淮北平原农业区耕地面积时空格局演变与驱动力分析

钟博星　何太蓉　张喆　邬玉琴

摘要：【目的】探索安徽淮北平原農业区耕地面积的时空格局演变及其驱动力，为保障区域耕地资源可持续利用与管理提供科学依据。【方法】根据2000～2013年相关统计资料，采用耕地动态度、耕地指数及耕地重心模型对淮北平原农业区的耕地面积时空格局演变进行研究，并运用主成分分析法对其耕地面积时空格局演变的驱动力进行分析。【结果】（1）2000～2013年淮北平原农业区总耕地面积及其大部分县（区）耕地面积小幅减少，其余部分市辖区耕地面积有一定增加；（2）淮北平原农业区的耕地在空间上呈西多东少的分布格局，2000～2013年耕地重心总体上从西北向东南方向转移，但迁移幅度不明显，并未影响研究区西多东少的分布格局；（3）主成分分析结果表明淮北平原农业区耕地面积时空格局演变的主要驱动力为社会经济与城镇化、农业生产能力和灾变。【建议】加强现有耕地资源的保护力度，合理开发后备土地资源；依靠科技提升农业生产能力，完善土地管理政策，保障农户切身利益；控制人口数量，树立耕地资源危机意识。

关键词： 耕地面积；时空格局；驱动力；主成分分析；淮北平原农业区

中图分类号： F323.211 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2017）01-0174-07

Abstract：【Objective】The present study explored spatial-temporal pattern evolution and its driving forces of agricultural areas in Huaibei plain， in order to provide scientific basis for sustainable utilization and management of cultivated land resources. 【Method】Based on the relevant statistical data from 2000 to 2013， this paper analyzed spatial-temporal pattern evolution of cultivated land acreage of agricultural areas in Huaibei plain， Anhui province. The main indexes included dynamic degree of cultivated land， cultivate land index and gravity center model of cultivated land. Then the driving forces in the spatial-temporal pattern evolution of cultivated land area were studied by principal component analysis.【Result】（1）Total cultivated land area in Huaibei plain and most counties（district） decreased to a small extent during 2000-2013， but cultivated land area in the rest parts increased. （2）The space distribution pattern of cultivated land area in the west was more than that in the east. The gravity center of cultivated land shifted from northwest to southeast during study period. But for the whole study area， the migration range was not large. And it did not affect the whole distribution pattern.（3）Principal component analysis showed that main driving forces were social economy and urbanization， capability of agricultural production and natural disasters. 【Suggestion】Following suggestions are proposed： strengthening the protection for existing cultivated land resources， rational development of reserve land resources； relying on science and technology to improve agricultural production capacity， improving land management policies to ensure the vital interests of farmers； controlling population and establishing the consciousness of cultivated land resources crisis.

Key words： cultivated land area； spatial-temporal pattern evolution； driving force； principal component analysis； agricultural areas in Huaibei plain

