基于GIS的广西土地生态质量与农村贫困空间耦合特征分析

童新华，梁 俏，韦燕飞，刘秋萍

(1.广西师范学院 地理科学与规划学院，广西 南宁 530001；2.广西师范学院 国土资源与测绘学院，广西 南宁 530001)

我国经济发展不平衡，东西部发展存在很大的差距。全面建成小康社会不仅是解决民生问题的主要任务，同时也是我国经济社会发展的重点及难点。广西“十三五”规划纲要为提高民众生活质量、改善人居环境和生产条件，提出了全力推进精准扶贫的要求。20世纪中期，空间耦合研究得到应用和推广，随着《Ecological Economics》的出版及国际生态学会的创办，经济发展与生态环境耦合研究得到快速发展，主要从区域特征、生态环境现状及规律等角度，对不同范围的生态环境及社会经济进行空间耦合分析与评价[1]。我国著名学者任继周于1994年提出了“生态系统耦合”的概念，进一步推广了生态经济学及其相关的知识[1]。现阶段我国对生态环境与贫困耦合的空间关系研究涉及的范围及内容较少，同时还面临着许多棘手的问题，需要学者们进一步研究发现问题并提出相应的改进方案。

我国贫困地区存在一些生态和经济发展的问题，对贫困地区的研究需进一步加深。从总体上说，我国在经济发展和生态环境耦合研究中还处于探索阶段，迫切需要丰富的实践经验、庞大的人才体系、先进的系统与设备及科学的理论等支撑。为研究广西土地生态质量与农村贫困之间的关系，本文从广西的自然地理条件和社会经济条件入手，利用协调发展模型[2]，寻找影响贫困农村脱贫的因素，为贫困地区脱贫与经济发展提供具有科学意义的意见和建议。

1 研究区域与数据来源

1.1 研究区域

广西壮族自治区介于北纬20°54′～26°24′、东经104°26′～112°04′之间，是北回归线经过的省份之一，广西幅员辽阔，全省面积约23.67万km2，占国土面积的2.46%。广西地势特点为西北高东南低，土地资源表现为山多丘陵少[3]，其中，山地占全省面积的59.4%、丘陵占10.7%、台地占6.3%、平原占20.6%、水域占3.4%。广西总人口为5159万，常住人口为4610万人，人口密度约195人/km2，其中贫困人口数量较多，约538万人，贫困地区相对集中，且具有一定的集群性[1]。研究区示意图如图1所示。

图1 研究区示意图

1.2 数据来源

研究的数据主要包括90 m分辨率的数字高程模型、国家1∶25万基础地理数据中的县界和行政界限、《广西统计年鉴(2016年)》中的年均降水量、人均水资源量、公共财政收入、粮食总产量、社会保障和就业支出等基本数据。

2 研究方法

本文以“数据收集整理—特征分析—耦合分析”为主要思路开展研究，数据收集整理阶段收集相关数据建立指标体系并确定权重，特征分析阶段结合收集的数据，划分研究区土地生态质量等级和社会经济等级；耦合分析阶段进行土地生态质量与农村贫困的空间耦合研究。技术流程如图2所示。

2.1 指标体系的建立

本文以贵州省脆弱生态环境与贫困耦合关系研究中采用的指标体系为参考依据[1]，结合胡凤英[4]、李静怡[5]等对生态环境质量与经济贫困和土地生态安全与经济关系的耦合分析，及樊治平等[6]的主客观赋权法和陈鹏等[7]的层次聚类法等进行分析。通过90 m分辨率的数字高程模型数据、国家1∶25万基础地理数据中的县界与行政界线、2016年《广西统计年鉴》、地貌与气候因素、贫困状况、数据的可获取性及因子间相关性等，构建了本研究的土地生态质量与农村贫困评价指标体系。

图2 技术流程图

2.2 层次分析法

AHP(层次分析法)是一种主观权重计算方法。研究采用YAAHP(层次分析法软件)计算权重[5]，层次分析法的计算过程为：目标层的研究对象为研究区的土地生态质量，因素层的分析目标为其余的指标，该方法采用了1～9标度法，在专家打分的基础上,通过对各专家的打分情况进行综合，最后确定不同指标的标度结果，计算方法如下。

(1)构建层次模型：将不同层次的指标体系从高到低排序。

(2)构造判断矩阵A：根据层次模型每个元素的相对重要性，附以1～9个标度，1表示两者同等重要，3表示前者相对后者较重要，5表示前者明显比后者重要，7表示前者显著比后者重要，9表示前者极端重要[8]。

