基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的中國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)性實證測算與預(yù)警

羅海平 潘柳欣 宋焱 王新悅

摘要：區(qū)域的糧食生產(chǎn)與生態(tài)價值存在相互促進和制約的特殊關(guān)系。本研究基于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值ESV范式構(gòu)建了生態(tài)農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)度EAH模型，進而對中國糧食主產(chǎn)區(qū)（河北、內(nèi)蒙古遼寧、吉林、黑龍江、江蘇、安徽、江西、山東、河南、湖北、湖南、四川）糧食生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)性進行實證研究和預(yù)警預(yù)測。研究發(fā)現(xiàn)，2017年中國糧食主產(chǎn)區(qū)總體協(xié)調(diào)度為1.27，處于中度協(xié)調(diào)水平，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)性較差，錯位現(xiàn)象較為嚴重。從動態(tài)屬性看，研究期間農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)性形成了以2013年為拐點的倒U型趨勢，當前糧食生產(chǎn)與生態(tài)服務(wù)價值協(xié)調(diào)性逐年下降，灰色系統(tǒng)GM（1，1）預(yù)測顯示，相比2011-2017年，2019-2025年農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)性呈逐漸弱化趨勢。從空間屬性看，糧食生產(chǎn)與生態(tài)服務(wù)價值存在較為突出的地理空間分異和不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;糧食安全;協(xié)調(diào)度

中圖分類號：X826文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2020）03-0760-09

Measurement and warning of agro-ecological coordination in China′s major grain-producing areas based on ecosystem service value

LUO Hai-ping1，PAN Liu-xin1，SONG Yan1，WANG Xin-yue2

（1.Research Center of Central China Economic and Social Development， Nanchang University， Nanchang 330027，China;2.School of Management， Sichuan Agricultural University， Chengdu 611100， China）

Abstract：There is a special relationship between regional food production and ecological value. Based on the paradigm of ecosystem service value （ESV）， an ecological agriculture coordination degree model was constructed， and then the coordination between food production and ecological environment in major grain-producing areas（Hebei， Inner Mongolia， Liaoning， Jilin， Heilongjiang， Jiangsu， Anhui， Jiangxi， Shandong， Henan， Hubei， Hunan， Sichuan） was studied and predicted. The results showed that the overall coordination degree of China′s major grain-producing areas was 1.27 in 2017， which was at the level of moderate coordination. The agro-ecdogical coordination in major grain-producing areas was poor， and the dislocation was serious. From the perspective of dynamic attributes， the agro-ecological coordination during the study period formed an inverted U-shaped trend with 2013 as the inflection point. The coordination between current food production and ecological service value was declining year by year. The gray system GM（1，1） prediction results showed that the coordination in 2019-2025 was gradually weakening compared with that in 2011-2017. From the perspective of spatial attributes， the value of food production and ecological service was not coordinated in geographic space.

Key words：ecosystem service value;food security;coordination degree

中國作為農(nóng)業(yè)大國，同時也是全球第一糧食消費大國，2018年中國的年糧食進口量為1.08×108 t。黨的十九大報告提出：“要確保國家糧食安全，把中國人的飯碗牢牢端在自己手中。”但隨著自然、人為等多種原因?qū)е律鷳B(tài)環(huán)境惡化，生態(tài)問題成為影響和制約糧食安全問題的重要因素。農(nóng)業(yè)生態(tài)安全是糧食安全的基礎(chǔ)和支撐。糧食安全與生態(tài)安全協(xié)調(diào)性的研究隨著對二者內(nèi)涵與關(guān)系認識的深入而逐步深入。

