河北省南和县耕地集约利用评价及障碍度诊断

孙英彪 贺文龙 赵瑞东++门明新

摘要：为探究耕地利用中的主要障碍限制因素，实现耕地的集约高效利用，以有着“畿南粮仓”之称的河北省南和县为例，从耕地投入强度、利用程度、利用效率、持续状况4个方面构建评价指标体系，应用变异系数法确定指标的权重。在此基础上通过构建的评价模型定量计算南和县及各乡镇耕地集约利用分值，并进行时空特征分析以及障碍因素分析。主要研究结论如下：（1）2003—2013年，南和县各乡镇的集约水平在提高，集约利用等级逐渐由低等级向高等级转化；集约利用等级相同的乡镇呈现集聚连片分布和数量逐年扩大的特征；（2）2003—2013年，南和县及各乡镇因素层因子间的协调度在增加；[JP2]（3）2003、2008、2013年，因素层障碍因子中，投入强度和持续状况分别是全县最大和最小的限制因子，其他2项因素排名中等、差别不大；各乡镇的排序和全县的整体情况基本一致；2013年，持续状况是和阳镇最大的因素层限制因子。指标层因子中，南和县以及各乡镇排名前6位的限制因子不尽相同，绝大多数属于投入强度指标；2013年，除投入强度指标外，人均耕地、粮食安全系数、垦殖系数、复种指数也是某些乡镇耕地集约的限制因子。[JP]

关键词：时空分异；集约利用；障碍度；耕地；南和县

中图分类号：F301.21文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2017）04-0217-07

耕地是人类生产和生活资料的最重要来源，是保障国家粮食安全、经济发展和社会稳定的基本物质条件[1]。随着经济发展和粮食需求量的增加，以及现代化进程中建设用地对耕地资源的挤占，耕地资源的稀缺性已成为国计民生的瓶颈[2]。这一现实矛盾的解决之道在于认知耕地集约利用现状并有效提高其水平，以便充分挖掘存量耕地的生产潜力，从而确保地力提升和粮食的充分供给，最终实现农业现代化和社会经济的稳步推进。特别是河北省具有良好的农业基础以及区位优势，为京津冀经济增长稳定发展起着不可或缺的作用，因此对河北省耕地集约利用水平的评价和对策分析，具有重要的现实意义以及示范价值。

对于耕地集约利用评价的研究，国内外学者进行了大量有益的探索，并取得了一定的成效，而大多数的研究内容集中于理论内涵挖掘、现状及潜力评价。其他方面的研究内容主要包括时空变异分析、协调性研究[3-5]、利用模式研究、驱动力研究[6-8]、相关性研究[9-10]、通径分析研究[11]、限制因子或驱动力分析研究[12-15]、环境生态变化、政策建议和影响因素研究[16-18]等。评价方法可分成单类法、多类法。单类法是指选取某一类指标进行评价的方法，最典型是通过单位面积的各种投入程度来衡量集约水平大小[19]；多类法是指选择多类别指标的方法，如利用PSR模型或者是由投入水平、利用水平、产出水平、可持续水平等方面指标组成的指标体系。众多学者在耕地集约利用概念的指导下，从不同方面、不同尺度采用了不同的评价方法进行研究，虽已取得了一定的成果，但研究中仍然存在着不足，例如乡镇尺度的耕地集约利用水平的研究在河北省尚不多见，将其与障碍度结合的研究更少，不利于因地制宜进行局部分析和见微知著把握全局状况。

本研究以有着“畿南粮仓”之称的河北省南和县为例，从4个方面选取了15个评价指标，力求能够全面表征研究区的集约利用状况，对评价结果进行分级，并对各个指标的协调度以及障碍度进行了分析，以期为南和县今后耕地的可持续利用提供政策导向。

1研究区概况与数据来源

1.1研究区概况[HT]

南和县属邢台市管辖，东临平乡县，西与沙河市、邢台县毗邻，北与任县相连，南与鸡泽县、永年县接壤，总面积为 41 800 hm2；地处平原，海拔较低，地面起伏不大，自西南向东北倾斜；本区域属于暖温带大陆性季风气候；区域内土壤多为潮土；区域河流众多，均属季节性河流；南和县辖3个镇、5个乡，分別为和阳镇、贾宋镇、郝桥镇、东三召乡、阎里乡、河郭乡、史召乡、三思乡，县政府所在地在和阳镇。

1.2数据来源

根据评价对象和目标，收集整理了相关的基础资料，本研究中所用数据主要来源包括：（1）河北省农村统计年鉴；（2）南和县经济统计年鉴；（3）南和县土地利用总体规划（2009—2020）；（4）南和县行政区划图。

