基于PCA的吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化驱动力研究

陈惠如，杜文星

（1.新疆维吾尔自治区国土资源规划研究院，新疆乌鲁木齐830011；2.新疆农业大学管理学院，新疆乌鲁木齐830011）

近年来，随着人们生活质量的提高，人们对生活资料的需求变得丰富多样，进而引起土地资源的开发利用方式更加多样化以及开发利用强度进一步加深。20世纪90年代以后，农用地利用过程及程度、土地利用/覆盖变化（LUCC）成为专家学者们研究的热点课题[1-5]。专家学者们针对农作物及经济作物种植面积变化及其驱动影响因子方面开展的相关研究较多，同时也取得了一定的成果。吴美琼[6]以广西1998—2012年甘蔗种植面积有关数据为基础，选取了甘蔗价格、农业人口等指标进行研究，结果表明，影响广西甘蔗种植面积变化的主要驱动因子为耕作条件、甘蔗价格、农业人口、农业机械总动力、农林牧渔业从业人员和耕地面积等。雷亚平[7]、张海清等[8]、杨莉等[9]均研究了棉花种植面积波动及其主要驱动影响因子。杨莉等[9]运用灰色系统关联分析方法研究新疆棉花种植面积时空格局演变特征及其驱动影响因子，结果表明，棉花种植面积与棉花单产的关联度最强。李孝忠等[10-15]通过对水稻、大豆、玉米等种植面积变化及其主导因素的分析，分别总结出各农作物（水稻、大豆、玉米）播种面积变化的特征及引起该作物播种面积变化的影响因子，进而对研究区农业可持续发展提出建设性意见。

综上所述，虽然专家学者们针对农作物种植面积变化及其驱动影响因子方面开展的相关研究在上述研究领域已取得显著成效，但是针对甜瓜的研究，目前主要集中在栽培技术[16-18]、病虫害的发生与防治[19-22]、甜瓜的发展前景[23]、甜瓜安全制种优势分析[24]等，而从甜瓜的种植面积变化角度开展其驱动力的研究较为不足。

本研究以甜瓜产业种植面积变化为研究对象，运用主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA）对2006—2015年甜瓜产业种植面积变化的特征及其驱动力进行分析，并对引起甜瓜产业种植面积变化的不同驱动因子提出相应的对策，为促进区域农业可持续发展、发挥特色种植业优势提供可能的政策建议。

1 材料和方法

1.1 研究区域概况

吐鲁番市位于新疆天山支脉博格达峰南麓，吐鲁番盆地的中心，地理坐标位于 41°20′～43°35′N，88°5′～89°54′E，距乌鲁木齐市公路里程 182 km，东邻鄯善县，西接托克逊县，南抵库鲁克山与尉犁县相连，北至天山分水岭，与乌鲁木齐、奇台、吉木萨尔等县毗连。吐鲁番市属于典型的大陆性干旱、荒漠气候，光照充足，热量丰富，降雨稀少，年平均降水量不足20 mm，全年平均气温14.4℃，全年日照时数3 000～3 200 h，无霜期长达210 d。夏季炎热，冬季寒冷干燥，昼夜温差大，风能资源丰富。土地总面积13 690 km2，人口28万。2015年底，吐鲁番市甜瓜产业播种面积为114 km2，占本年度新疆自治区甜瓜总播种面积（817.90 km2）的13.94%，在我国主要甜瓜市场产区占有重要地位。

吐鲁番市是新疆早熟甜瓜主产区之一，甜瓜种植历史悠久，栽培管理水平较高。一年两茬，复种指数高，单位面积产量较高，而且甜瓜市场需求量日益增加，利润较大，为该地区农民脱贫致富发挥了重要作用。

