基于GIS的廣西土地生態質量與農村貧困空間耦合特征分析

童新華，梁 俏，韋燕飛，劉秋萍

(1.廣西師范學院 地理科學與規劃學院，廣西 南寧 530001；2.廣西師范學院 國土資源與測繪學院，廣西 南寧 530001)

我國經濟發展不平衡，東西部發展存在很大的差距。全面建成小康社會不僅是解決民生問題的主要任務，同時也是我國經濟社會發展的重點及難點。廣西“十三五”規劃綱要為提高民眾生活質量、改善人居環境和生產條件，提出了全力推進精準扶貧的要求。20世紀中期，空間耦合研究得到應用和推廣，隨著《Ecological Economics》的出版及國際生態學會的創辦，經濟發展與生態環境耦合研究得到快速發展，主要從區域特征、生態環境現狀及規律等角度，對不同范圍的生態環境及社會經濟進行空間耦合分析與評價[1]。我國著名學者任繼周于1994年提出了“生態系統耦合”的概念，進一步推廣了生態經濟學及其相關的知識[1]。現階段我國對生態環境與貧困耦合的空間關系研究涉及的范圍及內容較少，同時還面臨著許多棘手的問題，需要學者們進一步研究發現問題并提出相應的改進方案。

我國貧困地區存在一些生態和經濟發展的問題，對貧困地區的研究需進一步加深。從總體上說，我國在經濟發展和生態環境耦合研究中還處于探索階段，迫切需要豐富的實踐經驗、龐大的人才體系、先進的系統與設備及科學的理論等支撐。為研究廣西土地生態質量與農村貧困之間的關系，本文從廣西的自然地理條件和社會經濟條件入手，利用協調發展模型[2]，尋找影響貧困農村脫貧的因素，為貧困地區脫貧與經濟發展提供具有科學意義的意見和建議。

1 研究區域與數據來源

1.1 研究區域

廣西壯族自治區介于北緯20°54′～26°24′、東經104°26′～112°04′之間，是北回歸線經過的省份之一，廣西幅員遼闊，全省面積約23.67萬km2，占國土面積的2.46%。廣西地勢特點為西北高東南低，土地資源表現為山多丘陵少[3]，其中，山地占全省面積的59.4%、丘陵占10.7%、臺地占6.3%、平原占20.6%、水域占3.4%。廣西總人口為5159萬，常住人口為4610萬人，人口密度約195人/km2，其中貧困人口數量較多，約538萬人，貧困地區相對集中，且具有一定的集群性[1]。研究區示意圖如圖1所示。

圖1 研究區示意圖

1.2 數據來源

研究的數據主要包括90 m分辨率的數字高程模型、國家1∶25萬基礎地理數據中的縣界和行政界限、《廣西統計年鑒(2016年)》中的年均降水量、人均水資源量、公共財政收入、糧食總產量、社會保障和就業支出等基本數據。

2 研究方法

本文以“數據收集整理—特征分析—耦合分析”為主要思路開展研究，數據收集整理階段收集相關數據建立指標體系并確定權重，特征分析階段結合收集的數據，劃分研究區土地生態質量等級和社會經濟等級；耦合分析階段進行土地生態質量與農村貧困的空間耦合研究。技術流程如圖2所示。

2.1 指標體系的建立

本文以貴州省脆弱生態環境與貧困耦合關系研究中采用的指標體系為參考依據[1]，結合胡鳳英[4]、李靜怡[5]等對生態環境質量與經濟貧困和土地生態安全與經濟關系的耦合分析，及樊治平等[6]的主客觀賦權法和陳鵬等[7]的層次聚類法等進行分析。通過90 m分辨率的數字高程模型數據、國家1∶25萬基礎地理數據中的縣界與行政界線、2016年《廣西統計年鑒》、地貌與氣候因素、貧困狀況、數據的可獲取性及因子間相關性等，構建了本研究的土地生態質量與農村貧困評價指標體系。

圖2 技術流程圖

2.2 層次分析法

AHP(層次分析法)是一種主觀權重計算方法。研究采用YAAHP(層次分析法軟件)計算權重[5]，層次分析法的計算過程為：目標層的研究對象為研究區的土地生態質量，因素層的分析目標為其余的指標，該方法采用了1～9標度法，在專家打分的基礎上,通過對各專家的打分情況進行綜合，最后確定不同指標的標度結果，計算方法如下。

(1)構建層次模型：將不同層次的指標體系從高到低排序。

(2)構造判斷矩陣A：根據層次模型每個元素的相對重要性，附以1～9個標度，1表示兩者同等重要，3表示前者相對后者較重要，5表示前者明顯比后者重要，7表示前者顯著比后者重要，9表示前者極端重要[8]。

