縣域農(nóng)業(yè)比重的時空格局及其演變研究
——以內(nèi)蒙古自治區(qū)為例

劉 進(jìn)，徐仁泰，趙 祎，聶普璇

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083；2.北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100044)

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縣域農(nóng)業(yè)比重的時空格局及其演變研究
——以內(nèi)蒙古自治區(qū)為例

劉 進(jìn)1，徐仁泰1，趙 祎2，聶普璇1

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)土地科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100083；2.北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100044)

運(yùn)用空間自相關(guān)、空間馬爾科夫鏈方法對1987～2014年內(nèi)蒙古自治區(qū)縣域農(nóng)業(yè)比重數(shù)據(jù)的時空分布及時空演變特征進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：①內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)業(yè)比重空間自相關(guān)性強(qiáng)且空間聚集現(xiàn)象明顯；②農(nóng)業(yè)比重存在區(qū)域趨同趨勢，“低”水平縣域趨同趨勢有所加強(qiáng)，“高”水平縣域趨同趨勢有所減弱；③縣域自身及其鄰域同時向上轉(zhuǎn)移的地區(qū)主要集中在蒙東以及蒙西的烏蘭察布且呈收縮態(tài)勢，縣域自身或鄰域有一方或雙方均向下轉(zhuǎn)移的區(qū)域絕大多數(shù)位于蒙西；④農(nóng)業(yè)比重水平轉(zhuǎn)移顯著受到時間和區(qū)域背景的制約，區(qū)域趨同趨勢在時間和空間上表現(xiàn)出不穩(wěn)定與不獨(dú)立的特征；⑤1987～2001年，農(nóng)業(yè)比重低水平地區(qū)和高水平地區(qū)的區(qū)域背景對水平轉(zhuǎn)移均起到了負(fù)面影響；2001～2014年，農(nóng)業(yè)比重低水平地區(qū)的區(qū)域背景對水平轉(zhuǎn)移起到了負(fù)面影響，而高水平的區(qū)域背景則產(chǎn)生了正面影響。這為內(nèi)蒙古自治區(qū)不同時期、不同區(qū)域的區(qū)域趨同趨勢存在及差異提供了空間上的解釋。

農(nóng)業(yè)比重；時空演變；空間自相關(guān)；空間馬爾科夫鏈；內(nèi)蒙古自治區(qū)

經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的貢獻(xiàn)份額下降已是許多發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家工業(yè)化發(fā)展的普遍規(guī)律。內(nèi)蒙古自治區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)踐同樣符合這一規(guī)律。據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，1987年內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值占GDP比重41.3%，而2014年降低為15.6%，降低了近62.2%[1-2]。面對農(nóng)業(yè)比重逐年下降的趨勢，大量學(xué)者開始從三次產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)及農(nóng)業(yè)占GDP比重方面研究我國的農(nóng)業(yè)比重下降問題，而對于農(nóng)業(yè)比重的分布、演化及影響因子的研究一直是國內(nèi)農(nóng)業(yè)比重研究的重點(diǎn)。目前學(xué)者們主要從時間變化和空間分布2個角度進(jìn)行研究，但往往將時間和空間割裂開來，且多針對孤立的地區(qū)進(jìn)行研究，研究方法多采用理論論證法結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計分析，很少結(jié)合地統(tǒng)計方法實(shí)證研究，忽略了空間上的聯(lián)系性與差異性[3-5]。

由于內(nèi)蒙古自治區(qū)地域跨度較大，102個縣(旗)在自然環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)等方面差異較大，過去的30年農(nóng)業(yè)比重整體呈下降趨勢，但每個縣(旗)下降的具體情況有所不同[2，6]。結(jié)合縣(旗)自身特征屬性，研究農(nóng)業(yè)比重在不同縣(旗)的時空分布格局和趨同演變趨勢，對于更好地理解不同縣域農(nóng)業(yè)比重的時空演變規(guī)律十分重要。筆者以內(nèi)蒙古自治區(qū)102個縣(旗)為研究對象，基于1987～2014年農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和GDP數(shù)據(jù)，運(yùn)用空間自相關(guān)分析和馬爾科夫鏈方法，從時空維度對內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)比重的格局分布及時空演變進(jìn)行分析，為區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)相關(guān)政策制定提供參考。

