河南省生態(tài)農(nóng)業(yè)布局及承載力預(yù)測*

王 瑾

(焦作大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，河南焦作 454000)

0 引言

我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常常僅僅重視“高產(chǎn)、高效”，而忽視了“生態(tài)、安全”，在中國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展過程中，人們單純的為了擴(kuò)大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而破壞掉生態(tài)上非常重要的林地、濕地、草地等生態(tài)體系，造成水土流失、風(fēng)沙、旱澇等生態(tài)問題頻發(fā)。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性減少，引起病蟲草害多發(fā)和系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，農(nóng)業(yè)過分依賴農(nóng)藥化肥，亦造成環(huán)境污染和資源緊缺，目前中國農(nóng)業(yè)的發(fā)展不僅面臨自然資源緊缺和生態(tài)環(huán)境污染的挑戰(zhàn)，還面臨著如何滿足逐漸增加的農(nóng)產(chǎn)品需求及讓廣大農(nóng)村擺脫貧困落后面貌的挑戰(zhàn)。因此，中國農(nóng)業(yè)必須重新認(rèn)識(shí)農(nóng)業(yè)的整體性，借鑒自然生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展模式，走經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展之路。

生態(tài)農(nóng)業(yè)是按照生態(tài)學(xué)及經(jīng)濟(jì)學(xué)原理，依據(jù)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和管理手段及傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的有效經(jīng)驗(yàn)建立起來的，一種能獲得較高的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益的現(xiàn)代化高效農(nóng)業(yè)。它要求把發(fā)展大農(nóng)業(yè)與第二、三產(chǎn)業(yè)有效結(jié)合起來，利用傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華及現(xiàn)代化科技的成果，改善經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境之間，資源利用與保護(hù)之間的矛盾，實(shí)現(xiàn)生態(tài)與經(jīng)濟(jì)上兩個(gè)良性循環(huán)，經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、社會(huì)效益的統(tǒng)一。20世紀(jì)70年代末，葉謙吉等學(xué)者專家積極倡導(dǎo)下，中國開始進(jìn)行生態(tài)農(nóng)業(yè)實(shí)踐試驗(yàn)及初步理論研究。于1980年，“生態(tài)農(nóng)業(yè)”這一名詞正式在銀川召開的全國農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)術(shù)討論會(huì)開始使用，率先提出要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化必須走生態(tài)農(nóng)業(yè)之路的重要戰(zhàn)略。1982年，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)的建議由中國農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)協(xié)會(huì)正式提出，并實(shí)施生態(tài)農(nóng)業(yè)的理論研究和試點(diǎn)工作。近年來生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展空間也得到進(jìn)一步深化發(fā)展，它使整個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展的良性循環(huán)軌道，把人類理想的“青山、綠水、藍(lán)天、綠色食品”變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。堅(jiān)持充分利用農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部的能源和資源，減少依賴外來物質(zhì)，減輕農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)對生態(tài)環(huán)境的污染破壞，保護(hù)人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展，保護(hù)和創(chuàng)造優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境。

隨著黨的十八大提出生態(tài)文明建設(shè)，全國各地掀起了建設(shè)生態(tài)文明的熱潮，短時(shí)間內(nèi)相關(guān)生態(tài)產(chǎn)業(yè)獲得快速發(fā)展。同時(shí)，改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了突破性成就，為響應(yīng)國家有生態(tài)農(nóng)業(yè)建設(shè)的號召、推進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的改革，很多專家學(xué)者開始研究探討生態(tài)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)之間新的發(fā)展模式，建立生態(tài)化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，解決當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展所產(chǎn)生的瓶頸，尋求新的農(nóng)業(yè)增長點(diǎn)，增加農(nóng)業(yè)的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，推進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)健康迅速發(fā)展。王靜等[1]系統(tǒng)闡述了區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究的主要進(jìn)展，著重從區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)研究的概念、性質(zhì)、原理及研究方法及研究趨向展開論述。最后簡要評述了研究領(lǐng)域的拓展及趨向，認(rèn)為加強(qiáng)區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的理論、影響因子、作用機(jī)制以及定量化研究結(jié)果的理論指導(dǎo)性和實(shí)踐應(yīng)用性為今后的研究趨向。唐安來等[2]以準(zhǔn)確描述綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)內(nèi)涵為基礎(chǔ)，提出江西省發(fā)展綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)存在的現(xiàn)實(shí)問題，給出推進(jìn)綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的具體措施，對實(shí)現(xiàn)江西綠色崛起具有重要意義。李念春等[3]通過研究區(qū)資源環(huán)境本底，建立了資源環(huán)境承載力評價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合定性和定量的方法，利用層次分析法對各要素分別進(jìn)行承載力評價(jià)。再結(jié)合黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展要求，劃分了4個(gè)生態(tài)農(nóng)業(yè)布局適宜區(qū)，并提出發(fā)展建議。鄭微微等[4]通過對我國不同區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水環(huán)境承載能力進(jìn)行評估，以實(shí)現(xiàn)可控的水環(huán)境承載力和平衡的生態(tài)環(huán)境，獲得農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密度與區(qū)域的合理布局，為實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。李靖等[5]以水資源的角度來考察種植業(yè)布局的合理程度，把全國劃分為合理型、過疏型和過密型。以環(huán)境承載力的角度來考察畜牧業(yè)布局的合理程度，把全國劃分為超載區(qū)、平衡區(qū)和潛力區(qū)。因此文章以農(nóng)業(yè)大省河南省為例，通過分析各市區(qū)的生態(tài)農(nóng)業(yè)布局，探討其生態(tài)農(nóng)業(yè)承載力，以期為農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和參考意見。

