洞庭湖區生態農業空間分異

周永 齊增湘 許德莉 劉慧 黃傅強 劉倩

摘要：收集洞庭湖區13 250條各類型生態農業數據，采用空間離散指數、平均城市中心距離、回歸半徑法等數理計量方法以及空間自相關、核密度分析等空間分析方法，對洞庭湖區生態農業空間分布特征和影響因素進行研究。結果表明：（1）洞庭湖區的生態農業呈顯著性集聚特征，理論方差值Z（I）在6.77～17.52之間，其中漁業的理論方差值最高，形成了以南洞庭湖區為核心，沿周邊鄉（鎮）向四周輻射發展的基本格局;（2）洞庭湖周邊鄉（鎮）的生態農業受市場區位影響較大，遠離湖區則受自然因素影響較大，其中岳陽市區域平均空間離散指數相對較大，而益陽市和常德市差別不明顯;（3）生態農業點在10～40 km回轉半徑內有12 361個，占總數據的93%，印證了環城游憩帶（ReBAM）理論;（4）受自然和社會因素的影響，各生態農業的核密度數值及分布都有所差異，其中益陽市蘭溪鎮核密度高值出現次數最多。研究結果可為洞庭湖生態經濟區生態農業結構調整和優化提供數據基礎。

關鍵詞：生態農業;空間分異;洞庭湖區;影響因素

中圖分類號： F323.1

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）15-0324-06

生態農業（eco-agriculture）是按照生態學原理和經濟學原理，運用現代發展的生物科學技術成果以及經濟管理手段，汲取傳統農業的有效經驗建立起來能獲得較高的經濟、生態和社會效益的現代化高效農業[1]。最早于1924年在歐洲興起，其理論則是由美國土壤學家威廉姆·阿爾伯衛奇在1970年提出[2]，并引起了國外學者的積極探討，其中德國、日本、瑞典以及美國等發達國家對生態農業的發展模式、體系以及法律政策等方面進行了系統探究。截至2014年年底，全球各國的生態農業總種植面積達4 000萬hm2，預計到2020年，生態農業總生產面積約占總農業生產面積的35%[3]。

我國生態農業的研究于1980年開始出現[4]，楊武德在界定生態農業概念、內涵、特點的基礎上，闡述了我國生態農業的發展歷程，并提出積極的建設策略[5];張燕在發展生態農業的保障制度方面提出相關建議[6];葉軍等從生態農業區域資源整合和綜合利用的角度，探討了我國生態農業的區域發展規劃問題[7];龍冬平等從地理學視角構建指標體系，評價并探討我國農業現代化發展的地域分異規律[8];李祺等依據湖南自然分布特征及全省布局劃分生態農業區[9-10];靳曉青在空間布局上，用最鄰近指數法及集中指數、基尼指數、不均衡指數、地理聯系率等方法分析了我國體閑農業的空間分布特征[11]。此外，還有學者就生態農業模式、產業化條件、技術體系、效益評估等方面開展了廣泛的研究，并取得了豐富的研究成果。

綜上所述，國內外學者對生態農業的研究多是從構建指標體系、宏觀系統規劃以及發展策略入手，但對具體區域生態農業空間分異特征和影響因素的研究不足。本研究以洞庭湖生態經濟區為例，通過實地調研和文獻整理，采用空間離散指數、平均城市中心距離、回歸半徑等數理計量方法以及ArcGIS空間自相關、核密度分析等空間分析方法，對洞庭湖區生態農業空間分布特征和影響因素進行分析，以期為洞庭湖區生態農業的可持續發展提供數據基礎和決策依據。

