基于集对分析的中国耕地资源安全的时间演变特征研究

单娜娜 赖 波

(1．浙江大学东南土地管理学院，浙江杭州310029，2．新疆农业科学研究院土壤肥料研究所，新疆乌鲁木齐830000;3．新疆自治区农业厅土肥站，新疆乌鲁木齐830011)

基于集对分析的中国耕地资源安全的时间演变特征研究

单娜娜1，2赖 波3

(1．浙江大学东南土地管理学院，浙江杭州310029，2．新疆农业科学研究院土壤肥料研究所，新疆乌鲁木齐830000;3．新疆自治区农业厅土肥站，新疆乌鲁木齐830011)

本文根据历史资料和各位专家的相关的研究结果，对建国以来的耕地数据进行了重建，取得了比较可靠的长时间序列的耕地数据，在此基础上，构建了集对分析模型，对建国以来的耕地资源的安全态势进行了系统的分析。结果表明，建国以来中国耕地资源安全贴近度呈现波动式的变化规律，耕地资源安全贴近度在0．4的周围波动，随着时间的推移，波动幅度逐渐变小，趋于平缓。集对分析很好的体现了耕地系统的确定和不确定性，具有计算方便、方法简单、评价客观、合理等特点。

耕地资源安全;时间演变特征;贴近度

耕地资源是确保粮食安全的基础，它在数量和质量上的变化必将影响到粮食的波动，从而影响到粮食有效供给及粮食安全水平［1］。解放以来，我国人口不断膨胀，增加了对住宅、工业、道路、机场、娱乐等的用地需求［2］，耕地区位条件好、开发成本低，从而成为了流转速度最快的一种土地利用方式，深刻的影响了耕地资源的安全状态。

1 研究方法和数据来源

1．1 研究方法

1．1．1 集对分析的概念及基本思路

集对分析(SPA)核心思想是把客观事物的确定性测度与不确定性测度作为一个确定不确定系统［3－4］;确定性联系分为同一性联系和对立性联系，简称为“同联系”和“反联系”;不确定联系称为差异性联系，简称为“异联系”;这两个集合所有确定性联系和不确定性联系称为同异反联系，其联系程度称为联系度。

1．1．2 联系度

设定在一定的问题背景w下，集对H=(A，B)由两个有一定联系的集合组成。假设这个集对共有N个属性，其中有S个为集对中的两个集合A、B共有，P个为两个集合对立，其余的F=N－S－P个属性既不对立也不同一，称为差异。而联系度的表达式可以描述如下:

1．1．3 集对分析方法在耕地安全评价中的应用

(1)集对的构建。将集对分析方法用于对耕地安全状态的描述，就是将区域耕地资源的指标集合A和评价标准集合B一起构成一个集对H。通过集合A中每项指标的数值与集合B中的评价标准进行集对分析，以评价一定时间序列和区域之间耕地资源安全的高低。

集合A={xhk}为一个m×n的矩阵，xhk代表的是第h个样本，第k个指标的实际值。B={θk+，θk－}，k=1…n，是每个指标的标准值集合，θk代表的是第k个指标的标准值。

(2)同异反联系的确定。同异反联系的确定分两种情况，第一种为效益型指标，第二种为成本型指标。

效益型指标的同异反联系的确定函数为:

根据实际值在安全区间范围内的相对隶属度来计算i的值。其中i1代表的是正的不确定关系，是指标值和安全临界值的欧氏距离，该值越大，i2表示指标值越接近安全;代表的是负的不确定关系，是指标值和不安全临界值的欧氏距离，该值越大，表示指标值越接近不安全。i1和i2的绝对值是互补的关系，|i1|+|i2|=1，具体含义是，在联系度函数中，某一指标的安全可能性为i1，该指标的不安全可能为i2。

(4)贴近度的计算及等级的划分。特定时间和空间的耕地资源安全的待评价集与安全阈值集的贴近度可以定义为:

