基于时序全局主成分分析的西部农村生态经济研究*

2018-01-30周丽

中国农业资源与区划 2017年12期

周丽

(内江师范学院地理与资源科学学院，四川内江 641112)

0 引言

20世纪70年代，“生态经济学”的概念由美国经济学家肯尼斯·鲍尔丁正式提出[1]。20世纪80年代，我国生态经济学家许涤新首先开始研究中国的生态经济学[2-3]。在之后近40年的发展中，国内外围绕生态价值[4]、生态经济的规模[5-6]、生态系统的适应性管理[7-9]、循环经济[10-11]、生态经济区划[12]等重大问题展开了广泛的研究，积累了较为丰富的研究成果。然而，大多数研究成果是针对某一特定区域而言的，鲜有对区域与区域之间的生态经济进行对比研究，因此无法确定区域之间的生态经济差距，导致无法从宏观上把控各区域之间生态经济建设的差别性投入。我国西部地区囊括12个省(市、自治区)，其中民族自治区5个，民族自治州27个，是我国少数民族的集中分布区。由于自然和人为原因，该区域生态环境非常脆弱，经济水平落后，成为我国扶持政策重点实施的区域之一[13-14]。文章以西部地区省域(自治区、直辖市)为研究单元，以1998～2012年为时间段，运用Matlab的时序全局主成分分析方法对其进行测度和判断，基于ArcGIS软件分析西部地区农村生态经济的时空演变过程，对推动我国西部农村生态经济的协调发展、农村生态文明建设，促进循环经济和区域经济平衡发展具有重大的现实意义[15-16]。

1 研究方法

1.1 时序全局主成分分析方法

时序全局主成分分析方法旨在传统的主成分分析方法的基础上，通过一个综合变量代替最初的全局变量，描绘出整个系统的总体水平随着时间变化的轨迹[17， 19]。

该文采用万伦来[19]在2010年提出的Matlab Toolbox中所自带的函数“Princomp”优化后的函数“Zcfgan”，使得Matlab 实现了时序全局主成分分析方法的所有运算过程。

1.2 极值差幅和人口加权变异系数

分析地区差异的数理统计分析方法可分为绝对差异与相对差异[20-22]。该文采用绝对差异指标极值差幅Lv和相对差异指标人口加权变异系数Cvu，旨在能够全面地衡量区域与区域之间的差距，计算公式如下。

(1)

(2)

2 指标体系的构建

结合国内外现有研究，本着科学性、代表性、前瞻性、可比性、可得性等评价原则，分别从1999～2013年《中国统计年鉴》《中国农村统计年鉴》以及西部各省份统计年鉴，选取26个与农村生态经济密切相关的指标。为了方便比较，对所有指标进行标准化处理，从而对西部地区农村生态经济系统的指标体系进行重新构建，选取具体的评价指标为：X1(%)耕地占土地总面积比；X2(667m2/人)人均耕地；X3(万人)乡村人口；X4(元/人)农村居民人均纯收入；X5(人/km2)人口密度；X6(%)农村居民恩格尔系数；X7(%)粮食作物播种面积占农作物总播种面积比；X8(%)第一产业占三大产业结构比重；X9(%)第二产业占三大产业结构比重；X10(%)第三产业占三大产业结构比重；X11(%)农业产值占农林牧渔四大产业总产值比重；X12(%)林业产值占农林牧渔四大产业总产值比重；X13(%)牧业产值占农林牧渔四大产业总产值比重；X14(%)渔业产值占农林牧渔四大产业总产值比重；X15(人)平均每100个劳动力中大专及大专以上的人数；X16(%)有效灌溉指数；X17(kg/667m2)农用化肥折纯量；X18(万kW)农业机械总动力；X19(kW·h/人)农村人均用电量；X20(万元)农林牧渔总值；X21(万元)农业产值；X22(万元)林业产值；X23(万元)牧业产值；X24(万元)渔业产值；X25(亿元)第一产业产值；X26(亿元)生产总值。

对以上26个指标进行综合分析，能够较客观地反映西部地区农村生态经济发展的综合水平。

3 结果分析

运用SPSS平台，得出KMO检验值为0.797，Bartlett球形检验显著性为0.000，所以，时序全局主成分分析方法对研究所用数据适宜。根据特征值大于1的要求，当提取7个主成分时，累计方差贡献率可达到88.34%，能够较好地反映出26个指标的绝大部分信息。

