我国耕地集约利用水平地区差异研究——基于投影寻踪模型的面板数据分析<br/>

我国耕地集约利用水平地区差异研究——基于投影寻踪模型的面板数据分析

2015-03-10周杨武

中国农业资源与区划 2015年1期

周杨武，柳杰

(湖南大学经济与贸易学院，湖南长沙 410079)

耕地是农业生产中不可替代的劳动对象、生产要素和空间场所，集生产、承载与生态等多种功能于一体。在我国，耕地被农民视为“命根子”，它不仅是重要的农业生产资料，也是农民生活保障的重要来源。由于社会经济发展、人口增长和非农建设等占用大量耕地，致使耕地日益减少，耕地保护形势日益严峻［1］，耕地资源稀缺性日益凸显，耕地集约利用势在必行。对耕地集约利用的研究已成为促进我国农业发展，农村进步和农民增收的重要举措，对区域粮食安全、生态保护以及经济社会可持续发展具有重要意义。

1 文献回顾

土地集约利用这一概念最早是由大卫·李嘉图等古典政治经济学家在地租理论中对农业用地的研究中提出的［2］，即在一定面积的土地上集中投入较多的资本和劳动，采用先进的管理方法，以求获得高额产量的一种农业经营方式［3］。在当前我国耕地面积持续减少的背景下，耕地集约利用对消除耕地面积减少对我国粮食安全带来的不利影响有着重要的作用［4］。国内专家学者也早已开展对农用地尤其是耕地集约利用的相关研究。近年来，大量研究分析了耕地集约利用的内涵和特征［5］，在通过选取相应指标，构建耕地集约利用评价指标体系的基础上，利用熵值法［6］，因子分析法［7］，人工神经网络［8］等不同方法对耕地利用的集约度进行定量综合评价，继而探讨其他相关问题。

时空差异和变化规律分析是耕地集约利用问题较多涉及的内容，如范辉等［9］对河南省18个地区2000年和2005年的耕地集约水平进行了定量评价，结果表明:在时间上，耕地集约水平有所下降，在空间上地域分布不均衡。龙冬冬等［10］研究发现1989～2008年间河南省耕地集约利用水平逐步提高，平原区的耕地集约利用水平高于山地丘陵地区。谢花林［11］从耕地的劳动力、机械、化肥农药、地膜集约度入手，研究了2000～2009年鄱阳湖地区25个县 (市)的耕地集约利用情况，发现耕地利用集约度时空差异明显。朱传民等［12］以县域为基础，将GIS技术与空间相关分析等方法相结合，发现耕地集约利用水平呈现出比较明显的空间集聚特征与区域差异性。杜涛［13］结合新疆各地州实际情况，发现1991～2007新疆多地州耕地集约利用水平呈现稳步提高的态势，空间上，耕地集约利用水平北疆分化严重，东疆差异最大，南疆差别较小。王千等［14］研究了江苏省耕地集约利用的时空差异，结果显示，2000～2010年江苏沿海19个县市耕地集约利用水平显著提高，空间格局变化特征明显。

由上可知，当前，对耕地集约利用时空差异的分析主要集中在粮食主产区或者某一个省 (县)的具体地理空间上，对省级以上的区域研究并不多见。仅见的有李秀彬与王秀红［15］以“复种指数、化肥使用量、灌溉面积与粮食产量”等实物指标，对中国1981～2000年农地利用的集约程度变化进行过探讨;刘成武，李秀彬［16］从稻谷、小麦与玉米三大粮食作物平均生产状况出发，对我国农地利用集约度变化的区域差异进行了分析和研究;朱会义，李秀彬等［17］立足于以“复种指数、粮食播种面积、粮食单产”三者的变化表示耕地的集约度，分别从国家和区域的角度出发对我国耕地集约利用水平地区差异进行了研究。