（1）概念內(nèi)涵上糧食安全與生態(tài)安全的一致性研究。1983年聯(lián)合國糧農(nóng)組織通過了“讓所有人在任何時候都能獲得充足的糧食”的“糧食安全”定義。在強調(diào)“充足糧食”目標狀態(tài)的同時明確了實現(xiàn)糧食安全的可持續(xù)性要求。長期以來，糧食安全研究中生態(tài)視角的研究一直是不可或缺的一環(huán)。Common等[1]研究認為，農(nóng)業(yè)未來必然轉(zhuǎn)向生態(tài)農(nóng)業(yè)。Brown[2]同樣認為，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)出路在于改進農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。富蘭克林 [3]則提出糧食安全保障不能超出生態(tài)生產(chǎn)潛力，不能對整個生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成威脅。而Daily等[4]、Egoh等[5]、Lautenbach等[6]則提出并構(gòu)建了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（ESV）的概念和模型，提出糧食供給作為生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品的直接價值，實現(xiàn)了糧食與生態(tài)研究的理論融合。

（2）價值范疇上的糧食安全與生態(tài)安全協(xié)調(diào)性研究。一是將生態(tài)安全視為糧食安全的重要組成。翟虎渠[7]將糧食安全解構(gòu)成“糧食的數(shù)量安全、糧食的質(zhì)量安全和生態(tài)安全”，并將生態(tài)安全視為糧食安全可持續(xù)化的保障。王國敏等[8]區(qū)分了廣義和狹義的糧食安全，并將生態(tài)安全納入廣義糧食安全范疇。胡岳岷[9]則置生態(tài)安全與糧食的數(shù)量安全、品質(zhì)安全與健康安全于一體。黎東升等[10]則將貿(mào)易安全納入與生態(tài)安全、產(chǎn)品安全、資源安全的“四位一體”糧食安全體系;二是將生態(tài)安全作為研究糧食安全的視角和維度。邱建軍等[11]認為，生態(tài)安全是糧食安全的基礎(chǔ)。倪國華等[12]提出從生態(tài)安全與食品安全維度審視糧食安全;三是將生態(tài)作為影響糧食安全的重要因子，其中主要側(cè)重生態(tài)中土地資源與氣候變化對糧食安全的影響研究[9，13-14]。

（3）測度與評價方法上的糧食安全與生態(tài)安全協(xié)調(diào)性研究。田克明等[15]通過構(gòu)建農(nóng)用地生態(tài)安全評價方法研究土地生態(tài)安全對糧食安全和經(jīng)濟安全的影響機制。劉渝等[16]則制定了水資源生態(tài)安全和糧食安全雙重安全評價體系，通過指標間的關(guān)系分析水資源生態(tài)安全與糧食安全關(guān)系。何玲等[17]利用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和糧食安全標準進行生態(tài)安全底線測算。楊建利等[18]應(yīng)用系統(tǒng)綜合評價法構(gòu)建糧食安全評價指標體系，并發(fā)現(xiàn)糧食生產(chǎn)活動對土地生態(tài)服務(wù)價值存在較強反作用。同樣謝高地等[19]發(fā)現(xiàn)耕地生態(tài)服務(wù)價值與生態(tài)效率在陸地生態(tài)系統(tǒng)中最低。宋利娜等[20]則進一步實證了糧食作物種植和生長給耕地以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值帶來損失。

目前，國內(nèi)外對糧食安全和生態(tài)安全協(xié)調(diào)性研究要么立足于單一某省或某縣市，要么立足全國。而對于糧食產(chǎn)量長期保持在全國70%左右，歷年糧食增產(chǎn)貢獻率達95%，同時在《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》中列入中國最重要生態(tài)屏障區(qū)的13個糧食主產(chǎn)區(qū)（河南、河北、內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、江蘇、山東、湖北、湖南、江西、安徽、四川）的糧食生產(chǎn)與生態(tài)協(xié)調(diào)性的研究則較少，從而導(dǎo)致研究要么缺乏代表性要么缺乏普遍性。為此，本研究基于國際上成熟的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值研究法測算并預(yù)警糧食主產(chǎn)區(qū)生態(tài)-農(nóng)業(yè)的協(xié)調(diào)性，對確保中國生態(tài)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展具有重要意義。

