土地利用变化和经济效应的线性耦合和典型相关分析

熊晓轶，许月明

（1.河北农业大学 商学院；2.河北金融学院 国际教育学院，河北 保定 071000）

0 引言

河北太行山区地理位置重要，是北京、天津和河北平原的重要生态屏障。随着经济、社会发展、基建建设和人口增长，导致本区域的生态系统及环境变得脆弱，并成为热点的土地利用研究对象。对土地利用的变化及其与经济效益的关系研究，对有效利用土地、合理规划土地利用、促进区域经济健康发展、提高生态系统稳定性、改善居住环境、保证经济社会可持续发展有着重要的现实意义。

基于现有常用的土地利用变化研究方式，本文从介绍河北太行山基本情况出发，选取本地区的土地相关数据及特定指标，进行对比分析，建立本地区的土地利用与经济指标间的耦合模型，做出了土地利用的合理规划建议，并通过分析土地利用结构与经济结构之间的相关性，进一步给出了内在的、合理的土地利用构成。

1 地域范围及数据来源

1.1 地域范围

出于地域完全性、行政区域一致性以及研究可能性的考量，本文将研究区域定在邯郸、邢台、石家庄、保定及张家口西部太行山区等地，共28个行政县（市），总面积37958km2。

邯郸西部：邯郸县、武安市、磁县、涉县、峰峰矿区、永年县；

邢台西部：临城县、内丘县、邢台县、沙河县；

石家庄西部：井陉县、鹿泉县、元氏县、赞皇县、平山县、灵寿县、行唐县、井陉矿区；

保定西部：涞水县、涞源县、唐县、满城县、顺平县、易县、曲阳县、阜平县；

张家口西部：蔚县、涿鹿县。

1.2 数据来源

本文的研究数据由两部分组成：土地利用数据主要参考了2007年河北省土地利用状况详细调查范围数据以及2015年年末河北省土地面积数据；社会经济数据方面，由于政府发布的数据具有稳定性、持续性、准确性等特点，因此，本文以《河北经济统计年鉴》为主。同时，在研究过程中还借助了遥感数据及河北省土壤普查数据等。

1.3 数据处理

土地利用现状分类采用的分类系统随着年份的不同会有所区别。土地利用现状分类采用全国县级土地利用详查的两级分类系统划分如下：一类分为8类，二类分为46类。其中一级分别为：未利用地、交通用地、耕地、园地、林地、牧草地、居民及工矿用地、水域。三级分类系统则划分如下，一级分为3类，二级分为15类，三级分为71类，其中一级为农用地、建设用地、未利用地。农用地的二级分类为耕地、园林、林地、牧草地、其他农用地；建设用地则分为特殊用地、住宅用地、商服用地、交通运输用地、公共设施用地、工矿仓储用地、公共建筑用地、水利设施用地等几大类；而未利用地的二级分类为未利用土地、其他土地。分类系统不同会引起数据的划分方式不一样，相对而言，三级分类系统更加细化，土地利用类别更小。便于数据的处理，本文采用前者，并在分析研究前将所查的土地数据重新计算分类。

2 分析与讨论

2.1 太行山土地利用类型变化

在选取的研究时间段内，土地利用的数据结果汇总如表1所示。可以看出：土地利用在耕地、水域、牧草地等方面明显下降，其中牧草地的下降幅度最大；林地、居民点、林地等呈上升状态，其中林业用地增幅最大。

表1 土地利用各结构面积及变化率

2.2 变化速度分析

通常，使用土地使用动态度这一指标来描述土地使用频率的变动。在对土地使用频率的差异以及对土地的使用前景进行评估分析时，土地使用动态度起着关键作用。公式如下：

上式中，K为变化率，Ua，Ub各自代表勘测时某一类型的土地的使用量。通过公式计算可以得出太行山土地利用种类的变化率。可以清楚的发现，园林，交通，水域的变化位居前三，而其他类型的土地没有呈现显著的使用动态变化。

