针对两型社会建设试验区农村生态环境现状及区域分异的指标体系，采用多元统计分析中的系统聚类分析法，聚类距离采用欧式距离，聚类方法采用离差平方和方法，首先对武汉城市圈和长株潭城市群分别进行聚类分析，然后再对两个试验区进行综合分异研究。通过聚类分析，可以根据试验区农村生态环境的有关数据将各个地区样本进行分组降维[1]，而同一组内的地区能表现出相同特征，有利于分析试验区农村生态环境的区域分异特征。两型社会试验区批准时间为2007年12月，为能够反映两型社会建设前后区域分异的时空特征，按照区域分异的指标体系，选取2007年和2010年数据进行对比分析研究。
一、武汉城市圈农村生态环境区域分异
武汉城市圈农村生态环境区域分异特征主要以构建的区域分异指标体系为基础，按照武汉城市圈农村生态环境问题的5类表现形式所包含的17个指标进行聚类分析。
（一）2007年武汉城市圈农村生态环境区域分异结果分析
通过对2007年武汉城市圈农村生态环境问题相关数据聚类分析，可以得到各项指标的聚类中心值以及聚类结果。另外，由于聚类指标的不同量纲会对分析评价中的5类污染水平产生影响，故应采用极差化方法来对指标进行无量纲化处理，将各指标的聚类中心值转化为极差化值来正确评价其污染水平。在农村生态环境的区域分异指标体系中存在正向指标和逆向指标，正向指标是指某类指标值越大，污染水平就越高，如化肥施用密度、秸秆密度、畜禽粪尿排泄密度等；逆向指标则是指某类指标值越大，污染水平反而越小，如空气达到优良的百分率、植被覆盖指数、有效灌溉面积等。因此，需要运用不同的公式来对各聚类中心值进行处理。其中，正向指标处理公式为：
逆向指标处理公式为：
式中：Xi（k）为第i行指标第k列聚类中心值；maxX（k）为第i行指标聚类中心值的最大值；minX（k）为第i行指标聚类中心值的最小值；Yi（k）为Xi（k）经极差化后的数值，其中，i＝（1，2，…，N），k＝（1，2，…，n）。
通过计算每一项指标的极差化值并进行分类加总，形成五大类污染，并对其类别的极差化值进行比较，来判断各个区域的不同污染水平。
武汉城市圈2007年农村生态环境区域分异各项指标聚类中心值如表4－4所示。
武汉城市圈2007年农村生态环境区域分异聚类结果如表4－5所示。
2007年武汉城市圈9个城市可分为3类区域，Ⅰ类区域包含3个城市，分别为鄂州市、仙桃市和潜江市；Ⅱ类区域包含3个城市，分别为黄石市、天门市和咸宁市；Ⅲ类区域包含3个城市，分别为武汉市、孝感市和黄冈市。
表4－4 武汉城市圈2007年农村生态环境区域分异各项指标聚类中心值
表4－5 武汉城市圈2007年农村生态环境区域分异聚类结果
注：污染水平包括高等、中等、低等3类；表中数值是聚类分析后的极差化值。
根据聚类分析结果，可以得出3类不同污染水平区域的空间分异特征，具体分析如下。
Ⅰ类区域总体污染水平虽然较低，但是该区域的3个城市主要存在的问题在于农业面源污染、空气噪声污染和农村水资源污染。在农业面源污染方面，3个城市的化肥使用密度、畜禽粪尿排泄密度以及秸秆密度数值，明显超过了Ⅱ类区域和Ⅲ类区域，特别是化肥施用密度达到了1660．14t／103hm2，分别超过Ⅱ类城市和Ⅲ类城市166%和96．10%。另外，由于植被覆盖指数较低以及有效灌溉面积较少和渔业占农林牧渔业比重较大，使得空气噪声污染和水资源污染加剧。
