基于ESDA的甘肅省農業經濟時空格局演化分析

王新民，談 波 ，宋澤華 ，李春艷

（1.天水師范學院 資源與環境工程學院，甘肅 天水 741000；2.西北師范大學，甘肅 蘭州 730060）

“三農”問題是我國發展中面對的焦點問題，十九大會議中提到我國要持續推進“三農”工作，實施鄉村振興戰略，促進農業、農村經濟發展。近年來各界學者對相關問題研究成果豐富，林星[1]等從理論角度分析了習近平“三農”思想的主要內容及實踐和理論意義；于建忠[2]等從金融學角度探究了供給側改革下，“三農”金融服務與管理的建設和改革設想；湯益誠[3]基于改革視角，論述了農村供銷合作社改革頂層設計的“四個體系”、顯著特征和需要著力解決的問題，并對農村經濟的宏觀發展提出改革建議；何欣、錢忠好和張蘭[4-6]等學者從農地流轉經營的角度對農地流轉政策的執行效果及完善措施、發展趨勢、農地流轉行為和農地規模經營的影響因素進行了探究，并提出改善建議。關于農業經濟的時空研究，何紅關[7]等人通過主成分析和空間統計分析，探究了我國近二十年農業經濟增長質量時空演化過程，論述了增長質量的階段性特征，提出了農村可持續發展的有限抑制性觀點；王建興[8]等人提出了陜西省農業經濟發展的四個階段，但其分析主要基于不同區域的數據統計性特征分析，未能體現空間之間的關聯性。關于甘肅農業經濟時空特征的研究，周文昕[9]等人于2009年研究得出甘肅省農業經濟格局的南北差異性特征和空間分布格局，榮慧芳[10]運用灰色關聯模型、基尼系數、泰爾系數對甘肅省農業經濟地區差異及原因進行了分析。前者注重空間格局研究，而時間變化特征分析不足；后者注重分析時序變化和歸因，對農業經濟的空間屬性分析缺少。基于此，本文以2009—2015年甘肅省縣際農業經濟數據為基礎，運用綜合指標評價法、描述性統計方法、空間分析方法對甘肅省縣際農業經濟時空演化特征進行探究，揭示其發展特性，為甘肅省農業經濟發展空間布局提供參考。

一、研究區概況

甘肅省地處黃河上游，全省土地總面積0.453億公頃，其中農用地為0.258億畝，達到省土地總面積的一半；農業從業人員有1 129.74萬人，占全省總人口的72.34%；2015年省農業總產值達到1 107.9億。近年來西部地區尤其是甘肅省農業得到了迅速的發展：農業從業人口增多、農業投資總額上升、農業綜合貢獻率提高，縣域農業經濟發展整體態勢良好，但縣區發展水平差異、空間布局、經濟格局體系構建不明確。因此，分析甘肅省縣際農業的時空演化，研究其農業經濟發展的空間關聯度，對甘肅省縣際農業經濟發展具有重要價值。

二、研究方法及數據來源

（一）綜合指標評價法及賦權法

本文結合甘肅省實際情況，參考牛敏杰[11]等人研究，采用發展現狀、生產條件和產業結構三個維度共17項指標構建評價系統（見表1），以反映農業經濟發展的環境條件、水平及其結構特征。為避免單一賦權方法的局限性，本文分別采用主成分分析法[12]、變異系數確權法[13]、熵權法[14]確定各組權重后取其平均值。同時考慮到經濟發展的動態性和年際數據特征差異，本文對指標權重進行分年度計算（見表2）。

表1 縣際農業經濟發展水平評價指標體系

權重計算方法如下：

1.主成分分析法：主成分分析是通過降維技術提取多指標中具有綜合描述作用的少數指標的統計分析方法，本文在研究中運用SPSS22.0軟件實現。

式中Wi、Δwi、、Di分別為i指標的權重、變異系數、平均值、標準差。

熵值標準化：Bi=max（Ai）/Ai

式中Xi為系統中i項指標。

表2 評價指標各年度權重

（二）統計分析描述性統計方法

本文以縣域農業經濟發展水平綜合得分為基礎，采用極值差率（Ir）[15]、極均值差率（Irm）[15]、相對差距系數（Ivr）[15]、變異系數（Cv）[16]探究甘肅省各縣區農業經濟水平差異演化特征。公式如下：

