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阜阳市耕地面积变化及驱动力分析
福建师范大学
——实用多元统计分析作业
题目：
阜阳市耕地面积变化及驱动力分析
学院：
地理科学院
专业：
自然地理学
学生姓名：
吴……学号：
……
目录
摘要1
英文摘要2
1引言3
1.1研究现状3
1.1.1国外研究现状3
1.1.2国内研究现状3
1.2研究意义4
1.3研究内容4
2研究区概况与耕地利用特点4
2.1研究区概况4
2.2阜阳市耕地利用现状与特点5
2.2.1土地利用现状5
2.2.2土地利用特点5
3阜阳市耕地面积变化机制分析6
3.1研究方法与数据来源6
3.2阜阳市耕地面积变化趋势分析6
3.3驱动因子选择7
3.4驱动因子主成分分析8
3.5阜阳市耕地面积变化驱动因素分析10
3.5.1经济发展10
3.5.2农业科技进步10
3.5.3人口增长11
3.5.4其它因素11
4结果与讨论11
参考文献13
摘要
区域耕地面积变化及驱动力研究，关系到人类赖以生存的物质基础，阜阳市是安徽省重要的粮食产区，对区域乃至全省粮食安全都具有重要的价值，因此必须重视该区域内的耕地变化过程及驱动力研究。
本文以阜阳市耕地面积作为研究对象，选取十个相关经济指标，根据阜阳市2000年以来相关统计数据，在耕地总量变化趋势的基础上，运用主成分分析方法，对阜阳市耕地面积变化的社会经济驱动因子进行初步探究，并根据主成分分析结果，提出相应的对策与建议。
结果表明：
2000年以来阜阳市耕地面积变化总体上呈下降趋势，人均耕地面积也逐年下降，其中经济发展水平、农业科技水平、人口数量是影响阜阳市耕地面积减少的主要原因。
关键词：
耕地面积；土地利用；驱动力模型；阜阳市
Abstract
Thestudyofthechangeofareaofarablelandanddrivingforcesrelatestothematerialbasisofhumansurvival.Fuyangisanimportantgrain-producingareaofAnhuiprovince,whichisveryvaluabletofoodsecurityofthisregionaswellasthewholeprovince,soit’snecessarytoattachtotheprocessofthechangeofarablelandandthestudyofdrivingforcesinthisregion.Inthispaper,ItaketheareaofarablelandofFuyangasresearchobject,choosingteneconomicindicatorsrelated,andbuildthesocio-economic-drivenmodelofthechangeofarablelandinFuyangaccordingtostatisticsrelatedofFuyangsince2000,basingonthechangingtrendofthetotalamountofarablelandandusingPrincipalcomponentanalysis.ItshowsthattheareaofarablelandinFuyangisonthedeclineonthewholesince2000anditsareapercapitadecreasesyearbyyear.Levelofeconomicdevelopment,agriculturalscienceandtechnology,populationaremajorcausesofdecreasingoftheareaofarable.
