黃土丘陵區農業生態經濟系統耦合特征分析
——以河莊坪鎮為例

夏 雨, 王繼軍,2, 連 坡, 韓曉佳,溫 昕, 李怡鳳, 馬玲娜, 孫在偉

(1.西北農林科技大學, 陜西 楊凌 712100; 2.中國科學院 水利部 水土保持研究所,陜西 楊凌712100; 3.中國科學院大學, 北京 100049；4.北京恒華偉業科技股份有限公司， 北京 100094)

新時代背景下，黃土高原發展需求已從減少水土流失，增加糧食供給能力，轉為提升生態環境質量，改善人居環境，增加經濟收入，促進城鄉社會經濟繁榮[1]。為此，推動黃河流域生態保護和高質量發展[2]成為生態治理與經濟發展的核心，“綠水青山就是金山銀山”以及“綠色發展”等理念成為人類行為的規制。而實現生態保護與經濟發展的有機統一是全面步入綠色循環、高質量發展道路的重要路徑。這就需要明確生態系統與經濟系統的耦合態勢。

隨著退耕還林、封山育林的實施以及城鎮化的發展，生態經濟系統運動軌跡發生了改變[3-4]，形成新的鄉村生態經濟耦合系統，其中關于城郊型鄉村生態經濟系統耦合態勢的變化尤為突出。且目前，關于城郊型鄉村生態經濟系統耦合研究較少，缺失對城郊型鄉村系統耦合態勢的分析以及產業與資源協調性的判斷。為實現農業資源合理配置，農業產業升級、結構優化、持續發展以及構建有效良性的城郊型鄉村生態經濟發展模式奠定基礎，探討城郊型鄉村生態經濟耦合現狀具有重要的現實意義。

關于系統耦合關系的研究比較成熟，最為常用的方法是耦合度模型。王繼軍等[5]通過構建農業經濟系統與農業生態系統耦合度模型，并計算和分析了紙坊溝流域70 a來的農業經濟系統與農業生態系統耦合態勢演變過程，并將耦合過程劃分了4個，結果表明紙坊溝流域從 1938—2008年先后經歷了第Ⅰ階段、第Ⅱ階段和第Ⅲ階段，且目前處于第Ⅲ階段。李玥等[6]參照相關研究結果建立了退耕系統與農業生態經濟社會系統耦合模型，分析了安塞縣農業生態與經濟發展耦合度，將退耕與農業生態經濟社會系統協同性關系劃分為“協作推進與發展—相悖—無序失衡—提升發展”4個階段。劉耀彬等[7]運用灰色關聯分析法構建出區域城市化與生態環境交互作用的耦合度模型，大致將全國省區劃分為協調、磨合、拮抗和低水平耦合等4種類型。江紅莉等[8]運用耦合度模型對江蘇省經濟與生態環境系統的協調發展進行了研究，結果表明，經濟與生態環境處于協調發展狀態，但協調耦合度經歷了“九五”期間的快速下降和2001年后逐漸上升兩個階段。然而以上均以時間序列進行研究，以空間排列的樣本構建耦合度模型，診斷不同耦合程度的相關研究較少。本文采取耦合度模型，以各個村域生態系統的數值從小到大進行排序，并在研究區域的功能分類的基礎上，采用耦合度模型來研究各個生態功能區的農業系統耦合特征，同時旨在以空間樣本代替時間樣本研究系統耦合，具有重要的理論意義。

基于以上背景，選取三產融合的典型代表鄉鎮——延安市寶塔區河莊坪鎮，在生態功能區分類的基礎上，運用“耦合度”模型通過對其生態經濟系統耦合特征分析與診斷，明確各個生態功能區內生態經濟系統的耦合關系，從而提高農業資源與產業協調度、促進城郊型鄉村生態經濟系統良性循環。

1 研究區概況和研究方法

1.1 研究區概況

河莊坪鎮地處陜北黃土高原丘陵溝壑區，位于革命圣地延安市北部，南距市中心8 km[9]，屬于典型繼承型和繼承—侵蝕混合型的黃土梁峁溝壑區，地表破碎，溝壑縱橫[10]，西北干旱氣候。2015年6月份被列入國家建制鎮示范試點、被定位為延安市城市副中心[9]。鎮域總面積102 km2，平均氣溫9.4℃，平均降雨量 507.7 mm，降雨主要集中在夏季，全鎮轄15個行政村、27個自然村、2個社區，2020年總人口3.5萬人，其中農業人口9 912人。2020年全鎮農民人均純收入為17 660元(圖1)。

