基于熵值法和灰色关联模型的湖北省耕地集约利用研究
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摘要：以湖北省耕地利用为研究对象，采用将熵值法和灰色关联模型相结合的方法，分析了湖北省近16年的耕地集约利用水平，并选取2010年评价各市州的耕地集约利用水平的空间差异，结果表明，①湖北省近16年的耕地集约利用水平不稳定。2001年前总体呈下降趋势，2001年后呈起伏上升状态。2007年以后整体保持平稳上升态势;②湖北省不同集约利用水平的耕地分布较为集中，高度集约耕地主要集中在中北部及鄂州地区，勉强集约耕地主要集中在鄂西、鄂东南及孝感地区，其余地区耕地均为中度集约水平;③将熵值法与灰色关联模型相结合的评价方法能对耕地的集约利用水平做出客观评价，具有很强的可行性和可操作性。通过分析指出今后继续实施严格的耕地保护制度，改善农业生产环境，引导微观主体合理决策是提高耕地集约度的重要措施。
关键词：耕地;集约利用;熵值法;灰色关联模型;湖北省
中图分类号：F301.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）20-5038-05
DOI：10.14088/ki.issn0439-8114.2014.20.072
Intensive Utilization of Cultivated Land in Hubei Province Based on
Entropy and Gray Relational Model
XIE Fang-jun，WANG Zhan-qi，YANG Jun，CHAI Ji，YU Chen
（The School of Public Adminstration， China University of Geosciences（Wuhan），Wuhan 430074， China）
Abstract： The intensive use of cultivated land is one of the most important ways to solve the problem between survival and development. The entropy and gray relational model was used to analyze the level of intensive use of cultivated land in Hubei for nearly 16 years. Studied the spatial difference of cultivated land intensive use between cities and prefectures in 2010. Results showed that in the nearly 16 years， the level of intensive land use was unstable. Before the year 2001， trend was down. After 2001 the trend was ups and downs. The trend was upward since 2007. The cultivated land with different levels of intensive use was relatively concentrated. The highly intensive cultivated land was mainly concentrated in the north-central and Ezhou city. The lowly intensive cultivated land was mainly concentrated in western Hubei and Xiaogan city. The rest of the cultivated land were moderately intensive. In the future， strict protection system of farmland should be kept. The environment of agricultural production should be improved. The micro-main rational decision making is important measure to improve the level of intensive use of cultivated land.
