基于組合評價法的湖南省農業可持續發展區域分異

譚潔，董俐，周衛軍，譚雪蘭，劉沛

湖南農業大學資源環境學院，長沙 410128

0 前言

可持續發展是指能滿足當代人的需要，又不對后代人滿足其需要的能力構成危害的發展(World Commission on Environment and Development，1987)，其被視為一個自然-社會-經濟復雜系統中的行為矢量，將引導國家或地區的發展朝日趨合理、更為和諧的方向進化[1]。農業可持續發展是可持續發展戰略在農業領域的具體體現，是可持續發展總體戰略的優先領域和重要組成部分，也是現代農業發展的理性抉擇和根本出路[2，3]。國內外學者圍繞農業可持續發展的內涵意義[4-6]、實現途徑[7-9]、指標體系構建[10-14]、發展水平評價[15-17]、制約因素[18]等開展了大量理論與實證研究，通過綜合集成方法對不同時空尺度和地域類型的農業可持續發展問題進行了探討，但目前研究主要集中于對農業可持續發展水平評價的實證分析，其中又以指標體系的構建和研究方法的選擇為其研究重點，相對而言，仍缺乏對具體區域農業可持續發展內部區域分異的深入探究。此外，許信旺認為農業可持續發展指標體系構建應落腳于具體的地域單元[19]，LUONG和SMIYH等指出農業發展不是完全獨立的實踐活動，其與經濟、社會、生態環境之間存在不可斷離的紐帶聯系，須把握好農業空間尺度，遵照因地制宜的原則選取指標[10，11]。郝翠等研究表明可持續指數法、生態足跡法、能值法、指標體系評價法都有各自的適用范圍和優缺點，其中指標體系評價法具有較好的靈活性與變通性，可在具體研究區域中進行變化與調節[20]。鐘賽香等認為現有的農業可持續發展水平的評價，多采用單一的評價模型，而單一評價模型因其內在運行機理的差異，往往導致評價結果存在偏差，可能會造成研究成果的缺憾[21]。相較之下，基于多評價結果的組合評價方法能夠有效提高評價的科學性，實現評價結果的優化和一致性[22，23]。有鑒于以上所述，本文以湖南省為研究對象，單一評價模型與二次組合評價模型相結合，采用主成分分析法、熵值法、模糊Broda法、因子分析法、聚類分析法等，借助SPSS軟件及ArcMap軟件對農業可持續發展區域分異進行定量分析，并根據農業可持續等級特征提出區域發展布局建議，以期為湖南省農業可持續發展提供科學支撐。

1 研究區介紹

湖南省位于長江中游南岸(108°47′E—114°15′E，24°39′N—30°38′N)，面積 21.18×104km2，地勢東、南、西三面環山，中部丘陵與盆地相間，北為洞庭湖平原，屬于大陸性中亞熱帶季風濕潤氣候，年平均氣溫16—18℃，年平均降水量1200—1700 mm，年日照數1300—1800 h，無霜期長達260—310 d[24]。2001—2015年第一產業增值實現“十五連增”，2015年達到3331.6×108元，農業、林業、漁業產值分別增長4.0%、8.1%、7.0%[25]。全省森林覆蓋率為59.57%[26]，比全國水平高38%[27]，糧食產量3002.9×104t，農林牧漁總產值 5630.75×108元，占全國農林牧漁總產值的10%，在全國31個省、直轄市中位列第七，其中林業生產總值全國第一[28，29]，在國家農業發展格局中占據重要地位。然而，在農業生產與經濟巨大成就的背后，存在著農業資源硬約束日益加劇的嚴峻問題。2015年湖南省耕地面積 415.02×104hm2，人均耕地面積 0.057 hm2，與全國人均耕地0.098 hm2有明顯差距[28-29]，人地關系緊張。雨量充沛但時空分布不均勻，江湖蓄洪能力減弱，洪澇災害嚴重。此外，由于化肥、農藥等過量使用，農業內外源污染疊加等所帶來的問題日益凸顯，對農業可持續發展產生了重大影響，湖南省作為我國典型的農業大省，對其農業可持續發展的研究具有重要意義。

2 數據來源與指標構建

2.1 數據來源

本文以2015年為研究時段，以湖南省各市州為基本單元，數據來源于2016年湖南省統計年鑒、中國統計年鑒等統計數據。

2.2 指標構建

本研究從湖南省農業可持續發展內涵出發，依據指標選擇的系統性、科學性及可獲得性原則，參考借鑒相關研究成果[30-34]，經多次 KMO 檢驗及Bartlett檢驗構建了湖南省農業可持續發展評價指標體系(表1)。

