吳玉剛

(河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，鄭州 450046)

0 引言

農(nóng)地是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基本資料，是人類(lèi)進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)、獲取糧食的保障。土地利用作為人類(lèi)生存和發(fā)展的最基本活動(dòng)方式，在較長(zhǎng)的農(nóng)業(yè)發(fā)展時(shí)期內(nèi)，農(nóng)地利用是土地利用的主要內(nèi)容，且人類(lèi)對(duì)農(nóng)地利用的程度反映了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的規(guī)模和水平，同時(shí)也關(guān)系社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。但隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展以及人口的膨脹，農(nóng)地資源短缺，質(zhì)量下降，且土地利用變化直接或間接地導(dǎo)致全球氣候變暖。華北平原作為我國(guó)第二大平原，我國(guó)農(nóng)作物主產(chǎn)區(qū)之一，為使農(nóng)地保護(hù)工作行之有效，制定科學(xué)合理的保護(hù)政策，研究其農(nóng)地利用變化規(guī)律，從宏觀角度深入分析農(nóng)地變化的自然社會(huì)驅(qū)動(dòng)力對(duì)于保障糧食安全和土地持續(xù)利用十分重要[1-3]。

當(dāng)前關(guān)于農(nóng)地變化的研究成果主要集中在農(nóng)地動(dòng)態(tài)變化[4-5]、農(nóng)地利用變化強(qiáng)度[6-7]、時(shí)序特征[8]等。游和遠(yuǎn)等[9]通過(guò)計(jì)算各省份的農(nóng)地集約利用程度指出農(nóng)地集約利用程度較高的長(zhǎng)三角、珠三角、京津冀地區(qū)的農(nóng)地集約利用碳排放總效率普遍較低，應(yīng)控制農(nóng)地利用碳排放量。王麗娟等[10]研究表明建設(shè)占用耕地是耕地資源大面積減少的主要原因，其次耕地資源利用程度有所減弱，農(nóng)地利用結(jié)構(gòu)有所轉(zhuǎn)變。于建立[11]基于永修縣8年土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)指出人口因素和經(jīng)濟(jì)因素是導(dǎo)致該地區(qū)農(nóng)地利用結(jié)果不平衡的主要驅(qū)動(dòng)力。華北平原作為我國(guó)糧食的重要生產(chǎn)基地，方相林等[12]研究發(fā)現(xiàn)華北平原土地類(lèi)型中耕地持續(xù)減少，林地和建設(shè)用地迅速增加，糧食總產(chǎn)量有所下降。王紅營(yíng)[13]利用2000～2013年連續(xù)的作物空間分布圖指出華北平原地區(qū)總體上糧食作物呈下降趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)作為呈上升趨勢(shì)。綜合上述分析，可以看出有關(guān)華北平原地區(qū)農(nóng)地利用變化的研究較少，基于華北平原的重要性，文章以華北平原地區(qū)為研究對(duì)象，研究其農(nóng)地利用和驅(qū)動(dòng)力對(duì)于促進(jìn)農(nóng)地的可持續(xù)利用及保障糧食安全具有十分的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究區(qū)域概括

華北平原是中國(guó)三大平原之一，又稱(chēng)黃淮海平原，位于北緯32°～40°，東經(jīng)114°～121°，跨越京、津、冀、魯、豫、皖、蘇7省市，面積30萬(wàn)km2，是中國(guó)東部大平原的重要組成部分，我國(guó)重要的糧棉油生產(chǎn)基地，也是我國(guó)人口、城市高度密集和工農(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá)的地區(qū)，其平原人口和耕地面積約占我國(guó)的1/5。華北平原屬暖溫帶季風(fēng)氣候，四季變化明顯，年平均氣溫14～15℃，年降水量為500～900mm， 7～8月光、熱、水同季，作物增產(chǎn)潛力大， 9～10月光照足，有利于秋收作物灌漿和棉花的吐絮成熟。華北平原以旱作為主的農(nóng)業(yè)區(qū)，南部地區(qū)大多為一年兩熟，北部地區(qū)大多為兩年三熟，糧食作物主要有小麥、水稻、玉米、高粱、谷子和甘薯等，經(jīng)濟(jì)作物主要有棉花、花生、芝麻、大豆和煙草等。從空間分布上看，南部地區(qū)水分狀況較好，產(chǎn)量差較大，應(yīng)提高水肥利用率，北部地區(qū)產(chǎn)量差居中，中部地區(qū)產(chǎn)量差較低，區(qū)域平均值潛在產(chǎn)量的48.2%[14]。該文中的華北平原主要是指河北北部(包含北京和天津)、南部、魯西北、豫北等4個(gè)區(qū)域。

