耕地資源經濟—社會—生態系統有序度測算及交互脅迫關系驗證

田京京++趙紅安+趙麗++朱永明

摘要：立足于系統論和協同學理論，應用計量經濟分析方法將耕地資源視作由經濟、社會、生態環境3個子系統相互關聯、相互影響、相互制約所構成的復合系統，從三維視角研究耕地資源系統在一定時空范圍內，經濟-社會-生態環境子系統的有序度、相互脅迫關系與變化規律。研究表明，耕地資源系統有序度是3個子系統的綜合反映，20年間經濟與生態環境子系統有序度變化幅度較大，各子系統之間存在交叉相對變化的趨勢，相對來說，社會子系統有序度變化不明顯。與此同時，滄州市耕地各子系統間確實存在一定的交互脅迫關系，在1994—2013年間，除泊頭市外，經濟-社會子系統表現出明顯的協同發展關系，經濟社會與生態環境子系統之間的脅迫關系較明顯。本研究為不同學科間的交叉研究提供了新的理念，并為耕地資源可持續發展研究提出了新思路。

關鍵詞：耕地資源系統；系統有序度；交互脅迫；滄州市；可持續發展

中圖分類號： F301.24文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）05-0256-09

耕地作為寶貴資源，是由自然、經濟、社會、生態、環境等各個子系統相互關聯、相互制約所構成的復合系統的綜合體。在某一耕地，經濟、社會、生態環境子系統之間能夠相互配合、相互促進、協調發展，耕地資源系統就會實現健康、有序、可持續發展的良性循環；反之，耕地資源系統就會陷入生態環境惡化、社會經濟紊亂的惡性循環。當前，隨著城鎮化步伐的加快，建設用地不斷占用耕地，盡管我國耕地保護制度較為嚴格，但耕地數量銳減、耕地質量下降的問題依然存在[1]；與此同時，面對人地關系緊張與糧食安全問題的嚴峻形勢，為滿足糧食需求和獲得更大的產出效益，耕地利用集約化顯著，大量的化肥、農藥投入在一定程度上產生了一系列耕地生態安全問題[2-4]。

面對耕地生態保護與社會經濟發展之間的博弈問題，將耕地資源作為經濟-社會-生態環境的復合系統，探討各子系統之間的相互脅迫關系與作用機制，探尋耕地資源系統經濟-社會-生態環境的協調發展途徑，對于實現研究區乃至其他地區耕地資源系統的可持續發展具有重要意義；同時，耕地資源系統的相關研究也將作為土地利用修編的重要命題之一，為政府部門制定和改進相關政策建議提供一定的理論依據。

1研究區概況及數據來源

1.1研究區概況

滄州市位于河北省東南部，環渤海灣經濟區，地處 116°10′～117°44′E，37°53′～38°51′N，水文地質條件較差，中低產田和鹽堿地分布較廣，是河北省糧、棉、油集中產區之一。截至2013年末，全市常住人口為730.95萬人，耕地面積為 78.69×104 hm2，滄州市耕地質量總體水平不高，且部分地區生態環境脆弱，土壤鹽堿化問題突出。

1.2基礎數據來源

本研究數據資料包括耕地數據和社會經濟數據2個方面，耕地數據主要來自1994—2013年《河北省土地調查統計年鑒》，社會經濟數據來源于1994—2013年《河北農村統計年鑒》及滄州市各縣（市）國民經濟統計年鑒。

2耕地資源系統有序度的內涵界定

關于耕地的定義有很多種，但立足于多學科理論，耕地資源同時隸屬于多個系統的子系統——土地資源、社會經濟、生態環境，而其本身又可視作由自然、社會、經濟、生態環境等要素等構成，所有要素之間相互關聯、相互影響而形成的復雜系統[5-9]。因此本研究認為，耕地資源系統是指能夠種植農作物，在一定時空范圍內，以實現耕地資源保護為目標，伴隨人類的開發利用與影響活動而不斷進行物質、能量、信息的交流與交換過程，由自然、經濟、社會、生態等要素所構成的復合系統的綜合體。

將系統發展狀態定量化引入有序度的概念。有序度是度量系統各個要素之間的和諧與配合程度，是對系統發展狀態的量化表征。系統的有序度高，說明系統各個要素之間協調、有序，系統的結構和功能得以維持；系統的有序度低，則表明系統自組織混亂、無序，系統的結構和功能遭到破壞，最終導致系統“代謝”的惡性循環。