其中，γ为安全贴近度，N，a，b1，i1的含义同上。根据安全贴近度，对耕地资源的安全程度进行了划分，具体等级划分见表1。

表1 耕地资源安全程度的划分标准

1．2 数据来源

本文的耕地面积以及其他与耕地资源安全相关的指标值来自于《国土资源公报1996－2008》，《中国统计年鉴2008年》，《新中国55年统计资料》，《中国农业统计资料汇编1949－2004年》，《中国农村统计年鉴》，《中国农业统计年鉴》，《中国农村住户调查年鉴2006》，《全国农产品成本收益资料汇编》等资料。

2 结果与讨论

2．1 1949－2007中国耕地面积的重建

耕地面积是研究耕地资源安全的数量基础，建国以来，耕地面积数据偏差较大。根据有关研究，本文对耕地数据进行了重建。

(1)1949－1960年解放初期。该阶段中国耕地统计数据基本能够反映中国耕地资源的数量与变化趋势［5－6］。

(2)1960－2007年耕地面积的重建。1996年全国第一次土地调查结束，该次土地调查的数据成果统一到1996年10月31日这个时点，此后土地变更的调查工作开始。1996－2007年的数据可以采用国土资源部每年公布的数字。由于1995年和1996年的土地数据的衔接问题，1995和1996年的耕地面积变化没有公布，本文则根据第二次全国土壤普查的成果，确定了1989年的耕地面积为132 519．5 千 hm2［7］，结合1986 年以后国土资源部公布的每年的土地变更的数据，对1985－1995年之间的耕地面积进行推算。假设1961－1984年间耕地的增减变化的统计是真实的，进行标准化，据此将1985－1960年间的耕地增减量分配到每一年当中。推算出1961－1984年各年的耕地面积(见图1)。

图1 1949－2007年的中国实有耕地面积和统计面积变化曲线

从图1中可以看出，重建后的耕地面积数据前后时段之间具有比较好的衔接性，数据序列中没有出现耕地数量的突变点。

2．2 1949－2007年耕地资源安全变化态势分析

2．2．1 耕地资源安全评价指标体系的建立及标准集确定

耕地资源安全评价体系应当体现可持续发展的思想，遵循代表性好、表征性强、独立、易于量化，以及资料完整的原则。基于耕地资源安全的内涵分析，建立耕地资源安全评价的指标体系(见表2)。

表2 耕地资源安全评价指标体系及标准集

其中 b1、b6、b7、b8、b9、b10、b11、b12、b13的安全和不安全临界值根据文献整理确定;b2、b3根据联合国粮农组织的有关研究成果确定，b4的不安全临界值是2003年的贫困人口标准(637元/年)，安全临界值是2007年的城市人口最低生活保障(2 496元/人)，这两个数值根据每年的价格指数换算成1952年不变价。

2．2．2 联系度的确定

根据前述的集对分析的方法，以1952－2007年的各项指标值为集合A，标准集为集合B，建立集对H={A，B}，计算得出联系度(见表3)。

通过对各年份指标集和标准集的集对分析，可以得出联系度函数中的各项系数的取值。从表3中可以看出，联系度函数中的同一度从1952－1990年间在区间［0．22，0．38］间波动，从1991年开始，同一度下降，变化区间变为［0．1，0．22］;差异度的变化区间则在［0．13，0．6］之间，并呈波动式的上升;而对立度在1952－1999年间的变化区间为［0．3，0．5］，呈下降趋势，从 2000 年开始开始上升，变化区间为［0．33，0．5］。1952－2007 年间的联系度的值除了1952年和1970年略大于0以外，其他的取值均为负值。i的大小代表的是在不确定因素中靠近安全的程度，b和i的乘积和a累加，表示的是联系度中耕地资源现状和安全的同一程度。在时间序列中，1970年的同一程度最高，为0．52，同一程度最低的年份出现在1980年，为0．33;大部分年份的同一程度都低于0．5，我国从解放以来耕地资源的安全程度一直处于较为危险的状态。