(3)一致性的计算：证明以上的权重是否合理是判断一致性的标准，当|A-λ|=0时，计算最大特征向量λmax，同时λmax为权重向量。

CI=(λmax-N)/(N-1)

(1)

CR=CI/RI

(2)

式中：当CI=0时表示判断矩阵具有完全一致性，N代表指标个数，查找表格得到RI一致性指标，CR为一致性比例，当CR≤0.1时表示通过一致性检验。

2.3 变异系数法

变异系数法是一种客观权重计算方法。变异系数法不仅能够分析数据，同时也是衡量数据离散度及变差程度的一种标准方法，该方法较其他客观赋权法具有显著的优势，在计算指标权重时能够将指标间的差异直观地体现出来[5,8]。变异系数法计算公式如下：

(3)

式中：Vi代表所选指标中第i项指标的变异系数，σi代表第i项指标的标准差的结果，xi代表第i项指标平均值的计算结果。

2.4 组合权重

李静怡[5]在连片特困区生态环境质量与经济贫困的耦合关系研究中指出，采用组合权重法对权重进行分配计算得出的权重值最佳，其结果既能有效地结合主观赋权法的优点削弱其缺点，又能扬长避短，不失客观地将研究区的特点表达出来[8]。研究运用组合权重的方法计算指标权重，公式如下：

W=∂×W变异+(1-∂)Wahp

(4)

(5)

(6)

式中：G为层次分析法计算分量的差异系数，Pi表示通过AHP计算的权重并将其按从小到大的顺序排序的结果，W变异是经过变异系数法计算得到的权重，N代表研究选取的指标数量，W代表最终的权重，Wahp是经过层次分析法计算得到的权重。

土地生态质量与农村贫困指标权重如表1所示。

表1 土地生态质量与农村贫困指标权重

2.5 土地生态质量与社会经济等级划分

首先，采用自然断点法(natural breaks)将土地生态质量与社会经济划分为5个等级，并将其分级结果作为土地生态质量与社会经济等级的划分标准，结果用等级1～5表示，等级越高其土地生态质量越差。其次，对土地生态质量等级及社会经济等级进行叠加分析，结果分为五级，级别越低质量越好，级别越高质量越差。

2.6 空间分析

2.6.1Moran’sⅠ 研究通过分析耦合协调度的Moran’sⅠ指数对广西各县的空间自相关性进行了分析。其中，Moran’sⅠ的取值范围为[-1,1],0表示不相关，小于0为负相关，大于0为正相关[9]。当Z的得分大于1.96或小于-1.96时，Moran’sⅠ的结果为可采信值，大于1.96，表示结果为聚集分布；小于-1.96时，表示研究对象呈随机分布的状态[9]。

Moran’sⅠ的计算公式如下：

(7)

式中：n是指标数量，xi是第i个数的数值，wij是对应的空间权重矩阵，如果i与j相邻则等于1，若不相邻则为0。

2.6.2 空间聚集分析 聚集分析是反映对象本身与周边对象之间，在某一设定的属性值上表现出来的相似程度，并以高高值聚集(HH)、高值被低值包围(HL)、低值被高值包围(LH)及低低值聚集(LL)4种形式表示[10]。

2.6.3 空间热点分析 热点分析是空间分析中常用的一种方法，该方法通过不同的色调对热点(高值聚集)与冷点(低值聚集)进行渲染，能够形象地表现研究区域的结果，并直接客观地展现高值及低值的地区，同时还包含计算过程中每个对象的P值及Z得分等。在计算结果中，Z得分通常表示数据的标准偏差，Z为负表示冷点，为正表示热点；P值为对象完全随机分布的概率[7]，当(1-P)×100%>95%时,表示数据具有显著性。

2.7 耦合模型

研究采用协调发展模型分析广西各县的土地生态质量及农村贫困的空间耦合特征。

首先，运用综合指数法计算土地生态质量指数(EI)和经济贫困综合指数(P)：

EI=∑xi×wi(i=1,2,3,…,n)

(8)

P计算公式与EI一致。

C=f(x)k×g(y)k/[αf(x)+βg(y)]2k

(9)

T=αf(x)+βg(y)

(10)

(11)

