基于结构方程模型的农业生态经济系统耦合关系研究基于结构方程模型的吴起县农业生态经济系统耦合关系

基于结构方程模型的农业生态经济系统耦合关系研究基于结构方程模型的吴起县农业生态经济系统耦合关系

农业生态系统是人类生存的基本系统。生态环境和经济发展的影响和影响促进了整个系统的发展。因此，研究农业生态系统与经济系统的关系具有重要意义。它在实现系统的良性循环、稳定发展、资源配置的有效利用以及环境条件的有效改善方面发挥着重要作用。然而，上述模型和方法的结果主要反映了显变量之间的关系，而不是反映显变量与显变量之间的互动过程。如何正确解释和澄清农业生态系统本质和复杂的结构特征。方程模型可以在一定程度上解决这个问题。结构方程模型不仅能够间接和直接反映变量之间的关系，而且在统计假设和模型配置方面得到了改进。同时，规范和调整因素和关系的检验也具有很高的可行性。研究人员可以通过处理测量误差来分析潜在变量之间的结构关系。“退耕还林工程”实施后,农业生态经济系统的耦合关系更趋复杂,其研究结果可直接影响农业资源布局及其与产业的优化耦合方案的制定.作为“退耕还林第一县”的吴起县,其农业生态经济系统耦合态势既可反映退耕区域目前的现状,也能反映黄土丘陵区近期将面临的问题.为此,本文利用结构方程模型探讨了吴起县农业生态经济系统的耦合关系,旨在揭示实施退耕还林工程后生态脆弱区域农业生态系统与经济系统的内在关系,以期为农业生态经济可持续发展方案的制定提供科学依据.1研究领域和方法1.1立地条件及林草面积及产量分析吴起县(36°33′33″—37°24′27″N,107°38′57″—108°32′49″E)属黄土高原丘陵沟壑区,位于陕西省延安市西北部,地处毛乌素沙漠南缘,总面积3791.5km2,海拔1233~1809m,辖4镇8乡164个行政村,1110个村民小组.2007年全县总人口12.9万,其中,农业人口10.7万、非农业人口2.2万,人口密度34.2人·km-2.土地类型以梁峁坡地为主,粮食作物以玉米、马铃薯、谷类、豆类为主,经济作物以向日葵、油籽为主.1999年吴起县一次性退耕103667hm2,截至2006年,已累计完成退耕还林还草面积157860hm2,其中经国家确认的116846.7hm2.退耕还林(草)工程实施后,林草面积大幅增加,生态环境得到改善,农村经济发生了巨大变化,使全县林草覆盖率由1997年的19.2%提高到2006年的62.9%,土壤年侵蚀模数由1997年的1.53×104t·km-2下降到2006年的0.54×104t·km-2.2007年,吴起县实现生产总值613980万元,农民人均纯收入2658元,农民生活水平稳步提高.1.2调查问卷的编制和模型的建立本研究数据源于2008年4月通过调查获得的114户农户样本,其中有效样本111户.根据农户在本村实际生活状况,按不同收入水平(高、中、低)进行分组,在此基础上随机抽样,由调查人员深入调查访问每户的农业生产经营情况.问卷内容包括劳动力、土地利用变化、农业生产、工副业情况和家庭消费等.大多数模型需要至少100个被试样本,本研究的样本量满足结构方程模型分析的要求.对调查数据进行核对与因子分析,然后运用AMOS7.0软件进行制图和模型运算.1.3结构方程模型结构方程模型(structuralequationmodel,SEM)是一种验证自变量与因变量之间相互关系的多元统计分析方法,它可以反映潜变量与潜变量、潜变量与观测变量之间的关系.潜变量(latentvariables)为不能准确、直接地被测量的变量,它可以用一些观测变量(observableindicators)进行间接测量.结构方程模型由测量模型(measurementequation)和结构模型(structuralequation)两部分组成.测量模型(式1、2)可描述潜变量与观测变量之间的关系,结构模型(式3)则反映了潜变量之间的关系.式中:x为外生观测变量向量;ξ为外生潜变量向量;∧x为外生观测变量与外生潜变量之间的关系,是外生观测变量在外生潜变量上的因子载荷矩阵;δ为外生观测变量的残差项向量;y为内生观测变量向量;η为内生潜变量向量;∧y为内生观测变量与内生潜变量之间的关系,是内生观测变量在内生潜变量上的因子载荷矩阵;ε为内生观测变量的残差项向量;B和Γ均为路径系数,B为内生潜变量的关系阵,Γ为外生潜变量对于内生潜变量值的影响;ζ为结构方程的误差项.