式中，xmax、xmin、分別為甘肅省各縣區得分的最大值、最小值、平均值。Ir表示各縣區間得分相對變化的最大幅度，Irm表示各縣區得分偏離均值的最大 /最小幅度。0＜Ivr＜1，Ivr越趨近于 0，縣區農業水平的極值差距越小；越趨近于1，則差距越大。n=86，為全省縣區總數，xi為第i各縣區得分。

（三）ESDA

1.空間自相關[17]：空間自相關是測度空間數據、空間聯系和相關性的方法，主要從全局和局部探究區域單元屬性的空間關聯程度。

（1）全局自相關（M oran's I）：全局自相關是從區域整體角度度量區域單元屬性的相似性。Moran's I表示空間自相關系數，公式如下：

式中，xi、xj分別表示單元 i、j的屬性值，wij為其單元i、j的二元對稱空間權重矩陣。Moran's I∈（-1，1），小于 0，為負相關，等于 0，為不相關，大于0則全局正相關。

（2）局部自相關：為了彌補全局相關性評估忽略空間過程潛在性問題的不足，運用空間聯系的局部指標（LISA）來描述某單元與周圍相似單元之間的空間集聚程度。計算公式如下：

式中 Ii為局部自相關系數，Ii∈（-1，1），Ii小于0，則觀測單元與周圍負相關，等于0，則為局部不相關，大于0，則觀測單元與周圍存在正相關性。

2.地理分布度量分析。運用ArcGIS度量地理分布工具平均中心和標準距離來測度觀測值分布的地理中心及其周圍觀測值相對于中心的集中性。

（四）數據來源

本文所采用數據來源于《甘肅省統計年鑒》[18]（2010—2016年），鑒于數據量綱的差異，因此以極差標準化[19]進行處理，公式如下：

式中 xij表示 i指標 j區域觀測值，max{xij}、min{xij}分別為其最大值、最小值。

三、農業經濟發展時空分析

由于區位條件、社會生產水平、經濟能力等的差異性，甘肅省各縣區農業經濟發展水平不均衡，基于此，本文將甘肅省農業經濟水平以優勢系數（優勢系數=（縣區綜合得分-年均值）/年均值）劃分為 5個類型：優勢系數 ＜-0.5，為不發達；-0.5＜優勢系數＜-0.1，為欠發達；-0.1＜優勢系數＜0.1，為中等水平；0.1＜優勢系數＜0.5，為較發達；優勢系數＞0.5，為發達。同時依據各年農業經濟水平得分進行分析。

（一）優勢系數類型分析

依據農業經濟水平優勢類型劃分結果，通過ArcGIS中度量地理分布工具得到各年度不同類型農業水平的平均中心，并生成以66%的要素為涵蓋對象、以平均中心為圓心、標準距離為半徑的正圓，以標準圓來表示相同農業經濟水平縣區的集中程度和范圍，標準圓半徑越小，集中程度越高。同時運用聚類可視化對農業經濟水平進行視圖模擬（見圖 1）。

圖1 部分年份甘肅省縣際農業經濟水平時空演化

以 2009年、2011年、2013年、2015年 4個時間節點進行比較，可知2009—2015年甘肅省農業經濟發展水平變化較小，農業經濟水平提升有限。參考米海峰[20]對甘肅省經濟區域的劃分，2009—2015年全省農業經濟發展北弱南強，形成以河西地區為主體的高水平區和以隴南、臨夏為主體的低水平區，其中酒泉地區和慶陽部分地區農業經濟水平提高顯著，張掖及周圍地區農業經濟發達，是甘肅省農業經濟的增長極。

從圖1可知：

1.發達區平均中心始終處于河西走廊中部，局部有較小的變動，標準圓半徑變化明顯。2009年標準圓半徑大于2011年、2013年、2015年，表明2009年農業發達區向平均中心的集聚性變弱，分布分散。2011年、2013年、2015年半徑較小且變化較小，表明農業發達區在平均中心的集聚性強于2009年，并居于穩定，河西中部農業經濟保持良好發展態勢。

2.較發達區平均中心位置存在較明顯變化，標準圓變化明顯。2009年農業經濟較發達區為酒泉玉門市、肅州區，張掖甘州區，武威金昌縣、民勤縣，均處于河西地區，分布集中，較發達區標準圓半徑小于2011年、2013年、2015年。2011—2015年農業經濟較發達縣區空間分布分散，標準圓半徑較大，自西向東偏移。經濟平均中心總體處于河西中部，其中酒泉市農業經濟普遍提高，達到發達水平，河西西部較發達經濟類型縣區對經濟中心牽引作用減弱，經濟平均中心移至河西東部。

