水土流失治理效益与生态农业发展的耦合协调性分析
发布时间：2021-12-16
摘 要：构建生态、经济、社会和谐共赢关系是实现黄土高原区域可持续发展的必由之路。该文利用陕甘宁三省 16 个地级市 2007-2014 年的面板数据，基于耦合协调度模型分析了水土流失治理效益与生态农业发展水平的耦合协调态势，采用双变量空间自相关模型分析了两系统耦合协调度的空间集聚性。结果表明：研究区域水土流失治理效益和生态农业发展水平的耦合度较高，协调度偏低，耦合协调发展趋势滞缓，呈“低水平均衡”状态;空间集聚性整体逐步加强，但两级分化严重，“高—高”集聚区与“低—低”集聚区中间缺乏必要的“辐射枢纽”，亟待培养新的集聚极点。因此，维持耦合发展势头，增强对外辐射;加强试点研究，突破协调发展瓶颈;培养新的集聚极点，缓解空间集聚两级分化是未来黄土高原区促进水土流失治理与生态农业协同发展的主要方向。
关键词：生态;耦合;侵蚀;水土流失治理效益;生态农业发展水平;协调度;空间集聚性;陕甘宁
0 引 言
黄土高原水土流失治理与农业持续发展问题一直以来受到党和国家的高度重视和大力支持。20世纪90年代，随着国家改革开放和科学研究工作的不断深入，出现了水土流失治理“28 字方针”和水土保持型生态农业模式[1]，成为水土流失治理和农业协调发展理论的重要内容。 1999 年国家实施西部大开发战略，黄土高原迎来以退耕还林(草)、以粮代赈为主的生态建设新高度[2]。2007 年退耕还林工程开始进入后退耕还林阶段[3]，其主要目标是在维护上一阶段治理成果的同时提高农民的收入水平[4]，水土流失治理和生态农业协调发展迎来新的机遇与挑战。探究水土流失治理区生态农业的发展水平问题成为国内学者研究的热点。当前，广大学者主要从农业资源和农业产业的耦合、退耕政策对生态农业系统耦合的影响以及农业生态系统和经济系统的耦合等视角展开研究。研究结果表明水土保持政策和措施可以显著改善农业资源和农业产业耦合协调度[5];退耕还林政策的实施也通过改善生态系统，进而影响农业产业结构;但过度退耕和农业产业—资源局部相悖态势使得生态农业系统耦合协调程度减弱[6]，退耕还林政策对农业生态系统的有序耦合可能产生抑制作用[7]，进而使得生态农业系统耦合对经济效益的影响强度较弱[8-9]。从农业生态系统与经济系统的关系及其耦合的角度看，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危机[10]。
已有的研究主要是基于水土流失治理的大环境从微观层面探究生态农业系统内部耦合演变规律，鲜将水土流失治理效益和生态农业发展水平作为两个系统深入研究两者间的耦合协调程度。按照 PSR 可持续发展[11]和 EES 系统协调发展[12]理论框架，“生态—经济—社会”总是在不断的“压力—状态—响应”调整过程中实现融合发展。水土流失治理和生态农业发展是涉及生态、经济和社会的复杂系统，协调三者的融合发展程度是黄土高原实现可持续发展面临的“压力”根源。在“压力”作用下，针对不同时期的水土流失治理措施，需要予之匹配相适的生态农业发展模式，水土流失治理效益与生态农业发展水平共同刻画了两系统的匹配“状态”，明确不同时期的“状态”，系统才能做出有针对性地“响应”。因此，本文旨在探究目前水土流失治理和生态农业发展之间的耦合协调态势，整体把握二者间耦合协调的一般规律，为政策的响应提供科学依据。
1 数据来源及研究方法
1.1 研究区概况
陕甘宁主体位于黄土高原中部的丘陵沟壑区，主要地貌类型为山、塬、川，据此，将 16 个典型水土流失治理地级市划分为川塬区和丘陵区两大类型，如图 1 所示。研究区域介于 35°14′～39°35′N、105°10′～111°34′E，总面积 13.8 万 km2 ，生态环境脆弱，是黄河上中游生态环境建设重点地区。属于暖温带大陆性季风气候向温带半干旱气候的过渡带，气候干旱且不稳定，年降水量在 330～570 mm 之间，汛期降水量占全年的 55%～74%，年际变化大，丰水年与缺水年相差数倍。土壤侵蚀模数大于 500 0 t/km2 ，后备耕地资源匮乏，加之人口增长过快，人均基本农田远不能达到 0.166 hm2基本农田的目标，人地矛盾尖锐。《黄土高原地区综合治理规划大纲(2010- 2030 年)》指出：黄土高原区域建设要生态为主，保护优先，同时保障粮食安全，坚持生态建设与农业经济发展相结合的长效机制。