1.2 研究方法

本研究通过对2006—2015年吐鲁番市甜瓜产业种植面积的数据进行处理，分析得到该时段内区域甜瓜产业种植面积变化特征。在收集相关文献资料基础上，结合吐鲁番市甜瓜种植的自然和社会经济因素，选择11个主要影响因子。由于主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）的核心要义是降维，该方法是以最少的信息丢失为前提，能够将多个变量转化为少数几个综合变量（即主成分），其中每个主成分都是原始变量的线性组合，各主成分之间相互独立，从而这些主成分能够反映原始变量的绝大部分信息，且所含的信息互不重叠[6，25-27]。因此，结合本研究的目的和内容，采用SPSS 17.0软件对2006—2015年吐鲁番市甜瓜产业种植面积的驱动因子进行主成分分析，得出引起吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化的主要影响因素。

1.3 数据来源

本研究所用数据主要来源于2006—2015年《新疆统计年鉴》，部分数据来源于历年《吐鲁番市国民经济和社会发展统计公报》以及《吐鲁番地区第二次全国农业普查主要数据公报》。

2 结果与分析

2.1 甜瓜产业种植面积变化特征分析

依据吐鲁番市统计年鉴可知，2006—2015年吐鲁番市甜瓜产业种植面积由2006年的2 700 hm2上升到2015年的3 962 hm2，整体呈上升趋势。10 a间吐鲁番市甜瓜产业种植面积净增加1 262 hm2，年均净增加126.2 hm2。具体来看，2006—2015年吐鲁番市甜瓜种植面积变化可分为3个时期：2006—2008年属于平稳型增长期，期间甜瓜产业种植面积呈平稳增长态势，种植面积变化不是特别大；2008—2012年为波动型增长期，该阶段甜瓜产业种植面积呈波动性增长。2008—2011年甜瓜产业种植面积由原来3 300 hm2增加到3 806.67 hm2，3 a间甜瓜产业种植面积净增长506.67 hm2，增长幅度约为15.35%。而2012年甜瓜产业种植面积下降到3 400 hm2，与2011年相比下降幅度为10.68%，种植面积波动较大；2012年以来为快速型增长期，截至2015年，吐鲁番市甜瓜产业种植面积达到3962hm2，相比于2012年，甜瓜产业种植面积增长幅度约为16.53%（图 1）。

2.2 吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化驱动力分析

2.2.1 驱动因子选取 吐鲁番市的甜瓜种植在充分利用该区域自然气候条件优势的基础上，能够有效带动区域农民增收及农业增效，更进一步推动区域农业的可持续发展。但是，从2006—2015年吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化趋势分析可知，该区域甜瓜种植面积变化呈现波动式上升，而影响甜瓜种植的因素较多，情况较为复杂，主要受宏观因素（例如：政策、经济发展等）和微观因素（单价、农业机械总动力、农作物受灾面积等）的影响。在充分调查有关甜瓜种植各方面研究的文献基础上，结合吐鲁番市甜瓜产业种植的实际情况，以2006—2015年共10 a的时间序列为资料，选取了11个主要影响因子，分别为甜瓜价格（X1，元/t）、农业机械总动力（X2，万 kW）、粮食作物单产（X3，kg/hm2）、农林牧副渔业总产值（X4，万元）、农作物播种面积（X5，万hm2）、粮食作物播种面积（X6，万 hm2）、耕地面积（X7，万 hm2）、有效灌溉面积（X8，万 hm2）、农作物病虫害面积（X9，万 hm2）、人均纯收入（X10，万元）、城镇化率（X11，%），影响甜瓜产业种植面积变化的影响因子的数据如表1所示。

表1 影响甜瓜产业种植面积变化的影响因子原始数据

2.2.2 基于主成分分析的吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化驱动力分析 根据本试验的研究内容和研究目的需要，采用统计分析软件SPSS 17.0对数据进行主成分分析，得出吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化驱动力因子的相关系数矩阵，具体如表2所示。

表2 吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化驱动力变量相关系数矩阵

由表2可知，影响吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化的11个驱动因子中，有较大相关性的为X1与X2，X5，X10；X2与 X3，X5，X10；X3与 X5，X6，X10；X5与X6，X8，X10；X9与 X10，且因子系数均在 0.9 以上，说明所列系数之间存在较大因果联系性。

