张鹏岩 秦明周 闫江虹 李 瑾 杨 林 孙 超

(1河南大学资源与环境研究所，河南开封475004;2河南大学环境与规划学院，河南开封475004)

河南省耕地资源利用效益的影响因素及特征分析

张鹏岩1，2秦明周1，2闫江虹2李 瑾2杨 林2孙 超2

(1河南大学资源与环境研究所，河南开封475004;2河南大学环境与规划学院，河南开封475004)

耕地资源利用效益的分析和评估对于保障国家粮食安全、提高耕地资源利用效率具有重要意义。本研究建立了耕地资源利用效益指标体系，借助SPSS和GIS软件，利用主成分分析法对1999年、2002年、2005年和2008年河南省18个地级市耕地资源利用效益的影响因素和变化趋势进行了评价分析。结果表明:①在10年间，河南耕地面积保持基本稳定，耕地利用总体效益有所增加，分布特征发生变化，由北高南低转为东高西低。②就耕地资源利用效益的影响因素分析看，10年间，耕地利用效益主要受社会经济条件的强烈影响，影响粮食产量的主要因素由化肥施用量逐渐转变为单位耕地面积农业劳动力的数量和素质;提高复种指数是扩大作物播种面积、挖掘耕地利用潜力和提高农作物总产量的有效途径;农机动力的投入和农业机械化水平的提高对耕地利用效率具有重要推动作用;农业投资比重的提高，有助于提高土地耕作效率，提高粮食产量。在综合评价分析的基础上，提出了河南省耕地资源利用效益提高的途径和合理利用耕地资源的对策建议。

耕地资源，利用效益，主成分分析，河南省

耕地资源直接关系到国家的粮食安全，与社会和谐、政治稳定、经济持续发展息息相关，对农业和国民经济起着不可替代的基础性作用［1－3］。我国是世界人口大国，粮食自给率水平的高低，关系到国内粮食的生产与消费，农业的发展方向［4－6］。20世纪80年代以来，我国耕地供给表现出不断减少的态势，已经使我国粮食需求与耕地供给呈现出一种紧平衡［7］。耕地数量平衡与质量下降的错位已成为我国耕地资源利用中存在的一个突出问题。因此，在后备耕地资源有限的情况下，保护并提高区域内现有耕地的质量［8］，持续提高耕地资源的利用效益，是解决粮食安全的重要途径。研究表明，耕地资源利用效益的提高，除受区域自然条件的制约外，还与区域社会经济发展水平、种植方式、耕作习惯、投入能力和农田设施建设等密切相关［9］。我国耕地资源的稀缺性日益突出，耕地资源短缺，已经成为我国生存和发展的制约因素［10－11］。我国山东［12］、广东［13］、湖北［14］、江苏［15］、和贵州［16］等诸多省份耕地利用效益已经呈现下降趋势。国务院新近通过的《全国新增1000亿斤粮食生产能力规划(2009－2020年)》中也再次强调了耕地保护和粮食生产安全的重要性，并为耕地保护与粮食生产制定了更为明确的目标和更加详细的措施［17］。

多年来，河南省是我国的粮食主产区之一，为我国的粮食安全做出了突出的贡献。随着社会经济的迅速发展，河南省作为一个农业大省在保障国家粮食供给和安全方面的作用将日益凸现［18－23］。河南省作为全国的粮食主产区，粮食总产量占全国的10%以上，在全国粮食安全保障方面发挥着非常重要的作用，其耕地资源利用中表现出的问题，也具有一定的典型性和代表性。随着河南省社会经济的发展，耕地资源利用中诸多相关因素不断发生变化，粮食生产出现了不稳定和较大波动的现象，对区域粮食安全产生重要影响。

研究和探讨区域耕地资源利用中的影响因素，有助于认识和揭示区域粮食生产中的主要问题，对制定和调整相关的耕地资源利用政策，改进耕地资源利用方式具有重要的参考价值。本文运用主成分分析法对1999年、2002年、2005年和2008年河南省的耕地利用效益进行分析，探讨影响河南省耕地资源利用效益的主要因素，提示相应的对策和建议。