Ⅱ类区域总体污染水平处于中等。主要存在的问题是农村水资源污染。在水资源储量、水资源利用以及渔业养殖方面对水资源引起的污染，都对农村的水环境产生了较大影响，而其他方面则情况稍好。
Ⅲ类区域的总体污染水平较高，体现在农业面源污染、空气噪声污染、农村工业转嫁污染以及生活垃圾污染方面。究其原因主要是因为秸秆密度以及土地退化指数较高，且一年中空气质量达到优良的天数较少，植被覆盖指数也不高。另外，该区域经济较为发达，企业数量多，且工业总产值较高，产生的工业“三废”量较大，这加大了对农村工业污染的风险。同时，该区域总的来说农村人口数量较多，产生的生活垃圾数量大，但又存在缺乏有效处理等问题，因此农村生活垃圾污染也较为严重。
（二）2010年武汉城市圈农村生态环境区域分异结果分析
武汉城市圈2010年农村生态环境区域分异各项指标聚类中心值如表4－6所示。
表4－6 武汉城市圈2010年农村生态环境区域分异各项指标聚类中心值
武汉城市圈2010年农村生态环境区域分异聚类结果如表4－7所示。
表4－7 武汉城市圈2010年农村生态环境区域分异聚类结果
注：污染水平包括高等、中等、低等3类；表中数值是聚类分析后的极差化值。
2010年武汉城市圈9个城市同样可分为3类区域，Ⅰ类区域包含3个城市，分别为仙桃市、天门市和潜江市；Ⅱ类区域包含3个城市，分别为鄂州市、黄石市和咸宁市；Ⅲ类区域包含3个城市，分别为武汉市、孝感市和黄冈市。
根据聚类分析结果，可以得出3类不同污染水平区域的空间分异特征，具体分析如下。
Ⅰ类区域总体污染水平较低。该区域3个城市的主要问题体现在农村水资源污染方面，3个城市的有效灌溉面积指标数值和水网密度指数均较低，而渔业产值占农林牧渔业的总产值较高，相对来说引起的水资源环境问题较大。另外，由于植被覆盖指数较低，空气噪声污染问题也较为突出。
Ⅱ类区域总体污染水平处于中等水平。Ⅱ类区域由于在植被覆盖指数以及农业机械化水平方面处于优势地位，因此农村空气噪声污染问题不大。而且在农业面源污染、农村水资源污染以及农村工业转嫁污染和生活垃圾污染方面情况也稍好，均处于中等污染水平。
Ⅲ类区域的总体污染水平较高，体现在农业面源污染、空气噪声污染、农村工业转嫁污染以及生活垃圾污染方面。究其原因主要是因为秸秆密度、畜禽粪尿排泄密度以及土地退化指数较高，且一年中空气质量达到优良的天数较少，植被覆盖指数也不高，大量农业机械运作也影响了大气环境和声环境。另外，该区域3个城市的企业数量多，且工业总产值较高，产生的工业“三废”量较大，这也加大了对农村工业污染的风险。同时，该区域3个城市总的来说农村人口数量较多，产生的生活垃圾数量大，但又存在缺乏有效处理等问题，因此农村生活垃圾污染也较为严重。
（三）武汉城市圈农村生态环境区域分异的时空特征
从2007—2010年间武汉城市圈农村生态环境区域分异结果来看，Ⅰ类城市、Ⅱ类城市以及Ⅲ类城市在数量上均没有明显变化。结合3类区域分异的不同污染情况以及聚类中心值进行分析，其结果如下。在农业面源污染方面，Ⅰ类区域化肥使用密度明显下降，下降了43．