总结发现，已有文献对某一省、市或县耕地集约利用水平差异的研究较多，而对省级及以上区域的研究偏少，且仅有的几篇文献对耕地集约利用认识仅限于几个具体指标，测度方法过于简单，不能综合反映耕地集约利用的状况，更没有对耕地利用集约度时空差异进行较为详细的分析与解读。由此，该文在已有研究的基础上以我国31个省市区的面板数据为依据，通过采用投影寻踪评价模型对我国31个地区2002～2011年的耕地集约利用水平进行定量综合评价，并初步归纳出了我国耕地集约利用时空分异的特征和规律，然后进一步利用变异系数和泰尔指数分区域探求我国耕地集约利用水平差异产生的原因，为正确认识我国耕地集约利用的宏观现状提供了依据，并提出相关政策建议。

2 模型及指标体系

2.1 投影寻踪模型

投影寻踪模型 (PPM)［18］是由美国科学家Kruskal于1972年提出的一种新型数理统计方法，它在高维度、非线性、非正统数据分析处理方面有独到之处［4］。其基本思路是，将高维数据投向低维空间进行投影，通过低维投影数据的散布结构来研究高维数据特征。现已被广泛应用于水资源承载力、城市生态系统及旅游资源开发潜力评价等方面［19］。模型的步骤如下:

(1)数据归一化处理

(2)线性投影

(3)构造投影指标函数

定义投影目标函数为:

其中，Q(a)为投影指标函数;Sz为类间距，以投影特征值的标准差衡量;Dz代表类内密度;R为密度窗宽参数，其取值与样本数据结构有关，研究中一般可取R=m，rij=|zi-zk|(k=1，2，…，n)，表示样本之间的距离;u(t)为单位越阶函数，当t≥0时取值1，否则取值0。

(4)优化投影指标函数

可通过最大化Q(a)的方式来求得最优投影方向 (即权重)，因此可得式 (7)、(8):

上式属非线性最优化求解问题，运用DPS软件对最优投影特征值求解。

(5)计算最优投影值并排序

2.2 指标选取及指标体系建立

综合借鉴已有的研究成果［12，20-23］，依据古典经济学中的土地集约概念和McDonald［24］对耕地集约利用的经济学表述的有关内容，紧扣耕地集约利用的内涵，遵循系统综合评价的主要原则，构建起包括目标层、准则层和指标层3个层次，反映耕地投入强度、利用程度和产出效益等方面10个单项指标的耕地集约利用水平综合评价指标体系 (表1)。

表1 耕地集约利用综合评价指标体系

3 实证研究

3.1 数据来源及说明

考虑到2003年以前，2011年之后部分指标统计数据不全，故选取《中国统计年鉴2003～2012》、《中国农村统计年鉴2003～2012》及各省 (直辖市、自治区)2003～2012的统计年鉴中的相关数据作为原始数据的主要来源。其中，有关比例、总和类的指标数据是根据原始数据并经相应计算得来，其它指标数据则由各年鉴所列数据直接获取。

3.2 实证结果

基于表1所构建的耕地集约利用评价指标体系，将各省 (直辖市，自治区)原始数据标准化后导入数理统计软件DPS v9．5，启用“投影寻踪综合评价”功能，计算得到2002～2011年我国31个地区的耕地集约利用水平评价值 (表2)。

表2 我国省际耕地集约利用水平评价值

由表2可知，总体上，2002～2011年间我国耕地集约利用水平评价均值不高，为1．02，介于东部与中部地区均值之间;同时，在均值以上的地区为17个，均值以下地区为14个，说明全国有接近一半地区的耕地利用集约水平仍较为落后。从时间上看，2002～2011年全国耕地集约利用水平呈现出波动上升趋势，耕地集约利用水平平均值由2002年的0．86一度上升至2009年的1．13，之后两年略有下滑，但数值仍高于1，这说明10年间我国耕地集约利用水平提高明显。同时也说明我国近几年耕地集约利用水平并不稳定，有些年份均值降低明显，很可能是由自然灾害给农业生产带来的不确定性造成的。如2008年，严重的自然灾害抑制了我国耕地集约利用进一步提高的势头，全国耕地集约利用均值较2007年低了将近7个百分点。