1　數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1數(shù)據(jù)來源及預(yù)處理國內(nèi)外研究農(nóng)業(yè)比重的指標(biāo)通常有農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值(農(nóng)、林、牧、副、漁)占GDP比重、第一產(chǎn)業(yè)增加值占GDP比重。其中第一產(chǎn)業(yè)增加值占GDP比重表示某年某地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)增加值與GDP之比，是最常用的一種方法，而農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值占GDP比重也有使用[1，7，9]。該研究考慮數(shù)據(jù)的可獲取性與完整可靠性，選用農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值占GDP比重(以下稱之為農(nóng)業(yè)比重)來測度內(nèi)蒙古縣域農(nóng)業(yè)比重水平，其中農(nóng)業(yè)比重=(農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值/GDP)×100%?？h域農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和GDP數(shù)據(jù)來源于1987～2014年《內(nèi)蒙古統(tǒng)計年鑒》，通過數(shù)據(jù)空間化和預(yù)處理，獲取了內(nèi)蒙古自治區(qū)86個縣級行政區(qū)域農(nóng)業(yè)比重數(shù)據(jù)。

1.2研究方法

1.2.1空間自相關(guān)?？臻g自相關(guān)是指地理事物分布于不同空間位置的某一屬性值之間的統(tǒng)計相關(guān)性。全局空間自相關(guān)是對地理研究對象屬性值在整個研究區(qū)的空間位置格局的反映，全局Moran’s I指數(shù)是最為常用的空間自相關(guān)指標(biāo)，計算公式如下：

(1)

全局Moran’sI指數(shù)用來衡量空間事物某屬性在整個空間上的分布特征，而局域Moran’sI指數(shù)用來研究局域空間內(nèi)是否存在空間自相關(guān)，即探測空間熱點(diǎn)區(qū)域。該研究采用LISA聚集地圖來表征局域空間自相關(guān)性：

(2)

1.2.2空間馬爾科夫鏈。空間馬爾科夫鏈?zhǔn)莻鹘y(tǒng)的馬爾科夫鏈方法與“空間滯后”這一概念相結(jié)合的產(chǎn)物。運(yùn)用空間馬爾科夫鏈可以有效地分析區(qū)域之間的空間關(guān)系對區(qū)域農(nóng)業(yè)比重變化趨同的影響。具體來看，先通過區(qū)域觀測值向量(V)和空間權(quán)重矩陣(W)乘積(VW)得到空間滯后算子，然后對區(qū)域觀測值和空間滯后算子進(jìn)行K種等級劃分，再以區(qū)域在初始年份t的空間滯后類型為條件，將傳統(tǒng)的K×K馬爾科夫矩陣分解成K個K×K條件轉(zhuǎn)移概率矩陣。其中傳統(tǒng)馬爾科夫矩陣中元素的計算公式為：

Pij=nij/Ni

(3)

式中,Pij表示區(qū)域t年份從初始狀態(tài)i經(jīng)過一步到t+1年份轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)j的概率；nij表示整個研究時間區(qū)間內(nèi)，t年份初始狀態(tài)為i經(jīng)過一步到t+1年份轉(zhuǎn)變?yōu)閖的縣域數(shù)；Ni表示整個時間段內(nèi)狀態(tài)等級是i的所有縣域數(shù)?？臻g馬爾科夫鏈有向上、平穩(wěn)、向下3種轉(zhuǎn)移形式，分別對應(yīng)區(qū)域水平由初始狀態(tài)經(jīng)過提高、不變、下降3種轉(zhuǎn)移方式到最終狀態(tài)[12-13]。

2　結(jié)果與分析

2.1全局空間自相關(guān)分析1987～2014年內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)業(yè)比重的Moran’s I指數(shù)見圖1。由圖1可知，1987～2001年內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)業(yè)比重Moran’s I指數(shù)整體從較高水平不斷大幅下降，高值與高值聚集、低值與低值聚集效應(yīng)越來越弱，各縣域農(nóng)業(yè)比重趨向隨機(jī)分布狀態(tài)演變。其間，1994和1999年出現(xiàn)2次顯著跳變，表現(xiàn)出很強(qiáng)的波動性；2001～2007年，Moran’s I指數(shù)開始反彈，出現(xiàn)震蕩增長趨勢，2007～2014年增長趨于緩和，一直平穩(wěn)保持較高水平。整體演變趨勢是農(nóng)業(yè)比值高值區(qū)域與高值區(qū)域聚集、低值區(qū)域與低值區(qū)域聚集。