2研究方法

2.1耕地集约化评价

2.1.1耕地集约化评价的指标体系建立

耕地集约利用是一项综合的利用活动，涉及到农业、土地、科技、环境等多个领域，所以构建耕地集约利用评价指标体系要全面考虑集约利用的丰富内涵。笔者以此为出发点，结合南和县的实际情况，确立了综合性、层次性的指标体系，包含投入强度、利用程度、利用效率、持续状况等4个子系统和15个具体的指标。具体指标及其含义见表1。

其中，投入强度因子反映了耕地的投入水平；耕地利用程度指标则反映其利用状态；利用效率因子反映其产出情况；持续利用指标则反映其利用的可持续性。具体解释如下。

2.1.1.1投入强度

该因素反映了耕地的投入水平，可用来表示生产要素的使用状况，是影响耕地利用的重要因素[20-21]。本研究主要选取了单位劳动力投入、单位机械投入、单位用电量投入、单位机井投入、单位化肥投入、单位农药投入、单位柴油投入等7个指标来表征这项因素。

2.1.1.2利用程度

该因素体现了耕地的开发利用状况[22]。一般而言，它与耕地与集约水平同向发展。本研究选用了复种指数、灌溉指数、土地垦殖系数等3个指标来表征这项因素。

复种指数受区域水分、热量、土壤、地形、肥力等自然条件与劳力和技术水平等社会经济发展条件的综合影响。复种指数表示1年内耕地的平均利用次数，复种指数越高表明耕地利用程度越高。

耕地灌溉指数为评价单元的有效灌溉面积与耕地总面积的比值，灌溉指数越高，表明灌溉条件好的耕地面积越高，能有效地反映人类对耕地利用条件的改善大小。高的灌溉指数是保证耕地质量和粮食产量，实现耕地集约利用的前提条件。

垦殖系数表示评价单元内土地资源开发利用的程度。它的值越大，表示土地的开发利用程度越高，该区域耕地保有率越高，耕地集约利用条件越好。

2.1.1.3利用效率

该因素体现了耕地的单位产出水平[23]。本研究用地均产值、劳均产值、地均产量等指标来表现该因素。

2.1.1.4持续利用状况

该因素本研究用粮食安全系数、人均耕地2个指标来表征。耕地是利用的载体，保护耕地是实现集约利用的前提[24]。粮食安全系数、人均耕地是权衡耕地可持续状况的主要依据。确定粮食安全占有量的标准时，要权衡我国和河北省的平均水平，该值设为400 kg/人。粮食安全系数为实际人均粮食占有量与粮食安全占有量的比值。该值越高，每个人拥有的粮食越多，越能保障耕地的可持续利用。人均耕地表示每个人耕地的占有量，该值越小，表示每人拥有的耕地数量越少，说明耕地的压力越大，耕地越难以持续利用（表2）。

2.1.2指标数据标准化

由于原始数据的单位不一致，相互间不具有可比性，不能直接进行运算，必须进行无量纲化处理，将有单位的数据转化为无单位的相对数，消除由于指标数据之间单位的差异所造成不良后果，在此基础上运用数学模型对单元评价与分析对比。

本研究选用极差标准化法处理数据。极值标准化是数理统计分析中经常采用的一种数据标准化的方法，可以把原始值线性变换到[0，100]的区间内。

对于正向指标，其标准化公式为：

[JZ（]Ii=（Xi-Xmin）/（Xmax-Xmin）×100。[JZ）][JY]（1）

对于逆向指标，其标准化公式为：

[JZ（]Ii=（Xmax-Xi）/（Xmax-Xmin）×100。[JZ）][JY]（2）

式中：Ii为第i项指标的标准化分值；Xi为第i项指标的原始指标数据值，Xmax、Xmin分别为第i项指标的最大值与最小值。

2.1.3指标权重的确定

某因子的权重可反映该因子的相对重要性，权重越大，说明该评价因子对评价结果影响越大。权重确定过程实际上就是权重体系建立过程和因子的排序过程。

有2种求取权重的方法：（1）主观法。该方法是根据对指标的重要性的经验判断确定权重的方法，主要包括专家打分法、模糊综合评价法和层次分析法等；（2）客观法。该方法根据从原始数据的获得信息来求取权重。前者尽管反映了权重确定者对某些指标的偏好，并且这种偏好不一定准确。为防止主观赋权法确定的权重与真实权重产生较大偏差，本研究应用变异系数法来计算指标的权重。

