甘肃农业产值空间特征分析＊

张晶晶，丁永军

（1.兰州城市学院电子与信息工程学院，甘肃 兰州 730070；2.武汉大学计算机科学学院，湖北 武汉 430072）

甘肃省地处我国西北内陆，自然环境脆弱，脱贫攻坚难度大、任务重，截止2019 年07 月，全省尚有38 个贫困县，111 万农村贫困人口[1]。因此，探究甘肃省农业产值空间格局是非常必要的，为如何因地制宜地制定一系列强农、惠农、富农政策提供决策支持。

近年来，研究学者对于农业生产空间格局及其影响因素进行了深入研究。邵霜霜等[2]从自然禀赋、人文要素、空间地域、土地利用等因素入手，构建了新疆农业产值多元回归模型。万炜[3]等借助空间平滑法对旱作区粮食产量时空变化与影响因素进行了研究。杨钰蓉[4]等研究了土地节约型农业与劳动节约型农业的技术投入分异特征及其影响因素。王刚[5]等运用数据包络分析、空间自相关分析和地理探测器，获得西南山区产业扶贫效率时空演化特征及其主导影响因素。上述研究虽然在特定条件下取得了一定的成果，但对甘肃省农业产值时空格局的研究仍不系统，在县域尺度下对全省范围的研究较为少见，例如刘洋[6]、王娅[7]等仅将研究区域局限于河西走廊或甘肃东部。

本研究使用统计年鉴数据，借助Python 进行了空间自相关分析，旨在发现甘肃省农业产值分布规律。

1 研究区概况

甘肃省介于32°11’～42°57’N 和92°13’～108°46’E 之间，东西最大横距1655km，南北最大横距约530km，总面积42.58 万km2。甘肃处于青藏、黄土、内蒙古三大高原交汇地带，分布有山地、高原、平川、河谷、沙漠、戈壁等多种地形地貌，气候类型包括亚热带季风气候、温带季风气候、温带大陆性干旱气候和高原山地气候等4 种类型。2017 年农业生产总值1068 亿元，耕地总面积537.22 万hm2，农村从业人员1131.37 万人，农业机械投入2018.59 万kW，年平均气温9.0°C，年均降水量450.3mm，平均坡度8.26°。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本研究使用了甘肃87 个区县的农业统计数据，农业统计数据源于甘肃年鉴数据（http://tjj.gansu.gov.cn/）。

2.2 研究方法

2.2.1 PySAL

PySAL（Genter of Spatial Social Sciences Tools）是使用Python 语言开发的开源空间分析库。支持空间权重、几何计算、空间数据分析、空间数据建模、地理可视化等操作。本文则主要使用pysal.lib.weights.Queen.from_shapefile 模 块 从shapefile 构 建出空间权重矩阵，使用pysal.explore.esda.Moran、pysal.explore.esda.Moran_Local 等模块进行空间自相关性分析，使用pysal.viz.splot.esda.moran_scatterplot、pysal.viz.splot.esda.plot_moran、pysal.viz.splot.esda.lisa_cluster 等模块实现地理可视化。

2.2.2 数据预处理

应用极差法进行数据标准化处理，以消除不同量纲和数量级对模型构建的不利影响。

2.2.3 空间自相关性分析

采用空间自相关分析对农业产值的空间聚集进行判断，其中全局空间自相关是对研究区域自相关性的总体量度，而局部空间自相关性可以反映集聚出现的具体位置。全局Moran’s I 计算公式[8]：

其中，n 为甘肃省区县数目；xi,xj分别表示在区县i 和j 上的农业产值；为平均农业产值；wij为空间权重矩阵，采用Queen 距离确定。局部Moran’sI计算公式[9]：

其中，S2为农业产值的方差。

3 结果与分析

3.1 农业产值分析

使用Pysal2.0.0 绘制地均农业产值水平空间分布图，结果如图1 所示。甘肃省各区县每公顷农业产值分布范围为0.000-9.934，差异较显著。其中，嘉峪关市、阿克塞产值最高，嘉峪关农业属于城郊型农业，以经济作物种植为主。阿克塞则以传统畜牧业为支柱产业，以垦殖系数仅为0.0001。最低农业产值多集中于甘南、定西和庆阳地区，受自然禀赋影响显著，甘南地区年平均温度较低，例如碌曲县仅为1.96°C。定西地区则常年干旱，例如会宁县年平均降水量约为250mm 左右。庆阳地区则属于典型的黄土高原丘陵沟壑区和塬区，为耕地连片以及大规模农业机械的投入造成不利影响。酒泉、金昌、张掖、武威等地农业产值较高。酒泉地区种植业布局较合理，鼓励种植棉花、蜜瓜、蜜瓜、枸杞、葡萄、大枣、番茄、甘草等经济作物，例如敦煌市经济面积比达到0.71，瓜州县则达到0.76。金昌、张掖、武威等地坡度分布于2.47～5.07 之间，农业机械总动力（千瓦时/公顷）分布在6.88～13.54 之间，粮食播种面积比在0.66～0.88 之间，有效灌溉面积在0.67～0.90之间，农业生产条件便利，已成为我国十大商品粮种植基地。

图1 农业产值空间分布图

3.2 农业产值空间格局

使用Pysal2.0.0 对甘肃各区县农业产值进行空间自相关分析。图2 是农业产值Moran 散点图，全局Moran 值为0.37，Z 值为5.416，P 值为0.001，表明甘肃农业产值在全省尺度上存在明显的空间正相关性，呈现同类聚集态势。在散点图中，第一、第三象限表示空间正相关，其中分布有67 个区县，占总区县数量的77.01%，所代表各区县农业产值具有一定的相似性，差异较小。第二、第三象限表示空间负相关，其中分布有20 个区县，占总区县数量的22.99%，所代表个区县农业产值与邻近区县农业产值差异性较大，呈现异质性。

图2 农业产值Moran 散点图

进一步通过LISA 集聚图（如图3 所示）可知，玉门、金塔、嘉峪关、肃南、肃州、高台等8 个区县通过高-高聚集显著性检验，该区域地势平坦，农业机械化水平较高、有效灌溉面积多，耕地条件好。在甘南及庆阳地区有13 个区县通过低-低聚集。甘南地区年平均温度较低，当地又以畜牧业也为主，例如碌曲县耕地面积仅占全县面积的0.5%，而庆阳地区属于典型的黄土高原丘陵沟壑区和塬区，不利于现代农业的开展。低-高聚集区域仅包括肃北和永登，即地均农业产值较低，被周围高产值地区包围。图中显示无高-低集聚区。由空间自相关分析可知，甘肃省各县区农业产值在空间上并非随机分布，存在一定程度上的同类聚集。

图3 农业产值LISA 聚集图

4 结论

本研究通过空间自相关分析研究了甘肃农业产值空间分布格局，得出以下结论。

1) 甘肃省各区县每公顷农业产值分布范围为0.000-9.934，差异较显著。酒泉、金昌、张掖、武威地均农业产值较高，而受自然禀赋影响，甘南、定西和庆阳地均农业产值则相对较低。

2)全局Moran 值为0.370，表明甘肃农民产值在全省尺度上存在明显的空间自相关。LISA 则表明高-高聚集主要分布于河西地区，低-低聚集主要分布于甘南及庆阳地区。LISA 聚集与农业产值分布基本吻合。