方舒虹，黃 宜，韓利紅，王艷偉*

（1.云南農業(yè)大學 建筑工程學院，云南 昆明 650201；2.云南農業(yè)大學 經濟與管理學院，云南 昆明 650201）

0 引言

黨的十九大報告提出，要加快實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，促進農村產業(yè)經濟、鄉(xiāng)風民風、生態(tài)環(huán)境、治理體系和農民生活水平全面發(fā)展，加快建設現代化新農村［1］。農村基礎設施作為農村經濟生產和社會發(fā)展的重要基礎，通過要素的直接投入和溢出效應對推動鄉(xiāng)村產業(yè)發(fā)展、提高農業(yè)綜合生產能力、提升人口素質、改善生態(tài)環(huán)境等產生深遠影響，是實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的應有之義［2-3］。鄉(xiāng)村振興是新形勢下解決地區(qū)“三農”問題的治本之策，其中生態(tài)振興是根本［4］，是實現農村生態(tài)宜居的保障［5］。改革開放以來，農村基礎設施的改善促進了農村經濟的發(fā)展，但在農村經濟快速發(fā)展的同時，忽視了生態(tài)環(huán)境問題［6］。因此，對農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的耦合協調研究，能夠有效促進農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的良性互動、協調發(fā)展，進一步縮小地區(qū)間的發(fā)展差距。

對相關文獻進行梳理發(fā)現，當前探討城市基礎設施與生態(tài)環(huán)境協調發(fā)展的路徑，具有很強的現實意義［7］。眾多學者在對生態(tài)基礎設施的研究中發(fā)現，生態(tài)基礎設施建設對促進環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展［8］、提升城市系統(tǒng)服務能力［9-10］、優(yōu)化城市生態(tài)環(huán)境［7］作出了巨大貢獻，且基礎設施的投入與社會—生態(tài)系統(tǒng)呈倒“U”形曲線，初期適度的基礎設施投入會降低社會—生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性，而基礎設施過度投入則會逐步增加社會—生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性［11］。眾多學者通過對綠色基礎設施領域的研究認為，綠色基礎設施是解決生態(tài)環(huán)境問題［12］、支撐生態(tài)文明建設［13］、推動城市可持續(xù)發(fā)展的重要途徑［14］。已有的研究對基礎設施與生態(tài)環(huán)境的耦合協調具有一定的借鑒和參考價值，主要表現在以下幾個方面：（1）大多基于城市視角對基礎設施與生態(tài)環(huán)境進行分析；（2）主要基于區(qū)域、省域尺度對基礎設施與生態(tài)環(huán)境進行研究，而對于農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調的時空演進及趨勢預測的研究較少，因此，本文以2011—2020年云南省16個州（市）為研究對象，通過構建農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境評價指標體系，借助耦合協調模型對各州（市）農村基礎設施耦合協調發(fā)展情況進行分析，采用灰色預測GM（1,1）模型、標準差橢圓模型對各州（市）的時空演變格局及發(fā)展趨勢進行預測，以期為云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的耦合協調發(fā)展提供參考，同時為我國其他地區(qū)農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的協調發(fā)展提供借鑒。

1 指標體系構建

為系統(tǒng)地評價農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的耦合協調發(fā)展水平、時空演化特征及發(fā)展趨勢預測，本研究以農村基礎設施和生態(tài)環(huán)境2個系統(tǒng)為核心，借鑒學者們［15-22］的研究成果，構建了云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的評價指標體系（表1），分別從生產性基礎設施、生活性基礎設施、社會性基礎設施、生態(tài)環(huán)境壓力、生態(tài)環(huán)境狀態(tài)、生態(tài)環(huán)境響應6個維度，選取化肥使用量、農藥使用量等19個指標。用化肥使用量、農藥使用量、農膜使用量、水庫總容量、有效灌溉面積5個指標衡量生產性基礎設施；用農村用電量、公路通車里程、自來水受益村3個指標衡量生活性基礎設施；用農村投遞線路長度衡量社會性基礎設施；用工業(yè)二氧化硫排放量、工業(yè)廢水排放總量、廢水排放總量、工業(yè)廢氣排放總量4個指標衡量生態(tài)環(huán)境壓力；用人均公園綠地面積、建成區(qū)綠化覆蓋率、自然濕地面積3個指標衡量生態(tài)環(huán)境狀態(tài)；用工業(yè)固體廢棄物綜合利用率、污水集中處理率、造林總面積3個指標衡量生態(tài)環(huán)境保護力度。

表1 云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境評價指標體系

2 研究方法與數據來源

2.1 研究方法

2.1.1 標準化處理 由于指標單位不一，會對結果造成影響，不能直接計算。因此，為避免量綱不同的影響，本文使用極差標準化法對所得原始指標數據進行無量綱化處理，計算公式為：