1ESV范式下的農(nóng)業(yè)生態(tài)價值協(xié)調(diào)度的EAH動態(tài)預(yù)測模型

1.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值ESV動態(tài)模型

為表征生態(tài)系統(tǒng)的服務(wù)價值，主要方法包括單位面積服務(wù)功能價格法和基于Costanza模型的單位面積當量因子法，由于Costanza模型標準統(tǒng)一，易于度量，本研究選用Costanza模型來計算生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（ESV），其核心是將單位面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)糧食生產(chǎn)的價值記為當量“1”，通過謝高地等[19]構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子表計算單位面積各生態(tài)系統(tǒng)的各類生態(tài)服務(wù)功能的服務(wù)價值Eij：

式中eij和Eij分別表示單位面積不同生態(tài)系統(tǒng)的各類生態(tài)服務(wù)功能的當量因子和服務(wù)價值;i表示生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，共9類，分別為食物生產(chǎn)、原材料供給、土壤形成與保護、氣候調(diào)節(jié)、氣體調(diào)節(jié)、廢棄物處理、文化服務(wù)、水源涵養(yǎng)、生物多樣性保護;j表示陸地生態(tài)系統(tǒng)的類型，共6類，分別為園地、草地、林地、濕地、耕地和未利用地。t為評估年份;pk為k作物評估年份的全國平均價格（元，1 t）;qk為k種作物單產(chǎn)（t/hm2）;mk為k種作物的糧食播種面積（hm2）;M為糧食作物播種總面積（hm2）。

ESV動態(tài)模型是在Costanza模型的基礎(chǔ)上經(jīng)過空間異質(zhì)調(diào)整和社會發(fā)展調(diào)整而來的，使生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能能夠體現(xiàn)時空差異性和社會經(jīng)濟發(fā)展狀況：

式中St表示研究區(qū)Tt時期空間異質(zhì)系數(shù);Tt表示t時期研究區(qū)支付意愿系數(shù);g和G分別表示研究區(qū)與全國的單位面積糧食產(chǎn)量;w和W分別表示研究區(qū)與全國的單位面積林分蓄積量;h和H分別表示研究區(qū)與全國的城鎮(zhèn)化水平，En表示恩格爾系數(shù)。

在計算出單位面積不同生態(tài)系統(tǒng)各類生態(tài)服務(wù)功能價值基礎(chǔ)上，經(jīng)過時空異質(zhì)系數(shù)和支付意愿系數(shù)的調(diào)整，便可求得研究區(qū)各省（區(qū)）的總體生態(tài)服務(wù)價值：

式中Vt表示研究區(qū)t時期生態(tài)服務(wù)價值;Ajt表示研究區(qū)t時期j類生態(tài)系統(tǒng)類型的面積。

1.2ESV范式下的農(nóng)業(yè)生態(tài)價值協(xié)調(diào)度的EAH模型

本研究以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表征生態(tài)活動產(chǎn)出，以糧食總產(chǎn)量表征農(nóng)業(yè)活動產(chǎn)出，參考經(jīng)濟學中“彈性”原理，用生態(tài)服務(wù)價值變化率/糧食總產(chǎn)量變化率表征生態(tài)產(chǎn)出對于糧食總產(chǎn)的敏感性，以期考察糧食生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)性。在參考魏曉旭等[21]、劉海龍等[22]度量生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)度指數(shù)（EEH）的基礎(chǔ)上，本研究提出農(nóng)業(yè)生態(tài)價值協(xié)調(diào)度（EAH）來評價糧食主產(chǎn)區(qū)生態(tài)服務(wù)價值和糧食總產(chǎn)量的協(xié)調(diào)水平（協(xié)調(diào)度的劃分標準見表1），計算公式如下：