Keywords:
arableland；landuse；drivingforcemodel；FuyangCity
1引言
土地是地球上一切资源的根本，是人类生存和发展的基础，而耕地是土地的精华，是支撑区域经济发展最基础的自然资源，人多地少的基本国情要求我们必须十分珍惜和合理利用每一寸土地，切实保护每一寸耕地[1]。
而区域土地利用/覆盖变化在近些年受到越来越广泛的关注，成为对土地利用研究领域的一块重要的热点，其耕地面积变化也反映了社会经济方面的基本态势[2]。
分析影响区域耕地面积变化的因素，对合理利用耕地资源，实现区域耕地的可持续利用，促进区域耕地资源可持续调控，以及协调好耕地保护与经济发展之间的关系具有重要的作用[3]。
其中，驱动力研究做为土地利用和土地覆盖变化（LUCC）研究的一个重要的目标，在近些年的研究中已取得一定的研究成果，而耕地做为一种宝贵的资源，又是一个区域土地利用变化的重中之重[4]。
1.1研究现状
1.1.1国外研究现状
自从《土地利用/土地覆盖变化的科学研究计划》在20世纪90年代被“全球环境变化中的人文领域计划（IHDP）”和“国际地圈与生物圈计划（IGBP）[5]”拟定颁布以来，一些国际组织和国家在这方面展开了积极的研究。
如：
“国际地理联合会（IGU）开展的土地利用与土地覆盖变化的研究项目”、国际应用系统分析研究所（ILASA）于1995年实施的“欧洲和北亚土地利用/土地覆盖变化模拟项目”，美国全球变化研究计划与欧洲空间署等国际组织合作联合开展的“高等分辨率雷达监测土地覆盖变化和季节植被情况项目”，以及早期的定性研究方法，在20世纪70年代地球资源卫星发射以来，遥感图像的多光谱与多时相数据为土地利用变化的动态监测及定量分析提供了丰富的信息，促进了土地利用变化的研究[6]，如Greene等用定性与定量相结合的方法研究1959-1997年美国的土地转化[7]；此外，日本、南美等地都有各地相应的区域研究计划。
1.1.2国内研究现状
探讨中国耕地资源的动态变化及空间特征对于理解中国土地利用/覆盖变化的空间格局具有重要意义[9]。
我国对土地利用/覆盖变化（LUCC）的研究也取得了相应的进展，我国的许多学者尤其是地理学类的研究者及时根据（LUCC）研究的国际趋势，积极进行研究，构建适合不同区域模型以及我国典型地区土地利用变化与驱动力机制之间的关系[9-11]。
目前，我国在区域土地利用/覆盖变化研究方面，主要有吴涛的绵阳市耕地资源变化社会经济驱动力分析，在耕地总量变化趋势的基础上，运用多远线性回归分析方法，建立绵阳市耕地资源变化的社会经济驱动力模型[12]；祝明霞的九江市耕地变化及驱动力分析，根据回归分析等定量和定性分析方法，分析九江市耕地面积的时空变化与驱动因子之间的多远线性回归分析[13]；张松婷、曾承等的阜阳市土地利用现状与生态占用研究[14]；而针对阜阳市耕地面积变化及驱动力分析研究较少。
1.2研究意义
近年来，随着经济的快速发展和人口数量的增加，单位GDP耕地占有量快速减少，同时我国耕地人均占有量也不断下降，耕地后备资源不断缺乏，这将对我国传统粮食安全是一个严重的威胁。
因此，加强区域耕地变化研究，分析耕地变化的驱动力，对合理利用耕地资源，保护耕地面积，控制耕地面积进一步减少有着重要的意义[15]。
阜阳市，地势平坦，光热充足，土壤肥沃，耕地资源丰富，是安徽省粮食主要产区之一；由于本地区耕地面积有限，人口众多，近些年随着经济的发展以及人口的增加，耕地面积不断减少；同时，阜阳的土地利用集约度比较低，耕地利用率不高，存在大量土地被浪费的情况；此外，一些单位或部门不顾长远利益，为了追求眼前利益和自身利益，无视相关土地管理的规定，大量毁坏耕地，使得本市耕地面积总量不断下降，对本区域耕地资源变化及驱动力分析，对保护阜阳市耕地资源，保证全市粮食安全乃至全省粮食安全具有重要的价值。
1.3研究内容
本文根据阜阳市相关统计年鉴，在耕地总量变化趋势的基础上，运用主成分分析方法，建立阜阳市耕地面积变化的社会经济驱动力模型，虽然与其他区域研究方法有所类似，但将此方法运用到阜阳耕地资源变化社会经济驱动力研究上，将对下一步针对阜阳市有关耕地资源变化研究埋下伏笔，同时对阜阳耕地资源保护提出相应的对策，也希望后人继续努力，探究出区域耕地资源变化及驱动力分析研究的新技术和新方法，开拓新的领域。
2研究区概况与土地利用特点
2.1研究区概况