(3)一致性的計算：證明以上的權重是否合理是判斷一致性的標準，當|A-λ|=0時，計算最大特征向量λmax，同時λmax為權重向量。

CI=(λmax-N)/(N-1)

(1)

CR=CI/RI

(2)

式中：當CI=0時表示判斷矩陣具有完全一致性，N代表指標個數，查找表格得到RI一致性指標，CR為一致性比例，當CR≤0.1時表示通過一致性檢驗。

2.3 變異系數法

變異系數法是一種客觀權重計算方法。變異系數法不僅能夠分析數據，同時也是衡量數據離散度及變差程度的一種標準方法，該方法較其他客觀賦權法具有顯著的優勢，在計算指標權重時能夠將指標間的差異直觀地體現出來[5,8]。變異系數法計算公式如下：

(3)

式中：Vi代表所選指標中第i項指標的變異系數，σi代表第i項指標的標準差的結果，xi代表第i項指標平均值的計算結果。

2.4 組合權重

李靜怡[5]在連片特困區生態環境質量與經濟貧困的耦合關系研究中指出，采用組合權重法對權重進行分配計算得出的權重值最佳，其結果既能有效地結合主觀賦權法的優點削弱其缺點，又能揚長避短，不失客觀地將研究區的特點表達出來[8]。研究運用組合權重的方法計算指標權重，公式如下：

W=?×W變異+(1-?)Wahp

(4)

(5)

(6)

式中：G為層次分析法計算分量的差異系數，Pi表示通過AHP計算的權重并將其按從小到大的順序排序的結果，W變異是經過變異系數法計算得到的權重，N代表研究選取的指標數量，W代表最終的權重，Wahp是經過層次分析法計算得到的權重。

土地生態質量與農村貧困指標權重如表1所示。

表1 土地生態質量與農村貧困指標權重

2.5 土地生態質量與社會經濟等級劃分

首先，采用自然斷點法(natural breaks)將土地生態質量與社會經濟劃分為5個等級，并將其分級結果作為土地生態質量與社會經濟等級的劃分標準，結果用等級1～5表示，等級越高其土地生態質量越差。其次，對土地生態質量等級及社會經濟等級進行疊加分析，結果分為五級，級別越低質量越好，級別越高質量越差。

2.6 空間分析

2.6.1Moran’sⅠ 研究通過分析耦合協調度的Moran’sⅠ指數對廣西各縣的空間自相關性進行了分析。其中，Moran’sⅠ的取值范圍為[-1,1],0表示不相關，小于0為負相關，大于0為正相關[9]。當Z的得分大于1.96或小于-1.96時，Moran’sⅠ的結果為可采信值，大于1.96，表示結果為聚集分布；小于-1.96時，表示研究對象呈隨機分布的狀態[9]。

Moran’sⅠ的計算公式如下：

(7)

式中：n是指標數量，xi是第i個數的數值，wij是對應的空間權重矩陣，如果i與j相鄰則等于1，若不相鄰則為0。

2.6.2 空間聚集分析 聚集分析是反映對象本身與周邊對象之間，在某一設定的屬性值上表現出來的相似程度，并以高高值聚集(HH)、高值被低值包圍(HL)、低值被高值包圍(LH)及低低值聚集(LL)4種形式表示[10]。

2.6.3 空間熱點分析 熱點分析是空間分析中常用的一種方法，該方法通過不同的色調對熱點(高值聚集)與冷點(低值聚集)進行渲染，能夠形象地表現研究區域的結果，并直接客觀地展現高值及低值的地區，同時還包含計算過程中每個對象的P值及Z得分等。在計算結果中，Z得分通常表示數據的標準偏差，Z為負表示冷點，為正表示熱點；P值為對象完全隨機分布的概率[7]，當(1-P)×100%>95%時,表示數據具有顯著性。

2.7 耦合模型

研究采用協調發展模型分析廣西各縣的土地生態質量及農村貧困的空間耦合特征。

首先，運用綜合指數法計算土地生態質量指數(EI)和經濟貧困綜合指數(P)：

EI=∑xi×wi(i=1,2,3,…,n)

(8)

P計算公式與EI一致。

C=f(x)k×g(y)k/[αf(x)+βg(y)]2k

(9)

T=αf(x)+βg(y)

(10)

(11)

