基于時序全局主成分分析的西部農村生態經濟研究*

周 麗

(內江師范學院地理與資源科學學院，四川內江 641112)

0 引言

20世紀70年代，“生態經濟學”的概念由美國經濟學家肯尼斯·鮑爾丁正式提出[1]。20世紀80年代，我國生態經濟學家許滌新首先開始研究中國的生態經濟學[2-3]。在之后近40年的發展中，國內外圍繞生態價值[4]、生態經濟的規模[5-6]、生態系統的適應性管理[7-9]、循環經濟[10-11]、生態經濟區劃[12]等重大問題展開了廣泛的研究，積累了較為豐富的研究成果。然而，大多數研究成果是針對某一特定區域而言的，鮮有對區域與區域之間的生態經濟進行對比研究，因此無法確定區域之間的生態經濟差距，導致無法從宏觀上把控各區域之間生態經濟建設的差別性投入。我國西部地區囊括12個省(市、自治區)，其中民族自治區5個，民族自治州27個，是我國少數民族的集中分布區。由于自然和人為原因，該區域生態環境非常脆弱，經濟水平落后，成為我國扶持政策重點實施的區域之一[13-14]。文章以西部地區省域(自治區、直轄市)為研究單元，以1998～2012年為時間段，運用Matlab的時序全局主成分分析方法對其進行測度和判斷，基于ArcGIS軟件分析西部地區農村生態經濟的時空演變過程，對推動我國西部農村生態經濟的協調發展、農村生態文明建設，促進循環經濟和區域經濟平衡發展具有重大的現實意義[15-16]。

1 研究方法

1.1 時序全局主成分分析方法

時序全局主成分分析方法旨在傳統的主成分分析方法的基礎上，通過一個綜合變量代替最初的全局變量，描繪出整個系統的總體水平隨著時間變化的軌跡[17， 19]。

該文采用萬倫來[19]在2010年提出的Matlab Toolbox中所自帶的函數“Princomp”優化后的函數“Zcfgan”，使得Matlab 實現了時序全局主成分分析方法的所有運算過程。

1.2 極值差幅和人口加權變異系數

分析地區差異的數理統計分析方法可分為絕對差異與相對差異[20-22]。該文采用絕對差異指標極值差幅Lv和相對差異指標人口加權變異系數Cvu，旨在能夠全面地衡量區域與區域之間的差距，計算公式如下。

(1)

(2)

2 指標體系的構建

結合國內外現有研究，本著科學性、代表性、前瞻性、可比性、可得性等評價原則，分別從1999～2013年《中國統計年鑒》《中國農村統計年鑒》以及西部各省份統計年鑒，選取26個與農村生態經濟密切相關的指標。為了方便比較，對所有指標進行標準化處理，從而對西部地區農村生態經濟系統的指標體系進行重新構建，選取具體的評價指標為：X1(%)耕地占土地總面積比；X2(667m2/人)人均耕地；X3(萬人)鄉村人口；X4(元/人)農村居民人均純收入；X5(人/km2)人口密度；X6(%)農村居民恩格爾系數；X7(%)糧食作物播種面積占農作物總播種面積比；X8(%)第一產業占三大產業結構比重；X9(%)第二產業占三大產業結構比重；X10(%)第三產業占三大產業結構比重；X11(%)農業產值占農林牧漁四大產業總產值比重；X12(%)林業產值占農林牧漁四大產業總產值比重；X13(%)牧業產值占農林牧漁四大產業總產值比重；X14(%)漁業產值占農林牧漁四大產業總產值比重；X15(人)平均每100個勞動力中大專及大專以上的人數；X16(%)有效灌溉指數；X17(kg/667m2)農用化肥折純量；X18(萬kW)農業機械總動力；X19(kW·h/人)農村人均用電量；X20(萬元)農林牧漁總值；X21(萬元)農業產值；X22(萬元)林業產值；X23(萬元)牧業產值；X24(萬元)漁業產值；X25(億元)第一產業產值；X26(億元)生產總值。

