陜北退耕區農業產業-資源系統耦合機制演變過程分析

成思敏, 王繼軍, 李茂森, 李 玥, 喬 梅

(1.中國科學院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100; 2.西北農林科技大學, 陜西 楊凌 712100; 3.中國科學院大學, 北京 100049)

陜北退耕區屬于限制開發區中的重點生態功能區，同時承載著生態環境建設和社會經濟可持續發展的二重壓力[1]。因而，該區域經濟(產業)—生態(資源)之間的關系[2-6]、產業—資源耦合模式[7-8]、產業—資源耦合效果的評價[9-10]等是長期以來學術界關注的熱點。有學者認為，陜北退耕區產業—資源互動關系大體經歷了“生態惡化—生態經濟相互調節適應—生態經濟良性互動”的過程[11]，目前，在農業資源的利用過程中，又在一定程度上忽視了農業生態經濟系統內部產業鏈與生態鏈直接的共生耦合關系，導致產業鏈與生態鏈局部割裂，資源浪費與資源短缺并存[12]，農業產業—資源系統運行不穩定，其主要動因之一是系統運行機制調控不合理所致。關于這一點，目前學術界重點對驅動要素進行了探討，基本明確了主要驅動要素及其作用[13-14]，但是驅動要素并不等同于驅動(耦合)機制，無法深入到系統運行的本質，揭示系統運行的規律與路徑。而全面認識和理解農業產業—資源系統耦合機制是加強產業—資源耦合與管理、發現系統運行問題的前提，也是解決系統矛盾保持其可持續發展的基礎[15]。因此，為了對陜北退耕區農業產業—資源系統更好的調控，保持農業產業—資源有序發展，必須明確系統耦合狀態變化的原因，即退耕區農業產業—資源系統運行的耦合機制及其演變過程。

基于此，本文結合研究區域時代背景，分析陜北退耕區農業產業—資源耦合機制的演變及對系統的調控，理解系統的運行機制，以便對系統耦合過程中出現的一些問題進行診斷，指導退耕區生態環境的恢復、自然資源的高效利用和產業經濟的發展。

1　農業產業-資源系統耦合機制的內涵與特征

農業產業—資源耦合系統指通過社會系統合理、科學地干預和調控使生態(農業資源)、經濟(農業產業)和社會系統間相互作用，滿足生態系統負反饋機制和經濟社會系統正反饋機制，3個系統相互促進，構成的具有特定結構、功能、目標的開放復雜系統[15]。自然資源是系統的能量來源和物質基礎，并提供耦合的生態范圍；農業產業根據資源特性和稟賦對其進行開發加工，促進水土等資源的合理配置，發揮資源多種功能，使其轉化為社會所需物品[16](圖1)。

因而，農業產業—資源系統耦合機制是由推動農業產業、農業資源耦合的動力機理，以及維持和改善這種作用機理的各種生態關系、經濟關系、組織制度等構成的系統[17]。農業活動利用水土等自然資源及外界輸入的物質能量進行再生產，農業資源系統能否被有效利用發展成為產業系統，進行商品輸出，取決于在當時背景下耦合機制的調控。耦合機制可通過調控資源利用的強度和方向，來改變系統耦合的路徑。例如，陜北退耕區曾為解決溫飽需求大規模開墾土地生產糧食，超過了當時生產技術背景下土地資源的承載力，造成廣種薄收、水土流失，后經科技投入地力恢復，并逐漸減小對土地資源的壓力，使得糧食單產增加，這是耦合機制調控資源利用強度的一種表現。耦合機制也可通過改變資源利用的方向調控產業資源之間的耦合關系，如荒山坡土地資源，其上所生長的生態林和草地在自然狀態下可發展牧業，而1999年封山禁牧政策下，林草資源被保護，耦合機制強制改變農業資源的利用方向，林草—放牧產業鏈斷裂。又如農業資源系統天然具有的碳匯功能，若沒有建立起與之相應的耦合機制，其經濟價值易被忽視，若將清潔發展機制(CDM)納入到耦合機制中，則可發展為碳匯產業到市場上進行交易，實現自然資源生態功能的經濟顯化[18]。耦合機制通過調控農業產業—資源系統運行，打破原有各個子系統的界限，以構成要素的自然關聯和信息自由流動為原則，改變耦合的方向和強度，將關聯要素重新配置，形成具有自組織結構、系統內各要素具有能動性的“活”的主體系統(圖1)。