45%，而Ⅱ类区域和Ⅲ类区域均有不同程度的上升，秸秆密度、畜禽粪尿排泄密度以及土地退化指数除Ⅰ类区域下降之外，Ⅱ类和Ⅲ类区域同样具有一定的上升趋势；在空气噪声污染方面，3类区域的空气污染指数达优良的百分比均有所上升，另外，Ⅰ类区域的区域噪声等效声级有所下降且植被覆盖指数有所上升，Ⅱ类和Ⅲ类区域在这两方面质量均有所下降，而3类区域农业机械总动力均有所上升，说明农业现代化发展程度提升，但是对农村生态环境的威胁也加大了；在农村水资源污染方面，3类区域的整体水环境质量均有所提升，问题主要存在于生活污水排放量的加大以及水网密度指数的减少，这说明农村居民日常生活以及生产经营中对水生态的破坏对农村水环境质量造成了较大的威胁；在农村工业转嫁污染和农村生活垃圾污染方面，风险均有所加大，主要是因为农村工业化进程的加快以及农村居民生活水平的日益提高，工业生产、居民日常生活对农村生态环境都造成了较大的影响。
另外，从2007—2010年间的武汉城市圈个体变化分析可以看出，武汉市、孝感市和黄冈市一直处于高污染水平的状态，这3个城市区域面积较大，集中在武汉城市圈北部，总体上各项指标值均有所上升，黄石市和咸宁市变化不大，而鄂州市由Ⅰ类区域转向Ⅱ类区域，说明总体上看鄂州市农村生态环境质量下降了。另外，天门市由Ⅱ类城市转变为Ⅰ类城市，说明整体上生态环境质量提升了，两型社会建设的效果已经初步显现。而仙桃市和潜江市农村生态环境质量较好，一直处于Ⅰ类区域，同时改善也在一直进行。如仙桃市在畜禽粪尿排泄密度上降低了56．75%，说明两型社会建设理念已经深入到农村领域，同时，也说明自2008年5月以来湖北省委省政府设立的仙洪新农村建设试验区在仙桃市农村生态环境治理中的重要作用也得到了体现。然而仙桃市也存在水资源污染问题，需要在今后的治理过程中引起注意。由此可知，污染较为严重的区域需要加大两型社会建设力度，并需要从已经显现两型社会建设优势的区域借鉴成功治理经验，以保证农村生态环境的质量。
二、长株潭城市群农村生态环境区域分异
长株潭城市群农村生态环境区域分异主要以构建的区域分异指标体系为基础，按照长株潭城市群农村生态环境问题的5类表现形式所包含的11个指标进行聚类分析（由于数据的可获得性，故相对武汉城市圈农村生态环境区域分异指标体系而言有缺失，但不影响结果分析）。同时，由于长株潭城市群只有3个地级市，故区域分异研究细分到县级市。通过对2007年和2010年长株潭城市群农村生态环境问题相关数据聚类分析，可以得到相关聚类结果。
（一）2007年长株潭城市群农村生态环境区域分异结果分析
长株潭城市群2007年农村生态环境区域分异各项指标聚类中心值如表4－8所示。
长株潭城市群2007年农村生态环境区域分异聚类结果如表4－9所示。
2007年长株潭城市群23个市（区、县）可分为3类区域，Ⅰ类区域包含3个市（区、县），分别为雨花区、石峰区和雨湖区；Ⅱ类区域包含13个市（区、县），分别为芙蓉区、天心区、岳麓区、开福区、荷塘区、芦淞区、天元区、株洲县、攸县、茶陵县、炎陵县、岳塘区和韶山市；Ⅲ类区域包含7个市（区、县），分别为长沙县、望城县、宁乡县、浏阳市、醴陵市、湘潭县和湘乡市。
根据聚类分析结果，可以得出3类不同污染水平区域的空间分异特征，具体分析如下。
表4－8 长株潭城市群2007年农村生态环境区域分异各项指标聚类中心值
表4－9 长株潭城市群2007年农村生态环境区域分异聚类结果
注：污染水平包括高等、中等、低等3类；表中数值是聚类分析后的极差化值。
Ⅰ类区域总体污染水平虽然较低，但是仍然存在一定问题，主要是农村工业转嫁污染方面。由于这3个区是工业园区集中地带，企业数量较多、工业总产值较高、排放的工业“三废”量较大，因而在排放“三废”时存在较大的农村转嫁污染问题。