1 研究區概況

洞庭湖區位于湖南省北部，地處于28.30°～30.20°N、110.40°～113.10°E，主要包含有常德、益陽和岳陽3市，共24個縣（市、區）。區域總面積達4.5萬km2，約占全省國土面積的1/5，其內地勢低平，呈現碟形盆地圈帶狀結構特征[12]。隸屬亞熱帶大陸性季風濕潤氣候，四季分明，雨量充沛，平均年降水量達1 300～1 400 mm，最多年份降水量可達 2 000～2 300 mm。氣候溫和，區內日照時數為1 550～ 1 600 h，高于10 ℃有效積溫為5 200 ℃左右，無霜期可達 270 d 左右，其中農作物生長周期可一年兩熟至三熟。農業生產基礎扎實，糧食生產、生豬養殖和漁業都十分發達，為我國著名的魚米之鄉[13]，同時也是湖南省乃至全國重要的農產品生產基地，還是全球200個重要的生態區之一，區域內人口約占全省總人口的1/3，經濟總量占湖南省近1/4，是湖南省經濟社會發展的重要板塊[12]。

2 研究方法

2.1 數據來源及處理

以洞庭湖區為研究范圍，其行政區劃矢量數據來源于地理國情監測云平臺，生態農業數據通過火車頭爬蟲軟件在網頁http：//www.sohojoy.com中爬取，對爬取到的19 580條各類型生態農業原始數據在Excel表中進行數據清洗，通過合并、剔除和分類整理，得到生態農企加工業、種植業、畜牧業、漁業以及林業等五大類共13 250條有效數據。借助脈策數據庫對各數據點地理坐標進行精準查找、驗證以及坐標糾偏并整理成Excel文檔數據庫，導入ArcGIS 10.2中生成生態農業數據分布點，并把各相關數據統一投影到WGS_1984_UTM_Zone_49N坐標系中進行管理與分析。

2.2 研究方法

2.2.1 平均城市中心距離及空間離散指數 平均城市中心距離為研究區內各生態農業點與所屬市（縣、區）中心的平均距離，各生態農業分布點受城市中心距離因素的影響程度不同，可以通過SPSS軟件計算出生態農業點城市中心距離的標準差和平均值，從而得到空間離散指數，進而衡量生態農業的空間波動程度，用字母W表示[14]，其數學表達式為：

式中：n表示生態農業點數量;xi表示每個生態農業點距所在市（縣、區）政府的距離;x表示平均距離。

2.2.2 回轉半徑及空間分布曲線 以市（縣、區）政府為中心點作不同變化半徑的圓，以分析區域內各生態農業點在不同范圍內的分布狀況[15]。在不同回轉半徑值上，以半徑距離為橫坐標，以某段距離上生態農業點數量為縱坐標，利用Excel表格作關于生態農業點數量與距離相對應的空間分布曲線圖，分析不同市（縣、區）范圍內生態農業分布點在空間上的差異性[16]。

2.2.3 空間自相關 利用Global Moran I指數來探究生態農業分布格局的空間自相關性。其中I>0表示空間布局正相關，I值越大則空間相關性就越明顯;I<0則表示空間呈負相關性，I值越小空間布局差異性就越大;當I=0時，表示空間呈隨機性布局[13]。計算公式為

式中：Ei為要素i的屬性與其平均值的偏差，即xi-x;Wi，j為二進制空間權重矩陣;n為空間單元個數。用標準化統計量Z（I）[Z（I）=[I-E（I）]/Var（I）]來檢驗空間自相關的顯著性水平，其中E（I）和Var（I）為I的期望值與理論方差值。Z（I）在 -1.65～1.65范圍內時，表示空間隨機，越大于此范圍表示空間聚集越顯著，越小于此范圍表示空間分散越顯著[13]。

2.2.4 核密度分析 核密度可以清晰反映生態農業數據點在空間上是呈分散還是集聚特征，其公式為式中：s為待估計區域生態農業點的位置;si為在以s為圓心的生態農業范圍內的生態農業點數;h為半徑空間范圍內第i處生態農業區域的位置[17]。

3 結果與分析

3.1 洞庭湖區生態農業類型空間數量分布特征

根據選取的生態農業企業數據點，結合行政區劃地圖，將各相關數據投影到WGS_1984_UTM_Zone_49N坐標系中進行配準，可以得出洞庭湖區各類生態農業的空間分布格局（圖1）。其中環洞庭湖周邊漁業、種植業以及農企類占比較高，呈現出環湖周邊集聚分布，而遠離湖區則呈現較為分散的分布形式。

