基于Zipf法則的中國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)效率淺析

鄭艾

摘? 要：Zipf法則在描述離散序列的分布結(jié)構(gòu)時(shí)有其獨(dú)特的作用，尤其適用于討論數(shù)據(jù)規(guī)模與位序的關(guān)系。以1996—2015年我國(guó)省際農(nóng)業(yè)生態(tài)效率均值時(shí)間序列為研究對(duì)象，分為不同的子系統(tǒng)計(jì)算其Zipf指數(shù)，根據(jù)所得結(jié)果分析農(nóng)業(yè)生態(tài)效率的省際分布結(jié)構(gòu)差異。結(jié)果顯示：大部分子系統(tǒng)內(nèi)部農(nóng)業(yè)生態(tài)效率分布較為集中，分布結(jié)構(gòu)差異較小。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)生態(tài)效率;Zipf法則;子系統(tǒng);分布結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào) F323.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）04-0105-04

近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的關(guān)系，怎樣平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源利用和生態(tài)環(huán)境保護(hù)三者之間的關(guān)系，已成為廣受關(guān)注的重要課題。就我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而言，由于農(nóng)業(yè)多年快速發(fā)展導(dǎo)致產(chǎn)生了一系列農(nóng)業(yè)資源環(huán)境方面的問題，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展造成了重大影響。因此，關(guān)于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的研究開始受到高度重視。農(nóng)業(yè)生態(tài)效率是衡量農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)均衡發(fā)展水平的指標(biāo)，是對(duì)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的真實(shí)反映。農(nóng)業(yè)生態(tài)效率的概念源于德國(guó)學(xué)者Schaltegger和Sturm于1990年首次提出的生態(tài)效率（eco-efficiency）這一術(shù)語(yǔ)[1]，將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生態(tài)研究，并保留了生態(tài)效率概念的本質(zhì)內(nèi)涵，即新獲得的價(jià)值與新產(chǎn)生的環(huán)境影響之比。

目前，我國(guó)學(xué)者對(duì)于農(nóng)業(yè)生態(tài)效率概念有各種不同的界定[2]。王寶義、張衛(wèi)國(guó)[3]針對(duì)狹義農(nóng)業(yè)（種植業(yè)）研究對(duì)象，以勞動(dòng)力投入、土地投入、化肥投入、農(nóng)藥投入、農(nóng)膜投入、農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力投入、灌溉投入及役畜投入為投入指標(biāo)，以農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值為期望產(chǎn)出指標(biāo)，并綜合考慮農(nóng)業(yè)碳排放和農(nóng)業(yè)面源污染，以碳排放（包括化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油等碳排放總和）和污染排放（包括化肥氮磷流失量、農(nóng)藥無(wú)效利用量、農(nóng)膜殘留量等綜合指數(shù)）為非期望產(chǎn)出指標(biāo)，設(shè)定農(nóng)業(yè)生態(tài)效率指數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行研究分析。

筆者根據(jù)王寶義、張衛(wèi)國(guó)的研究結(jié)果，對(duì)1996—2003年、2004—2015年以及1996—2015年31個(gè)省份的農(nóng)業(yè)生態(tài)效率進(jìn)行Zipf法則檢驗(yàn)，分析省際農(nóng)業(yè)生態(tài)效率的分布結(jié)構(gòu)，并從各省份位序的變動(dòng)中考察現(xiàn)代化生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響因素。

1 資料與方法

1.1 檢測(cè)方法 根據(jù)美國(guó)哈佛大學(xué)學(xué)者G.K.Zipf提出的Zipf法則。雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)下的位序—規(guī)模Zipf模型檢測(cè)：

