湖南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟耦合性測度*

周 璨，楊亦民

(湖南農(nóng)業(yè)大學,長沙 410128)

0 引言

耦合屬于物理學范疇，主要指不同電路原件或電網(wǎng)絡的輸入輸出的相互配合與影響。“耦合”能表明動態(tài)關聯(lián)關系，被廣泛用于其他研究領域，表明兩個或兩個以上的系統(tǒng)之間或某一系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間相互影響的過程，客觀衡量研究對象之間好壞關聯(lián)關系[1-2]。

湖南是一個農(nóng)業(yè)大省，全省耕地有378.9萬hm2，屬于亞熱帶季風氣候，光照充足，四季分明，水量充足，土地肥沃，適宜農(nóng)作物生長。但隨著科技的發(fā)展進步，農(nóng)藥化肥的使用，生物科技雖然增加了農(nóng)業(yè)產(chǎn)出，但同時也破壞了農(nóng)業(yè)的自然生長環(huán)境，造成農(nóng)田大面積污染和農(nóng)產(chǎn)品損害[3-4]； 農(nóng)業(yè)污染若流向水源，也會造成飲水安全的危機，加上工業(yè)“三廢”污染問題，農(nóng)業(yè)環(huán)境呈現(xiàn)日益惡化的傾向，嚴重威脅著人類健康。農(nóng)業(yè)的良性發(fā)展也成為許多學者研究的對象。

20世紀初有學者開始關注作物與環(huán)境的關系、植物營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)以及農(nóng)業(yè)如何保持地力等問題。1991年我國開展了農(nóng)業(yè)與農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展試驗示范地的建設，圍繞農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)村經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，探索農(nóng)業(yè)生態(tài)發(fā)展的道路、模式和政策[5-7]。stum注意到生態(tài)環(huán)境的變化對經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生的影響，并將生態(tài)環(huán)境作為影響經(jīng)濟發(fā)展的重要因素進行了研究。Claude Fussier[5]研究了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境與農(nóng)業(yè)發(fā)展之間產(chǎn)生的影響作用。周振峰[6]認為生態(tài)環(huán)境建設能夠為我國的資源合理運用以及社會經(jīng)濟提升帶來良好的促進作用。吳小慶[3]通過生態(tài)環(huán)境帶給社會經(jīng)濟發(fā)展的影響的研究，建立了一定的經(jīng)濟指標體系。農(nóng)業(yè)的發(fā)展促進了經(jīng)濟的發(fā)展，同時對生態(tài)環(huán)境也施加了巨大壓力。反過來，經(jīng)濟發(fā)展的一定程度，又可以改善農(nóng)業(yè)生態(tài)的發(fā)展模式，保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。在農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟之間找到動態(tài)平衡點是維持系統(tǒng)耦合的關鍵。

目前，對湖南農(nóng)業(yè)生態(tài)—農(nóng)業(yè)經(jīng)濟二者之間耦合協(xié)調(diào)關系的研究較少。文章重點探討湖南農(nóng)業(yè)的投入產(chǎn)出效率、農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境狀況，湖南各地市農(nóng)業(yè)生態(tài)、經(jīng)濟的差異及其可持續(xù)發(fā)展水平，重點提出提高湖南農(nóng)業(yè)發(fā)展競爭力及可持續(xù)發(fā)展的措施。該研究是以湖南省13個地市為研究范圍，研究湖南農(nóng)業(yè)生態(tài)—農(nóng)業(yè)經(jīng)濟之間的耦合協(xié)調(diào)關系，以期為湖南省農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域

湖南省地處中國中南部、長江中游南部，位于東經(jīng)108°47′～114°15′，北緯24°38′～30°08′之間。全省劃分為1個自治州和13個直轄市。湖南氣候?qū)儆诖箨懶蛠啛釒Ъ撅L濕潤氣候，四季分明，日照充足，降雨量1 200～1 500mm，全省耕地面積有391.26萬hm2。湖南土地類型多為紅壤、黃壤。