對各市（縣、區）不同生態農業數據作空間比重餅狀圖（圖2），以生態農企為研究對象，在選取的4 747家農企數據中，岳陽樓區岳陽樓街道的農企數居首位（150家），占比32%。其次是武陵區的東郊鄉、資陽區的長春鎮、武陵區的南坪崗鄉、漢壽縣的龍陽鎮等，所占比重分別為0.20%、017%、0.17%、0.16%。平江縣的詠生鄉以及汨羅市的新塘鄉等占比較少。因其比重與分布數量呈正相關，基本可以根據比重圖判斷出整體空間分布狀況。從區位空間角度分析，結合各區域的社會經濟數據可看出，農企高比重區多位于經濟發展較快的地區，其中多是受政府、市場以及經濟基礎的影響;而比重較低的地區多為遠離洞庭湖區，有些處于多山地形區域，多是社會經濟發展不均衡和市場驅動力不足地區。空間布局呈現出靠洞庭湖核心區分布、空間形式較為聚集的特征。

以畜牧業類型為研究對象，在選取的3 063家畜牧業數據中，益陽市赫山區的蘭溪鎮以76家居于首位，占總數據的2.5%。其次赫山區的龍光橋鎮、桃江縣的桃花源鎮、赫山區的衡龍橋鎮、武陵區的丹洲鄉，所占比重分別為1.6%、12%、1.1%、0.9%。云溪區的長嶺街所占比重最少，為0。畜牧業的空間分布比重可反映出市場的需求情況，與地形、自然環境都有著很大的聯系，在多山地的常德市西部地區、益陽市的南部地區以及岳陽市的東部地區，畜牧業的分布比重都較大，這除了社會經濟因素影響外，更多是受自然因素的影響。地形的優越性讓畜牧業的發展更為有利，其整體的空間布局是南多北少，東多西少。

以漁業為研究對象，在選取的1 069家漁業數據中，漢壽縣的龍陽鎮以26家居于首位，占總數據的2.4%。其次是沅江市的草尾鎮、資陽區的長春鎮、沅江市的萬子湖鄉，所占比重分別為2.2%、1.8%、1.6%。漢壽縣的滄港鎮和云溪區的長嶺街所占比重最少，為0。漁業受水資源影響較大，占比較大的區域多分布于洞庭湖水域周邊區和河流密集地。總體的空間分布格局為以沅江市為中心向四周分散布局，沿河流河網線性分布。

以種植業為研究對象，在選取的4 052家種植業數據中，資陽區的新橋河鎮以62家居于首位，占總數據的1.5%。其次是赫山區的蘭溪鎮、資陽區的張家塞鄉、湘陰縣的湘濱鎮、沅江市的泗湖山鎮，所占比重分別為1.4%、1.2%、1.2%、1.1%。鼎城區的堯天坪鎮和華容縣的城關鎮等所占比重最少，為0。種植類型受氣候以及地形因素的影響，多為分布在研究區的南部地區，是由于南部地區往往氣候更為適宜，種植的品類多，產量大。同時也受市場上的供給需求影響。總體布局南多北少。

以林業為研究對象，在選取的319家林業數據中，資陽區的長春鎮以15家居于首位，占總數據的19.4%。其次是資陽區的迎風橋鎮、平江縣的加義鎮、赫山區的衡龍橋鎮、平江縣的黃金洞鄉，所占比重分別為3.8%、2.8%、2.5%、2.5%。云溪區的長嶺街和津市市的汪家橋街道等所占比重最少，都為0。林業類型多包含一些苗木花草基地，這受市場需求影響較大，同時也受環境和地形的限制。根據比重圖可看出，林業的總體空間布局不均衡，較為分散，集聚和綜合發展實力不強。

總體上來說，洞庭湖區生態農業的分布有集中區也有分散區，體現出不同的空間分布格局，在各類型的分布格局中要注重對產業優勢和劣勢的分析，合理優化空間分布和扶持產業發展。