3 研究方法

為減少同一樣本數據經不同評價方法所捕捉到的信息來源與比重差異對評價結果的影響，本研究將組合評價模型與單一評價模型相結合，選用多種評價方法，經模糊 Borda組合評價模型對農業綜合發展水平進行二次評價，采用因子分析法計算各子系統發展指數，并將上述評價結果綜合集成，運用聚類分析法對湖南省農業可持續發展水平進行等級分級。此外，借助GIS技術，通過自然間斷點分級法以圖像形式直觀表達子系統發展的地區差異。

3.1 組合評價法

組合評價法是基于兩種或兩種以上單一評價模型所獲得的評價結果，強化對信息的充分利用，有效提升評價結果的科學性和真實性[35]。模糊 Borda組合評價模型兼顧得分與排名的差異，具有較好的適用性[36]。本文選擇主成分分析法、熵值法兩種單一評價模型進行初步評價，經等級相關法檢驗一致性后進行組合評價。計算過程為:

表1 湖南省農業可持續發展指標體系Table 1 Index system of agricultural sustainable development in Hunan province

第一步，原始數據的無量綱化處理

(1)式中，xi為某一因子原始值，μ為平均數，σ為標準差，用于主成分分析法。因Z-Score法處理后數據有負值存在，故在熵值法中，采用極差標準化法處理數據:

上式中，A為平移幅度，本文取A=0.01，使標準數據有意義。

第二步，通過熵值法計算指標比重pij、熵值ej、差異性系數dj及權重wi，進行綜合評價

上式中，k=1/ln m，m，為市州個數，ej越小，dj越大，指標間差異顯著，占有權重越大。

第三步，通過主成分分析法計算主因子得分fi和農業可持續發展綜合指數F。

上式中，gi為主因子得分系數的權重系數，lij為第i個主因子對第j個指標的載荷量。

第四步，進行事前一致性檢驗。選用 Spearman相關系數檢驗法，檢驗主成分分析法和熵值法所得的評價結果，驗證單一評價模型的可靠性。

(12)式中，Di=Xi-Yi為兩次評價結果偏離程度的量度，偏離程度越大則值越大。

第五步，計算隸屬度。

(13)式中，Fij表示第i個城市在第j種評價方法下的得分。

第六步，計算模糊頻數。

(14)式中，當市州 i在第 j種評價方法中排第 h位時，δih為1，當市州i在第j種評價方法中未排第h位時，δih為 0。

第七步，計算模糊頻率，對模糊頻數歸一化處理。

第八步，進行得分轉換處理。

(16)式中，Qh表示城市評價排名在第 h位時的得分。

第九步，計算組合評價得分。

3.2 因子分析法

因子分析法是主成分分析法的拓展和延伸，提取的新變量是對原始變量的內部剖析，具有明確的解釋方向，可最大限度增強分析作用的專業性[37]。因此本文選用因子分析法對各子系統分別進行評價。計算過程與主成分分析法相似，區別在于須對因子進行旋轉，計算主因子得分時，因子得分系(對應于上式中lij)由因子得分系數矩陣獲得。

3.3 聚類分析法和自然間斷點分級法

聚類分析法使同類個體同質性和類間個體異質性最大化，在數據挖掘及模式識別中有應用廣泛[38，39]。本通過 SPSS軟件，采用歐式距離的平方:計算分類距離，并借助ArcMap軟件，通過自然間斷點分級法識別類別間隔，組合相似值，使各類之間差異最大化，從而完成分類，并在各發展系統區域分異圖中顯示。