Ⅱ类区域总体污染水平处于中等。Ⅱ类区域由于在植被覆盖指数以及农业机械化水平方面处于优势地位，农村空气噪声污染问题不大，并且由于工业生产“三废”排放量少，农村工业转嫁污染方面问题也不大。Ⅱ类区域的问题主要存在于农村水资源污染方面，即有效灌溉面积较小，生活污水排放量相对较大，且渔业养殖占农林牧渔业比重较大，给农村水环境带来了较大的风险。
Ⅲ类区域的总体污染水平较高，其问题主要体现在农业面源污染、农村水资源污染以及生活垃圾污染方面。究其原因主要是秸秆密度和畜禽粪尿排泄密度较大，且生活污水排放量明显高于Ⅰ类区域和Ⅱ类区域。另外，由于农村人口数量庞大、农民环保意识薄弱，生活垃圾排放量显著高于其他两类区域，超过两类区域总和的5倍。农村生活垃圾污染较为严重。
（二）2010年长株潭城市群农村生态环境区域分异结果分析
长株潭城市群2010年农村生态环境区域分异各项指标聚类中心值如表4－10所示。
表4－10 长株潭城市群2010年农村生态环境区域分异各项指标聚类中心值
长株潭城市群2010年农村生态环境区域分异聚类结果如表4－11所示。
2010年长株潭城市群23个市（区、县）可分为3类区域，Ⅰ类区域包含7个市（区、县），分别为株洲县、攸县、茶陵县、炎陵县、醴陵市、湘潭县和湘乡市；Ⅱ类区域包含13个市（区、县），分别为芙蓉区、天心区、岳麓区、开福区、雨花区、望城县、荷塘区、芦淞区、石峰区、天元区、雨湖区、岳塘区和韶山市；Ⅲ类区域包含3个市（区、县），分别为长沙县、宁乡县和浏阳市。
根据聚类分析结果，可以得出3类不同污染水平区域的空间分异特征，具体分析如下：
Ⅰ类区域总体污染水平较低。农业面源污染、农村水资源污染和农村生活垃圾污染均处于中等水平，主要问题存在于生活污水排放量较大且生活垃圾排放量也较大。农村居民的生活污染对该区域农村生态环境造成了较大影响。
表4－11 长株潭城市群2010年农村生态环境区域分异聚类结果
注：污染水平包括高等、中等、低等3类；表中数值是聚类分析后的极差化值。
Ⅱ类区域总体污染水平处于中等。Ⅱ类区域农业面源污染问题不大，并且由于生活垃圾排放量少，农村生活垃圾污染方面问题也较小。最主要的问题存在于农村水资源污染，即有效灌溉面积较小，渔业养殖占农林牧渔业比重较大，因此造成了农村水环境质量下降。
Ⅲ类区域的总体污染水平较高，其问题主要体现在农业面源污染、农村工业转嫁污染以及生活垃圾污染方面。究其原因主要是因为秸秆密度和畜禽粪尿排泄密度较大，且工业“三废”的排放量也明显高于Ⅰ类区域和Ⅱ类区域。另外，生活垃圾排放量明显高于Ⅰ、Ⅱ两类区域，甚至超过了两类区域生活垃圾排放量的总和。
（三）长株潭城市群农村生态环境区域分异的时空特征
从2007—2010年间长株潭城市群农村生态环境区域分异结果来看，除Ⅱ类市（区、县）数量没有变化以外，Ⅰ类市（区、县）由3个上升为7个，Ⅲ类市（区、县）则由7个下降为3个，说明在整体上长株潭城市群农村生态环境质量得到了提升。结合3类区域分异的不同污染情况以及聚类中心值进行分析发现：在农业面源污染方面，3类区域畜禽粪尿排泄密度得到了明显下降，但3类区域的秸秆密度均有不同程度的上升，说明传统农作物种植业的发展对农村生态环境产生了影响；在空气噪声污染方面，Ⅰ类区域的植被覆盖指数呈明显上升趋势，提高了52．39%，而Ⅱ类和Ⅲ类区域均有所下降。