河南省市域农业经济空间差异动态演化——基于增加值视角

1 引言

区域经济空间差异作为社会经济发展中的热点问题，已引起国内外学者的广泛关注[1-3]。农业作为国民经济的基础，其快速发展对缩小区域经济空间差异、促进区域均衡发展具有重要作用。研究农业经济空间差异对农业的可持续发展及制定合理的农业发展策略具有重要意义。目前，众多学者基于不同的视角、尺度和研究党法对农业区域经济差异问题展开了大量研究，并取得了丰硕的研究成果。如罗君等[4]采用Theil指数及象限图法，定量分析了甘肃省县域农业经济的空间差异。徐茜等[5]和晏路明[6]采用熵值法分别评价了对陕西省和福建省的农业经济综合发展水平。此外，有学者利用传统的分析方法结合探索性空间数据分析研究农业经济的空间差异[7-8]。连健等[8]、何红光等[9]、吴清[10]、余成群等[11]和袁本华[12]分别从不同的尺度研究了农业经济的空间差异。尽管上述研究对农业经济空间差异问题进行了大量研究并取得了重要成果，但大都学者均以农林牧渔总产值为研究对象，鲜有学者以农林牧渔增加值为研究对象。河南省作为中国第一农业大省和人口大省，河南省农业经济的发展不仅影响着本省现代化农业发展、区域发展差异，而且影响着国家农产品安全。基于此，本文以2007-2016年河南省18个城市为研究单元，以农林牧渔增加值为研究对象，利用重心分析、趋势分析及探索性空间数据分析（Exploratory Spatial Data Analysis，简称ESD A）等方法研究河南省市域农业经济增加值的空间差异性及空间依赖关系，以期为推动河南省市域农业经济发展、制定科学合理的农业发展策略提供科学参考。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文以2005～2016年河南省18个城市为研究单元，以农业经济增加值（本文中农业为广义的农业，农业经济增加值包括农业、林业、牧业、渔业和农林牧渔服务业）为研究指标，采用空间统计分析方法研究河南省农业经济增加值的空间差异性。河南省18个城市的农业经济增加值数据来源于《河南省统计年鉴（2006-2017）》；河南省市域矢量空间数据来源于国家基础地理信息中心1:400万数据库。

2.2 研究方法

2.2.1 全局空间自相关

全局空间自相关主要反映研究要素在总体上的空间依赖关系，可用于度量河南省市域农业经济增加值的空间依赖关系。全局Mor an’s I指数的计算公式为[13-14]：

式中：n为城市总数；yi和yj为市域i和市域j的农业经济增加值；为河南省市域农业经济增加值的平均值；Wij为空间权重矩阵。其范围为[-1,1]，若为正且趋向1时，则河南省市域农业经济增加值存在正相关性且空间差异呈缩小趋势；若为0，则随机分布，无相关性；若为负且趋向于-1，则河南省市域农业经济增加值具有空间负相关性且空间差异呈扩大趋势。

2.2.2 局部空间自相关

局部Moran’s I可进一步度量河南省市域农业经济发展间的局部空间依赖关系及其差异程度，计算公式为：

式中：Zi和Zj为城市i和j的标准化农业经济增加值。局部Moran’s I和Moran散点图均分为四个象限，表示四种局部空间关联关系，即HH(高-高)、HL(高-低)、LH(低-高)和LL(低-低)。其中，HH(LL)表示相邻城市间存在空间正相关性，即农业经济增加值较高(或低)的城市呈集聚分布；HL(LH)表示相邻城市间存在空间负相关性，即农业经济增加值较高(低)的城市与农业经济增加值较低(高)的城市相邻。

