陕西省耕地利用转型与粮食产量耦合关系研究*

孙英敏

(陕西国际商贸学院,西安 712046)

0 引言

耕地是基本的土地资源，是保障粮食安全的基本要素，深刻影响社会经济的发展及转型，与此同时，社会经济的深刻变化也带来了耕地利用方式的转变，从而导致了耕地利用转型[1-2]。耕地利用转型是指由于社会经济变化和驱动而导致的在一段时间内区域耕地由一种形态转变为另一种形态，这种形态通常包括显性形态和隐形形态[3-4]。改革开放以来，由于城镇化和工业化的不断推进，导致了大量优质耕地被占用，农地非农化现象突出，虽然占补平衡政策的推出在一定程度上保护了耕地资源，但成效并不显著，陕西省粮食产量2000年为1 089万t， 2015年为1 226万t，年增长率仅为0.8%(低于全国粮食产量年均增长率2.3%)。反之，粮食生产的压力也必定会促使耕地数量发展变化。因此，土地利用转型与粮食产量之间存在复杂的互相依赖的动态关联关系，只有协调两者之间关系，并且达到高度耦合状态时，才能达到耕地利用转型与粮食生产较好状态。

近年来，作为土地利用转型扩展式发展的耕地利用转型研究已经成为各领域学者研究的重点[5]。从研究尺度来看，主要集中于国家、省级两个尺度。何凡能等[6]对比了中美300年来耕地面积的变化，认为中美两国耕地总体上均呈现上升趋势； 史洋洋等[7]以江苏省为例分析其耕地利用转型，研究结果表明， 1990～2010年江苏省耕地利用转型模式后期变化较为显著。从研究方法来看，主要集中于数理模型及3S研究，许丽丽等[8]基于数理模型和3S技术分析了我国耕地转型，认为我国耕地主要转换成了城镇建设用地； 从与其他事物发展关系研究来看，主要是研究耕地利用转型与生态环境的关系，杨清可[9]基于“三生空间”视角，以长江三角洲核心区为例研究土地利用转型尤其是耕地转型与生态环境效应之间的关系，研究结果表明，城镇和工矿用地对农业生产用地即耕地的挤占是造成生态环境下降的直接原因。总体而言，基于耕地利用转型的研究多集中于某一方面，但耕地利用转型造成的最直接影响是粮食产量的变化，而没有针对耕地利用转型与粮食产量关系尤其是耦合关系的研究。

陕西省是我国古老农业区，也是我国重要的农业商品基地之一，因此其耕地转型及粮食产量的变化备受瞩目[10-11]。21世纪以来，陕西省城镇化和工业化剧烈发展，城市不断得到开发，人地矛盾突出，农地非农化现象凸显。龙花楼等[5]用耕地利用强度表征耕地利用形态，耕地利用强度是反映耕地利用形态变化的动力，既能反映在一定时期内人类活动对耕地的影响，又能表现特定时期社会经济发展的状态。因此，基于耕地利用强度来描绘耕地利用形态是一次有益的尝试。该文选取农业区陕西省的耕地利用强度变化表征耕地利用隐形形态的转型，在此基础上，研究陕西省耕地利用隐形变化与产量的耦合关系，以此优化粮食生产系统的指导方式，提高陕西省粮食产量，协调陕西省耕地利用转型与粮食产量的耦合关系。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

陕西省地处西北内陆，横跨长江、黄河中部，是我国重要的城市枢纽，介于北纬31°42′～39°35′，东经105°29′～111°15′，属大陆性季风气候，夏季雨水集中，冬季寒冷干燥，地势整体呈南北高，中部低[12-13]。截止2015年底，陕西省共分为11个地级市，分别为西安市、宝鸡市、咸阳市、渭南市、铜川市、延安市、榆林市、安康市、汉中市、商洛市、杨凌示范区，陕西省耕地面积从2000年311.4万hm2上涨至2015年399.2万hm2，农业生产总值为1 910.7亿元，粮食产量为1 226.8万t。陕西省是我国城乡发展较快地区，耕地面积、村庄建设用地以及粮食产量都变化明显，土地利用形态正经历着快速转型。

