基于GIS的廣西土地生態(tài)質量與農(nóng)村貧困空間耦合特征分析

童新華，梁 俏，韋燕飛，劉秋萍

(1.廣西師范學院 地理科學與規(guī)劃學院，廣西 南寧 530001；2.廣西師范學院 國土資源與測繪學院，廣西 南寧 530001)

我國經(jīng)濟發(fā)展不平衡，東西部發(fā)展存在很大的差距。全面建成小康社會不僅是解決民生問題的主要任務，同時也是我國經(jīng)濟社會發(fā)展的重點及難點。廣西“十三五”規(guī)劃綱要為提高民眾生活質量、改善人居環(huán)境和生產(chǎn)條件，提出了全力推進精準扶貧的要求。20世紀中期，空間耦合研究得到應用和推廣，隨著《Ecological Economics》的出版及國際生態(tài)學會的創(chuàng)辦，經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境耦合研究得到快速發(fā)展，主要從區(qū)域特征、生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及規(guī)律等角度，對不同范圍的生態(tài)環(huán)境及社會經(jīng)濟進行空間耦合分析與評價[1]。我國著名學者任繼周于1994年提出了“生態(tài)系統(tǒng)耦合”的概念，進一步推廣了生態(tài)經(jīng)濟學及其相關的知識[1]?，F(xiàn)階段我國對生態(tài)環(huán)境與貧困耦合的空間關系研究涉及的范圍及內(nèi)容較少，同時還面臨著許多棘手的問題，需要學者們進一步研究發(fā)現(xiàn)問題并提出相應的改進方案。

我國貧困地區(qū)存在一些生態(tài)和經(jīng)濟發(fā)展的問題，對貧困地區(qū)的研究需進一步加深。從總體上說，我國在經(jīng)濟發(fā)展和生態(tài)環(huán)境耦合研究中還處于探索階段，迫切需要豐富的實踐經(jīng)驗、龐大的人才體系、先進的系統(tǒng)與設備及科學的理論等支撐。為研究廣西土地生態(tài)質量與農(nóng)村貧困之間的關系，本文從廣西的自然地理條件和社會經(jīng)濟條件入手，利用協(xié)調發(fā)展模型[2]，尋找影響貧困農(nóng)村脫貧的因素，為貧困地區(qū)脫貧與經(jīng)濟發(fā)展提供具有科學意義的意見和建議。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

廣西壯族自治區(qū)介于北緯20°54′～26°24′、東經(jīng)104°26′～112°04′之間，是北回歸線經(jīng)過的省份之一，廣西幅員遼闊，全省面積約23.67萬km2，占國土面積的2.46%。廣西地勢特點為西北高東南低，土地資源表現(xiàn)為山多丘陵少[3]，其中，山地占全省面積的59.4%、丘陵占10.7%、臺地占6.3%、平原占20.6%、水域占3.4%。廣西總人口為5159萬，常住人口為4610萬人，人口密度約195人/km2，其中貧困人口數(shù)量較多，約538萬人，貧困地區(qū)相對集中，且具有一定的集群性[1]。研究區(qū)示意圖如圖1所示。

圖1 研究區(qū)示意圖

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究的數(shù)據(jù)主要包括90 m分辨率的數(shù)字高程模型、國家1∶25萬基礎地理數(shù)據(jù)中的縣界和行政界限、《廣西統(tǒng)計年鑒(2016年)》中的年均降水量、人均水資源量、公共財政收入、糧食總產(chǎn)量、社會保障和就業(yè)支出等基本數(shù)據(jù)。

2 研究方法

本文以“數(shù)據(jù)收集整理—特征分析—耦合分析”為主要思路開展研究，數(shù)據(jù)收集整理階段收集相關數(shù)據(jù)建立指標體系并確定權重，特征分析階段結合收集的數(shù)據(jù)，劃分研究區(qū)土地生態(tài)質量等級和社會經(jīng)濟等級；耦合分析階段進行土地生態(tài)質量與農(nóng)村貧困的空間耦合研究。技術流程如圖2所示。