3.2 洞庭湖生態農業空間離散指數及空間分布曲線

3.2.1 空間離散指數 生態農業平均城市中心距離反映出自然資源和市場區位因素對生態農業選址的差異性影響。如平均城市中心距離小，說明該區域生態農業的選址主要是受市場區位條件的影響，而受自然資源的影響較少;反之，則受自然資源條件影響更多一些。從客觀視角上進行分析，一個項目的空間離散指數可以反映出其在空間上的離散程度，指數越大表示研究對象在平均城市中心范圍內分布越分散;相反，指數越小則表示分布越集中。通過對各個數據點是的精準測量得出平均城市中心距離，再通過SPSS軟件計算出市（縣、區）的空間離散指數（表1）。從表1可見，不同城市生態農業平均城市中心距離存在差異，其中平均城市距離最小的是資陽區，僅12.66 km，其次是臨澧縣、安鄉縣、赫山區、漢壽縣、華容縣等。而最大的是岳陽樓區，達到了92.23 km，其次是云溪區、武陵區、安化縣、石門縣、鼎城區等。這表明，在西洞庭湖區和南洞庭湖區各數據點平均城市中心距離受自然資源和市場的影響各不相同，其中遠離湖區的城市受自然資源狀況的影響較大，而靠近洞庭湖核心區的城市受市場的影響較大。在東洞庭湖區的各城市受自然資源影響較大，主要原因是社會經濟不發達，農業生產科技投入不高。

從空間離散指數可看出，研究區域中臨湘市的離散指數最小，為0.46，其次是鼎城區、平江縣、汨羅市、君山區和湘陰縣，說明這些區域生態農業點分布在城市中心的波動較小，其原因為（1）臨湘市境內南高北低，東南地形起伏較大，中部則山嶺丘崗連綿，西北平湖廣闊，適合不同類型農業的發展。這些優越條件為其生態農業的發展奠定了良好的基礎，雖然生態農業點的數量較其他地區少，但其分布比較集中，在城市中心附近的波動還是較小。（2）其他區域的生態農業主要受自然因素和農業政策的影響，在分布上也多位于山地、山丘陵地帶，集中分布在交通較為便利，人群居多的城市周邊，而后再向偏遠地區分散發展，此外空間離散指數較小的區域還可能受到周邊城市區位的影響。

空間離散指數較小的區域受市場區位因素的影響較大，其內在驅動力不足，對市場的依賴性較強，需要不斷提高技術水平和完善發展模式及體系，以減少受到的市場影響，對于離散指數較大的區域，則要加強市場的影響，優化空間分布形式，增強集聚力。

3.2.2 空間分布曲線 空間分布曲線可以更直觀清楚地反映各地區生態農業數量隨著距離的變化趨勢。采用回轉半徑法，根據研究區域的范圍大小，采用10 km為基本計數單位。經過測量發現，研究區中各市（縣、區）的政府中心距區域邊界最長直線距離均不超過100 km，所以在進行空間分布曲線繪制時最長距離的取值為100 km。統計以政府中心為原點向外延伸的各個距離段所包含的生態農業數量，繪制生態農業空間分布曲線（圖3）。

由于研究區數量較多，不易觀察，所以總曲線密度圖按研究區域組成分為益陽市、常德市以及岳陽市分別統計分析，從圖3可看出，各市的生態農業點分布數量呈現出隨半徑距離的增加而總體減少的趨勢，其中不同區域隨著距離的衰減程度不一致，但整體上呈現出近城中心分布的狀況。其中在 10～30 km的區間內，常德市的武陵區、安鄉縣、臨澧縣、漢壽縣，益陽市的資陽區、赫山區以及岳陽市的岳陽樓區、云溪區、岳陽縣、華容縣呈現的集聚現象較為明顯，而石門縣、安化縣、鼎城區以及平江縣遠城集聚現象較為明顯。在所選的 13 250 個生態農業數據點中，在10 km以內有3 912個，在 10～40 km區間內有12 361個，占總數據的93%，而100 km以內已包含全部點數據，占總數據的100%，該研究進一步證明了環城游憩帶（ReBAM）理論[18]。