表1 耕地利用强度评价指标体系

类别评价指标权重计算方式功效性耕地利用强度地均化肥使用量0.262 5化肥使用折存量/耕地面积+有效灌溉比0.235 1有效灌溉面积/耕地面积+复种指数0.247 8农作物播种面积/耕地面积+地均农业机械动力0.254 6农业机械总动力/耕地面积+

1.2 指标选取

以耕地利用强度表征耕地利用转型特征，用以定量刻画陕西省各地市耕地利用转型与粮食生产的密切关系。基于数据的可获取性原则，在选择指标时，以粮食生产的“投入指标”为评价依据，耕地利用强度由地均化肥施用量、有效灌溉比、复种指数及地均农业机械动力表征(表1)。

利用变异系数法确定指标权重，变异系数法又称“标准差率”，是一种客观赋值的方法，指标取值差异越大，越难以实现的指标更能反映评价单位的差距，是一种相对变异指标，它能够区分开被评价对象在该方面的能力，则该指标应赋予较大的权重，反之，则赋予较小的权重[14-15]：

(1)

式(1)中，Vj为变异系数；Wj为权重。

用得到的指标权重Wj与各地区标准化后的标准值相乘得到耕地的利用强度，即：

S=Wj×Xij

(2)

式(2)中，Wj为权重；Xij为标准化的指标值；S为耕地利用强度。

2 数据分析

2.1 耕地利用转型与粮食产量时空格局演变

根据构建耕地利用强度指标体系表征耕地利用转型特征，根据2005～2015年陕西省各地市耕地利用强度指标值计算耕地利用强度系数，并将其划分为1～4个等级； 计算2005～2015年陕西省各地市地均粮食产量，并划分为1～4个等级(表2)。基于ArcGIS10.2软件平台，利用Symbology功能将耕地利用强度等级及粮食产量等级进行可视化处理(图1)。整体来看， 2005～2015年间陕西省各地市耕地利用强度逐年增强，粮食产量在数值上也有所上升； 空间布局变化主要发生在陕西省中部及北部地区，整体无明显变化。

从耕地利用强度方面来看，陕西省各地市耕地利用强度系数数值上差别较大，空间布局较为分散。2005年，陕西省各地市耕地利用强度系数均处于较低水平，在空间上表现出中部偏低，四周较高的状态，其中咸阳市、商洛市等地市强度较高，西安市处于较低状态； 2010年，陕西省各地市耕地利用强度系数有所上升，空间布局呈现出中部偏高，南、北部数值较低的状态，其中安康市处于较低水平； 2015年，陕西省各地市耕地利用强度系数持续上升，个别地市有所下降，空间布局基本保持不变，其中延安市及渭南市耕地利用强度下降，整体来看，陕西省耕地利用强度较弱地市空间上逐步上移。

从粮食产量方面来看， 2005～2015年陕西省各地市粮食产量整体有所增长，空间布局特征较为明显。2005年，陕西省各地市粮食产量系数处于较低水平，各地市差别较大，空间布局呈现出从西部至东部逐渐减弱的特征； 2010年，陕西省各地市粮食产量系数较2005年有所上升，特别中南部地区增长较为明显，空间布局上呈现出中部突出，四周较低的状态； 2015年，陕西省各地市粮食系数增长较不明显，空间布局无明显变化，其中南部地区增长明显，北部地区有所下降。