2.1 指標體系的建立

本文以貴州省脆弱生態(tài)環(huán)境與貧困耦合關系研究中采用的指標體系為參考依據(jù)[1]，結合胡鳳英[4]、李靜怡[5]等對生態(tài)環(huán)境質量與經(jīng)濟貧困和土地生態(tài)安全與經(jīng)濟關系的耦合分析，及樊治平等[6]的主客觀賦權法和陳鵬等[7]的層次聚類法等進行分析。通過90 m分辨率的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、國家1∶25萬基礎地理數(shù)據(jù)中的縣界與行政界線、2016年《廣西統(tǒng)計年鑒》、地貌與氣候因素、貧困狀況、數(shù)據(jù)的可獲取性及因子間相關性等，構建了本研究的土地生態(tài)質量與農(nóng)村貧困評價指標體系。

圖2 技術流程圖

2.2 層次分析法

AHP(層次分析法)是一種主觀權重計算方法。研究采用YAAHP(層次分析法軟件)計算權重[5]，層次分析法的計算過程為：目標層的研究對象為研究區(qū)的土地生態(tài)質量，因素層的分析目標為其余的指標，該方法采用了1～9標度法，在專家打分的基礎上,通過對各專家的打分情況進行綜合，最后確定不同指標的標度結果，計算方法如下。

(1)構建層次模型：將不同層次的指標體系從高到低排序。

(2)構造判斷矩陣A：根據(jù)層次模型每個元素的相對重要性，附以1～9個標度，1表示兩者同等重要，3表示前者相對后者較重要，5表示前者明顯比后者重要，7表示前者顯著比后者重要，9表示前者極端重要[8]。

(3)一致性的計算：證明以上的權重是否合理是判斷一致性的標準，當|A-λ|=0時，計算最大特征向量λmax，同時λmax為權重向量。

CI=(λmax-N)/(N-1)

(1)

CR=CI/RI

(2)

式中：當CI=0時表示判斷矩陣具有完全一致性，N代表指標個數(shù)，查找表格得到RI一致性指標，CR為一致性比例，當CR≤0.1時表示通過一致性檢驗。

2.3 變異系數(shù)法

變異系數(shù)法是一種客觀權重計算方法。變異系數(shù)法不僅能夠分析數(shù)據(jù)，同時也是衡量數(shù)據(jù)離散度及變差程度的一種標準方法，該方法較其他客觀賦權法具有顯著的優(yōu)勢，在計算指標權重時能夠將指標間的差異直觀地體現(xiàn)出來[5,8]。變異系數(shù)法計算公式如下：

(3)

式中：Vi代表所選指標中第i項指標的變異系數(shù)，σi代表第i項指標的標準差的結果，xi代表第i項指標平均值的計算結果。

2.4 組合權重

李靜怡[5]在連片特困區(qū)生態(tài)環(huán)境質量與經(jīng)濟貧困的耦合關系研究中指出，采用組合權重法對權重進行分配計算得出的權重值最佳，其結果既能有效地結合主觀賦權法的優(yōu)點削弱其缺點，又能揚長避短，不失客觀地將研究區(qū)的特點表達出來[8]。研究運用組合權重的方法計算指標權重，公式如下：

W=?×W變異+(1-?)Wahp

(4)

(5)

(6)

式中：G為層次分析法計算分量的差異系數(shù)，Pi表示通過AHP計算的權重并將其按從小到大的順序排序的結果，W變異是經(jīng)過變異系數(shù)法計算得到的權重，N代表研究選取的指標數(shù)量，W代表最終的權重，Wahp是經(jīng)過層次分析法計算得到的權重。

土地生態(tài)質量與農(nóng)村貧困指標權重如表1所示。

表1 土地生態(tài)質量與農(nóng)村貧困指標權重

2.5 土地生態(tài)質量與社會經(jīng)濟等級劃分

首先，采用自然斷點法(natural breaks)將土地生態(tài)質量與社會經(jīng)濟劃分為5個等級，并將其分級結果作為土地生態(tài)質量與社會經(jīng)濟等級的劃分標準，結果用等級1～5表示，等級越高其土地生態(tài)質量越差。其次，對土地生態(tài)質量等級及社會經(jīng)濟等級進行疊加分析，結果分為五級，級別越低質量越好，級別越高質量越差。

2.6 空間分析

2.6.1Moran’sⅠ 研究通過分析耦合協(xié)調度的Moran’sⅠ指數(shù)對廣西各縣的空間自相關性進行了分析。其中，Moran’sⅠ的取值范圍為[-1,1],0表示不相關，小于0為負相關，大于0為正相關[9]。當Z的得分大于1.96或小于-1.96時，Moran’sⅠ的結果為可采信值，大于1.96，表示結果為聚集分布；小于-1.96時，表示研究對象呈隨機分布的狀態(tài)[9]。