由表2得到的另一个重要发现是:具体来看，我国各省市之间的耕地集约利用水平存有较大的差异:2002～2011年，上海、福建、湖北评价均值位列前3，而青海、内蒙古、黑龙江则处在最后3位，其中，上海市2002～2011年的耕地集约利用评价均值高于全国其他地区，达1．68，而黑龙江省的耕地长期处于低效利用状态，其耕地集约利用均值仅为0．15，为全国最低，最高与最低相差1．53，差距十分明显。东部沿海地区以及中部主要种粮区的省份耕地集约利用均值几乎都在1以上，而大部分西部省份耕地集约水平均值都小于1，因此揭示蕴藏于其中的政策含义，无疑具有极为重要的现实意义。

3.3 耕地集约水平的地区差异分析

依据经济发展水平的高低，我国大致分为东部、中部、西部三大经济带。我们在分析耕地集约利用水平的地区差异时，也采用这样的区域划分方法。东部地区包括北京、河北、辽宁、上海等11个沿海经济发达省 (市)，中部则包括山西、吉林、安徽、湖北、江西等8省，西部地区包括内蒙古、贵州、西藏、云南、甘肃等12个省级行政区。

表3 我国三大区域耕地集约利用水平

由表3可以得知，我国东部地区耕地集约水平在本研究期内均高于中部，而中部地区的评价值又均高于西部地区，3个区域耕地利用水平分层明显。同时也可以发现东部与中部的耕地集约利用水平差距有所增大，从2002的0．16到2011年的0．34，2008、2009这两年两地差距更是达到0．5以上;而西部地区的耕地集约利用水平一直呈现平稳上升的趋势，与中部长期保持较小的差距，且这种差距有不断缩小的迹象。中、西部最大差距出现在2007年，仅为0．31;最小差距出现在2008年，为0．13，差距并不十分明显。

为探求耕地集约利用水平地区差异化产生的原因，我们引入变异系数和泰尔指数对上文的测度结果进行更为深入的分析。

变异系数又称离散系数，是衡量样本观测值变异程度的一个指标，通常记为c．v。计算公式为:

泰尔指数在分析差异性时可以把总体差异性分解为各部分间差异性和各部分内部的差异性［25］，最早应用于分析收入差距，后被广泛应用于区域整体差异以及区域间差异的分析。

耕地集约利用水平的“泰尔指数”计算公式为:

公式 (10)中T代指耕地集约利用水平的泰尔指数，xij表示i区域内j省 (市)的耕地集约利用水平评价值，X表示的是所研究的31个省 (自治区，直辖市)的耕地集约利用评价值总和。因此，N的取值为31。进一步我们可以将31个地区的泰尔指数分解为区域间的差异和区域内的差异。分解公式为:

还可以对tw/T进行进一步的分解，这样就能得到我国东、中、西部区域内差异对总体差异的贡献率计算公式:

表4 我国整体耕地集约利用水平的变异系数和泰尔指数

在表4中可以发现，全国耕地集约利用水平的变异系数值基本上在0．4～0．6之间，泰尔指数值在0．08～0．2之间，这表明各省、市、自治区的耕地集约利用水平具有明显的差异。从表4中可知我国耕地集约利用水平的省际间的差距在2003年达到最大，变异系数值为0．600 8，泰尔指数为0．206 9，均为10年中最大值，这很可能与2003年突如其来的非典疫情和频繁发生的自然灾害对我国农业经济发展地区性影响不平衡有关。从数值的变化趋势看，变异系数和泰尔指数均波动起伏明显，提高与降低相互交织，2011年较2002年数值有较为明显的降低，表明我国各省市区之间的耕地集约利用水平差距总体上呈现出缩小的态势。但与2010年相比，2011年二者在数值上都有所增大，说明省际间的耕地利用程度缩小的趋势并不稳定。

表5 我国三大区域耕地集约利用水平的变异系数和泰尔指数

基于表5可以看出，东部和西部地区的耕地集约利用水平变异系数在数值上呈现下降趋势，中部地区则波动起伏较大。同时，东部地区的变异系数一直较低，处于0．3左右，说明东部各省耕地利用普遍都处于较高水平;西部地区从2002年的0．701 9降到了2011年的0．526 7，降幅较大，可以判断西部地区原先耕地利用较为粗放的省份已经提高了耕地利用的集约程度;中部地区在2006～2009这个阶段省际间的差距有所降低，但随后又有明显的加大。从表中的泰尔指数我们也可以看出，东部和西部地区的泰尔指数不断变小，其中西部地区减小的速度更快，说明东、西部地区内部各省份耕地集约利用水平日益趋同，差异逐渐缩小，且西部地区各省的趋同速度大于东部地区。然而中部地区的泰尔指数数值经历了3个不同的阶段，2006年之前数值较大，2006～2009年，数值较低，而2010年之后数值又开始回升，表明中部地区耕地集约利用水平省际间的差距波动较为明显。

