关中农业生态经济系统评估及时空演化研究

方 兰，王雪莹

(陕西师范大学 西北历史环境与经济社会发展研究院，陕西 西安 710119)

一、引言

关中地区位于陕西省中部，包括西安市、铜川市、宝鸡市、咸阳市和渭南市，共54个县(市、区)，总面积55623km2，常住人口2385.08万人(2016年底)，占全省总人口的62.88%。关中地区平均海拔高度1025.85m，81.25%的地区海拔高度低于1500m，自北向南分别为渭北高原、关中平原和秦岭山区[1]。关中地区是陕西省工业、农业较为发达且人口稠密的地区。2016年，关中地区国民生产总值为12525.19亿元，比上年增长8.11%，占全省的64.56%，其中，第一产业总产值为1005.12亿元，比上年增长4.93%，占全省的59.34%。关中地区2016年末耕地面积为1442980hm2，占全省的49.50%，平均每一乡村人口占有耕地面积为0.10hm2。粮食播种面积为1639620hm2，占全省的53.43%，粮食产量为7458600t，占全省的60.72%。全省共32个粮食生产大县，其中26个县位于关中地区，其粮食播种面积和粮食产量均占全省粮食生产大县的86.69%，粮食单产为4659.36kg/hm2，超过全省平均水平16.41%。2016年关中地区农业生产总值为1222亿元，占全省的60.27%，其中，咸阳市占比最高，为22.36%。

关中地区是我国西部地区经济基础好、自然条件优越、人文历史深厚、发展潜力较大的地区。2006年国家发改委《西部大开发“十一五规划”》将关中地区列为商品粮基地建设工程之一[2]。2009年国家发改委《关中——天水经济区发展规划》，计划将该区域打造为全国现代农业高技术产业基地，以杨凌国家级农业高新技术产业示范区为依托，发展新型农业生产方式[3]。国家发改委印发的《西部大开发“十三五规划”》提出依托杨凌等国家农业科技园区推进农业科技成果的转化[4]。2018年初，国家发改委、住建部联合发布的关于印发关中平原城市群发展规划的通知中提到，到2035年，西安国家中心城市和功能完备的城镇体系全面建成，以军民融合为特色的创新型产业体系基本建成[5]。2018年中央一号文件将乡村振兴作为今后一段时间我国新农村建设的目标[6]。多年连续多个政策文件表明，关中地区对我国西部发展具有重要的战略意义，其农业发展则对带动整个西部地区农业技术提高具有示范带头效应。因此，对关中地区农业生态经济发展水平进行综合评估，不仅有利于对其过去及当前的农业发展状态进行整体评价和系统分析，同时还可以通过空间分布变化掌握关中农业未来的发展趋势，对促进农业可持续发展有重要的现实意义。

二、研究综述

农业生态经济系统是生态和经济的复合系统[7]，如何评价该系统的效益水平，不同的学者有不同的方法。有学者运用能值分析方法，评价计算了甘肃农业生态经济系统的能值产投结构和能值指标，通过纵向和横向的比较，分析了甘肃农业生态经济系统的发展水平[8]。一些学者通过建立农业生态环境与农业经济系统的综合评价指标体系，构建了二者的耦合模型，并将该模型运用到不同的区域进行研究[9,10]。部分学者在利用结构方程模型的基础上，结合研究区实际情况，设计了农业生态经济系统耦合关系模型并进行分析[11,12]。有学者利用改进的DFSR(驱动力-状态-响应)模型构建了农业生态经济系统评价指标体系[13]。有学者运用层次分析法分析农业生态经济系统效益评价体系，通过专家咨询法、打分法等量化评价了农业生态经济系统效益[14]。还有学者则借助GIS、RS工具综合评估了农业生态经济系统[15]，并对其进行空间分布的分析[16]。还有一些学者将地理信息系统运用到农业经济的研究上，从时空的角度解释农业经济的变化。有学者采用主成分分析方法对研究区内现代农业发展水平进行综合评价，并采用Moran’s Ⅰ指数全局和局部指标对邻接区域农业发展水平的空间关联性和集聚特性进行了分析[17]。一些学者构建了基于社会、生态、经济的农业生态经济综合评价系统，采用主成分分析方法，对研究区内农业生态经济系统的时空变异特征进行综合分析[18]。

通过对已有层面的总结分析可以发现，国内学者对农业生态经济系统的研究方法多样，近年来越来越多的学者开始从空间的角度研究农业的相关内容。因此，本文旨在研究关中地区农业生态经济水平，参照学者们构建的农业生态经济系统，结合关中实际情况，测算近十年关中地区各市、县(区、市)的农业生态经济水平，并借助地理信息系统，从时空角度分析关中农业生态经济水平的演化过程，并提出相应的政策建议。

