陕西省农业现代化水平时空特征及障碍因素

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杨华¹, 芮旸¹^,², 李炬霖¹, 李同昇^,¹^,²^,^*1. 西北大学城市与环境学院,西安 710127
2. 陕西省情研究院,西安 710127

Spatiotemporal characteristics of agricultural modernization level and obstacles in Shaanxi Province

YANG Hua¹, RUI Yang¹^,², LI Julin¹, LI Tongsheng^,¹^,²^,^*1. College of Urban and Environment, Northwest University, Xi’an 710127, China;
2. Shaanxi Institute of Provincial Resource, Environment and Development, Xi’an 710127, China;

通讯作者: * 李同昇,男,陕西岐山人,教授,博士生导师,博士,从事经济地理与区域发展研究。E-mail： leetang@nwu.edu.cn

收稿日期:2019-12-6修回日期:2019-12-18网络出版日期:2020-01-25

基金资助:

国家自然科学基金项目. 41771129
陕西省社会科学基金项目.2015D055

Received:2019-12-6Revised:2019-12-18Online:2020-01-25
作者简介 About authors
杨华,男,四川达州人,硕士研究生,从事人文地理学研究E-mail：yanghua@stumail.nwu.edu.cn。

摘要
通过构建县域层面农业现代化水平评价指标体系,基于Theil指数、Wolfson极化指数及障碍度模型等方法揭示陕西省农业现代化水平时空格局演变特征及障碍因素。结果表明：①2003—2017年陕西省农业现代化水平整体经历“上升（2003—2009年）—稳定（2010—2014年）—下降（2015—2017年）”演进过程;②Theil指数和Wolfson极化指数整体呈缓慢上升趋势,区域内部不均衡性是陕西省农业现代化水平区域差异不断扩大的主要原因,其平均贡献率达86.81%;③陕西省农业现代化水平呈现“中部高,南北低”的时空分布格局,关中渭北旱原、宝鸡市和榆林市北部区县是农业现代化水平高值区和热点地区,且高值区沿主要河流分布以及向三大地理区域过渡地带扩展的趋势明显;④质量效益是陕西省农业现代化水平的最大准则层障碍因素,年平均障碍度为41.58%,设施农业发展水平、劳均经济作物产出以及畜产品产出水平是主要障碍因子。最后,针对陕西省农业现代化发展突出问题,结合黄河流域农业高质量发展战略需求提出相关对策建议。
关键词： 农业现代化;时空格局;区域差异;障碍度;陕西省

Abstract

This study constructed a comprehensive evaluation index system for county agricultural modernization level. Theil index and Wolfson polarization index, as well as an obstacle degree model were used to analyze the characteristics of the spatial and temporal patterns of agricultural modernization level and obstacles in Shaanxi Province. We found that: (1) The agricultural modernization development pattern in Shaanxi Province can be divided into three stages, including the rising period (2003-2009), the stable period (2010-2014), and the declining period (2015-2017). (2) Theil index and Wolfson polarization index were slowly rising, and intraregional inequality was the main reason that regional differences of agricultural modernization level in Shaanxi Province expanded, which contributed 86.81% of the overall Theil index. (3) Agricultural modernization level in the Guanzhong Plain Region was higher than that of the Loess Plateau Region and the Qinling-Daba Mountains Region, and the arid area of northern Weihe River and Baoji City, as well as northern Yulin City were the high-level regions and hot spots in Shaanxi Province. Counties with high level of agricultural modernization are distributed along some main rivers and expanded from the Guanzhong Plain Region to the geomorphic transition zone. (4) Agriculture development quality was the biggest sub-index level obstacle factor, with an annual average obstacle degree of 41.58%. The key obstacles that affected agricultural modernization level were facility agriculture development, output efficiency of economic crops, as well as the production of animal products. Finally, this article put forward some suggestions for agricultural modernization development in Shaanxi Province and high-quality development of agriculture in the Yellow River Basin.