2.3 土地利用程度变化

土地使用用途的变化可以用另外一个指标来表示——土地利用程度，它可以描述土地使用的广度和深度，具体的公式如下：

式中的Lb和La分别为区域土地在对应时间阶段段内的利用程度综合指数；Ai为i类型土地的利用程度分级指数；Cib和Cia各自表示不同阶段i类型土地使用状态的比率。如△Lb-a＞0，则那么此范围土地使用状况良好，反之，此范围土地仍需发展。

利用上述公式可以得到2007—2015年河北省太行山土地使用程度情况，具体结果见表2所示。由结果可以看出，本地区耕地、牧地以及水域的土地利用率在减少，林地、园地、居民用地以及矿工用地明显增多，其中林地增长幅度最为明显；同时，计算研究期内的△Lb-a=0.09，由此可见，河北省太行山地区的土地利用还需要进一步合理开发、利用。计算本地区的△Lb-a=0.09，由此可见，河北太行山地区处于土地利用的上升阶段。

表2 2007—2015年河北太行山地区土地利用程度变化汇总表

2.4 线性耦合分析

在对河北省太行山地区土地利用的研究的过程中，选取二级分类中的前七项土地类型及已利用地的构成类型及大小作为土地利用分析指标；同时选取工业生产总产值、农业生产总产值、工业个人贡献、农业个人贡献、商品销售总产值等作为经济分析指标。通过耦合分析，建立相应的数学方程，对土地利用变化与社会经济两者之间的内在关系进行研究，具体分析结果如表3所示。通过分析表3的数据结果可以获得一系列的有效见解，具体分析如下：

（1）土地垦殖率与人均GDP、人均农业产值的关系式为二项式，拟合效果好，对应的系数为0.7601和0.6798。二项式会存在极大值，表明土地垦殖率在某一数值时人均GDP、人均农业产值可以获得最大值，此值约为9.8%；通过观察还可以发现，人均农业产值的过半数会被土地垦殖率影响。

表3 河北太行山地区经济发展水平与土地利用变化的耦合关系

（2）已利用土地与社会商品零售总额存在着“S”型关系，相同的规律还存于已利用土地与GDP之间，对应的标准复相关系数系数依次为0.8119和0.7911，有着良好的拟合，意味着模型方程式可以用来表示相应的耦合关系；同时，还可以看出，土地使用越多，GDP与社会商品零售总额会增多，与实际情况相符。已利用土地与农业总产值呈现对数关系，但是系数较低，说明两者关联性不是很强，表明本地区的土地增加不一定会提高农业产值。

（3）交通运输和社会商品零售总额的回归模型中，系数为0.980，说明交通的发展及便利对本地区的经济社会发展有着重要的意义。

（4）居民点及工矿用地与工业总产值及GDP之间存在着指数关系，同时具有较好的回归效果。具体而言，随着居民点及工业矿用地的增多，GDP会在一定程度上受到抑制，而工业总产值会得到增加。

（5）水果量和果园面积两者相关性好，回归系数为0.9148，表明本地区果园面积的增大，会促进水果产业的壮大。

（6）通过以上的分析，可以看出，耦合分析的模型方程拟合程度较高，所选取的分析指标具有很好的代表性，由分析结果反映出：交通建设对于国民经济发展具有重要作用，所占的比例最大，应该遵循“要致富先修路”的思想大力加强交通设施建设，而其他几个因素与GDP之间的关联性弱；园林面积直接影响农业产值，说明河北太行山地区适宜大力发展水果产业促进地区农业经济发展。

2.5 相关性分析

因地制宜的经济结构对经济发展有着重要的作用。本文接着选择了相应的指标，对土地利用与经济变化两者之间的内在关系进行了简单的讨论。土地利用分析依然选择几种土地类型，而经济变化则选取的是三种产业及农业类别作为分析对象。

（1）土地利用与三种产业的相互作用

经济指标选择的第一、二、三产业在总产业结构中所占的百分比，依次用y1、y2、y3表示；土地利用则选择的是各个土地类型所占的百分比，包括耕地份额、林地份额、草地份额、园地份额、建设用地份额，依次用x1、x2、x3、x4、x5表示。典型相关分析的相关结果汇总如表4所示。