式中EAH表示農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)度;Vi和Vj分別表示研究區(qū)研究時期的始、末年份的生態(tài)服務(wù)價值（元）;Qi和Qj分別表示研究區(qū)研究時期的始、末年份糧食總產(chǎn)量。

1.3灰色系統(tǒng)預(yù)測GM（1，1）模型

通過計算糧食總產(chǎn)量與生態(tài)服務(wù)價值的協(xié)調(diào)度EAH，可以表征糧食生產(chǎn)活動是否為環(huán)境友好型，糧食生產(chǎn)與生態(tài)保護是否存在偏離。中國學者鄧聚龍[23]1982年創(chuàng)立的灰色系統(tǒng)理論，充分利用已有的“最少信息”，為貧信息不對稱的小樣本預(yù)測提供研究思路，目前已廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟、社會、農(nóng)業(yè)等方面的預(yù)測研究。本研究運用灰色系統(tǒng)GM（1，1）模型來預(yù)測糧食主產(chǎn)區(qū)2019-2025年的糧食總產(chǎn)量和生態(tài)服務(wù)價值，進而判斷農(nóng)業(yè)-生態(tài)的長期協(xié)調(diào)性。灰色系統(tǒng)預(yù)測GM（1，1）模型的構(gòu)建主要分為以下四步：

第一步：設(shè)X0為非負序列，X1為X0的一次累加序列，Z1為X1的緊鄰均值生成序列，GM（1，1）模型x0（k）+az1（k）=b的白化方程為dx1dt+ax1=b

第二步：計算參數(shù)a，b

為提高預(yù)測模型的可信度，在預(yù)測前對模型進行精度檢驗，灰色模型的精度檢驗方法主要有后驗差檢驗、小誤差頻率檢驗、關(guān)聯(lián)度檢驗等，本研究采用后驗差檢驗，后驗差檢驗精度劃分等級為：當c<0.35時精度等級為好;當0.35≤c<0.50時精度等級為合格;當0.5≤c<0.65時精度等級為勉強合格;當c≥0.65時精度等級為不合格。其檢驗步驟分為以下3步：

2糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)協(xié)調(diào)度實證分析

根據(jù)Costanza動態(tài)模型求出13個糧食主產(chǎn)區(qū)2009-2017年各年份的不同土地利用類型生態(tài)服務(wù)價值以及各類生態(tài)服務(wù)功能的服務(wù)價值，在此基礎(chǔ)上求出總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，以糧食總產(chǎn)量（TGO）作為農(nóng)業(yè)產(chǎn)出指標，以總的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（ESV）作為生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)出價值指標，再根據(jù)EAH模型分別求出糧食主產(chǎn)區(qū)及13個省（區(qū)）在2009-2017年的農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)，將農(nóng)業(yè)和生態(tài)2個系統(tǒng)的沖突性與協(xié)調(diào)性的關(guān)系分為“高度沖突”、“中度沖突”、“低度沖突”、“低度協(xié)調(diào)”、“中度協(xié)調(diào)”、“高度協(xié)調(diào)”6種類型，糧食主產(chǎn)區(qū)各省份的協(xié)調(diào)系數(shù)及協(xié)調(diào)水平如表2所示：