1.2 数据来源
本文所建立的水土流失治理效益和生态农业发展水平指标体系共包括 21 个可测指标，数据覆盖陕甘宁三省的 16 个地级市。考虑 2007 年是第一轮退耕还林(草)政策结束的时间节点，2014 年为新一轮退耕还林(草)政策开始的时间节点，中间 8a 处于后退耕还林时期，在维护水土流失治理成果的同时加强了生态农业的发展力度，因此选取了时间跨度为 2007-2014 年的面板数据，为保证数据的实效性，本文所用数据是在咨询团队领域专家并得到政府部门许可的基础上选自《中国统计年鉴》、各地级市的《国民经济和社会发展公报》、《国土资源部政府工作信息公开报告》，部分缺失值采用插补法或邻近地区替换法进行近似处理。
1.3 研究方法
1.3.1 指标体系及其权重的建立
水土流失治理和生态农业发展是涉及生态、经济和社会等要素的复合运行系统，指标体系的构建需要充分考虑系统的复杂性、多层次性和多因素性。因此，参照已有研究[11]，借鉴 DFID 框架结构[13-14]，对水土流失治理效益从生态、经济和社会 3 个维度进行考察，借鉴 Cobb-Douglas 生产函数在农业上的应用，对生态农业发展水平从要素投入和产出水平两个维度进行考察，构建本文的指标体系(表 1)。具体到指标层，借鉴夏自兰等[5,9,15-16] 研究，采用林草覆盖率、造林结构、降雨量等指标来说明水土流失治理的生态效益，增加荒山荒地造林面积和治理水土流失面积两个指标，以期从整体上说明水土流失治理区生态恢复和保护状态;借鉴王继军等[9-10,15,17-20] 研究，采用人均总产值、农业产值、人均纯收入、人均粮食产量、产投比等指标来说明水土流失治理的经济效益，这里将以上指标改为增量指标，更能全面直观地反映经济上的动态变化过程;借鉴王晔立等[16,20-23]研究，采用人口密度、农村就业率及恩格尔系数来说明水土流失治理的社会效益;对生态农业的评估既要考虑农业系统的自然环境基础，又要关注农业生产中的经济和生态成本，也要关注其生产效益和生态影响[24]，因此，借鉴王继军等[9,24-26]研究，采用农业/非农业劳动力、有效灌溉面积、化肥施用折纯量等指标来说明发展生态农业的要素投入;借鉴崔绍芳等[6-7,9]研究，采用农产品商品率、工副业贡献率及农林牧产值结构指数来说明生态农业产出水平。
1.3.3 双变量空间自相关模型
空间自相关是反映一个区域单元上某种地理现象或某一属性值与邻近区域单元上同一现象或属性值相关程度大小的重要指标[32]，分为全局空间自相关和局部空间自相关。全局空间自相关测度的是某种地理现象或某一属性在空间上的总体相关程度和差异程度，考察其是否存在聚集特征[33]，但忽视了事物的局部空间差异性。局部空间自相关可以反映某个区域与其邻近地区之间的空间相关程度，准确把握某一属性在局部空间上的集聚与分异特点。本文综合运用全局空间自相关和局部空间自相关模型并结合 LISA 聚类图分析水土流失治理效益和生态农业发展水平耦合协调度的空间分布关联性。测度全局空间自相关和局部空间自相关的统计指标分别全局 Moran’s I 指数和局部 Moran’s I 指数，计算公式如下。
2 水土流失治理效益与生态农业发展水平的耦合协调度分析
2.1 耦合度分析