3.中等水平區在河西地區酒泉市大部、隴中地區北部及隴東南局部均有分布，分布分散，平均中心2009年位于河西地區東段，接近隴中地區。2010—2015年全省農業經濟發展能力增強，平均中心移至隴中、隴東地區，且空間位置變化趨緩。從標準圓半徑來看，2009年由于中等水平區分布分散，半徑為四個年度中最大值，2011年、2013年、2015半徑均小于2009年且長度相近，中等水平區分布較2009年集中性更強。

4.2009—2015年欠發達地區在空間平均中心和標準圓半徑變化較小，欠發達區長期位于以隴中地區，空間集聚性強。

5.不發達區平均中心2009年位于隴中地區南部，2011年、2013年、2015年則在民族地區（甘南市、臨夏州）中部小范圍內移動，空間移動趨緩，主要由于2009年省內隴東南地區西部及東北部、民族地區東部農業不發達地區集中，數量多，對平均中心向南牽引能力強。

（二）農業經濟水平差異分析

通過極值差率（Ir）、極均值差率（Irm）、相對差距系數（Ivr）、變異系數（Cv）測算結果模擬其變化過程（見圖2），探究2009—2015年甘肅省縣際農業經濟水平演化特征。

圖2 2009—2015年甘肅省縣際農業經濟離散性演化過程

結合圖2可知，2009—2015年 Ir變異程度最大（Cv為0.173 3），表明縣際農業經濟極值變化明顯，農業發展波動大，經濟運行不平穩。Irm（max）、Irm（min）變化具有較高相似性，且變化幅度小，說明甘肅省農業經濟水平極大值與極小值縣區經濟變化過程與區域平均水平演變相似，極大值與極小值對區域平均水平的影響力不顯著，反映出各縣區農業經濟在平均值上下集聚的特征。

農業水平Ivr和Cv保持平穩狀態（Cv分別為0.049 8、0.076 2），表明 2009—2015年縣際年度農業經濟水平離散程度和差距保持相近水平，各年縣際差距變化不明顯，農業經濟水平變化小。同時2009—2015年 Ivr均大于 0.7，接近 1，縣際發展兩極差距大，甘肅省東西跨度1 600余千米，高原、山地、平原交錯分布，涵蓋濕潤、半濕潤、半干旱、干旱多種氣候類型，農業發展區位條件分布不均衡，是導致農業經濟發展差異的主要原因。

2012年離散程度測度指標均有下降，其中Irm（max）下降最明顯（降幅 12.9%），表明農業經濟水平極大值縣區經濟水平較其他年份下降劇烈，遠低于同期水平，從原因來看，自然災害是主要原因。2012年，甘肅省隴中地區及其他局部地區先后發生春旱、特大冰雹山洪泥石流災害，東部和中部地區發生小麥條銹病、粘蟲害，隴東南及隴中局部地區馬鈴薯晚疫病等病蟲害，導致農作物減產，農業經濟發展受到影響[21]。同時河西地區農業種植結構轉變尚不成熟，經濟效益不顯著。

（三）空間集聚性分析

本文通過GeoDA軟件空間自相關分析方法從全局和局部兩個角度探究甘肅省縣際農業經濟的空間相關性，結果如表3所示。

表3 甘肅省縣際農業經濟全局Moran's I檢測結果

1.全局自相關。從表3可知，2009—2015年全省縣際農業經濟水平Moran指數均為正值，正態分布假設下，對Moran指數置信度0.001檢驗的呈顯著。說明2009—2015年甘肅省86各縣區農業經濟水平存在顯著的、正的空間自相關，在空間分布上表現出相似值之間的集聚。2009—2015年Moran's I呈下降趨勢（降幅為0.138 8），2015年較2009年降低30.43%，表明甘肅省縣際農業經濟水平的空間關聯性降低，區域經濟水平提高和生產力條件的改善使縣域農業發展的區位限制淡化，縣區對周邊地區農業發展的空間影響減弱。2012年前后變化最劇烈，2011—2012年下降速度達33%，高于年均5.7%的變化速度，說明2012年甘肅省農業經濟縣際分異無序性增強。

2.局部自相關。由于全局自相關評估不充分反映局部狀況或小范圍的局部失常狀況，因此本文對甘肅省縣際農業經濟局部自相關水平，進行Moran散點圖和LISA顯著性探究。

