基于主成分分析法的宜昌市耕地利用效益变化分析*

何国松，周亚欣，金 赉，李雪原

(1.湖北科技学院 资源环境科学与工程学院，湖北 咸宁 437100;2.华中师范大学 城环学院，湖北 武汉 430079)

基于主成分分析法的宜昌市耕地利用效益变化分析*

何国松1，周亚欣1，金 赉2，李雪原2

(1.湖北科技学院 资源环境科学与工程学院，湖北 咸宁 437100;2.华中师范大学 城环学院，湖北 武汉 430079)

耕地是农民收入的重要来源，也是保证国家粮食安全和生态安全的基本条件.通过构建耕地利用效益评价的指标体系，采用主成分分析对宜昌市近20年耕地利用效益进行了评价，结果表明:(1)近20年来湖北省宜昌市耕地利用效益总体不断提高.(2)耕地经济效益、社会效益的提高主要由于科技进步而耕地生态效益的下降主要由于化肥农药的大量使用以及能耗的增加.因此，应加大农业科技投入，注意保护农业生态，减少农药化肥的使用，加强水利基础设施建设.

耕地利用效益;主成分分析法 ;宜昌市

引 言

耕地是农业生产最基本的生产资料，耕地的收益是农民收入的重要来源，也是保证国家粮食安全的基本条件，同时耕地的生态功能也受到越来越多的重视.因此，国内外学者对耕地利用进行了大量的研究，首先是用途转移引起的耕地面积时空格局变化，尤其是1978年以后，随着我国经济持续快速发展，占用耕地现象始终未得到有效控制，很多学者从不同角度研究了我国不同区域耕地利用变化及其驱动机制［1～3］，其次研究耕地质量、质量空间格局变化以及对耕地进行集约评价［4～6］，最后从耕地的粮食安全角度进行研究［4～6］，但对耕地的结构、形态、综合评价研究比较少，本文以湖北省宜昌市为例，利用主成分分析法对19年来的耕地效益及驱动因子进行研究，从而促进耕地利用的经济、社会、生态功能的协调发展.

1 研究区域概况

宜昌市位于湖北省西部，位于东经110°15'－112°04'，北纬29°56'－31°34'之间，东邻荆州市和荆门市，南抵湖南省石门县，西接恩施土家族苗族自治州，北靠神农架林区和襄阳市.为长江上游与中游分界处，鄂西秦巴山脉和武陵山脉向江汉平原的过渡地带，地势西高东低，地貌复杂多样.全市共辖五县(远安县、兴山县、秭归县、长阳土家族自治县、五峰土家族自治县)三个县级市(宜都市、当阳市、枝江市)五区(夷陵区、西陵区、伍家岗区、点军区、猇亭区)，总人口415万;总面积2.1万平方公里.宜昌地貌自南向北为平原、丘陵、山区，气候兼有南北之优，土地肥沃，是重要粮棉油生产基地.

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

研究数据主要来源于《宜昌市统计年鉴》(1996－2010)，《宜昌地区农村统计年鉴》(1990－1995)，《湖北省统计年鉴》(1990－2010)，为了便于计算取 1990、1995、2000、2005、2010 年五个年度数据.

2.2 研究方法

2.2.1 综合评价函数构造

主要是运用主成分分析法来评价耕地利用效益，主成分分析法的核心是通过主成分分析，选择m个主分量y1，y2，…，ym，以每个主因子的yi的方差贡献率ai作为权重，构造综合评价函数:

其中，yi(i=1，2，…，m)为第 i个主成分的得分;ai为各主因子的权重.

2.2.2 因子权重确定

综合评价函数中的权重ai(i=1，2，…，m)根据方差的贡献率确定的，计算方法如下:

其中a为权重矩阵，ai(i=1，2，…，m)为各主因子的权重，λi(i=1，2，…，m) 为各主因子贡献率.