ESV：生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值;TGO：糧食總產(chǎn)量。

2.1糧食主產(chǎn)區(qū)的農(nóng)業(yè)-生態(tài)地位

2017年糧食主產(chǎn)區(qū)的糧食總產(chǎn)量為5.213 8×108 t，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值為1.184 524 76×1013元，與過去歷年相比，糧食總產(chǎn)量顯著上升，生態(tài)服務(wù)價值波動較為明顯。由圖1可知，各省份糧食總產(chǎn)量從高到低排序依次為黑龍江>河南>山東>吉林>安徽>河北>江蘇>四川>內(nèi)蒙古>湖南>湖北>遼寧>江西，各省份生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值從高到低排序依次為內(nèi)蒙古>黑龍江>四川>湖南>江西>吉林>湖北>江蘇>遼寧>山東>安徽>河北>河南。其中河南、山東、河北、安徽四省糧食總產(chǎn)量很高，居各省前列，而生態(tài)服務(wù)價值遠低于糧食主產(chǎn)區(qū)其他省份，相對于13個糧食主產(chǎn)區(qū)總體狀況，四省糧食產(chǎn)量占總產(chǎn)量的37.88%，而生態(tài)服務(wù)價值僅占總生態(tài)服務(wù)價值的12.85%，表現(xiàn)為糧食生產(chǎn)用地占陸地生態(tài)系統(tǒng)比重高，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)沒有作為其他生態(tài)服務(wù)價值更高的土地利用類型來使用，同時黃淮海地區(qū)作為中國重要的糧食生產(chǎn)基地，存在水資源嚴重短缺的問題，不利于生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)、氣候調(diào)節(jié)等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的有效發(fā)揮，從而造成生態(tài)服務(wù)價值與糧食總產(chǎn)量嚴重錯配的問題。位于華北地區(qū)的內(nèi)蒙古和黑龍江兩省（區(qū)）生態(tài)服務(wù)價值位居糧食主產(chǎn)省（區(qū)）前兩位，生態(tài)產(chǎn)出效率高，占主產(chǎn)區(qū)總生態(tài)服務(wù)價值的38.12%，有利于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的維持，但內(nèi)蒙古地區(qū)受限于地理位置、水資源稟賦、氣候調(diào)節(jié)等自然因素，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出動能不足，糧食總產(chǎn)量較低，該地區(qū)應(yīng)合理規(guī)劃農(nóng)用地，因地制宜發(fā)展農(nóng)業(yè)，提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)出效率。位于長江流域的四川、湖南、湖北、江西四省水資源充沛、氣候適宜，農(nóng)業(yè)-生態(tài)匹配性較好，糧食生產(chǎn)活動具有可靠的生態(tài)安全保障。

2.2EAH的動態(tài)演變及趨勢分析

協(xié)調(diào)度是2個變量相對變化趨勢的一致性程度，相對于絕對量位次的一致性而言，協(xié)調(diào)度更能反映2個變量的協(xié)調(diào)性走勢[24]。為了更全面反映糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)-生態(tài)產(chǎn)出協(xié)調(diào)性，本研究分別測算了糧食主產(chǎn)區(qū)各省（區(qū)）2009-2013年、2014-2017年以及2009-2017年3個區(qū)段協(xié)調(diào)度的EAH值（表2）。總體來看，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食總產(chǎn)量與生態(tài)服務(wù)價值協(xié)調(diào)性存在向好趨勢，2009-2013年主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)度為3.81，處于高度協(xié)調(diào)水平;2014-2017年農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)度為-0.83， 處于低度沖突水平，表現(xiàn)為在糧食總產(chǎn)量穩(wěn)步上升的同時，生態(tài)服務(wù)價值呈先上升后下降的趨勢，農(nóng)業(yè)-生態(tài)發(fā)展存在潛在危機。綜合2009-2017年主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)度來看，總體協(xié)調(diào)度為1.27，屬于中度協(xié)調(diào)水平，低于2009-2013年的生態(tài)-農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)度，表明糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)出和生態(tài)產(chǎn)出的協(xié)調(diào)向好趨勢有所減弱，存在逆轉(zhuǎn)風險。

結(jié)合表2協(xié)調(diào)度測算結(jié)果，從動態(tài)趨勢來看，2011-2017年糧食主產(chǎn)區(qū)生態(tài)-農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)度形成了以2013年為拐點，呈倒U型變化特征，且可以分為2個階段：