Key words： cultivated land; intensive use; entropy; gray relational model; Hubei province
当前中国正处于城市化与工业化加速发展时期，建设用地需求旺盛，城市用地的不断扩张侵占了大面积的耕地资源。然而，耕地资源是人类生存最为重要的基础。在土地资源的自然供给十分有限的情况下，解决人类生存与发展矛盾的关键之一就是挖掘现有耕地潜力，提高耕地资源的集约利用度。湖北省是中国的农业大省，是重要的粮、棉、油生产基地，研究湖北省的耕地集约利用水平，为政府提供合理的农业政策建议，对保证农业生产尤其是粮食安全具有重大的社会意义。
现阶段对耕地集约利用程度的评价很大程度上是借鉴城市土地集约利用评价的方法和思路。国内对集约利用有多方面的研究。在土地集约利用概念上，毕宝德[1]认为，单位土地面积上所投资本和劳动数量越多，集约利用程度就越高，反之越低;崔功豪等[2]研究认为投入只是耕地集约利用的一个方面，土地利用类型、土地产品价格、人口密度、地价等因素对耕地集约利用的水平也有重大影响;在指标体系的构建上，王亚侨[3]、姜仁荣等[4]、窦妍等[5]从不同的角度和思路建立了集约利用度评价指标体系，并且指标体系的建立大都划分了不同的层次目标;评价方法上，刘新卫[6]、刘成武等[7]采用德国学者Brinkman的方法评价农地集约利用水平，并引入基于价值形态的集约度概念;祝小迁等[8]运用综合指数评价法、聚类分析法、因子分析法分析了安徽省耕地集约利用变化及其驱动力。
目前国内学者对耕地集约利用指标和方法作了大量研究，取得了一定的成果，但是仍未形成统一的标准和体系，建立科学的方法和体系仍有待继续研究和进一步探索。灰色关联分析方法是一种被广泛应用的评价方法，但有的学者认为灰色模型评价法的评价精度较低，权重的确定是重要的影响因素[9]，而熵值法通过计算指标的信息熵，根据指标的相对变化程度对系统整体的影响来决定指标的权重，是一种客观赋权方法[10]，将这种客观的权重确定方法引入到灰色关联评价模型，提高了该模型在耕地集约利用评价中的精度。本研究在已有的耕地集约利用评价研究基础之上，选取并建立了耕地集约利用评价指标体系，首次将两种方法结合运用到湖北省长达16年的集约利用度评价上去，并选取2010年进行空间差异分析，具有很强的时效性和决策指导性。然后得出评价结果后分析原因，提出指导性的建议。
1 研究区概况与数据来源
湖北省位于中国中南部，长江中下游地区，土地总面积18.59万km2，耕地总面积达336.19万hm2。全省自然条件良好，光热充足，降水丰沛，无霜期长，雨热同季，四季分明，既有山区丘陵，也有平原湖区，土地适宜性广泛。湖北素有“湖广熟，天下足”的美誉，优越的气候条件和丰富的耕地资源使湖北省成为中国重要的农业生产基地，长期以来农业综合生产能力稳定，主要农产品产量均位于全国前列。研究湖北省的耕地集约利用水平关系到中国的农业生产发展，对保障中国的粮食安全十分有益。
本研究以湖北省耕地集约利用度的时空变化为研究对象，研究数据主要来源于湖北省土地利用变更调查、湖北省耕地质量等级成果补充完善（2012）、《湖北统计年鉴》（1996-2012）、《湖北农村年鉴》（2011）等。
2 指标体系与评价模型
2.1 评价指标体系的确定
耕地集约利用指标体系是评价耕地集约利用水平的基础，其构建的合理与否直接关系到评价结果是否科学[11]。本研究在遵循评价指标选取原则的前提下[12]，考虑到指标的可获得性和可操作性，结合已有的耕地集约利用研究和笔者的思考，建立了耕地集约利用水平评价指标体系（表1）[13-16]。
2.2 评价模型
熵值法是一种根据各指标所含信息有序程度来确定权重的一种方法。信息熵越小，指标权重就越大。利用熵值法确定权重，能够消除人为因素的干扰，使评价结果更加科学合理[17]。方法如下：①将数据标准化[11]。x′ij=（xij-xj）/sj+H（xij为标准化处理后的值，xij为第i个参评对象第j项指标值，xj为第j项指标的平均值，Sj为第j项指标的标准差，H为常数）②计算第j项指标下第i年指标值的比重yij，yij=x′ij/■x′ij（0≤yij≤1），由此可以建立数据的比重矩阵Y={yij}m*n。③计算指标信息墒值ej=-K/■yijlnyij（K为常数，K=■），信息效用值dj=1-ej。④计算评价指标权重wj=dj/■dj。