1 研究区概况

河南省是中国历史上农业开发利用最早的地区之一，土地开发利用程度高，土地利用类型复杂多样，土地质量分布差异明显。它处于中国地势的第二阶梯和第三阶梯的过渡地带，地形西高东低，高差悬殊。山地、丘陵、平原(包括盆地)面积分别为 4.44 万 km2、2.96 万 km2、9.30万km2，分别占全省土地总面积的 26.6%、17.7%、55.7%。西部以山地为主，中东部绝大部分是平坦广阔的平原。平原地区以沙颍河为界，以北是以黄河为主体的冲积扇平原，以南则为淮河及其支流泛滥冲积和洪沼堆积而成的低缓平原。在平原边缘与山地交接地带为洪积平原区。根据2009年土地变更调查结果显示，全省土地总面积16.55万 km2，各类土地面积为:耕地11 889.56万亩;园地470.87万亩;林地4 527.84万亩;牧草地21.57万亩;其他农用地1 512.24万亩;居民点及独立工矿用地2 824.15万亩;交通运输用地182.55万亩;水利设施用地273.24 万亩;未利用土地2 277.43 万亩;其他土地 851.01万亩，人均耕地1.20亩。全省土地开发复垦整理增加耕地15.38万亩，建设占用耕地14.67万亩，适宜开发为耕地的未利用地较少，耕地后备资源严重不足。

2 耕地利用效益评价指标体系的构建

2.1 耕地利用效益影响因素分析

耕地利用效益是指耕地生态系统服务功能被人类社会实际利用后所产生的直接和间接效果的总称［24－25］。效益指标是参与耕地利用效益强弱的因素，是进行评判耕地利用效益强弱的直接依据。不同的地域，不同的层次，其影响的因素也会有所不同。选择的因素应相互联系与作用，共同影响和决定耕地资源的利用效益程度。

2.2 评价指标体系构建

本文选取人口密度、城镇化率、人均生产总值、地均水资源量、复种指数、年均降水量、每公顷耕地的化肥施用量、每公顷耕地的农机动力投入、单位耕地面积平均农业劳动力、灌溉指数、农业投资比重、单位面积粮食产量等12个指标构建河南省耕地利用效益的评价指标体系。

经综合分析指标选择过程中具有可比性、不可代替性和难获取性的原则，本文经过筛选，选取8个指标构建河南省耕地利用效益的评价指标体系，其中X1为单位耕地面积平均农业劳动力，X2为城镇化率，X3为灌溉指数，X4为农业投资比重，X5为复种指数，X6为单位面积粮食产量，X7为每公顷耕地的化肥施用量，X8每公顷耕地的农机动力投入(表1)。

表1 耕地利用效益评价指标体系Tab.1 Evaluation index system of cultivated land resources use efficiency

3 耕地利用效益定量评价与特征分析

3.1 分析方法

运用主成分分析法对河南省1999年、2002年、2005年和2008年18个地级市耕地利用效益进行分析。

应用主成分分析法对评级指标进行降维处理，可以从中找出选取的对耕地利用强度有相关性的指标被重组之后得出的主分量，可以加以判断和分析。该方法不仅可以使土地评价中所采集的大量信息尽可能地减少损失，而且可通过数学变换将原有的多个因素因子转化为少数几个相互线性无关的主要分量，从而实现简化数据结构，并根据主成分的方差贡献率客观地确定权重，避免评价指标的共线性和权重确定的人为性，使评价结果更趋客观合理［26－28］。

3.2 数据来源及模型计算

1999年、2002年、2005年和2008年各评价指标相关数据均源自《河南省统计年鉴》、《河南农村统计年鉴》和《河南调查年鉴》等河南省政府及相关职能部门的年度统计资料，根据研究需要，对复种指数、化肥施用量等指标数据进行了必要的处理和转换。本文采用直线型标准化方法对指标进行处理。

其公式为:

式中:maxxi，为xi中的最大值，Xi为无量纲化后的数值，如果数据为逆向指标，则取其倒数，然后再进行无量纲化处理。得到标准化数据。应用主成分分析法，对标准化处理后的数据进行分析。

利用SPSS 17.0进行巴特利特球度检验和KMO检验。其中，1999年、2002年、2005年和2008年得值分别为0.655、0.536、0.592 和 0.637(均大于 0.5 的要求)，表明适合做主成份分析。按照累计贡献率大于75%的原则，提取3个特征值大于1的主成分，成分1、成分2和成分3的累积贡献率达到 80.5%、75.8% 、75.7% 和 78.0%。一般说，累积贡献率在75%以上的成分已基本反映了原变量的主要信息。

根据前面描述，得出检验的结果。

由1999年耕地利用效益成分矩阵可以看出(见表2):每公顷耕地的化肥施用量是对主成分1的载荷贡献率最大的，达到了0.921，这说明在当时化肥施用量的提高，可以提高粮食产量，促进耕地利用效益最大化。其次是复种指数，载荷贡献率达到0.850，复种指数的高低受当地热量、土壤、水利、肥料、劳力和科学技术水平等条件的制约，因地制宜地提高复种指数，是扩大作物播种面积，挖掘耕地利用潜力和提高农作物总产量的有效途径。每公顷耕地的农机动力投入是对主成分2的载荷贡献率最大的为0.901，这说明在1999年时，耕地利用投入了大量的农机动力，也反映出耕作机械化水平的提高，机械化水平的提高将会提高耕地利用效益水平。主成分3中地城镇化率的载荷贡献率是0.793，1999年时，城市化开始兴起，城市扩张，大兴土木，镇化率的提高加剧了土地的使用。

表3 2002年耕地利用效益成分矩阵Tab.3 Component matrix in 2002

由2002年耕地利用效益成分矩阵可以看出(见表3):复种指数是对主成分1的载荷贡献率最大，达到了0.795，这说明在保持其他条件不变的情况下，当对土地进行多次反复利用，扩大农作物播种面积，是挖掘耕地利用潜力和提高农作物产量的有效途径;虽然与1999年的复种指数相比，载荷贡献相对减少，但通过后面分析的复种指数主成分分析，可知，复种指数的载荷贡献率却随时间变化，逐渐增加。其次是城镇化率，载荷贡献率达到0.803，随着经济的发展，城镇无限制的扩张和对耕地的侵占，促使人们认识到土地的重要性，使得人们对耕地的利用向集约化发展;同时大量农村劳动力进城打工，部分农村劳动力在城市生根发展，农村大量的耕地被闲置下来，这些闲置下来的耕地一般进行合理的流转，农业发展逐渐向规模化和专业化发展。在成分3中，每公顷耕地化肥施用量的载荷贡献率是0.613，这说明在其他因素不变的情况下，通过对化肥的适度使用，可以提高农作物的产量。

由2005年的土地利用效益成分矩阵可以看出(见表4):复种指数是对主成分1的载荷贡献率最大，达到了0.932，这说明在其他条件不变的情况下，提高土地利用率，可以提高农作物的产量。其次每公顷耕地的化肥施用量，载荷贡献率达到0.730，与1999年相比，每公顷耕地化肥施用量的载荷贡献率相对比较低，这可能由于之前的技术的限制，在其他条件不变的情况下，农户倾向多施肥，以提高农作物产量，但是随着时间的变化，其他农业技术也得到长足的发展，耕地对化肥的需求量相对减少。最后是单位耕地面积平均农业劳动力的载荷贡献率达到0.864，这说明在2005年这个时期，单位耕地面积上的农业劳动力的数量和素质的提高，是耕地利用效益强度变大。