Keywords：agricultural modernization;spatiotemporal pattern;regional differences;obstacle degree;Shaanxi Province

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本文引用格式
杨华, 芮旸, 李炬霖, 李同昇. 陕西省农业现代化水平时空特征及障碍因素. 资源科学[J], 2020, 42(1): 172-183 doi:10.18402/resci.2020.01.17
YANG Hua, RUI Yang, LI Julin, LI Tongsheng. Spatiotemporal characteristics of agricultural modernization level and obstacles in Shaanxi Province. RESOURCES SCIENCE[J], 2020, 42(1): 172-183 doi:10.18402/resci.2020.01.17

1 引言

2 数据来源与研究方法

准则层	指标层		指标解释	权重	属性
产业结构	农林牧渔业增加值	X₁	农林牧渔业增加值（万元）	0.09	+
	粮食生产能力	X₂	粮食总产量（t）	0.02	+
	经济作物产出比重	X₃	主要经济作物产量（油料、棉花、蔬菜、水果）/农产品总产量（%）	0.09	+
	畜产品产出比重	X₄	主要畜产品产量（肉类、禽蛋、奶类）/农产品总产量（%）	0.02	+
要素投入	农林牧渔业中间投入	X₅	农林牧渔业总产值-农林牧渔业增加值（万元）	0.09	-
	农业机械化水平	X₆	农业机械总动力（kW）	0.10	+
	设施农业发展水平	X₇	农用塑料薄膜使用量/耕地总面积（t/hm²）	0.02	+
	耕地复种率	X₈	粮食播种面积/耕地总面积（hm²/hm²）	0.07	+
质量效益	农业劳动生产率	X₉	农林牧渔总产值/农业人口（万元/每人）	0.04	+
	农业土地产出率	X₁₀	农林牧渔总产值/耕地总面积（万元/ hm²）	0.05	+
	地均粮食产出	X₁₁	粮食总产量/粮食播种面积（t/ hm²）	0.02	+
	劳均经济作物产出	X₁₂	主要经济作物产量（油料、棉花、蔬菜、水果）/农业人口（t/每人）	0.13	+
	劳均畜产品产出	X₁₃	主要畜产品产量（肉类、禽蛋、奶类）/农业人口（t/每人）	0.11	+
	农村居民收入水平	X₁₄	农村居民人均纯收入（元）	0.02	+
可持续发展	耕地保有量	X₁₅	常用耕地面积（hm²）	0.08	+
	化肥施用量	X₁₆	化肥施用量/耕地总面积（t/hm²）	0.01	-
	植被覆盖率	X₁₇	归一化植被指数	0.02	+

注：属性“+”表示正向指标;属性“-”表示负向指标。

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评价指标体系中,产业结构准则层主要反映农业产业发展体量、粮食安全和农业产业结构调整方向等,选用农林牧渔业增加值等4项指标;改善农业生产条件,提高农业要素投入利用率是农业现代化的基本要求,使用农林牧渔中间投入等4项指标反映农业生产过程中资源投入情况;农业现代化的核心导向是农业生产提质增效,使用劳动生产率等6项指标衡量农业产出质量与效益水平和农业发展成果共享性,并考虑支柱产业的质量效益;陕南秦巴山区和关中地区耕地保有量以及陕北黄土高原区生态环境脆弱是陕西省农业现代化可持续发展的重要问题,选用耕地保有量等3项指标衡量农业现代化发展潜力、绿色性和可持续发展程度。

2.2.2 熵值法

熵值法根据指标间观测值的信息熵大小来确定指标权重,其计算简便易得且避免人为因素对权重确定的影响,计算过程详见参考文献^{[ 16]}。本文采用熵值法计算农业现代化水平评价指标权重,首先对原始数据进行极值标准化处理以消除量纲差异的影响,然后利用熵值法对2003—2017年指标均值计算总体指标权重以满足时间序列可比性,最后将标准化指标值进行加权求和计算农业现代化水平值。指标标准化公式为：

