基于农户尺度的纸坊沟流域商品型生态农业发展模式的驱动力分析*

牛艳利,王继军,2,冯生元

(1.西北农林科技大学林学院,陕西 杨陵 712100;2.中国科学院水利部水土保持研究所,陕西 杨陵 712100;3.安塞县植保站,陕西安塞 717400)

20世纪90年代初,有关学者提出了商品型生态农业模式,即以商品输出为主要生产经营目的,通过农业商品生产对环境的需求,促使人们自觉的改善农业生态环境和经济社会环境,达到农业生态经济系统的良性循环,形成农业产业化生产经营循环系统[1-2]。商品型生态农业的模式类型主要有3种[1]:“农-副”型 、“果-农、草-牧”型及“林、草-牧-农”型发展模式。纸坊沟流域经过多年的生态农业建设,按照3个自然村的区位特征,已经形成了两种模式类型:纸坊沟村的“农-副”型发展模式、寺崾岘和瓦树塌村的“果-农、草-牧”型发展模式。

驱动力的研究是研究模式的基础,目前许多学者对驱动力展开了一系列的研究,针对纸坊沟流域,郭满才、王继军等人把纸坊沟流域生态经济系统演变划分为3个阶段,并对每个阶段的驱动力进行了分析[3],刘佳等人以反映黄土丘陵区纸坊沟流域近70 a农业生态经济系统演变过程的资料为依据,采用主成分分析方法,探讨了纸坊沟流域农业生态系统和经济系统的耦合过程中的驱动力[4],李芬等人在对纸坊沟流域近70 a农业生态经济系统演变过程分析的基础上,筛选可能影响该流域农业生态安全态势变化的11个因子,利用1985-2006年调查和监测资料,采用主成分分析和通径分析方法,探讨了农业生态安全态势变化原因及主要驱动因子[5]。以上都是按照时间序列从纵向角度进行分析,其研究结果对纸坊沟流域生态经济的可持续发展具有重要的指导意义,但尚缺乏从横向角度对纸坊沟流域生态建设过程驱动力的分析,没有把农户及模式类型之间的差异反映出来。因此本文以2009年纸坊沟流域调查的18户农户的资料为依据,基于主成分分析方法,选择横向面对该流域建设商品型生态农业的驱动力进行研究,为黄土丘陵区农业生态经济问题的研究与实践提供参考。

1 研究区域概况与研究方法

1.1 研究区域概况

纸坊沟流域地处黄土丘陵沟壑区第二副区,是延河支流杏子河下游的一级支流,位于东经109°19′23″,北纬 36°51′30″,隶属陕西省安塞县沿河湾镇[6-8],属于暖温带半干旱气候区,集水面积8.27 km2,流域内有2个行政村中的3个自然村:纸坊沟、寺崾岘、瓦树塌[5]。从国家“七五”计划开始,纸坊沟流域成为黄土高原综合治理试验示范区,经过20多年的综合治理,纸坊沟流域已经从水土保持型生态农业过渡到了商品型生态农业,2008年人均耕地面积达到0.1133 hm2,农林牧比例为1∶6.2∶4.3,人均纯收入达到5 154.35元,其中农林牧收入为1 924.03元,成为黄土丘陵区的典型样板。

1.2 研究方法

1.2.1 主成分分析方法 主成分分析法[9-11]是把多个变量划为少数几个综合指标的一种统计分析方法。在多变量的研究中,由于变量的个数很多,并且彼此之间往往存在一定的相关关系,因此使观测数据反映的信息在一定程度上有所重迭。主成分分析则是通过一种降维的方法进行数据简化,用较少的综合指标分析存在于各变量中的各类信息,尽可能使综合指标之间不含重复信息。因此在实际问题的研究中,这种方法既减少了变量的数目,又抓住了主要矛盾[3,12]。进行主成分分析的主要步骤如是[13-14]:(1)指标数据标准化;(2)确定主成分个数;(3)主成分命名;(4)确定主成分与综合主成分评价分值。

确定各主成分得分公式如式(1)。

式中:Fp——各主成分得分;p——原始数据指标个数;ZXp——原始数据 Xp经过标准化处理的值,a1i,a2i,…,api(i=1,2,…,m)——X 的协方差矩阵的特征值所对应的特征向量。

确定综合主成分评价分值公式如式(2)。

式中:λi——每个主成分所对应的特征值;Fm——确定的各主成分得分。

1.2.2 指标选取与数据来源 在对纸坊沟流域农户调查所获数据分析的基础上,筛选了从农户尺度上可能影响纸坊沟流域商品型生态农业建设过程的14个因子做主成分分析:总人口(X1)、人口密度(X2)、劳动力人数(X3)、耕地面积(X4)、林地面积(X5)、草地面积(X6)、粮食单产(X7)、人均粮食产量(X8)、养殖业收入(X9)、工副业收入(X10)、种植业收入(X11)、林果业收入(X12)、退耕补贴(X13)、人均纯收入(X14)。各个指标数据来源于2008年秋对纸坊沟流域近20户农户的走访调查。为了减小计算误差,事先对统计资料进行了标准化处理(应用SPSS 13.0),(表1)。

从所调查的20户农户中选取了18户有效农户(数据),这18户农户能够代表该流域的两种模式类型,所以就以这18户农户为对象,对纸坊沟流域商品型生态农业建设的驱动力进行分析。