表4 2005年耕地利用效益成分矩阵Tab.4 Component matrix in 2005

表5 2008年耕地利用效益成分矩阵Tab.5 Component matrix in 2008

由2008年耕地利用效益成分矩阵可以看出(见表5):单位耕地面积平均农业劳动力是对主成分1的载荷贡献率最大的，达到了0.831，与2005年相比，在这个时期单位耕地面积上的农业劳动力的载荷贡献率比较低，这可能由于农村劳动力进城，留下大量土地，得到了合理的流转，使得农业生产进行规模化，不在需要更多的劳动力，但是可能需要更多的高素质农业技术劳动力。其次是每公顷耕地的农机动力投入，载荷贡献率达到0.819，这和耕作业发展实际相吻合，说明了随着社会和经济的发展，现在的耕地利用大量的投入了农机动力，也反映出耕作机械化水平的提高，农业机械化作业领域由粮食作物向经济作物，由大田农业向设施农业扩展。农业投资比重是对主成分2的载荷贡献率最大的，达到了0.86，这说明农业经济效益的投入，能够加大耕地利用效益的提高，投入到农业耕作资金会越多，提高耕作效率，提高粮食产量。其次，每公顷耕地的化肥施用量、复种指数也是和耕地利用效益密切相关的，他们的载荷贡献率分别是0.580和0.572。主成分3中地城镇化率和灌溉指数，它们的载荷贡献率是0.872和0.505，城镇化率的提高加剧了土地的利用，土地利用强度随之加大，促进土地的利用集约化，与2005年相比，城市化进程加快，一方面城市对外扩张，侵占耕地的耕地，另一方面由于大量农村劳动力进城落户，耕地合理的流转，促使耕地集约化发展;灌溉指数说明改进现有灌溉和排水土地相关的水资源，并提高水资源使用效率，可以提高土地生产力，促进粮食生产。

为了计算河南省耕地资源利用效益指数，本研究根据上述提取出的3个主因子，构建河南省耕地资源利用效益指数的评价模型:

式中:Fi表示第i个城市的耕地资源利用效益指数;xij表示第i个城市的第j个主成分的得分;aj代表第j个主成分相应的权重，其取值是第j个主成分的方差贡献率除以三个成分的累计贡献率;p为主成分的个数，等于3。

最后，将得到的1999年、2002年、2005年和2008年耕地利用效益指数分为6个级别，其中指数越高，耕地利用效益越强，最后并采用ArcGIS 9.3对以上数据做空间描述。

由图1可以看出，河南省耕地利用效益指数1999年时呈北高南低，其中耕地利用效益指数最高的焦作(2.74)，其次是济源、鹤壁，分别是 2.26、2.01;焦作市、济源市依傍黄河，水资源充沛，灌溉有序，农业劳动力较多，生产条件合理，粮食产量高。可以说1999年时，城市化率和农业投资比重并不高的情况下，由于豫北地区临近黄河水资源和农业拉动力的保障，使得成为在1999年时河南省耕地利用效益较高的区域。耕地利用效益最差的是南阳(0.35)，其次是驻马店(0.61)、信阳(0.95)、开封(0.96)、三门峡(0.98)。南阳市位居南阳盆地，信阳、驻马店位于山地丘陵地区，当时科学技术并不发达，化肥施用量和农机动力投入不高，粮食产量较低，故耕地利用效益不高。

图1 1999年、2002年、2005年和2008年河南省耕地利用效益分布对比Fig.1 Distributing contrast of cultivated land resources use efficiency in 1999，2002，2005 and 2008

由图1可以看出，与1999年相比，2002年河南省耕地利用效益指数分布首先向东偏北方向转移，然后向东偏南方向转移。其中耕地利用效益指数最高的是焦作(2.87)，其次是濮阳、新乡，分别是2.38、2.13;焦作地处黄河中下游北畔，农业开发历史悠久，具有精耕细作的优良传统。濮阳地势平坦，属于河冲平原，气候宜人，土地肥沃，灌溉便利，所以成为中国重要的商品粮生产基地和河南省粮棉主要产区之一;新乡地处黄河下游平原，属于暖温带大陆性季风气候，四季分明，冬寒夏热，秋凉春早，年平均气温14℃，年平均降水656.3mm，加上区域内的劳动力资源丰富，所以使得这些区域成为耕地利用效益指数比较高的地区。最后是驻马店(0.957)、信阳(0.933)、洛阳(0.816)、南阳(0.730)、三门峡(0.421)。与1999年相比，这几个最差的地区在得分上有所提高，说明经过几年的发展，这些地区在其他的条件不变的情况下，通过提高土地的利用率，增加化肥施用量可以提高区域的耕地利用效益。