阜阳市坐落于皖西北部，辖区内地形平坦、土壤肥沃，其气候为暖温带季风气候，气候温和，雨热同期，自然资源、矿产资源以及生物资源丰富，有利的气候特征为阜阳市农业的发展提供了有利的自然条件，是安徽省重要的粮食产区。
近些年，经济得到快速发展，GDP总量2012年达到962亿元，而2000年GDP总量仅为200亿元；本区域人口较多，常住人口有759万人，在全国第六次人口普查中，阜阳市户籍人口为达到1014万人，与第五次人口普查相比，十年间户籍人口增长15.49%。
作为皖西北发展中的重要城市，农业资源十分丰富，其有利的自然环境适合生长小麦、玉米、大豆、水稻、棉花、红薯以及中药材等，近些年外出务工人员较多，是全国重要的劳务输出大市，由于家乡经济的发展，使得大量人员回乡就业或创业，阜阳市面临着人口数量剧增与生产性资源急剧减少的双重压力，而耕地资源作为阜阳市一个传统的重要资源，急需有针对性的耕地资源变化及驱动力方面的研究。
2.2阜阳市土地利用现状与特点
2.2.1土地利用现状
客观的自然条件和社会经济活动的综合作用构成了现有的土地利用现状，其形成与演变不仅受到自然因素的影响，人类社会经济活动对其影响也越来越大；不同的社会经济环境和社会需求以及生产科技管理水平，不断变更并形成新的土地利用现状。
阜阳市地处安徽省西北部，是黄淮海平原的主要构成部分，该市土地利用程度较高，土地总面积163.82万公顷，垦殖率达68.56%，土地开发利用率99.6%，据相关部门调查，耕地复种指数达到191%，水面利用率已达52.63%，农业用地率为73.29%，非农业建设用地率为19.27%，森林覆盖率偏低，只有14%。
2.2.2土地利用特点
土地利用特点反映了一个地区土地利用的基本状况，根据《2006-2020阜阳市土地利用总体规划大纲》总结出目前阜阳市土地利用的基本特点如下（如图2-1）：
图2-1阜阳市各类土地利用状况
（1）水域面积广阔，水资源比较充足。
本地的水域主要为河流、湖泊、坑塘等，总面积为18.29万公顷，占土地总面积的11.16%。
区域内的水资源除了地表水之外，地下水资源丰富，为农业生产提供了有利的保障。
（2）农业用地占土地面积比重大。
农业用地是指农林牧等各种用地的总和，从图1中可以看出，阜阳市农业用地比重较大，全市农业用地面积共有115.77万公顷，占土地面积的70.6%。
（3）非农业建设用地比例较高。
全市各类非农业建设用地面积有29.29万公顷，占土地总面积的17.88%。
该类土地中宅基地为21.57万公顷，占该类土地总面积的91.38%。
（4）土地后备资源不足。
全市未利用土地只有0.47万公顷，这就决定了该市要维持耕地总面积的生态平衡，确保农业发展，开展土地整理是重中之重。
（5）土地开发潜力大。
土地开发有两个途径，一是横向发展，指开发土地后备资源，阜阳市土地后备资源有0.47万公顷，以平均60%的利用率计算，可净增加可用地0.28万公顷；土地开发的第二个途径是向深度开发，指阜阳市增加单位土地的产出和集约度。
阜阳市有中低产田面积58.96万公顷，经过整治与改良，可新增土地面积130—180万公顷。
3阜阳市耕地面积变化机制分析
3.1研究方法与数据来源
主成分分析方法主要是一种数学变换方法，它把选定的一组相关变量通过先行变换成另一组不相关的变量，这些新的变量按照方差依次递减的顺序排列。
在数学变换过程中保持变量的总方差不变，使第一变量具有最大的方差，称为第一主成分，第二变量的方差次大，并且和第一变量不相关，称为第二主成分,依次类推，1个变量就有1个主成分[16]。
由于影响一个地区耕地面积变化的因素有很多，而主成分分析方法是把多个已知变量转变为几个综合变量，因此，在选择影响阜阳耕地面积变化的驱动因子时要细致全面，因此，运用主成分分析方法研究阜阳市耕地面积变化的驱动因子具有一定的可行性。
本文分析数据主要来源于《阜阳市统计年鉴》、《安徽统计年鉴》、《2006—2020年阜阳市土地利用总体规划大纲》统计资料和再次计算数据所得；以统计年鉴和计算数据为基础，根据耕地面积变化曲线图分析阜阳市近些年的耕地面积变化特征，分析影响耕地面积变化的社会经济因素，确定其驱动力机制，选择经济社会各项因素为自变量，对变量进行标准化处理，即描述统计之后运用主成分分析方法，分析阜阳耕地面积变化的驱动力机制。
3.2阜阳市耕地面积变化趋势分析
