德州市耕地利用效益评价

王莹莹， 陈玉福

(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101; 2.中国科学院大学,北京 100049)

德州市耕地利用效益评价

王莹莹1,2， 陈玉福1

(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京 100101; 2.中国科学院大学,北京 100049)

运用多因素综合评价法，从经济、社会、生态3方面选取14项指标定量测度德州市2000—2014年耕地利用效益，采用熵值法确定指标权重，并通过协调系数衡量各效益之间的协调性，最后与发达粮食主产区青岛市的耕地利用效益做对比。结果发现：2000年以来德州市耕地利用经济效益和社会效益不断提高，分别从2000年的0.040和0.052提高到2014年的0.262和0.435，生态效益波动下降，从2000年的0.190降低到2014年的0.070；耕地利用各效益间的协调度较低，15年中只有4年在基本协调以上水平，且波动变化大；青岛市耕地利用效益波动上升；德州市与青岛市的差距在于生态效益。德州市在今后的耕地利用中需关注农业生态环境的改善，控制农药和化肥的施用量，提高耕地利用生态效益，实现可持续发展。

耕地利用效益;熵值法;协调系数;德州市

耕地是土地资源中适宜作物生长的土地，其中的“适宜性”要求决定了耕地资源的有限性，在国民经济发展中处于举足轻重的地位[1-2]。耕地利用的过程即作物种植、生长、收获的过程，这一系列过程不仅能够保持生物多样性、净化空气产生生态效益,而且能够实现粮食生产，为人类提供基本的生活资料、促进社会稳定产生经济和社会效益[3-5]。20世纪90年代之后，中国生产力得到解放，工业化、城镇化快速发展，耕地非农占用持续增加、耕地质量遭到破坏，后备耕地资源不断减少，以及人口数量持续增加导致了耕地资源压力增大[2,5-6]。中国虽然制定了一系列针对耕地保护的方针政策，但在未来工业化、城镇化继续推进的发展形势下，部分耕地非农占用不可改变[7-8]。在这种情况下，如何提高耕地利用效益成为解决粮食问题和可持续发展的关键。目前，有关耕地利用效益的研究已取得了一些研究成果，如宋戈等[5]分析了黑龙江垦区的耕地利用效益并对驱动力进行了主成分分析，发现黑龙江垦区耕地利用效益呈上升趋势且各效益发展相对均衡，土地生产力和农业投资效益等是影响黑龙江垦区耕地利用效益的敏感因子；刘琼峰等[4]应用GIS技术和层次分析法分析了湖南省耕地利用效益的时空差异，发现湖南省耕地利用经济效益和社会效益增长而生态效益下降，综合效益空间差异大。在相关研究中，多数研究的尺度范围在省级及以上[1-2,4-7]，此类研究整体把握了研究区耕地利用效益的时间变化和空间差异。研究区为地级市的研究[8-9]对区域内部的耕地利用效益进行了详细分析，但缺乏区域间的比较，结论上容易缺乏说服力。总体来看，在现有的相关研究中，针对黄淮海粮食主产区的市域耕地利用效益评价的研究较少，而此类区域从粮食生产上看，其耕地利用效益的高低直接关系国家粮食安全和社会稳定，重要性不言而喻。从地理位置上看，由于自然地理环境和社会经济发展的不同，其耕地利用也与东北和长江中下游地区存在一定差别。因此有必要针对此类区域，根据地区实际发展状况构建切合地区发展特点的耕地利用评价指标体系和方法，对其利用效益展开定量测度并分析其在近些年的变化特征，从而准确掌握其在耕地利用过程中存在的不足并有针对性地提出改进建议。本研究选取山东省德州市作为研究区，从经济、社会和生态3方面入手确定14项指标组成评价指标体系对其耕地利用效益进行分析，利用协调系数反映耕地利用效益子系统之间的协调程度，运用对比分析，在与发达地区青岛市的耕地利用效益作对比的基础上提出德州市耕地利用的不足之处和改进方向，便于其在今后的耕地利用中采取合理的发展对策，从而提高耕地利用效益，实现可持续发展，并为国家粮食安全提供一定的保障。