图1 1998～2012西部地区各省份农村生态经济演变趋势

图2 极值差幅和人口加权变异系数趋势变化

3.1 农村生态经济时序变化

在Matlab中计算结果，得到：在第一主成分上X20～X26的载荷高，代表了农村经济总量；在第二主成分上X15、X19的载荷高，代表了生产技术；在第三主成分上X1的载荷高，代表了生态环境；在第四主成分上X4、X7、X13的载荷高，命名为农民收入；第五主成分上X12的载荷高，命名为经济增长与环境治理；第六主成分上X14的载荷高，反映了渔业在农村生态经济中的重要性；第七主成分上X9、X10的载荷高，反映了产业间的关联作用。计算西部各省份农村生态经济综合得分(图1)。

图1反映的是西部地区各省份农村生态经济总体发展水平的变化趋势。从总体上看，各省份的农村生态经济综合得分呈现出较缓慢地波动下降状态，农村生态经济以平均每年1.63%的速度下降。分析这15年中各省份农村生态经济与各主成分相关系数，发现第五、六、四主成分与农村生态经济得分相关系数分别为0.52、0.48、0.47，表明提高农民收入、减少经济发展带来的环境破坏、大力发展林、牧、渔三大产业，尤其是林、牧业是推动西部地区农村生态经济不断提高的本质原因。

从各省份得分变化上看(图1)：重庆、青海属于稳定型；内蒙古、陕西属于缓慢增长型，其变化趋势与第四、五、六主成分变化较一致，说明林、牧、渔在不断发展，农业在农林牧渔四大产业中比重在不断下降，过度开垦现象得到改善，生态环境好转，农民收入明显提高；广西、四川、贵州、云南、宁夏、甘肃、新疆、西藏属于缓慢下降型，其变化趋势与第三、五、六主成分变化有关，说明由于耕地占土地总面积的不断上升，造成生态环境恶化，从而形成了贫穷—过度开垦—生态环境恶化—更加贫穷的恶性循环，表现出局部治理、整体恶化的现象。因此这些地区，在保护耕地的同时，要重点发展林、牧业，并以此带动农产品加工业、观光、采摘、休闲为一体的旅游业的发展，不仅可以改善农村生态环境，同时可以增加农民收入。

3.2 基于时序的区域差异特征

根据公式(1)(2)分别计算1998～2012年西部地区各省份农村生态经济的极值差幅和人口加权变异系数。并对上述两项指标分别进行四次多项式回归拟合，R2分别为0.89和0.90，均能较好地反映趋势的变化。

从时间变化上看(图2)， 1998～2012年间，农村生态经济一直表现为最高值是四川，最低值是西藏，极值差幅从4.35下降到4.13，表现为先急速上升后波动下降的趋势，说明农村生态经济绝对差异在波动中减小；人口加权变异系数从1998年的1.62上升至2012年的2.43，说明农村生态经济的相对差异由扩大向稳定的趋势演变。

分别从极值差幅和人口加权变异系数变化趋势上看(图2)，可将变化趋势分为两个阶段：(1)差异扩大阶段(1998～2000年)，人口加权变异系数变化最为明显，从1.62快速上升至2.69，以年均28.94%的速度增加；极值差幅由4.35上升至4.65，远小于人口加权变异系数的增长幅度。此阶段正处于西部大开发之前，西部各省份由于自然条件差异大且环境破坏程度不同，加之经济水平低，生态恢复难度大，导致不论是绝对差异还是相对差异都有不断扩大的趋势，西部大开发和生态文明建设已迫在眉睫。(2)波动缩小阶段(2000～2012年)，人口加权变异系数在2.51附近小范围波动，年均缩小0.86%，并且极值差幅维持在4.33左右，以年均0.97的速度缩小。此阶段正值西部大开发战略、“十五”、“十一五”、“十二五”规划稳步实施阶段，可明显看到国家开发西部、建设西部的成效。