3耕地資源系統有序度評價模型構建及評價

[BT2+*2]3.1耕地資源系統有序度評價模型構建

耕地資源系統是綜合了自然、社會經濟、生態環境等要素的復合系統，這些要素較多，難以一一描述。為此，引入序參量的概念。序參量是協同學理論中的重要概念，是指主導系統有序結構的幾個變化緩慢的少數變量，同時又具有支配系統發展和演變的重要作用，也稱為慢弛豫參量[10]。因此，科學合理地選取耕地資源系統的關鍵序參量以及對參序量的建模分析，成為系統有序性測度的關鍵內容。

承接前面的分析，以及對大量文獻的總結與歸納，本研究借鑒孟慶松等的有序度模型[11]，對其中部分公式進行適當修正，構建以下耕地資源系統有序性測度模型。

3.2滄州市耕地資源系統有序度評價

3.2.1耕地資源系統序參量的選取

為了評價耕地資源系統的有序度，選取和辨識系統的關鍵序參量成為有序度評價模型構建的重要內容。耕地資源是以人為核心，由社會-經濟-生態環境子系統構成的復合系統，因此，耕地資源系統序參量的選取可分別從社會、經濟、生態環境3個子系統來把握。遵循整體性、合理性、可操作性的基本原則，結合研究區實際情況，立足現有數據資料進行序參量的擬定。本研究從社會穩定、經濟發展、生態環境安全的目標出發，構建了滄州市耕地資源系統有序度評價的序參量體系（表1）。

針對表1選取的序參量，作幾點說明：人口密度、農村人口文盲率是對社會子系統的有序度起負效應的序參量；農業在生產總值占GDP比重越大，經濟發展越滯后，因此該指標對經濟子系統起負效應；化肥負荷指數、農藥負荷指數、農膜負荷指數、鹽堿化率是對生態環境子系統起負效應的序參量，而年均降水量對耕地生態環境子系統的效應隨其值的變化而

3.2.3滄州市耕地資源系統有序度評價分析

通過模型計算，可分別得到1994—2013年滄州市耕地資源系統及3大子系統的有序度值，現分別從各子系統及綜合系統加以評述與說明。

3.2.3.1耕地資源系統有序度整體分析

如圖1所示，耕地資源系統有序度與社會-經濟-生態環境子系統有序度存在密切的聯系。耕地資源系統有序度是3大子系統的綜合反映，經濟、生態環境子系統有序度變化幅度較大，各子系統之間存在交叉相對變化的趨勢，相對來說社會子系統有序度變化不明顯。在1994—2013年20年間，滄州市耕地資源系統有序度值由0.38上升至0.65，年均上升1.35%，耕地資源系統有序度等級由最初的基本有序發展到今天的較有序，發展趨勢總體良好。大體可分為2個階段，從1994—2007年，系統整體有序度變化不明顯，系統有序度等級一直維持在基本有序狀態，究其原因發現，雖然經濟子系統有序度一直穩步上升，但由于耕地生態環境子系統有序度處于下降的趨勢，生態環境惡化明顯，拉低了系統有序度綜合水平；從2008—2013年，系統整體發展狀態呈現出較明顯地上升趨勢，有序度值從0.47增長到0.65，5年平均年增長3.6%，系統等級由基本有序到較有序的轉變，此期間耕地資源生態環境子系統的有序度也呈現上升趨勢。

3.2.3.2耕地資源社會子系統有序度分析

滄州市地處環渤海和京津冀都市圈重要區位，是國務院確定的經濟開發區重點城市，近幾年，社會發展水平顯著提高，集中表現在城鎮化發展水平明顯改觀，已由1994年的13.23%提高到2013年的45.18%；人民生活質量顯著提高，已基本實現小康水平；農村人口文化素質也基本實現了無文盲狀態，社會科學技術水平顯著進步，基礎設施建設也在進一步加強。由圖1可知，耕地資源社會子系統有序度值由0.35上升到0.70，年均增長1.75%，系統等級由基本有序上升到較有序狀態，說明社會子系統有序度對維持耕地資源系統有序度作出了重要的貢獻。