0 引言

【研究意义】耕地是人类赖以生存的物质基础，是国家粮食安全和社会稳定的重要支撑和保障（王文刚等，2012）。自改革开放以来，我国处于城镇化和工业化快速发展阶段，国家经济建设占用了一定数量的耕地（陈红等，2010），且由于人口数量大，我国人均耕地面积远低于世界平均水平。因此，分析耕地的时空格局演变及其驱动力，对合理利用耕地资源，实现区域耕地动态平衡和耕地资源的可持续利用（曹银贵等，2007），以及协调好耕地保护与经济发展、生态环境间的关系有着重要意义（梁海鸥，2012）。【前人研究进展】国外学者对耕地面积时空变化的研究主要依托对土地利用土地覆被变化（LUCC）的研究，如Barbier等（2010）以越南森林转型为例，指出影响土地利用变化的驱动因素主要包括内生社会生态系统和外生社会经济系统两个方面，内生社会生态系统是稳定森林覆盖率的主导因素，外生社会经济系统是土地转型的根本动力；Lambin等（2010）探讨了土地利用与森林覆被转型的关系，认为二者是不可分割的总体模式；Ferreira等（2015）基于航空相片和农业人口普查数据探索巴西大西洋甘蔗用地的动态变化，认为强制性政策因素在所有影响土地变化的因素中最显著。国内学者则运用不同方法对一些地区进行了相应研究，如邓楚雄等（2013）结合GIS分析了长株潭城市群地区耕地数量的时空差异，并对研究区耕地数量变化的驱动因子进行定量分析；王国刚等（2014）基于耕地集约利用模型分析了1996～2008年中国省域的耕地集约利用时空变化及其影响因素；杨春艳等（2015）以四期遥感资料为数据源，对1980～2010年西藏耕地面积时空变化特征进行研究。总之，这些相关研究分别从全国（王国刚等，2014；张荣天和焦华富，2015）或区域（邓楚雄等，2013；杨春艳等，2015）等不同时空尺度对耕地的时空格局演变及其驱动力进行了有益探讨，为今后的耕地保护提供了参考依据。【本研究切入点】淮北平原农业区是安徽省最大的粮、棉、油产区，也是我国重要的农业商品粮基地和农业开发治理的重点区域之一，对保障地区粮食安全和社会经济发展起着关键作用（洪舒蔓等，2014）。近年来，该区社会经济快速发展，人口激增，对土地的需求日益增多，人地矛盾突出，但目前有关该区域耕地面积时空演变及其驱动因素的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】以淮北平原农业区各县（区）为研究样本区域，揭示其2000～ 2013年耕地面积的时空格局演变过程及其特征，并对该区域耕地面积动态变化的驱动力加以研究，为其耕地资源可持续利用及社会经济可持续发展提供科学依据。

1 研究区概况与研究方法

1. 1 研究区概况

淮北平原农业区位于安徽省淮河干流以北至沙颍河以南的广大地区，东、北部与苏、鲁接壤，西、西北部与豫毗邻，南临淮河。该区地处暖温带的南缘，年平均气温14～15 ℃，昼夜温差大，日照充足，雨热同季，无霜期200～220 d，地下水资源丰富，全区以砂姜黑土和潮土为主，属冲积、洪积平原，地势平坦，微地形起伏，非常适于农业的综合开发与利用。该区总面积约4×104 km2；2013年末总常住人口3152.48万人，其行政区有淮北、亳州、宿州、蚌埠、阜阳和淮南6市，为研究方便，每个地级市所辖区合并为一个单元，即6个市辖区（图1）。

1. 2 数据来源及研究方法

本研究数据来自《安徽省统计年鉴（2001～2014）》和研究区各市的统计信息网。选用的指标包括耕地动态度、耕地指数和耕地重心模型。运用Arcgis 9.3呈现耕地的空间差异及耕地重心的空间移动轨迹，应用SPSS 17.0进行主成分分析。

1. 2. 1 耕地动态度 耕地动态度用于表达研究区一定时段内耕地的数量变化情况（王秀兰和包玉海，1999）。其表达式为：

K=××100 （1）

式中，K為耕地动态度，LA（i， t1）和LA（i， t2）分别为研究期初和期末时耕地的数量，T为时间。K的绝对值越大，说明变化幅度越大；当K>0，表明耕地数量增加，反之，耕地数量减少。

1. 2. 2 耕地指数 耕地指数是一种反映耕地利用空间格局的有效方法。其表达式为：

Ri（%）=（Fi /Si）×100（2）

式中，Ri为耕地指数，Fi为第i县（区）的耕地面积，Si为第i县（区）的行政区面积。

1. 2. 3 耕地重心模型 重心模型能够可视化地表达出某要素的空间集聚或偏移程度。重心模型的坐标一般用经纬度表示，原始的重心坐标通常选取省、市（区、县）政府所在地的经纬度。本研究使用的耕地重心模型表达式为：