通过泰尔指数的分解公式可以进一步分析三大区域间差异和区域内差异对总体差异的贡献度。经过计算，结果如表6所示，得到了2002～2011年间三大区域间差异和区域内差异对总体差异的贡献份额。数据结果表明，我国耕地集约利用水平的区域差异变化受区域内差异和区域间差异变化的共同影响，区域间差异对总体差异的贡献度远远小于区域内差异对总体差异的贡献度，2002～2011我国耕地集约利用水平的差异主要是由区域内差异造成的，区域内差异解释了80%以上的总体差异，起到了决定性的影响作用。2002～2005年我国西部地区内部差异对总体差异的贡献率最大，达到了40%以上，而在2005年之后，中部地区逐步取代了西部地区，成为对总体差异贡献份额最大的地区，且呈现逐年增大的趋势。与此同时，东部地区和西部地区的贡献率却逐年降低，其中西部地区的降低速率最为显著，从2002年的46．24%降到了2011年的24．20%，降幅高达47．66%。此外，还可以发现，虽然区域间的差异对总体差异的影响不大，但其影响总体上呈现逐年提高的趋势:由2002年的7．35%增大到2011年的15．35%，也需要引起重视。

表6 我国三大区域耕地集约利用水平差异对总体差异贡献分析

4 研究结论及政策建议

通过构建耕地集约利用的评价指标体系，利用投影寻踪模型对全国31个地区2002～2011年的耕地集约利用情况进行了量化评价。主要结论如下:(1)有些省份如黑龙江，吉林等，因为人均耕地面积较大，且耕地自然条件较为优厚，对耕地的投入和利用却相对不足，单位面积产出效率相对较低，而新疆，西藏等地的耕地集约利用水平相对较高。(2)从东、中、西三大区域的比较来看，我国耕地集约利用水平呈现明显的阶梯状，东部地区耕地集约利用水平整体上高于中部地区，而中部地区又高于西部地区。(3)通过变异系数和泰尔指数的进一步分析发现:在全国层面，耕地集约利用水平各地差异变动明显，总体上呈现出缩小的趋势;从区域层面来看，我国东部和西部，泰尔指数和变异系数除个别年份外都是逐年递减的，说明这两个区域的内部各省耕地集约利用差异持续降低，而中部地区并没有明显的降低或上升趋势，波动较为频繁。(4)对泰尔指数的分解结果分析发现我国耕地集约利用水平的差异主要来自区域内和区域间差异变化的冲击，区域间的差异对总体差异的贡献率显著小于区域内的贡献率，但有逐年增大的趋势。2005年之后，中部地区取代西部地区，成为对总体差异贡献率最大的区域，而东部区域的贡献率较之中、西部而言，一直比较小。

由此提出如下建议:(1)政府应加大对我国中、西部地区尤其是粮食主产区耕地的保护和对农村，农业，农民的扶持力度，不断提高农业现代化和机械化水平，改变传统的劳动密集型耕作方式为资本密集型土地利用方式，适时推出包括促进耕地流转在内的相关政策，充分发挥中西部地区土地的潜力，提高单位耕地的产出，同时提高对自然灾害的防治能力，确保我国粮食安全。(2)未来我国政府在推动中、西部地区各省市耕地利用集约化水平提高的同时，也要注意区域间的协调和统一，缩小区域内和区域间的耕地利用水平差异，使各地区、各省市的耕地资源都得到充分有效的利用。当然，该文并未探讨有关土地边际效益递减规律的问题，所以在提高耕地集约利用水平的同时，必须注意适度原则，若是投入增加，产出反而减少，就必须适可而止。

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