变异系数法的赋权原理为，由于变异系数是标准差与平均值的比值，因而它是一个无量纲的数据，可真实地反映指标数据在评价单元间的差异程度，变异系数越大，说明该指标在不同评价单元间的变化越明显，能更好地区分评价单元，响应的权重也就越高。采用该法可以增加评价结果的区分度。计算公式如下：

[JZ（]Vi=[SX（]σix[TX-*5]i[SX）]。[JZ）][JY]（3）

式中：Vi是第i项指标的变异系数；σi是第i项指标的标准差；x[TX-*5]i是第i项指标的平均数。

各项指标的权重为：

[JZ（]Wi=[SX（]Vi∑[DD（]ni=1[DD）]Vi[SX）]。[JZ）][JY]（4）

2.1.4评价模型的构建

在计算各指标数据标准化值和确定指标数据权重的基础上，将各指标的标准化值与其权重相乘之后进行累加，应用加权求和评价模型来量化其集约水平。其计算公式如下：

[JZ（]Fi=∑[DD（]ni=1[DD）]Iij×Wj。[JZ）][JY]（5）

式中：Fi为第i个评价单元耕地集约水平指数；Iij为第i个评价单元第j项指标的标准化值；Wj为第j項指标的权重；i为评价单元的编号（i=1，2，3，…，m）；j为指标个数（j=1，2，3，…，n）。

2.1.5评价结果分级标准

2.2耕地集约利用子系统的协调性分析

耕地利用是一项系统性的工作，各子系统应尽量全面发展，既要避免某一方面过度突出，又要防止另一方面成为约束性的因素。耕地集约利用评价目的之一就是揭示一定时期内耕地利用中各个方面的相互关系[25]，以便了解它们的发展情况和协调状况，避免某方面成为发展短板。因此，本研究引入协调度模型，判断投入强度、利用程度、利用效率、持续状况4个子系统协调状况的好坏。协调度是指各因素之间的协调程度[26]，协调度的值越大，说明各子系统之间的协调状况越好。公式为：

[JZ（]C=[SX（]V+X+Y+Z[KF（]V2+X2+Y2+Z2[KF）][SX）]。[JZ）][JY]（6）

式中：C为协调度指数；V、X、Y、Z分别为投入强度指数、利用程度指数、利用效率指数、持续状况指数。

2.3耕地集约利用限制因素分析

为了更深入地探索南和县耕地集约的限制因素，本研究引入障碍度模型，并以此为依据，提出有针对性的意见。通过障碍度计算模型，计算各因子的障碍度，通过对比分析，找出制约因子，以便对症下药，找出解决耕地集约利用问题的办法。具体方法为引入指标偏离度Dj、障碍度（Oj、Mj）3个指标进行分析诊断[14，27-28]。计算公式如下：

式中：Xj为第j个指标的标准化值，Dj为第j个指标的标准化值与100之间的差值；Oj表示第j个指标对耕地集约利用的障碍度；Mi表示第i项因素层因子对耕地集约利用的障碍度；Oij表示第i项因素层第j个指标的障碍度。

3评价结果与分析

3.1耕地集约水平评价结果

根据耕地集约利用评价模型，采用加权求和的方式计算南和县2003、2008、2013年的耕地利用集约水平。本研究分别计算了包括南和县以及8个乡镇的耕地利用集约水平，计算结果见表4。根据各乡镇耕地集约利用的综合分值，参照已有的研究成果，运用聚类分析法，将南和县各乡镇耕地集约水平划分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等4个等级。

可以看出，2003、2008、2013年河北省南和县的耕地利用集约度分别为33.55、35.32、46.62，2003年处于等级Ⅳ，即粗放利用水平；2008年处于等级Ⅲ，即低度集约水平；2013年处于等级Ⅱ，即适度集约水平，表明全县耕地利用集约水平随着时间的推移在逐渐提高。2003年，南和县绝大多数乡镇的集约利用等级处于Ⅳ级，即粗放利用水平，与全县整体集约利用等级一致；没有乡镇的耕地集约利用度达到Ⅰ级；耕地集约利用度在Ⅱ级的只有河郭乡，得分为45.57；耕地集约利用度处于Ⅲ级的包括郝桥镇、东三召乡，得分分别为 37.43、37.23。2008年，南和县绝大多数乡镇的集约利用度处于等级Ⅲ，即低度集约水平，与全县整体的集约利用等级一致；没有乡镇耕地集约利用度达到Ⅰ级；耕地集约利用度在Ⅱ级的仍然只有河郭乡，得分为51.12，较2008年提升约12%，提升幅度较大；耕地集约利用度为Ⅳ级的地区是阎里乡、史召乡、三思乡，得分分别为33.97、28.05、24.53，处于Ⅳ级的乡镇数量较2003年有所减少。2013年，绝大多数乡镇的集约利用度处于Ⅱ级，即适度集约水平，与全县整体的集约利用等级一致；耕地集约利用度在Ⅰ级的只有和阳镇，得分为7049，较2008年提升81.02%，提升幅度较大；耕地集约利用度在Ⅲ级的只有史召乡，得分为37.36；耕地集约利用度在Ⅳ级的只有三思乡，得分为32.39。通过对比分析可知，南和縣[JP2]耕地利用集约水平虽然有较大幅度的提升，但仍有很大的增长潜力空间。南和县各乡镇的耕地集约水平时间变化见表5。[JP]