Xt=（Cit×Xi）/Cit（3）

Yt=（Cit×Yi）/Cit（4）

式中，Xt和Yt分别代表t年耕地重心坐标，Cti是第i县（区）的耕地面积，Xi和Yi是第i县（区）政府所在地的经纬坐标。

2 淮北平原农业区耕地面积时空格局演变

2. 1 耕地面积时间格局演变

2. 1. 1 耕地总面积时间格局演变 由图2可看出，2000～2013年淮北平原农业区的耕地总面积呈阶段性递减趋势，耕地总面积从2000年的210.98万ha减少到2013年的209.65万ha，减少了13296.00 ha。淮北平原农业区耕地总面积变化大致可分为3个阶段。第一阶段：2000～2003年，此阶段耕地总面积呈急剧减少态势，由2000年的210.98万ha减少到2003年的207.79万ha，净减少了31953.00 ha，其中2002年末耕地总面积变化幅度呈近似垂直减少趋势，其原因是2000年之后随着皖北经济的快速发展，基建项目增多，造成耕地面积大幅减少。第二阶段：2003～2008年，此阶段耕地总面积呈明显的波动状态，一是2004年安徽省行政区划调整把原本不在该行政区的属于合肥市长丰县的孔店乡、三和乡、曹庵镇、史院乡、孤堆乡、杨公镇和孙庙乡等7个乡（镇）划入淮南市管辖，因此2004年该行政区耕地面积显示增加；二是相对于2004年，2005年耕地面积减少较多的原因是建设用地的大增；三是2005～2007年耕地面积递增，其原因可能是此间政府推出土地复垦政策和措施的影响；四是耕地面积在2008年又迅速减少，其原因是安徽省实施“861”工程，兴建交通水利设施占用了一定量耕地。第三阶段：2008～2013年，此阶段为相对稳定阶段，每年维持约209.00万ha的耕地保有量，主要原因是生态保护愈来愈被普遍关注，生态退耕政策得以有效贯彻实施。

2. 1. 2 各县（区）耕地面积时间格局演变 用耕地动态度分析淮北平原农业区各县（区）在2000～2013年耕地变化情况。根据公式（1）得到研究区23个县（区）14年间的耕地动态度。由图3可知，2000年以来，淮北平原农业区各县（区）耕地面积及其变化速度存在较大差异。整个淮北平原农业区总耕地动态度为-0.05%，大部分县（区）与其相似，说明整个农业区及其大部分县（区）的耕地面积小幅减少；砀山、阜南、濉溪、固镇、五河和怀远等6县的耕地动态度负值较大，说明其耕地面积减少幅度较大；蚌埠、淮北和淮南3个市辖区为偏大正值，说明其耕地面积增加，其原因可能是行政区划调整，尤其是周边农村调整到市辖区。

2. 2 耕地面积空间格局演变

2. 2. 1 耕地面积的空间分布格局 本研究采用耕地指数来表达耕地的空间分布格局。根据公式（2）计算出淮北平原农业区各县（区）的耕地指数；运用Arcgis的自然断裂法将该区域耕地空间分布格局划分为3个部分，即稀疏区Ri∈[0，0.5]，一般区Ri∈（0.5，0.6]，密集区Ri∈（0.6，0.7]；最后生成淮北平原农业区2000和2013年的耕地面积空间格局（图4）。由图4可知，淮北平原农业区的耕地密集区主要集中在西部，其中太和、临泉及涡阳3县分布着可观的耕地资源，而东部的耕地资源显然不如西部，除濉溪、灵璧、固镇和怀远4县分布有足量的耕地资源外，其余的淮北、宿州、蚌埠和淮南4个市辖区及凤台、五河、泗县、萧县和砀山5县均为耕地稀疏区。因此，淮北平原农业区耕地面积总体上呈西多东少的空间格局。

2. 2. 2 耕地重心变化 耕地重心代表了区域耕地分布在空间上的集中性，能够较好地反映出耕地的空间形态变化（王晓文等，2014）。根据公式（3）和（4）可计算得到淮北平原农业区2000～2013年各年的耕地坐标。由图5可看出，2000～2013年淮北平原农业区的耕地重心总体上向东南移动，从2000年起，耕地重心经向移动0.0082°E，即0.913 km，纬向移动0.0144°N，即1.603 km，14年间向东南方向总共移动1.778 km，但各年份耕地重心移动距离长短不一，移动方向不尽相同。其中，2003～2004年耕地重心迁移幅度最明显，向东南移动1.425 km，其主要原因为行政区划的调整增加了研究区的耕地面积；2004～2007年耕地重心出现回调现象，总体向西北方向迁移，即经向从116.5452°E到116.5419°E，回调了0.0033°，其原因主要是该时期研究区耕地总面积处于明显波动的阶段，导致耕地重心出现回调现象。值得注意的是，研究区在14年期间的耕地重心虽有一定幅度的迁移，但总体上迁移幅度较小，对耕地面积西多东少的分布格局影响不明显，且耕地重心的移动现象与耕地总面积时间格局的演变阶段基本吻合。