2 研究方法

2.1 農(nóng)地利用程度綜合指數(shù)和復(fù)種指數(shù)

農(nóng)地利用程度綜合指數(shù)反映農(nóng)地綜合利用的強(qiáng)度，以各類(lèi)型農(nóng)地面積比例與農(nóng)地類(lèi)型程度分級(jí)指數(shù)相乘計(jì)算得來(lái)，其中耕地和林地的指數(shù)為3[15]。

復(fù)種指數(shù)表示農(nóng)地利用強(qiáng)度的影響，通過(guò)總播種面積與耕地面積的比重計(jì)算得來(lái)。

2.2 灰色關(guān)聯(lián)法

該文運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法[16]對(duì)華北平原農(nóng)地的驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行分析，以華北平原農(nóng)地為參考數(shù)列，驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)為比較數(shù)列，指標(biāo)數(shù)據(jù)選取2004年、2008年、2012年和2016年，具體步驟主要包括4個(gè)方面。

表1 指標(biāo)體系

(1)構(gòu)建指標(biāo)體系

為深入探討華北平原地區(qū)農(nóng)地的驅(qū)動(dòng)力，該文選取具有代表性的3個(gè)自然因素和5個(gè)社會(huì)因素構(gòu)建指標(biāo)體系(表1)，分析這些指標(biāo)與農(nóng)地利用變化的關(guān)系程度。其中關(guān)鍵的自然因素主要?dú)夂驐l件、地理變化和自然災(zāi)害等，自然因素相對(duì)穩(wěn)定，具有一定的累積性，該文自然因素指標(biāo)選取與農(nóng)地關(guān)系密切的氣溫、降雨量和日照時(shí)數(shù)等。社會(huì)因素相對(duì)活躍，文章基于社會(huì)發(fā)展背景，在人口急劇膨脹的當(dāng)代，人口和GDP都得到迅速發(fā)展，而農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、城市化率和農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)與農(nóng)地息息相關(guān)。

(2)數(shù)據(jù)無(wú)量綱化處理

(3)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

采用極值加權(quán)組合計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)ζi。

(1)

(4)計(jì)算關(guān)聯(lián)度

計(jì)算關(guān)聯(lián)度采用綜合歸一技術(shù)，按照最大隸屬度原則選取最大關(guān)聯(lián)度，其公式如下：

(2)

式(2)中,n為比較數(shù)列的數(shù)據(jù)數(shù)。關(guān)聯(lián)度(Ri)的取值范圍介于0～1之間，Ri值越大關(guān)聯(lián)性越大，說(shuō)明比較數(shù)列對(duì)參考數(shù)列的影響也就越強(qiáng)。其中關(guān)聯(lián)度(R)介于0.00～0.35，關(guān)聯(lián)度較低； 介于0.35～0.45，關(guān)聯(lián)度低； 介于0.45～0.65，關(guān)聯(lián)度中等； 介于0.65～0.85，關(guān)聯(lián)度高； 介于0.85～1.00，關(guān)聯(lián)度極高。