3.2.3.2耕地資源經濟子系統有序度分析

滄州市20年耕地資源經濟子系統保持著平穩快速的增長趨勢，總體發展態勢良好，有序度值已由最初的0.00上升到2013年的 0.89，其有序度等級呈現由無序到基本有序再到較有序最后到高度有序的變化歷程，2012年達到經濟有序度的頂峰0.95，2013年表現出向下降的趨勢，原因可能是2013年農業科服人員數量顯著減少致使經濟子系統有序度水平降低。由此說明，應該加大對農業科技的重視程度，增加科服技術人員的投入水平尤為重要。

3.2.3.3耕地資源生態環境子系統有序度分析

隨著近幾年耕地集約化水平的不斷提高，耕地投入水平與利用強度不斷加大，但由于農業科技相對落后，農民耕地生態環保意識相對淡薄等，造成耕地資源出現土壤污染、鹽堿化、水土流失等惡化現象。由圖1可以看出，耕地資源生態環境子系統變化情況較為復雜，子系統有序度值呈現出上升—下降—上升—平緩不變—下降—上升的態勢，其系統等級由高度有序—較有序—基本有序—無序—基本有序的趨勢變化，說明了生態環境子系統在20年間發生了螺旋上升的“S”形發展態勢。1994—2002年，生態環境子系統有序度發生了曲折變化，但變化幅度較小；2003—2007年，生態環境子系統有序度值明顯下降，究其原因發現，4年間耕地集約利用水平顯著提高，為了追求更高的產出水平，化肥、農藥、農膜投入量越來越大，利用程度也越來越高，農民只知種地，而不注重養地，導致耕地生態環境明顯惡化；2008年之后，在生態文明的影響下，人們逐漸意識到耕地生態問題的嚴重性，從而增強了耕地生態保護意識，林地覆蓋率進一步加大，進而增強了耕地資源生態環境系統的生物多樣性和穩定性，加大了土地整理復墾工作，鹽堿地治理水平進一步提高。

4耕地資源系統交互脅迫關系分析與驗證

4.1耕地資源經濟-社會-生態環境交互脅迫關系分析

耕地資源社會-經濟-生態環境3個子系統之間存在復雜的交互脅迫關系[12]。

4.1.1社會子系統與生態環境子系統的交互脅迫關系

不同的社會發展階段，2個子系統呈現出不同的脅迫關系。在社會發展的早期，人口的快速增長導致就業和生活需求壓力增大，刺激了經濟子系統的工業化進程和農業科技的進步，但隨著社會城鎮化的推進和人口基數的增長，就業壓力進一步增大，導致勞動力剩余，某種程度上造成了社會的不穩定并阻礙正常的經濟活動；其次，過多的人口增加了國民經濟的生活消費負擔，進一步制約了經濟產業結構的資金、技術密集型產業的高級化發展，嚴重影響了經濟的發展水平[13]。反過來，經濟子系統的發展也促使了社會子系統的進步，具體表現在人口素質的提高、生活質量的改善、科學技術的進步，但不可避免產生的社會老齡化問題將再次阻礙經濟的發展。

4.1.2社會子系統與生態環境子系統的交互脅迫關系

隨著社會的發展和人口壓力的增大，生活消費水平日益提高，社會子系統對資源環境的負擔也越來越重。就耕地資源來說，在一定時期和一定區域內，耕地是不可再生資源，數量有限，與此同時，隨著社會的發展，城鎮化進程的加速，建設用地不斷占用耕地，導致耕地數量銳減。在外部化利益的誘惑下，人們所實施的增減掛鉤政策也總是以次充好補充耕地，導致耕地資源的生態環境質量退化。若沒有及時保護與建設耕地，耕地資源生態子系統將不能維持自身結構和功能的穩定，從而導致耕地資源系統的無序和混亂狀態；與此相反，若社會保護耕地資源的意識加大并予以落實，積極改進耕作生態科技水平及不斷促進生態管理水平，則能夠改善耕地生態環境，實現社會的生態文明與精神文明的高層次目標，從而達到社會進步與生態環境和諧發展的良性循環。

4.1.3經濟子系統與生態環境子系統的交互脅迫關系

隨著經濟水平的提高和科技水平的進步，為了追求更大的經濟效益，耕地利用越來越集約化，化肥、農藥等投入強度越來越大，造成了耕地資源土壤污染、土地板結、耕地生態環境進一步惡化，而弱化的耕地生態環境子系統將反過來制約經濟子系統的發展，于是形成惡性循環。由此可見，耕地資源生態環境子系統是保證經濟子系統良好發展的前提和基礎，而經濟子系統也可為耕地生態環境保護提供良好的物質保障，若進行合理的耕地生態保護與建設，將促進耕地資源系統的良性循環。