圖1　農業產業-資源耦合系統

依據農業產業—資源耦合機制的概念和內涵，其特征主要表現在以下3個方面：

(1) 耦合機制存在于相應的耦合載體中。農業產業—資源系統是一個開放的灰色系統[19]，為維持系統穩定，耦合機制需依賴一定的載體(即農業產業—資源系統耦合載體)對系統進行調控，以保障系統物質能量的有效輸入及流動，其載體具體分為技術載體、制度載體、市場載體(圖2)。技術載體即可改善土地利用方式和資源生產的科研成果和應用于種植業、林果業、畜牧業等方面的實用技術，為農業產業—資源系統提供技術支持；制度載體指涉及農業產業—資源系統的生態經濟制度和國家政策等，例如涉農政策在一定程度上決定農戶對農業資源的利用方式，直接或間接刺激農業資源量的變化，同時影響產業系統的經營方式，并為農業產業—資源系統耦合機制提供制度保障；市場載體：商品產出直接依賴于農村市場體系發展程度的高低、流通渠道的通暢與否。農業產業—資源系統3個耦合載體的不同強度組合會影響耦合機制作用范圍及大小，進而影響農業產業—資源系統的耦合效果。

圖2　農業產業-資源系統耦合機制的載體

(2) 耦合機制具有相對穩定性與階段性。受不同社會經濟背景下供需關系、政策條件、人為波動等的影響會產生不同的農業產業—資源系統耦合機制，其調控下產業—資源會有不同的配置，相應有不同的耦合形式，耦合形式分為單一線耦合、多維鏈耦合、網耦合。單一線耦合形式是區域資源單一性的開發利用而形成的單條產業—資源線耦合；多維鏈耦合形式是對資源開發向綜合化方向延伸，形成由資源和技術構建的多條產業—資源鏈；網耦合形式指多條產業—資源鏈間互動形成產業集聚，是產業資源耦合的最高形式。從發展過程來看，三者螺旋式上升，波浪式前進，存在著生產方式升級和資源利用率提高的內在聯系過程。但是，若在各個耦合機制調控下，產業與資源之間的矛盾不可協調，將導致農業產業—資源系統衰退，這種情況不符合社會發展規律，只在理論上出現。由圖3所示，OA段的單一線耦合經過一定時間的發展才能到達AB段的多維鏈耦合，說明耦合機制在一定時間范圍內具有穩定性；長時間看來，農業產業—資源系統會有單一線耦合、多維鏈耦合、網耦合3種不同的耦合形式，說明耦合機制又隨著經濟水平的提高而具有階段性。

(3) 耦合機制的調控效果具有滯后性。耦合機制保證耦合模式的構建及正常運轉，在同一種機制作用下，耦合模式的形成過程分為模式構建期、模式調試運行期、模式形成期。以OA段單一線耦合為例，oa段的資源條件一定程度上有礙于農業生產，在耦合機制的干預下對資源進行簡單優化配置，構建單一線耦合形成的基礎，經過一系列的調試(ab段)，最終到達bc段，單一線耦合成熟運轉。雖然OA段產業—資源表現形式不盡相同，但均是在同一種耦合機制的調控下形成的。之后在新的背景下，更高一級的耦合機制應運而生，指導或調控此背景下農業產業—資源的耦合。

圖3　農業產業-資源系統耦合發展及耦合形式概念

綜上，農業產業—資源系統耦合機制是實施農業產業管理的前提，是對各個子系統間聯系方式、相互作用和運行質量的保障，是農業產業—資源系統耦合發展的助推器，良性耦合機制可增強系統穩定性，提高農業資源利用效率[20]。