2.2.3 时空跃迁测度法

时空跃迁测度法主要用于研究不同时间局部空间关联类型的转移情况[15]，包括类型Ⅰ、类型Ⅱ、类型Ⅲ和类型Ⅳ等四种类型。类型Ⅰ为仅城市发生跃迁，包括HHt→LHt+1、HLt→LLt+1、LHt→HHt+1、LLt→HLt+1；类型Ⅱ为仅城市的相邻城市发生跃迁，包括HHt→H Lt+1、HLt→HHt+1、LHt→LLt+1、LLt→LHt+1；类型Ⅲ为城市及其相邻城市均发生跃迁，包括HHt→LLt+1、HLt→LHt+1、LLt→HHt+1、LHt→HLt+1；类型Ⅳ为城市与相邻城市均保持稳定，包括HHt→HHt+1、HLt→HLt+1、LLt→LLt+1、LHt→LHt+1。根据时空跃迁的分类，Moran散点图的空间稳定性可以表示为[15]：

式中，F0,t表示t时间段内类型Ⅳ跃迁的城市数量；n为可能发生跃迁的城市总量。St的范围是[0,1]，值越大，则空间稳定性越强；反之亦然。

2.2.4 重心模型

重心也称为加权平均重心，在地理学中指区域内能够维持区域平衡的支撑点，主要用于描述研究要素属性在研究时间段内的空间变化及其趋势。假设研究区域内有n个子区域，第i个子区域的中心坐标为(xi,yi) ,属性值为mi，则研究区域某一属性的重心坐标为：

3 结果与分析

3.1 河南省市域农业经济增加值的空间分布

为揭示河南省市域农业经济增加值的空间分布特征，作者采用ArcGIS软件中的空间统计分析和地统计分析功能模块对河南省市域农业经济增加值进行重心迁移和趋势分析。

3.1.1 重心演化轨迹分析

为研究河南省市域农业经济增加值的空间分布特征及变化情况，作者运用ArcGIS软件对2007-2016年河南省市域农业经济增加值的重心变化进行研究分析，结果见表1。表1中的重心迁移方向均为相对于上一年的重心迁移方向。分析表1可知，2007-2016年间河南省市域农业经济增加值的重心迁移变化存在波动性。其中，2008、2011和2014年重心向东北方向迁移；2009、2010和2012年重心向东南方向迁移；2013年和2015年重心向西南方向迁移；2016年重心向西北方向迁移。2008、2010和2015年的重心迁移速率明显高于其他年份，说明这几年河南省市域农业经济增加值的波动性较大。从整体上看，河南省市域农业经济增加值重心有向东南方向移动的趋势，即河南省东南方向城市的农业经济增加值的增速高于其他城市；但重心迁移距离较小，说明河南省各市的农业经济增加值的差异性波动较小。

表1 河南省市域农业经济增加值的重心坐标参数Tab.1 Barycentric coordinate parameters of added value of agricultural economy at city-level of Henan Province

图1 河南省市域农业经济增加值趋势分析图Fig.1 Trend analysis of added value of agricultural economy at city-level in Henan province

3.1.2 河南省市域农业经济增加值趋势分析

作者利用ArcGIS软件中的地统计模块对2007年和2013年河南省市域农业经济增加值进行趋势分析，以探究其空间差异性，结果见图1。Z轴表示农业经济增加值，X轴和Y轴分别表示东西和南北方向。图2中的竖线表示河南省各城市的农业经济增加值，黑点表示竖线顶点在东西方向和南北方向的正交平面上的投影，对平面上的黑点进行拟合得到河南省市域农业经济增加值在东西和南北方向上的分布趋势。分析图2知，2007年河南省市域农业经济增加值曲线，在东西方向上成“U”形，在南北方向上呈倒抛物线型，表明2007年河南省市域农业经济增加值在东西方向上：东部城市＞西部城市＞中部城市；在南北方向上：南部城市＞中部城市＞北部城市。2013年河南省市域农业经济增加值曲线，在东西方向上仍为“U”型，在南北方向上同样仍为倒抛物线型。由上述分析可知，2007-2 016年河南省市域农业经济增加值总体空间分布趋势为：在东西方向上表现为：东部城市＞西部城市＞中部城市；在南北方向上表现为：南部城市＞中部城市＞北部城市。