由此可見，在耕地資源復合系統中，各子系統之間既有惡性制約也有良性循環，并且處于動態變化的過程之中。在某一個發展階段，系統之間脅迫作用強烈，整體表現出惡性循環；當某一個子系統得到積極的調控措施發揮作用時，2個系統之間的脅迫作用得以減緩，新一輪的惡性、良性循環又將開始。系統在相互制約、相互作用下，表現出“S”形演變規律[14]。

4.2耕地資源系統相互脅迫關系驗證

眾多專家學者已經證實并得出社會發展水平-經濟發展水平-生態環境水平兩兩之間存在的交互作用曲線關系[15-18]。本研究在耕地資源社會-經濟-生態環境子系統兩兩之間發生交互脅迫關系時，引入上述的3種關系模型進行3個子系統兩兩擬合分析，通過曲線擬合，不僅能夠將一些離散分布的點找出一定的規律性，還能進行預測分析。但須要作如下定義：耕地資源生態環境子系統的無序度指的是耕地生態環境的惡化指數。為此，需要對耕地資源生態環境子系統有序度評價的序參量進行變向處理，即對生態環境子系統的有序性產生正效應的序參量對耕地資源子系統的無序性產生負效應，反之亦然。依次可計算耕地資源生態環境子系統的無序度值。具體的3個曲線模型公式如下。

耕地資源社會-經濟子系統存在對數曲線關系，表示為：

[JZ（]y=algx+b。[JZ）][JY]（6）

式中：y為耕地資源社會子系統的有序度值；x為耕地資源經濟子系統的有序度值；a、b為待定系數。

耕地資源經濟-生態環境子系統存在倒“U”形曲線關系，表示為：

可知，擬合優度可以反映曲線擬合的水平，由SPSS處理后，滄州市各縣（市）經濟-社會對數曲線擬合度處于中等水平，相比較而言，黃驊市、肅寧縣擬合度水平較高，滄縣、南皮縣、任丘市等擬合水平較差，河間市、青縣擬合水平處于中等水平。由圖2可以看出，除泊頭市外，滄州市各縣（市）耕地資源經濟-社會子系統表現出明顯的協同發展的關系，由曲線的擬合形狀來看，隨著經濟的發展，肅寧縣、黃驊市社會子系統的變化趨勢較快，而吳橋縣、獻縣社會子系統發展水平較緩慢。

4.2.2耕地資源社會子系統與生態環境子系統的交互脅迫關系驗證

根據公式z=m-n[10（y-b）/a-p]2倒“U”形曲線，應用Matlab 7.0軟件對1994—2013年滄州市及各縣（市）社會-生態子系統發展水平進行雙指數曲線擬合，擬合函數關系見表4、圖3。

由表4、圖3可看出，除青縣、孟村回族自治縣、泊頭市、河間市外，其他各縣市20年來耕地社會-生態環境子系統的雙指數擬合水平較理想，其中，滄縣、海興縣、肅寧縣、東光縣等表現出明顯的倒“U”形的特征。

由表4雙指數函數的幾個參系數可知，m值代表曲線達到拐點時生態環境子系統的惡化程度。由圖3可以看出，滄縣、東光縣、海興縣等生態環境子系統的惡化程度已達到拐點，生態環境發展態勢已出現好轉的跡象，然而，河間市的耕地生態環境子系統仍有繼續惡化的趨勢，所以須要對當地的耕地生態加以保護，防止耕地生態環境繼續惡化下去。n值表示耕地生態環境子系統有序度發展變化的速率大小，值越大，說明耕地生態環境子系統有序度變化速率越快。由n值來看，南皮縣>滄縣>河間市>……>青縣>任丘市，表明隨著社會子系統的變化，南皮縣耕地生態環境的惡化速度較快。b值表示曲線出現最高點的位置，其值越大，表明出現最高點時社會子系統的有序度發展水平越高。由此可知，孟村回族自治縣、任丘市生態環境惡化程度出現最高點比較晚，而相對應的耕地社會子系統發展也較快；而鹽山縣、黃驊市b值最小，表明其生態環境子系統惡化程度最高點出現比較早，生態環境從此得到了有效控制。