2　退耕區農業產業-資源系統耦合機制類型

有學者根據是否有技術和經濟手段的參與，將生態經濟系統的耦合機制劃分為自然耦合機制(定向耦合機制、穩定耦合機制、分離式耦合機制)和能動耦合機制(適應式耦合機制、塑造式耦合機制、折中式耦合機制)[21]。該劃分以技術經濟(即本文所提到的耦合機制的技術載體)的發展為主線，將生態經濟系統內的資源要素與系統外的制度、市場等要素分離開來，忽視了區域生態經濟社會背景對系統的影響，即本文所提到的制度載體和市場載體。但隨著社會生產力的發展，系統內外各要素已經融為一體，共同對生態經濟系統起作用，因而需要系統地、完整地考慮機制的構成要素，以便分析和解釋農業產業—資源系統耦合的演變過程。

結合“耦合機制存在于相應的耦合載體中”這一特征，從系統內外配合的角度，結合技術、制度、市場3個耦合載體的不同強度及范圍，根據所要實現目標的不同，將陜北退耕區農業產業—資源系統耦合機制分為單一線型耦合機制、多維鏈型耦合機制、網型耦合機制3種類型。

2.1　單一線型耦合機制

單一線型耦合機制即圍繞單一目標，將技術、制度、市場等要素融合起來的，集中作用于為實現這一目標的農業產業(生產項目)—資源耦合系統中，其中的農業產業(生產項目)只是系統中一部分，且其他潛在產業所依賴的資源都圍繞這一單一目標所確定的產業的需求而被開發、利用或閑置。在陜北退耕區，20世紀80年代之前在該機制的調控下實現糧食需求這一目標。當時技術載體主要依賴傳統粗放型耕作方法(深翻土地等)，對農業資源的改造程度低，保障糧食生產為目的的政策是其耦合制度載體，農產品市場交易不活躍，流通性較差。在單一線型耦合機制調控下，制度載體起主導作用，市場載體和技術載體作用力度弱，陜北退耕區農業產業—資源系統借助系統內的自然資源進行物質生產，將所有能量、物力集中于糧食生產上，主要調控路徑為：荒山坡地—糧食作物—種植業；遠村梯田—糧食作物—種植業；川地、近村梯田—糧食作物—種植業，屬于單一線耦合形式。

在陜北退耕區，該機制的具體調控過程主要經歷了3個階段。陜北退耕區曾經植被良好，因而初期以相對充足的自然資源為基礎，以尚可更新的土地生產力為保障，土地資源與種植業低級協調，糧食生產僅能滿足自給，自然經濟發展落后。中期，為解決溫飽問題，產業系統對自然資源等物質與能量的需求無限增長，而資源系統所能提供的生物量、資源量有生態閾值，僅利用土地資源來進行糧食生產，技術載體無法對系統進行外部投入以平衡生態系統超過閾值的損失，導致資源系統惡化。此時，陜北退耕區資源系統內草地退化、耕地質量下降，阻礙產業系統的發展。后期，由于忽視了資源產業在性質、結構、功能等方面的差異及相互作用關系，使陜北地區生產能力急劇下降，產業系統種植業單一，水土流失嚴重、人口多而糧食低產是其主要矛盾。生態與經濟相悖，農業產業—資源矛盾對立。在人多糧少的背景下，根據馬斯洛需求理論[22]，滿足人類的溫飽是第一需求，因此，耦合機制的調控路徑仍為利用現有資源大力發展種植業，陜北退耕區廣種薄收，愈窮愈墾，愈墾愈窮成為一種必然[23]。

2.2　多維鏈型耦合機制

多維鏈型耦合機制即圍繞多目標需求，將技術、制度、市場等要素融合起來，作用于為實現這一目標的農業產業(生產項目)-資源耦合系統中，但只有在這些目標的實現路徑相容時，耦合機制中的要素在多目標調控過程中才是有序的，反之，耦合機制中要素在多目標調控過程中會出現無序或沖突。陜北退耕區退耕還林后，追求生態效益、經濟效益雙重發展就屬于該機制的調控。當時農業技術不斷涌現，“四荒地”產權制度、“退耕還林還草”、“封山禁牧”等政策為耦合機制提供了制度載體，改革開放后市場經濟的發展使耦合機制的市場載體發育良好，農業產業—資源系統耦合機制升級為多維鏈型耦合機制，以技術載體、制度載體為主，調控的目標是通過恢復生態狀況，因地制宜改造農業資源條件，按照農業資源的適宜性多維度發展農業產業。主要調控路徑為：荒山坡地—生態林、草地—畜牧業；遠村梯田—經濟林—林果業；川地、近村梯田—糧食作物、設施蔬菜、經濟作物等—種植業。農林牧各產業多元化發展，屬于多維鏈耦合形式。

