村域尺度耕地利用效益時空格局演化分析

朱向楠, 劉淑英, 王 平

(1.甘肅農業大學 管理學院, 甘肅 蘭州730070; 2.甘肅農業大學 資源與環境學院, 甘肅 蘭州730070)

耕地是民生之本，中國作為一個人口—經濟潛力大國，耕地是農民農業生產生活中最基本的生產要素,是國民經濟的基礎。近10 a來，伴隨著我國經濟迅猛的發展，耕地低效利用、環境污染、耕地后備資源匱乏等問題也隨之而來[1]。如何更加高效地利用稀缺而寶貴的土地資源一直是政府和國內外學者關注的重點。村域是中國農村社會經濟活動的基本單元，開展村域發展綜合研究具有重要的理論和實踐價值。早在2005年10月，黨的第十六屆五中全會中就提出建設社會主義新農村的重大歷史任務；2007年10月，黨在十七大會議中又再次提出“統籌城鄉發展，推進社會主義新農村建設”的具體要求；新時期習近平總書記在黨的十九大報告中作出重大的戰略部署，提出鄉村振興發展戰略，聚焦鄉村系列發展問題，這對推動農業提質增效、農村全面進步、農民權益保障具有重大的意義。當前，行政村是實施鄉村發展戰略的主戰場，也是建設美麗中國美麗農村的主陣地，應十分注重改善村域發展制度環境、增強村域自我發展能力，促進村域“社會—經濟—生態”系統高效、健康運行[2-3]。因此，摸清現階段村域耕地利用效益的現狀及各村差異，因村施策，切實提高每個村的耕地利用效益及耕地利用水平，這對于當地農民具有重要的現實意義?？v觀已有成果，從研究方法來看，主要采用功效系數法、因子分析、能值分析、綜合指標評價法[4-6]等，所選用指標參數主要為耕地投入產出效益系數、耕地消耗回報系數、耕地污染替代系數等[7-8]。從研究范圍來看，已有文獻多以某一個地區如一個市、縣或鄉鎮進行探討，以行政村這樣微觀層面進行深入分析的還鮮見報道，更缺乏利用ESDA空間分析技術對耕地利用效益時空格局的演化分析?；诖?，本文利用改進熵值法，以行政村為評價單元，對廣河縣101個行政村2006—2015年耕地利用效益進行評價，并結合GIS技術分析村域耕地利用經濟效益、社會效益、生態效益、綜合效益在時間和空間上的總體分異特征，然后運用ESDA空間分析技術從整體和局部兩個方面驗證廣河縣耕地利用效益的時空格局演化特征。

1 研究區概況

廣河縣位于甘肅省中部，臨夏回族自治州東南部，地處東經103°23′—103°51′，北緯35°25′—3 538′，地形起伏大，海拔在1 792～2 609 m之間，地面最大坡度為62.34°，植被及土地類型的垂直地帶性較明顯。2015年平均氣溫7.5 ℃，年降雨量427.7 mm，降雨最多在8月份。廣河縣是以發展農業為主的國列、省列扶貧開發重點縣，該縣行政面積538 km2，轄6鎮3鄉，共101個行政村?？側丝跒?54 100人，回族、東鄉族占總人口的97.8%，屬于純少數民族地區，農村勞動力131 820人，占總人口的51.9%。全縣土地總面積538 km2，耕地面積128.6 km2，其中，山地占耕地總面積的69.9%，據《廣河縣社會經濟發展統計年鑒》統計[9]，2015年糧食作物播種面積12 847.1 hm2，糧食總產量為1.08×105t，人均占有糧425.05 kg，農業機械總動力1.92×105kW。2006—2015年廣河縣糧食播種面積單產由5 315.47 kg/hm2增長到8 399.3 kg/hm2。

2 研究方法與數據來源

2.1 評價指標體系構建

依據區域發展的“經濟—社會—生態”三維空間結構，結合村域之間雖具有一定的差異性，但差異性不存在較大波動的實際情況，本文運用專家咨詢法、文獻分析法，借鑒相關研究成果，結合各村耕地利用的實際情況與數據的可獲取性，從耕地利用的經濟、社會、生態3個層次選取了11項指標，構建村域耕地利用效益評價體系[10-13](表1)。

2.2 改進熵值法

為克服傳統熵值法測度結果存在偏差的局限，采用標準化變換方法對指標數據進行處理，即為改進熵值法[14]。從本文搜集到的數據看，在同一區域內，村域之間雖然具有一定的差異性，但差異性不顯著，選取的指標都是各村普遍現實情況的反映。本文采用改進熵值法來確定權重Wj(表2)。