Moran’sⅠ的計算公式如下：

(7)

式中：n是指標數(shù)量，xi是第i個數(shù)的數(shù)值，wij是對應的空間權重矩陣，如果i與j相鄰則等于1，若不相鄰則為0。

2.6.2 空間聚集分析 聚集分析是反映對象本身與周邊對象之間，在某一設定的屬性值上表現(xiàn)出來的相似程度，并以高高值聚集(HH)、高值被低值包圍(HL)、低值被高值包圍(LH)及低低值聚集(LL)4種形式表示[10]。

2.6.3 空間熱點分析 熱點分析是空間分析中常用的一種方法，該方法通過不同的色調對熱點(高值聚集)與冷點(低值聚集)進行渲染，能夠形象地表現(xiàn)研究區(qū)域的結果，并直接客觀地展現(xiàn)高值及低值的地區(qū)，同時還包含計算過程中每個對象的P值及Z得分等。在計算結果中，Z得分通常表示數(shù)據(jù)的標準偏差，Z為負表示冷點，為正表示熱點；P值為對象完全隨機分布的概率[7]，當(1-P)×100%>95%時,表示數(shù)據(jù)具有顯著性。

2.7 耦合模型

研究采用協(xié)調發(fā)展模型分析廣西各縣的土地生態(tài)質量及農(nóng)村貧困的空間耦合特征。

首先，運用綜合指數(shù)法計算土地生態(tài)質量指數(shù)(EI)和經(jīng)濟貧困綜合指數(shù)(P)：

EI=∑xi×wi(i=1,2,3,…,n)

(8)

P計算公式與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為耦合度；T表示生態(tài)與經(jīng)濟貧困的綜合評價的指標數(shù)值；D為耦合協(xié)調度；g(y)表示標準化計算后，研究區(qū)農(nóng)村貧困的綜合指數(shù)排名；f(x)表示標準化計算后，研究區(qū)的土地生態(tài)質量排名；k為調節(jié)系數(shù)，k=3能夠增加數(shù)據(jù)的可區(qū)分度；α、β為待定系數(shù)，其值為0.5[11-12]。

表2、表3分別為耦合協(xié)調度類型及差異類型的判別標準。

表2 耦合協(xié)調度類型分類及判別標準

表3 耦合協(xié)調度差異類型及判別標準

3 結果與分析

3.1 土地生態(tài)質量與農(nóng)村貧困的空間關系

廣西空間貧困特征大致呈現(xiàn)出由南部、東南部及中部地區(qū)向西部、東北部、北部和西北部過渡的趨勢，西北部貧困程度最高[13]。如圖3所示，在土地生態(tài)質量等級中，百色、河池、柳州及桂林的土地生態(tài)質量等級較差，北海、防城港、欽州、貴港及來賓等城市土地生態(tài)質量等級較好，主要是因為西北部和東北部多為山區(qū)，地勢偏高，且為喀斯特密集區(qū)，石漠化現(xiàn)象相對嚴重，森林覆蓋率較低；降水量較東部及南部地區(qū)低，水資源匱乏。在社會經(jīng)濟等級中，百色、河池、崇左、柳州等城市的社會經(jīng)濟等級較差，貴港、玉林、欽州等城市的社會經(jīng)濟等級較好，主要原因是南部、東南部及中部地區(qū)地勢較低，多為平原，海陸交通便利；經(jīng)濟較發(fā)達，收入來源廣泛。廣西土地生態(tài)質量等級總體趨勢表現(xiàn)為由南部和中部向西北部、北部及東北部遞減，與貧困的空間分布大致相同。

3.2 土地生態(tài)質量與農(nóng)村貧困的空間相關性分析

空間自相關分析的結果顯示，Moran’sI結果為0.16，Z-SCORE得分為2.42，P值為0.015，說明耦合協(xié)調度為正相關，呈聚集分布。如圖4所示，在空間聚集分析結果中，欽州市的靈山縣、南寧市的橫縣、貴港市區(qū)及貴港的桂平市呈現(xiàn)出高高值聚集的現(xiàn)象；南寧的邕寧區(qū)和玉林市呈現(xiàn)為低值被高值包圍；河池的凌云縣和鳳山縣，桂林市區(qū)、桂林恭城瑤族自治縣及桂林陽朔縣呈現(xiàn)出低低值聚集的特點。在空間熱點分析中，欽州、南寧、貴港及玉林為熱點，而河池、百色、柳州及桂林為冷點。總體趨勢表現(xiàn)為從南部沿海地區(qū)向西北部山區(qū)過渡的現(xiàn)象，與貧困空間分布情況相一致。