式（1）~式（2）中：Zij表示經過處理后的標準化值；zij表示系統(tǒng)中第i年的第j項指標的原始值；max(zij)和min(zij)分別表示系統(tǒng)中第i年的第j項指標的原始值中的最大值與最小值。在數據運算中避免出現0的情況，對每個數據都加上0.0001。

2.1.2 權重確定 本文采取熵值法對處理后的數據進行賦權，并確定系統(tǒng)中的權重，具體如下：

（1）在j項指標下，計算第i個系統(tǒng)在這項指標中所占的比例，公式為：

（2）計算第j項指標下的熵值ej，計算公式為：

（3）計算第j項指標的差異系數Sj，公式為：

（4）計算第j項指標的權重Wj，公式為：

（5）計算農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的綜合評價值，計算公式分別為：

式（7）~式（8）中，j=1,2,3,…, m，表示指標個數；U1和U2分別表示農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的綜合評價值；A和B分別表示農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的權重。

2.1.3 耦合協調度模型構建 （1）計算耦合度(C)。耦合度模型用來判斷2個系統(tǒng)間相互影響、相互作用或依賴的程度。本文參考董弋萱等［23-24］的研究結果，構建農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的耦合關系模型：

式（9）中，U1和U2分別為農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的綜合評價值；C為兩者的耦合度。當C=0時，表示農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境之間沒有關聯性；當C=1時，表示農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境之間是最優(yōu)耦合關系。C值越大說明2個系統(tǒng)之間的耦合程度越高，表明農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境具有互相促進的作用；反之，C值越小則說明2個系統(tǒng)可能存在著相互制約的作用。

（2）計算協調度(T)。耦合度注重系統(tǒng)間相互耦合的程度，而協調度則反映2個系統(tǒng)間相互協調發(fā)展的程度。借鑒楊慧芳等［25-26］的研究結果，構建農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的協調度模型：

式（10）中，a和b表示貢獻系數且a+b=1，本文認為農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的貢獻度是一樣的，即a=b=0.5；T表示農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境協調發(fā)展水平的綜合協調指數，通過計算農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境兩者之間綜合評價值的加權所得，確定T值的取值范圍為［0,1］。T值影響耦合協調發(fā)展水平，可以反映出2個系統(tǒng)協調狀況的好壞，T值越大說明2個系統(tǒng)之間的協調狀況越好。

（3）計算耦合協調度(D)。為準確反映農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境之間的協調關系，結合式（9）、式（10）構建耦合協調度模型：

通過對農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合度、協調度以及耦合協調度的計算，借鑒陳濤等［26］的研究成果，將耦合度與耦合協調度進行等級劃分（表2）。

表2 農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合度及耦合協調度的等級劃分

2.2 數據來源

為更加全面地了解云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的協調發(fā)展，同時考慮到數據的準確性、可獲得性、可比性原則，本文選取2011—2020年云南省16個州（市）的數據作為研究樣本，數據來源于《云南省統(tǒng)計年鑒》。

3 農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調分析

3.1 農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合度分析

通過對云南省16個州（市）2011—2020年農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境數據的整理及運算，得出近10 a來云南省16個州（市）2個系統(tǒng)的耦合度（表3）。

表3 2011—2020年云南省16個州（市）農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合測算結果

由表3可以看出，云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境2個系統(tǒng)耦合度處于較高水平，耦合度在（0.85,1.00］區(qū)間內，說明農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境之間存在較強的關聯性，且2個系統(tǒng)之間具有互相促進的作用。根據耦合度的等級劃分，云南省2011—2020年16個州（市）農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境均處于高水平耦合的狀態(tài)，其中玉溪市、保山市、昭通市、普洱市、楚雄市、文山州、大理市7個州（市）出現了最佳耦合的狀態(tài)。

3.2 農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調度分析

根據公式（11）對云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的耦合協調度進行測算，測算結果如表4所示。

表4 2011—2020年云南省16個州（市）農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調測算結果

由表4可以看出，2011—2020年農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調度的平均水平呈逐步上升的發(fā)展態(tài)勢，2011—2014年耦合協調度均值為0.62，2015年上升到0.63，2016—2018年上升到0.65，2019—2020年耦合協調度達到0.66，10 a內上升幅度為6.45%，年均上升幅度僅為0.65%，說明云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調度平均水平上升較為緩慢。分州（市）來看，耦合協調發(fā)展水平具有較大的差異，2011—2020年曲靖市的農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調度位居第一，說明曲靖市將農村基礎設施有效融入生態(tài)環(huán)境保護中，改善了當地的生態(tài)環(huán)境質量。而怒江、迪慶2州的農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的耦合協調度則較低，處于瀕臨失調狀態(tài)。綜合上述分析，2011—2020年云南省16個州（市）均未達到良性協調或優(yōu)質協調，說明未來云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境之間的耦合協調性有待進一步提升。