表4 典型相关分析结果汇总

从以上的结果可以看出，第一组关系的系数、检验等数值明显大于其他两组，说明其可以作为土地利用与产业结构的衡量关系式。具体而言，第一组典型关系中，U1和V1两者的关联系数高达0.958，涵盖90.38的信息，并且还符合显著性检验，第二组关系中，没有通过显著性检查，第三组虽然涵盖信息量较大，但是相关系数过小，所以，选择第一组关系作为土地利用与产业结构两者的关联根据，两者的原始关系方程如下：

由于呈现线性关系，不同变量的系数越大，表明其对因变量的影响越大。可以看出，U1受建设用地及林地占比最为明显，而V1则更受y2变化的影响。所以，认为，土地利用过程中，林地及建设用地的面积会对第二产业在整个经济结构中的变化产生直接的影响；值得注意的是，林地的系数为负数，呈负相关，说明其会削弱第二产业的占比，与第二产业比重呈负相关，建设用地的系数为正值，为正相关，会加大第二产业的占比。

（2）土地利用对农业结构的影响

河北太行山区历来是河北省的贫瘠之地，农业产业占有较大的份额。本文通过选择种植业份额、林业份额、牧业份额作为农业结构的衡量指标，依次用 y1、y2、y3表示，土地利用结构则选择耕地份额、林地份额、草地份额及园地份额来衡量，依次用x1、x2、x3、x4表示。两者的分析结果汇总如表5所示。

表5 典型相关分析结果汇总

由表中数据可以看出，前两组变量的关联系数依次为0.920、0.801，相关性较强，两者均符合显著性检验；同时，这两组变量涵盖了大部分的信息，说明选择的分析指标具有代表性，因此，土地利用和农业结构的关系模型如下：

可以看到，第一组关系中，种植业所对应的系数最大，对V1影响最大，而林地对U1的影响最大，所以，林地使用变化对种植业份额的影响最大；同理，可以得到：第二组关系中，最影响V2的是种植业，最影响U2的是耕地及园地份额，意味着种植业的变化受园地及耕地利用的影响最大。由以上分析可以认为农业用地结构受土地利用的影响比较大，具体而言，农业结构中的种植业的份额受耕地、园地及林地三者的影响最为直接。

3 结论

通过上文的分析，可以得到以下结论：

（1）近年来，随着居民大幅增加、农业生产模式变更、大量开发利用煤矿资源，河北太行山区土地的利用方式也发生变化。2007—2015年，土地使用的总趋势为：农业用地和未开发土地递减，建筑用地递增。在这之中，森林地、水果园林地、居民区、工矿用地以及公共交通用地的比重逐渐加大，与之相对的，农业用地未利用的土地的比重逐渐降低。

（2）土地利用与经济发展之间有着线性耦合关系。土地垦殖率受人均生产总值及人均农业产值影响，分别呈现倒“U”型，土地垦殖率最佳数值约为9.8%；已利用土地比重和GDP之间呈现S型关系曲线，其与社会商品零售总额之间也有着类似的关系，而已利用土地比重与农业总产值的相关性较差，表明单独增加农业土地利用面积不一定能够提高农业总产值；交通用地与社会商品零售总额呈正相关，GDP与交通用地面积也存在着类似的线性耦合关系，说明加强交通设施建设有助于促进经济发展；同时，农业产值、水果产量与园地和果园面积之间耦合关系明显，说明地区的果园面积对水果种植的经济效益起着要作用，也间接促进农业产值的增长。

（3）三种产业结构与土地利用结构之间有着强相关性，相关系数高达0.958。第二产业所占产业份额受林地及建设用地比重变化影响较大，这会直接引起产业结构的改变。第二产业的分量会随着建筑面积的增多而增加，而林地面积的增加则会造成其比重下降；与此同时，农业部门的结构受到土地利用结构的直接影响，而林地与种植业的相关性尤为强，达0.920，说明林地面积变化会对种植业在农业部门中的份额产生较大影响，而种植业和园地及耕地之间的关联相对较弱，系数为0.801。

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