3 淮北平原农业区耕地面积时空格局演变驱动力分析

3. 1 指标选取与分析方法

影响耕地面积时空格局演变的因子较多，本研究根据主成分分析（徐秋艳，2011）的基本要求和淮北平原农业区各县（区）现有资料，依据科学性、系统性、代表性和可获取性等原则，选取了12个指标，分别为X1地区生产总值（亿元）、X2城镇化率（%）、X3房屋竣工建筑面积（ha）、X4公路里程（km）、X5受灾面积（千ha）、X6复种指数（%）、X7农业化肥施用强度（kg/ha）、X8固定资产投资（亿元）、X9三次产业比重（%）、X10农业总产值（亿元）、X11农业机械总动力（万kW）、X12农村用电量（万kW），其中，城镇化率采用人口指标计算。

利用主成分分析法對2000～2013年淮北平原农业区耕地面积时空格局演变的驱动力进行研究。首先得出前3个主成分因子的累计贡献率，其累计贡献率达98.065；然后采用方差最大旋转法得出3个主成分因子载荷矩阵，将X1、X2、X3、X4、X8和X9归为第一主成分，X6、X7、X11和X12归为第二主成分，X5归为第三主成分，同时，亦将这三大类分别纳入社会经济与城镇化因素、农业生产能力和灾变因素。

3. 2 驱动力分析

3. 2. 1 社会经济与城镇化因素 经济发展是土地利用结构及其演变最根本的动力（陈朝，2007）。淮北平原农业区因其突出的农业地位，决定着农业生产是其社会经济发展的前提和基础，也是影响其耕地面积时空变化的决定性因素。社会经济对耕地面积时空变化的驱动主要表现在农业结构调整和经济结构优化两个方面（表1，图6）。由表1可知，淮北平原农业区种植业占大农业的比重从2000年的63.3%下降到2013年的56.6%，而同期牧业产值比重从24.7%增长到30.7%，农林牧渔服务业产值比重也略有上升，说明该区域农产品市场正趋于多样化，以种植业为主的小农业比重逐渐减小。

优化经济结构是淮北平原农业区实现农业现代化的有效途径。在农业产值得以保障的前提下，各县（区）大力发展第二、三产业，实现地区经济的快速发展。如图6所示，淮北平原农业区的地区总产值从2000年的923.24亿元增长到2013年的5398.81亿元，14年来增长了近5倍。由图6可看出，第一产业在国民经济中的比重逐年减少，第三产业发展较平缓，而第二产业发展较快，由2000年的34%增长到2013年的51%。李艳（2010）研究表明，此阶段工矿用地规模和塌陷区面积快速增加，致使耕地面积大量流失；2000～2013年该地区固定资产投资额占地区生产总值比率始终小于全国，说明该区资金短缺、政府招商引资力度不足，投资对耕地面积时空演变的驱动作用较弱，与其他大城市有所不同（郇红艳和孙君，2012）。

城镇化是耕地面积时空演变的关键驱动因素。2000～2013年该地区房屋竣工建筑面积从612.97 ha增长到2406.53 ha，增长了近3倍；公路里程由2000年的24247 km增加到2013年53251 km，增加了29004 km。城镇化加速城市扩张、旧城改造、公路交通设施建设等，推动城市房地产业的快速发展，同时大量农村劳动力脱离农耕生产，部分农村人口在城市安家落户导致农村耕地闲置，而农村宅基地尚未转化为农用地，出现城市农村“两头”占的局面，必然带来耕地的占用问题。