从表5可以看出，总体上河北省南和县耕地集约总体水平呈现上升态势，2008年较2003年增长率为5.28%，2013年较2008年增长率为31.99%，呈现出先缓慢增加后又快速增加的态势，10年内年平均增长率为3.11%。南和县不同乡镇中，前5年的年平均增长率均小于后5年，表明南和县的耕地集约水平在加速发展。10年内，年平均增长率较大的乡镇为和阳镇、阎里乡、史召乡，增长率分别为7.88%、3.97%、4.02%。和阳镇的耕地集约水平综合得分2013年较2003年增长率高达113.53%；年平均增长率最小的乡镇为河郭乡、东三召乡、郝桥镇，增长率分别为1.69%、2.56%、2.61%，表明这3个乡镇的耕地集约水平增长速度较为缓慢。可以看出，在3个不同年份里河北省南和县各乡镇的集约水平在提高，集约利用等级逐渐由低等级向高等级转化；集约利用等级相同的乡镇呈现集聚连片分布和数量逐年扩大的特征。2003年，耕地集约利用等级呈现经向地带性的分布特征，其中贾宋镇、和阳镇、三思乡、阎里乡的耕地利用集约等级均为Ⅳ级，在南北方向上集中连成一片；郝桥镇、东三召乡的耕地利用集约等级均为Ⅲ级，并且在南北方向上紧邻分布。2008年，贾宋镇、郝桥镇、和阳镇、东三召乡的耕地利用集约等级均为Ⅲ级，集中连成一片；三思乡、阎里乡的耕地利用集约等级均为Ⅳ级，在东西方向上紧邻分布。截至2013年，河郭乡、贾宋镇、郝桥镇、东三召乡、阎里乡耕地利用集约等级均为Ⅱ级，围绕集约等级为Ⅰ级的和阳镇集中连成一片；史召乡、三思乡的集约等级各为Ⅲ级和Ⅳ级，分别位于南和县的东部和南部的偏远位置。

3.2耕地集约利用子系统的协调性结果

通过计算，可求出2003、2008、2013年河北省南和县以及各乡镇耕地集约利用评价系统因素层因子之间的协调度计算结果，协调度变化结果见表6。

从表6可以看出，河北省南和县耕地利用系统协调度变化类型为先减后增型，除和阳镇、史召乡外其他乡镇2013年协调度高于2003年，不同乡镇变化情况可分为4种类型：（1）递减型，和阳镇属于此种类型；（2）递增型，东三召乡、阎里乡、三思乡属于此种类型；（3）先减后增型，贾宋镇、郝桥镇属于此类型；（4）先增后减型，河郭乡、史召乡属于此类型。

表明2003、2008、2013年，河北省南和县以及各乡镇的耕地利用系统协调性总体变化趋势为各子系统逐年协调，即随着时间的推移，因素层因子之间的协调性在变好。2013年，阎里乡协调度最高，其次为郝桥镇、史召乡，表明郝桥镇、史召乡、阎里乡的耕地集约利用影响因素之间的协调性相对较好；而和阳镇由于耕地利用程度和持续状况偏低的短板，贾宋镇由于耕地投入强度和利用程度偏低的短板，河郭乡由于耕地利用程度偏低的短板，协调度偏低。

3.3南和县耕地集约利用限制因素

可以看出，整体上因素层限制因子中，障碍度最大的一直是投入强度因子，始终大于50%，可见投入强度是最大的耕地集约限制因子；最小的因素层限制因子为持续状况，大小在10%左右，说明持续状况对耕地集约利用的影响较小，同时也反映了南和县耕地的持续利用条件较好；耕地利用程度的障碍度2008年的第3位上升至2013年的第2位，2013年占障碍度总和的17%；而耕地利用效率的障碍度则占障碍度总和的16%，仅落后耕地利用程度的障碍度1百分点，与耕地持续状况的障碍度11%相差也不大。2003—2013年， 投入强度和持续状况分别是全县的最大、最小的限制因子，其他2项的障碍度排名中等，并且差别不大。