灰色关联评价系统将各列指标与最优序列指标进行比较，计算关联度系数，再结合权重得出与最优序列的关联度，即耕地的集约利用水平[18]。由于本研究选取的指标均为具有正效应的指标，所以灰色关联模型所选择的最优序列为各项指标的最大值。评价模型如下：①对各项指标数值无量纲化pij=xij/■x。②计算参考序列与比较序列的绝对差值zij=|pij-pijmax|。③计算参考序列与比较序列相关度系数？孜ij=zijmin+p*zijmin/zij+p*zijmax（p为分辨系数，一般取值为0.5[19]）。④计算综合得分Fi=■wi？孜ij。
3 湖北省耕地集约利用分析
3.1 时间序列分析
依据相关数据和评价模型，得出湖北省1996-2011年耕地集约利用度分值。
1996～2011年湖北省耕地集约利用水平可分为两大阶段（图1），第一阶段为1996年至2001年，整体呈总体下降趋势，其间1997年和1999年有小幅上升。第二阶段为2001年至2011年，整体呈波浪式上升趋势，在2005年至2007年有下降现象。
1996～2011年湖北省耕地集约利用度各综合指标中除耕地利用程度变化趋势异常以外，其他三项指标与耕地集约利用总水平变化趋势基本相近，即大趋势先下降后上升（图2）。可以说明湖北省耕地集约利用的水平与耕地的投入、产出和持续性的关系十分密切。2001年前耕地集约度下降的原因，可以考虑到当时的社会经济状况，农业生产的比较效益低下，全国各地都出现了农民进城务工的现象。这种趋势的加强，导致了农村劳动力的缺失，使各种投入也随之减少，耕地利用的程度也不断降低。在对耕地投入、产出和可持续性等相关指标的变化趋势的分析中发现，与耕地面积紧密联系的人均耕地指标和平衡系数指标也呈现出先下降后上升的趋势，其转折点在2003年。虽然此转折点比集约利用度的转折点迟到了2年，但同样可以判断耕地面积变化与集约利用度存在一定相关性。为进一步确定两者的关联程度，运用SPSS双变量相关分析得到耕地面积变化与集约利用度在0.05的置信度上的Spearman相关系数为0.532。
进一步分析，第一阶段，在整体趋势下降的情况下1997年和1999年小幅的上升态势主要是由于1997年耕地利用效益的提高和1999年耕地利用程度得到提高。通过数据分析发现，1997年粮食总产量增长了6%，农业总产值增加了9%，1999年实际机耕面积为1 993.85千hm2，增长达150%。在第二阶段，集约利用水平整体上升的情况下，在2005年到2007年间有小幅的下降，从图2中可以清楚看到耕地利用程度下降十分地剧烈，2006至2007年耕地可持续水平也有所下降。2006年至2007年复种指数都呈下降趋势，下降率分别达到了6.4%和3.6%，2005年和2006年的灌溉指数下降率也达到了1.5%和2.6%。以此可以判断耕地利用程度对耕地利用集约度也有显著影响。在2002年和2007年后耕地的集约利用水平都保持着一段时间的相对稳定的提高，结合国家的农业政策分析，2002年的种粮补贴政策和2006年取消的农业税政策，都在一定程度上刺激了农民种田的积极性，并加大了耕地的劳动力、资金等多方面的投入和耕地利用程度。
3.2 空间差异分析
为了研究湖北省耕地集约利用程度的区域差异，考虑到数据来源的时效性和可获得性，本研究选取了2010年的数据进行空间差异分析，来评价湖北省各市州的耕地集约利用度。
基于SPSS数据统计分析软件，采用K-均值聚类方法将湖北省各市州的耕地集约利用水平划分为3个等级，其中0.52以下为勉强集约，0.52～0.60为中度集约，0.60以上为高度集约。
湖北省耕地高度集约的地区主要集中在中北部及鄂州地区，勉强集约耕地主要集中在鄂西、鄂东南以及孝感地区。其余地区耕地均为中度集约水平（图3）。从地域差异角度分析，鄂西地区集约利用度较低，主要原因是鄂西多为高山地区，地形破碎，耕地多位于山涧河谷地区，并且面积狭小，农业基础设施十分落后，难以实现规模效益。自然条件的落后使农业投入相对较少，农业设施的不完善也使生产效益较低，加之山区交通不便，无形中增加了投入成本。山区的农业比较利益低下，山区农民进城务工现象十分普遍便导致了诸多村庄空巢以及许多老人村的存在;鄂东南地区以及孝感地区也存在部分自然条件较差的地区。鄂东南地区广泛分布的红色酸性黏土、自然灾害、环境污染等诸多因素均影响者耕地的有效利用。自然条件从根本上限制了这部分地区的耕地利用水平，以黄石市为例，即使在提高了投入强度的情况下，耕地的集约利用也仍处于勉强集约的水平。耕地高度集约利用地区各项指标值均较高且相对均衡，其中鄂州市虽然耕地面积在省内属于低水平，但投入强度为全省最高，使得耕地集约利用度处在高水平（图4）。