3. 2. 2 农业生产能力因素 复种指数、农业化肥施用强度、农业机械总动力和农村用电量是构成农业生产能力的主要因素。复种指数能有效反映耕地的利用程度和集约化水平。据统计，2000～2013年淮北平原农业区复种指数从192%提高到210%，说明耕作方式不断向集约化方向转变；农业化肥施用强度、农业机械总动力和农村用电量分别由555 kg/ha、1514.86和172014万kW增加到758 kg/ha、3265.90和486848万kW，分别增长37%、116%和183%；粮食总产量由1234.29万t增加到1870.32万t，增加了636.03万t。因此，农业化肥施用强度加大、农业机械总动力提高、农村用电量增加均在一定程度上提高粮食单产，实现以较少的耕地面积确保等量甚至增量的粮食总产量，确保了粮食安全（刘彦彤等，2011）。这也是该区耕地非农化的前提。

3. 2. 3 灾变因素 淮北平原农业区地处我国秦淮线上，特殊的地理位置使其气候具有明显不稳定性，是我国气候变化的敏感区之一。夏季旱涝灾害频繁，冬季低温、寒潮灾害多发，给当地的农业生产带来严重挑战。同时，因全球变暖病虫害增多，农药施用量增加，导致农业面源污染不断恶化，灾变与经济因素间相互作用对耕地数量产生影响，使农民对农业生产的积极性大大降低，减少对耕地的耕作需求，出现耕地撂荒弃耕，可能引起耕地面积的减少。

4 建议

（1）加强现有耕地资源的保护力度，合理开发后备土地资源（赵永华等，2103）。农业生产、保障粮食安全是淮北平原农业区的工作重心，提升农业生产能力、提高农业产量是耕地非农化的前提，因此，建立健全耕地保护机制，依法管理耕地，减少耕地保护与未来建设的冲突。（2）依靠科技，提升农业生产能力；完善政策，保证农户切身利益。一是要加强科学技术应用，建立“3S”耕地资源动态监测和灾害预警体系；二是不断增加农业科技投入，开发先进的农业生产技术和设备，研究并推广耕地灾害防治技术；三是完善耕地保护政策，依法管理土地，保障农产品价格，提高农民收入。（3）控制人口数量，树立耕地资源危机意识。人口快速增长带来耕地压力的增大，淮北平原农业区除煤炭资源及部分非金属资源外，大多数资源人均占有量相对较少，因此，亟需增强淮北平原农业区耕地保护意识。

参考文献：

曹银贵，王静，程烨，刘爱霞，刘庆，吴剑. 2007. 三峡库区开县30年耕地变化分析[J]. 中国土地科学，21（1）：43-47.

Cao Y G，Wang J，Cheng Y，Liu A X，Liu Q，Wu J. 2007. Change of cultivated land area in Kaixian county in the past 30 years[J]. China Land Science，21（1）：43-47.

陈朝. 2007. 湖北耕地利用变化与驱动力分析[D]. 武汉：华中师范大学.

Chen C. 2007. An analysis on the changes and their driving forces of cultivated land use in Hubei[D]. Wuhan：Central China Normal University.

陈红，吴世新，冯雪力. 2010. 新疆耕地时空变化特征[J]. 地理科学进展，29（3）：312-318.

Chen H，Wu S X，Feng X L. 2010. Research of changes in cultivated land in Xinjiang based on RS and GIS[J]. Progress in Geography，29（3）： 312-318.

邓楚雄，李晓青，向云波，张晔，刘利科. 2013. 长株潭城市群地区耕地数量时空变化及其驱动力分析[J]. 经济地理，33（6）：142-147.

Deng C X，Li X Q，Xiang Y B，Zhang Y，Liu L K. 2013. The spatio-temporal change and driving forces of cultivated land quantity in Chang-Zhu-Tan urban agglomeration[J]. Economic Geography，33（6）：142-147.

洪舒蔓，郝晉珉，周宁，陈丽，吕振宇. 2014. 黄淮海平原耕地变化及对粮食生产格局变化的影响[J]. 农业工程学报，30（21）：268-277.

Hong S M，Hao J M，Zhou N，Chen L，Lü Z Y. 2014. Change of cultivated land and its impact on grain production pattern in Huang-Huai-Hai plain[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，30（21）：268-277.

郇红艳，孙君. 2012. 中部地区耕地非农化及其驱动因子的灰色关联分析——以安徽省阜阳市为例[J]. 水土保持通报，32（1）：82-88.

Huan H Y，Sun J. 2012. Grey correlation analysis of cultivated land conversion and its driving factors in central China——A case study of Fuyang city， Anhui province[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation，32（1）：82-88.