4 研究結果

4.1 農業可持續發展區域分異

4.1.1 農業可持續發展綜合水平區域分異

通過事前事后一致性檢驗結果顯示，主成分分析法、熵值法的Spearman等級相關系數為0.873，表明此二種單一評價模型評價結果高度相關，符合組合評價的要求，組合評價結果與單一評價模型的Spearman等級相關系數分別為0.947和0.952，表明結果具有較強的一致性。2015年湖南省 14市州農業可持續發展綜合指數區域分異顯著，大致表現為由東至西遞減，以長沙為核心，向長株潭城市群及周邊區域輻射，湘西地區最為薄弱(圖1a)。其中，長株潭城市群表現突出，湘北洞庭湖平原區優于湘南山地丘陵區，湘中丘崗盆地區和湘西武陵源山區則相對滯后。長沙市作為長株潭的發展引擎，綜合指數為 91，遠超其他市州，具有突出的領先優勢，湘潭市位于其后，株洲市則處于全省中等水平；湘北洞庭湖平原區包括岳陽市、益陽市、常德市，綜合指數大幅超過湖南省平均水平，農業可持續發展水平較好，其中岳陽市緊隨長沙市、湘潭市，在組合評價中穩居第三，常德市和益陽市在14個市州中排名中上；湘南山地丘陵區包括衡陽市、永州市和郴州市，林業、畜牧業、種植業發展水平較高，其中衡陽市、永州市在組合評價中排名第四和第六，郴州市略為落后，處于全省中等偏下水平；湘中丘崗盆地區的邵陽市、婁底市和湘西武陵源山區的湘西州、懷化市、張家界市，農業可持續發展現狀較為滯后，低于全省平均水平，其中張家界市、邵陽市、湘西州綜合指數均小于 5，在組合評價中均排名末 3位，與前三個地區在整體水平上有較大差距(圖2a)。

4.1.2 農業人口與社會可持續發展區域分異

農業人口與社會可持續發展水平表現為南北低中部高，由東向西遞減，總體呈現出三級階梯的梯度分異(圖1b)。第一級階梯為長株潭城市群，人口與社會發展居全省最高水平，其中長沙市作為湖南省省會發展指遙遙領先于其他市州，發展狀況最好，對周圍地區有積極的帶動作用，株洲市和湘市潭發展指數也遠超其他市州；第二階梯為除兩極之外的 8個城市，發展指數集中分布于兩個區間，衡陽市、邵陽市、岳陽市、常德市發展指數極差范圍約為0.5，張家界市、益陽市、郴州市、永州市約為0.3，發展指數變化較為平緩(圖2b)；第三階梯為位于湖南省中西部的湘西州、懷化市、婁底市在地理位置上相連，人口與社會發展水平居全省最末，與長株潭城市群相差懸殊。

4.1.3 農業生產與經濟可持續發展區域分異

農業生產與經濟可持續發展水平大致表現為由洞庭湖生態經濟區及湘南農業綜合區向湖南省外圍遞減(圖1c)。湘南地區優于湘北地區，北起張家界市南至永州市，發展水平較為連貫，而長株潭地區則未顯示出其發展優勢。位于洞庭湖生態經濟區的常德市、益陽市，以及位于湘南農業綜合開發區的衡陽市、郴州市，發展指數均超過0.6，大幅領先于全省平均水平，農業生產與經濟發展勢頭強勁；位于湖南省中西部的張家界市、懷化市、邵陽市、永州市在地理位置上相連，由北至南貫穿全省，農業生產與經濟可持續發展處于全省中上水平；婁底市、岳陽市緊隨其后，居于全省中等水平；位于湖南省東部的長株潭城市群及湖南省西北部的湘西州，發展指數小于-0.5，在農業生產方面落后于全省平均水平(圖2c)。

4.1.4 農業資源與環境可持續發展區域分異

農業資源與環境可持續發展指數的空間變化是以湘西州、湘潭市、郴州市為節點串聯的一橫兩縱優勢帶，向以婁底市、湘潭市、長沙市為界的南北兩個落后圈遞減(圖1d)。位于湖南省西北部的湘西州、懷化市，位于湖南省區域中心的湘潭市、婁底市、長沙市以及位于湖南省南部的郴州，發展指數為正值，農業資源與環境可持續發展狀況較好，其中湘西州發展指數最高，具有優良的資源環境支撐。株洲市、張家市界發展指數接近全省平均水平。以婁底市、湘潭市、長沙市為界，位于其北上的常德市、益陽市、岳陽市及位于其南部的邵陽市、衡陽市、永州市發展指數為負值，落后于全省平均水平，其中湘北洞庭湖平原區，生產與經濟子系統發展水平較高，但在資源與環境子系統中處于落后圈范圍，排名全省后三位，體現出經濟生產與生態環境的相對不協調關系(圖2d)。

圖1 湖南省農業可持續發展綜合系統及各子系統發展的區域分異Figure 1 Regional differentiation of sustainable agricultural development integrated system and subsystem development in Hunan Province

圖2 湖南省農業可持續發展綜合水平及各子系統發展水平得分Figure 2 The development scores of comprehensive level of agriculture sustainable development in Hunan province and each subsystem

圖3 湖南省農業可持續發展聚類分析樹狀圖Figure 3 The dendrogram of cluster analysis agricultural sustainable development in Hunan province

表2 湖南省農業可持續發展聚類情況Table 2 The clustering situation of agricultural sustainable development in Hunan Province