圖3 土地生態(tài)質量等級及社會經(jīng)濟等級分布圖

3.3 土地生態(tài)質量與農(nóng)村貧困的空間耦合分析

如圖5所示，耦合度與耦合協(xié)調度為一級和二級的區(qū)域，貧困等級較低，而耦合度與耦合協(xié)調度為三級、四級及五級的區(qū)域，貧困等級較高。耦合度與耦合協(xié)調度的空間分布格局大致呈現(xiàn)出由南部、東南部向西部、西北部、北部和東北部過渡的趨勢。欽州和貴港的耦合度和耦合協(xié)調度都最高，在耦合度中，柳州、河池、崇左、防城港、北海及玉林的耦合度較差；在耦合協(xié)調度中，崇左、河池、柳州、桂林與百色的耦合協(xié)調度較差。主要因為貴港和欽州在土地生態(tài)質量等級中屬于一級城市，而柳州、河池、崇左等城市均屬于四級和五級，貴港與欽州平原及丘陵廣布，土地類型多樣，地處河流中下游，水資源豐富；柳州、河池、桂林、百色及崇左等城市地勢較高，且為喀斯特地區(qū)，石漠化現(xiàn)象嚴重，由于土壤厚度低，植被難以生長，且為河流發(fā)源地，遠離海洋，水資源匱乏。貴港和欽州的人均GDP、糧食總產(chǎn)量、農(nóng)民人均純收入、固定資產(chǎn)投資及城鎮(zhèn)居民人均收入等均較高；柳州、河池、崇左等城市人均GDP、公共財政收入、公路密度等均較低。

圖4 空間聚集及空間熱點分布圖

圖5 耦合度及耦合協(xié)調度空間分布圖

統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，協(xié)調發(fā)展類型的縣城比例為64.77%，其中，優(yōu)質協(xié)調發(fā)展占2.27%，良好協(xié)調發(fā)展占3.41%，中級協(xié)調發(fā)展占20.45%，勉強協(xié)調發(fā)展占38.64%。衰退失衡類型為35.23%(其中，瀕臨衰退失調占27.27%、輕度衰退失調占5.68%、中度衰退失調占2.27%、無嚴重衰退失調類型)。經(jīng)濟環(huán)境同步型縣城的比例為61.36%，無經(jīng)濟滯后型，環(huán)境滯后型為2.27%，經(jīng)濟環(huán)境共損型為29.55%，經(jīng)濟受損型為4.55%，環(huán)境受損型為2.27%。如圖6所示，廣西各縣整體的協(xié)調發(fā)展類型結果較好，但也存在不足，東北部與西北部較低，同時南部的部分地區(qū)也存在較低的現(xiàn)象；廣西各縣差異類型分布情況大致為廣西整體的環(huán)境和經(jīng)濟發(fā)展較好，西北部、北部和東北部表現(xiàn)為經(jīng)濟環(huán)境共損型，經(jīng)濟滯后型位于東部，經(jīng)濟受損型位于西南部，環(huán)境滯后型位于南部。

4 結論與建議

4.1 結論

本文利用協(xié)調發(fā)展模型對廣西各縣的土地生態(tài)質量與農(nóng)村貧困的空間耦合特征進行了分析，雖然結果受到各因子及其數(shù)據(jù)分配不合理等因素的影響，但總體的結果大致與實際相符，結果如下。

(1)廣西空間貧困特征表現(xiàn)為由南部、東南部及中部向西部、西北部、北部和東北部逐漸升高。

(2)廣西耦合度與耦合協(xié)調度空間分布格局大致呈現(xiàn)出由南部、東南部向西部、西北部、北部和東北部過渡的趨勢。

(3)協(xié)調發(fā)展類型結果顯示，廣西中等水平的縣城居多，協(xié)調發(fā)展類型的縣城比例為64.77%，其中，優(yōu)質協(xié)調發(fā)展占2.27%，良好協(xié)調發(fā)展占3.41%，中級協(xié)調發(fā)展占20.45%，勉強協(xié)調發(fā)展占38.64%，衰退失衡類型比例為35.23%(其中，瀕臨衰退失調型占27.27%，輕度衰退失調型占5.68%，中度衰退失調型占2.27%，無嚴重衰退失調類型)。