2.3 ESDA分析指數

全局Moran’s指數是對村域耕地利用效益在整個區域空間特征的描述，可衡量效益全局空間關聯及差異特征；局部空間自相關指數(LISA)用于描述村域耕地利用效益局部空間異質特征，可識別效益不同空間位置上內部關聯規律[15]。

(1)

式中：Xi——區域i的觀測值;Xj——區域j的觀測值;Wij——空間權重矩陣。I>0時空間正相關，表示村域耕地利用效益較高(低)，在空間上顯著集聚，I值越趨近于1，表明村域耕地利用效益總體空間差異越小。

(2)

式中：Wij——空間權重矩陣，空間相鄰為1，不相鄰為0。若LISA>0，表明位置i周圍村域耕地利用效益高值空間集聚；若LISA<0則表明位置i周圍村域耕地利用效益低值空間集聚。

表1 村域耕地利用效益評價指標體系

注：社會需求滿意度=人均糧食產量/聯合國劃定的人均基本糧食需求量(255 kg)

表2 廣河縣村域耕地利用效益評價指標權重

2.4 數據來源

數據主要來源于《廣河縣社會經濟發展統計年鑒(2006—2015年)》《廣河縣農村統計年鑒(2006—2015年)》及廣河縣統計部門的相關統計資料。矢量數據來源于廣河縣國土資源局2009，2015年土地利用變更數據庫。

3 結果與分析

3.1 村域耕地利用效益時序變化特征

3.1.1 村域耕地利用效益各準則層指數變化分析

(1) 耕地經濟效益指數。研究期間，廣河縣糧食播面單產和單位面積勞動力呈持續增長態勢，勞動生產率呈波浪形先降低后增加的趨勢。究其原因，2009年以前，由于農業基礎設施薄弱、農業科技不普及，農民在農業上取得的收入少，但務農勞動力多，導致勞動生產率低；此后隨著經濟社會的快速發展，農業機械化的普及使用，機械耕作解放了多余的勞動力，越來越多的農民外出打工，在增加收入水平的同時又學到了新的技術，土地生產力和勞動生產率實現穩步增長。

(2) 耕地社會效益指數。廣河縣是國列、省列的扶貧重點縣，農業政策的惠顧加之農業科技的普及，研究期間，縣域內人均糧食產量、社會需求滿意度、農民人均純收入、人均農業GDP均波動提高。除了在2009年，由于受冰雹等自然災害的影響，導致農業總產值偏低。

(3) 耕地生態效益指數。研究期間，耕地的復種指數和耕地有效灌溉面積指數呈持續增長趨勢，耕地承載力指數呈波動式增長。人口的變化影響著耕地的承載力水平，總體上，縣域內人口增長基數大，有限的耕地面積承載不斷增長的人口，耕地承載力壓力持續增加。 (圖1)。

3.1.2 各行政村綜合指數變化分析 從數量上來看，廣河縣的耕地利用綜合效益水平呈現上升趨勢。由圖2可知，廣河縣耕地利用綜合效益水平分為兩個階段：第一階段(2006—2011年)，處于高效區的行政村數量由24個增加為37個，低效區的行政村數量由31個減少為29個，處于中效區的行政村雖然有所下滑，但變化不大，耕地利用綜合效益水平呈上升趨勢；第二階段(2011—2015年)，處于耕地利用綜合效益高效區的行政村數量日趨下降，由37個驟減為10個，同時，低效區的行政村數量大幅度增加，由29個增加到52個，中效區的行政村數量變化不明顯，耕地利用綜合效益水平呈下降趨勢，總體上，研究期間，耕地利用綜合效益水平呈先上升后下降的趨勢。由圖3可知，2006—2011年處于社會效益中效區的行政村從49個增至56個，低效區由24個降低為21個；處于生態效益高效區的行政村由5個增至17個，低效區由31個降低為29個，說明期間社會效益和生態效益増加幅度明顯。2011年以后耕地利用生態和社會效益開始下滑，與此同時，處于耕地利用經濟效益中高效區的行政村數量增加，低效區數量減少，究其原因，這是由于隨著經濟社會的發展以及當地各項惠農扶貧政策的支持，對農業機械化的投入加強，使得機械耕作逐漸替代了人力勞動，農村勞動力的解放使得剩余農村勞動力越來越多，部分剩余勞動力選擇進城務工，務工增加了農民收入，也增加了農民對耕地的投入意愿與能力，耕作利用的經濟效益水平顯著上升。