第一階段是農(nóng)業(yè)-生態(tài)高度協(xié)調(diào)階段。2011-2013年農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)性趨勢向好。除內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林三省（區(qū)）由于自然稟賦的限制農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)度較低外，其他各省（區(qū)）協(xié)調(diào)度均處于高度協(xié)調(diào)水平，其中位于長江流域的湖南、江蘇、湖北、四川四省的農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)性水平居各省（區(qū)）前四位，在糧食總產(chǎn)量穩(wěn)步提升的同時，表征為生態(tài)服務(wù)價值水平的不斷提高且增速高于糧食總產(chǎn)量的提升速度。分別以2009年和2011年作為基準年份，逐項計算2011年和2013年糧食主產(chǎn)區(qū)的協(xié)調(diào)度分別為4.57和2.00。相比2011年，2013年吉林、安徽、江西、湖南、湖北、四川六省協(xié)調(diào)度有不同程度的降低，其中吉林省由中度協(xié)調(diào)水平轉(zhuǎn)變?yōu)檩p度沖突水平，作為中國水資源極度短缺的省份之一，用水量的不足限制了吉林省生態(tài)產(chǎn)出效率的提升，2013年其余七省（區(qū)）的生態(tài)-農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)度處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

第二階段是農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)分化階段。2014-2017年糧食主產(chǎn)區(qū)整體處于低度沖突水平，各省（區(qū)）中有4個省（區(qū)）為協(xié)調(diào)狀態(tài)，有9個省（區(qū)）為沖突狀態(tài)，農(nóng)業(yè)-生態(tài)發(fā)展的不協(xié)調(diào)性表現(xiàn)為糧食總產(chǎn)量表征的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出增長的同時，伴隨著生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表征的生態(tài)產(chǎn)出的下降，在糧食生產(chǎn)過程中缺乏生態(tài)安全的保障。糧食主產(chǎn)區(qū)中遼寧省農(nóng)業(yè)-生態(tài)為高度沖突水平，表現(xiàn)為生態(tài)服務(wù)價值下降且下降速度高于糧食總產(chǎn)量的增速，使糧食產(chǎn)量的增長受限于自然生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的發(fā)揮。分別以2013年和2015年作為基準年份，逐項計算2015年和2017年糧食主產(chǎn)區(qū)的協(xié)調(diào)度分別為-1.84和-0.55，由中度沖突水平轉(zhuǎn)為低度沖突水平，生態(tài)-農(nóng)業(yè)的協(xié)調(diào)程度有所提升，除河北、遼寧、江蘇三省協(xié)調(diào)度有所下降外，其他各省（區(qū)）協(xié)調(diào)度均有所上升，其中安徽、湖南、四川三省由沖突水平轉(zhuǎn)為協(xié)調(diào)水平。

農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)性的倒U型趨勢的形成，原因在于研究年份中糧食主產(chǎn)區(qū)耕地面積基本維持不變，糧食作物播種面積以每年0.6%～2.0%的速度增加，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷提高，糧食作物品種和種植結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，使得主產(chǎn)區(qū)糧食總產(chǎn)量逐年穩(wěn)步增加。同時由于生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表現(xiàn)為2013年處于較高水平，總體呈現(xiàn)倒U型變化趨勢，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出和生態(tài)價值存在偏離現(xiàn)象，不利于農(nóng)業(yè)-生態(tài)的協(xié)調(diào)穩(wěn)定發(fā)展。

2.3EAH的空間分異分析

從糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)度的空間演變（圖2）來看，以2009年為基準年份分別計算2011年和2017年的生態(tài)-農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)度，糧食主產(chǎn)區(qū)總體協(xié)調(diào)度分別為3.81和1.27。與2011年相比，2017年各省（區(qū)）均處于協(xié)調(diào)水平，但協(xié)調(diào)程度均有所下降。