1 研究区概况和数据来源

1.1研究区概况

德州市位于山东省西北部，与河北省邻接，交通便利，区位优越。该市大陆性季风气候显著，四季交替界限分明；光照强度大，日照时数长，年平均日照时数可达2592 h且集中在作物生长发育的前中期，有利于作物光合作用的进行；年平均气温12.9 ℃，年平均降水量547.5 mm，降水多集中在夏季，可占全年降水量的67．7%。德州市属于传统平原农区，2014年耕地面积64.608 8万hm2，占土地总面积的62.1%，人均耕地面积0.112 hm2，高于全国0.094 hm2的平均水平。德州市在农业生产上地理优势显著，不仅是国家和本省重要的商品粮、商品棉和蔬菜生产基地,而且是优质专用小麦和专用玉米的优势产区[10-12]。鉴于此，本研究选取德州市作为研究区，在分析耕地利用效益方面更加具有实际意义。

1.2数据来源

本研究的原始数据包括：德州市农林牧渔业总产值、农业总产值、农林牧渔业增加值、农业增加值、耕地面积、农作物总播种面积、粮食播种面积、耕地有效灌溉面积、粮食产量、农业机械总动力、总人口数、农业人口数、农民人均纯收入、农药使用量和农用化肥施用量。其中总人口数采用公安户籍统计数字，农用化肥施用量采用折纯量。原始数据来源于中国经济与社会发展统计数据库，《山东省统计年鉴》(2001—2015年)和《德州市国民经济和社会发展统计公报》(2000—2014年)。

2 评价指标体系和方法

2.1构建耕地利用评价指标体系

在构建综合效益评价指标体系时，首要考虑的是主体所带来的效益都包括哪些方面，耕地基本的粮食生产功能，解决的是人们的生存问题，对应的即社会效益。在粮食满足人们的食用需求有所剩余之后其交换价值即经济效益便体现出来。另外，人们在耕地上进行农业生产活动时除作物生长过程所体现出的生态效益外，人类对耕地系统的改变也会增强或者减弱耕地的生态效益[1]。因此，本研究从社会、经济和生态三方面入手构建耕地利用评价指标体系。

在实际操作中，首先以客观性、系统性和科学性为宗旨构建全面的评价指标体系，然后根据可操作性和数据的可获得性对指标进行剔除，最后对比参照其他学者的研究成果[13-16]，并结合德州市的耕地利用实际情况，确定了14项指标作为评价德州市耕地利用效益的指标体系(表1)。

表1 德州市耕地利用效益评价指标体系Table 1 Evaluation index system of cultivated land use efficiency in Dezhou City

2.2指标数据标准化处理

该综合评价涉及14项指标，各个指标之间的量纲和单位不尽相同，没有可比性，因此必须对指标进行标准化之后才能进行后续的比较加权[4,6]。数据标准化的方法有多种，本研究选用最常用的极差标准化方法，对于正向指标，如粮食播种单产、人均农业产值、复种指数，采用正向指标极差化方法(公式1)，对于负向指标，如平均每公顷耕地用药、平均每公顷耕地用肥，采用负向指标极差化方法(公式2)。公式1和公式2的计算方法如下：

正向指标极差化计算方法：

(1)

负向指标极差化计算方法：

(2)

2.3确定各评价指标权重

在构建的评价指标体系中，14项指标对耕地利用效益的体现程度不可能完全相等，必然有小大之分，即权重不同。对于指标权重的确定，须采用科学合理的方法才能保证结果的可信度，目前常用的方法主要有层次分析法、主成分分析法和熵值法。层次分析法是一种以定性为主结合定量的方法，依靠专家的经验和知识对指标赋值，受主观影响大，客观性较差。主成分分析法和熵值法是客观赋权法中常用的两种方法，其中熵值法主要依赖数据本身的信息来判断其影响和作用的大小，不受人为因素的干扰[17]，因此，本研究运用熵值法确定指标权重。熵值法的具体计算过程如下：

1)计算第i年份第j项指标值的比重：

(3)

2)计算第j项指标的信息熵：

(4)

3)计算第j项指标的差异性系数：

dj=1-ej

(5)

4)计算各指标的权重：

(6)

通过以上的指标标准化处理和权重的计算可得表2如下。

表2 德州市耕地利用效益评价指标标准化值及权重

2.4建立综合评价模型

对数据标准化处理并确定指标权重之后即可通过线性加权求和确定各年的耕地利用效益，计算公式如下：

(7)

耕地利用经济效益评价值：

(8)

耕地利用社会效益评价值：

(9)

耕地利用生态效益评价值：

(10)