圖1 廣河縣2006-2015年耕地利用效益各準則層效益水平變化

圖2 耕地利用綜合效益水平行政村數量占比

圖3 各準則層耕地利用效益水平行政村數量占比

3.2 村域耕地利用效益的空間分異特征

3.2.1 耕地利用綜合效益水平空間差異 耕地利用的生態、經濟和社會效益是耕地利用效益的單方面表現，三大效益中任何一個效益都不能完全代表耕地利用的綜合狀況。由圖4可以發現，廣河縣村域耕地利用綜合效益的變化劃分為兩個階段：第一階段(2006—2011年)。廣河縣中南部的行政村大多處于耕地利用綜合效益的低效區，這與社會效益在中、低效區的分布呈現出同步變化的趨勢，處于耕地利用綜合效益高效區的行政村由24個增長為37個；第二階段(2011—2015年)。這一階段，中高效區的行政村數量在減少，且高效區有向西南方轉移的趨勢，其中牙和村、中寨村、新民村由中低效區轉為高效區，這與2015年經濟效益空間分布的變化趨勢表現一致；2015年，耕地利用綜合效益指數最大值與最小值分別為0.196 8，0.053 8，均值為0.095 8，處于耕地利用綜合效益高、中、低效區的行政村分別占行政村總數的9.9%，38.6%和51.5%，耕地利用綜合效益低效區的空間分布形態與經濟、生態效益分布形態相似，說明耕地利用效益受地形、灌溉條件和耕地投入的影響較大。

3.2.2 耕地利用經濟效益水平空間差異 從整體上看(圖5)，2006—2015年，處于耕地利用高效區的行政村在整個村域評價單元內所占的比重越來越大，由17.8%增長至31.7%，低效區的行政村數量相對減少，分布在地域西南方向的行政村變化顯著，呈現由中低效區向高效區轉變的趨勢。2015年，101個行政村中耕地利用經濟效益指數最小值為0.011 1，最大值為0.152 2，均值為0.051 2，各村差異懸殊。其中經濟效益處于高、中、低效區的行政村數量為32，47和22個，分別占行政村總數的31.7%，46.5%和21.8%，大多數行政村耕地利用經濟效益水平較高。耕地利用經濟效益指數排在前5名的村域有頭家村、馬家村、趙家村、水家村、陳家村，可見這些行政村在耕地經濟方面的綜合利用能力較強，而阿力麻土村、馬浪村、對康村、司家坪村、康坪村卻排在了后5位。高效區主要分布在灌溉條件較好、單位面積農業產值高的川區村域，且高效區內糧食播面單產為13.2 t/hm2，低效區內糧食播面單產為7.55 t/hm2，村域發展不協調，這一方面受到地形地理差異的影響，另一方面是由于各村域灌溉條件和對耕地投入的差異所致。

圖4 廣河縣2006-2015年村域耕地利用綜合效益的時空變化

圖5 廣河縣2006-2015年村域耕地利用經濟效益的時空變化

3.2.3 耕地利用社會效益水平空間差異 從整體上看(圖6)，耕地利用社會效益的變化分為兩個階段：第一階段(2006—2011年)，各行政村在高、中、低效區的分布變化較小，呈微降狀態，且耕地利用社會效益的中、低效區多分布于廣河縣中南部的村域內；第二階段(2011—2015年)，這一階段處于高效區的行政村數量由24個減少為4個，低效區的行政村由21個增長為72個，社會效益呈顯著下降的趨勢。2015年，耕地利用社會效益指數最高值為0.077，最低值為0.008，各村差異顯著。且各行政村在高、中、低效區內分布極不協調，高效區僅占村域評價單元總數的4%，低效區占71.3%，高效區主要圍繞在黃家村、周家山村、紅莊村、魏家咀村等經濟效益指數偏低、人少地多的山區村域分布，或集中在小洼溝村、黑山村、南山村等人口多、糧食播種面積少的川區邊緣村域，這些行政村人均農業GDP為3 509元/人，平均糧食播產面積為182.8 hm2，而低效區的人均農業GDP為1 966.17元/人，平均糧食播產面積為117.6 hm2，村域間社會效益差異顯著。