李艳. 2010. 安徽省耕地资源变化预测与保护研究[D]. 合肥：安徽农业大学.

Li Y. 2010. Research on prediction and protection of cultivated land change in Anhui province[D]. Hefei： Anhui Agricultural University.

梁海鸥. 2012. 巴彦县耕地资源利用变化时空特征研究[D]. 哈尔滨：东北农业大学.

Liang H O. 2012. Research on spatial-temporal characteristics of cultivated land use change in Bayan[D]. Harbin：Northeast Agricultural University.

刘彦彤，张延军，赵玲. 2011. 长春市耕地动态变化及其驱动力分析[J]. 地理科学，31（7）：868-873.

Liu Y T，Zhang Y J，Zhao L. 2011. Dynamic changes of cultiva-

ted land in Changchun city and their driving forces[J]. Scientia Geographica Sinica，31（7）：868-873.

王国刚，刘彦随，陈秧分. 2014. 中国省域耕地集约利用态势与驱动力分析[J]. 地理学报，69（7）：907-915.

Wang G G，Liu Y S，Chen Y F. 2014. Dynamic trends and dri-

ving forces of land-use intensification in the cultivated land of China[J]. Acta Geographica Sinica，69（7）：907-915.

王文刚，庞笑笑，宋玉祥，李汝资. 2012. 中国建设用地变化的空间分异特征[J]. 地域研究与开发，31（1）： 110-115.

Wang W G，Pang X X，Song Y X，Li R Z. 2012. The spatial differential features of construction land changes in China[J]. Areal Research and Development，31（1）：110-115.

王秀兰，包玉海. 1999. 土地利用动态变化研究方法探讨[J].地理科学进展，18（1）：81-87.

Wang X L，Bao Y H. 1999. Study on the methods of land use dynamic change research[J]. Progress in Geography，18（1）：81-87.

王曉文，田秉涛，李娟，尹春. 2014. 1985-2010年福建省耕地重心时空变化研究[J]. 亚热带资源与环境学报，9（2）：1-9.

Wang X W，Tian B T，Li J，Yin C. 2014. Temporal and spatial variations of cultivated land gravity centers in Fujian province during 1985 and 2010[J]. Journal of Subtropical Resources and Environment，9（2）：1-9.

徐秋艳. 2011. SPSS统计分析方法及应用实验教程[M]. 北京：中国水利水电出版社：200-213.

Xu Q Y. 2011. SPSS Statistical Analysis Method and Application Experiment Course[M]. Beijing：China Water & Power Press： 200-213.

杨春艳，沈渭寿，王涛. 2015. 近30年西藏耕地面积时空变化特征[J]. 农业工程学报，31（1）：264-271.

Yang C Y，Shen W S，Wang T. 2015. Spatial-temporal characteristics of cultivated land in Tibet in recent 30 years[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，31（1）： 264-271.

张荣天，焦华富. 2015. 中国省际耕地利用效率时空格局分异与机制分析[J]. 农业工程学报，31（2）：277-287.

Zhang R T，Jiao H F. 2015. Spatial-temporal pattern differentiation and its mechanism analysis of using efficiency for provincial cultivated land in China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，31（2）：277-287. 赵永华，刘晓静，奥勇. 2013. 陕西省耕地资源变化及耕地压力指数分析与预测[J]. 农业工程学报，29（11）：217-223.

Zhao Y H，Liu X J，Ao Y. 2013. Analysis of cultivated land change， pressure index and its prediction in Shaanxi province[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering，29（11）：217-223.

Barbier E B，Burgess J C，Grainger A. 2010. The forest transition： Towards a more comprehensive theoretical framework[J]. Land Use Policy，27（2）：98-107.

Ferreira M P， Alves D S， ShimabukuroY E. 2015. Forest dynamics and land-use transitions in the Brazilian Atlantic Forest： the case of sugarcane expansion[J]. Region Environmental Change，15（2）：365-377.

Lambin E F，Meyfroidt P，Rudel T K，Schneider L，Uriarte M.2010. Land use transitions： Socio-ecological feedback versus socio-economic change[J]. Land Use Policy，27（2）：108-118.

（责任编辑 邓慧灵）