研究湖南省農(nóng)業(yè)生態(tài)—農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)度、耦合協(xié)調(diào)關系對于保護區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

1.2 湖南農(nóng)業(yè)生態(tài)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟概況

經(jīng)國家統(tǒng)計局核定， 2017年農(nóng)林牧漁業(yè)實現(xiàn)總產(chǎn)值6 269.46億元，同比增長4.0%； 實現(xiàn)增加值3 852.88億元，同比增長3.9%，分行業(yè)看，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)、漁業(yè)、農(nóng)林牧漁服務業(yè)增加值分別增長3.1%、9.0%、2.6%、6.5%、8.9%。2016年湖南農(nóng)林牧漁業(yè)實現(xiàn)增加值3 725.9億元，按可比價格計算，增長3.5%。由于糧食產(chǎn)量整體下降和生豬出欄持續(xù)下行等因素影響， 2016年增幅較上年度下降0.3個百分點。分行業(yè)看，農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)、農(nóng)林牧漁服務業(yè)增加值分別增長3.6%、8.2%、6.5%和8.4%，而牧業(yè)同比下降0.1%。2015年湖南農(nóng)業(yè)經(jīng)濟生產(chǎn)總值為5 630.75億元，其中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值為3 043.52億元，林業(yè)生產(chǎn)總值為317.38億元，牧業(yè)生產(chǎn)總值為1 601.75億元，漁業(yè)生產(chǎn)總值為366.93億元。2015年前三季度湖南農(nóng)林牧漁業(yè)增加值達到2 297.8億元，按可比價格計算，實際增長4.4%。

據(jù)初步統(tǒng)計，目前全省累計治理水土流失面積15.68萬hm2，修建梯土、梯田10.8萬hm2，人工造林保存面積326.5萬hm2，飛播造林保存面積53.3萬hm2，封山育林累計在封面積208.3萬hm2，森林覆蓋率達到51.4%； 建立各類自然保護區(qū)50個，森林公園46個，保護地面積65.68萬hm2，占全省土地面積的3.1%； 建設水庫1.328 6萬座，其中大中型水庫247座； 開生態(tài)農(nóng)業(yè)示范縣試點5個，示范鄉(xiāng)、村110多個，開展小流域綜合治理160多條。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 湖南農(nóng)業(yè)生態(tài)與經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)度模型

2.1.1 湖南農(nóng)業(yè)生態(tài)與經(jīng)濟耦合作用機理

如果把農(nóng)業(yè)生態(tài)與經(jīng)濟分別看成一個系統(tǒng)，那么，這兩個系統(tǒng)之間的耦合作用機理可以描述為：一方面，農(nóng)業(yè)生態(tài)為經(jīng)濟增長提供動力，實現(xiàn)各類經(jīng)濟要素、農(nóng)產(chǎn)品或資源的優(yōu)化配置，能夠通過擴散效應、集聚效應和乘數(shù)效應，帶動經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)相關產(chǎn)業(yè)發(fā)展的質(zhì)量和速度，促進經(jīng)濟發(fā)展，但是，農(nóng)業(yè)生態(tài)的無序開發(fā)利用也會通過負效應抑制經(jīng)濟的發(fā)展。另一方面，經(jīng)濟發(fā)展所需的資源、要素或商品的優(yōu)化配置，也會反哺農(nóng)業(yè)生態(tài)的保護，促進農(nóng)業(yè)生態(tài)的良性發(fā)展。農(nóng)業(yè)生態(tài)與經(jīng)濟兩者相互影響，交替推拉，這就是農(nóng)業(yè)生態(tài)與經(jīng)濟相互耦合作用的過程。因此，耦合作用描述農(nóng)業(yè)生態(tài)與經(jīng)濟之間存在高度關聯(lián)性，這種耦合一方面是二者之間相互促進與適應，另一方面相互牽制和阻礙[8-11]。