耕地利用综合效益评价值等于14项指标的标准化值与其权重的线性加权求和。

在综合评价耕地利用效益的发展情况时，除了要看某效益的高低和各效益之和的变化，还要看各效益发展的协调程度。任何一方面发展有所偏差都会对整体带来不利影响，只有经济效益和社会效益都不断提高且生态环境也有所改善，才是理想的发展状态，才能实现可持续发展。为了衡量各效益发展的协调程度，本研究通过参考其他的相关研究[5,8,18]引入协调系数对协调度进行评价，协调系数的计算公式如下：

Ci=1-Si/Pi(i=1,2,3,…,15)

(11)

式中：Ci表示第i年耕地利用效益的协调度，Si表示第i年耕地利用经济效益、社会效益和生态效益评价值的标准差，Pi表示第i年耕地利用三效益的平均值。由此可见，三者数值越接近，Ci越接近1，则代表该年耕地利用系统的3个子系统之间的发展越协调，反之亦然。Ci的取值范围介于0～1之间，其值的大小所表示的协调度如表3所示[18-20]。

表3 协调系数取值范围及其含义Table 3 Range and implication of coordination coefficient

3 评价结果与分析

由式(7)计算得出2000-2014年德州市耕地利用效益评价值。

由图1可知，15年间德州市耕地利用经济效益、社会效益、生态效益和综合效益评价值及波动变化不尽相同。其中，经济效益、社会效益和综合效益逐步提高而生态效益降低。综合效益反映了德州市耕地利用效益的整体发展情况，经济、社会和生态效益的发展变化是从不同方面对耕地利用状况的揭示。因此，本研究首先分析综合效益，有利于从宏观上把握其变化态势，然后对各效益进行深层剖析，通过指标因素对其发展变化做进一步解释，有利于全面掌握其内在机理。

图1 2000—2014年德州市耕地利用效益评价值Fig.1 Evaluation values of cultivated land use efficiency in Dezhou city from 2000 to 2014

3.1综合效益分析

由图1可知，综合效益从2002年开始基本处于稳步提高状态，原因主要在于2002年国家实行农村税费改革，2004年开始加大支农惠农力度，到2006年农业税全部取消，农民负担逐年减轻，耕地利用社会效益和经济效益不断提高。2007—2008年综合效益虽继续提高，但幅度明显变小，主要原因在于2007—2008年德州市通过土地整理复垦开发补充耕地量剧增，耕地面积从537 000 hm2增加到619 000 hm2，人均耕地面积和人均粮食产量增加，社会需求满意度自然提高，社会效益大幅度提高；而新增耕地的生产力和使用率往往较低，因此复种指数和有效灌溉面积比率下降，由此带来耕地利用生态效益短时间内急剧下降。2012年后耕地利用综合效益稳定提高，主要原因在于近年来耕地数量和质量保护受到国家和地方政府的关注，德州市积极响应国家号召，采取多种措施保护耕地，如加强对县级政府耕地保护的考核、出台保护耕地节约集约用地意见等，粮食产量增加，农业生态环境改善，因此综合效益不断提高。

3.2经济和社会效益分析

15年间德州市耕地利用经济效益和社会效益除个别年份有所降低外其余年份保持增高状态。经济效益在2002年和2009年有所下降，原因在于2002年德州市农业机械化程度和土地生产力提高，而粮食播种单产、农业增加值比重和技术效益均降低，说明农业机械总动力投入过高，而相应的产出量的增加却不足，致使经济效益降低。2009年，影响经济效益的5项指标中虽然只有农业增加值比重和技术效益较2008年降低，但减小幅度远远大于其他3项的增加幅度，且技术效益的降低是由农机总动力的增加和农业增加值的减少引起的，说明农机总动力投入过度，耕地利用经济效益也必然降低。

社会效益在2000—2002年处于低水平下降阶段，原因在于耕地面积大幅度较少，2年减少了16 618 hm2，同时粮食产量和社会需求满意度也大幅度降低。2003年之后，社会效益基本保持较高速度增长，原因在于人均农业产值和农民人均纯收入逐年提高且权重最大，人均粮食产量和社会需求满意度虽然在个别年份有所降低但总体呈上升趋势，人均耕地面积也波动上升，因此社会效益高速增长。