式中：C为耦合度；T表示生态与经济贫困的综合评价的指标数值；D为耦合协调度；g(y)表示标准化计算后，研究区农村贫困的综合指数排名；f(x)表示标准化计算后，研究区的土地生态质量排名；k为调节系数，k=3能够增加数据的可区分度；α、β为待定系数，其值为0.5[11-12]。

表2、表3分别为耦合协调度类型及差异类型的判别标准。

表2 耦合协调度类型分类及判别标准

表3 耦合协调度差异类型及判别标准

3 结果与分析

3.1 土地生态质量与农村贫困的空间关系

广西空间贫困特征大致呈现出由南部、东南部及中部地区向西部、东北部、北部和西北部过渡的趋势，西北部贫困程度最高[13]。如图3所示，在土地生态质量等级中，百色、河池、柳州及桂林的土地生态质量等级较差，北海、防城港、钦州、贵港及来宾等城市土地生态质量等级较好，主要是因为西北部和东北部多为山区，地势偏高，且为喀斯特密集区，石漠化现象相对严重，森林覆盖率较低；降水量较东部及南部地区低，水资源匮乏。在社会经济等级中，百色、河池、崇左、柳州等城市的社会经济等级较差，贵港、玉林、钦州等城市的社会经济等级较好，主要原因是南部、东南部及中部地区地势较低，多为平原，海陆交通便利；经济较发达，收入来源广泛。广西土地生态质量等级总体趋势表现为由南部和中部向西北部、北部及东北部递减，与贫困的空间分布大致相同。

3.2 土地生态质量与农村贫困的空间相关性分析

空间自相关分析的结果显示，Moran’sI结果为0.16，Z-SCORE得分为2.42，P值为0.015，说明耦合协调度为正相关，呈聚集分布。如图4所示，在空间聚集分析结果中，钦州市的灵山县、南宁市的横县、贵港市区及贵港的桂平市呈现出高高值聚集的现象；南宁的邕宁区和玉林市呈现为低值被高值包围；河池的凌云县和凤山县，桂林市区、桂林恭城瑶族自治县及桂林阳朔县呈现出低低值聚集的特点。在空间热点分析中，钦州、南宁、贵港及玉林为热点，而河池、百色、柳州及桂林为冷点。总体趋势表现为从南部沿海地区向西北部山区过渡的现象，与贫困空间分布情况相一致。

图3 土地生态质量等级及社会经济等级分布图

3.3 土地生态质量与农村贫困的空间耦合分析

如图5所示，耦合度与耦合协调度为一级和二级的区域，贫困等级较低，而耦合度与耦合协调度为三级、四级及五级的区域，贫困等级较高。耦合度与耦合协调度的空间分布格局大致呈现出由南部、东南部向西部、西北部、北部和东北部过渡的趋势。钦州和贵港的耦合度和耦合协调度都最高，在耦合度中，柳州、河池、崇左、防城港、北海及玉林的耦合度较差；在耦合协调度中，崇左、河池、柳州、桂林与百色的耦合协调度较差。主要因为贵港和钦州在土地生态质量等级中属于一级城市，而柳州、河池、崇左等城市均属于四级和五级，贵港与钦州平原及丘陵广布，土地类型多样，地处河流中下游，水资源丰富；柳州、河池、桂林、百色及崇左等城市地势较高，且为喀斯特地区，石漠化现象严重，由于土壤厚度低，植被难以生长，且为河流发源地，远离海洋，水资源匮乏。贵港和钦州的人均GDP、粮食总产量、农民人均纯收入、固定资产投资及城镇居民人均收入等均较高；柳州、河池、崇左等城市人均GDP、公共财政收入、公路密度等均较低。

图4 空间聚集及空间热点分布图

图5 耦合度及耦合协调度空间分布图

统计发现，协调发展类型的县城比例为64.77%，其中，优质协调发展占2.27%，良好协调发展占3.41%，中级协调发展占20.45%，勉强协调发展占38.64%。衰退失衡类型为35.23%(其中，濒临衰退失调占27.27%、轻度衰退失调占5.68%、中度衰退失调占2.27%、无严重衰退失调类型)。经济环境同步型县城的比例为61.36%，无经济滞后型，环境滞后型为2.27%，经济环境共损型为29.55%，经济受损型为4.55%，环境受损型为2.27%。如图6所示，广西各县整体的协调发展类型结果较好，但也存在不足，东北部与西北部较低，同时南部的部分地区也存在较低的现象；广西各县差异类型分布情况大致为广西整体的环境和经济发展较好，西北部、北部和东北部表现为经济环境共损型，经济滞后型位于东部，经济受损型位于西南部，环境滞后型位于南部。