3.3 洞庭湖區生態農業空間聚類特征

對生態農業總數據、農業企業、畜牧業、漁業以及種植業進行空間自相關分析，結果見表2，可以看出各類型數據的I值均>0，呈空間正相關性，且Z（I）遠大于1.65，表明各生態農業數據空間分布關聯性較強，呈顯著性集聚。由于受各類型數據數量多少和分布范圍聚合程度的影響，數值有所差異。其中研究類型中漁業Z（I）最大，為17.52，聚合程度較高，其主要分布范圍更趨于集聚狀態。而林業 Z（I） 最小，聚合程度不高。對于聚合度較高的生態農業類型，應當增強其集聚生產優勢，重點打造特色生態農業發展區。而對于聚合程度不高的生態農業類型，則需要增加對產業的投入和支持，制定出相關的政策措施，努力提升地區發展水平和建設規模。

3.4 洞庭湖區生態農業核密度分析

為進一步探析洞庭湖區生態農業的空間分布集聚特征，使用ArcGIS 10.2的Spatial Analyst工具下的核密度分析對各類型生態農業點要素的密度值進行分析，其輸出像元大小設置為800 m，搜索半徑經過多次試驗認為，選擇10 km較為適合，使用掩膜工具，裁剪出洞庭湖區范圍內核密度分布圖。

以總數據為研究對象，結果（圖4）可以看出，核密度高值區有3處，其主要位于益陽市的東部區域，形成了以赫山街道、大碼頭街道、朝陽街道、龍光橋鎮以及蘭溪鎮團狀聚合分布的生態農業發展區;常德市的南部區域，形成了以東郊鄉為核心的包含了南坪崗鄉、河洑鎮、丹洲鄉、武陵鎮、德山街道、蘆荻山鄉等的發展區;岳陽市的北部區域，形成了以岳陽樓街道為核心的高值密度分布區。這3處核心地區的密度范圍值達到了2.60個/km2，形成的主要原因是區域內的地勢都較為平坦，自然資源豐富，交通便捷。

在農業企業方面，從結果（圖5）可以看出，其密度核心也有3處，密度范圍值為1.95個/km2，主要位于益陽市的東部區域，形成了以赫山街道、大碼頭街道、朝陽街道以及龍光橋鎮聚合分布的生態農業發展區;常德市中部區域，形成了以東郊鄉為核心的包含了南坪崗鄉、武陵鎮等發展區;岳陽市的北部區域，形成了以岳陽樓街道為核心的包含了梅溪鄉的發展區。其密度核心區與總數據的核密度中心分布區相似，可以看出，洞庭湖區基本形成了以農企發展為主導的生態農業發展格局。

以畜牧業為研究對象，從結果（圖6）可以看出，其高值區域共有12處，密度范圍值達到1.19個/km2。在益陽市，形成了以赫山區蘭溪鎮為中心的包含龍光橋鎮、朝陽街道和赫山街道的核心密度區，在長春鎮、迎風橋鎮、新河橋鎮、浮丘山鄉以及桃花江鎮形成帶狀高密度值區，此外在泥江口鎮、滄水鋪鎮和橫龍橋鎮分界處等形成較為獨立的高密度分布區;在常德市中部區域，剪市鎮、鄭家驛鄉和桃花源鎮交界處形成了核心密度區，以丹洲鄉為核心包含了斗姆河鎮、許家橋回族維吾爾族鄉、丁家港鄉、漳江鎮、蘆荻山鄉、河洑鎮、楓樹維吾爾族鄉以及陬市鎮的核心密度區，在常德市北部區域，形成了以望城鄉為核心的包含陳二鄉、安福鎮、停弦渡鎮的高密度區以及祝豐鎮核心密度區;在岳陽市區域，高密度值區分布較為分散，出現在益陽市西部，以三市鎮和安定鎮為中心的核心密度區;以石塘鄉、長康鎮、白水鎮、六塘鄉、和汨羅鎮、城關鎮、屈子祠鎮、范家園鎮、白塘鄉以及桃林寺鎮2處組團核心密度區，還有獨立分布在岳陽市北部區域的在三荷鄉、康王鄉和西塘鎮3區域的連接處所形成的核心密度區。畜牧業的密度高值多分布在地形較為起伏，且自然環境較為豐富，受到當地自然因素影響很大的區域。