2.1.2 耦合協(xié)調(diào)度模型

上式表示，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)的耦合度區(qū)間范圍為C∈0， 1，數(shù)值越大，表明二者的耦合性和協(xié)調(diào)性越好，反之，耦合性越差[2， 4， 6， 8， 12-17]。

2.2 指標體系的選取

在指標選取時，要遵循科學性、整體性、可比性的原則。明確各指標代表的內(nèi)容和意義，指標的數(shù)據(jù)的動態(tài)性和指標數(shù)據(jù)的獲取容易性、準確性[4， 8， 18-20]。該研究選取了以下農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展指標，如表1。該研究中湖南省各地市的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值、農(nóng)業(yè)污染的數(shù)據(jù)均來自《湖南統(tǒng)計年鑒》。

表1 農(nóng)業(yè)生態(tài)子系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟子系統(tǒng)指標體系

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)指標農(nóng)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)指標廢水排放總量u1總產(chǎn)值v1化學需氧量排放量u2農(nóng)業(yè)v2氨氮排放量u3林業(yè)v3SO2排放量u4牧業(yè)v4氮氧化物排放量u5漁業(yè)v5

2.3 指標的權(quán)重的確定

根據(jù)熵權(quán)法確定指標的權(quán)重[25-29]。熵權(quán)法是通過分析各指標之間的關聯(lián)程度，測算各子系統(tǒng)要素指標的權(quán)重。根據(jù)各指標的熵權(quán)，對各指標的權(quán)重進行修正，能夠有效反映指標信息熵值的作用，從而得出較為客觀的指標權(quán)重。指標權(quán)重計算過程如下：

(1)指標xij的比重：

(2)計算第j項指標的熵值：

(3)計算第j項指標的差異性系數(shù)：αj=1-ej，αj值越大，表明指標xj在評價中重要性越大。

某指標的熵值越大，其變異程度越小，能夠提供的信息越少，該指標的參考價值就越小，其權(quán)重就越小； 反之，權(quán)重越大。

2.4 數(shù)據(jù)來源

該研究中湖南農(nóng)業(yè)生態(tài)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟中的各指標數(shù)據(jù)均來自《湖南統(tǒng)計年鑒》。

3 結(jié)果與分析

3.1 基于熵權(quán)法的耦合性測度

3.1.1 指標數(shù)據(jù)的采集與整理

通過查閱2007～2015年的《湖南統(tǒng)計年鑒》，將農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)的各指標進行搜集和匯總，得到表2。

表2 2007～2015年湖南省農(nóng)業(yè)基本情況

年份農(nóng)林牧漁業(yè)勞動力(萬人)年末實有耕地面積(萬hm2)當年減少耕地面積(萬hm2)農(nóng)作物播種面積(萬hm2)造林面積(萬hm2)20071 890.17378.900.61853.647.6220081 877.91378.940.61793.958.0420091 867.33413.500.75801.9312.5020101 861.85413.750.97821.6121.3420111 793.64413.770.91840.2040.2420121 857.39414.620.72851.2040.4220131 832.65414.970.99865.0034.9820141 808.33415.32—876.4539.1920151 762.31415.350.37871.7037.60年均增長率(%)-0.871.15—0.2622.08 注:數(shù)據(jù)來源為2007～2015年《湖南統(tǒng)計年鑒》

表3 2007～2015年湖南省農(nóng)林牧漁業(yè)環(huán)境綜合統(tǒng)計基本狀況

年份廢水排放總量(億t)化學需氧量排放量(萬t)氨氮排放量(萬t)SO2排放量(萬t)氮氧化物排放量(萬t)200715.196 064.641 16.008 757.450 0—200815.799 164.736 55.961 650.950 0—200916.388 363.277 76.002 016.210 0—201017.250 561.024 75.783 117.390 0—201118.161 4113.420 613.710 44.934 917.869 7201220.707 9111.368 113.552 95.161 818.242 9201321.491 6110.832 313.465 85.262 519.031 2201422.769 0109.528 113.361 66.418 419.341 3201523.722 0108.365 813.276 47.953 918.321 2年均增長率(%)5.726.6710.42-21.900.31 注:數(shù)據(jù)來源為2007～2015年《湖南統(tǒng)計年鑒》