通过与1999年和2002年的耕地利用效益图对比，可以看出2005年的土地效益利用效益逐渐向东偏南方向移动，即:向豫东低洼平原和豫东黄淮平原移动。其中耕地效益指数最高的漯河市(2.416)，其次是焦作、濮阳，耕地利用效益指数分别为2.241、2.130;漯河在2005年异军突起，可能得益于漯河地区的比较优势的发挥，首先，在自然条件上，漯河处于伏牛山东麓平原与淮北平原交错地带，属暖湿性季风气候，四季分明，常年降水量786mm，加上境内淮河两大支流流沙河、澧河贯穿全境，灌溉水源充足，利于农业的发展;其次，在社会经济条件上，漯河处于中部内陆城市，区域内的劳动力资源丰富，加上区域内的工业基础好，为农业的发展提供了较好的保障。焦作和濮阳土地利用在这个时期，其比较优势依然很强劲，虽然在得分上比1999年和2002年有所下降，这有可能是发展到一定阶段后，速度逐渐放缓的正常现象。得分最差的是三门峡和济源市，分别为0.464和0.180，三门峡由于其处于山区，耕地资源相对较少而贫瘠，造成区域耕地生产力下降;济源市2005年与1999年和2002年相比，差别比较大，这可能是由于济源市本身面积比较小，在耕地利用效益上不具有比较优势。

通过对前几年分析比较得出，2008年耕地利用效益指数分布呈东高西低，分布呈阶梯状，其中耕地利用效益指数最高的依旧是焦作市(2.71)，其次是濮阳、漯河，指数分别是2.28、2.12;耕地利用效益指数较高的地区在豫东低洼平原和豫东黄淮平原，这个区域耕地资源保护较好，农业投资较大，基础设施完备，且自然条件比较优越，单位面积粮食产量较高，故耕地利用效益较好。最差的是三门峡(0.08)，其次是洛阳、郑州和南阳，指数分别是 0.81、0.91、0.92。三门峡市由于地处山地丘陵区，矿产资源丰富，耕地面积少，单位耕地面积平均农业劳动力相对减少，农业投资比重相对较低，使得三门峡市耕地利用效益指数最低;郑州市、洛阳市是河南省经济、文化和科技强市，近几年该区域城市化进程较快，经济区与开发区发展势头迅猛，占用土地较多，复种指数降低，并将大部分农业劳动力转为城市工业人员或服务人员，使得耕地利用效益指数较1999年、2002年和2005年有所降低。

4 结论与建议

(1)通过主成分分析方法验证，评价结果均显著表明，随时间变化，耕地利用效益与区域经济发展密切相关，农业自然条件限制相对变小。从本文截取的四个时间点可以看出，每公顷耕地的化肥施用量、单位耕地面积平均农业劳动力、农业投资比重和复种指数具有正向作用。随着河南对农业投资力度的加大，以及中原经济区的建设上升到国家高度，河南省的耕地利用效益在空间上随着时间变化，主要向东部平原区集聚。通过持续、稳定地增加农业投入，从根本上改善农业生产条件，淘汰落后生产方式，搞好水资源在农业部门间的合理分配，提高耕地利用效益。严格控制污染源，减少污染物排放，加大力度保护并提高耕地质量。提高耕地持续生产能力，是保证国民粮食安全的关键。