此外，3类区域农业机械总动力总体上有所上升，同样说明了长株潭城市群农业现代化发展程度提升了，但是对农村生态环境的威胁也加大了；在农村水资源污染方面，Ⅰ类区域的整体水环境质量下降，问题主要存在于生活污水排放量的加大，对农村居民日常生活水环境质量造成了较大的威胁，而Ⅱ类和Ⅲ类区域农村水环境质量有所提升；在农村工业转嫁污染方面，Ⅰ类区域在工业“三废”排放量上明显下降，分别下降了90．31%、88．90%和68．47%，而农村生活垃圾污染方面Ⅰ类区域的生活垃圾排放量增加较为明显，说明农村居民生活水平日益提高，日常生活对农村生态环境造成了较大的影响，Ⅱ类区域和Ⅲ类区域则在工业转嫁污染和农村生活垃圾污染方面的情况均有所好转。
另外，从2007—2010年间的长株潭城市群个体变化分析可以看出，长沙县、宁乡县和浏阳市一直处于高污染水平的状态，虽然农村水资源污染情况有所好转，但是问题主要存在于农业面源污染、工业转嫁污染和生活垃圾污染方面。而芙蓉区、天心区、岳麓区、开福区、荷塘区、芦淞区、天元区、岳塘区和韶山市变化不大，一直处于中等污染水平，突出的问题表现在农村水资源污染方面。而雨花区、石峰区和雨湖区由Ⅰ类区域转向Ⅱ区域，说明总体上看这3个市（区、县）农村生态环境质量下降了。另外，株洲县、攸县、茶陵县和炎陵县由Ⅱ类区域转变为Ⅰ类区域，说明整体上生态环境质量有所提升，而醴陵市、湘潭县和湘乡市则由Ⅲ类区域转变为Ⅰ类区域，说明两型社会建设的效果明显。两型社会建设政策的制定和措施的实施存在一定的滞后效应，但是从不同区域的农村生态环境质量转变情况可以得知，不同的措施对应于不同的区域，效果不同。污染较为严重的区域则需要借鉴生态环境质量得到提高的区域的治理经验，并加大两型社会建设力度，因地制宜，制定和实施合理的政策措施。
三、武汉城市圈与长株潭城市群农村生态环境综合分异
在对武汉城市圈和长株潭城市群农村生态环境的区域分异研究的基础上，现对武汉城市圈和长株潭城市群农村生态环境进行综合区域分异研究。利用与上述相同的聚类分析方法，通过5类污染指标体系构建以及运用极差正规化法，以2007年和2010年武汉城市圈和长株潭城市群的农村生态环境相关数据为基础，获得的综合区域分异结果如下所示。
武汉城市圈和长株潭城市群2007年农村生态环境综合分异各项指标聚类中心值如表4－12所示。
表4－12 武汉城市圈和长株潭城市群2007年农村生态环境综合分异各项指标聚类中心值
武汉城市圈和长株潭城市群2007年农村生态环境综合分异聚类结果如表4－13所示。
表4－13 武汉城市圈和长株潭城市群2007年农村生态环境综合分异聚类结果
注：污染水平包括高等、中等、低等3类；表中数值是聚类分析后的极差化值。
武汉城市圈和长株潭城市群2010年农村生态环境综合分异各项指标聚类中心值如表4－14所示。
表4－14 武汉城市圈和长株潭城市群2010年农村生态环境综合分异各项指标聚类中心值
武汉城市圈和长株潭城市群2010年农村生态环境综合分异聚类结果如表4－15所示。
表4－15 武汉城市圈和长株潭城市群2010年农村生态环境综合分异聚类结果
注：污染水平包括高等、中等、低等3类；表中数值是聚类分析后的极差化值。