表2 2005～2015年耕地利用转型、粮食产量类型

地市200520102015耕地利用转型强度粮食产量耕地利用转型强度粮食产量耕地利用转型强度粮食产量强度系数等级粮食产量(kg/hm2)等级强度系数等级粮食产量(kg/hm2)等级强度系数等级粮食产量(kg/hm2)等级延安市0.310 633 01430.365 733 12920.223 923 4892榆林市0.285 122 87620.231 422 93210.177 413 0462西安市0.382 233 81240.483 243 91940.417 644 7644咸阳市0.412 643 67030.423 144 02240.543 144 6674宝鸡市0.178 512 99830.317 533 85740.312 134 2493渭南市0.445 34 2 67820.377 933 26830.468 243 9123铜川市0.367 932 73420.365 433 05520.389 233 6512汉中市0.325 432 34720.193 113 18630.245 823 5632安康市0.246 122 18910.299 822 91310.201 722 9921商洛市0.223 522 27810.278 423 01820.189 212 8691

图1 2005～2015年耕地利用转型强度、粮食产量时空格局演化

图2 2005～2015年耕地利用转型强度及粮食产量耦合类型时空格局演化

表3 2005～2015年耕地利用转型强度及粮食产量耦合类型

地市2005年耦合类型2010年耦合类型2015年耦合类型延安333222榆林222112西安344444咸阳434444宝鸡133433渭南423343铜川323232汉中321322安康212321商洛212211

2.2 耕地利用转型与粮食产量耦合类型的时空演变

耕地利用转型与粮食产量耦合类型由耕地利用转型强度等级及粮食产量等级构造，表征耕地利用转型与粮食产量耦合程度。由表3及图2可以看出，陕西省耕地利用转型与粮食产量耦合类型在空间上呈现出一定的规律性。根据划分陕西省各地市耕地利用强度系数等级及粮食产量等级构造耕地利用转型粮食产量耦合类型，并利用ArcGIS10.2软件进行可视化处理。整体来看，陕西省耕地利用强度系数等级及粮食产量等级从北部到南部均表现出逐渐增长趋势。2005～2015年间陕西省耕地利用强度系数等级及粮食产量等级处于低值耦合地市逐渐减少，而高值耦合区域增多。原因是随着社会经济的发展及工业化的快速推进，陕西省耕地资源稀缺性显现及人口不断减少，陕西省粮食安全受到威胁。

在土地利用转型背景下，耕地利用转型强度系数不断相互影响、相互作用，推动粮食产量不断增长。转型初期(2005年)，陕西省各地市耕地利用转型与粮食产量耦合类型处于较低水平，主要表现在耕地利用强度较弱，如榆林市、延安市等地市，陕西省北部地区地势较高，属高原地貌，水土流失强烈，耕地资源紧张，故耕地利用强度系数等级及粮食产量等级均处于较低水平； 转型中期(2010年)，陕西省各地市耕地利用转型与粮食产量耦合值缓慢上升，但整体来看水平较低，与2005年相比数值上无明显波动，该时期正处于工业化及城镇化迅速发展时期，大量耕地及其他类型用地被占用，故耕地粮食产量及利用强度无明显变化； 转型后期(2015年)，陕西省各地市耕地利用转型与粮食产量耦合值明显上升，主要表现在陕西省中西部地区，该地区地势条件良好，具有优越的耕地资源。陕西省耕地面积及质量的变化趋势基本是从1997年开始下降，到2003年降至最低点，之后变化逐渐减小，随着退耕还林、城市道路建设、工业化生产、农业结构调整的占用耕地行为的加剧，陕西省耕地面积及质量不断下降， 21世纪以来，国家实施了严格的耕地保护措施并随着农业生产条件和管理水平的提高，使得陕西省耕地利用强度及粮食产量逐渐增高。

3 结论与讨论

3.1 结论

(1)2005～2015年，陕西省各地市耕地利用强度系数差异明显。表现为中西部的宝鸡市、咸阳市等处于第4等级，西南部的汉中市、安康市等地处于第3等，呈现集聚分布形态，且随时间推移，评分第3等地区数量逐渐减少。中部及北部的榆林市、延安市地区处于1、2等。整体看来，中部耕地利用强度最高，南部城市受其影响耕地利用强度呈现出不断增加趋势，北部地区耕地利用强度与中部、南部具有较大差距。