三、指标选取、数据来源及研究方法

(一)指标选取

参照晏路明构建的农业生态经济系统综合评估体系[19]，并考虑数据的可得性，本文从总体层、状态层、基准层、变量层和要素层五个层面构建了农业生态经济系统综合评估体系，如图1所示。总体层是指整个体系的总目标，即农业生态经济系统总水平指数；状态层表示了总目标可以从农业自然资源生态环境水平、农业投入水平、农业产出水平、农民生活水平和农业经济稳定性水平五个方面来衡量；基准层为对状态层中每一方面的分类；变量层为基准层中各类对应的具体指标；要素层则为变量层对应的具体要素。整个体系不仅衡量了农业经济水平，也考虑了生态环境的重要性，能够在一定程度上反映研究区域农业可持续发展的情况。

(二)数据来源

本文研究了2007-2016年关中地区5市54县(市、区)农业生态经济系统总水平指数，所使用的数据来源于2007-2017年《陕西统计年鉴》及2017年《陕西区域统计年鉴》，其中，对于指标“乡村年底农林牧渔业从业人员数量”，陕西省各市自2010年起不再统计，陕西省自2013年起数据未更新。针对缺失的数据，作者采用Eviews 6.0根据趋势外推法进行预测得到。

(三)研究方法

1.测算农业技术效率

本文首先借助deap2.1软件对10年各市县(市、区)的农业技术效率进行测算。选取农林牧渔业总产值为产出变量，以乡村年底农林牧渔业从业人员、农作物播种面积、农业机械总动力、化肥施用量(折纯量)和农用塑料薄膜为投入变量。为了剔除价格变动的影响，将各市县(市、区)按当年价格统计的农林牧渔业总产值用各市以2007年为基期的农林牧渔业总产值指数进行折算。

图1 农业生态经济系统综合评估体系

2.测算农业生态经济系统总水平指数

依照上文构建的农业生态经济系统指标体系收集数据并整理。首先对原始数据进行无量纲化处理。设原始数据中指标数目为m，样本数目为n。本文采用的均为正指标，即指标越大越好。见公式(1)。

(1)

然后采用熵权法，对无量纲化处理后的数据进行计算[20]，按照先低层后高层的顺序计算各项指标权重。首先，根据公式(2)计算第j个指标中第i个样本的比重Pij。然后，根据公式(3)计算第j个指标的信息熵值ej。接着，按照公式(4)计算第j个指标的权重aj。接着，用每个指标各自的权重aj乘以无量纲化处理后的样本数据得到各个指标新值。最后，由低层指标层的算术平均值求得高一层指标层的数值。

(2)

(3)

(4)

需要特殊说明的是，在计算农业生态经济水平指数时，关中五市的各项指标完全参照上文的指标体系，由于数据的可得性，县域水平的指数是在剔除了农业自然资源生态环境水平指标类的情况下进行测算的。

3.进行空间计量分析

本文最后借助ArcGIS 10.4.1对得到的关中地区农业生态经济水平进行空间计量分析，依次运用了全局自相关Moran’s Ⅰ指数工具、局部热点Getis-Ord Gi*指数工具和标准差椭圆工具。

四、实证结果与分析

(一)关中各市农业生态经济水平时空变化分析

2007-2016年间，关中地区农业生态经济水平总体呈波动上升趋势，其中，2009年、2013年整体下降，2014年达到峰；各市波动水平总体一致(如图2所示)。2009年陕西省受到暖冬和暴雨、冰雹等气象灾害的影响，农业生产受到了不小的影响[21]。2013年陕西省极端灾害性天气事件频发，暴雨、强寒潮、雾霾等气象灾害，极大影响了农业生产[22]。2014年的气象条件则有利于粮食作物的生长，冬小麦产量明显高于近五年平均水平[23]。

图2 关中各市农业生态经济水平变化情况

10年间西安、咸阳两市的农业生态经济水平在关中地区一直处于领先状态。西安市的农民生活水平指数相对其他四市较高，主要是由于农民纯收入较高，物质生活条件相对较好，工资性收入和打工收入相对较高，农业相关政策扶持力度较大且落实较好。铜川市的农业生态经济水平则一直落后于其他四市，主要是由于铜川市的农业投入水平和农业产出水平指数较低造成的。铜川市的经济发展水平相对较低，农业科技投入较少，农业总产值和增加值较低，导致了农业生态经济水平的落后。

(二)关中各县(市、区)农业生态经济水平时空演化分析

事物空间分布的自相关性可以反映研究对象的集聚程度。空间自相关用于研究在空间中某一事物与其相邻位置的事物是否存在相关性，若存在，相关程度有多大。空间自相关包括全局自相关和局部自相关。全局自相关可以反映被研究事物是否存在集聚现象，局部自相关则反映被研究事物具体的空间集聚分布。