1 研究區(qū)域概括

河南省處于中國中東部、黃河中下游，介于北緯31°23′～36°22′與東經(jīng)110°21′～116°39′之間。河南省氣候?qū)儆谂瘻貛е羴啛釒?，全省平均氣溫約為15.7℃，山地與平原地間差異比較大，年平均降水量約為500～900mm，南部和西部山區(qū)降水比較多，東南部大別山地區(qū)可至1 100mm以上。全省的平原和盆地面積約9.3萬km2，約占全省總面積的55.7%，其中山地和丘陵的面積約為7.4萬km2，約為全省總面積的44.3%。省內(nèi)有1 500多條主干河流交錯(cuò)相連，其中有493條流域面積在100km2以上的河流[6]。至2017年底，全省常住人口9 559.13萬人，比上年末增加26.71萬人； 人均可支配收入約2.017 0萬元，增加了9.4%，居民人均消費(fèi)支出達(dá)1.373 0萬元，提高8.0%，其中農(nóng)村居民人均可支配收入為1.271 9萬元，人均消費(fèi)支出約9 212元。河南省擁有豐富的旅游資源，截止2017年，境內(nèi)有6項(xiàng)世界文化遺產(chǎn)， 25處全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位， 4處世界地質(zhì)公園， 12處國家級重點(diǎn)風(fēng)景名勝區(qū)， 13處國家級自然保護(hù)區(qū)。

2 研究方法

2.1 空間基尼系數(shù)

空間基尼系數(shù)反映生態(tài)農(nóng)業(yè)區(qū)域分布不均衡的程度[7-8]，計(jì)算公式如下：

(1)

式中Si表示i市區(qū)生態(tài)農(nóng)業(yè)的就業(yè)人數(shù)或生產(chǎn)總值或市場份額與生態(tài)農(nóng)業(yè)就業(yè)總?cè)藬?shù)或生產(chǎn)總值或市場總份額的比值；Xi表示i市區(qū)就業(yè)人總數(shù)或生產(chǎn)總值或市場總份額與區(qū)域就業(yè)總?cè)藬?shù)或生產(chǎn)總值或市場總份額的比值?？臻g基尼系數(shù)的值介于0～1之間，當(dāng)G介于0～0.2之間，生態(tài)農(nóng)業(yè)布局越均衡； 當(dāng)G介于0.2～0.3之間，生態(tài)農(nóng)業(yè)布局相對均衡；G介于0.3～0.4之間，生態(tài)農(nóng)業(yè)布局比較合理；G介于0.4～0.5之間，生態(tài)農(nóng)業(yè)布局差距偏大；G介于0.5～1之間，生態(tài)農(nóng)業(yè)布局越高度不均衡。也就是說，空間基尼系數(shù)越大，生態(tài)農(nóng)業(yè)的集聚水平越高。

2.2 最鄰近指數(shù)

河南省生態(tài)農(nóng)業(yè)的空間分布近似點(diǎn)狀的組合，空間分布類型包括隨機(jī)分布、凝聚分布及均勻分布等3種。點(diǎn)狀空間分布類型最常采用最近鄰指數(shù)進(jìn)行分析[9-10]，計(jì)算公式如下：

(2)

(3)