（1）M oran散點圖分析。通過GeoDA1.10軟件分別對甘肅省2009年、2011年、2013年、2015年四個截面數據的空間局部自相關水平進行測度和檢驗（0.001的顯著性水平），并輸出測度年度Moran散點圖（見圖3）。

從圖3可以看出2009年、2011年、2013年、2015年甘肅省86個縣區農業經濟水平主要分布于第一、第三象限（多年均值分別為22.9%、64.8%）。第一象限表明高農業經濟水平縣區被同是高水平的縣區包圍，第三象限則相反，表示低值區水平區被低水平區包圍。全省高值-高值，低值-低值的空間集聚性顯著，高低值區交錯分布程度低，高值區對低值區帶動作用受到空間限制，低值區農業經濟處于并長期處于欠發達、不發達水平，農業經濟發展兩極分化，空間分異明顯。

圖3 甘肅省部分年份縣際農業經濟Moran散點圖

（2）LISA顯著區域分析。以2009年、2011年、2013年、2015年截面數據為基礎，借助GeooDA得到甘肅省部分年度LISA集聚圖（置信度0.05），結果如圖4所示。

圖4 甘肅省部分年份縣際農業經濟水平LISA圖

從甘肅省來看，農業經濟水平空間格局變化較小，呈北高南低格局，形成河西高-高集聚區和臨夏-隴南低-低集聚區。

究其原因，河西地區土地平整，耕地集中，作物生長期熱量充足，農業水利發達，形成了以制種、草蓄、經濟作物、雜糧為主體的農業優勢產區，成為甘肅農業經濟的高值集聚區。而臨夏-隴南地區，局部環境差異大，臨夏盆地山谷多，地塊破碎，無霜期短，一年四季均會發生干旱[22]，農業經濟發展長期受干旱氣候制約；隴南地區地處西秦嶺造山帶，山體密布，中深切割地貌發育，人均耕地面積0.029公頃[23]，不足全省人均面積的0.5%，且自然災害多發，農業發展的社會和自然條件不佳，與臨夏地區形成全省主要的農業經濟低值區。

從局部來看，2015年與 2009年相比可知：（1）酒泉肅北蒙古族自治縣、阿克塞哈薩克族自治縣由低-高集聚性分別發展為高-高集聚性和不顯著區，敦煌市發展為高-高集聚性區，表明酒泉中西部農業經濟的空間聯系性增強，高農業水平區的拉動作用明顯。（2）高-高集聚性縣區由7個增長為10個，主要為河西中部農業經濟水平高-高集聚性增強，形成河西農業發達區。（3）低-低集聚性縣區在數量上保持20個不變，2011年短暫增加后回落。在空間上，低-低集聚性區域向西南方向偏移，隴中、隴東地區低值集聚性降低。（4）迭部縣和永靖縣由低-低集聚性轉變為高-低集聚性，主要是受益于農業經濟水平的顯著提高，農業經濟總產值分別較2009年增長149.8%、92.2%，使其與周邊空間的聯系性發生變化。

四、結論

本文運用綜合評價法、描述性統計分析，結合GeoDA、ArcGIS軟件，運用度量地理分析、空間自相關分析，從時空角度對2009—2015年甘肅省86個縣區農業經濟發展水平的演化過程和特征進行了研究。結論如下：（1）從農業優勢系數來看，全省各類型農業經濟優勢區表現出不同的變化特征和分布范圍，形成以河西地區為主題的高優勢區，和以隴南、臨夏地區為主體的劣勢區。（2）2009—2015年農業經濟極差變化劇烈，極均值差率、相對差距系數、縣際變異系數變化平穩，農業經濟差距大；極大值與極小值對區域平均水平的影響不顯著，各縣區農業經濟水平在平均水平周圍集聚。（3）2009—2015年全省農業經濟呈顯著的全局自相關，Moran's I呈下降態勢（降幅 0.138 8），甘肅省縣際農業經濟水平的空間關聯性減弱。（4）縣際農業經濟的局部自相關性顯著。0.001的置信度下，2009年、2011年、2013年、2015年 86個地區在Moran散點圖主要分布于第一、第三象限，高-高型和低-低型集聚明顯，兩極分化突出。LISA顯著性區域分布演化過程表明，空間變化較小，呈北高南低的特征，形成河西高-高集聚區和臨夏-隴南低-低集聚區。2015年與2009年相比，局部地區高-高集聚性、高-低集聚性增強，低-低集聚性區向西偏移。