對以上26個指標進行綜合分析，能夠較客觀地反映西部地區農村生態經濟發展的綜合水平。

3 結果分析

運用SPSS平臺，得出KMO檢驗值為0.797，Bartlett球形檢驗顯著性為0.000，所以，時序全局主成分分析方法對研究所用數據適宜。根據特征值大于1的要求，當提取7個主成分時，累計方差貢獻率可達到88.34%，能夠較好地反映出26個指標的絕大部分信息。

圖1 1998～2012西部地區各省份農村生態經濟演變趨勢

圖2 極值差幅和人口加權變異系數趨勢變化

3.1 農村生態經濟時序變化

在Matlab中計算結果，得到：在第一主成分上X20～X26的載荷高，代表了農村經濟總量； 在第二主成分上X15、X19的載荷高，代表了生產技術； 在第三主成分上X1的載荷高，代表了生態環境； 在第四主成分上X4、X7、X13的載荷高，命名為農民收入； 第五主成分上X12的載荷高，命名為經濟增長與環境治理； 第六主成分上X14的載荷高，反映了漁業在農村生態經濟中的重要性； 第七主成分上X9、X10的載荷高，反映了產業間的關聯作用。計算西部各省份農村生態經濟綜合得分(圖1)。

圖1反映的是西部地區各省份農村生態經濟總體發展水平的變化趨勢。從總體上看，各省份的農村生態經濟綜合得分呈現出較緩慢地波動下降狀態，農村生態經濟以平均每年1.63%的速度下降。分析這15年中各省份農村生態經濟與各主成分相關系數，發現第五、六、四主成分與農村生態經濟得分相關系數分別為0.52、0.48、0.47，表明提高農民收入、減少經濟發展帶來的環境破壞、大力發展林、牧、漁三大產業，尤其是林、牧業是推動西部地區農村生態經濟不斷提高的本質原因。

從各省份得分變化上看(圖1)：重慶、青海屬于穩定型； 內蒙古、陜西屬于緩慢增長型，其變化趨勢與第四、五、六主成分變化較一致，說明林、牧、漁在不斷發展，農業在農林牧漁四大產業中比重在不斷下降，過度開墾現象得到改善，生態環境好轉，農民收入明顯提高； 廣西、四川、貴州、云南、寧夏、甘肅、新疆、西藏屬于緩慢下降型，其變化趨勢與第三、五、六主成分變化有關，說明由于耕地占土地總面積的不斷上升，造成生態環境惡化，從而形成了貧窮—過度開墾—生態環境惡化—更加貧窮的惡性循環，表現出局部治理、整體惡化的現象。因此這些地區，在保護耕地的同時，要重點發展林、牧業，并以此帶動農產品加工業、觀光、采摘、休閑為一體的旅游業的發展，不僅可以改善農村生態環境，同時可以增加農民收入。

3.2 基于時序的區域差異特征

根據公式(1)(2)分別計算1998～2012年西部地區各省份農村生態經濟的極值差幅和人口加權變異系數。并對上述兩項指標分別進行四次多項式回歸擬合，R2分別為0.89和0.90，均能較好地反映趨勢的變化。

從時間變化上看(圖2)， 1998～2012年間，農村生態經濟一直表現為最高值是四川，最低值是西藏，極值差幅從4.35下降到4.13，表現為先急速上升后波動下降的趨勢，說明農村生態經濟絕對差異在波動中減小；人口加權變異系數從1998年的1.62上升至2012年的2.43，說明農村生態經濟的相對差異由擴大向穩定的趨勢演變。

分別從極值差幅和人口加權變異系數變化趨勢上看(圖2)，可將變化趨勢分為兩個階段：(1)差異擴大階段(1998～2000年)，人口加權變異系數變化最為明顯，從1.62快速上升至2.69，以年均28.94%的速度增加； 極值差幅由4.35上升至4.65，遠小于人口加權變異系數的增長幅度。此階段正處于西部大開發之前，西部各省份由于自然條件差異大且環境破壞程度不同，加之經濟水平低，生態恢復難度大，導致不論是絕對差異還是相對差異都有不斷擴大的趨勢，西部大開發和生態文明建設已迫在眉睫。(2)波動縮小階段(2000～2012年)，人口加權變異系數在2.51附近小范圍波動，年均縮小0.86%，并且極值差幅維持在4.33左右，以年均0.97的速度縮小。此階段正值西部大開發戰略、“十五”、“十一五”、“十二五”規劃穩步實施階段，可明顯看到國家開發西部、建設西部的成效。