圖1　1987～2014年內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)業(yè)比重的Moran’s I指數(shù) Fig.1　Moran’s I index of agriculture share in Inner Mongolia Autonomous Region in 1987-2014

2.2局部空間自相關(guān)分析1987、2001和2014年內(nèi)蒙古自治區(qū)縣域農(nóng)業(yè)比重的LISA聚類分布見圖2。由圖2可知，1987年阿拉善左盟是主要的LL區(qū)，農(nóng)業(yè)比重呈現(xiàn)低值聚集。HH區(qū)主要包括通遼的6個縣與赤峰的2個縣，農(nóng)業(yè)比重呈現(xiàn)高值聚集。這些區(qū)域在這一時期與周圍農(nóng)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r關(guān)聯(lián)較強(qiáng)。2001年較1987年，LL區(qū)新增了以鄂爾多斯市區(qū)為中心的3個縣級行政區(qū)域。HH區(qū)向外擴(kuò)散，周圍出現(xiàn)了LH區(qū)，說明通遼和赤峰的HH區(qū)和周邊區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展差異增大。呼倫貝爾開始出現(xiàn)HH區(qū)，說明呼倫貝爾憑借自然條件等優(yōu)勢，在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)方面開始發(fā)力。2014年全區(qū)農(nóng)業(yè)比重呈現(xiàn)兩極極化現(xiàn)象，東部以呼倫貝爾為主導(dǎo)呈HH區(qū)聚集，西部以呼包鄂與阿拉善盟為主導(dǎo)呈LL聚集，通遼與赤峰的HH區(qū)基本消失。綜合來看，1987～2014年內(nèi)蒙古東部地區(qū)農(nóng)業(yè)比重水平較高，且?guī)又車貐^(qū)升高，西部地區(qū)農(nóng)業(yè)比重水平較低，且影響周圍地區(qū)不斷走低。兩極聚集范圍均有不同程度的擴(kuò)大。

2.3農(nóng)業(yè)比重空間水平變化前文分析結(jié)果顯示，內(nèi)蒙古縣域農(nóng)業(yè)比重水平轉(zhuǎn)移類型在時間上不穩(wěn)定，1987～2001年和2001～2014年2個期間存在顯著差異。基于Matlab軟件，得到1987～2001年和2001～2014年2個時期內(nèi)蒙古縣域農(nóng)業(yè)比重水平馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣(表1)，并以區(qū)域不同的空間滯后類型為條件，分別構(gòu)建2個時期的空間馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣(表2)。以某一年內(nèi)蒙古自治區(qū)86個縣域的農(nóng)業(yè)比重平均值為基準(zhǔn)，將不同時期各縣域的農(nóng)業(yè)比重劃分為4個等級：①低，縣域農(nóng)業(yè)比重低于全區(qū)平均值的50%；②中低，縣域農(nóng)業(yè)比重介于全區(qū)平均值的50%～100%；③中高，縣域農(nóng)業(yè)比重介于全區(qū)平均值的100%～150%；④高，縣域農(nóng)業(yè)比重高于全區(qū)平均值的150%。

轉(zhuǎn)移概率矩陣中，對角線上的數(shù)值表示縣域農(nóng)業(yè)比重水平?jīng)]有發(fā)生變化的概率，非對角線上數(shù)值表示不同縣域間農(nóng)業(yè)比重水平發(fā)生轉(zhuǎn)移的概率。表1中，從轉(zhuǎn)移概率上來看，1987～2014年，農(nóng)業(yè)比重轉(zhuǎn)移矩陣對角線元素均較小，農(nóng)業(yè)比重水平一直波動較大；從頻次上來看，1987～2001年，初期為“低水平”和“高水平”縣域數(shù)量分別為164和542，高水平數(shù)量遠(yuǎn)多于低水平，而2001～2014年，初期為“低水平”和“高水平”縣域數(shù)量分別為410和143，低水平縣域顯著增多，高水平縣域顯著減少。傳統(tǒng)馬爾科夫鏈可以獲得縣域農(nóng)業(yè)比重水平的時間演變特征，但無法探測鄰域農(nóng)業(yè)比重水平對本地區(qū)的影響作用。鄰近縣域在區(qū)位與自然資源條件上往往類似，伴隨著縣域間基礎(chǔ)設(shè)施的完善，各種聯(lián)系通道的建立使得農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與結(jié)構(gòu)等的縣域間相互影響日益明顯，縣域農(nóng)業(yè)比重水平的變化越來越受到周邊地區(qū)的影響。