由表2可知： 2007年～2015年，農(nóng)林牧漁業(yè)勞動力人數(shù)由1 890.17萬人下降到1 762.31，年均增長率為-0.87%； 年末實有耕地面積由378.90萬hm2上升到415.35萬hm2，年均增長率為1.15%； 當年減少耕地面積由0.61萬hm2下降到0.37萬hm2； 農(nóng)作物播種面積由853.64萬hm2上升到871.70萬hm2，年均增長率為0.26%； 造林面積面積由7.62萬hm2上升到37.60萬hm2，年均增長率為22.08%。其中造林面積增長率最大，其次是年末實有耕地面積。農(nóng)林牧漁業(yè)勞動力是下降趨勢。

圖1 2007～2015年湖南省農(nóng)林牧漁業(yè)產(chǎn)值(億元)

如圖1所示： 2007～2015年，農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值由2 632.10億元上升到5 630.75億元，年均增長率為9.97%； 農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值由1 243.15億元上升到3 043.52億元，年均增長率為11.84%； 林業(yè)總產(chǎn)值由144.12億元上升到317.38億元，年均增長率為10.37%； 牧業(yè)總產(chǎn)值由1 013.82億元上升到1 601.75億元，年均增長率為5.88%； 漁業(yè)總產(chǎn)值由154.70億元上升到366.93億元，年均增長率為11.40%。其中，農(nóng)業(yè)年均增長率最大，其次是漁業(yè)，林業(yè)第三，牧業(yè)增長率最小。

由農(nóng)林牧漁業(yè)環(huán)境綜合統(tǒng)計基本狀況顯示(表3)：自2007～2015年，廢水排放總量由15.196 0億t增長到23.722 0億t，年均增長率為5.72%； 化學需氧量(COD)排放量由64.641 1萬t增長到108.365 8萬t，年均增長率為6.67%； 氨氮排放量由6.008 7萬t增長到13.276 4萬t，年均增長率為10.42%； SO2排放量由57.450 0萬t下降到7.953 9萬t，增長率為-21.90%； 氮氧化物排放量由2011年的17.869 8萬t上升到18.321 2萬t，增長率為0.31%。其中，氨氮排放量的年均增長率最大，其次是化學需氧量排放量，廢水排放總量年均增長率第三。SO2排放量為下降趨勢且下降速率最大。

3.1.2 耦合度的計算與分析

(1)指標數(shù)據(jù)的標準化[6， 10， 21-23]。分別對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)的各指標進行規(guī)范標準化，標準化后的結(jié)果在0， 1區(qū)間，得到如下矩陣：

(2)根據(jù)指標數(shù)據(jù)矩陣和熵權(quán)的計算公式，計算得出農(nóng)業(yè)生態(tài)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)的熵權(quán)(表4)。

表4 農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟各指標的熵權(quán)計算結(jié)果

農(nóng)業(yè)生態(tài)指標u1u2u3u4u5熵權(quán)ai0.387 60.107 60.004 30.129 80.128 1農(nóng)業(yè)經(jīng)濟指標v1v2v3v4v5熵權(quán)bj0.335 90.239 50.118 30.023 40.045 3

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，廢水排放總量的熵權(quán)值最大，氨氮排放量的熵權(quán)值最小。農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值的熵權(quán)值最大，牧業(yè)的熵權(quán)值最小。

(3)耦合性測度結(jié)果與分析。將計算出的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)各指標的熵權(quán)及標準化后的矩陣數(shù)據(jù)帶入綜合評價函數(shù)計算公式，得出2007～2015年湖南農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)的綜合評價結(jié)果，然后計算得出耦合度(表5)。