式中，n為生態(tài)農(nóng)業(yè)點(diǎn)數(shù)，A為區(qū)域面積，D為點(diǎn)密度，rE為理論最鄰近距離，r1為實(shí)際最鄰近距離。最鄰近點(diǎn)指數(shù)R為空間實(shí)際最鄰近距離與理論最鄰近距離之比。當(dāng)R=1時(shí)，生態(tài)農(nóng)業(yè)分布趨于隨機(jī)型； 當(dāng)R>1時(shí)，生態(tài)農(nóng)業(yè)分布趨于均勻型； 當(dāng)R<1時(shí)，生態(tài)農(nóng)業(yè)分布趨于凝聚型。

2.3 投影尋蹤法

投影尋蹤模型(Projection Pursuit Classification model based on Partical Swarm Optimization，簡稱PSO-PPC)是一種新型數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，將高維數(shù)據(jù)通過一定的投影方式投影得到低維數(shù)據(jù)，然后根據(jù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)函數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)描述和預(yù)測，目前投影尋蹤廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域[11-12]。該文通過獲取河南省生態(tài)農(nóng)業(yè)參數(shù)，采用投影尋蹤建立模型來預(yù)測河南省生態(tài)農(nóng)業(yè)承載力。主要步驟如下：

(1)原始數(shù)據(jù)歸一化處理

由于各指標(biāo)間存在量綱差異，采用極差標(biāo)準(zhǔn)化方法對所選數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化與歸一化處理。

對于正向指標(biāo)：

(4)

對于逆向指標(biāo)：

(5)

(2)構(gòu)造投影指標(biāo)函數(shù)

將處理后的p維數(shù)據(jù)沿單位長度向量a={a1，a2，…，ap}的方向進(jìn)行投影，得到一維投影值Z(i)：

(6)

投影指標(biāo)函數(shù)Q(a)是Z(i)的函數(shù)，即：

(7)

式中E(Z)表示Z(i)的平均值。

(3)優(yōu)化投影指標(biāo)函數(shù)

求解最大化投影目標(biāo)函數(shù)，將各個(gè)指標(biāo)的投影作為優(yōu)化變量，計(jì)算最佳投影方向向量。

(4)計(jì)算最佳投影值

將最佳投影方向向量帶入公式(6)得到最佳投影值。

3 結(jié)果與分析

3.1 空間基尼系數(shù)

該文利用2016年河南省各市區(qū)GDP和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值計(jì)算河南省各市的生態(tài)農(nóng)業(yè)空間基尼系數(shù)，結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，河南省生態(tài)農(nóng)業(yè)基尼系數(shù)較高的市區(qū)有鄭州市和信陽市，其他市區(qū)的空間基尼系數(shù)較小。整體來看，河南省各市區(qū)的空間基尼系數(shù)均小于0.2，表明河南省生態(tài)農(nóng)業(yè)呈弱集聚。

表1 河南省生態(tài)農(nóng)業(yè)空間基尼系數(shù)

表2 河南省生態(tài)農(nóng)業(yè)空間布局特征

3.2 最鄰近指數(shù)

通過式(2)和式(3)對河南省各市生態(tài)農(nóng)業(yè)布局的最鄰近指數(shù)進(jìn)行計(jì)算得出表2。其中各市的生態(tài)農(nóng)業(yè)布局的最鄰近指數(shù)不同，鄭州、信陽、濟(jì)源、周口、鶴壁、商丘、三門峽、平頂山和駐馬店等9個(gè)市的最鄰近指數(shù)小于1，呈凝聚型分布，這些城市的生態(tài)農(nóng)業(yè)主要集中在市區(qū)； 而洛陽、安陽、新鄉(xiāng)、濮陽、漯河、南陽、開封、焦作和許昌等9個(gè)市的最鄰近指數(shù)大于1，呈均勻型分布，這些城市的生態(tài)農(nóng)業(yè)主要分布在各縣。