通过解释的总方差（即初始特征值和主成分贡献率及累计贡献率）可知，第1，2的主成分累计贡献率已经达到85.114%，且前2个主成分的初始特征值均大于1（第1主成分初始特征值为8.327，第2主成分初始特征值为1.035），满足其分析要求（表3）。因此，可以对吐鲁番市甜瓜产业种植面积 变化作出充分解释。

表3 解释的总方差

表4 主成分载荷矩阵

根据主成分载荷计算公式得到各变量因子在其主成分上的载荷矩阵（表4）。从表4可以看出，第1主成分与甜瓜价格（X1）、农业机械总动力（X2）、农作物播种面积（X5）、人均纯收入（X10）存在较大相关性；第2主成分与粮食作物播种面积（X6）存在较大相关性。结合表3的贡献率可以看出，第一主成分的贡献率（75.703%）大于第2主成分的贡献率（9.411%），说明第1主成分中的驱动因子能够更好的解释影响吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化的主要因素，更能够突出反映问题的本质，故选取第1主成分中的驱动因子作为影响吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化的主要因素。通过对以上2种主成分载荷矩阵的分析，把影响吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化的主要因素归纳总结为4类：社会经济发展水平（人均纯收入（X10））、农业现代化水平（农业机械总动力（X2））、农业生产规模（农作物播种面积（X5））及甜瓜价格。

2.2.3 基于多元线性回归的驱动力模型 由以上分析初步得出，影响吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化的主要驱动力为社会经济发展水平、农业现代化水平、农业生产规模及甜瓜价格。为进一步揭示影响吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化的驱动力对甜瓜种植面积的影响，将甜瓜种植面积作为因变量（Y），选取甜瓜价格（X1）、农业机械总动力（X2）、农作物播种面积（X5）、人均纯收入（X10）作为自变量。在此基础上，运用统计软件SPSS 17.0对数据进行多元线性回归分析，处理结果列于表5。

表5 多元线性回归的驱动因子回归系数

因子变量的统计检验结果均是在规定的5%显著性水平下通过检验，其模型的拟合优度R2为0.973，模型各系数均通过统计性检验，因此，模拟回归方程有效可行。由表5可知，X1的回归系数为负值（-0.129），说明甜瓜价格与其种植面积呈负相关，符合价值变化规律，而其余变量则与甜瓜产业种植面积呈正相关。根据上述分析结果，依据各变量的回归系数，得出甜瓜产业种植面积（Y）与甜瓜价格（X1）、农业机械总动力（X2）、农作物播种面积（X5）、人均纯收入（X10）驱动因子间的回归方程为：Y＝-125.418－0.129X1＋0.215X2＋0.034X5＋0.058X10。2.2.4 吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化的驱动力分析

2.2.4.1 社会经济发展水平 人均收入水平指标是经济综合水平的一种体现。随着人均收入水平的不断增加，人们对物质生活需求不断旺盛，消费水平的提高能够进一步刺激消费，进而增加甜瓜市场的需求。甜瓜需求的不断增加会反作用于甜瓜市场供给，在一定程度上刺激甜瓜种植面积的扩大。这与多元回归方程中人均纯收入水平系数为正值相符。因此，人均消费水平与甜瓜种植面积存在紧密正相关。

2.2.4.2 农业现代化水平 近年来，全市农业机械总动力发展较迅速。2006年吐鲁番市农业机械总动力仅为16.13万kW，但截至2015年，吐鲁番市农业机械总动力增加到24.59万kW，农业机械水平发展较快。现代化机械的使用能够降低耕作成本，提高工作效率。同时，吐鲁番市农机局定期开展各类农机技术培训班（例如：农民实用技术培训班、农村富余劳动力培训班、新训拖拉机驾驶员、电焊工等）以及推广耕整播收机械化作业和节水灌溉技术，设施农业物理机械化技术的试验示范、建立机械化示范基地等，进一步提高农机化新技术及农业现代化水平。上述措施能够促进机械化水平的提高，降低成本，进而促进农民种植甜瓜的积极性，促进甜瓜种植面积的扩大。