阜阳市耕地总面积与人均耕地面积汇总如表3-1和图3-1所示，可以看出，2000—2012年阜阳市耕地总面积与人均耕地面积均不同程度上出现下降趋势，耕地总面积从2000年的639491万平方米减少到2012年的575283万平方米，人均耕地面积由每人727.9平方米减少到553.3平方米，从图2中可以看到人均耕地面积出现缓慢减少状态。
从图2耕地面积变化折线图来看，阜阳市耕地总面积下降过程中存在明显的波动状态，其中2000—2005年下降明显，2005—2009年出现少量增加情况，与而2009年之后出现平稳状态，耕地面积变化不大。
表3-12000—2012阜阳市耕地面积汇总
年份
总人口数
（万人）
耕地面积
（万平方米）
人均耕地面积
（平方米）
2000
878.6
639491
727.9
2001
889
583676
656.6
2002
897.5
583676
650.3
2003
836
575112
687.9
2004
869
572554
658.9
2005
847
564153
666.1
2006
844
569850
675.2
2007
974.3
574580
589.7
2008
987.79
574767
581.9
2009
1000.5
574489
574.2
2010
1011.84
574473
567.8
2011
1025.24
575689
561.5
2012
1039.82
575283
553.3
图3-12000-2012年阜阳市耕地面积变化情况
3.3驱动因子选择
影响耕地面积变化的因素有很多，其中自然原因是其制约的根本因素，如气候、水资源、土壤肥力等，同时也受到政府相应的政策影响以及社会经济发展因素的影响[12]。
一般来说，自然因子在短时间内不会对耕地面积变化产生太大影响，然而在较短时间内，对区域耕地面积影响较大的是人类社会经济活动[14]。
影响耕地面积变化的因素错综复杂，一般来说有政府政策因素、经济发展水平、人口数量状况，城市化水平以及农业生产技术条件。
结合各种资料搜集和阜阳市耕地面积变化的实际情况，本文选取2000—2012年的10个变量指标X1—GDP总量（亿元），X2—城市建设面积（万平方米），X3—地方财政收入（亿元），X4—工业总产值（亿元），X5—农民人均纯收入（元），X6—粮食产量（万吨），X7—农业机械总动力（万千瓦），X8—农村人口（万人），X9—第三产业产值（亿元），X10—总人口（万人）作为影响阜阳市耕地面积变化的驱动因子。
表3-22000—2012年阜阳市耕地面积变化主成分分析数据
年份
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X8
X9
X10
2000
200.5
2199
1.42
75.98
1834
347.2
298
786
64.4
878.6
2001
200.55
2751
1.02
69.88
1768
334.7
328
789
67.9
889
2002
209.77
3304
1.44
76.32
1823
342.8
357
797
71.8
897.5
2003
216.86
3856
2.05
146.2
1659
217.7
382
807
79.8
836
2004
263.32
4409
3.36
105.4
1986
421.5
424
822
88.7
869
2005
324.61
4961
6.96
159.9
2085
374.1
439
831
123.5
847
2006
324.6
5514
10.07
207.1
2348
449.0
466
841
121.2
844
2007
462.42
6067
17.03
301.7
2655
478.5
467
850
166.7
974.3
2008
541.27
6860
22.64
394.5
3187
502.9
529
846
194.9
987.8
2009
607.81
6959
29.92
504.2
3520
515.5
563
854
214.6
1000.5
2010
721.21
7576
41.18
703.7
4187
530.1
598
878
241.3
1011.8
2011
853.21
8245
55.73
924.5
5100
537.8
635
882
278.4
1025.2
2012
962.53
8980
69.31
1073