1.全局空间自相关分析

图3 关中各县(市、区)农业生态经济水平Moran’s Ⅰ指数与Z值年度变化图

在ArcGIS中，全局自相关由Moran’s Ⅰ指数表示，取值为[-1,1]。Moran’s Ⅰ指数为正时，表示被研究事物是空间集聚的，即存在空间自相关，且值越大，相关度越高；Moran’s Ⅰ指数为0时，表示被研究事物是随机分布的；Moran’s Ⅰ指数为负时，表示被研究事物是空间分散的，即不存在空间自相关，且值越小，相关度越低。Z值表示标准差的倍数，P值为概率。当|Z|>1.65且|P|<0.1时，置信度为90%；当|Z|>1.96且|P|<0.05时，置信度为95%；当|Z|>2.58且|P|<0.01时，置信度为99%。

借助ArcGIS计算关中各县(市、区)农业生态经济水平的Moran’s Ⅰ指数、Z值和P值，结果如图3、表1所示。

表1 关中各县(市、区)农业生态经济水平Moran’s Ⅰ指数

结合图3、表1可以看出，关中地区农业生态经济水平整体呈集聚分布，集聚程度随年份变化略有波动，2011年呈轻微分散分布。2007年到2009年，Moran’s Ⅰ指数由0.0925增加到0.4431，且Z值由1.3629增加到5.9137，呈现十分显著的空间集聚分布。2010年到2011年，Moran’s Ⅰ指数由0.3106下降到-0.0261，空间分布由明显的集聚变为分散。这与2011年的气象灾害对农业生产的大范围影响有关[29]。由于全省粮食大量减产，农业经济稳定性水平指数明显异于其他年份，致使该年度Moran’s Ⅰ指数与往年趋势不同。类似的，2012年到2013年呈现相似的趋势。说明近三年关中地区农业生态经济水平的集聚程度呈小幅波动。

2.局部演化变动分析

使用Moran’s Ⅰ指数进行全局空间自相关分析可以反映关中地区农业生态经济水平的整体集聚情况，而使用Getis-Ord Gi*指数则可以具体分析关中地区农业生态经济水平的冷点和热点分布区域，有利于更好地确定农业生态经济水平较高和较低的县(市、区)，进而进行更有针对性的分析。根据Getis-Ord Gi*指数的高低及显著性水平，现将关中地区分为冷点高显著区、冷点中显著区、冷点低显著区、不显著区、热点低显著区、热点中显著区和热点高显著区。

借助ArcGIS计算关中地区农业生态经济水平的Getis-Ord Gi*指数，得到各年份的冷、热点区域分布图(由于篇幅所限，只列出2007年和2016年的冷、热点区域分布图，如图4所示)。

图4 2007年、2016年关中农业生态经济水平冷、热点区域分布图

从图4中可以看出，2007年，咸阳市的彬县、永寿县和宝鸡市的麟游县为冷点低显著区，西安市的灞桥区、周至县和渭南市的临渭区为热点低显著区，咸阳市的兴平市和西安市的阎良区为热点中显著区，咸阳市的三原县为热点高显著区。到了2016年，临渭区为热点低显著区，三原县为热点中显著区，阎良区为热点高显著区。可以发现，10年间，关中地区农业生态经济水平在整体提高，热点区域主要向西安、咸阳方向集中。这与西安市和咸阳市在陕西省经济相对发展较快有关。西安市为陕西省的政治、经济、文化中心，经济发展水平较高，农业发展相关的基础设施建设较为完善，惠农政策落实的相对好，对农业的可持续发展关注较多。咸阳市紧邻西安市，相关政策能够惠及至此，再加上近几年西咸新区的建设，对咸阳市的农业可持续发展有不小的促进作用。

3.构建标准差椭圆

标准差椭圆是进行空间分析的一种重要工具，主要用以分析被研究事物的空间分布差异和特征[24]。椭圆的面积反映了数据的集聚程度，长轴表示数据分布的方向，短轴表示数据分布的范围，中心点则表示了整个数据的中心位置。借助ArcGIS计算各年份关中各县(市、区)农业生态经济水平的标准差椭圆和平均中心，如图5和表2所示(只列出2007年和2016年的情况)。