（1）

{x^{'}}_{ij} = \frac{x_{ij} - x_{\min}}{x_{\max} - x_{\min}} 正向指标

（2）

{x^{'}}_{ij} = \frac{x_{\max} - x_{ij}}{x_{\max} - x_{\min}} 负向指标

式中：

{x^{'}}_{ij}

和

x_{ij}

分别为区县i的第j项指标标准化值和原始值;

x_{\max}

和

x_{\min}

分别表示第j项指标的最大值和最小值。

2.2.3 泰尔指数

泰尔指数能够测算地区间不平等度且具备可分解特性^{[ 17]},因此使用泰尔指数测度陕西省及三大地理区域农业现代化水平区域差异,其计算公式为：

（3）

\begin{array}{l} T_{WR} = \overset{n_{b}}{\sum_{i = 1}} T_{i} \ln (n_{b} \frac{T_{i}}{T_{b}}) + \overset{n_{z}}{\sum_{i = 1}} T_{i} \ln (n_{z} \frac{T_{i}}{T_{z}}) + \\ \overset{n_{s}}{\sum_{i = 1}} T_{i} \ln (n_{s} \frac{T_{i}}{T_{s}}) \end{array}

（4）

T_{BR} = T_{b} \ln (T_{b} \frac{n}{n_{b}}) + T_{z} \ln (T_{z} \frac{n}{n_{z}}) + T_{s} \ln (T_{s} \frac{n}{n_{s}})

（5）

Theil = \overset{n}{\sum_{i = 1}} T_{i} \ln (n T_{i}) = T_{WR} + T_{BR}

式中：T_WR为三大区域组内差异,T_BR为三大区域组间差异;n为区县数;

n_{b}

、

n_{z}

、

n_{s}

分别为陕北、关中和陕南的区县数;T_i为区县i的农业现代化水平与陕西省县域平均值的比值;T_b、T_z、T_s分别为陕北、关中和陕南的农业现代化水平与陕西省县域平均值之比。

2.2.4 Wolfson极化指数

与泰尔指数对上层群体差异敏感的特质不同,Wolfson极化指数能够解释系统内部由于中层群体的变化所引起的上层和下层群体数量比例变化的两极分化现象^{[ 18, 19]}。本文使用Wolfson极化指数测度陕西省及三大地理区域县域农业现代化的空间极化现象,其计算公式为：

（6）

W = 2 \{2 [0.5 - Lorenz (p = 0.5)] - Gini\} \frac{μ}{median}

式中：W为Wolfson极化指数,其取值为0到1之间,值越大表示区域农业现代化两级分化程度越高,反之越小;median为县域农业现代化水平中位数;µ为县域农业现代化水平均值;Gini为基尼系数;Lorenz（p=0.5）为占区县总数50%的农业现代化低水平区县数值总和。Wolfson极化指数的大小不是由基尼系数唯一决定,其趋势与泰尔指数不一定完全相同^{[ 18]}。

2.2.5 障碍度模型

使用障碍度模型分析子指标对系统整体的负向贡献程度,即子指标对陕西省农业现代化水平的阻碍和制约程度。引入因子贡献度F_ij、指标偏离度I_ij和子指标障碍度y_ij和准则层障碍度Y_j计算陕西省农业现代化各子指标和准则层指标的因子障碍度^{[ 20, 21]},计算公式为：