圖2　1987、2001和2014年內(nèi)蒙古自治區(qū)縣域農(nóng)業(yè)比重的LISA聚類分布Fig.2　LISA cluster analysis of agriculture share in Inner Mongolia Autonomous Region in 1987-2014

ti/ti+1縣域數(shù)Countynumber1987～2001年1234縣域數(shù)Countynumber2001～2014年123411640.250.150.310.294100.460.250.240.0521690.120.230.390.262840.380.300.300.0234150.130.190.420.263670.260.230.350.1645420.090.050.230.631430.120.080.380.42

表2　1987～2014年內(nèi)蒙古自治區(qū)縣域農(nóng)業(yè)比重等級空間馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣(以空間滯后為條件)

對比表2結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1987～2001年，周邊地區(qū)農(nóng)業(yè)比重水平為“低”時，對當(dāng)中區(qū)域的農(nóng)業(yè)比重水平有下拉作用，且當(dāng)中區(qū)域水平越高，下拉作用越明顯。以空間滯后條件為“低”區(qū)域?yàn)槔?987～2001年“中高”水平向下轉(zhuǎn)移的概率為43%，而“高”水平向下轉(zhuǎn)移概率為100%。周邊地區(qū)農(nóng)業(yè)比重水平為“高”時，對當(dāng)中區(qū)域的農(nóng)業(yè)比重水平有上推作用，1987～2001年“低”，“中低”以及“中高”區(qū)域向上轉(zhuǎn)移概率均為100%；2001～2014年，農(nóng)業(yè)比重水平演化較為劇烈的區(qū)域受周邊農(nóng)業(yè)比重等級為“低”和“中低”的區(qū)域影響較大，對角線上的數(shù)值偏小，且有0值；周邊地區(qū)農(nóng)業(yè)比重水平為“低”和“中低”時，周邊農(nóng)業(yè)比重水平對當(dāng)中區(qū)域下拉作用明顯，以空間滯后類型“中低”為例，2001～2014年當(dāng)中區(qū)域從“中高”和“高”水平向下轉(zhuǎn)移的概率均為100%。周邊地區(qū)農(nóng)業(yè)比重水平為“中高”和“高”時，周邊農(nóng)業(yè)比重水平對當(dāng)中區(qū)域上推作用明顯。綜上可知，農(nóng)業(yè)比重水平的演變受到鄰域水平的高低影響。1987～2014年內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)比重“低”水平區(qū)域和“高”水平區(qū)域均有區(qū)域趨同趨勢，“低”水平區(qū)域區(qū)域趨同趨勢有所加強(qiáng)，“高”水平區(qū)域趨同趨勢有所減弱。

總體而言，由于自然環(huán)境和區(qū)位條件等的差異，內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)業(yè)比重水平發(fā)展并不平衡，一直存在著區(qū)域差異，且農(nóng)業(yè)水平轉(zhuǎn)移在地理空間上并不是孤立的，往往受到鄰域農(nóng)業(yè)比重水平高低的影響。具體分析為：1987～2001年，內(nèi)蒙古自治區(qū)共有30余個縣域向上轉(zhuǎn)移，其中大部分坐落在蒙東的呼倫貝爾、通遼、興安盟、錫林郭勒盟以及蒙西的烏蘭察布，同期向下轉(zhuǎn)移的10余個縣域則全部分布在蒙西的鄂爾多斯。2001～2014年，向上轉(zhuǎn)移的縣域不僅在數(shù)量上明顯減少，而且在空間分布上也進(jìn)一步緊縮，逐漸聚攏到蒙東的呼倫貝爾、興安盟和蒙西的烏蘭察布；而同期向下轉(zhuǎn)移的區(qū)域數(shù)量明顯增多，主要分布在蒙西大部地區(qū)和蒙東通遼、赤峰、錫林郭勒。向下轉(zhuǎn)移的縣域數(shù)量繼續(xù)增多和向上轉(zhuǎn)移的區(qū)域進(jìn)一步收縮態(tài)勢進(jìn)一步說明，1987～2014年農(nóng)業(yè)比重低水平區(qū)域不斷增多且區(qū)域趨同趨勢逐漸增強(qiáng)，高水平區(qū)域不斷減少且區(qū)域趨同趨勢有所減弱。