圖6 協(xié)調發(fā)展類型及差異類型分布圖

(4)差異類型結果顯示，廣西經(jīng)濟與環(huán)境共損的現(xiàn)象較為嚴重，且極大部分集中于中等發(fā)展縣城。經(jīng)濟環(huán)境同步型縣城的比例為61.36%，無經(jīng)濟滯后型，環(huán)境滯后型為2.27%，經(jīng)濟環(huán)境共損型為29.55%，經(jīng)濟受損型為4.55%，環(huán)境受損型為2.27%。

(5)空間自相關分析結果表明，廣西土地生態(tài)質量與農(nóng)村貧困的空間耦合結果呈正相關，為聚集分布；欽州、南寧與貴港為熱點，河池、桂林為冷點；在空間熱點分析中，欽州、南寧、貴港及玉林為高值聚集的區(qū)域，河池、百色、柳州及桂林為低值聚集的區(qū)域。

4.2 建議

廣西各區(qū)域發(fā)展不平衡，且存在較大的差距，尤其在產(chǎn)業(yè)、文化、地理景觀及氣候現(xiàn)象等方面，主要的問題包括：(1)農(nóng)村貧困人口收入及發(fā)展差異大；(2)勞動力及素質較低，自我調節(jié)和發(fā)展能力較弱；(3)地形、地貌及氣候等自然地理條件制約著區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展；(4)相應的扶貧項目、扶貧的資金及扶貧的工作人員等有待完善。

影響廣西貧困的原因主要包括土地生態(tài)質量及社會經(jīng)濟2個方面，廣西脫貧需從這2個方面入手。在土地生態(tài)質量方面，由于受到各種地帶性及非地帶性因素的影響，不同的地區(qū)會產(chǎn)生不同的地形、氣候及地貌，人們雖無法改變各種自然現(xiàn)象及其規(guī)律，但可以從生活及生產(chǎn)方式入手，在不破壞環(huán)境及生態(tài)的基礎上，間接地改變當?shù)氐淖匀坏乩硖卣?，通過發(fā)展特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)，在環(huán)境保護的同時提高經(jīng)濟發(fā)展的速度。社會經(jīng)濟對內(nèi)包括提高人均GDP的占有量、降低人口密度、提高農(nóng)作物產(chǎn)量、加大醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的投入、提高人們的文化程度、加大各個城市的溝通及交流等；對外可以通過吸引外資、提高公路密度、對外投資等方式加強與外省的合作與交流。

結合廣西空間貧困特征、土地生態(tài)質量和社會經(jīng)濟等結果可知，西部、西北部、北部及東北部為重點扶持和改善的區(qū)域，對經(jīng)濟相對落后的城市，可以通過擴增交通網(wǎng)，加強水陸空交通要道的建設等進行調整，在吸收外來經(jīng)濟的同時，展現(xiàn)自身的優(yōu)勢；對環(huán)境受破壞較嚴重的城市，可以通過發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、旅游業(yè)和田園建設等，充分利用本地區(qū)的優(yōu)勢，創(chuàng)建綠色項目，制定正確的發(fā)展戰(zhàn)略，達到恢復并保護地區(qū)生態(tài)及環(huán)境的目的；對經(jīng)濟環(huán)境同步發(fā)展的城市，可以加大環(huán)境保護及監(jiān)控的力度，并制定長遠的發(fā)展目標和計劃。

結果表明，廣西要實現(xiàn)全面脫貧，應加大對百色、崇左、河池3個城市的扶貧力度。廣西的扶貧開發(fā)計劃應遵循實事求是的原則，做到可操作性、整體性及綜合性的統(tǒng)一，在保證效率的同時兼顧公平的原則。具體措施如下：(1)多方參與。扶貧開發(fā)是一個系統(tǒng)性工程，需要多方參與，應統(tǒng)籌全局，全面系統(tǒng)地開展工作。(2)實現(xiàn)貧困地區(qū)各項指標全面發(fā)展。扶貧工作不只要提高貧困地區(qū)的收入，同時要完善教育、文化、娛樂和生產(chǎn)能力等。(3)從致貧原因出發(fā)，有針對性地實施扶貧工作。(4)根據(jù)貧困地區(qū)的貧困成因和現(xiàn)狀，結合地理、交通、自然和人力等資源，以公平效率、自上而下和民主決策的原則，積極調動基層力量和民眾參與的積極性，從貧困農(nóng)民入手，提高扶貧效率。