式中：C為耦合度；T表示生態與經濟貧困的綜合評價的指標數值；D為耦合協調度；g(y)表示標準化計算后，研究區農村貧困的綜合指數排名；f(x)表示標準化計算后，研究區的土地生態質量排名；k為調節系數，k=3能夠增加數據的可區分度；α、β為待定系數，其值為0.5[11-12]。

表2、表3分別為耦合協調度類型及差異類型的判別標準。

表2 耦合協調度類型分類及判別標準

表3 耦合協調度差異類型及判別標準

3 結果與分析

3.1 土地生態質量與農村貧困的空間關系

廣西空間貧困特征大致呈現出由南部、東南部及中部地區向西部、東北部、北部和西北部過渡的趨勢，西北部貧困程度最高[13]。如圖3所示，在土地生態質量等級中，百色、河池、柳州及桂林的土地生態質量等級較差，北海、防城港、欽州、貴港及來賓等城市土地生態質量等級較好，主要是因為西北部和東北部多為山區，地勢偏高，且為喀斯特密集區，石漠化現象相對嚴重，森林覆蓋率較低；降水量較東部及南部地區低，水資源匱乏。在社會經濟等級中，百色、河池、崇左、柳州等城市的社會經濟等級較差，貴港、玉林、欽州等城市的社會經濟等級較好，主要原因是南部、東南部及中部地區地勢較低，多為平原，海陸交通便利；經濟較發達，收入來源廣泛。廣西土地生態質量等級總體趨勢表現為由南部和中部向西北部、北部及東北部遞減，與貧困的空間分布大致相同。

3.2 土地生態質量與農村貧困的空間相關性分析

空間自相關分析的結果顯示，Moran’sI結果為0.16，Z-SCORE得分為2.42，P值為0.015，說明耦合協調度為正相關，呈聚集分布。如圖4所示，在空間聚集分析結果中，欽州市的靈山縣、南寧市的橫縣、貴港市區及貴港的桂平市呈現出高高值聚集的現象；南寧的邕寧區和玉林市呈現為低值被高值包圍；河池的凌云縣和鳳山縣，桂林市區、桂林恭城瑤族自治縣及桂林陽朔縣呈現出低低值聚集的特點。在空間熱點分析中，欽州、南寧、貴港及玉林為熱點，而河池、百色、柳州及桂林為冷點。總體趨勢表現為從南部沿海地區向西北部山區過渡的現象，與貧困空間分布情況相一致。

圖3 土地生態質量等級及社會經濟等級分布圖

3.3 土地生態質量與農村貧困的空間耦合分析

如圖5所示，耦合度與耦合協調度為一級和二級的區域，貧困等級較低，而耦合度與耦合協調度為三級、四級及五級的區域，貧困等級較高。耦合度與耦合協調度的空間分布格局大致呈現出由南部、東南部向西部、西北部、北部和東北部過渡的趨勢。欽州和貴港的耦合度和耦合協調度都最高，在耦合度中，柳州、河池、崇左、防城港、北海及玉林的耦合度較差；在耦合協調度中，崇左、河池、柳州、桂林與百色的耦合協調度較差。主要因為貴港和欽州在土地生態質量等級中屬于一級城市，而柳州、河池、崇左等城市均屬于四級和五級，貴港與欽州平原及丘陵廣布，土地類型多樣，地處河流中下游，水資源豐富；柳州、河池、桂林、百色及崇左等城市地勢較高，且為喀斯特地區，石漠化現象嚴重，由于土壤厚度低，植被難以生長，且為河流發源地，遠離海洋，水資源匱乏。貴港和欽州的人均GDP、糧食總產量、農民人均純收入、固定資產投資及城鎮居民人均收入等均較高；柳州、河池、崇左等城市人均GDP、公共財政收入、公路密度等均較低。

圖4 空間聚集及空間熱點分布圖

圖5 耦合度及耦合協調度空間分布圖

統計發現，協調發展類型的縣城比例為64.77%，其中，優質協調發展占2.27%，良好協調發展占3.41%，中級協調發展占20.45%，勉強協調發展占38.64%。衰退失衡類型為35.23%(其中，瀕臨衰退失調占27.27%、輕度衰退失調占5.68%、中度衰退失調占2.27%、無嚴重衰退失調類型)。經濟環境同步型縣城的比例為61.36%，無經濟滯后型，環境滯后型為2.27%，經濟環境共損型為29.55%，經濟受損型為4.55%，環境受損型為2.27%。如圖6所示，廣西各縣整體的協調發展類型結果較好，但也存在不足，東北部與西北部較低，同時南部的部分地區也存在較低的現象；廣西各縣差異類型分布情況大致為廣西整體的環境和經濟發展較好，西北部、北部和東北部表現為經濟環境共損型，經濟滯后型位于東部，經濟受損型位于西南部，環境滯后型位于南部。

