彭發(fā)明,毛德華
(湖南師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,長沙 410081)
水資源及土地資源是支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性資源[1,2],區(qū)域經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)及產(chǎn)出也會(huì)影響水土資源承載水平的高低。如何實(shí)現(xiàn)水土資源承載與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的合理匹配,對資源的合理利用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義[3-5]。隨著城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn),經(jīng)濟(jì)發(fā)展擴(kuò)大了對水土資源的需求量,建設(shè)用地不斷擠壓著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間,同時(shí)伴隨著區(qū)域結(jié)構(gòu)性缺水、土地退化、污染等問題的日益凸顯,使得水土資源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展供需矛盾不斷加?。?],如何協(xié)同好水土資源與經(jīng)濟(jì)增長之間的關(guān)系已成為土地科學(xué)、水資源科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。近年來,針對水土資源承載力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合研究受到了越來越多學(xué)者的重視,產(chǎn)生較多的研究成果,從研究視角上看,前人多從單一指標(biāo)或者系統(tǒng)的角度來分析水土資源與經(jīng)濟(jì)效益之間耦合協(xié)調(diào)性[7-9],這種思路能較好地反映區(qū)域資源承載能力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的整體關(guān)系,但對行業(yè)的指導(dǎo)性不強(qiáng),而從農(nóng)業(yè)的角度構(gòu)建復(fù)合系統(tǒng)探討農(nóng)業(yè)水土資源承載與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的匹配程度將是其重要的補(bǔ)充內(nèi)容[10-12]。湖南省作為中部地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大省、人口大省、糧食主產(chǎn)區(qū),合理發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì),對保障國家糧食安全,發(fā)揮地區(qū)資源優(yōu)勢具有重要的作用。本研究通過構(gòu)建農(nóng)業(yè)水土資源承載與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng),分析兩者在2005—2018 年的時(shí)空演變趨勢及其匹配關(guān)系,以期為湖南省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的合理布局和水土資源優(yōu)化配置提供科學(xué)依據(jù)。
湖南省地處東經(jīng)108°47′—114°15′、北緯24°38′—30°08′,耕地面積3 164 千hm2,居全國第9 位,下轄13 個(gè)地級市、1 個(gè)自治州,人口6 918.4 萬人,屬亞熱帶季風(fēng)氣候,年平均降水量1 200~1 800 mm,水資源總量2 098.3 億m3,地勢呈東南西三面環(huán)山,形成向東北方向敞口的馬蹄形狀,其中山地、丘陵、平原分別占總面積的51.22%、15.40%、13.11%。作為全國重要的糧食生產(chǎn)基地,稻谷產(chǎn)量多年為全國之首,自古就有“魚米之鄉(xiāng)”之稱。近年來,因降水時(shí)空分布不均及水土資源污染等因素的影響,湖南省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到極大的限制。
研究所用數(shù)據(jù)主要來源于2005—2019 年《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》《湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒》《湖南省水資源公報(bào)》等資料,部分指標(biāo)經(jīng)原始數(shù)據(jù)計(jì)算得出。
構(gòu)建合理的指標(biāo)體系是正確評價(jià)資源承載水平與經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的前提,本研究基于DPSIR 概念模型的思路,首先采用“壓力-影響-效應(yīng)”框架構(gòu)建農(nóng)業(yè)水土資源承載評價(jià)系統(tǒng),壓力代表農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對水土資源的消耗狀態(tài),影響代表受壓力脅迫而產(chǎn)生的資源彈性,效應(yīng)代表農(nóng)業(yè)產(chǎn)出對壓力、影響的動(dòng)態(tài)回應(yīng)。其次采用“經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)-經(jīng)濟(jì)效益”框架來構(gòu)建農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評價(jià)系統(tǒng),利用熵權(quán)法求出指標(biāo)權(quán)重,如表1 所示。
表1 農(nóng)業(yè)水土資源承載與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)評價(jià)體系
采用無量綱標(biāo)準(zhǔn)化法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,首先構(gòu)建原始評價(jià)矩陣Rt=(xij)mn,(xij)mn由m個(gè)樣本和n個(gè)評價(jià)指標(biāo)構(gòu)成,xij代表第i年第j個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù),maxxij和minxij分別表示為第i年(i= 1,2,…,n)第j項(xiàng)指標(biāo)(j= 1,2,…,m)的最大值和最小值;式(1)、式(2)分別代表正向、負(fù)向指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化公式,yij為標(biāo)準(zhǔn)化后的結(jié)果。