4 農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調時空演進及趨勢預測

4.1 耦合協調度空間分析

根據農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的耦合協調度，借助ArcGIS 10.8軟件繪制了2011、2015、2020年云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調度的空間分布圖（圖1）。

圖1 云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調度的空間分布

從2011、2015、2020年 的 耦 合協調 度 結果來看，云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的耦合協調度分別處于瀕臨失調［0.40,0.50)、勉強協調［0.50,0.60)、初級協調［0.60,0.70)、中級協調［0.70,0.80)4個等級，2020年云南省處于中級協調水平的州(市)分別為普洱市、玉溪市、紅河州、大理市、昆明市、曲靖市、昭通市、楚雄市，其中，普洱市、玉溪市、紅河州、昭通市、曲靖市由2011年的初級協調水平提升至中級協調水平；2020年處于初級協調水平的州（市）分別是麗江市、臨滄市、保山市、文山州，其中，麗江市、臨滄市、保山市由2011年的勉強協調水平發(fā)展至初級協調水平；2020年處于勉強協調水平的州（市）分別是迪慶州、西雙版納、德宏州，其中，迪慶州由2011年的瀕臨失調水平發(fā)展至勉強協調水平。整體來看，大多州（市）深入貫徹落實國家倡導的“綠色發(fā)展”理念，在保障經濟穩(wěn)定發(fā)展的同時更加注重于生態(tài)環(huán)境的協調發(fā)展。然而，怒江州長期處于瀕臨失調狀態(tài)，主要是因為該地區(qū)長期采用陡坡墾殖等傳統(tǒng)農業(yè)發(fā)展模式，不僅阻礙了怒江州的經濟發(fā)展,還在一定程度上破壞了生態(tài)環(huán)境,使其陷入“愈墾愈窮、愈窮愈墾”的惡性循環(huán)狀態(tài),嚴重制約了區(qū)域生態(tài)、經濟、社會可持續(xù)發(fā)展［27］，從而導致怒江州農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調發(fā)展處于瀕臨失調狀態(tài)。隨著云南省對16個州（市）農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境協調發(fā)展的重視，加大了對經濟欠發(fā)達州（市）基礎設施建設、交通和通信技術的改善力度，各州（市）農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境協調發(fā)展水平也在不斷提升。

4.2 耦合協調度動態(tài)演化分析

在對云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境研究的基礎上，運用Matlab R2020a軟件繪制了該省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的耦合協調動態(tài)演化圖（圖2）。

圖2 2011—2020年云南省16個州（市）農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調度的動態(tài)演化

圖2以2011年為耦合協調發(fā)展水平的起點、2015年為耦合協調發(fā)展水平的中間點、2020年為耦合協調發(fā)展水平的終點，進行農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調水平的動態(tài)分析。由分析可知，2011—2020年昆明市、玉溪市和紅河州的農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境水平協調發(fā)展處于高—高—高的態(tài)勢；曲靖市、保山市、昭通市、麗江市、普洱市、臨滄市、紅河州、文山州和迪慶州處于低—高—高的態(tài)勢；楚雄市、西雙版納、怒江州和大理市處于高—低—高的態(tài)勢。2011年農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的耦合協調發(fā)展在起點上呈現出高起點和低起點2種發(fā)展方式，但在2020年均基本趨于相對較好（初級協調、中級協調）的協調發(fā)展水平。自2017年鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略被提出，云南省緊隨國家實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的步伐，激發(fā)出農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境之間耦合協調發(fā)展的潛力，使其協調發(fā)展水平逐步提升。

4.3 耦合協調標準差橢圓分析及趨勢預測

通過上述分析發(fā)現，云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調度的空間差異分布特征明顯。為此，本研究從多個視角探討云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調度的空間分布格局特征，探索未來2個系統(tǒng)耦合協調發(fā)展的演化規(guī)律，并在標準差橢圓模型的基礎上進一步分析其空間分布方向特征和發(fā)展趨勢。運用ArcGIS 10.8軟件繪制2011、2015、2020年標準差橢圓分布及重心移動路徑圖（圖3）。