(2)城镇化和工业化对耕地利用效益具有逆向作用。1999年河南省的城市化率仅为19.4%，到2008年河南城市化率达到36%，这说明河南省城市化发展迅速，农村大量劳动力涌向城市，单位耕地面积农业劳动力变少，城市人口增加;由于国际上产业升级以及我国东部制造业向中西部的转移，河南省为了吸进更多的东部制造业，部分地市越来越倾向于以地招商、以地集资，造成大量农耕土地侵占，特别是优质农耕地的侵占。随着河南省社会经济的快速发展，全省的城市化进程还将进一步加快，建设占用耕地和耕地资源保护之间的矛盾将更加突出，在严格控制各项建设占用耕地，切实执行“占一补一”政策的同时，还应重视对现有建设用地的节约集约利用，一方面建设尽可能不占或少占耕地，另一方面加大土地资源的挖潜，进一步加强对废弃地、闲散地等低效闲置土地的整治和利用。

随着中原经济区上升国家战略，中原城市群已逐步形成规模，城市要发展，就必须大量的使用建设用地，同时又要切实保持耕地面积稳定，这是发展中关键问题，主要措施为:提高耕地利用总体效益，稳固粮食产量，促进经济发展与人口、资源、环境相协调，合理安排非农业建设用地和生态环境保护用地，重点保障中原经济区、地区性中心城市和能源、交通、水利等基础设施以及战略支撑产业发展用地。

(3)加强耕地资源利用管理的模式创新。通过吸收国内外发达地区的耕地资源利用经验，结合河南省实际，创新耕地资源利用模式。健全基本农田保护制度，保持耕地总量动态平衡，提高土地利用效率，推动土地利用方式由外延扩张向内涵挖潜、由粗放低效向集约高效转变，走出一条工业化、城镇化与粮食安全“双赢”的全新发展道路。

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Study on Impact Factors and Characteristic of Cultivated Land Resources’Utilization Benefit in Henan Province

ZHANG Peng-yan1，2 QIN Ming-zhou1，2 YAN Jiang-hong2 LI Jin2 YANG Lin2 SUN Chao2
(1.Institute of Resource and Environment，Henan University，Kaifeng Henan 475004，China;2.College of Environment and Planning，Henan University，Kaifeng Henan 475004，China)

The analysis and assessment of the cultivated land resources’utilization benefit are greatly important to ensure the national food security and to improve the cultivated land resources’use efficiency.This study creates the cultivated land resources’utilization benefit index(system)，and adopts the principal component analysis to analyze the influencing factors and the trend of the cultivated land resources’utilization benefit of 18 cities in Henan Province in 1999，2002，2005 and 2008 by using SPSS and GIS.The results show that:① In Henan Province，during 1999－2008，the size of cultivated land area remained stable，but the cultivated land use overall benefit has been increased and its characteristic distribution has changed from high in the North of China，low in the South of China to high in the East of China and low in the West of China.② According to the analysis of the influencing factors of cultivated land resources’utilization benefit，within ten years time，the cultivated land utilization benefit was mainly affected by the society’s economics conditions.The main factors affecting food production(units)by the amount of chemical fertilizer using has gradually transformed into the quantity and quality of cultivated land agricultural labor per unit.The increase of multiple crop index is the most effective way to expand the crop sown area，to explore the cultivated land potential and to increase crop total output.The input of agricultural machinery power and the increase of the agricultural mechanization play the important roles in promoting the cultivated land use efficiency.The raise of the proportion of investment in agriculture helps to improve the efficiency of land cultivation and to increase the food production.Based on the comprehensive evaluation analysis，this papers attempts to provide some countermeasures and suggestions to increase cultivated land resources’utilization benefit and to use cultivated land more rationally for Henan Province.

cultivated land resources;utilization benefit;principal component analysis;Henan Province

F301.1

A

1002－2104(2013)01－0162－08

10.3969/j.issn.1002－2104.2013.01.023

2012－08－30

张鹏岩，博士生，主要研究方向为资源利用与环境保护。

秦明周，教授，博导，主要研究方向为土地资源管理与利用。

国家自然科学基金面上项目“黄河下游引黄自流灌区土地变化特征与可持续性评价研究”(编号:41171439)。

(编辑:徐天祥)