3.3生态效益分析

与经济效益和社会效益不断提高的发展状态不同，德州市耕地利用生态效益持续降低。

2000—2014年德州市耕地利用生态效益评价值总体波动下降。2000—2007年呈小幅度波动下降，年均下降3.218%。期间，虽然影响耕地利用生态效益的正向指标复种指数和有效灌溉面积比率波动上升，但农药和化肥的使用量大幅度增加，导致生态效益降低。2007—2009年生态效益评价值先急剧下降后有所回升，2008年下降到15 a的最低值0.054。该阶段平均每公顷耕地用肥和用药不断减少，生态效益评价值主要随耕地有效灌溉面积比率和复种指数的变化而变化。分析发现，2007—2008年德州市耕地面积大幅度增加，耕地有效灌溉面积比率和复种指数自然降低，单位面积农药和化肥的使用量也随之减少。由此可见，农药和化肥的使用量并未得到控制，农业生态环境也没有改善。2009—2012年生态效益评价值逐年降低，期间，耕地面积和农作物总播种面积均减少，复种指数降低，而每公顷耕地农药和化肥的使用量却增加，生态效益递减。2012—2014年生态效益评价值逐年提高，但总体水平仍较低。期间，耕地有效灌溉面积比率增大，复种指数有所减小，但主要是耕地面积增加所致，农药和化肥的使用总量和单位面积使用量都有所减少，农业生态环境有所改善，生态效益提高。

3.4耕地利用协调度分析

耕地利用协调度是衡量耕地各效益之间协调性的指标，通过协调系数可直观地看出耕地利用各方面的发展是否协调。根据公式(11)计算得到德州市2000—2014年耕地利用协调系数。

图2 2000—2014年德州市耕地利用协调度Fig.2 The coordination degree of cultivated land use in Dezhou city from 2000 to 2014

由图2可知,2000—2014年德州市耕地利用协调系数先升高后下降，总体来看协调度不高，15 a中只有4 a在基本协调以上水平。2000—2003年协调度最低，耕地利用各效益的发展不协调甚至极不协调，期间生态效益较高，而经济和社会效益相对较低。2003—2007年，协调度逐年提高，到2007年达到最大值0.8987，耕地利用系统高度协调。期间，德州市耕地利用经济效益和社会效益逐渐提高，生态效益虽有所波动，但一直保持在较高水平。2007—2008年，协调度急剧下降，由高度协调变为不太协调。期间经济效益和社会效益提高而生态效益急剧降低。2008—2014年，协调系数相对稳定但协调度较低，由于生态效益下降导致协调度由不太协调下降为不协调。

4 青岛市耕地利用效益评价结果与分析

评价一个地区耕地利用效益的高低和发展状况除着眼于该地区本身外，还要与其地区作对比分析，才能对该地区的不足和差距，提出更有针对性和说服力的意见和改进建议。为了更全面地分析评价德州市的耕地利用效益，本研究以发达粮食主产区青岛市为比较对象，分析德州市在耕地利用方面与发达地区的的差距，以便提出更合理的改善对策。数据来源于中国经济与社会发展统计数据库，《山东省统计年鉴》(2001—2015年)和《青岛市市国民经济和社会发展统计公报》(2000—2014年)。评价指标体系和数据处理方法等与上文相同。通过搜集处理数据即可得到青岛市2000—2014年的耕地利用效益评价值和协调系数。

图3 2000—2014年青岛市耕地利用效益评价值Fig.3 Evaluation values of cultivated land use efficiency in Qingdao city from 2000 to 2014

图4 2000—2014年青岛市耕地利用协调度Fig.4 The coordination degree of cultivated land use in Qingdao from 2000 to 2014

由图3和图4可知，青岛市2000—2014年耕地利用各效益波动变化较大总体都呈上升趋势，各效益之间的协调度较高，协调系数都在0.5以上。分析发现，青岛市作为中国沿海发达地区，15 a间耕地面积不断增加而农药和化肥的施用量却在减少，农业生态环境改善，生态效益提高。同时，农业机械化程度、土地生产力和技术效益不断提高，粮食产量、粮食播种单产和人均粮食产量也在增加，经济和社会效益提高。由此可见，在耕地利用过程中，农药和化肥使用量的减少不仅不会降低经济效益和社会效益还能提高生态效益。青岛市在耕地利用过程中除追求粮食产量、农业产值的增加外还注重农业生态环境的改善。

在耕地利用效益上，德州市与青岛市之间的最大差距在于生态效益。2000—2014年德州市耕地利用经济和社会效益提高而生态效益逐渐降低，青岛市耕地利用各效益都逐渐提高。由此可见，在耕地利用方面，经济效益和社会效益的增强不一定要以牺牲生态环境为代价，三者是可以共同发展同步提高的，关键在于采取正确的利用方式和合理的发展对策。