圖1 研究區位置

1.2 研究思路

以河莊坪鎮生態系統服務價值和生態潛力的空間分布為基礎[11]，結合實際調研情況，按照村落空間布局和各行政村的主導產業劃分，明確河莊坪鎮的功能分區；在此基礎上，分析并討論鄉村生態經濟系統關系，明確城郊型鄉村生態經濟系統的協同、各個功能區之間以及內部的耦合態勢，并進行診斷。

1.3 研究方法

在劃分生態功能區的基礎上，運用耦合度模型進行問題研究。按照系統耦合思想，用空間布局樣本替換時間樣本，以河莊坪15個村生態系統的量化值從小到大對各個樣點值進行排序，建立耦合度模型，揭示河莊坪鎮各個生態功能區的農業生態經濟系統耦合特征。

農業生態系統(el)與農業經濟系統(en)的一般函數可以表示為[12]：

(1)

(2)

式中：xi,yi為兩系統中的元素；i,n為各元素的權重。

農業生態系統與農業經濟系統耦合為一個復雜系統，按照一般理論，其復合系統表征方程為：

(3)

(4)

式中：el，en為受自身與外界影響下農業生態系統與農業經濟系統的狀態；Vel，Ven分別為其基于前一個樣本的變化速度，則整個系統的變化速度(V)為：

V=f(Vel,Ven)

農業生態經濟系統的變化可在二維平面上進行分析，以Vel，Ven分別為橫、縱坐標，V(Vel，Ven)的分布軌跡為橢圓形。其中β的取值變化可確定農業生態經濟系統的狀態，所以可以把β稱為農業生態系統與農業經濟系統的耦合度(°)(圖2)。

注：β為農業生態系統與農業經濟系統的耦合度(°)；vel為農業生態系統演化速度；ven為農業經濟系統演化速度。

1.4 數據來源

基于河莊坪獨特的區位優勢以及退耕還林還草工程的實施，以2020年為基礎，探討三產融合背景下河莊坪鎮生態經濟系統耦合特征。

分析過程中所用到的數據來源于河莊坪鎮政府農村集體資產清產核資報表以及鎮政府提供的相關統計數據、2020年8月農戶隨機抽樣調查，調查區域覆蓋河莊坪鎮15個行政村27個自然村。調查方式采取與農戶交互式問答。調查內容包括：農戶基本情況、退耕范圍及其利用情況、土地變更、收入變化情況、數字農業技術使用情況、水土保持技術實施前后的認識等。課題組4名成員調查持續半個月，每戶大約2h，共調查170戶，有效問卷160戶。

在功能分區基礎上，通過河莊坪鎮政府提供的相關統計數據進一步分析。由于數據量綱各異，為了使其具有可比性，通過極差標準化[13]以及標度值打分的方式對河莊坪鎮政府提供的相關統計數據進行無量綱化處理，其值介于0～1間。

2 河莊坪鎮生態-經濟功能區劃分

退耕還林工程實施以來，河莊坪鎮林地覆蓋率不斷提高，生態環境得到改善，生態資源不斷增加；同時出現生態資源未得到有效以及高效利用的現象。伴隨著近年城鎮化建設的推進，近郊型的河莊坪鎮的“三產”得以快速建立、經濟得到快速發展且各村主導產業得到建立。韓曉佳等[11]以農業生態經濟系統生態潛力以及產業空間布局為主線將研究區域劃分為城鎮生態環境維護區(第Ⅰ類型區)、農業生態保護區(第Ⅱ類型區)、生態安全屏障區(第Ⅲ類區)3個區域。根據河莊坪現實情況，以河莊坪各行政村的主導產業為核心、參照韓曉佳等研究及“三生” (生態、生產、生活)理念，按照不同的生態功能，可將研究區域劃分為城郊“三產”融合區、鏈式果園產業主導區、設施農業產業主導區(圖3)。

對應韓曉佳的劃分，第Ⅰ類型區為城郊“三產”融合區。該區域分布在川道兩側，建設用地占比多，常居人口比重大，受城鎮化影響最大，以勞務輸出以及商貿服務為主。第Ⅱ類型區為鏈式果園產業主導區，該區域農田覆蓋面積大，以種植山地果園為主。從配備追蹤果樹生長數字媒體種植期，到收割附帶娛樂采摘，再到互聯網銷售形成完整“種植—管護—銷售”流程。第Ⅲ類為設施農業主導區，該區域以種植大棚蔬菜、大棚瓜果為主，養殖兼勞務輸出為輔。