4 结论和建议
在已有的研究成果上，本研究通过构建耕地集约利用评价指标，采用将熵值法和灰色关联模型相结合的方法对湖北省耕地集约利用度进行时空分析，得出以下结论：①湖北省近16年的耕地集约利用水平不稳定。总体上以2001年为转折点，之前呈下降趋势，之后呈起伏上升状态，并且2007年以后整体保持平稳上升态势。②湖北省不同集约利用水平的耕地分布较为集中，“抱团”分布现象较为明显。高度集约的地区主要集中在中北部及鄂州地区，勉强集约耕地主要集中在鄂西、鄂东南及孝感地区，其余地区耕地均为中度集约水平。③将熵值法与灰色关联模型相结合的评价方法能对耕地的集约利用水平做出客观评价，具有很强的可行性和可操作性。
通过分析，提出以下提高湖北省耕地集约利用水平的措施建议：①继续落实严格的耕地保护政策。城市化进程的加快必定会侵占宝贵的耕地资源。数据统计显示，1996年到2003年湖北省的耕地面积减少31.4万hm2，与耕地集约利用度水平的变化趋势大体一致。因此制定科学合理的土地利用规划，合理划分土地用途分区，实行严格的土地用途管制制度，严格控制农用地的非农化。2003年后耕地数量的增加与实施了严格的耕地保护制度是分不开的。②通过土地整治改善农业生产环境。湖北省地貌类型丰富，区域差异显著，因地制宜地开展土地整理工程，改善各地的自然条件和基础设施，使农业投入获得最大的效益回报。③宏观调控引导微观主体决策。农民是农业生产的微观主体，拥有生产发展的微观决策权。在农业比较利益低的情况下，农村劳动力非农化在一定程度上会限制农业生产的投入。因此政府应不断采取各种政策，保障农民的利益，提高农民的种田积极性，同时广泛开展农业技术培训，提高农民的科学文化素质。随着农民素质的提高，将使农民的集约利用耕地的自觉性提高，继而提高耕地集约化利用比例，使农业生产决策更加理性化。
参考文献：
[1] 毕宝德.土地经济学[M].北京：中国人民大学出版社，1995.
[2] 崔功豪，魏清泉.区域分析与规划[M].北京：高等教育出版社，1999.
[3] 王亚侨.节约和集约用地评价指标体系研究[J].中国土地科学，2006，20（3）：24-30.
[4] 姜仁荣，李满春.区域土地资源集约利用及其评价指标体系构建研究[J].地域研究与开发，2006（4）：117-124.
[5] 窦 妍，南 灵.基于PSR框架的耕地集约利用评价及驱动力研究―以关中地区为例[J].农业现代化研究，2011，32（5）：615-618.
[6] 刘新卫.农地资源集约利用及其评价浅探[J].国土资源报，2005（8）：5-10.
[7] 刘成武，李秀彬.基于生产成本的中国农地利用集约度的变化特征[J].自然资源学报，2006（1）：9-15.
[8] 祝小迁，程久苗，费罗成.安徽省耕地集约利用及其驱动力分析[J].中国土地科学，2009（2）：11-17.
[9] 李国良等.基于墒权的灰色关联分析模型其应用[J].水资源与水工程学报.2006（17）：15-18.
[10] 熊小青.基于熵值法的耕地集约利用评价研究―以重庆市开县为例[D].重庆：西南大学，2009.
[11] 周艳梅，周 兴.基于熵值法的广西耕地集约利用评价[J].江西农业学报，2009，21（4）：171-174.
[12] 李瑞华，陈秋计，樊良新，等.省域耕地集约利用评价――以河南省为例[J].安徽农业科学，2007，35（28）：8958-8960.
[13] 倪 念，刘劲松.湖北省耕地利用集约度评价及分析[J].新疆农垦经济，2009，32（12）：47-51.
[14] 何国松，黄莉敏，金 赉，等.2000-2009年鄂南丘陵山区耕地集约利用变化分析[J].资源开发与市场，2011，27（12）：1073-1074，1100.
[15] 赵宏波.河南省耕地集约利用的驱动力分析[J].农业现代化研究，2010，31（6）：729-731.
[16] 张 侠，亢翠霞，刘 珊，等.山东省寿光市耕地集约利用评价研究[J].安徽农业科学，2010，38（4）：1971-1973.
[17] 赵 丽，朱永明，付梅臣，等.主成分分析法和熵值法在农村居民点集约利用评价中的比较[J].农业工程学报，2012（7）：235-242.
[18] 朱前涛.甘肃省耕地资源集约节约利用及其实现途径研究[D].兰州：兰州大学，2010.
[19] 何军峰.基于熵权的灰色关联模型对陕西省物流业的研究[J].中国商贸，2011（32）：170-171.