（7）

y_{ij} = \frac{F_{ij} I_{ij}}{\overset{m}{\sum_{i, j = 1}} F_{ij} I_{ij}}

（8）

Y_{j} = \sum^{} y_{ij}

式中：F_ij为第j准则层第i个指标权重;I_ij=1-r_ij,r_ij为标准化指标值;y_ij为第j准则层第i个指标障碍度;Y_j为第j准则层障碍度。

3 结果分析

3.1 农业现代化水平时序变化特征

2003—2017年陕西省县域农业现代化水平整体呈现“两节点、三阶段”的时间格局（图2）。大致以2010年和2015年为时间节点,将陕西省农业现代化水平趋势划分为“提高—稳定—下降”3个阶段。2003—2009年为波动上升阶段,农业现代化水平从0.246提高到0.263,年均增速1.22%,这得益于十一五时期国家宏观经济高速发展大背景下,调整产业结构和增加农业投入等一系列促增长政策对陕西省农业现代化的推动作用。2010—2014年陕西省农业现代化水平处于稳定向前态势,增长趋势不明显,农业现代化水平维持在0.254左右,其原因一方面受“十二五”时期宏观经济增速放缓以及农业“稳增长调结构”指导方针对陕西省整体农业现代化进程的影响,另一方面在于农业发展政策的刺激作用减弱,产业结构调整趋于稳定,农业发展的大环境趋于理性。2015—2017年陕西省农业现代化水平处于下降阶段,从2015年的0.258下降到2017年的0.236,同比下降8.66%,这反映了当前经济新常态下中国经济增速放缓对农业现代化相关涉农指标产生的负向影响,如何在新形势和新背景下破解农业现代化发展难题是陕西省推动农业现代化和农业高质量发展面临的紧迫问题。

图2

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图22003—2017年陕西省农业现代化水平时序变化

Figure 2Temporal change of agricultural modernization level in Shaanxi Province, 2003-2017

从地理区域来看,关中平原区农业现代化水平最高,其多年均值为0.286,高出陕西省平均水平13.05%。其时间走势与陕西省平均水平高度类似,其原因在于关中平原地势平坦,适宜机械化操作,土地肥沃,农产品产出高,关中平原区的农业现代化引领陕西省整体农业现代化发展水平。陕南和陕北地区是国家层面的限制开发区和重点生态功能区,区域农业现代化水平均值分别为0.229和0.217,仅达到关中平原地区的80.01%和75.72%,表明自然地理条件对区域农业现代化的深刻影响。2003—2009年陕南和陕北的农业现代化均值波动上升趋势明显,年均增速为1.62%和2.96%,表明这一时期由于农业生产要素的加大投入和产业结构的调整——如陕南地区大力发展茶叶、生猪养殖和中药材等林下经济,陕北地区重点发展小杂粮、苹果和奶畜等产业,地区农业现代化水平不断提高。

3.2 农业现代化水平区域差异

3.2.1 农业现代化水平的县域差异性分析

使用泰尔指数测度陕西省农业现代化水平区域差异（图3）。2003—2017年陕西省农业现代化的区域差异大致以2006年为界呈现先减小再扩大趋势,2003—2006年泰尔指数从2003年的0.067下降到2006年的0.056,同比下降16.17%,表明随着陕西省农业现代化水平的整体提升,县域发展差异也在缩小;2007—2017年泰尔指数持续缓慢上升,上升幅度为19.34%,年均上升速率1.56%,表明虽然这一期间陕西省农业现代化整体水平没有明显提高,但内部差异却在不断扩大,结合泰尔指数对上层群体变化敏感的特点可知这一时期陕西省农业现代化水平较高的一批县区与其他县区的差异不断拉大,呈现“向上集聚”趋势。从泰尔指数的分解结果看,三大地理区域的组内差异对总差异的份额贡献率最大,年均贡献86.81%,且呈上升趋势,表明三大地理区域内部的农业现代化发展差异是造成陕西省整体差异扩大的主要原因且这一趋势正在加强。分区域来看,2003—2009年陕南和陕北地区泰尔指数不同程度下降,并最终维持在较低水平,表明随着区域农业现代化水平提高,区域差异也在不同程度减小。2003—2017年关中地区泰尔指数整体呈上升趋势,由2003年的0.070上升到2009年的0.098,年均增速2.55%,表明关中地区农业现代化水平内部差异增大。