3 結果與分析

3.1 城郊型鄉村農業生態經濟系統表征指標體系的構建

城郊型鄉村農業生態經濟系統包括農業生態系統與農業經濟系統，其本質內容是整合生態資源與農業產業。產業布局受到經濟效益的影響，生態環境的改善能夠增大農業資源數量、提高農業資源質量，促進農業生態經濟系統良性循環。因而，在參考已有相關研究成果的基礎上[5,12]，結合河莊坪鎮經濟發展現狀與生態環境實際情況，綜合客觀性、代表性以及科學性原則，構建了城郊型鄉村農業生態經濟系統綜合評價指標體系。其中選取農業資源、生態環境、產業態勢、經濟效益作為一級指標；選擇農業商品率、農業產投比等15個指標作為二級指標(表1)。

綜合評價指標體系中各個指標的重要程度通過權重表示。本文通過專家咨詢法與層次分析法，經過一致性檢驗，確定各項指標權重的賦值。

3.2 城郊型鄉村農業生態經濟系統耦合度模型建立

通過已經標準化的數據，利用公式(1—2)計算各個行政村的農業生態系統(el)與農業經濟系統(en)綜合指數。為實現黃河流域生態保護和高質量發展、推進鄉村振興與城鎮化融合以及堅持兩山論，保證生態功能穩定提升基礎上發展經濟，本文以各個村域的農業生態系統數值從小到大進行排序，s表示樣本分布情況，并去掉石屹塔村域極端值，得出農業生態經濟系統和農業經濟系統的綜合指數。

表1 河莊坪鎮農業生態經濟系統綜合評價指標體系與權重

由圖4可以看出，以各村生態系統綜合指數排序，河莊坪鎮各村農業生態系統綜合指數發展曲線與農業經濟系統發展曲線都呈增長趨勢。總體上，河莊坪鎮各個行政村的農業生態系統指數高于農業經濟系統指數。

圖4 河莊坪鎮各村農業生態系統與農業經濟系統綜合指數變化情況

利用式(3—4) ，對農業生態系統和農業經濟系統綜合指數對計算結果進行非線性擬合，得到：

0.032589051s2+0.13207668s-

0.109432607 (R2=0.986)

(5)

0.12608293s-0.231798512 (R2=0.85)

(6)

式中:Vel,Ven分別為各個村域與前一個村相比的農業生態系統變化速度和農業經濟系統變化速度；s取值范圍為1～14,是以各個行政村的農業生態系統綜合指數按照從小到大排列的樣本分布情況。

利用公式(5—6)計算得出農業生態系統和農業經濟系統耦合度。根據生態功能區劃分以及河莊坪實際情況，對石屹塔的耦合度大致判斷在第一象限。由表2可以發現，河莊坪鎮各行政村農業生態系統與農業經濟系統耦合度分布在4°～267°。

表2 河莊坪鎮各行政村農業生態系統與農業經濟系統耦合度

3.3 系統耦合關系劃分

參考已有研究結果[13]，將河莊坪農村農業生態經濟系統耦合關系劃分為4個類型。(表3)

表3 河莊坪鎮農業生態經濟系統系統耦合態勢及其特征

由表3可知：當0°≤β<90°時，河莊坪農業經濟系統與生態系統耦合關系為協調發展類型。在此類型中，經濟發展與生態系統供給能力相輔相成、協調統一。β=45°時，城郊型農村農業經濟系統與生態系統協調性最佳，且協調性呈現沿向45°兩邊遞減趨勢。其中0<β≤30°時，經濟發展滯后于生態系統改善；30<β≤60°時，雙系統均衡發展期；60<β≤90°時，生態發展滯后，存在潛在發展危機。

當90°<β≤180°時，農業經濟系統與生態系統為耗損發展類型。此時，經濟發展以大量消耗農業資源為基礎，生態系統供給隨著資源被掠奪式利用而降低。隨著β的增大，每單位的生態系統供給所帶來的邊際效益呈遞減狀。即，在該階段，依靠消耗生態資源而發展的農業經濟隨著生態系統供給總量的減少，出現下降趨勢。生態環境受到破壞，農業經濟出現低效益、緩增長。β=180°時，每單位農業經濟增長幅度等于0，生態經濟系統失調度達到臨界點。

當180°<β≤270°時，河莊坪農業經濟系統與生態系統為鉗制發展類型。此時，河莊坪農業經濟系統與生態系統處于內耗，農業經濟的發展繼續縮小且生態環境逐漸惡化。隨著耦合度β的增大，生態資源供給嚴重不足，每單位農業經濟增長幅度出現負值，經濟發展嚴重受到限制。