3　結(jié)論與討論

該研究根據(jù)1987～2014年內(nèi)蒙古自治區(qū)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，運(yùn)用空間自相關(guān)、空間馬爾科夫鏈方法對縣域農(nóng)業(yè)比重的時空格局及其演變進(jìn)行研究，得出以下結(jié)論。

(1)從空間自相關(guān)看，1987～2014年內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)業(yè)比重存在著較強(qiáng)的空間自相關(guān)，但1987～2001年相關(guān)性在減弱，2001～2014年相關(guān)性在增強(qiáng)；業(yè)比重空間聚集現(xiàn)象明顯，存在高高聚集、低低聚集現(xiàn)象。

(2)從空間水平變化看，區(qū)域趨同趨勢在時間和空間上不穩(wěn)定。1987～2014年內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)比重低水平縣域不斷增多且區(qū)域趨同趨勢逐漸增強(qiáng)，高水平縣域不斷減少且區(qū)域趨同趨勢有所減弱；區(qū)域趨同趨勢在時間和空間上不獨(dú)立，縣域農(nóng)業(yè)比重水平轉(zhuǎn)移顯著受到時間和區(qū)域背景的制約。內(nèi)蒙古的區(qū)域趨同趨勢，實(shí)質(zhì)上是蒙東地區(qū)和蒙西地區(qū)在空間上的趨同，在不同的區(qū)域發(fā)展策略下，內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)比重水平的空間分異格局將進(jìn)一步加劇。

伴隨城市化、工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)構(gòu)不斷演化。這個過程中，區(qū)位要素對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的促進(jìn)與抑制、優(yōu)勢資源與特色經(jīng)濟(jì)文化在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型中扮演的重要角色，均使得區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)朝著對不斷變遷的經(jīng)濟(jì)社會環(huán)境的強(qiáng)適應(yīng)性與自適應(yīng)性方向發(fā)展[14]。從地理學(xué)角度可以精確地解釋農(nóng)業(yè)比重空間分布以及探究時間、區(qū)位、優(yōu)勢資源、特色經(jīng)濟(jì)文化對農(nóng)業(yè)比重在各縣域分布差異與演變差異，但是農(nóng)業(yè)比重屬于復(fù)雜的經(jīng)濟(jì)問題，深受資源、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、文化、政策等多因素影響[15]，這使得農(nóng)業(yè)比重演化的原因研究也更為復(fù)雜。因此，有必要更進(jìn)一步對農(nóng)業(yè)比重演變機(jī)制進(jìn)行研究，從而為區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)相關(guān)政策制定提供更加精準(zhǔn)的參考意見。

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Spatial-temporal Patterns and Evolution of Agricutlure Share at County Level — A Case of Inner Mongolia Autonomous Region

LIU Jin1, XU Ren-tai1, ZHAO Yi2et al

(1.School of Land Science and Technology,China University of Geosciences (Bejing),Beijing 100083; 2. School of Environment and Energy Engineering, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044)

The spatial patterns and spatial evolution of agriculture share at county level were researched in Inner Mongolia Autonomous Region from 1987 to 2014, using spatial autocorrelation and spatial Markov chains. The results showed that the corresponding results demonstrated a strong spatial autocorrelation and an obvious spatial accumulation of agriculture share in Inner Mongolia Autonomous Region. The agriculture share had the tendency of region convergence, which was strengthened in low level counties and weakened in high level counties. The upwardly transferring areas including the county as well as the neighborhood were mainly centralized the east regions of Inner Mongolia Autonomous Region and Wulanchabu, the western city of Inner Mongolia Autonomous Region with a Shrinkage trend. The majority of the regions where either one of the county and the corresponding neighborhood or both transfer downward were located in the west of Inner Mongolia Autonomous Region. The transfer of the agriculture share was remarkably restricted by time and regional background and the trend of regional convergence behaved unstably and dependently in terms of time and space. During 1987 and 2001, negative effects on the level transfer resulted from regional background could be found in regions with both high and low agricultural share. The regional background of the region with low agriculture level negatively affected the level transfer, whereas active effects were generated from that of high level. This research provided adequate spatial explanation for the existence and difference of regional convergence of Inner Mongolia Autonomous Region in different periods and regions.

Agriculture share; Spatial-temporal evolution; Spatial autocorrelation; Spatial Markov Chains; Inner Mongolia Autonomous Region

劉進(jìn)(1994- )，男，甘肅慶陽人，本科生，專業(yè)：測繪工程。

2016-07-11

S-9

A

0517-6611(2016)24-223-03