3 宜昌市耕地土地利用效益的评价

3.1 耕地土地利用效益评价指标体系的构建

3.1.1 评价指标体系的构建

耕地本身就是一个复杂的系统，构建指标体系要考虑各个方面的系统功能，应反映耕地利用的经济、社会、生态效益，因此本文根据指标体系选取的科学性与操作性，资源与环境相适应，系统性与层次性相结合的原则，建立耕地利用效益的指标体系，选择了24个指标，其中经济效益指标体系10个，社会效益、生态效益指标各7个.如表1所示:

表1 耕地利用效益评价指标体系

3.1.2 指标的标准化处理

首先对综合指标数据进行一致化处理，本文将各类型指标统一处理为极大型指标，然后，为了消除由于各项指标量纲不同以及数值间的悬殊差别带来的影响，避免不合理现象的发生，运用标准差对评价指标作无量纲化处理.处理结果如表2.

表2 耕地利用效益评价指标标准化值

3.2 综合评价的计算与分析

3.2.1 综合评价的计算

把表2数据代入SPSS软件，利用公式1，通过主成分分析，计算出近20年宜昌市耕地利用效益评价值;为了便于分析，将综合评价结果进行处理，以便结果为正.见图1.

图1 1990－2010年宜昌市耕地利用效益变化

3.2.2 评价结果分析

从图1可以看出:近20年来，宜昌市耕地利用综合效益总体上是不断提高的，从1990年得59.26上升到2010年的60.99，具体讲，经济效益从 58.98 上升到 60.79，社会效益从58.99上升到 61.22，但生态效益从 61.13 下降到59.35.经济效益的提高主要得益于科技进步，根据主成分分析结果，对经济效益贡献较大的主要为耕地生产力、劳动生产率.每公顷耕地的产值从1990年的0.62万元增加到2010年的5.02万元，增加了8.09倍，平均每个劳力的粮食产出从 1990年的14 051.97千克增加到 2010年的20 913.41千克，阻碍经济效益提高的因素主要为物耗的增加，物耗从1990年的97 933万元增加到2010年的474 200万元;对于耕地利用社会效益的提高主要由于人均粮食的提高，农业供养能力增强以及农民人均纯收入的提高.生态环境效益的降低主要由于化肥、农药的大量使用，以及能耗的增加和灌溉条件的降低，化肥施用量从1990年的119 300吨上升到2010年的357 300吨，农用地耗电从1990年的19 774万千瓦时增加到2010年的66 413万千瓦时而有效灌溉面积在减少，从1990年的122 306.67公顷减少到106 430公顷.

4 结论与建议

4.1 近20年来湖北省宜昌市耕地利用效益是不断缓慢提高，其中，经济效益、社会效益有一定的提高，但耕地的生态效益一直在缓慢下降.

4.2 经济效益、社会效益的提高主要由于科技进步使耕地生产力、劳动生产率、耕地的供养能力、农民的人均收入得到提高.而耕地生态效益的下降主要由于化肥农药的大量使用以及能耗的增加，农田水利投入的不足等.因此，应加大农业科技投入，注意保护农业生态，减少农药化肥的使用，积极进行耕地的整治，加强水利基础设施建设，建立耕地环境质量安全体系.

［1］许月卿，李秀彬.河北省耕地数量动态变化及驱动因子分析［J］.资源科学，2001，23(5):28～32.

［2］战金艳，史娜娜，邓祥征.江西省耕地转移驱动机理［J］.地理学报，2010，65(4):485 ～493.

［3］汪朝辉，王克林，熊艳，等.湖南省耕地动态变化及驱动力研究［J］.长江流域资源与环境，2004，13(1):53～59.

［4］崔丽，许月卿.河北省农用地利用集约度时空变异分析［J］.地理科学进展，2007，26(2):116～126.

［5］安旭东，陈浮，彭补拙.长江三角洲土地资源可持续利用系统分析与策略选择［J］.资源科学，2001，23(3):47～54.

［6］朱会义，李秀彬，辛良杰.现阶段我国耕地利用集约度变化及其政策启示［J］.自然资源学报，2007，22(6):907～915.

F301.24

A

1006－5342(2012)06－0001－02

2012－03－15

国家自然科学基金(41071242);湖北省教育厅科研计划重点项目(D20122801)