農(nóng)業(yè)水土資源承載及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,涉及到多個(gè)子系統(tǒng)的多種因素,且各影響因素在不同時(shí)間段對系統(tǒng)的影響程度也不同。本研究通過障礙度法分析各指標(biāo)與系統(tǒng)之間的相互關(guān)系,從而得出影響各系統(tǒng)的主導(dǎo)因素,公式如下:
式中,wj為指標(biāo)權(quán)重,1-yij代表指標(biāo)偏離情況,Eij即為障礙度值。
TOPSIS 又稱為逼近理想解優(yōu)劣距離法,可用來計(jì)算農(nóng)業(yè)水土資源承載與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合評價(jià)值。
首先,構(gòu)建加權(quán)規(guī)范化矩陣Rij,確定最優(yōu)方案與最劣方案,式中,ymaxn,yminn分別為加權(quán)規(guī)范化評價(jià)矩陣第n列的最大值和最小值。
其次,計(jì)算各評價(jià)對象與最優(yōu)方案、最劣方案的接近程度,Di+、Di-分別為第i個(gè)評價(jià)對象與正、負(fù)理想解的距離。
最后,計(jì)算評價(jià)對象與最優(yōu)方案的貼近度Ci,其值介于[0,1],Ci越大表明綜合評價(jià)水平越高。
根據(jù)式(3)、式(4)計(jì)算湖南省2005—2018 年的各指標(biāo)障礙度值,參考朱薇等[13]障礙度分析方法,首先求出每個(gè)因素的障礙度比值(因素障礙度值與總體障礙度值的占比),然后將影響農(nóng)業(yè)水土資源承載力大小的前3 個(gè)因素的障礙度比值進(jìn)行求和,并將其作為系統(tǒng)的整體變量,同理,由于各指標(biāo)障礙度比值相差不大,僅選取影響農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)較大的前2 個(gè)因素進(jìn)行障礙度分析,結(jié)果如圖1、圖2所示。
圖1 農(nóng)業(yè)水土資源承載力障礙度變化趨勢
圖2 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展障礙度變化趨勢
由圖1 可知,湖南省農(nóng)業(yè)水土資源承載力障礙度比值出現(xiàn)2 種變化趨勢:2005—2009 年呈現(xiàn)出緩慢上升的趨勢,2010—2018 年快速下降,2009 年障礙度比值達(dá)到最大,為45.8%,2018 年達(dá)到最小值41.8%。分析各指標(biāo)的變化情況可知,2005—2009年,墾殖率、農(nóng)村人均生活用水量等因素障礙度比值排名前列,兩者障礙度比值之和穩(wěn)定在33%左右,占據(jù)主導(dǎo)地位,同時(shí)人口自然增長率障礙度比值逐年增加,到2009 年,達(dá)到13%,為系統(tǒng)出現(xiàn)上升趨勢的主要原因。2010—2018 年,墾殖率障礙度比值不斷減少,2013 年降幅最大,為2%,農(nóng)村生活用水量及人口自然增長率等指標(biāo)障礙度比值也呈現(xiàn)出波動(dòng)減少的趨勢,表明這3 個(gè)因素對系統(tǒng)影響程度的降低。
由圖2 可知,湖南省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)的整體障礙度比值呈現(xiàn)出先緩慢下降后波動(dòng)上升的趨勢。2005—2018 年,影響農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素為GDP 增長率、農(nóng)機(jī)化程度等指標(biāo),GDP 增長率障礙度比值在研究期內(nèi)逐年增加,由22.3%升至25.8%,相反農(nóng)機(jī)化程度障礙度比值則逐年降低,由20.4%降至18.5%。GDP 增長率障礙度比值增幅高于農(nóng)機(jī)化程度障礙度比值的降幅,致使農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢。
3.2.1 農(nóng)業(yè)水土資源承載系統(tǒng)時(shí)間演變特征 2005—2018 年湖南省農(nóng)業(yè)水土資源承載系統(tǒng)呈現(xiàn)出波動(dòng)下降-急劇上升-緩慢降低的變化趨勢(圖3),2005—2013 年系統(tǒng)綜合評價(jià)值由0.42 降至0.30,這一時(shí)期湖南省自然災(zāi)害頻發(fā),對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成較大的破壞,尤其是2013 年,受全省特大干旱影響,農(nóng)業(yè)受災(zāi)面積達(dá)2 936 千hm2,直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)283 億元,加之人口的不斷增加,這些累積效應(yīng)對資源承載力產(chǎn)生了極大的負(fù)面影響。到2014 年,系統(tǒng)綜合評價(jià)指數(shù)增幅最大,主要原因在于隨著湖南省建設(shè)“兩型社會(huì)”工作的全省推進(jìn),農(nóng)村節(jié)水意識的不斷提高[14],農(nóng)村人均生活用水不斷降低,相比2013 年,降幅達(dá)16%,農(nóng)田有效灌溉率提升至74%,提高了水資源利用效率,資源承載強(qiáng)度得到了提升。2015—2018 年期間,農(nóng)業(yè)水土資源承載總體水平略微下降,整體上保持相對穩(wěn)定。
3.2.2 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)時(shí)間演變特征 研究期內(nèi),湖南省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)表現(xiàn)為3 個(gè)階段(圖3):第一階段(2005—2011 年),系統(tǒng)呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢,綜合評價(jià)值由0.37 升至0.65,農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平顯著提高,主要原因在于自2005 年以來,湖南省不斷加強(qiáng)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),對農(nóng)作物病蟲害進(jìn)行專業(yè)化防治,有效地提高了自然災(zāi)害抵御能力,單位耕地面積農(nóng)業(yè)產(chǎn)值由2005 年的1 830 元/hm2升至2011 年4 090 元/hm2,農(nóng)民人均純收入明顯增加。