當270°<β≤360°時，河莊坪農業經濟系統與生態系統為提升修復類型。這一類型中，經濟低速發展，生態系統重創后得以重建。

3.4 河莊坪鎮農業生態經濟系統功能各區特征分析

3.4.1 各功能區下的農業生態經濟系統耦合特征 根據表2與表3，參照已有生態功能區劃分，可發現：設施農業產業主導區與鏈式果園產業主導區整體上農業生態經濟系統耦合關系均為“均衡發展”類型；“三產”城郊融合區行政村多數農業生態經濟系統耦合關系為“均衡發展”類型、個別行政村為“耗損發展”和“鉗制發展”類型。“三產”城郊融合區受城鎮化的影響，經濟以第三產業為主兼少量的高效農業。該區域為河莊坪鎮生活空間，生活環境較好，人員相對集中。在勞動力遷入以及城鎮化的基礎上，該區域資源利用率得到飛速提高，經濟系統與生態系統耦合較多處于均衡狀態。設施農業產業主導區與鏈式果園產業主導區整體經濟系統落后于生態系統。主要原因是設施農業—勞務與鏈式果園產業主導區處于山地地區，退耕林草地覆蓋面積最廣，果園占比最大，整體生態資源豐富；城鎮化造成勞動力遷移減輕了生態的人為破壞，促使生態資源利用率過低。

3.4.2 河莊坪鎮農業生態經濟系統功能各區內部特征分析

(1) 設施農業產業主導區。在此區域內的劉興莊村，耦合度為46.76°處于第Ⅰ象限、30°～60°夾角之間，接近45°，農業生態資源與農業經濟系統為均衡發展類型。劉興莊村的農業生態經濟系統耦合態勢處于協調耦合，主要是因為：劉興莊村地處河莊坪鎮副川道拐溝位置，隨著退耕林地面積覆蓋度增加之后，劉興莊生態資源存量直線上升，且劉興莊位處山地，隨著勞務輸出的增加，人類干擾較少，農業生態經濟系統生態潛力增加。因果樹老化且無養殖技術跟進的山地蘋果被設施大棚取代。且原以便利交通和市場需求而發展大棚蔬菜等設置農業的河莊坪和井家灣，因城鎮化建設逐漸被劉興莊替代。與此同時，以大棚設施農業為主的農業經濟活動，通過產業扶貧項目的驅動減少了通過資源掠奪發展經濟的途徑，同時助增了經濟的發展。

(2) 鏈式果園產業主導區。鏈式果園產業主導區包括以山地蘋果為主業的紅莊和萬莊村兩個行政村，且農業生態經濟系統耦合關系均為“均衡發展”類型。其中，萬莊與河莊坪村政府所在地直線距離為6.4 km，屬于典型的溝道村，地理環境適宜種植果樹。其耦合度為9.49°，生態資源明顯利用不足，經濟發展滯后于生態系統，屬于低質量協調耦合。究其原因：萬莊村行政面積較大，退耕后林草面積率大幅度提升，果園覆蓋面積廣，且位處人類干擾少的山地，農業資源儲量多；成熟的蘋果種植與管理技術以及勞務輸出等增加，進一步降低了對生態系統的消耗，致使資源富裕，利用率較低。紅莊村與河莊坪村政府所在地直線相距4.5 km。其成熟的蘋果種植技術與完善的管理制度，減少了建立在掠奪農業資源發展經濟的必要性。在2020年建立采摘模式的開心農場等經濟項目，調整資源配置、土地利用結構和產業布局。因而形成了生態經濟均衡協調發展態勢。

(3) “三產”城郊融合區。城郊村均位于主川道，以川地為主，被延河貫穿而過，鎮政府坐落于此，距離延安市區較近，交通便利，且為延安市副功能區。根據各個行政村主導產業不同，進一步劃分4類：

① 商貿服務—勞務輸出類。這一類型包括井家灣、石窯、河莊坪、石屹塔、小溝和李家洼行政村。其中井家灣距離城市最近，在征地帶動下，經濟發展以民宿、農家樂為主。隨著民宿、農家樂經營者增多，主導產業模式逐漸穩定，伴隨疫情的影響，出現經濟低效發展的現象。由于退耕以及城鎮化建設推進緩解的生態系統以及增加的生態資源，未被有效利用，產生資源閑置。石窯、河莊坪、石屹塔，因棚戶改造完善了住宿、道路等基礎設施建設，提供就業崗位以及產業生產的便利，增加了經濟收入，同時改善了生態環境。在棚戶改造貨幣補償的政策下取得發展原始資本，減少了對生態資源破壞的可能性，在退耕進一步影響下，生態系統逐步恢復。經濟與生態系統均衡發展。小溝村隨著土地整治、征地擴建，土地面積大幅度減少。一方面，征地補償帶來了部分經濟收入，同時增加了勞務輸出，整體經濟向上發展。另一方面，土地的減少促使生態資源減少、生態退化。小溝村生態經濟系統耦合關系為耗損發展類型。李家洼行政村的生態經濟系統耦合關系為鉗制發展類型。受城鎮化影響，李家洼務工為主兼并個體戶。人均基本農田58 m2，廣泛退化的生態制約了經濟發展。