图3

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图32003—2017年陕西省农业现代化水平区域差异

Figure 3Regional difference of agricultural modernization level in Shaanxi Province, 2003-2017

3.2.2 农业现代化水平的县域结构变化特征

进一步使用Wolfson极化指数测度农业现代化中等水平区县比例如何向高水平和低水平区县“两极分化”转移的结构变动趋势（图3）。2003—2009年陕北和陕南地区极化指数均呈不同程度下降趋势,结合农业现代化水平的时间变化情况和极化指数原理,表明这一时期陕北和陕南农业现代化的整体水平提高主要体现在农业现代化中等水平区县数量的增多,高水平和低水平区县向中间聚集,两极分化现象逐渐减弱;关中地区泰尔指数不断上升而极化指数不断下降,表明虽然中高水平区县与其他区县的农业现代化差异在不断扩大,但处于农业现代化两极的区县数量在减少,中等水平区县的比例在增加,这一趋势在十二五时期趋于相对低水平稳定。整体来看,2010—2017年陕西省农业现代化极化趋势趋于加强,陕南地区极化指数最低,表明陕南地区农业现代化区域差异较小。

3.3 农业现代化水平时空格局变化

选取2003年、2010年和2017年3个时间节点分析陕西省农业现代化水平空间分布特征。首先对农业现代化水平值进行归一化处理使之取值全部处于[0~1]之间以满足结果可对比性,计算过程见公式（1）,最后将陕西省县域农业现代化水平等间隔划分为高水平（0.8~1）、较高水平（0.6~0.8）、中等水平（0.4~0.6）、较低水平（0.2~0.4）和低水平（0~0.2）五类（图4）,并使用平行集图刻画不同农业现代化水平等级的时空转移路径（图5）。

图4

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图4陕西省农业现代化水平空间分布

Figure 4Spatial distribution of agricultural modernization level in Shaanxi Province

图5

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图5农业现代化水平时空转移路径

Figure 5Spatiotemporal transfer path of agricultural modernization level

2003—2017年陕西省农业现代化水平的区域分异明显,总体呈现“中部高,南北低”的空间格局。2003年陕西省农业现代化空间格局以较低水平区县为主,占区县总数47.66%,主要分布在陕北和陕南地区。农业现代化中等及以上水平区县主要集中在关中平原地区,其中高水平和较高水平区县主要分布在渭河下游的渭北旱原,包括泾阳县、临渭区、临潼区和阎良区等区县,这一地区是关中传统农区,农业发展基础好,农业现代化水平高;陕北无定河下游流域地区包括榆林市南部和延安市北部区县,形成陕西省连片农业现代化低水平地区和冷点地区,其原因在于该地区水土流失严重,农业生产和生态脆弱的人地矛盾突出,农业现代化水平较低。

2003—2010年高水平区县空间格局变化不大,但36.67%的中等水平区县递增转移至较高水平,较高水平区县呈沿渭河分布格局,该地区是关中主要的粮食产区,加之渭河两侧土壤肥沃,灌溉便利,极大推动沿渭河地区旱作农业发展;29.41%的较低水平区县递增转移至中等水平,呈现由关中地区向陕北黄土高原南部和陕南汉中盆地地区扩展的趋势,其原因在于果业和畜牧业的发展推广推动该地区农业现代化发展;78.57%的低水平区县递增转移至较低水平,主要表现为陕北无定河下游流域农业现代化冷点区由2003年7个区县缩减至吴堡县,其原因在于小流域水土治理优化农业生产条件和产业结构调整使无定河下游流域农业现代化取得较大进步。