2.2.4.3 农业生产规模 吐鲁番市是新疆设施农业大市和精品哈密瓜主产区之一，在保障全疆蔬菜供给和甜瓜产业发展中占有举足轻重的位置。由多元回归模型的农作物播种面积的变量系数为正值可知，农业生产规模与甜瓜产业种植面积呈正相关。农业生产规模越大，能够提供给甜瓜种植的土地面积越多。因为吐鲁番市得天独厚的气候条件，每年新开垦增加的耕地中很大一部分用来种植特色农业，农作物复种指数增加能够在一定程度上促使播种面积增加，而吐鲁番市作为新疆有机甜瓜的生产示范基地，属于典型的特色农业，从而能够进一步促进甜瓜种植面积的增加。

2.2.4.4 甜瓜价格 甜瓜价格能够直接作用于甜瓜种植面积。从图1和表1可以看出，甜瓜价格与甜瓜种植面积总体上均呈上升趋势，但是并非均呈同向变化，其中，甜瓜种植面积波动较为明显。一般来说，价格越高，农民种植甜瓜的积极性越高，甜瓜种植面积扩大；价格越低，农民种植甜瓜的积极性降低，相应的甜瓜种植面积减少。但是由于价格作用于市场存在一定的滞后性，造成多元回归模型中甜瓜价格的变量系数为负值，即甜瓜价格与甜瓜种植面积呈负相关，说明甜瓜价格越高，甜瓜种植面积越少，这也符合物以稀为贵的市场现象。

3 结论与对策

本研究利用2006—2015年吐鲁番市统计数据，分析了吐鲁番市甜瓜产业种植面积的变化趋势，并在此基础上，运用主成分分析法和多元线性回归方法，对影响吐鲁番市甜瓜产业种植面积的驱动力进行剖析。结果表明，2006—2015年吐鲁番市甜瓜种植面积整体呈上升趋势，10 a间吐鲁番市甜瓜产业种植面积净增加1 262 hm2，年均净增加126.2 hm2。具体来看，2006—2015年吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化分为3个时期：2006—2008年是平稳型增长期，种植面积呈平稳增加态势；2008—2012年为波动型增长期，该阶段甜瓜产业种植面积呈波动性增长。3 a间甜瓜产业种植面积净增长506.67 hm2，增长幅度约为15.35%。而2012年甜瓜产业种植面积下降到3 400 hm2，与2011年相比下降幅度为10.68%，种植面积波动较大；2012年以来为快速型增长期，截至2015年，吐鲁番市甜瓜产业种植面积达到3 962 hm2，相比于2012年，甜瓜产业种植面积增长幅度约为16.53%。

影响吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化的主要因素归纳总结为4类：社会经济发展水平、农业现代化水平、农业生产规模及甜瓜价格。分析结果表明，人均纯收入、农业机械总动力、农作物播种面积对甜瓜产业种植面积变化的影响较大。

吐鲁番市作为全疆乃至全国高品质甜瓜生产核心区，在甜瓜产业发展中占有十分重要的位置。应针对影响吐鲁番市甜瓜产业种植面积变化的主要驱动因子采取一定的措施，确保该区域甜瓜种植面积的稳定和扩大。第一，以提高人民生活水平，增加居民收入为目标，扶持中小企业及劳动密集型产业的发展及农产品深加工产业，推动区域工业化、城镇化、市场化进程。同时，加快农村剩余劳动力转移，广泛增加农民增收渠道，提高人均消费水平；第二，大力提高农业机械化水平，政府应加大机械购买补贴力度，降低耕作成本，提高农机化新技术及农业现代化水平；第三，积极培育商品性状优的新品种，加快主栽品种的更新速度，大力发展绿色、精品甜瓜生产，合理布局，实行规模化种植，扩大优质甜瓜产业种植规模，逐步实现新疆甜瓜布局区域化、生产规模化、质量标准化及经营产业化；第四，在进一步加强甜瓜品牌建设的同时完善甜瓜价格监督体系，实行严格的市场监管制度。在此基础上，加强种质资源管理和科技创新，加强甜瓜协会和农民专业合作社建设，引导瓜农规范化、标准化生产，不断提高甜瓜品质和市场话语权，增强抵御风险能力，切实发挥好甜瓜产业在带动农民脱贫增收中的作用。