3.2 河南省市域农业经济增加值的空间依赖关系分析

3.2.1 全局空间依赖格局分析

作者采用GeoDa1.6.7软件对2007-2016年河南省市域农业经济增加值进行空间自相关分析，得出各年份的全局Moran’s I指数值，结果见图2。由图2可知，2007-2016年全局Moran’s I指数值均为正值，则表明河南省市域农业经济增加值具有空间正相关性，也即是农业经济增加值较高（或较低）的市域在空间上区域相邻。从时间的演变上看，市域农业经济增加值的Moran’s I指数值随时间呈现上升趋势，由2007年的0.131上升到2016年的0.263，说明在2007-20 16年间河南省市域农业经济增加值的空间正相关性在增强，即空间差异性在减弱。

图2 河南省市域农业经济增加值全局Moran’s I指数Fig.2 The global Moran’s I of added value of agricultural economy at city-level of Henan province

图3 河南省市域农业经济增加值的莫兰散点图Fig.3 Moran scatterplots of added value of agricultural economy at city-level of Henan province

图4 河南省市域农业经济增加值的莫兰散点图的空间分布Fig.4 Spatial patterns of Moran scatterplots of added value of agricultural economy at city-level of Henan province

3.2.2 基于Moran散点图的农业经济增加值局部演化特征

全局空间自相关仅能从整体上研究河南省市域农业经济增加值的空间依赖关系，为分析其在局部上的集聚和分散趋势，采用GeoDa1.6.7软件对河南省市域农业经济增加值进行局部空间自相关分析。根据全局Moran’s I指数的演变趋势，本文仅对2007年和2016年的河南省市域农业经济增加值进行局部空间自相关分析，得到其Moran散点图（图3），并利用ArcGIS软件进行空间可视化得到Moran散点的空间分布图（图4）。分析图3和图4可知，在200年和2013年属于HH和LL空间集聚类型的城市比例分别为7 2.2%和77.8%，主要分布在河南省北部、东部和南部；属于HL和LH空间差异类型的城市比例分别为27.8%和22.2%；主要包括洛阳市、平顶山市、漯河市、三门峡市和济源市。分析可以，属于HH和LL型的城市比例呈现上升趋势，说明2007-2016年河南省市域农业经济增加值的空间依赖性呈增强趋势，即空间差异性呈减小的趋势。

虽然Moran散点图及其空间分布图能够表明各城市的局部空间关联关系，但是不能直观反映空间关联类型的转移情况，本文进一步采用时空跃迁测度法研究河南省市域农业经济增加值局部空间关联类型的时空转移特征。由表1知，在2007-2016年间最普遍的跃迁类型均为类型Ⅳ，发生该类型跃迁的城市占全部城市的比例为94.4%，也即是Moran散点图的空间稳定性为0.944。研究时间段期间发生类型Ⅱ跃迁的城市仅有济源市；无发生类型Ⅰ和类型Ⅲ跃迁的城市。上述分析表明河南省市域农业经济增加值的局部空间关联关系具有很强的稳定性。

表2 河南省市域农业经济增加值Moran散点的时空跃迁矩阵Tab.2 Space-time transition matrices of Moran scatterplots of added value of agricultural economy at city-level of Henan province

4 结论

本文采用重心分析、趋势分析及ESDA等分析方法，利用Ge oDa和ArcGIS软件，研究2007-2018年河南省市域农业经济增加值的空间分布及空间依赖关系。得出以下主要结论：（1）整体上看，2007-2016年河南省市域农业经济增加值重心向东南方向移动，即河南省东南方向城市的农业经济增加值的增速高于其他城市。（2）2007-2016年河南省市域农业经济增加值总体空间分布趋势为：在东西方向上表现为：东部城市＞西部城市＞中部城市；在南北方向上表现为：南部城市＞中部城市＞北部城市。（3）2007-2016年全局Moran’ s I指数均为正值，而且随着时间的推移逐年增加，说明河南省市域农业经济增加值具有空间正相关性，也就是说农业经济增加值较高或较低的城市在空间上趋于集聚，且空间差异性呈现缩小趋势。（4）2007-2016年河南省市域农业经济增加值的空间依赖性呈增强趋势，即空间差异性呈减小的趋势。（5）2007-2016年Moran散点发生类型Ⅳ跃迁的城市比例分别为84.4%，表明河南省市域农业经济增加值的空间格局具有很强的稳定性。