2 数据计算与结果分析

2.1 相关系数计算

基于18户农户的原始数据,运用SPSS 13.0软件对纸坊沟流域商品型生态农业建设过程中的各影响因子进行相关性分析,找出相关影响因素。经分析得出:纸坊沟流域人均纯收入与种植业收入(X11)呈极显著相关,与人口密度(X2)、耕地(X4)、林地(X6)、粮食单产(X7)、林果业收入(X10)、退耕补贴(X13)呈显著相关。因此为了使结果更为准确的说明问题,我们将根据相关系数矩阵选择呈显著相关和极显著相关的因子进行主成分析(应用 DPS v 7.05)。选择因子如下:人口密度(X1)、耕地(X2)、林地(X3)、粮食单产(X4)、林果业收入(X5)、种植业收入(X6)、退耕补贴(X7)。

2.2 特征值与特征向量以及贡献率和累计贡献率

运用DPS v7.05软件对影响纸坊沟流域商品型生态农业建设过程的7个因子做主成分分析,得出特征值的贡献率和累计贡献率,并根据累计贡献率≥85%的原则取得主成分[15](如表2)。

表1 纸坊沟流域14个影响因子数据标准化值

表2 特征值、贡献率和累计贡献率

通过表 2可知,提取3个主成分,即m=3,同时计算特征值的贡献率和累积贡献率,并根据累积贡献率≥85%的原则取得主成分(表2)。各主成分方差贡献率分别为59.777 1%、23.074 8%,9.124 8%,累积贡献率达91.976 7%,说明前3个主成分已提供了原始数据的足够信息[9]。

表3 特征向量和因子载荷

从表3可知,人口密度、林地、粮食单产、林果业收入、种植业收入、退耕补贴在第一主成分上有较高载荷,说明第一主成分基本反映了这些指标的信息,︳X4︳＞︳X1︳＞X3＞︳X6︳＞X5＞X2,从以上排序可知,第一主成分主要反映社会经济的影响,且是纸坊沟流域商品型生态农业建设的主要驱动力,第三主成分中X5(林果业)的因子载荷值明显高于其他几个指标,基本类似第一主成分。耕地面积在第二主成分上有较高载荷,说明第二主成分基本反映了区域的自然因素影响,且是纸坊沟流域商品型生态农业建设的基础。

2.3 主成分得分及综合得分

在主成分分析的基础上,以各主成分的方差贡献率占它们总的累积方差贡献率的百分比作为各主成分的权重,乘以各自的得分,求和得出该流域18户农户的综合得分[16-17]。利用公式(1)和(2)计算得到表4。

表4 主成分得分及综合得分表

从表4可知,第一主成分的排名与综合排名基本相同,基本可以认定经济因素在纸坊沟流域商品型生态农业建设过程中其决定作用,是其生态经济发展的主要驱动力。从表4中还可以看出:排在第1名、第2名、第3名、第 4名、第 5名、第 7名等前几名的是寺崾岘和瓦树塔的以“果-农、草-牧”型发展模式为主的农户,排在末尾几名的是纸坊沟村的以“农-副”型发展模式为主的农户(大棚的收入算在了种植业里面了)。说明对整个纸坊沟流域来说,对其经济发展起支柱作用的应是“果-农、草-牧”型发展模式,“农-副”型发展模式主要是(蔬菜)设施设农业和为之服务的副业,虽然纸坊沟村的蔬菜(大棚)的效益也很可观,但蔬菜(大棚)只能在土地平整、水分条件较好的川地上进行的,不可能在全流域进行,所以其种植面积不大,在纸坊沟村只是个别少数的农户搞大棚,而寺崾岘和瓦树塔种植苹果的农户占绝大多数,并且苹果种植面积仍在不断地增加,苹果的收益占整个流域收益的比重比较大,分析结果与现实状况基本符合。

3 结论与建议

(1)采用主成分分析方法研究纸坊沟流域商品型生态农业建设过程的驱动力,结果表明:自然因素是影响纸坊沟流域商品型生态农业建设过程的基础,社会经济因素是纸坊沟流域商品型生态农业建设的主要驱动力[4]。自然生态环境和经济发展是相辅相成、唇齿相依的关系,如1938-1958年间,由于人类经济活动的影响,导致生态环境遭到严重破坏,伴随而来的是经济发展水平缓慢;而从国家综合治理以来,生态环境得到显著改善,经济水平也随之提高,经济提高了,反过来又促进了生态环境的改善。这个结论与历史序列数据分析结果一致[4-5]。

(2)对纸坊沟流域来说,对其经济发展贡献最大的是“果-农、草-牧”型模式类型。虽然高效设施农业的经济效益一般很大,但纸坊沟村的人均耕地少(0.047 km2),川地并未得到最大程度的利用,加之修高速公路的占用,大棚只是少数懂得技术的农户在发展,而寺崾岘和瓦树塔由于地理位置的特殊性,经过实践证明农果业是其最好的发展模式,一是果树栽培的技术农户比较容易掌握,二是一次性经济投资不用太多。因此“农-副”型发展模式为主的农户收入低于“果-农、草-牧”型发展模式为主的农户,分析结果与现实状况基本符合。

(3)在商品型生态农业的建设过程中,应对农业生态经济系统进行一定程度的调控和干预,使农、林、牧各子系统内部的循环链逐步完善。

(4)从方法论而言,应该把历史资料和农户资料分析有机结合起来,即反映历史发展过程,又反映横向模式及个体的差异,使结果更具可操作性。

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