圖1 河南省生態(tài)農(nóng)業(yè)承載力最佳投影值

3.3 承載力預(yù)測

文章將生態(tài)農(nóng)業(yè)承載力分為生態(tài)環(huán)境承載力和農(nóng)業(yè)資源承載力，通過投影尋蹤法得到河南省生態(tài)農(nóng)業(yè)承載力的最佳投影值，如圖1所示。其中南陽市的生態(tài)環(huán)境最佳投影值最大為3.14，即南陽市的生態(tài)環(huán)境承載力最大，而信陽市的農(nóng)業(yè)資源最佳投影值最大為3.87，及信陽市的農(nóng)業(yè)資源承載力最大。整個(gè)河南省的生態(tài)環(huán)境最佳投影值從大到小的排序?yàn)槟详?、?jì)源、周口、信陽、商丘、駐馬店、新鄉(xiāng)、洛陽、平頂山、漯河、三門峽、開封、焦作、鶴壁、許昌、安陽、鄭州和濮陽； 農(nóng)業(yè)資源的最佳投影值從大到小的排序?yàn)樾抨枴⑿锣l(xiāng)、南陽、商丘、駐馬店、鶴壁、漯河、開封、洛陽、三門峽、安陽、平頂山、周口、濟(jì)源、焦作、濮陽、許昌和鄭州。綜合考慮，目前鄭州市的生態(tài)農(nóng)業(yè)承載力均較低，說明現(xiàn)階段鄭州市生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿^小，作為省會(huì)城市，人口多，各種資源嚴(yán)重超載，因此有必要加強(qiáng)鄭州市生態(tài)環(huán)境和農(nóng)業(yè)資源的開發(fā)保護(hù)力度，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。而對于承載力水平較高的南陽、信陽等市區(qū)，應(yīng)加大開發(fā)利用，科學(xué)規(guī)劃，均衡前進(jìn)，促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論與討論

該文通過空間基尼系數(shù)分析得出河南省的生態(tài)農(nóng)業(yè)呈弱集聚，通過最鄰近指數(shù)表明河南省的生態(tài)農(nóng)業(yè)呈凝聚型和均勻型布局，通過投影尋蹤法計(jì)算得出南陽市的生態(tài)環(huán)境承載力最大，信陽市的農(nóng)業(yè)資源承載力最大，而鄭州市的生態(tài)農(nóng)業(yè)承載力較低。生態(tài)農(nóng)業(yè)作為經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)穩(wěn)定的基礎(chǔ)，其布局是長期發(fā)展的結(jié)果，而承載力的大小關(guān)系區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的狀況，因此在該文研究的基礎(chǔ)上尋找河南省生態(tài)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的突破點(diǎn)，充分考慮區(qū)域差異，進(jìn)一步因地制宜地加強(qiáng)有針對性的研究。

河南省是我國重要的糧食生產(chǎn)基地之一，合理的農(nóng)業(yè)布局對于農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展具有重要作用，在充分發(fā)揮自然、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)資源潛力的前提下，農(nóng)業(yè)布局的基本要求是省域范圍內(nèi)市區(qū)的農(nóng)業(yè)各部門保持地域空間的分布和組合保持合理的比例，同時(shí)保障生態(tài)環(huán)境良好發(fā)展，以促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益的平衡發(fā)展。南陽、周口和商丘作為農(nóng)業(yè)大省，目前也是河南省經(jīng)濟(jì)落后的市區(qū)，農(nóng)業(yè)布局不太合理[13]，該文結(jié)果顯示南陽市的生態(tài)環(huán)境承載力最大，且生態(tài)農(nóng)業(yè)主要分布在各縣，呈均勻型分布，因此南陽市以后應(yīng)在生態(tài)環(huán)境的最大承載范圍內(nèi)，發(fā)展區(qū)域特色農(nóng)業(yè)，形成具有區(qū)域特色的生態(tài)農(nóng)業(yè)來促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。而周口和商丘的生態(tài)農(nóng)業(yè)目前主要集中在市區(qū)，要促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展，政府應(yīng)加大投入力度，在各縣區(qū)發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，合理規(guī)劃布局，均衡發(fā)展。

眾所周知，承載力是指物體在自然狀態(tài)下所能承受的最大負(fù)荷。河南省資源豐富，近年來隨著國家發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，加大了資源和環(huán)境的壓力，同時(shí)作為農(nóng)業(yè)大省，探討承載力對于促進(jìn)區(qū)域持續(xù)發(fā)展顯得尤為重要。早期的研究指出河南省的生態(tài)承載力存在空間差異和空間分布不均衡性[14]，鄭州和焦作等市區(qū)的生態(tài)環(huán)境處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)[15]，這與該文的研究一致。同時(shí)該文研究結(jié)果表明鄭州、焦作的農(nóng)業(yè)資源承載力也相對落后，可以加強(qiáng)農(nóng)業(yè)的科學(xué)性、規(guī)范化、高效化，同時(shí)重視農(nóng)業(yè)的生態(tài)效益，強(qiáng)化農(nóng)業(yè)的生態(tài)化管理，減少該地區(qū)的生態(tài)消耗來提高區(qū)域生態(tài)環(huán)境能力。實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益的雙贏。