可以看出，2003—2013年，南和县排名前6位的指标层限制因子不尽相同，排名也有所变动，绝大多数属于投入强度指标，并且有3个指标始终处于前6位中。C3的单位用电量投入指标始终排在前6位，但是已经由2003、2008年的第1位下降至2013年的第5位，呈现下降趋势，说明随着农村电网等基础设施的逐步完善，单位用电量投入对耕地集约利用的制约作用有所降低。C6的单位农药投入指标也始终位于前6位，位次由2003年的第5位上升至2013年的第1位，呈现上升趋势，说明了农药投入演变为最大限制因子。C4的单位机井投入指标也一直处于前6位中，排名由2003、2008年的第4位下降到2013年的第6位，说明尽管由于国家土地整治等原因导致机井数量的增加，改善了机井数量不足的状况，减少了对耕地集约利用的制约作用，但是机井数量仍然是较大的限制因子。其他指标中，C13的劳均产量指标2003年处于第2位，2008年处于不在前6名之内，2013年又处于第4位，说明劳均产量仍然是制约耕地集约利用的重要因素。C11的地均产值指标的障碍度在2003年处于第3位，在2008、2013年已经被挤到前3名外，表明随着社会、经济、技术、物质条件等条件的进步，地均产值逐步增加，限制作用变小。的单位化肥投入指标的障碍度2003年处于第6位，2008年排在前6名外，2013年处于第2名，表明化肥的投入有待加强。2013年障碍度排名前6位的指标层因子中，有5个指标属于投入强度因子，包括单位农药投入、单位化肥投入、单位劳动力投入、单位用电量投入、单位机井投入；一个属于效率因子，为劳均产量。可见投入强度是最主要的的限制因子。其中C1的单位劳动力投入指标属于新进入前6位的指标，说明随着经济的快速发展，农民外出务工人员逐年增加，单位劳动力投入略显不足，成为主要的限制因子。

2003、2008、2013年，各乡镇前6位的耕地指标层限制因子不尽相同，排序也不一致，但绝大多数属于投入强度指标。2013年，绝大多数乡镇的耕地集约限制因子属于投入强度指标；除投入强度指标外，人均耕地、粮食安全系数、垦殖系数、复种指数也是某些乡镇耕地的集约限制因子。

4结论

耕地的大量占用和低效利用极大地威胁我国的粮食安全，影响我国现代农业的发展。依赖增加耕地面积的方法增加粮食产量变得越来越困难，而耕地集约利用，能大幅度挖掘耕地的潜力，提高耕地的生产能力，能够有效地解决当前耕地供需矛盾问题，保证粮食充分供给，实现农业现代化和社会经济的稳步推进。本研究基于耕地集约利用的概念，从耕地投入强度、利用程度、利用效率、持续状况4个方面构建评价指标体系，应用变异系数法确定指标的权重。在此基础上，通过构建的评价模型定量计算南和县及各乡镇耕地集约利用分值，并进行时空特征分析、协调性分析和限制因素分析。并以分析结果为依据，提出针对性建议和措施，为各乡镇耕地利用指明方向。主要研究结论如下：（1）2003—2013年，南和县各乡镇的集约水平在提高，集约利用等级逐渐由低等级向高等级转化；集约利用等级相同的乡镇呈现集聚连片分布和数量逐年扩大的特征。截至2013年，河郭乡、贾宋镇、郝桥镇、东三召乡、阎里乡耕地利用集约等级均为Ⅱ级，围绕着集约等级为Ⅰ级的和阳镇集中连成一片；史召乡、三思乡的集约等级各为Ⅲ级、Ⅳ级，分别位于南和县的东部和南部的偏远位置。

（2）2003—2013年，南和县及各乡镇的因素层因子间的协调度在增加。2013年，郝桥镇、史召乡、阎里乡的协调程度相对较高，和阳镇由于耕地利用程度和持续状况偏低的短板，贾宋镇由于耕地投入强度和利用程度偏低的短板，而河郭乡由于耕地利用程度偏低的短板，协调度相对较低。

（3）2003、2008、2013年，因素层限制因子中，投入强度和持续状况分别是全县的最大、最小的限制因子，其他2项因素排名中等、差别不大；各乡镇的排序和全县的整体情况基本一致；2013年，持续状况是和阳镇的最大因素层限制因子。指标层因子中，南和县以及各乡镇排名前6位的限制因子不尽相同，绝大多数属于投入强度指标；2013年，除投入强度指标外，人均耕地、粮食安全系数、垦殖系数、复种指数也是某些乡镇耕地集约的限制因子。

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