3.3 西部地區農村生態經濟空間變化特征

基于ArcGIS10.0平臺，選取3個時間節點，采用自然斷裂點法，按西部地區各省份農村生態經濟綜合得分，由高到低將農村生態經濟分為經濟發達地區(Ⅰ)、經濟較發達地區(Ⅱ)、經濟欠發達地區(Ⅲ)、經濟不發達地區(Ⅳ)等4個等級。由圖3可知：(1)1998年，僅有四川、廣西屬于Ⅰ等級；屬于Ⅱ等級的有內蒙古、新疆、云南；屬于Ⅲ等級的有重慶、貴州、陜西、甘肅、寧夏；屬于Ⅳ等級的是青海、西藏。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ省份數量之比是2： 3： 5： 2，表明中間等級的省份較多，有較好的提升潛力。(2)2006年，西部地區農村生態經濟格局變化不大，最為明顯的變化是內蒙古躋身進入Ⅰ等級，陜西進入Ⅱ等級， Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ省份數量之比是3： 3： 4： 2，表明內蒙古和陜西的退耕還林還草工程對生態建設和農民增收的顯著成效，同時也得益于大力轉變農牧業發展方式，農牧業競爭力增強的結果。(3)2012年，發生變動的有：重慶進入Ⅱ等級，青海進入Ⅲ等級， Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ省份數量之比是3： 4： 4： 1，表明各省份之間的差異在縮小，一方面反映出農村生態經濟低等級的省份在逐漸好轉，另一方面也反映出農村生態經濟高等級省份，如四川、廣西、云南等相對西部其他省份而言人口稠密，人多地少，缺乏保護意識，過度開墾，從而造成生態經濟下降趨勢。

圖3 西部地區農村生態經濟空間分布演變

4 結論與討論

(1)西部地區農村生態經濟整體上波動下降，但各省份變化趨勢不同：“穩定型”的省份有重慶、青海； “緩慢增長型”的省份有內蒙古、陜西； “緩慢下降型”的省份有廣西、四川、貴州、云南、寧夏、甘肅、新疆、西藏。

(2)農村生態經濟發展水平的絕對差異在波動中減小，而相對差異由擴大向穩定的趨勢演變。1998～2000年，農村生態經濟相對差異擴大幅度遠比絕對差異擴大幅度大； 2000年后，相對差異和絕對差異都呈穩定的緩慢縮小趨勢，意味著隨著國家西部大開發等相關工作的不斷推進，農村生態經濟兩極分化的現象有所減輕。

(3)西部地區農村生態經濟在空間上呈現出以四川為中心向周圍逐漸降低的格局，而且農村生態經濟等級比例從“中間大兩頭小”向“頭重腳輕”發展，有利于西部地區農村生態經濟的整體提高。

(4)總體空間格局上，農村生態經濟空間差異小的省份位于西部地區的東南部(四川、廣西、云南、貴州、重慶)，該區域是西部地區農村生態經濟發展最好的區域，并呈現向東、向北發展的趨勢。農村生態經濟發展水平參差不齊、空間差異大的區域主要位于西部地區的西北部(陜西、內蒙古、寧夏、甘肅、新疆、青海)，該區域不僅等級差異大，而且等級的變動也較大，且均向更高等級方向變動，說明該區域在西部大開發中農村生態經濟的整體上升是最明顯的。在研究時段內，西藏的農村生態經濟等級始終未變，且綜合得分處于緩慢下降趨勢，說明該區域自然環境最惡劣、社會經濟條件最落后。國家在西部大開發中的重點是改變西藏落后的基礎設施，基本建成了適應市場經濟的基礎設施，而對其惡劣的生態環境改變較小。

(5)該研究以省(自治區、直轄市)為基礎研究單元對西部地區農村生態經濟時空演變進行分析，并選取了反映農村生態經濟的26個指標，但是不同指標選取和空間尺度是否對西部地區農村生態經濟的時空差異產生不同的影響，需要今后做進一步驗證。

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