3.2.4 耕地利用生態效益水平空間差異 由圖7可知，2006—2015年，處于耕地利用高效區的行政村數量為5，17和8個，低效區行政村的數量為75，45和72個，整體上生態效益呈先上升后下降的趨勢。2006—2011年，有包括賈家村、巴家村、曹家坡村、蔡家窯村、上王家村、排子坪村、黃家村、周家山村、紅莊村、何家灣村、新民村、馬浪村在內的12個行政村從耕地利用生態效益的中低效區轉為高效區，這些行政村多分布在地域評價單元的邊緣山區，這與廣河縣于2009年在山區推廣的農業灌溉新技術有密切關系。2015年，根據綜合效益評價模型計算得出，101個行政村中生態效益指數最大值為0.026 2，最小值為0.006 9，均值為0.012 8，高效區的行政村僅占村域評價單元總數的7.9%，與此同時，處于耕地利用經濟效益高效區的行政村在10 a來占比達到最高(31.7%)，說明人們在追求經濟效益的同時，忽略了生態效益的同步提升。

圖6 廣河縣2006-2015年村域耕地利用社會效益的時空變化

圖7 廣河縣2006-2015年村域耕地利用生態效益的時空變化

3.3 村域耕地利用效益空間格局演化

3.3.1 效益全局格局演化 為深入分析廣河縣耕地利用效益整體的時空演化趨勢，本文借助ESDA軟件，計算出2006—2015年廣河縣101個行政村耕地利用效益的全局Moran’sI值(表3)。

表3 2006-2015年村域耕地利用效益全局Moran’s I指數

由表3可知，全局Moran’sI指數在0.1%～3%的顯著水平上村域耕地利用效益均呈現出正的空間自相關性，這說明相鄰村域耕地利用效益表現出空間集聚分布模式；2006—2011年廣河縣村域耕地利用效益的全局Moran’sI值呈現出持續上升的趨勢，從2006年0.503 0增加到2011年0.601 2，僅5 a間Moran’sI指數增加了19.52%；此后，2011—2015年廣河縣村域耕地利用效益的全局Moran’sI值呈大幅度下降的趨勢，從2011年0.601 2下降到2015年0.109 0，表明村際間耕地利用效益差異逐漸變大，應合理分配在各村的資源，縮小村與村間的差距。

3.3.2 效益局部格局演化 利用Local Moran’sI指數公式，計算出2006—2015年村域單元的耕地利用效益Local Moran’sI；基于ArcGIS 10.2軟件平臺，繪制出2006—2015年廣河縣村域耕地利用效益四種類型區集聚演化圖來描述效益局部空間異質性。H-H效益區：2006—2011年廣河縣村域耕地利用效益熱點區分布在頭家村、田家村、蔡王家村、石那奴村等村域，即廣河縣經濟較發達、交通便利的川區村域，這些村域與周邊地區的發展聯系比較緊密，村際空間緊湊度與村域耕地利用效益水平較高；2011年以后H-H效益區開始向大楊家村、大莊村等坐落于廣河縣西南方的村域轉移；H-L效益區：廣河縣10 a來，無顯著的H-L效益區；L-H效益區：2011—2015年紅星村、中寨村退出H-H效益區，演化為L-H效益區，說明這兩個村2011年以后的耕地利用與周邊村的耕地利用聯系緊密，但發展速度較周邊行政村慢；L-L效益區：2006—2011年廣河縣村域耕地利用L-L效益區主要集聚在牙和村、草灘村、老莊村、閻子村、水泉村等，即廣河縣以南的純山區村域，這一區域遠離縣域中心、農民文化水平不高，農業科技水平相對較低。因此，需要進一步加大對L-L效益區的資金、技術等要素的投入，從而減弱該區耕地利用低效益集聚的態勢，縮小村與村之間的差距。