4 結論與建議

4.1 結論

本文利用協調發展模型對廣西各縣的土地生態質量與農村貧困的空間耦合特征進行了分析，雖然結果受到各因子及其數據分配不合理等因素的影響，但總體的結果大致與實際相符，結果如下。

(1)廣西空間貧困特征表現為由南部、東南部及中部向西部、西北部、北部和東北部逐漸升高。

(2)廣西耦合度與耦合協調度空間分布格局大致呈現出由南部、東南部向西部、西北部、北部和東北部過渡的趨勢。

(3)協調發展類型結果顯示，廣西中等水平的縣城居多，協調發展類型的縣城比例為64.77%，其中，優質協調發展占2.27%，良好協調發展占3.41%，中級協調發展占20.45%，勉強協調發展占38.64%，衰退失衡類型比例為35.23%(其中，瀕臨衰退失調型占27.27%，輕度衰退失調型占5.68%，中度衰退失調型占2.27%，無嚴重衰退失調類型)。

圖6 協調發展類型及差異類型分布圖

(4)差異類型結果顯示，廣西經濟與環境共損的現象較為嚴重，且極大部分集中于中等發展縣城。經濟環境同步型縣城的比例為61.36%，無經濟滯后型，環境滯后型為2.27%，經濟環境共損型為29.55%，經濟受損型為4.55%，環境受損型為2.27%。

(5)空間自相關分析結果表明，廣西土地生態質量與農村貧困的空間耦合結果呈正相關，為聚集分布；欽州、南寧與貴港為熱點，河池、桂林為冷點；在空間熱點分析中，欽州、南寧、貴港及玉林為高值聚集的區域，河池、百色、柳州及桂林為低值聚集的區域。

4.2 建議

廣西各區域發展不平衡，且存在較大的差距，尤其在產業、文化、地理景觀及氣候現象等方面，主要的問題包括：(1)農村貧困人口收入及發展差異大；(2)勞動力及素質較低，自我調節和發展能力較弱；(3)地形、地貌及氣候等自然地理條件制約著區域經濟的發展；(4)相應的扶貧項目、扶貧的資金及扶貧的工作人員等有待完善。

影響廣西貧困的原因主要包括土地生態質量及社會經濟2個方面，廣西脫貧需從這2個方面入手。在土地生態質量方面，由于受到各種地帶性及非地帶性因素的影響，不同的地區會產生不同的地形、氣候及地貌，人們雖無法改變各種自然現象及其規律，但可以從生活及生產方式入手，在不破壞環境及生態的基礎上，間接地改變當地的自然地理特征，通過發展特色農業產業，在環境保護的同時提高經濟發展的速度。社會經濟對內包括提高人均GDP的占有量、降低人口密度、提高農作物產量、加大醫療衛生事業的投入、提高人們的文化程度、加大各個城市的溝通及交流等；對外可以通過吸引外資、提高公路密度、對外投資等方式加強與外省的合作與交流。

結合廣西空間貧困特征、土地生態質量和社會經濟等結果可知，西部、西北部、北部及東北部為重點扶持和改善的區域，對經濟相對落后的城市，可以通過擴增交通網，加強水陸空交通要道的建設等進行調整，在吸收外來經濟的同時，展現自身的優勢；對環境受破壞較嚴重的城市，可以通過發展生態農業、旅游業和田園建設等，充分利用本地區的優勢，創建綠色項目，制定正確的發展戰略，達到恢復并保護地區生態及環境的目的；對經濟環境同步發展的城市，可以加大環境保護及監控的力度，并制定長遠的發展目標和計劃。

結果表明，廣西要實現全面脫貧，應加大對百色、崇左、河池3個城市的扶貧力度。廣西的扶貧開發計劃應遵循實事求是的原則，做到可操作性、整體性及綜合性的統一，在保證效率的同時兼顧公平的原則。具體措施如下：(1)多方參與。扶貧開發是一個系統性工程，需要多方參與，應統籌全局，全面系統地開展工作。(2)實現貧困地區各項指標全面發展。扶貧工作不只要提高貧困地區的收入，同時要完善教育、文化、娛樂和生產能力等。(3)從致貧原因出發，有針對性地實施扶貧工作。(4)根據貧困地區的貧困成因和現狀，結合地理、交通、自然和人力等資源，以公平效率、自上而下和民主決策的原則，積極調動基層力量和民眾參與的積極性，從貧困農民入手，提高扶貧效率。