与传统的统计建模分析方法比较,结构方程模型允许自变量含有测量误差,可同时处理多个因变量,可在一个模型中同时处理因素的测量关系和因素之间的结构关系,允许更具弹性的模型设定和估计整个模型的拟合程度.2结果与分析2.1农业经济系统耦合与产业耦合基于吴起县农业生态经济系统演变过程及现状,特别是目前农业生态经济系统演变过程中凸显的农业资源与产业间“相悖”问题和现实中存在的牧草资源浪费等现象,并结合文献,本文选择农业资源、产业态势、耦合状态、经济效益来表征农业生态经济耦合系统.在构建结构方程概念模型过程中,确定农业资源和产业态势为外生潜变量,经济效益和耦合状态为内生潜变量,人均基本农田、人均林草地面积、牧草地利用率、工副业贡献率和农产品商品率为外生观测变量,流域产业链与资源相关度、(整个农业生态经济系统的)资源利用率、农林牧土地利用结构、人均纯收入和人均粮食产量为内生观测变量.在农业经济系统耦合过程中,水资源是一个非常重要的表征变量,但由于研究过程建立在同一县域,各个研究对象涉及的这一指标所产生的效果基本一致,加上农户尺度上难以计量,因而本文没有选择水资源这一变量.按照上述分析同时作如下假设:1)农业资源对耦合效应具有正面影响;2)产业态势对耦合效应具有正面影响;3)耦合效应对经济效益具有正面影响;4)产业态势对经济效益具有正面影响;5)农业资源和产业态势之间存在相关关系;6)反映各个潜变量的可测变量都可以作为衡量所对应潜变量的有效指标.应用SPSS16.0软件对模型变量进行信度分析,各潜变量的α值均大于0.7(表1),可认为模型变量具有较好的内部一致性.据此,形成了吴起县农业生态经济系统耦合关系的初始概念模型.2.2模型操作2.2.1初始概念模型拟合模型参数估计实际上是对潜变量与潜变量、潜变量与观测变量及相关观测变量之间关系的量化,一般常用两种方法:极大似然估计(maximumlikelihood)和广义最小二乘法(generalizedleastsquare).由于本研究所采用的数据源于简单随机抽样,并且这些数据资料符合多元正态分布总体,因此本文运用极大似然估计方法对模型参数进行估算.依据111户样本资料,运用软件AMOS7.0进行运算,得到初始概念模型及其变量间的通径系数(图1).从初始概念模型拟合结果(表2)中的P值来看,其中的潜变量农业资源与耦合状态、产业态势与经济效益、耦合状态与经济效益间的P值大于显著性水平0.05的要求,模型拟合效果一般,即所估测的相关参数并未真实反映变量之间的关系,需要对初始概念模型进行修正.2.2.2模型评价、修正和参数的确定2.3模型操作的结果2.3.1调查问卷的信效度分析对于调查数据的有效性,可从问卷内容的设计、调查过程及数据的处理分析3个环节进行反思.从问卷设计过程来看,本研究在多个地方调查基础上设计了问卷初稿,又参照了多名专家的意见,最后确定本研究最终调查问卷.从问卷调查过程来看,本研究按照农户在本村不同收入水平选择调查样本,然后由研究人员对农民逐个进行参与式问卷调查,并将调查结果记录在问卷上.在问卷数据处理与分析过程中,本研究严格按照结构方程模型分析的基本步骤,首先按照模型分析需要对数据进行预处理,然后进行信度、效度分析和结构模型分析,且运行效果较好.说明本研究数据调查的3个环节符合基本规范.2.3.2系统耦合过程中经济效益的发挥因子分析结构方程模型拟合结果表明,修正模型支持初始假设,并具有较好的拟合效果,说明本文构建的吴起县农业生态经济系统耦合关系模型与感性认识一致,较好地反映了吴起县农业生态经济系统的运行态势.农业资源对耦合状态具有正面影响,其间的路径系数为0.14,即当农业资源增加1时,耦合状态变化0.14,说明资源量对于吴起县农业生态经济系统的耦合没有发挥最大的基础支撑作用.由于农业资源与产业态势之间的相关系数是-0.11,所以吴起县的产业发展并非建立在对农业资源有效利用之上,因而农业资源对经济效益的变化没有直接作用,而仅仅有一些间接作用,其间接路径系数为0.45.表明研究区农业资源在耦合过程中对系统的产出贡献较小.产业态势对耦合状态具有正面影响,其间的路径系数为1.00,即当产业态势增加1.00时,耦合状态变化1.00,说明产业发展对耦合态势具有重要作用.