生态脆弱区耕地集约利用水平分析

李芹

(西北大学城市与环境学院，陕西西安710127)

生态脆弱区耕地集约利用水平分析

李芹

(西北大学城市与环境学院，陕西西安710127)

以米脂县高西沟村为例，通过构建耕地集约利用评价指标体系，利用主成分分析方法进行分析，探讨高西沟在实施有效的水土治理措施后，耕地集约利用情况，得出结论:1997～2006年米脂县高西沟村耕地集约利用情况呈波动上升趋势，1999～2001年出现下降趋势，这与当年的自然灾害有关;高西沟村非农指数、单位化肥投入、复种指数和人均纯收入，极大地影响到耕地的集约利用水平，说明农户的经济情况影响高西沟耕地集约利用程度。

生态脆弱区;耕地集约利用;主成分分析方法;分析

在农村，由于人口压力和农村经济发展需求，农民对土地资源采取了粗放经营和过度开发并存的利用方式，在开发中又缺乏有效的管理机制和保护措施，村镇的土地利用结构处于失衡状态。土地利用结构失衡导致了用地紧张、土地退化和生态环境恶化，这些都成为村镇产业发展和城镇化进程的桎梏。另外，从农民自身而言，追求收益最大化是农民从事农业活动的出发点，为了增大单位面积农业产出，农民不断提高对农业的投入，但随着化肥农药价格上涨，农业比较利益低，在土地耕作区土地的撂荒现象严重，土地的利用效率不高。如何合理利用耕地成为广大农村迫切需要解决的问题。

国外对土地利用的研究是从农业土地集约经营研究开始的，在国内对耕地利用集约度的研究相对较晚，且侧重点是城市土地利用。国内现有的研究成果主要有［5～7］:李秀彬等以复种指数、化肥施用量、灌溉面积和粮食产量等指标，分析了中国1981～2000年农地利用集约度变化的区域差异;刘成武等基于土地经营期间所有投入的货币总额衡量1980～2002年稻谷、小麦、玉米、棉花等主要农作物生产集约度变化和区域差异;此外，朱会义等采用复种指数、粮食播种面积和粮食单产重点衡量1996～2005年中国耕地利用集约度的时空分异规律;刘成武［8］等分析了全国耕地利用集约度的时序特征和空间差异。综上所述:学者们关于耕地集约利用的研究主要着重于通过不同方法评价不同尺度下的耕地集约利用现状，并对耕地集约利用变化规律进行分析，缺少小尺度及特殊区域的耕地集约利用的研究。生态环境脆弱区有着特殊的自然地理环境，水土流失问题严重，如何实现耕地的集约利用成为备受关注的问题。

本文旨在通过构建耕地集约利用评价指标体系，研究生态脆弱区在水土治理工程后耕地的集约利用变化情况，找出耕地集约利用变化的时空分异规律，并通过主成分分析方法分析其主要的影响因子，为高西沟村耕地合理利用提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

高西沟村位于无定河东岸的金鸡河流域，距米脂县城20km，属典型黄土高原丘陵沟壑区，总土地面积约4.00km2，总耕地面积约302.20hm2，主要有山地、川地和坝地3种土地利用类型。山地主要种植经济林，坝地和川地多种植粮食与经济作物。主要的粮食作物有玉米、谷子、糜子，经济作物主要是土豆、豆子、葱等。全村有126户，总人口约为522人。

高西沟在自然地理分区中属温带半干旱半湿润森林草原带，年均降雨量440mm左右，降雨的基本特点是年际波动大、年内分布不均匀，高度集中在7～9月，约占全年的75%左右，是干旱和暴雨多发区，水土流失严重。因为处于黄土高原生态脆弱区，从20世纪五六十年代开始，高西沟人就开始以水土保持为主的生态综合治理工程，确立了因地制宜、合理用地、宜粮则粮、宜林则林、宜牧则牧的原则，坚持山、水、田、林、路科学规划，综合治理，实施农、林、牧各占1/3的经营模式。到1978年，基本形成“三三制”，使高西沟水土流失的治理和经济发展有了质的飞跃和变革，开了黄土高原丘陵沟壑区生态建设的先河，走出了生态农业发展的新路子。随后国家实施退耕还林政策，高西沟分别于1993年和1997年实行两次较大的退耕还林措施，耕地面积变化极为显著，为探索耕地集约利用模式提供了平台。