在陜北退耕區，到目前為止，該耦合機制的調控分為兩個階段。第一階段，建立產業多元化發展的基礎，恢復失衡的農業產業—資源系統。由于在單一線型耦合機制的作用下，農業資源狀況惡化，水土流失嚴重，因此多維鏈型耦合機制首先借助一定的技術及措施，如淤地壩、基本農田建設、邊坡防護、植樹種草等耦合技術載體，及制度載體中組織領導和政府國家投入的治理經費，通過系統外物質能量的輸入，逐步恢復林草植被，保土蓄水，減少水土流失。同時，退耕還林政策這一制度載體的“個體承包”適應了農村產業結構調整和農業資源合理配置對農業經營形式的需要，形成“責、權、利”統一的經營管理機制，誰退耕還林還草、誰管理、誰受益[24]，提高了農戶退耕保護管理林草資源的積極性和可持續性。第二階段，耦合機制調控農業產業—資源的配置形式，以資源作為產業發展的基礎，退耕還林還草政策，促進了以土地資源為中心的農業資源的重新配置，使得產業結構調整，通過農業勞動力分工，重新安排生產結構和布局。如陜北退耕區安塞縣光照充足，日照百分率達54%，晝夜溫差大，發展山地蘋果產業，將光熱資源優勢轉化為經濟優勢。耦合機制多維調控，農林牧綜合發展，商品市場流通率高，保障了產品的商品化輸出。然而，該耦合機制的調控，減弱對林草資源的利用強度，林草生態系統僅發揮生態功能，如：涵養水源、森林防護、固碳釋氧等，在經濟方面沒有產出，在實現多目標的過程中造成系統局部沖突。

2.3　網型耦合機制

網型耦合機制即圍繞多目標需求，通過技術、制度、市場等要素的優化耦合，形成耦合機制中相關要素的合理配置和有序運行，作用于農業產業(生產項目)-資源耦合系統中，滿足多目標實現的最佳和有效路徑需求，進而促進多目標整體的最大化。網型耦合機制的技術載體基于旱作農業生產經營技術、保護性耕作技術等，工業反哺農業城市支持農村、推進農村城鎮化進程等政策為耦合機制提供了制度載體，農村市場要素健全為耦合機制提供了良好的市場載體。由于在多維鏈型耦合機制的調控下，退耕林草資源按照自然規律進行演替,形成了時空有序、開放性的自組織穩態結構,達到生態系統本身固有的平衡[25]。農業生產條件隨之改善，因此，該機制調控的目標是基于良好的生態環境，深入挖掘區域的潛在資源(如生態系統的碳匯功能)，充分掌握資源的耐性和穩定性閾值變化規律，最優配置資源，增強區域專業化生產，主要依賴技術及市場載體，形成現代規模化農業產業體系，有效實現生態經濟雙目標。主要調控路徑為：荒山坡地—生態林、草地—畜牧業、碳匯產業；遠村梯田—經濟林—林果業、碳匯產業；川地、近村梯田—糧食作物、設施蔬菜、經濟作物等—種植業、碳匯產業，雖調控方向變化不大，但增加了碳匯產業，且在耦合技術的作用下種植業、畜牧業、林果業各產業有效組合互動作用強，形成區域農業集聚化生產，達到產業—資源網耦合形式，即所要追求的農業產業—資源系統良性耦合機制。

3　陜北退耕區農業產業-資源系統耦合機制演變及作用效果

紙坊溝流域在陜北退耕區具有典型的代表性，先后成為陜西省科技攻關、“七五”至“十五”國家科技攻關黃土高原綜合治理試驗示范基地，在長期的研究過程中積累了農業產業—資源系統運行過程的相關資料，為此，選取紙坊溝流域為研究對象進行陜北退耕區農業產業—資源系統耦合機制作用過程的實證。