3 結(jié)果與分析

3.1 農(nóng)地利用變化分析

表2 華北平原農(nóng)地利用變化分析

表3 華北平原農(nóng)地利用變化驅(qū)動(dòng)力關(guān)聯(lián)系數(shù)

基于華北平原地區(qū)，分別計(jì)算2004年、2008年、2012年和2016年的農(nóng)地利用程度變化率、農(nóng)地利用程度綜合指數(shù)和復(fù)種指數(shù)(表2)，反映華北平原農(nóng)地利用的變化情況，整體來(lái)看，農(nóng)地利用程度變化率均大于0，也就是說(shuō)華北平原農(nóng)地利用均處于發(fā)展階段，主要是由于隨著社會(huì)的發(fā)展，人口的增多，工業(yè)用地、居民用地也在不斷增加，導(dǎo)致農(nóng)地利用程度呈增加的趨勢(shì)。農(nóng)地利用程度綜合指數(shù)呈下降的趨勢(shì)，說(shuō)明華北平原農(nóng)地逐年減少。耕地復(fù)種作為重要農(nóng)業(yè)耕作模式，能有效地解決糧食安全。2004～2016年華北平原復(fù)種指數(shù)隨著時(shí)間的延長(zhǎng)也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，因?yàn)檗r(nóng)地總面積逐年減少，總體上來(lái)說(shuō)，耕地面積也在逐年減少。

3.2 驅(qū)動(dòng)力分析

綜上所述，華北平原地區(qū)農(nóng)地利用發(fā)生了變化，導(dǎo)致出現(xiàn)這些變化的原因稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)力，利用式(1)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)如表3。從表3可以看出， 2004～2016年華北平原農(nóng)地利用變化驅(qū)動(dòng)力關(guān)聯(lián)系數(shù)均呈增加趨勢(shì)，其中2004年與華北平原農(nóng)地利用變化最密切的是人口和年平均氣溫； 2008年與華北平原農(nóng)地利用變化最密切的是人口、城市化率和年平均氣溫； 2012年與華北平原農(nóng)地利用變化最密切的是GDP、人口、農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)和年平均氣溫； 2016年與華北平原農(nóng)地利用變化最密切的是GDP、人口、城市化率、農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)和年平均氣溫。

表4 華北平原農(nóng)地利用變化驅(qū)動(dòng)力關(guān)聯(lián)度和關(guān)聯(lián)序

從表4可以看出，影響華北平原農(nóng)地變化的驅(qū)動(dòng)力主要是人為因素，各個(gè)驅(qū)動(dòng)力從大到小依次為：人口、城市化率、農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)、年平均氣溫、GDP、日照時(shí)數(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力和年降雨量。其中關(guān)聯(lián)度介于0.65～0.85的有人口、城市化率、農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)和年平均氣溫，也就是說(shuō)這4個(gè)驅(qū)動(dòng)力與華北平原農(nóng)地利用變化的關(guān)系最密切，而GDP、日照時(shí)數(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力和年降雨量的關(guān)聯(lián)度介于0.45～0.65，與華北平原農(nóng)地利用變化的關(guān)系中等。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

2004～2016年華北平原農(nóng)地利用程度呈下降的趨勢(shì)，影響華北平原農(nóng)地變化的主要是人為因素(人口、城市化率、農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù))。華北平原作為重要的糧食生產(chǎn)基地，在人口和城市化率不斷增加的前提下，要加大農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的投入，提高農(nóng)地利用效率，保障糧食安全，以滿(mǎn)足日益膨脹的人口。該文采用灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)華北平原地區(qū)農(nóng)地利用變化進(jìn)行分析，但由于選取的驅(qū)動(dòng)力因素有限，可能會(huì)影響該文的研究結(jié)果，但華北平原的農(nóng)地利用變化結(jié)果客觀地反映了華北平原農(nóng)地的實(shí)際情況，進(jìn)一步應(yīng)針對(duì)具體的省市，選取更多的自然和社會(huì)驅(qū)動(dòng)力指標(biāo)，更細(xì)致更有針對(duì)性地研究影響因素。