2．2．3 贴近度的计算及分析

贴近度能更为直观的反映耕地资源的安全程度，图2所示，1952－2007年的耕地资源安全的贴近度均小于0．6，远小于1，在临界安全标准以下。整个时间序列的耕地资源安全贴近度在0．4上下波动。贴近度的变化区间在［0．34，0．52］之间，根据耕地资源安全相对贴近度的定义及分级，所有时间段的耕地资源利用都没有达到完全安全的标准，但也没有达到极端危险的程度。仅有1952年和1970年的相对贴近度大于0．5，为濒临危险状态，其余的都小于0．5，属于中度危险和极端危险。从图中可以看出，1996年以后耕地资源的安全态势变得更加严峻。耕地资源安全贴近度的波动幅度越来越小，越来越趋近于0．4，在中度危险上下徘徊。图中曲线的走向表明，耕地系统正趋向于平衡态，但该平衡态所处安全状态级别过低，有待于政策等系统外因素的作用，使其跃迁至临界安全级别以上。

表3 1952－2007年耕地资源安全联系度计算结果

图2 1952－2007年耕地资源安全相对贴近度

3 结论

(1)进行长时间序列的耕地资源安全研究的难点在于1960年以后的耕地统计数据不实，再加上十年动乱，使得我们很难取得可靠的耕地数量的时间序列，对其安全状况就很难进行评价。本文在前人研究的基础上1949－1995年的耕地数据进行了重建，取得了较为可靠的耕地数量时间序列，为此项研究奠定了基础。

(2)本文引用集对分析对长时间序列耕地资源的安全状况进行分析。分析结果表明，建国以来我国耕地资源的安全状态处于一种波动的状态，基本上围绕这0．4这个点进行波动，随着时间的变化，波动幅度逐渐变小，逐渐趋于稳定。但该稳定状态属于中度危险状态点，有待于系统外部力量的作用，使其稳定在临界安全以上的状态。

(3)集对分析很好的体现了耕地资源利用系统的确定和不确定性，具有计算方便、方法简单、评价客观、合理等特点。在对耕地资源安全的评价的实际应用中，也较好的体现了这些特点。但是在进行长时间序列的研究还是不可避免的出现了一些问题，比如在用集对分析方法时，要尽量取得平衡数据，有些指标就不得不舍弃;耕地资源的安全状态是和一定时期的技术水平以及耕地需求有着密切的关系，在本文中，将集对中标准集作为静态的指标来处理，而实际上，标准集也是一个动态变化的集合。

［1］傅泽强，蔡运龙，杨友孝，等．中国粮食安全与耕地资源变化的相关分析［J］．自然资源学报，2001，16(4):313 －319．

［2］Doos BR．Population growth and loss of arable land，Global Environmental Change［J］．Global Environmental Change ，2002，(12):303 －311．

［3］赵克勤．集对分析及其初步应用［J］．大自然探索，1994，13(1):67－72．

［4］赵克勤，宣爱理．集对论:一种新的不确定性理论方法与应用［J］．系统工程，1996，14(1):18 －24．

［5］封志明，刘宝勤，杨艳昭．中国耕地资源数量变化的趋势分析与数据重建:1949 －2003［J］．自然资源学报，2005，20(1):35 －43．

［6］毕于运，郑振源．建国以来中国实有耕地面积增减变化分析［J］．资源科学，2000，22(2):8 －12．

［7］农业部全国土壤肥料总站中国农业科学院农业自然和农业区划研究所．中国耕地资源及其开发利用［M］．北京:测绘出版社，1992:9－10．

Temporal Evolution Characteristics of Cultivated Land Resource Security Based on SPA

SHAN Na-na1，2LAI Bo3
(1．College of Public Administration，Zhejiang University，Hangzhou Zhejiang 310029，China;2．The Soil and Fertilizer Research Institute，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences，Urumqi Xinjiang 830000，China;3．Xinjiang Soil and Fertilizer Station，Urumuqi Xinjiang 830011，China)

This paper reconstructs cultivated land data since 1949 to obtain the reliable long-term sequence data of cultivated land，and then based on it，systematically analyses the security situation of cultivated land since 1949 in China by the set pair analysis model(SPA)．The result demonstrates that close degrees of cultivated land resources security fluctuate around 0．4 and become flat with the passage of time．The SPA can well describe the certain and uncertain character istics of cultivated land system．

security of cultivated land resource;temporal evolution characteristics;close degree

F301．2

A

1002－2104(2011)03专－0401－04

2010-11-13

单娜娜，博士生，主要研究方向为土地利用及管理、耕地保护。

(编辑:王爱萍)