3.1　紙坊溝流域概況

紙坊溝流域(36°51′30″N，109°19′30″E)隸屬于黃土高原北部的陜西省延安市安塞區，海拔1 068～1 309 m，屬于黃土丘陵溝壑區第二副區，暖溫帶半干旱氣候，年均降水量500 mm左右，年內分布不均，多暴雨，流域內梁峁起伏，地形破碎，集水面積8.27 km2，溝壑密度達8.06 km/km2，是延河支流杏子河下游的一級支流。梁峁地、溝坡地和溝谷地3種地形分別占流域總面積的35%，61.5%和3.54%[26]。

流域內有紙坊溝、寺崾峴和瓦樹塌3個自然村。2015年，流域有124戶、598人，人均基本農田0.107 hm2，農林牧純收入1 817 100元，占總收入的42.8%，人均純收入7 102.2元/人。在農業產業—資源系統內，不同區位發展模式不同，紙坊溝村屬于“川地+溝坡地”類型區，按照“農—副”型模式發展高效設施農業(大棚)；寺崾峴屬于“塌地+溝坡地”類型區，瓦樹塌村屬于“溝坡地”類型區，兩村均按照“果—農、草—牧”型模式發展[27]，果業效益顯現，目前果業收入占總收入的15.1%。流域內糧食作物包括玉米、馬鈴薯、谷子、糜子、豆類等，以玉米為主；經濟果木包括蘋果、山楂、核桃、棗等，以蘋果為主。養殖畜禽品種包括羊、牛、豬、雞等。

3.2　紙坊溝流域農業產業-資源系統耦合態勢變化及耦合機制演變

通過對1938年以來紙坊溝流域農業產業—資源系統耦合狀態變化過程的簡要分析，對照其調控過程與耦合機制類型的對應關系，明確主要時期耦合機制類型及其演變情況，為良性耦合機制奠定基礎。

3.2.1紙坊溝流域農業產業—資源系統耦合態勢變化過程簡述1938年左右，流域人口少，川臺地及近村緩坡地上低強度低密度耕種即可滿足糧食需求，耕墾指數僅13.4%，林草覆蓋率76.5%(圖4)，糧食單產1449kg/hm2(圖5)。農業生產在土地資源的恢復范圍內，土地可自我更新，生態系統處于動態平衡狀態。到1958年，20 a間人口增長迅速，耕墾指數51.5%，農耕地擴大2.8倍，土地生產力降低，單產由1 449 kg/hm2降到415.5 kg/hm2，從圖4中可看出，1938年農林牧土地利用比例為1∶3.8∶1.9，林草豐富，而1958年土地利用急劇變為1∶0.01∶0.7。水土流失嚴重，流域資源條件惡劣。之后，三年自然災害及政策影響下繼續單一抓糧食生產，糧食單產僅375 kg/hm2，溫飽成為問題，農民只能繼續開荒，系統無法通過內部的自組織和反饋機制得以恢復，同時沒有物質科技投入，導致惡性循環。

1973年，科技人員對紙坊溝流域進行水土保持綜合治理，到1975年耕墾指數降為42.9%，林草覆蓋率45.4%，生態有所改善。然而，1981年實行的農業生產責任制缺乏配套政策，出現新一輪開荒，1983年耕墾指數擴大到47.9%，林草覆蓋率降至40.1%。“六五”后期到“七五”期間，紙坊溝流域列入陜西省和國家重點科技項目。依托國家治理經費(圖6)，調整農林牧土地利用結構，由1983年1∶0.3∶0.5恢復到1990年1∶0.9∶1.2(圖4)。產業方面，科技人員在坡地修筑梯田，種果樹；農民開始對農業生產進行管理投資(圖5)，由單一種植糧食逐漸調整為種植業、林果業、畜牧業綜合生產。1995年，果樹老化、人工牧草地退化影響了果業、畜牧業發展。1999年，退耕還林使大量耕地轉變為林草地(圖4)，種植業受到波動，封山禁牧政策影響以放養為主的畜牧業。2001年，進行農業產業結構的調整，重視設施大棚蔬菜和西瓜，畜牧業舍飼養殖也有一定程度的發展。如今紙坊溝流域林草覆蓋率基本保持在80.3%左右，農民在農業生產中的投入不斷增加(圖6)，農業產業結構穩定性波動上升，已進入生態經濟良性循環發展階段。