(2)10年间陕西省粮食产量整体呈增长趋势，且空间分异特征较为明显，整体呈现出由外围向内部粮食产值及等级逐渐上升。北部典型城市榆林市、延安市等粮食产量水平较低，处于第1等级。南部典型代表城市汉中市、安康市粮食产量处于第2等级。中东部的商洛市、西安市等处于第3等级。从空间分布图可以看出，粮食产量与耕地利用强度具有较紧密的关系。

(3)陕西省耕地利用转型与粮食产量耦合类型在空间上呈现出一定的规律性。耕地利用系数等级与粮食产量等级均呈现由北向南递增趋势，且低值区、低等级城市均逐渐减少，高值耦合区不断增加。可以发现，陕西省耕地利用转型对粮食产量的增益效应逐步显现，未来随着耕地利用转型强度的进一步提高，粮食产量将有可能进一步增加。

(4)土地利用转型不同时期，耕地利用强度与粮食产量耦合度差异明显。陕西省由于自然地理特征，部分地区耕地资源紧张、水土流失现象严重，转型初期耕地利用系数与粮食产量耦合度较低。转型中期，土地整治效果初显，耦合程度缓慢上升。转型后期耕地利用系数与粮食产量的耦合程度则呈较快增加趋势。可以看出，陕西省粮食产量随着耕地利用转型的不断深入而不断提高，耕地利用转型对粮食安全具有有利影响。

3.2 讨论

自然地理条件对于耕地的发展具有显著影响，榆林市、延安市耕地利用强度与粮食产量耦合度较低的主要原因是地处陕北地区，干旱缺水的气候条件、丘陵沟壑地貌以及高原地势极大地限制了农业的发展，耕地利用强度以及粮食产量的提高均难度较大。对于陕北地区而言，脆弱的生态环境是限制了农业的发展，因而，生态环境的保护、恢复与改善应放在首位，遵循“蓄水、保水、节水”的原则发展农业，修建水库，水坝、水窖等水利设施，改进灌溉技术，提高水资源利用率。同时设立生态保护区，设立生态保护区，划分矿产禁(限)采区。矿产开挖中注意植被和地表的保护(水土保护)，对废弃矿区进行生态恢复，进一步达到复植复垦、提高土地资源利用水平的目的。

由研究结果得知，耕地利用转型对咸阳市、宝鸡市等经济发展水平较高地区的有利影响已初步显现。退耕还林、城市道路交通的完善、工业化生产、农业结构调整等措施，可能会令耕地面积及质量下降，但通过对土地的合理调整、耕地保护措施及农业生产条件和管理水平的提高，使得陕西省耕地利用强度及粮食产量逐渐增高。

对土地资源的合理利用和土地资源的高效管理是实现经济发展稳定的基础和重要方式。在经济发展的不同阶段下，对不同区域内土地利用的形态和管理的措施应做出相应的调整，通过乡村劳动力要素的变化、土地经济价值的主导、现有制度和政策体系的影响，共同驱动陕西省耕地利用的转型，不断提高耕地利用转型与粮食产量的耦合程度，以加快适应陕西省社会发展的要求更好地实现土地资源的优化配置及高效利用。

城镇化进程中，为促进乡村社会经济发展，耕地利用的转型已成为必然趋势。从现有测度耕地利用转型与粮食产量耦合关系的方法来看，大多以耕地利用强度指标代表耕地利用转型，纳入了人对于耕地的质量的考虑，为空间形态变化视角对耕地利用形态变化研究提供重要参考。然而，该文出于数据限制，并未将耕地利用空间景观格局与粮食产量的关系进一步考虑，而且，该文以耕地利用强度表征耕地利用转型状态，并未明确表征耕地利用隐形和显性状态，且研究相对比较单一，仅研究耕地利用转型与粮食产量的耦合关系，但并未阐述其影响机制，因此，后期研究应重点结合景观格局变化来研究耕地利用转型期粮食产量的协同变化情况，以及更好地表征耕地利用转型状态和影响因素。