，在2001—2016年表現出了較快的增長趨勢，原因在于農業稅的全面取消以及中央政策不斷向“三農”傾斜，極大激發了農戶的生產積極性，促進了耕地集約度的快速增長。湖南耕地集約年均得分達到78.74，由于其處于亞熱帶區域，熱量充足，作物多為一年兩熟或三熟，2010年、2016年復種指數分別為1.99，2.12，居于全國首位，耕地集約利用程度為中部地區的最高水平。

(5) 東部地區代表了全國耕地集約利用的最高水平，平均得分達到80.78，以北京、上海為代表的經濟發達地區耕地集約利用水平呈現出“先上升、后下降”的趨勢，2016年與2010年相比，降幅分別達到15.03%和11.88%。東部各省經濟發達，盡管農業從業人員比例不高，但雄厚的經濟實力可以保證其他資本要素的投入力度。同時由于這些地區工業用地、建設用地較多，耕地資源有限，更加注重土地保護和耕地的合理利用，能夠保證耕地單位面積的產出效益，如福建、廣東和江蘇等地區，2016年地均產值分別達到13.34萬元/hm2，12.02萬元/hm2，8.13萬元/hm2。自2016年中央一號文件提出“加強資源保護和生態修復，推動農業綠色發展”以來，生態文明建設和農業結構調整得以落實，綠色農業成為促進農業可持續發展的重要舉措。因此，北京、上海等發達地區的農業生產已經進入轉型期，著力發展生態農業、休閑農業、共享農業等現代農業模式，傳統農業生產規模不斷縮減，導致了近年來耕地集約度的下降。

圖2 1985-2016年各省份耕地集約度變化趨勢

3.4 近30 a省域耕地集約度變化特征

計算各地區耕地集約度的變化量和變化率(圖3)，可以看出，2016年與1985年相比，北京、上海、浙江等地區耕地集約利用程度表現出下降趨勢，這與綠色農業等新發展理念的提出密不可分。河南、新疆、福建等地區耕地集約利用程度變動幅度較大，變化率分別達到15.61%，14.40%，12.89%，其中河南耕地集約度得分由71.01增長到82.09，變化量達到11.08，遠高于其他地區。

圖3 1985-2016年各省份耕地集約度變化程度

4 結論與討論

4.1 結論

(1) 在國家尺度上，我國耕地集約度總體表現為“緩慢上升—迅速增加”的趨勢。具體可以分為兩個階段，第一階段為緩慢增長期(1981—2003年)，年均增長率為0.97%，傳統生產要素投入較少，要素投入邊際效用不高；第二階段為快速增長期(2004—2016年)，年均增長率為1.74%，農業機械化程度提高，產出效益增長。

(2) 在區域尺度上，耕地集約利用水平具有明顯的分異特征，東北、西南和西北地區集約利用水平有待提升。東部地區耕地集約度最高，中部地區次之，東北地區、西南地區分列三四位，西北地區耕地集約度最低。

(3) 在省域尺度上，受自然地理條件和經濟發展狀況影響，耕地集約度差異明顯。上海耕地集約度最高，青海耕地集約度最低。耕地集約度變化最快的是河南、新疆和福建。

(4) 2011年開始全國耕地集約度增速變緩，并且在2016年出現負增長現象，農業機械總動力、化肥、農藥、柴油等生產要素集約度逐漸降低，耕地利用正在向“產量—生態”平衡下的可持續集約化發展。

4.2 討論

耕地資源是在人類活動和自然條件共同影響下不斷變化的復雜系統，耕地集約利用研究必須建立全面科學的評價指標體系，基于統計數據和研究方法的限制，未能深入研究科技投入等因素與耕地集約度變化的定量關系。同時，過去35 a耕地集約度的快速增長也帶來了嚴重的生態環境問題，耕地集約利用的環境效益及風險分析是未來研究的重點。本文基于研究結果認為耕地利用將向“產量—生態”平衡的方向發展，但未來應進一步加強對耕地利用集約度變化趨勢及其拐點的研究，分析過度追求產量的階段和“產量—生態”均衡發展階段的驅動力，以更好地促進耕地可持續集約利用。