圖3 云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調標準差的橢圓分布及空間格局預測

云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調空間分布格局的重心移動路徑為北→東北，最終向東北方向偏移，具體表現為：2011—2015年呈現向北移動趨勢；2015—2020年呈現向東北移動趨勢。從標準差橢圓分布形式來看，2011—2020年云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調的面積由19.40 km2增長至19.71 km2,協調面積在緩慢地擴大，同時長軸與短軸分別由2011年的2.78、2.22 km增長至2020年的2.80、2.24 km，在這期間橢圓分布范圍逐步增加，說明該階段農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調的空間分布格局在東北方向呈擴張態(tài)勢。云南省各州（市）農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調發(fā)展重心呈現出向北部地區(qū)移動的趨勢；從耦合協調發(fā)展水平的結果來看，云南省16個州（市）農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境發(fā)展水平高值集中在北部和東北部地區(qū)，主要是因為這些州（市）以特色產業(yè)、旅游業(yè)等作為支柱產業(yè)，帶動了當地經濟迅猛發(fā)展，加之對農村基礎設施建設和生態(tài)環(huán)境保護投入力度的加大，使得當前云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調發(fā)展重心向東北方向偏移。

基于灰色預測GM（1,1）模型，借助Matlab R2020a軟件預測云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境2021—2030年的耦合協調值，灰色預測GM（1,1）模型檢驗的方法一般分為殘差檢驗、關聯度檢驗及后驗差檢驗［28］。本文采用殘差檢驗的方法求出所得預測數據的絕對誤差和相對誤差，最后求出平均相對誤差，用平均相對誤差檢驗模型的精度，若平均相對誤差≤0.2，則模型通過殘差檢驗；本文所得預測數據的平均相對誤差值為0.06，即＜0.2，表明模型精度滿足要求?；谝陨戏治?，本文利用ArcGIS 10.8軟件可視化表達了2021、2025、2030年的預測標準差橢圓參數（圖3）。

預測結果表明：云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調的重心由東北（2020年）向東南（2021年）最終向東北（2021—2035年）方向移動，說明未來東北地區(qū)將可能成為影響云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調空間分布格局的核心區(qū)域。就空間分布范圍變化來看，標準差橢圓面積從2020年的19.71 km2提高2030年的20.19 km2，長軸與短軸分別由2020年的2.80、2.24 km提高至2030年的2.80、2.29 km，從標準差橢圓的面積、長軸、短軸來看，未來10 a內農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調的空間分布格局在東北方向呈擴張態(tài)勢。表明云南省16個州（市）未來農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調發(fā)展的重心向東北方向移動，而迪慶州、怒江州、德宏州、西雙版納州、文山州的耦合協調發(fā)展仍是未來云南省需要重點關注的地區(qū)?；诖?，云南省委、省政府應充分發(fā)揮政府的主體作用，調動村民的積極性，加大對農村基礎設施建設和生態(tài)環(huán)境保護的力度，促進農村基礎設施和生態(tài)環(huán)境高質量協調發(fā)展。

5 結論

本文以農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調為視角，從生產性基礎設施、生活性基礎設施、社會性基礎設施、生態(tài)環(huán)境壓力、生態(tài)環(huán)境狀態(tài)及生態(tài)環(huán)境響應6個方面構建評價指標體系。基于2011—2020年云南省16個州（市）的面板數據，利用熵值法、耦合協調模型、灰色預測GM（1,1）模型、標準差橢圓模型對云南省16個州（市）的農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的耦合協調發(fā)展水平、時空演化特征進行了分析，并進一步預測了未來10 a的發(fā)展態(tài)勢，得出以下結論：

（1）云南省16個州（市）耦合度的均值都呈現出高水平耦合的狀態(tài)，其中玉溪市、保山市、昭通市、普洱市、楚雄州、文山州、大理市7個州（市）呈現出最佳高水平耦合的狀態(tài)；16個州（市）協調度的均值呈現出瀕臨失調、勉強協調、初級協調、中級協調4個等級。在農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境發(fā)展過程中，云南省16個州（市）的耦合度和協調度出現了發(fā)展不一致的特征，分別呈現出“高耦合，瀕臨失調”“高耦合，勉強協調”“高耦合，初級協調”以及“高耦合，中級協調”的特征。

（2）從時間角度來看，除怒江州、西雙版納州和德宏州外，其余州（市）的耦合協調發(fā)展水平均呈現出明顯增長的趨勢；從空間視角來看，云南省16個州（市）的農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境呈現出東北地區(qū)耦合協調水平高，西北地區(qū)耦合協調水平低的空間分布格局。

（3）2011—2020年云南省農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境耦合協調度在空間上分布局勢呈東北走向，標準差橢圓重心從“北→東北”方向移動；預測結果表明：2021—2030年預測期內農村基礎設施與生態(tài)環(huán)境的標準差橢圓重心移動路徑為“東北→東南→東北”，其空間分布格局在東北方向呈擴張態(tài)勢。