图5 2007年和2016年关中地区农业生态经济水平椭圆标准差和平均中心

表2 关中地区农业生态经济水平椭圆标准差参数

从标准差椭圆的面积来看，10年间平稳波动，说明关中地区农业生态经济水平的整体空间分布范围变化不大。从x轴和y轴长度来看，10年间都有轻微波动，幅度不大，说明关中地区农业生态经济水平存在轻微分散。从标准差椭圆的方向来看，偏转角度几乎没有波动，也说明关中各县(市、区)农业生态经济水平的空间变化不大。从标准差椭圆的平均中心点来看，10年间几乎没有变化，说明关中地区农业生态经济水平高度集聚的位置几乎没有变化，多年来一直以咸阳附近的县(市、区)为中心带动周边农业的可持续发展。

五、结论与建议

(一)结论

综合分析了关中地区各市、县(区、市)农业生态经济水平的时空演化过程，可以得出以下结论：

1.关中地区农业生态经济总水平在十年内波动上升，其中西安、咸阳二市农业生态经济水平在关中地区领先，铜川市相对落后。

2.关中各县(区、市)农业生态经济水平的整体空间集聚程度在十年间变动幅度不大，大部分年份呈显著的空间集聚分布。

3.关中各县(区、市)农业生态经济水平十年间有所提高，并且逐渐向西安、咸阳附近的县(区、市)集中，整体空间分布范围变化不大。

(二)政策建议

根据近十年关中地区农业生态经济水平的时空变化趋势及空间集聚分布，现提出以下政策建议：

1.贯彻落实乡村振兴及农业发展相关政策，加快发展现代农业、生态农业

关中地区应在贯彻党和国家各项惠农政策的基础上，因地制宜，积极探索适合当地的农业发展模式，在城市周边可以发展休闲农业，开展采摘园等项目为农民创收，在远离城市的区域结合当地特色，形成具有当地农业生产和文化特色的农业模式。同时深入理解农业绿色发展的理念，合理使用化肥、农膜，减少农业生产资料的浪费和生态环境的污染。各地政府应该对上级农业发展文件进一步细化，制定适合当地农业发展的目标规划，促进当地农业的可持续发展。

2.完善农业基础设施建设，推进农村金融、保险建设

关中地区大部分农田为水浇地，有些地方的农田灌溉设施已经老旧失修，极易造成水资源的浪费和土地质量的下降，进而影响粮食产量。完善农田基础设施建设，一方面能够提高农业生产效率，另一方面能提高水资源的利用率，长期发展有利于农业的可持续发展。农业自古以来就是靠天吃饭，农作物产量很大程度受当年气象条件的影响。关中地区属易发生气象灾害的地区，在近十年中有不少年份受到极端气象灾害的影响致使农作物大范围减产。因此，完善农业气象灾害预警机制的建立，推进农村金融、保险的建设，有利于提高关中农业抵御风险灾害的能力，尽最大可能减少农民损失，为农民生活提供保障。

3.加大农业公共财政投入力度，推广“企业+农户”模式

农业是具有公共产品性质的产业，这就离不开政府在其中发挥作用。当前关中地区农业发展很大的制约因素在于财政投入力度不够大，政策落实不到位、监管不力。加大农业公共财政投入力度，一方面有利于完善关中地区农村各项硬件设施配套建设，为农业发展提供物质条件，另一方面有利于促进农业新技术成果的研发，提高农业生产技术和生产效率，为农业可持续发展提供智力支持。同时鼓励企业与农户建立合作、对接机制，畅通农产品销售渠道，为农户生活提供更多保障。

4.加强农业科研队伍建设，建立高校与农村对接机制

西安市是西北地区科研力量最集中的地区，拥有众多知名院校，培养了大量的高水平科研人才。杨凌示范区作为我国第一个农业高新技术产业示范区，是西北地区重要的农业新技术研发基地。继续加强农业科研队伍建设，培养大批优秀的农业科研工作者，积极研发适合关中地区粮食增产的新技术，研发适合关中农业推广的农业耕种技术，建立绿色农业发展机制并予以规范和监督。同时，依托科研院校众多的资源，建立并完善高校与农村对接机制，鼓励科研工作者到农村挂职、考察、调研，了解各地农业发展的实际情况并研究相应对策，在农村划定试验区推行农业新成果试验，向特定地方推行适合当地的农业生产模式。

5.强化区域示范效应，加快农业科技成果转化

西安、咸阳二市位于关中地区的中心，同时也是关中五市中经济、科技最为发达的地区。再加上2014年西咸新区的建立，不仅有利于西安、咸阳二市的协调发展，也有利于通过该区域带动整个关中地区及全省的发展。加强在西咸地区的农业科技投入，提高该区域农业生态科技水平，形成示范效应，对提高关中地区农业发展水平、实现区域农业可持续发展具有重要意义。同时，加强农业新技术宣传，安排专业人员到农村中去，通过讲座、广播、手册等方式宣传新技术，并由专业技术人员去农户中展开培训，推进农业科技成果由实验室走向农田中，切实促进农业生产的提高。