1.2 数据来源和研究方法

1.2.1 数据来源

(1)遥感数据。借助Arcgis处理的1996和2006年两期土地利用图进行矢量化处理，得到高西沟村的对高西沟的土地利用数据。

(2)社会经济数据。本文用到的农户投入产出数据来源于米脂县高西沟1997～2006年经济情况调查，包括农业产值、农民收入、土地投入产出等数据。

(3)农户数据。农户数据由本课题组深入研究区农户家庭进行问卷调查获得，调查涉及研究区内各农户的基本情况、投入产出数据，并与村长进行沟通获得农户的大体情况，再录入计算机形成农户信息数据。

1.2.2 研究方法

耕地集约利用评价指标体系设计的基本思路是以耕地集约利用内涵界定为基础，以耕地乃至土地可持续利用和社会经济可持续发展为目标，以合理、合法、高效为出发点。耕地集约利用评价指标一般包括以下几个方面的评价内容:影响制约耕地集约利用因素指标，耕地集约利用程度评价指标，耕地集约利用趋势和可持续度。在具体的指标评价体系设计时需满足层次性要求，应包括目标层次、准则层次、指标层等。区域耕地集约利用评价是一个多因素因子综合评价的过程，需要根据评价区域的特征分析评价指标体系中各因素因子的重要程度，确定各指标的权重。权重确定方法可以分为主观赋权方法与客观赋权方法两大类。所谓主观赋权法就是人为地凭经验确定权重，如专家打分法(Delphi)、层次分析法(AHP)、因素成对比较法等［9］;客观赋权法则依据评价对象各指标数据，按照某个计算准则得出各评价指标权重，如:模糊综合评价法、主成分分析法、运筹学和其他数学方法等。客观赋权法可以减小主观影响，得到客观而有说服力的权重结果，主观赋权法却可以根据实际情况作出切合实际的判断，二者结合将有助于得出更加准确的结果。

本文在借鉴现有的研究成果的基础上，结合高西沟村自然条件采用主成分分析法对该村耕地集约利用程度进行评价。首先，对原始数据标准化处理，借助SPSS17.0统计分析软件，运用主成分和分类分析功能，得到合成因子的特征根和贡献率，选取累计贡献率达到85%的因子或贡献率较高的前几个因子作为主成分进行分析［10～11］。

2 结果分析与讨论

2.1 指标体系的构建

针对新一轮土地利用总体规划修编工作的需要，结合我国现阶段耕地保护工作的开展，本文根据相关研究成果，以耕地集约利用水平作为评价目标(目标层)，以耕地集约利用的不同层面为基础从约束强度、投入强度、利用程度、产出效果和可持续状况5个角度(基准层)构建指标体系(表1)，进行综合评价。

表1 耕地集约利用评价指标体系

2.2 数据标准化处理

原始数据因量纲不同、单位不同，不具有可比性，需对原始数据进行标准化处理。该研究共选择了耕地集约利用的10个评价指标，把陕西省米脂县高西沟村的1997～2006年每一年的数据作为一个参评对象，设为n(n=10)，与每一年各个指标值，构成数据矩阵x，如下:

2.3 计算相关系数矩阵R

列出由标准化后的数据构成的相关系数矩阵R:

2.4 计算特征值及特征向量

根据相关系数矩阵R，构建特征方程|R－λi|=0，计算主成分贡献率及累计贡献率，公式为:

方程的p个非负的特征值λ1、λ2、…、λp，对应于特征值λi的特征向量为:Ci=(C1i，C2i，…，Cpi)(i=1，2，…，p)。

2.5 求主成分

由特征向量组成的p个主成分yi，其中主成分y1、y2、…、yp之间相互无关:

2.6 选择主分量

选取前m(m＜p)个主成分y1、y2、…、ym作为主分量。这m个主成分方差之和占全部总方差的85%以上，基本保留了原来指标或变量x1、x2、…、xp的信息，这样指标或变量的数目将由p个减少到m个，从而起到了筛选指标或变量的作用。

2.7 评价与分析模型

(1)耕地集约利用综合评价模型

根据对高西沟村耕地集约利用水平的分析，耕地集约利用主要包括耕地约束强度、投入强度、利用程度、产出效果和可持续状况5个方面，据此构建耕地集约利用综合评价模型:

式中，E为综合评价值，wi为各特征向量的权重，y为主成分值，λ为特征值。

对原始数据进行标准化后处理后得到指标标准化值(表2)。

表2 标准化的评价指标

若将评价指标体系中的10个因子全部计算，过程极为复杂，且不利于最后结果的分析。将标准化后的结果，导入SPSS软件，运用主成分和分类分析功能，得到合成因子的特征根和贡献率如表3，前3个因子的累计贡献率达到93.928%，超过85%，这意味着因子1、因子2和因子3所携带的数据信息已经基本包括了原来10个变量所携带的数据信息，这就使数据结构大为简化，因此选取因子1、因子2和因子3作为主成分进行分析。

第一类因子Y1称为影响耕地集约利用的基础因子，第二类因子Y2称为影响耕地集约利用的次级因子，第三类因子Y3称为影响耕地集约利用的补充因子。

因此，3个主成分分别用如下公式计算:

定义综合得分为:

由表3的结果我们得出以下结论:非农指数、单位化肥投入、农民人均纯收入在影响耕地集约利用的基础因子中占的比重比较大，复种指数在二、三主成分中所占比重大，对高西沟耕地集约利用水平有重要的影响。

表3 特征向量

表41997 ～2006年耕地集约利用因子值

图1 高西沟村1997～2006年耕地集约利用综合值

3 结论

3.1 结论

(1)高西沟村耕地集约利用水平在1997～2006年大致呈波动上升趋势，高西沟村耕地集约利用水平大致是逐年提高的，1999～2001年呈现小的波动，出现下降趋势。这是因为1999～2001年的自然灾害导致粮食产量下降。总体上讲高西沟村的耕地集约利用水平仍然不高，处于一般集约状态。

(2)非农指数、人均纯收入、单位化肥投入和复种指数对高西沟耕地集约利用水平有重要的影响，说明农户家庭的经济情况在很大程度上决定了高西沟的耕地集约利用情况，农户是农业生产活动的主体，农户的决策决定了土地的利用程度。高西沟村在退耕还林政策后农民手中的耕地面积减少，农民趋向于调整种植结构，从事兼业化生产以保证农民自身基本的生活需求。

(3)根据所获得统计资料和农户资料，利用spss对粮食单产和人均纯收入做相关性分析，结果表明高西沟村人均纯收入与粮食单产的相关系数为0.904，具有较强的相关性。表明在现有的自然、科技条件下，人均纯收入对于高西沟耕地的集约利用有重要的影响。

3.2 需要进一步探讨的问题

首先，从一定层面上讲，耕地利用在微观尺度上是一种农户行为，农户对生产投入的选择服从于局限条件下的收入最大化原则。在不断完善的市场经济条件下，农户收入最大化的个体追求，会使得众多农户减少对所承包耕地的粮食生产投入而大量向比较效益较高的经济作物或二、三产业转移，从而在一定程度上导致耕地的粮食产出下降。

农户作为农村独立的生产经营主体，其家庭拥有资源状况对耕地利用同样具有重要的影响，但是本研究没有将农户的家庭特征和个体决策列入研究范围，如何构建科学合理的决策模型来模拟高西沟村的耕地集约利用情况，需要继续深入研究。

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An Analysis of Intensive Cultivation in the Ecologically Fragile Area

LI Qin
(College of Urban and Environment Science，Northwest University，Xi＇an Shanxi 710127 China)

By setting up the evaluation indicator system for the intensive land cultivation，the intensive use of the land in Gaoxigou Village of Mizhi County has been analyzed by using the principal component method，after the effective implementation of soil conservation measures.The conclusions are made as follows:there has been an increase in the intensive use of the land in Gaoxigou Village from 1997 to 2006;and the natural disasters of 1999 to 2001 reversed the rising trend;the intensive cultivation in Gaoxigou Village has been influenced by such indicators as non－agricultural population，unit fertilizer input，index of multiple cropping and per capita income.This shows that the economic situation of a farmhouse could affect the intensity of the land cultivation.

ecologically fragile area;intensive land cultivation;the principal component analysis method;analysis

X17

A

1673－9655(2012)06－0001－05

2012－06－21