2007年武汉城市圈和长株潭城市群综合区域分异的12个城市可分为3类区域，Ⅰ类区域包含3个城市，鄂州市、仙桃市和潜江市；Ⅱ类区域包含3个城市，黄石市、天门市和咸宁市；Ⅲ类区域包含6个城市，武汉市、孝感市、黄冈市、长沙市、株洲市和湘潭市。其中，Ⅰ类区域的农村生态环境问题主要存在于农业面源污染、空气噪声污染和农村水资源污染方面，Ⅱ类区域的农村生态环境问题主要存在于农村水资源污染、农村工业转嫁污染和农村生活垃圾污染方面，Ⅲ类区域的农村生态环境问题主要存在于农业面源污染、空气噪声污染、农村工业转嫁污染和农村生活垃圾污染方面。
2010年武汉城市圈和长株潭城市群综合区域分异的12个城市同样可分为3类区域，Ⅰ类区域包含3个城市，鄂州市、仙桃市和潜江市；Ⅱ类区域包含5个城市，黄石市、天门市、咸宁市、株洲市和湘潭市；Ⅲ类区域包含4个城市，武汉市、孝感市、黄冈市和长沙市。其中，Ⅰ类区域的农村生态环境问题主要存在于农业面源污染、空气噪声污染和农村水资源污染方面，Ⅱ类区域的农村生态环境问题主要存在于农村水资源污染、农村工业转嫁污染和农村生活垃圾污染方面，Ⅲ类区域的农村生态环境问题主要存在于农业面源污染、空气噪声污染、农村工业转嫁污染和农村生活垃圾污染方面。
从2007年、2010年武汉城市圈和长株潭城市群综合区域分异聚类中心值整体来看，在农业面源污染方面，3类区域的秸秆密度均有所上升，而畜禽粪尿排泄密度整体上有所下降；空气噪声污染方面，3类区域植被覆盖指数变化不大，农业机械化程度加深带来的问题较大；在农村水资源污染方面，3类区域有效灌溉面积均呈现上升趋势，生活污水排放量除Ⅰ类区域有所下降外，Ⅱ类和Ⅲ类区域排放量均有小幅上升，分别为10．87%和25．99%，而渔业养殖对水环境的影响则整体上呈下降趋势；在工业转嫁污染方面，3类区域的工业固体废弃物和工业废水排放量均有明显下降，但工业废气排放量有所上升；在生活垃圾污染方面，除Ⅰ类区域变化不大外，Ⅱ类和Ⅲ类区域分别有所上升，其中Ⅲ类区域上升幅度达到25．98%。
从2007年、2010年武汉城市圈和长株潭城市群综合区域分异结果的对比中可以发现，变化较大的是长株潭城市群中的株洲市和湘潭市，由Ⅲ类区域转变为Ⅱ类区域，由原先高水平的农业面源污染、空气噪声污染、农村工业转嫁污染和农村生活垃圾污染转变为低水平的农业面源污染和空气噪声污染以及中等水平的农村工业转嫁污染和农村生活垃圾污染。这与株洲市和湘潭市在长株潭城市群获批两型社会建设综合配套改革试验区之后建立了云龙示范区、天易示范区和昭山示范区产生的重要作用是分不开的。但是在农村水资源污染方面，株洲市和湘潭市却由低水平转向了高水平，说明株洲市和湘潭市在农村生态环境问题治理过程中，两型社会建设效果已经初步显现，但存在治理不全面的问题。
另外，鄂州市、仙桃市和潜江市一直处于较低的污染水平，主要的问题表现在农业面源污染、空气噪声污染以及农村水资源污染方面。黄石市、天门市和咸宁市变化不大，最主要的问题存在于农村水资源污染方面，不过在农村工业转嫁污染和农村生活垃圾污染方面也处于中等污染水平。武汉市、孝感市、黄冈市和长沙市一直处于较高的污染水平，除农村水资源污染问题较小外，最主要的问题存在于农业面源污染、农村空气噪声污染、农村工业转嫁污染以及农村生活垃圾污染方面。因此，对于不同区域农村生态环境呈现的不同方面的变化，需要在治理过程中着重加强对于高污染水平方面问题的治理力度，有针对性地解决生态环境问题。
【注释】
[1]降维就是指采用某种映射方法，将原高维空间中的数据点映射到低维空间中。
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