表5 2007～2015年湖南省生態(tài)農(nóng)業(yè)與生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的綜合評價及耦合度

年份200720082009201020112012201320142015農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)綜合評價值f(u)00.008 10.275 30.183 60.538 20.327 30.535 20.463 80.478 3農(nóng)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)綜合評價值g(v)0.006 30.062 10.274 40.736 20.923 70.832 40.734 50.947 30.921 4耦合度C00.942 50.936 00.965 40.951 60.945 60.970 20.975 30.984 3

2008～2015年，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的綜合評價值處于波動狀態(tài)(2008～2009年，升高； 2009～2010年又升高； 2011～2015年，綜合評價值在0.3～0.6之間)， 2011年和2015年的綜合評價值較高， 2008年的綜合評價值較低。農(nóng)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)的綜合評價值大致趨勢為升高狀態(tài)， 2014年的評價值最高， 2007年的綜合評價值最低。

由于在對指標進行標準化時， 2007年的農(nóng)業(yè)生態(tài)指標均被標準化為0，因此， 2007年的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)綜合評價值和耦合度的結(jié)果均為0，這只是數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，不能說明問題。分析2008～2015年的計算結(jié)果分析農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的耦合度與協(xié)調(diào)性。由表5可知： 2008～2015年之間，湖南省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟系統(tǒng)的耦合度處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，耦合度值均在0.9以上，說明近年來二者總體協(xié)調(diào)性較好，這是由于近年來國家在追求農(nóng)業(yè)發(fā)展的同時也更加注重生態(tài)環(huán)境的平衡與承載力，湖南省更是加大了農(nóng)業(yè)生態(tài)建設的力度，注重經(jīng)濟與生態(tài)二者協(xié)調(diào)發(fā)展。其中， 2014年和2015年二者的耦合度較高，分別為0.975 3和0.984 3，說明湖南省在這兩年的農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的協(xié)調(diào)性好，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與農(nóng)業(yè)生態(tài)能夠相互有效促進彼此的發(fā)展，這是因為隨著農(nóng)業(yè)經(jīng)濟與農(nóng)業(yè)生態(tài)的逐年協(xié)調(diào)發(fā)展，二者相互促進，使得2014年和2015年的耦合度較高。

4 結(jié)論與討論

以湖南省2007～2015年的農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟為研究區(qū)域，在構(gòu)建農(nóng)業(yè)生態(tài)—農(nóng)業(yè)經(jīng)濟評價指標體系基礎上，運用耦合協(xié)調(diào)度模型對生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展狀況進行了定量分析。研究結(jié)果表明， 2007～2015年湖南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展基本穩(wěn)定，耦合度值均在0.9以上，二者呈協(xié)調(diào)發(fā)展趨勢。農(nóng)業(yè)生態(tài)的良好發(fā)展與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的增長密切相關。對于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟來說，如果農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟耦合度高，那么兩者能夠相互促進協(xié)調(diào)發(fā)展，農(nóng)業(yè)生態(tài)通過良好可持續(xù)發(fā)展促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，同時，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展會進一步促進農(nóng)業(yè)生態(tài)的保護，使得農(nóng)業(yè)生態(tài)更好發(fā)展； 反之，如果二者耦合度較低，滯后的農(nóng)業(yè)生態(tài)可能成為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，不同程度地約束農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展。在當前發(fā)展方式轉(zhuǎn)變背景下和一系列政策機遇引導下，一方面，在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境承載力范圍內(nèi)，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)； 另一方面，在經(jīng)濟增長的同時，促進生態(tài)環(huán)境的保護與開發(fā)，最終促進農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展。該文基于農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的耦合機理，結(jié)合耦合協(xié)調(diào)度模型，運用熵權(quán)法為各指標進行客觀確定權(quán)重，統(tǒng)計計算2007～2015年湖南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的耦合度，分析了近年來湖南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的耦合性，二者的耦合度值總體上耦合協(xié)調(diào)性較好。