1.2 資料來(lái)源 表1～3分別是1996—2003年、2004—2015年以及1996—2015年的農(nóng)業(yè)生態(tài)效率均值省份排名，數(shù)據(jù)來(lái)自王寶義、張衛(wèi)國(guó)的《中國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)效率的省際差異和影響因素》（2018）的研究結(jié)果。筆者采用式（1），利用其數(shù)據(jù)分別計(jì)算Zipf指數(shù)，并對(duì)結(jié)果加以分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各省份農(nóng)業(yè)生態(tài)效益等級(jí) 對(duì)1996—2003年、2004—2015年以及1996—2015年這3個(gè)時(shí)間區(qū)間，分別作出全國(guó)位序—農(nóng)業(yè)生態(tài)效率均值雙對(duì)數(shù)散點(diǎn)圖及回歸直線。3個(gè)時(shí)間區(qū)間中各省份農(nóng)業(yè)生態(tài)效率均值均可劃分為不同等級(jí)。

（1）1996—2003年間，各省份農(nóng)業(yè)生態(tài)效率均值在雙對(duì)數(shù)圖上劃分為3個(gè)等級(jí)，在第10位序及第25位序出現(xiàn)較為明顯的轉(zhuǎn)折。第1等級(jí)為位序列于前9位的省份，第2等級(jí)為位序列于第10位至第24位的省份，第3等級(jí)為位序列于第25位至第31的省份。

等級(jí)1～3的位序—規(guī)模Zipf方程分別為：

方程（2）中，Zipf指數(shù)[q=0.1891]，測(cè)定系數(shù)[R2=0.9147]，自由度[n-2=7]，檢驗(yàn)結(jié)果[t=8.6631>ta/2（7）=2.3646]，[F=75.0497>Fa（1，7）=5.5914]，顯著相關(guān)。同樣，方程（3）、（4）也均通過了[t]檢驗(yàn)和[F]檢驗(yàn)（顯著性水平[a=0.05]）。

（2）2004—2015年間，各省份農(nóng)業(yè)生態(tài)效率均值在雙對(duì)數(shù)圖上劃分為3個(gè)等級(jí)，在第9位序及第24位序出現(xiàn)較為明顯的轉(zhuǎn)折。

第1等級(jí)為位序列于前8位的省份，第2等級(jí)為位序列于第9位至第23位的省份，第3等級(jí)為位序列于第24位至第31的省份.

等級(jí)1～3的位序—規(guī)模Zipf方程分別為：

（3）1996—2015年間，因?yàn)楦魇》菰谇?個(gè)區(qū)間位序升降各有所不同，所以綜合前2個(gè)時(shí)間區(qū)間的結(jié)果可以看出，各省份農(nóng)業(yè)生態(tài)效率均值在雙對(duì)數(shù)圖上劃分為2個(gè)等級(jí)，在第10位序出現(xiàn)較為明顯的轉(zhuǎn)折。

第1等級(jí)為位序列于前9位的省份，第2等級(jí)為位序列于第10位至第29位的省份。而處于第30位和第31位的吉林、甘肅兩省數(shù)據(jù)落在無(wú)標(biāo)度區(qū)之外，未包含在Zipf模型中。

等級(jí)1～2的位序—規(guī)模Zipf方程分別為：

以上各Zipf指數(shù)及其檢驗(yàn)結(jié)果如表4所示。每個(gè)Zipf方程均通過了顯著性水平[a=0.05]下的[t]檢驗(yàn)和[F]檢驗(yàn)，說(shuō)明農(nóng)業(yè)生態(tài)效率均值指標(biāo)能夠反映農(nóng)業(yè)生態(tài)效率升級(jí)分布符合Zipf規(guī)律。

2.2 各省份農(nóng)業(yè)生態(tài)效率分布結(jié)構(gòu) 1996—2003年間，各省份農(nóng)業(yè)生態(tài)效率劃分為3個(gè)等級(jí)，說(shuō)明從全國(guó)的角度看，農(nóng)業(yè)生態(tài)效率分布結(jié)構(gòu)差異較大，農(nóng)業(yè)生態(tài)化發(fā)展水平不均衡，可以按照位序?qū)⑵湟暈?個(gè)子系統(tǒng)。子系統(tǒng)（2）式中，Zipf指數(shù)[q1=0.1891<1]，表明排位居第1位至第9位的海南、西藏、貴州、江蘇、上海、浙江、廣東、天津、寧夏等省市區(qū)彼此農(nóng)業(yè)生態(tài)效率分布結(jié)構(gòu)差異非常小，與其他省份相比具有一定優(yōu)勢(shì);子系統(tǒng)（3）式也有類似的特征，其Zipf指數(shù)[q11]，表明這個(gè)子系統(tǒng)即排位居于后7位的河北、云南、安徽、山東、湖南、甘肅、山西等省份之間農(nóng)業(yè)生態(tài)效率分布結(jié)構(gòu)差異較大，發(fā)展不均衡。