4 结论与建议

4.1 结论

本文利用协调发展模型对广西各县的土地生态质量与农村贫困的空间耦合特征进行了分析，虽然结果受到各因子及其数据分配不合理等因素的影响，但总体的结果大致与实际相符，结果如下。

(1)广西空间贫困特征表现为由南部、东南部及中部向西部、西北部、北部和东北部逐渐升高。

(2)广西耦合度与耦合协调度空间分布格局大致呈现出由南部、东南部向西部、西北部、北部和东北部过渡的趋势。

(3)协调发展类型结果显示，广西中等水平的县城居多，协调发展类型的县城比例为64.77%，其中，优质协调发展占2.27%，良好协调发展占3.41%，中级协调发展占20.45%，勉强协调发展占38.64%，衰退失衡类型比例为35.23%(其中，濒临衰退失调型占27.27%，轻度衰退失调型占5.68%，中度衰退失调型占2.27%，无严重衰退失调类型)。

图6 协调发展类型及差异类型分布图

(4)差异类型结果显示，广西经济与环境共损的现象较为严重，且极大部分集中于中等发展县城。经济环境同步型县城的比例为61.36%，无经济滞后型，环境滞后型为2.27%，经济环境共损型为29.55%，经济受损型为4.55%，环境受损型为2.27%。

(5)空间自相关分析结果表明，广西土地生态质量与农村贫困的空间耦合结果呈正相关，为聚集分布；钦州、南宁与贵港为热点，河池、桂林为冷点；在空间热点分析中，钦州、南宁、贵港及玉林为高值聚集的区域，河池、百色、柳州及桂林为低值聚集的区域。

4.2 建议

广西各区域发展不平衡，且存在较大的差距，尤其在产业、文化、地理景观及气候现象等方面，主要的问题包括：(1)农村贫困人口收入及发展差异大；(2)劳动力及素质较低，自我调节和发展能力较弱；(3)地形、地貌及气候等自然地理条件制约着区域经济的发展；(4)相应的扶贫项目、扶贫的资金及扶贫的工作人员等有待完善。

影响广西贫困的原因主要包括土地生态质量及社会经济2个方面，广西脱贫需从这2个方面入手。在土地生态质量方面，由于受到各种地带性及非地带性因素的影响，不同的地区会产生不同的地形、气候及地貌，人们虽无法改变各种自然现象及其规律，但可以从生活及生产方式入手，在不破坏环境及生态的基础上，间接地改变当地的自然地理特征，通过发展特色农业产业，在环境保护的同时提高经济发展的速度。社会经济对内包括提高人均GDP的占有量、降低人口密度、提高农作物产量、加大医疗卫生事业的投入、提高人们的文化程度、加大各个城市的沟通及交流等；对外可以通过吸引外资、提高公路密度、对外投资等方式加强与外省的合作与交流。

结合广西空间贫困特征、土地生态质量和社会经济等结果可知，西部、西北部、北部及东北部为重点扶持和改善的区域，对经济相对落后的城市，可以通过扩增交通网，加强水陆空交通要道的建设等进行调整，在吸收外来经济的同时，展现自身的优势；对环境受破坏较严重的城市，可以通过发展生态农业、旅游业和田园建设等，充分利用本地区的优势，创建绿色项目，制定正确的发展战略，达到恢复并保护地区生态及环境的目的；对经济环境同步发展的城市，可以加大环境保护及监控的力度，并制定长远的发展目标和计划。

结果表明，广西要实现全面脱贫，应加大对百色、崇左、河池3个城市的扶贫力度。广西的扶贫开发计划应遵循实事求是的原则，做到可操作性、整体性及综合性的统一，在保证效率的同时兼顾公平的原则。具体措施如下：(1)多方参与。扶贫开发是一个系统性工程，需要多方参与，应统筹全局，全面系统地开展工作。(2)实现贫困地区各项指标全面发展。扶贫工作不只要提高贫困地区的收入，同时要完善教育、文化、娱乐和生产能力等。(3)从致贫原因出发，有针对性地实施扶贫工作。(4)根据贫困地区的贫困成因和现状，结合地理、交通、自然和人力等资源，以公平效率、自上而下和民主决策的原则，积极调动基层力量和民众参与的积极性，从贫困农民入手，提高扶贫效率。