由于农业资源与产业态势之间的相关系数是负数,所以在系统耦合过程中,产业发展主要建立在农业资源之外的能量和物质开发利用上.实际上,多数人在进行农业生产的同时参与到第二、三产业中,以寻求利益的最大化,因而产业态势对经济效益的直接路径系数为-2.95,总的路径系数也只有0.23.从农业生态系统与经济系统的关系及其耦合的角度而言,目前农业系统建立在不稳定的、较少依赖于本系统资源的耦合态势下.耦合效应对经济效益具有正面影响,其间的路径系数为3.19,即当耦合状态增加1时,经济效益变化3.19,说明目前情况下,农业生态经济系统耦合态势对该系统产出影响很大.耦合状态多元平方系数为0.98(图2),反映出农业资源和产业态势作为耦合状态的影响因素的解释能力达到0.98,说明农业经济系统与农业生态系统耦合的核心是农业产业和农业资源的耦合.经济效益的多元平方系数为0.41(图2),反映出农业资源、产业态势和耦合状态作为经济效益的影响因素的解释能力达到0.41,说明还有部分释放的路径系数未能得到有效解释.从系统整体性角度出发,经济效益的多元平方系数0.41除了说明农业经济系统和农业生态系统耦合的效果不仅体现在经济效益方面外,还有可能体现在生态效益和社会效益等方面,这是有待进一步研究的问题.显变量除了对所反映的“潜变量”发生作用外,相互之间也有一定作用,如林草面积对土地利用结构和资源利用率也有较重要的影响,由于其影响是负值,进一步验证了在系统耦合过程中,农业资源没有有效的发挥作用这一事实;工副业贡献率除了可直接测量产业态势外,还对经济效益潜变量及人均纯收入发生相互作用,作用系数分别为0.51和0.33,揭示了工副业对经济效益和纯收入有一定正向影响的现实,同时表明目前吴起县产业发展并非建立在对农业资源有效利用的基础上,农业资源与产业之间存在脱节现象,没有达到农业资源与产业的良性耦合.3结构方程模型的合理性检验与回归具有相关关系的农业资源和产业态势对系统耦合具有一定影响.在目前的系统耦合过程中,产业的发展主要建立在农业资源之外的能量和物质开发利用上,对农业资源的利用不合理,在农业生态经济系统良性耦合机制的建立与形成过程中潜伏了较大的危机,即农业系统建立在不稳定的、较少依赖于本系统资源的耦合态势下.在吴起县农户尺度上建立的结构方程模型及其计算结果表明:退耕还林工程实施后,农业生态经济系统耦合关系及其作用过程更复杂,在产业与农业资源相悖的情况下,产业态势对系统耦合状态有较大的支持作用,且系统耦合对系统产出有较大影响,影响系数为3.19.这不能不引起人们对农业系统之间相互作用过程的思考,也不能不引起人们对农业系统作为一个开放系统辐射范围和吸纳能力的思考,这将是农业生态经济发展中必须面对的问题.针对目前农业生态经济系统存在的农业资源与产业间的“相悖”问题,需要提高牧草等农业资源的利用率、发展林草及其相关产业,这与已有的研究结果相符,即在吴起县农业产业较少依赖农业资源的系统耦合态势下所提的措施符合其现实情况,说明“结构方程模型”在农业生态经济系统耦合关系研究上具有重要的现实意义.对结构方程模型合理性的检验包括每个参数的合理性检验与显著性检验以及整个模型的适合性检验等.检验不仅可以为模型的合理性提供数量化依据,还可以为进一步研究及模型的改进提供方向.一般情况下,可从整体拟合优度和单一参数的估计值对模型进行评价.残差矩阵中各元素越接近于0,表明模型越能很好地拟合数据,所建模型越有效.模型的整体拟合优度评价主要从绝对拟合效果指标(absoluteindex)、相对拟合效果指标(relativeindex)和替代指标(substitutedindex)3类进行评价.采用AMOS7.0对结构方程模型进行分析得到的拟合指数包括:卡方自由度比(x2/df)、再生矩阵的每一构成元素与初始数据之间差异的均值(RMR)、模型拟合得到的方差和协方差能够解释数据资料的离散程度(GFI)、用模型自由度和参数数目所调整的GFI指标(AGFI、PGFI)、假设模型与独立模型的差异(NFI)、假设模型的卡方值与理论预期的中央卡方分布的离散程度(CFI)、用自由度调整的NFI指标(PNFI、TLI)、模型估计得到的卡方值与理论预期的中央卡方分布的离散程度(NCP)、调整样