2004—2015年間的農(nóng)業(yè)生態(tài)效率結(jié)構(gòu)分布情況與前一個(gè)時(shí)間區(qū)間非常類似，也同樣分成3個(gè)子系統(tǒng)來(lái)討論。值得注意的是，隨著人們對(duì)現(xiàn)代化生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展模式的探索，各地投入了巨大的人力、物力、財(cái)力以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏，體現(xiàn)在省際農(nóng)業(yè)生態(tài)效率的排位上，相對(duì)位序出現(xiàn)了一些值得注意的變化。例如，陜西省由前一時(shí)間區(qū)間的第15位上升到第7位，河北省由第25位上升到第15位，均跨越至上一個(gè)子系統(tǒng)，廣西也由原來(lái)的第19位上升到第9位，提升明顯;與此形成對(duì)照的是，西藏、貴州、寧夏、吉林分別由前一時(shí)間區(qū)間的第2、3、9、16位下降至第18、16、19、31位，均跌出了原來(lái)所屬的子系統(tǒng)。這反映出財(cái)政和科技投入在影響農(nóng)業(yè)生態(tài)效率方面發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。

1996—2015年間的數(shù)據(jù)是綜合前2個(gè)時(shí)間區(qū)間的數(shù)據(jù)得到的結(jié)果，劃分為2個(gè)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特征體現(xiàn)了全國(guó)各省份之間農(nóng)業(yè)生態(tài)化發(fā)展水平的參差不齊。在（8）式描述的第1個(gè)子系統(tǒng)中，Zipf指數(shù)[q1=0.2033<1]，說(shuō)明本子系統(tǒng)內(nèi)部的海南、上海、廣東、浙江、江蘇、福建、西藏、北京、陜西等9個(gè)省市區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)效率分布很集中，結(jié)構(gòu)差異性很小，農(nóng)業(yè)生態(tài)化發(fā)展較為均衡，作為第1梯隊(duì)，水平高于第2梯隊(duì)。第2個(gè)子系統(tǒng)由20個(gè)省市自治區(qū)組成，由位序第10的貴州到位序29的山西。其Zipf指數(shù)[q1

3 結(jié)論

筆者根據(jù)王寶義、張衛(wèi)國(guó)的研究結(jié)果，采用1996—2003年、2004—2015年以及1996—2015年間我國(guó)31個(gè)省市自治區(qū)的農(nóng)業(yè)生態(tài)效率均值的3組時(shí)間序列數(shù)據(jù)，按照Z(yǔ)ipf法則進(jìn)行了檢驗(yàn)和討論，以分析農(nóng)業(yè)生態(tài)化發(fā)展水平的省際分布結(jié)構(gòu)差異。結(jié)果表明，無(wú)論是1996—2015年這20年，還是其第1階段（1996—2003）或者第2階段（2004—2015），均通過Zipf法則檢驗(yàn)，并按照子系統(tǒng)得出Zipf指數(shù)值。整體上看，全國(guó)各省份之間農(nóng)業(yè)生態(tài)效率分布結(jié)構(gòu)差異較大，農(nóng)業(yè)生態(tài)化發(fā)展水平參差不齊。但是如果按照位序分成不同子系統(tǒng)，那么在每個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)部農(nóng)業(yè)生態(tài)效率基本分布較為集中，分布結(jié)構(gòu)差異較小。同時(shí)可以看出，各個(gè)省份的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和科技投入對(duì)提高農(nóng)業(yè)生態(tài)效率具有關(guān)鍵性影響。

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（責(zé)編：徐世紅）