理学论文：中国耕地压力的空间分异及社会经济因素影响的研究

   1 研究区概况与数据来源

以中国342个地级行政区(包括地级市、直辖市或副省级市的市域、地区、州、自治州)为基本单元，研究年份为2001年、2005年、2009年、2013年。行政区划以2010年为准，其他年份行政区划有变动的数据按此年修正。选取各地级单元的耕地面积、农作物总播种面积、粮食作物总播种面积、粮食产量、人口数量作为评价其粮食安全的基本指标;以标准耕地系数、单位面积化肥使用量、灌溉面积占比、人均GDP、第二及第三产业产值占比、农村居民人均可支配收入作为影响因素分析的指标。涉及的数据量共16416条，主要来源于相关年份的《中国区域经济统计年鉴》《中国统计年鉴》《中国国土资源统计年鉴》，上述年鉴缺少的部分数据通过该地级行政区的国民经济与社会发展统计公报补充。

2 研究方法

2.1 耕地压力指数的评价

耕地压力指数可从粮食生产(耕地供给)与粮食消费(耕地需求)之间的相互关系判断区域耕地压力状况，也是当前学术界较为普遍采用的方法[490耕地压力指数计算公式如下:

Picl=s,;/s(1)

式中:s为地级单元的现实人均耕地面积(hm-/人);s,,;是保证粮食安全前提下的最小人均耕地需求面积(hm-/人);耕地压力指数(Picl)越大，耕地压力越明显，粮食安全情况越差。当Picl < 1时，最小人均耕地需求面积低于现实人均耕地面积，耕地压力较小，粮食安全情况较好;反之，当Picl > 1时，耕地压力较高。其中，s,,;可表示为

  s,;=(l}" G,.)l(p"q"k)   (2)

式中:刀是粮食自给率(%);G;为人均粮食需求量(kg/人);p是粮食播种面积的单产(kg/hm2 ) ;  q为粮食播种面积与农作物总播种面积的占比(%);k表示复种指数(%)。《国家粮食安全中长期规划纲要(2008-2020年)》指出，到2020年粮食自给率应保持在95%以上;另外，国家食物与营养咨询委员会提出全面小康社会时期的人均粮食需求量目标为437 kg/人。尽管各地区间的粮食自给率目标可以不同，但为了客观评价各地区间的耕地压力差异，所有地级单元的刀统一设定为95%,  G;按437 kg/人设定。

2.2 采用GDI指数判断

耕地压力的总体分异变动趋势利用总体分异测度指数(GDI )分别分析2001年、2005年、2009年、2013年中国耕地压力指数的总体分异趋势，以判断粮食安全的总体分异状况。GDl指数可表示为

 

式中:cv为变异系数;T是泰尔指数;GE为总嫡指数(c=o>; a是阿特金森指数;矶分别为上述4个差异指数的权重，各指数分别表示为:

 

式中:x，是第Z个地级单元的耕地压力指数;f}是耕地压力指数平均值;n为地级单元个数;。是灵敏度参数，其值越高，给耕地压力指数相对较低地级单元赋予的权重越高，本文的。值定为0.5

基于上述4个差异指数的结果，采用嫡技术法确定其权重，主要步骤如下

 

式中:Y}P是第t个年份第p个差异指数值;YP ,ax是差异指数p所处矩阵列的最大值;YP是最小值;n为差异指数的个数;m为年份数。2.2.3通过空间自相关分析耕地压力的空间关联性与集聚特征空间自相关分析方法可判断中国耕地压力的空间关联程度，并分析其空间集聚的演变趋势。Moran's I和Getis-Ord' G可作为评价其空间关联程度的指数，分别表示为.

 

式中:x;和x;分别为第Z个和第I个地级单元的耕地压力指数;叽是各地级单元的空间权重矩阵，地级单元之间的距离在设定的门槛距离内，为1，大于该距离则为0。Z检验值分别为:

其中，Var仍、Var(G)为方差;E(} , E(G)为耕地压力指数的数学期望。当Z(1)值为正且显著时，表明中国耕地压力呈现高一高集聚或低一低集聚格局(正空间自相关);Z(1)值为负且显著时为高一低集聚(负空间自相关);当Z(1)值为0时，呈独立随机分布。当Z(G)值为正且显著时，表明中国以高耕地压力区集聚为主;当Z(G)值为负且显著时，为低耕地压力区集聚为主;Z(G)值为零时呈现随机分布。2.2.4引入平均增长指数分析耕地压力的时空变动格局引用平均增长指数分别测度主要时间段中国耕地压力增减速率的空间格局，该指数可表示为「28]:

 

式中:la , 1}2为r, , r_年份的耕地压力指数;s为耕地压力指数的平均增长指数。

2.5 构建耕地压力变动的影响因素模型

从耕地质量、化肥投入、灌溉水平、经济水平、产业结构、农民收入六个方面构建中国耕地压力影响因素模型。其中，前3项因素是粮食生产因素，后3项因素是社会经济因素。其中，耕地质量是粮食种植的基础性条件，常用标准耕地系数度量[92伙化肥投入和灌溉水平代表了农业生产要素与设施的投入水平;经济水平和产业结构代表了粮食生产的经济环境，一方面影响着农业现代化水平，另一方面又会影响农民就业结构(是否有意愿从事农业生产);农村居民人均可支配收入可决定农民种粮的投入能力，对种粮的积极性也有一定影响(表1)。其中，第J个年份第i个地级单元的标准耕地系数(cLSl)可表示为:

式中:X和X;分别为地级单元和全国的单位播种面积粮食产量(kg/hm2); k, k;分别是地级单元和全国的复种指数(%)。

当各地级单元间的耕地压力存在显著的空间相关关系时，可基于上述6个评价指标构建耕地压力变动的空间面板数据模型。Anselin提出了该模型的通用形式:

 

式中:y;;为地区i第t年的耕地压力指数;。为常数项;P为空间自回归系数;W为空间权重矩阵;x;，为地区i第t年的影响因素评价指标(标准耕地系数，单位面积化肥使用量，灌溉面积占比，人均GDP，第二、第三产业产值占比，农村居民人均可支配收入);b为待估计项;u;，为误差项。