② 勞務輸出類。這一類型包括陳團溝，崔屹嶗、李家灣行政村。其中，陳團溝生態經濟系統耦合關系為協調發展類型，農業經濟系統發展農業生態系統。退耕影響下，林草面積達到81%。但由于該村以勞務輸出為主，且老化果園閑置，生態資源富余嚴重，利用率低，造成資源浪費。崔屹嶗同為經濟支撐為勞務輸出的行政村，但農業生態系統與農業經濟系統耦合協調、整體潛在發展危機。從實際調查情況來看：崔屹嶗2020年出現珍珠雞和土雞養殖，產業種類增加，退耕還林還草所積累的林草資源提供于養殖業，促進了農業經濟的增長。與此同時，應提高資源利用率，緩解潛在生態系統發展速度減慢的危機。李家灣為生態經濟均衡發展類型。隨著2005年的招商引資，李家灣經濟系統發展速度逐年加快，退耕帶來的生態系統資源也逐步提升。實際調查情況中，李家灣人均農業收入為較低，全部為自給自足的農業種植，整體屬于低耦合效果。

③ 大棚設施農業類。結合延安市和國家的退耕政策，康家溝林草覆蓋率達到80.1%，推動生態資源快速積累，然而康家溝的農業生態系統與農業經濟系統耦合處于較低水平。主要原因是以大棚設施農業為支柱產業的康家溝，林草資源與畜牧業產業鏈缺失，生態資源實際利用小于可利用量。

④ 大棚—勞務類。這一類型包括趙家岸、解家溝行政村。趙家岸耦合度為9.53°，為低水平的協調耦合類型。2020年趙家岸僅存養殖全部變賣，導致退耕增加的資源無對口產業。與此同時，務工人數增加，導致人力資源減少，生態資源使用率進一步下降。2020年投資38萬元的采摘園初步營業，經濟收支仍未平衡。解家溝為生態經濟協調發展類型，但資源未能有效利用。解家溝屬于川地地區，地形平坦，村域內耕地較多，人均耕地1 000 m2，村內的山地全部退耕，生態環境好，生態系統發展速度快。但種植技術欠缺，且外出務工變多，農戶文化水平較低，造成資源閑置不能很好利用。

4 討論與結論

退耕還林以及城鎮化的發展，河莊坪鎮生態農業得到迅速發展。按照不同的主導產業，結合生態功能、“三生”理念和實際，將研究區域劃分為3個區域：城郊“三產”融合區、鏈式果園產業主導區、設施農業產業主導區。3個功能區整體上均為均衡發展類型。

各個分區內各行政村的協同程度不完全一致，且各行政村的農業生態經濟系統耦合關系覆蓋了多種類型。其中：城郊“三產”融合區各村耦合度跨服大，功能區包含了協調發展、耗損發展以及鉗制發展3種耦合類型；鏈式果園產業主導區既包含低效協調發展類型的萬莊村域又存在高效均衡發展的紅莊村；設施農業的劉興莊耦合為協調發展類型，且耦合度接近最佳。保證生態功能基礎上發展經濟的前提下發展同一主導產業，產生不同生態經濟系統協調程度，究其原因主要是：退耕政策下，不同區域林草等生態資源儲量不同，所提供生態發展資源幾處不同，造成經濟發展程度不同；相等生態系統背景下，資源利用率不同以及產業與資源一致性不同，造成經濟系統與生態系統耦合程度不同。所以，如何進一步明確表征城郊型鄉村生態經濟系統耦合過程并制定發展模式，成為下一步要解決的問題。使用耦合度模型來研究空間位置上河莊坪鎮各個生態功能區的農業系統耦合特征，驗證了“空間代替時間序列”建立耦合度模型的可行性。以上分析同時表明：通過對“河莊坪鎮生態經濟系統耦合特征”分析與診斷，對于判定“城郊型鄉村生態經濟”互動關系以及未來發展方向具有重要的參考意義。

致謝：感謝李奇睿老師在選題、研究過程中的幫助!