耦合度测算结果显示，研究区域水土流失治理效益和生态农业发展水平的耦合度介于 0.45～0.50 之间，处于拮抗阶段，表明两系统处于一种过程阻抑另一种过程的状态。可能的原因是生态农业发展存在滞后性，但从耦合度数值看出这种阻抑程度已经处于较低的水平，说明生态农业发展的效果开始显现，发展水平呈上升态势。从局部来看，图 2a 结果显示两系统的耦合度存在着明显的空间差异：黄土川塬区的耦合程度明显高于研究区域整体的平均水平，这与其地势平坦，利于耕作的地貌特征有很大关系。黄土丘陵区的耦合程度在平均水平之下，但接近平均水平，2014 年三者达到同一耦合程度，说明黄土丘陵区发展势头较为强劲。从发展趋势上来看，黄土川塬区和黄土丘陵区的耦合度分别从 2007 年的 0.484 7、0.480 7 均发展为 2014 年的 0.489 4，耦合程度均呈上升趋势，但上升的幅度不大，且上升过程波动、不稳定。参照张明斗等[28]的研究方法将拮抗阶段按耦合度的大小分为 3 种类型：①高耦合低拮抗(0.49～0.50)， ②中耦合中拮抗(0.45～0.49)，③低耦合高拮抗(0.30～ 0.45)。图 3a 结果显示，黄土川塬区的渭南、宝鸡和吴忠的耦合度较高，介于 0.49～0.50 之间，属于高耦合低拮抗阶段，且呈现出耦合度逐年稳定增长但涨势缓慢的态势;而咸阳和庆阳的耦合度相对低一点，介于 0.45～0.49 之间，属于中耦合中拮抗阶段，耦合度每年波动较大，但总体上呈增长趋势。黄土丘陵区临夏、兰州、榆林、白银、中卫的耦合度较高，介于 0.49～0.50 之间，属于高耦合低拮抗阶段，呈现一种小有波动、逐年稳定但增长缓慢的趋势;而定西、天水、平凉、铜川、延安和固原的耦合度略低一点，介于 0.45～0.49 之间，属于中耦合中拮抗阶段，耦合度逐年波动较大，但总体呈上升趋势。以上分析表明研究区域水土流失治理效益和生态农业发展水平的耦合状态均呈现一种总体上升，但波动大、不稳定、增长缓慢的“低水平均衡”。可能的原因有两点：一是黄土高原区本身地势地貌复杂多样、气候干旱、水土流失严重的历史沿革给发展生态农业带来诸多困难，加之农业生产的滞后性，短期内效果不会明显;二是各级政府虽然加大了对当地生态农业的扶持力度，但并未有效促进标准化农业生产模式的形成，致使耦合程度处于一种增长缓慢且不稳定的“低水平均衡”状态。
2.2 协调度分析
协调度测算结果显示，研究区域水土流失治理效益和生态农业发展水平的协调度整体上介于 0.50～0.79 之间，以勉强协调、初级协调和中级协调为主，表明两系统已经从失调阶段转变为协调阶段，但协调水平尚且不高。局部来看，图 2b 结果显示两系统协调程度和协调发展趋势也存在着明显的空间差异：黄土川塬区的平均协调程度高于整体平均水平，介于 0.64～0.68 之间，处于初级协调的较高水平，并且呈现出良好的增长态势;而黄土丘陵区的平均协调程度明显低于整体平均水平，协调度围绕 0.58 小幅波动，处于勉强协调阶段，且协调程度增长缓慢、近乎停滞。图 3b 结果显示，黄土川塬区的渭南、宝鸡和咸阳协调态势较好，处于中级协调阶段，且在 2007-2014 年间协调程度增长稳定;吴忠协调度相对较低，处于初级协调水平;庆阳协调度最低，在 0.50～ 0.59 间波动，处于勉强协调阶段。黄土丘陵区的榆林协调度最高，2008 年以后达到中级协调阶段;延安协调度相对较低，但有明显的增长趋势，处于初级协调阶段;而铜川、定西、平凉、兰州、白银、天水、临夏、固原和中卫协调度在 0.50～0.59 之间波动，处于勉强协调阶段，协调程度停滞不前。综合以上分析结果发现，研究区域黄土川塬区 80%的地级市达到了初级协调水平之上，60%的地级市处于中级协调阶段，协调程度远超过整体平均水平，且呈现上升趋势;而黄土丘陵区仅有 18.2% 的地级市达到初级协调水平之上，9.1%的地级市处于中级协调水平，协调程度与整体平均水平相差甚远，协调发展趋势存在“原地踏步”的现象。
3 水土流失治理效益与生态农业发展水平的空间相关分析
运用双变量空间自相关模型，将水土流失治理效益与生态农业发展水平的耦合协调度作为测度指标，应用 Arcgis 以及 GeoDa 软件对其进行空间关联性分析。
3.1 总体空间相关分析