2010—2017年,52.63%的较高水平区县和10.81%的中等水平区县分别递增和跨越转移至高水平区县,农业现代化高水平区县数量由2010年的2个增长至16个,占区县总数14.95%,其空间分布也由渭河下游沿岸区县向“关中平原—黄土高原”过渡地带的渭北旱原地区,以及向“陇南山地—关中平原”过渡地带的宝鸡市扩展,基本对应当前陕西省奶畜业和果业发展格局。40.54%的中等水平区县递增转移至较高水平,较高水平区县在2003—2010年中等水平区县扩展趋势基础上进一步向洛川和富县等陕北黄土高原南部区县,城固县等汉中地区渐进扩展。榆林市北部地区包括定边县、靖边县、横山县、榆阳区和神木县等近年来大力发展大漠蔬菜、小杂粮和绒山羊等特色农业,成为陕西省北部重要的农业现代化热点地区。57.78%的较低水平区县递增转移至中等水平,主要分布在陕北和陕南地区;由于果业和畜牧业的快速发展,陕北地区农业现代化中等水平区县沿洛河向北扩展并与榆林市北部的长城沿线风沙区农业现代化中高水平地区相接;得益于大力发展林下经济和林特产品等多种经营模式,中等水平区县由汉中地区向安康市和商洛市扩展,陕南地区农业现代化水平整体提高。

总的来看,2003—2017年果业和畜牧业的发展促使陕西省农业现代化水平高值区向“关中平原—黄土高原”和“关中平原—秦巴山地”过渡地带扩展,且其空间格局的流域特征明显,渭河和洛河流域是农业现代化发展的主要热点区,无定河流域农业现代化水平虽取得较大进步但整体水平相对较低。从等级结构来看,2003—2017年农业现代化总体结构变化是高水平、较高水平和中等水平区县数量增加,较低水平和低水平区县数量减少,与泰尔指数和极化指数的测度结果吻合。

3.4 农业现代化障碍因子分析

3.4.1 准则层障碍度

分析农业现代化水平内在障碍因素对于识别影响农业现代化发展的关键因素并精准施策具有重要意义,使用障碍度模型计算2003—2017年陕西省农业现代化准则层的障碍度（表2）。尽管三大地理区域各指标障碍度存在地域差异,但其主要障碍因素较为一致,因此分析陕西省整体农业现代化水平障碍因素具有代表性。

Table 2
表2
表22003—2017年陕西省农业现代化准则层障碍度
Table 2 Sub-index level obstacles of agricultural modernization and their degrees in Shaanxi Province, 2003-2017

年份	障碍度/%
年份	产业结构	要素投入	质量效益	可持续发展
2003	19.53	19.99	54.22	6.27
2004	23.39	24.57	43.66	8.38
2005	22.31	20.05	49.80	7.84
2006	28.88	23.30	37.36	10.46
2007	29.94	21.54	38.19	10.33
2008	29.37	21.74	39.23	9.65
2009	29.32	21.36	39.08	10.24
2010	26.32	23.97	40.46	9.24
2011	26.22	24.83	39.30	9.65
2012	25.51	24.05	41.09	9.35
2013	24.93	24.04	41.83	9.20
2014	24.88	24.40	41.51	9.21
2015	24.63	24.96	39.78	10.64
2016	22.73	28.55	38.98	9.73
2017	20.48	30.29	39.19	10.03

图6

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图62003—2017年陕西省农业现代化指标层障碍度

Figure 6Indicator level obstacles of agricultural modernization and their degrees in Shaanxi Province, 2003-2017

Table 3
表3
表3陕西省农业现代化主要障碍因子及障碍度
Table 3 Main obstacles of agricultural modernization and their degrees in Shaanxi Province

年份	类别	排序
年份	类别	1	2	3	4	5
2003	障碍因子	X₁₁	X₁₂	X₁₀	X₇	X₆
2003	障碍度/%	15.14	11.13	10.36	9.50	9.11
2010	障碍因子	X₁₂	X₁₃	X₇	X₄	X₆
2010	障碍度/%	16.82	14.01	13.55	10.44	8.41
2017	障碍因子	X₇	X₁₂	X₁₃	X₁₅	X₁₀
2017	障碍度/%	19.73	11.55	10.82	9.28	9.12