第二階段(2011—2015 年)系統(tǒng)綜合評價(jià)值由0.65降至0.49,農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平呈現(xiàn)出下降的趨勢,這期間湖南省受經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響,第一產(chǎn)業(yè)占比迅速下降,GDP 增速放緩,由22%降至6%,農(nóng)村人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值從4 321 元/人降至4 093 元/人。第三階段(2015—2018 年)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平緩慢回升,由0.49 升至0.65,出現(xiàn)這種變化的可能原因是自2014年湖南省公布實(shí)施了“百千萬”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展工程以來,農(nóng)民專業(yè)合作社發(fā)展到3.8 萬個(gè),水稻種收綜合機(jī)械化水平達(dá)到68%,一定程度上改善了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件,提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率,農(nóng)業(yè)產(chǎn)值明顯增加。
圖3 農(nóng)業(yè)水土資源承載與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合評價(jià)值
由圖3 可知,2009—2013 年間,農(nóng)業(yè)水土資源承載與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)變化趨勢完全相反,此階段資源承載力與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系極不協(xié)調(diào),2011年,農(nóng)業(yè)水土資源承載和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展系統(tǒng)綜合評價(jià)值差異達(dá)到最大,為0.35,在時(shí)間上存在錯(cuò)位現(xiàn)象。
3.3.1 匹配性分析 構(gòu)建湖南省研究期初(2005年)及研究期末(2018 年)的洛倫茲曲線(圖4、圖5),利用積分求解基尼系數(shù),以研究湖南省農(nóng)業(yè)水土資源承載力與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展在時(shí)空上的匹配情況,由圖4 可知,洛倫茲曲線彎曲程度不大,表明研究期初農(nóng)業(yè)水土資源承載系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)匹配性較好,且基尼系數(shù)為0.22,按聯(lián)合國公布的標(biāo)準(zhǔn),研究期初,湖南省農(nóng)業(yè)水土資源承載力與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展匹配性處于比較平均的狀態(tài)。到研究期末時(shí),洛倫茲曲線彎曲程度變大,基尼系數(shù)為0.32,處于相對合理的狀態(tài)。研究期間,農(nóng)業(yè)水土資源承載力與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)匹配協(xié)調(diào)性有所降低,但總體上仍處于較為均衡的狀態(tài)。
圖4 研究期初洛倫茲曲線
圖5 研究期末洛倫茲曲線
3.3.2 空間格局比較分析 為評價(jià)農(nóng)業(yè)水土資源承載(Cw)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展(Ce)在空間分布上的關(guān)系,參考有關(guān)學(xué)者的分類標(biāo)準(zhǔn)[15,16],依據(jù)系統(tǒng)綜合評價(jià)值的差異,將其分為7 類(表2),并利用Arcgis10.5 軟件進(jìn)行空間分析。
表2 農(nóng)業(yè)水土資源承載與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對比類型
由圖6 可知,研究初期,湖南省西部、西南部、西北部地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后于農(nóng)業(yè)水土資源承載水平。而平衡發(fā)展型地區(qū)主要集中在東部。研究末期,農(nóng)業(yè)水土資源承載與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間關(guān)系發(fā)生了較大變化,西南、西北部地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)滯后現(xiàn)象得到了很大的改善,平衡發(fā)展型地區(qū)由東部轉(zhuǎn)移至中部,東北部地區(qū)包括長沙市、岳陽市、益陽市等屬農(nóng)業(yè)水土資源承載滯后型,農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為迅速。
圖6 農(nóng)業(yè)水土資源承載與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對比
研究期間農(nóng)業(yè)水土資源承載及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展空間關(guān)系變化較大的地區(qū)主要是株洲市及益陽市,株洲市由平衡發(fā)展型轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)輕微滯后型,農(nóng)業(yè)水土資源承載評價(jià)值由0.41 上升至0.54,而農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評價(jià)值由0.40 降至0.35,農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)衰退;而益陽市則從農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)輕微滯后型轉(zhuǎn)變?yōu)檗r(nóng)業(yè)水土資源略微滯后型,農(nóng)業(yè)水土資源承載評價(jià)值由0.67 降至0.33,農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展評價(jià)值由0.40 升至0.45,農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)得到了較大的發(fā)展。