4.2 湖南省農業可持續發展的等級劃分

聚類分析(圖3、表2)結果表明，湖南省農業可持續發展水平可分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級。Ⅰ級城市長沙市是湖南省省會，農業可持續發展綜合指數及農業人口與社會可持續發展指數，均大幅領先于其他市州，位居第一；Ⅱ級地區農業人口與社會可持續發展排名緊跟長沙市，與其共同構建成長株潭城市群；Ⅲ級地區位于環洞庭湖區與湘南農業綜合區，農業可持續發展綜合水平良好，在農業經濟與生產方面表現突出，而在農業資源與環境方面稍顯落后；Ⅳ級地區整體位于湖南省中西部，農業可持續發展綜合水平較弱，但在農業資源與環境方面占據優勢；Ⅴ級城市湘西州，農業可持續發展綜合指數及各子系統可持續發展指數均為全省最末，發展狀況較差。該結果與農業發展綜合評價結果具有高度匹配性。

4.3 湖南省農業可持續發展區域布局

根據聚類分析結果，結合湖南省各市州農業可持續發展能力差異，可將湖南省14個市州劃分為優先發展區、適度發展區、保護發展區三大區域(圖4)。

圖4 湖南省農業可持續發展區域布局方案Figure 4 The regional distribution scheme for sustainable agricultural development in Hunan province

5 結論與建議

5.1 結論

(1)湖南省農業可持續發展水平的外在表現是其內部農業人口與社會、生產與經濟、資源與環境各子系統共同作用的結果。從區域分異來看，農業可持續發展綜合水平在空間上呈現出不協調狀態，總體上以長株潭城市群為核心向外輻射，由東至西遞減。農業人口與社會可持續發展水平表現為南北低中部高，由東向西遞減，總體呈現出三級階梯的梯度分異；農業生產與經濟可持續發展水平大致表現為由洞庭湖生態經濟區及湘南農業綜合區向湖南省外圍遞減；農業資源與環境可持續發展指數的空間變化是以湘西州、湘潭市、郴州市為節點串聯的一橫兩縱優勢帶，向以婁底市、湘潭市、長沙市為界的南北兩個落后圈遞減。

(2)湖南省農業可持續發展Ⅰ、Ⅱ級地區為長株潭城市群，Ⅲ級地區環洞庭湖區與湘南農業綜合區，Ⅳ級地區整體位于湖南省中西部；Ⅴ級地區為湘西州。

(3)湖南省農業可持續發展可劃分為優先發展區、適度發展區、保護發展區三大區域，優先發展區主要包括長沙市、株洲市、湘潭市、岳陽市、常德市、益陽市、衡陽市；適度發展區主要包括邵陽市、婁底市、郴州市、永州市，保護發展區主要包括懷化市、張家界市、湘西自治州。湖南省農業可持續發展應以各地區農業資源與環境承載力為基礎，根據資源環境稟賦和發展現狀差異，按照因地制宜、梯次推進、分類施策的原則，確定不同區域的農業可持續發展方向和重點。

5.2 建議

(1)優先發展區主要包括長沙市、株洲市、湘潭市、岳陽市、常德市、益陽市、衡陽市，多屬環洞庭湖區，整體水平處于全省領先地位，應圍繞糧食、大宗農產品的可持續發展，調整產業結構，優化布局，積極發展循環農業，做好農業環境的治理工作。

(2)適度發展區主要包括邵陽市、婁底市、郴州市、永州市，農業自然條件相對優越，但也存在著人口密集，人均自然資源較少，水土匹配欠佳，礦業產生污染在省內較為嚴重等問題，應積極發揮區位優勢，以粵港澳市場需求為導向，積極實施農產品加工品牌戰略，加大環境污染整治力度，促進湘南地區經濟效益和生態效益協調發展

(3)保護發展區主要包括懷化市、張家界市、湘西自治州，地處湖南西部，地形復雜，地域差異和垂直差異明顯，氣候復雜多變，自然災害成災率遠超省內其他地區，農業生態環境脆弱，生產力水平低，交通不便，發展水平省內最低，應結合國家生態保護與示范區建設，將其作為資源能源保障區、產業發展接續區、生態環境保護區和民族融合區，充分發揮其在土壤保持、水源涵養、環境凈化、氣候調節、物種保育等方面的重要作用，大力加強生態建設和環境保護，著力維護生態平衡和生物多樣性，全面實施小流域綜合治理和城鄉污染防治工程，不斷提升森林碳匯和災害防治水平，努力拓展區域環境容量和資源承載力，全面構筑起可持續發展的生態安全體系，為經濟社會發展提供良好的生態保障。