4.2.3耕地資源經濟子系統與生態環境子系統的交互脅迫關系驗證

根據方程z=m-n（x-p）2倒“U”形曲線，應用SPSS 17.0軟件對1994—2013年滄州市及各縣（市）經濟-生態子系統發展程度進行二項式曲線擬合（表5、圖4）。

可看出，除海興縣、滄縣等外，滄州市其他各縣市1994—2013年耕地資源經濟-生態環境子系統的二項式曲線擬合水平較理想，其中，青縣、鹽山縣、南皮縣、任丘市等表現出明顯的倒“U”形相互脅迫關系。m值反映了耕地生態環境子系統的承載力閾值，由m值來看，滄縣>海興縣>獻縣>孟村縣>……>泊頭市>河間市，由此可知，滄縣的耕地生態環境子系統承載力水平較高，而河間市較差。另外，曲線存在一個最高點，由此被分為2個部分，在最高點以左，隨著耕地資源經濟子系統有序度值的提高，耕地生態環境惡化程度加重；在最高點以右，生態環境子系統無序度值隨著經濟子系統的發展而降低，即耕地生態環境出現好轉的趨勢。黃驊市經過20年的發展，耕地生態環境子系統剛達到拐點，因此預測今后幾年黃驊市生態環境子系統有序度提高并且經濟保持穩步增長水平。而從東光縣、海興縣、肅寧縣、河間市等幾個縣市的擬合曲線可以看出，從1994—2013年，隨著經濟子系統有序度水平的提高，生態環境子系統的有序度有進一步惡化的趨勢，這就要求耕地利用應因地制宜，采取合理的耕地生態保護措施，遏制耕地生態環境繼續惡化。

5結論與討論

5.1結論

本研究對滄州市1994—2013年耕地資源系統有序度進行評價，研究表明，耕地資源系統有序度是3個子系統的綜合反映，經濟子系統與生態環境子系統有序度變化幅度較大，各子系統之間存在交叉相對變化的趨勢，相對來說社會子系統有序度變化不明顯。具體來說，在1994—2013年的20年間，滄州市耕地資源系統有序度值由0.38上升至0.65，年均上升1.35%，耕地資源系統有序度等級由最初的基本有序發展到至今的較有序，發展趨勢總體良好。

通過對耕地經濟-社會子系統間交互脅迫關系與模型驗證分析，研究表明，在1994—2013年間，除泊頭市外，滄州市各[CM（25]縣（市）耕地資源經濟-社會子系統表現出明顯的協同發

展關系，隨著經濟的發展，肅寧縣、黃驊市社會子系統的變化趨勢較快，而吳橋縣、獻縣社會子系統發展水平較緩慢。通過耕地社會-生態環境子系統的交互脅迫關系驗證表明，社會的發展與生態環境子系統的脅迫關系較明顯，其中南皮縣耕地生態環境的惡化速度較快，孟村縣、任丘市生態環境惡化程度出現最高點比較晚，而相對應的耕地社會子系統發展也較快；而鹽山縣、黃驊市的生態環境子系統惡化程度最高點出現比較早，生態環境從此得到了有效控制。通過耕地經濟-生態環境子系統的交互脅迫關系驗證表明，滄縣的耕地生態環境子系統承載力水平較高，而河間市較差，而東光縣、海興縣、肅寧縣、河間市等耕地生態環境子系統有進一步惡化的趨勢，這就要求耕地利用應因地制宜，采取合理的耕地生態保護措施，遏制耕地生態環境繼續惡化。

5.2討論

本研究立足于系統論和協同學理論，應用計量經濟分析方法將耕地資源看作由經濟、社會、生態環境3大子系統相互關聯、相互影響、相互制約所構成的復合系統，從三維視角研究耕地資源系統在一定時空范圍內，經濟-社會-生態環境子系統間的協調發展機制、相互脅迫關系與變化規律。由于數據資料獲取比較困難，對于耕地資源系統有序度評價序參量的選擇存在一定的局限性；但該研究涉及生態學、環境學、經濟學、社會學等多個學科，為自然和社會學科間的交叉研究提供了新理念，并為耕地資源可持續發展研究提出了新的思路。

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