根据公式(7)，利用 GeoDa 软件计算 2007-2014 年 16 个地级市的水土流失治理效益与生态农业发展水平耦合协调度的全局 Moran I 指数，结果如表 4 所示。全局 Moran I 指数均为正值，说明水土流失治理效益与生态农业发展水平的耦合协调度存在正相关关系，即整体上存在一定的空间集聚性。从具体数值分析可以发现， Moran I 指数相对较小且逐年波动，总体呈现上升趋势，表明水土流失治理效益与生态农业发展水平的耦合协调度空间集聚性不高，但这种弱集聚性在逐步加强，两系统实现融合呈良好发展态势。
3.2 局部空间相关分析
全局 Moran I 指数回答了整个研究区域是否存在集聚现象，但不能反映内部各个区域局部空间的集聚程度，本文根据公式(8)，利用 GeoDa 软件计算并绘制了 2007 年和 2014 年研究区域水土流失治理效益与生态农业发展水平耦合协调度的 LISA 集聚图具体反映局部空间集聚程度，包括“高-高”、“低-低”、“低-高”、“高-低”4 类集聚模式，结果如图 4 所示。
对比图 4a 和图 4b 发现，随时间推移，“高—高”集聚区域范围开始突显，由 2007 年的零“高—高”集聚，到 2014 年的延安市，耦合协调程度有所提高。延安市属于水土流失较为严重的地区，水资源贫乏，自然灾害频发，生态效益低，加上人地矛盾尖锐，科技文化素质低，农村基础设施滞后，农业生产条件十分落后。面对如此的生态经济压力，延安市在长期探索实践中形成了高效生态农业发展道路，诸如平原灌区的农业生态模式、经济与旅游的互动模式、沿河农区的水陆共生模式以及山地干旱农区的立体养殖模式[34]的兴起，使得生态经济建设实现双赢的良好局面。在延安正向辐射效应的作用下，其周边的铜川市逐渐从不显著变为显著，耦合协调度均有不同程度的上升。“低—低”集聚区域范围在逐渐扩大，由 2007 年的兰州、定西两地，变为 2014 年的兰州、定西、白银三地，说明兰州、定西对白银产生了负向辐射效应，可能的原因：一是兰州、定西本底脆弱的生态环境，加以粗放、低度化的产业结构，导致其经济贫困以及自我发展能力较低[35]，生态经济系统陷入“脆弱—贫困”的恶性循环;二是从地理位置来看兰州、定西距离“高—高” 集聚区域较远，两者间又缺乏必要的“辐射枢纽”，使得兰州、定西无法汲取发展优势。因此，加强“高—高”集聚区域正向辐射作用，积极探索适合中间过渡区域的耦合协调发展模式，培养新的“高—高”集聚极点是未来整个区域融合发展需要努力的方向。
4 结论与建议
本文选取陕甘宁 16 个典型水土流失治理地级市进行水土流失治理效益与生态农业发展水平的耦合协调性及空间差异研究，结果表明，水土流失治理效益与生态产业发展水平并不均衡，融合发展的耦合程度较高，但协调程度较低，耦合协调发展趋势滞缓;空间集聚性整体逐步加强，但两级分化严重，“高—高”集聚区与“低— 低”集聚区中间缺乏必要的“辐射枢纽”，亟待培养新的集聚极点。针对以上结论提出如下对策建议：
第一，维持耦合发展势头。按照“立足区域，少种多收，多元种植，突出特色”的基本策略调整生态农业产业结构，加快黄土高原“囤粮寓田”战略实施，实现生态环境与农业生产匹配发展。同时发展水平高的地区在确保自身发展的基础上，应积极向外辐射发展模式、技术和经验，加大区域间相互扶持、合作力度。
第二，突破协调发展瓶颈。加强试点研究，探索水土流失治理系统要素与生态农业产业链元素之间的互动关系，从自然条件、经济技术水平、政策措施等多个角度寻找阻抑协调发展的关键因素是未来的一个研究方向。
第三，培养新的集聚极点。研究区域中部地区是联通“高—高”和“低—低”集聚区域的过渡带，是将“高 —高”集聚区域发展优势传递给“低—低”集聚区域的重要“辐射枢纽”，建议在中部地区培养新的集聚极点，同时增加系统抗逆应变能力，缓解两级分化的集聚态势。 ——论文作者：张慧利，蔡 洁，夏显力
[参 考 文 献]
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