5922
523.3
663
885
315.7
1039.8
3.4驱动因素主成分分析
耕地驱动指标选取后，运用spss19.0数据统计软件对获取的原始数据进行标准化处理，基本过程由spss19.0数据统计软件的描述统计分析功能来实现[19]。
为了全面分析影响阜阳市耕地面积变化社会经济驱动因子，本文选取的指标较多，如果以传统的人工计算分析，在分析过程中不仅麻烦而且容易出现错误，分析出来的结果也不可信,经spss19.0计算得出因子相关矩阵系数表（表3-3）、特征值及贡献率（表3-4）、主成分载荷矩阵（表3-5）。
表3-3阜阳市耕地面积变化驱动因子变量相关系数矩阵
X1
X2
X3
X4
X5
X6
X7
X8
X9
X10
X1
1.000
0.954
0.990
0.988
0.990
0.831
0.964
0.937
0.996
0.904
X2
0.954
1.000
0.918
0.916
0.916
0.858
0.993
0.987
0.971
0.828
X3
0.990
0.918
1.000
0.998
0.999
0.776
0.935
0.901
0.978
0.875
X4
0.988
0.916
0.998
1.000
0.995
0.756
0.936
0.901
0.975
0.866
X5
0.990
0.916
0.999
0.995
1.000
0.794
0.934
0.897
0.976
0.879
X6
0.831
0.858
0.776
0.756
0.794
1.000
0.852
0.864
0.845
0.832
X7
0.964
0.993
0.935
0.936
0.934
0.852
1.000
0.981
0.975
0.828
X8
0.937
0.987
0.901
0.901
0.897
0.864
0.981
1.000
0.953
0.793
X9
0.996
0.971
0.978
0.975
0.976
0.845
0.975
0.953
1.000
0.900
X10
0.904
0.828
0.875
0.866
0.879
0.832
0.828
0.793
0.900
1.000
表3-4表征值及贡献率
成份
初始特征值
提取平方和载入
合计
方差的%
累积%
合计
方差的%
累积%
1
9.377
85.244
85.244
9.377
85.244
85.244
2
1.044
9.494
94.738
1.044
9.494
94.738
3
0.352
3.201
97.939
4
0.153
1.391
99.33
5
0.048
0.435
99.765
6
0.014
0.132
99.897
7
0.007
0.065
99.962
8
0.003
0.03
99.992
9
0.001
0.005
99.997
10
0.000
0.002
100.000
表3-5主成分载荷因子矩阵
指标
成分
1
2
X1
0.992
0.093
X2
0.979
-0.164
X3
0.972
0.148
X4
0.968
0.139
X5
0.972
0.16
X6
0.871
0.022
X7
0.984
-0.136
X8
0.966
-0.172
X9
0.996
0.042
X10
0.897
0.251
由表3可知，在影响耕地面积变化的10个变量因子中存在着不同程度的相关，其中除了X6（0.831）相关系数低于0.90以外，其它变量均在0.90以上，表明X1、X2、X3、X4、X5、X7、X8、X9、X10之间存在较强的相关关系，因此也说明运用主成分分析方法分析阜阳市耕地面积变化的机制具有一定的可行性，同时也进步一步说明了主成分分析的必要性。
主成分个数提取原则为主成分对应的特征值大于1的前n个主成分，即特征值在某种程度上可以被看成是表示主成分影响力度大小的指标，如果特征值大于1，说明该主成分的解释力度还不如直接引入一个原变量的平均解释力度大，因此一般可以用特征值大于1作为纳入标准[19]。
从表4特征值及贡献率可以看出特征值大于1的成分有2个，其值分别达到9.377和1.044。
方差贡献率反映的是某一主成分描述的方差占原有变量总方差的比例，累积方差贡献
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