3.3 西部地区农村生态经济空间变化特征

基于ArcGIS10.0平台，选取3个时间节点，采用自然断裂点法，按西部地区各省份农村生态经济综合得分，由高到低将农村生态经济分为经济发达地区(Ⅰ)、经济较发达地区(Ⅱ)、经济欠发达地区(Ⅲ)、经济不发达地区(Ⅳ)等4个等级。由图3可知：(1)1998年，仅有四川、广西属于Ⅰ等级；属于Ⅱ等级的有内蒙古、新疆、云南；属于Ⅲ等级的有重庆、贵州、陕西、甘肃、宁夏；属于Ⅳ等级的是青海、西藏。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ省份数量之比是2： 3： 5： 2，表明中间等级的省份较多，有较好的提升潜力。(2)2006年，西部地区农村生态经济格局变化不大，最为明显的变化是内蒙古跻身进入Ⅰ等级，陕西进入Ⅱ等级， Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ省份数量之比是3： 3： 4： 2，表明内蒙古和陕西的退耕还林还草工程对生态建设和农民增收的显著成效，同时也得益于大力转变农牧业发展方式，农牧业竞争力增强的结果。(3)2012年，发生变动的有：重庆进入Ⅱ等级，青海进入Ⅲ等级， Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ省份数量之比是3： 4： 4： 1，表明各省份之间的差异在缩小，一方面反映出农村生态经济低等级的省份在逐渐好转，另一方面也反映出农村生态经济高等级省份，如四川、广西、云南等相对西部其他省份而言人口稠密，人多地少，缺乏保护意识，过度开垦，从而造成生态经济下降趋势。

图3 西部地区农村生态经济空间分布演变

4 结论与讨论

(1)西部地区农村生态经济整体上波动下降，但各省份变化趋势不同：“稳定型”的省份有重庆、青海； “缓慢增长型”的省份有内蒙古、陕西； “缓慢下降型”的省份有广西、四川、贵州、云南、宁夏、甘肃、新疆、西藏。

(2)农村生态经济发展水平的绝对差异在波动中减小，而相对差异由扩大向稳定的趋势演变。1998～2000年，农村生态经济相对差异扩大幅度远比绝对差异扩大幅度大； 2000年后，相对差异和绝对差异都呈稳定的缓慢缩小趋势，意味着随着国家西部大开发等相关工作的不断推进，农村生态经济两极分化的现象有所减轻。

(3)西部地区农村生态经济在空间上呈现出以四川为中心向周围逐渐降低的格局，而且农村生态经济等级比例从“中间大两头小”向“头重脚轻”发展，有利于西部地区农村生态经济的整体提高。

(4)总体空间格局上，农村生态经济空间差异小的省份位于西部地区的东南部(四川、广西、云南、贵州、重庆)，该区域是西部地区农村生态经济发展最好的区域，并呈现向东、向北发展的趋势。农村生态经济发展水平参差不齐、空间差异大的区域主要位于西部地区的西北部(陕西、内蒙古、宁夏、甘肃、新疆、青海)，该区域不仅等级差异大，而且等级的变动也较大，且均向更高等级方向变动，说明该区域在西部大开发中农村生态经济的整体上升是最明显的。在研究时段内，西藏的农村生态经济等级始终未变，且综合得分处于缓慢下降趋势，说明该区域自然环境最恶劣、社会经济条件最落后。国家在西部大开发中的重点是改变西藏落后的基础设施，基本建成了适应市场经济的基础设施，而对其恶劣的生态环境改变较小。

(5)该研究以省(自治区、直辖市)为基础研究单元对西部地区农村生态经济时空演变进行分析，并选取了反映农村生态经济的26个指标，但是不同指标选取和空间尺度是否对西部地区农村生态经济的时空差异产生不同的影响，需要今后做进一步验证。

[1] 刘薇. 区域生态经济理论研究进展综述.北京林业大学学报(社会科学版)， 2009, 8(3): 142～147

[2] 石山. 生态时代已降临中华大地.中国生态农业学报， 2001, 9(1): 3～5

[3] 李周. 中国生态经济理论与实践的进展.江西社会科学, 2008，(6)： 7～12

[4] Bryan G N，Douglas N.Ecology and valuation：Big changes needed.Ecological Economics， 2007, 63(4): 664～675

[5] Inge R.Trends in the development of ecological economics from the late 1980s to the early 2000s.Ecological Economics， 2005, 55(2): 262～290

[6] 刘新平，韩桐魁.干旱区农用地适度规模的生态经济学分析——以新疆为例.干旱区地理， 2004, 27(3): 431～436

[7] 王文杰，潘英姿，王明翠，等.区域生态系统适应性管理概念、理论框架及其应用研究.中国环境监测， 2007, 23(2): 1～8

[8] 佟金萍，王慧敏.流域水资源适应性管理研究.软科学， 2006, 20(2): 59～61

[9] 孙东亚，董哲仁，赵进勇.河流生态修复的适应性管理方法.水利水电技术， 2007, 38(2): 57～59

[10]陆学，陈兴鹏.循环经济理论研究综述.中国人口·资源与环境， 2014， 24(S2)： 204～208

[11]Geng Y，Sarkis J，Ulgiati S，et al.Measuring China′s circular economy.Science， 2013, 6127(339): 1526～1527