圖4　農林牧土地利用結構變化

圖5　糧食單產變化

圖6　農民投入資本變化

3.2.2紙坊溝流域農業產業—資源系統耦合機制類型及發展近80 a來，紙坊溝流域農業產業—資源耦合系統先后受到了不同類型耦合機制的調控，耦合態勢經歷了“協調—相悖—穩定發展”3個階段[11,28-29]。

圖7 國家資本投入情況

從“協調”到“相悖”階段可看出，當時以糧食生產為單一目標，制度載體主要保障糧食產量，依賴粗放型農業技術載體，僅利用現有的土地資源，市場載體作用較弱。這個過程受到了單一線型耦合機制的調控，由于“耦合機制的調控效果具有滯后性”這一特征，調控效果從1938年持續到1973年，系統經歷了農業產業—資源協調、相悖、矛盾3個運行狀態。1973年，生態系統被破壞到無法通過自修力來恢復，因此，通過土地整治、水土保持等農業產業—資源系統外部的能量輸入促進其正常運轉，同時，化肥、農藥等生產技術的進步也使得農業產量不斷提高，國家投入治理資金，退耕還林政策等制度保障資源生態的恢復，系統目標變為恢復生態、發展經濟并重。該階段受到多維鏈型耦合機制的調控，調控的過程是漫長波折的，從1973年開始持續至今，農業產業—資源系統耦合狀態主要經歷了農業產業—資源恢復、農業產業—資源穩定發展階段，農林牧產業各自發展呈鏈耦合形式。

綜上，紙坊溝流域農業產業—資源系統的變化主要受到了單一線型耦合機制、多維鏈型耦合機制的調控，這充分證實了退耕區農業產業—資源系統耦合機制對系統運行的調控作用。紙坊溝流域農業產業—資源系統目前雖處于穩定發展狀態，但從生態經濟角度看，豐富的林草資源僅發揮了生態功能，沒有在閾值范圍內發展畜牧業，農業資源系統天然的碳匯功能也沒有轉化為經濟效益，因此，并沒有達到資源的最優配置，也未將自然資源優勢和生態環境優勢有效地轉化為商品優勢和經濟優勢。同時，農林牧各農業產業間沒有互動聯系，只是單一的鏈式發展，未形成產業綜合效益。

4　結論與討論

農業產業—資源系統耦合機制是在區域性特定社會經濟背景的變化和驅動力作用下產生的[30]，通過改變農業資源利用的強度和方向來調控農業產業—資源系統的運行。同時，耦合機制是一個動態變化的過程，陜北退耕區基于不同的耦合載體，有單一線型耦合機制、多維鏈型耦合機制、網型耦合機制3種類型，系統相應出現單一線耦合、多維鏈耦合、網耦合等形式。

紙坊溝流域先后經歷了單一線型耦合機制和多維鏈型耦合機制的調控，系統目標由單一生產糧食為主的經濟效益轉化為生態、經濟效益并重，產業系統由單一的種植業發展為農林牧多元化產業，農業產業—資源系統從單一線耦合形式轉變為多維鏈耦合形式，農業產業—資源系統耦合態勢發生重大變化。目前仍處于多維鏈型耦合機制的調控中，資源—產業基本處于協調狀態，但豐富的林草資源僅發揮了生態功能，農業產業—資源系統天然的碳匯功能也沒有轉化為經濟效益，從側面反映出在多維鏈型耦合機制的調控下系統的運行有潛在的危機，未將各個目標有效組合，單純為了生態目標而忽略了林草資源的經濟價值和碳匯的經濟效益，未達到最有效的產業—資源配置狀態。因此，下一步應著重構建與現階段農業產業—資源相適應的、多目標有效組合的網型耦合機制,將生態目標與經濟社會目標融為一體,調控農業產業—資源系統良性運行,為退耕區域生態文明建設奠定基礎。

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