4.2 討論

農(nóng)地指用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土地，包括耕地、園地、林地、牧草地、農(nóng)田水利用地等。該文研究結(jié)果表明平均氣溫對(duì)農(nóng)地利用變化的影響較大。且溫度作為影響土壤釋放CO2的最關(guān)鍵自然因素[17]影響農(nóng)地土壤的呼吸速率，進(jìn)而影響土壤肥力。此外不同的降雨強(qiáng)度對(duì)農(nóng)地土壤存在不同程度的侵蝕，降低土壤的養(yǎng)分，加劇水土流失，導(dǎo)致農(nóng)地利用發(fā)生改變。

我國(guó)作為人口眾多的農(nóng)業(yè)大國(guó)，人口和GDP與農(nóng)地利用變化的關(guān)系密切，同時(shí)也說(shuō)明人口的增加有利于農(nóng)業(yè)用地面積的增加。華北平原地區(qū)人口約3.5億人口，其中北京市人口從2004年的1 492.7萬(wàn)人增長(zhǎng)到2016年2 172.9萬(wàn)人，GDP從2004年的4 283.3億元增加到2016年的2.489 93萬(wàn)億元，天津市的人口從2004年1 023.67萬(wàn)人增長(zhǎng)到2016年1 562.12萬(wàn)人，GDP從2004年的2 931.88億元增加到2016年的1.788 539萬(wàn)億元，河北省人口從2004年的6 808.75萬(wàn)人增長(zhǎng)到2016年7 470.05萬(wàn)人，GDP從2004年的8 836.9億元增加到2016年的3.182 79萬(wàn)億元，由此可見(jiàn)人口和GDP都得到了急速發(fā)展，直接或間接地影響了農(nóng)地的變化； 另一方面農(nóng)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主要部分，近年來(lái)隨著國(guó)家支農(nóng)政策的不斷出臺(tái)，農(nóng)業(yè)人口及農(nóng)村勞動(dòng)力不斷增加，農(nóng)業(yè)用地面積也隨之增加。此外隨著農(nóng)民純收入的不斷增加，消費(fèi)能力也隨之增加，用于農(nóng)業(yè)用地的投入資金也增加，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用地增加。但第二、三產(chǎn)業(yè)GDP的增加導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成本提高，進(jìn)而阻礙農(nóng)地利用強(qiáng)度的增加[18]。

農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力和農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)密切相關(guān)，同時(shí)農(nóng)業(yè)機(jī)械化與糧食產(chǎn)量關(guān)系密切，尤其是農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)水平與糧食產(chǎn)量的影響最大，其次是機(jī)耕面積、農(nóng)業(yè)灌溉機(jī)械擁有量、拖拉機(jī)數(shù)量、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力[19]。如2004～2013年河南省農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力投入呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，且區(qū)域空間分布不明顯[20]。復(fù)種作為農(nóng)地高效利用的有效途徑，華北平原中河南省的復(fù)種指數(shù)最大，山東省第2，北京最小[21]。而農(nóng)業(yè)科技技術(shù)主要是農(nóng)業(yè)科技人員和財(cái)力資源的投入，這主要依靠國(guó)家政策的支持。城市化是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然產(chǎn)物，涉及人口、經(jīng)濟(jì)、生活等眾多方面[22]，在城市化的推動(dòng)下，耕地、林地和其他用地發(fā)生大面積的轉(zhuǎn)移，而高程和坡度因子在一定程度上阻礙土地利用的變化。城市化的快速發(fā)展是農(nóng)地利用變化的重要原因，城市化過(guò)程中各種土地類(lèi)型相互轉(zhuǎn)化，且兩者在整體上協(xié)調(diào)度較低，政府必須采取相應(yīng)的政策合理控制農(nóng)地利用變化，促進(jìn)城市化的健康持續(xù)發(fā)展。