由上可知,資源承載與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的變化趨勢相反,凸顯了這2 個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源承載與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不同步性。另外湘西州、張家界市、懷化市等地區(qū)研究期內(nèi)比值類型(農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)滯后型)沒有出現(xiàn)變化,這是由于這些地區(qū)海拔較高,地形以山地為主,其中坡度大于25°的土地面積就占據(jù)50%以上,巖溶性地貌分布集中,不適宜進(jìn)行農(nóng)業(yè)大規(guī)模生產(chǎn),農(nóng)業(yè)產(chǎn)值較低。
1)基于障礙度分析法能夠較好地反映出限制湖南省農(nóng)業(yè)水土資源承載能力及農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)因子,并且可以體現(xiàn)出不同時(shí)間階段各因素影響力的動(dòng)態(tài)變化。以2019 年為轉(zhuǎn)折點(diǎn),墾殖率、農(nóng)村人均生活用水量、人口自然增長率等指標(biāo)限制作用由強(qiáng)變?nèi)?,但障礙度比值之和在41%以上,對資源承載力的增長有較強(qiáng)的干擾作用,因此保持適當(dāng)?shù)母孛娣e、節(jié)約用水、控制人口過快增長仍是今后工作的重點(diǎn)。而影響農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素是GDP增長率、農(nóng)機(jī)化程度,指標(biāo)限制作用由弱變強(qiáng),為保障農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)固發(fā)展,通過推廣先進(jìn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù),提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平,走集約化道路是未來必要的選擇。
2)2005—2018 年湖南省農(nóng)業(yè)水土資源承載與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展在時(shí)間上存在不協(xié)同的現(xiàn)象,主要表現(xiàn)在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)閾值高于農(nóng)業(yè)水土資源承載力,水資源及土地資源的供應(yīng)面臨較大的壓力,如2009—2012 年在全省出現(xiàn)特大洪災(zāi)及旱災(zāi)的情況下,農(nóng)業(yè)產(chǎn)值不但沒有受到影響反而出現(xiàn)不斷增加的趨勢。其次,洛倫茲曲線在研究期內(nèi)彎曲程度增大,農(nóng)業(yè)水土資源承載與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展匹配均衡性變?nèi)?,但整體上是處于匹配較優(yōu)的狀態(tài)。
3)研究期初,西部、西北部、西南部地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后,平衡發(fā)展型地區(qū)主要集中在東部,研究期末,西北部、西南部地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)滯后情況明顯改善,平衡發(fā)展型地區(qū)向中部轉(zhuǎn)移,而東北部地區(qū)農(nóng)業(yè)水土資源承載出現(xiàn)明顯的滯后現(xiàn)象,這種農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)分布格局與湖南省“馬蹄”形狀的地勢高度吻合,農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后的地區(qū)皆處于“馬蹄”的邊緣,而農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好的地區(qū)則位于“馬蹄”的內(nèi)部,即中部及東北部平原。因此,相關(guān)部門在制定經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策的時(shí)候,要充分發(fā)揮各地區(qū)資源優(yōu)勢,提高農(nóng)業(yè)科技化、產(chǎn)業(yè)化、集群化水平,最終形成以長株潭城市群為農(nóng)業(yè)科技示范區(qū)、以洞庭湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)為糧食主產(chǎn)區(qū)的核心布局結(jié)構(gòu)。并采取合理措施加快引導(dǎo)大湘西旅游資源開發(fā),促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,充分發(fā)揮大湘南產(chǎn)業(yè)承接轉(zhuǎn)移優(yōu)勢,因地制宜地發(fā)展農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)。
4)利用基尼系數(shù)法分析農(nóng)業(yè)水土資源承載與經(jīng)濟(jì)發(fā)展復(fù)合系統(tǒng)的匹配程度,克服了從傳統(tǒng)上進(jìn)行全局統(tǒng)籌而在農(nóng)業(yè)方面卻比較不足的弊端,對現(xiàn)有農(nóng)業(yè)發(fā)展模式具有一定的診斷性。本研究針對基尼系數(shù)的等級劃分依據(jù)的是聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署等組織公布的規(guī)定,且該規(guī)定是為了衡量收入分配的平等性所提出來的,不一定能夠準(zhǔn)確地反映出資源-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的匹配關(guān)系。因此今后的工作重點(diǎn)是繼續(xù)制定切實(shí)可行的分類標(biāo)準(zhǔn)[17],以加強(qiáng)不同研究時(shí)段農(nóng)業(yè)水土資源與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綜合對比研究。