4 討論與結論

4.1 討 論

從研究結果上看，在時間特征方面，研究期內廣河縣各村域處于耕地利用經濟效益高效區的行政村在整個村域評價單元內所占的比重越來越高，耕地利用社會效益、生態效益高效區的行政村占比在減少，說明廣河縣各村域在追求經濟效益的同時，忽略了社會效益、生態效益的同步增長，影響了廣河縣村域耕地利用的可持續發展。這與李穗濃等[16]以鄉村尺度研究城鎮化地區土地利用效益的結論不一致，不一致表現在城鎮化地區鄉村土地利用經濟效益和生態效益的同步提升沒有同步轉化為土地利用的社會效益，本文的研究區域是在以發展農業為主國列、省列的扶貧開發重點縣，農民生態保護意識相對薄弱，因此會出現不一致的結果；在時空格局演化方面，本文將ESDA空間分析技術應用到村域耕地利用效益的時空格局演化分析中，從村域尺度探究了耕地利用效益的時空格局特征，從結果上看，研究期內村際間總體上表現為正的空間自相關特征，且Moran’sI指數最高達0.601 2，村與村之間相互聯系緊密，隨著時間推移，不同行政村根據自身條件，尋求各自最優的發展模式，村與村之間的互動減少。局部上H-H類型區的行政村數量增加，主要集中在頭家村、石那奴村等川區村域，L-L效益區主要集聚在草灘村、老莊村、閻子村等廣河縣以南的純山區村域。張榮天等[17]基于ESDA技術對中國省際耕地利用效率時空格局分異與機制分析的結果表明，全局上省際耕地利用效率呈現空間正自相關，H-H 效率區主要分布在長三角、京津地區，并逐漸向珠三角演化，L-L 效率區主要集聚在中國西北地區；張榮天等[14]基于ESDA技術、多元回歸模型等方法對泛長江三角城市市域土地利用效益的時空格局演化特征做出的結果表明，相鄰城市單元表現出較弱的空間集聚特征，H-H效益區主要分布在蘇錫滬和寧杭地區，L-L效益區主要集中在皖北地區。陶曉明[18]采用重心模型、ESDA技術對成都平原城市群的耕地集約利用時空格局演化特征進行研究的結果表明，耕地利用集約度存在明顯的空間集聚性，H-H的縣級單元主要分布在岷江、沱江沖擊平原北部，L-L的縣級單元集中分布于研究區北部和東南部的山地丘陵區。本文研究期內村際間總體上表現為正的空間自相關特征的結論與張榮天等[17]在全局上省際耕地利用效率呈現空間正自相關的結論一致，但Moran’sI高且變化顯著。局部上H-H效益區和L-L效益區分布區域與張榮天等[14]、陶曉明[18]得出的H-H效益區主要分布在經濟條件較好區域，L-L效益區主要集聚在山地丘陵區的研究結果不盡相同。究其原因本文選取的研究對象為純少數民族村域，其耕地利用效益的時空格局特征不僅受限于經濟發展水平、更與當地農民的人口文化素質、當權者對不同村域的管理政策等息息相關。行政村是實施鄉村振興戰略的主戰場，也是建設美麗中國美麗農村的主陣地。鄉村振興戰略是加快農村發展、改善農民生活、推動城鄉一體化的重大戰略，其聚焦鄉村系列發展問題，這對推動農業提質增效、農村全面進步、農民權益保障具有重大的意義。廣河縣作為扶貧開發重點縣，“十二五”期間實施的扶貧項目，脫貧效果顯著，精準扶貧工作應與美麗鄉村建設、鄉村振興發展戰略相輔相成、相互促進。以村域尺度為評價單元，能更準確了解農民生產生活的耕地利用狀態，為耕地利用效益的提高和可持續發展提供更切合農民實際需要的依據。需要指出的是，本研究還存在一定的局限性，文中僅選擇了2006—2015年的數據分析村域耕地利用效益基本特征，時間尺度較短，忽視了村域耕地利用效益格局長時間尺度的演變規律的揭示，此外，耕地利用效益評價是一項綜合經濟、社會、生態的復雜工程，簡單建立評價指標體系不能全面反映出耕地利用效益的水平，除本文考慮到的影響因素外，需結合當地的特色，將政策、管理、抗災等眾多指標的量化方法將是下一步研究需深化的思考方向。

4.2 結 論

(1) 在時間特征方面，10 a來，處于耕地利用經濟效益高效區的行政村在整個村域評價單元內所占的比重越來越高，由17.8%變化為31.7%，增長近1倍，低效區的行政村數量明顯減少，耕地利用高效區的分布向西南方向轉移。2011年以后，耕地利用社會效益、生態效益高效區的行政村占比在減少，說明廣河縣各村域在追求經濟效益的同時，忽略了社會效益、生態效益的同步增長，影響了廣河縣村域耕地的可持續發展。

(2) 在空間特征方面，研究期內各村的利用效益水平差異較大，耕地利用經濟效益的高效區圍繞在石那奴村、趙家村、水家村等灌溉條件較好、農業面積產值高的川區村域，社會效益高效區則多分布在紅莊村、魏家咀村等人少地多的山區村域或人口多、糧食播種面積少的川區邊緣村域。

(3) 在耕地利用效益的時空演化方面，總體上表現為正的空間自相關特征，耕地利用效益的時空演變可分為兩個階段：2006—2011年各村之間的相互作用在逐漸增強，2011年Moran’sI指數達0.601 2，局部上H-H類型區的行政村數量增加，主要集中在頭家村、石那奴村等川區村域；2011—2015年Moran’sI指數下降了81.87%，村際間的相互作用減??；H-H效益區逐漸向廣河縣西南方的村域轉移。