5 结论与讨论

5.1结论

(1)德州市近15 a耕地利用效益呈波动状态，总体来看，经济和社会效益提高，生态效益下降。2000—2002年，经济效益提高，社会效益和生态效益下降，社会效益下降的原因在于耕地面积和粮食产量减少，生态效益效益下降的原因在于每hm2耕地农药和化肥施用量增加。2002—2012年，经济效益和社会效益提高，生态效益波动下降，原因在于复种指数和有效灌溉面积比率整体下降，农药使用量增加。2012—2014年，耕地利用各效益都逐年提高，主要原因在于近年来国家和地方政府更加注重耕地保护和生态环境改善，加大农业科技投入，加强农业管理，德州市农药和化肥的使用量有所减少，耕地质量得到改善。

(2)德州市近15 a耕地利用各效益之间协调度较低，15 a中有10 a发展不太协调甚至极不协调。仅2005—2007年比较协调和高度协调。2008年，系统协调度开始下降，2012年再次降低，由不太协调变为不协调，2012年到2014年虽有所提高但仍属不协调。

(3)耕地利用经济效益和社会效益的提高不一定要以牺牲生态效益为代价，三者是可以同步提高的。作为传统平原农区的德州市在耕地利用方面应积极向青岛市等发达地区学习，控制农药和化肥的使用量，通过增加农业投资，提高农业技术等科学手段和方法提高耕地利用经济和社会效益。

5.2讨论

随着人口数量的持续增加和城镇化、工业化的快速发展，耕地数量和质量都必然面临巨大挑战，如何提高耕地利用效益并保障其可持续发展至关重要。耕地利用效益评价是一种快速诊断耕地利用存在问题的有效方法，可准确发现耕地利用的不合理之处，以便后续采取有针对性的改善措施，因此有必要进一步发展完善。本研究在以往研究的基础上，选取国家粮食主产区德州市为研究区进行耕地利用效益评价，发现了德州市耕地利用中存在的问题，增加了对比分析法，以发达地区青岛市为比较对象，通过市域间的比较，提出德州市耕地利用的改善方向，使结论建议更加具有说服力。本研究在实践应用上有利于德州市耕地利用效益的提高和可持续发展，在理论方法上是对耕地利用效益评价研究的深化和进一步完善。

在今后耕地利用和保护政策的制定上，企图大面积增加耕地数量并有所突破已不太现实，关注点应放在耕地质量的提高上，注重耕地的高效集约利用和生态环境保护，促使其经济、社会和生态效益协调发展。德州市在耕地利用方面要积极向发达地区学习，在农业投资方面，除提高农业机械化水平外，还须增加其他农业科技投资。管理方面要加强农药和化肥的使用管理，控制其使用量，必要时可通过建立相应法规规定来增强约束力。另外，增加耕地有效灌溉面积，提高灌溉技术，提高水、电等资源的利用效率也有利于耕地综合效益的提高。

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(责任编辑：马红春)

EvaluationofcultivatedlanduseefficiencyinDezhouCity

WANG Yingying1,2, CHEN Yufu1

(1.Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China; 2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

This study selects 14 indexes to measure the cultivated land use efficiency in Dezhou City during 2000 to 2014 from 3 aspects of economy, society and ecology. The weight of index is determined by entropy method and the coordination between theeconomic, social and ecological benefits of cultivated land utilization. It is judged by coordination coefficient. And then, the cultivated land use efficiency of the major grain producing areas of Qingdao is compared with Dezhou. The results showed that the economic benefit and social benefit of the cultivated land utilization in Dezhou city increased steadily, respectively from 0.040 and 0.052 in 2000 to 0.262 and 0.435 in 2014, and the ecological benefit was decreased in a fluctuation, from 0.190 in 2000 to 0.070 in 2014. The coordination degree of economic, social and ecological benefits of cultivated land utilization in Dezhou during the past 15 years is relatively low, there were only 4 years at the level of basic coordination and the fluctuation is very large. The cultivated land use efficiency in Qingdao was decreased in a fluctuation. Between Dezhou and Qingdao, the gap in cultivated land use efficiency is the ecological benefits. Dezhou should pay attention to the improvement of agricultural ecological environment in the future utilization of cultivated land and control the use of pesticides and fertilizers.

land use efficiency; entropy method; coordination coefficient; Dezhou City

K 901

：A

2016-10-04

国家自然科学资金项目(41371186)

王莹莹(1990-)，女，河南洛阳人，硕士研究生，从事农业与乡村发展研究。

陈玉福(1966-)，男，山东德州人，副研究员。

1000-2340(2017)02-0274-08