2011年糧食主產(chǎn)區(qū)各省（區(qū)）的生態(tài)-農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)度從高到低依次為湖南>江蘇>江西>四川>安徽>湖北>山東>河南>河北>內(nèi)蒙古>遼寧>黑龍江>吉林，從區(qū)域?qū)用鎭砜矗傮w上長江流域各省份協(xié)調(diào)度最高，黃淮海地區(qū)各省份的協(xié)調(diào)度次之，華北和東北地區(qū)的協(xié)調(diào)度最低。位于長江流域的湖南、江蘇、江西、四川、安徽、湖北六省當量單位面積生態(tài)服務(wù)價值較高，保持著與自然資源稟賦相匹配的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，糧食總產(chǎn)量和生態(tài)服務(wù)價值分別占糧食主產(chǎn)區(qū)的39.42%和33.60%，處于比較協(xié)調(diào)的狀態(tài)，糧食產(chǎn)出增長的同時具備良好的生態(tài)效益。位于黃淮海地區(qū)的山東、河南、河北三省各種土地利用類型中農(nóng)用地所占比重也高，糧食產(chǎn)量高，占糧食主產(chǎn)區(qū)總產(chǎn)量的30.26%，但生態(tài)服務(wù)價值僅占主產(chǎn)區(qū)的8.80%，表現(xiàn)為單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值和總生態(tài)服務(wù)價值嚴重偏低，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出和生態(tài)產(chǎn)出發(fā)展不均衡。位于華北和東北地區(qū)的內(nèi)蒙古、黑龍江、吉林、遼寧四省（區(qū)）生態(tài)服務(wù)價值較高，但糧食單產(chǎn)和糧食總產(chǎn)受自然因素限制處于較低水平，表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)-生態(tài)產(chǎn)出的嚴重失調(diào)。

實證顯示，中國糧食主產(chǎn)省（區(qū)）生態(tài)-農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)度空間分異顯著。2017年糧食主產(chǎn)區(qū)各省（區(qū)）生態(tài)-農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)度從高到低排序依次為江蘇>湖南>四川>江西>湖北>安徽>河南>河北>遼寧>山東>黑龍江>內(nèi)蒙古>吉林。2017年各省（區(qū)）協(xié)調(diào)水平對比2011年都有不同程度的降低。從各省（區(qū)）協(xié)調(diào)度位次來看，其他省（區(qū)）變動不明顯，僅有山東省的主產(chǎn)省（區(qū)）協(xié)調(diào)度位次從2011年第七位變動到2017年第十位。山東省在糧食生產(chǎn)效率快速提升的同時，生態(tài)產(chǎn)出無顯著增長且部分年份有所下降，從而造成生態(tài)-農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)水平較低且相對其他省份下降幅度較大。

2.4糧食主產(chǎn)區(qū)糧食總產(chǎn)量及生態(tài)服務(wù)價值動態(tài)預(yù)測

由灰色系統(tǒng)預(yù)測GM（1，1）模型，設(shè)糧食主產(chǎn)區(qū)糧食總產(chǎn)量或生態(tài)服務(wù)價值為原始非負序列X0，則x0（k），（k=1，2，…，5）分別表示2009年、2011年、2013年、2015年、2017年的糧食總產(chǎn)量（TGO）或生態(tài)服務(wù)價值（ESV），可求得糧食總產(chǎn)量或生態(tài)服務(wù)價值的還原值，首先利用后驗差檢驗對模型精度進行檢驗，結(jié)果見表3。

由表3可知，糧食總產(chǎn)量后驗差檢驗c值為0.150 1，遠小于0.35，因此運用GM（1，1）模型來預(yù)測糧食總產(chǎn)量精度高;生態(tài)服務(wù)價值后驗差檢驗c值為0.408 2，介于0.35～0.50，因此運用GM（1，1）模型來預(yù)測生態(tài)服務(wù)價值精度較高，可以運用灰色系統(tǒng)預(yù)測GM（1，1） 模型來預(yù)測糧食主產(chǎn)區(qū)2019-2025年的糧食總產(chǎn)量和生態(tài)服務(wù)價值，并計算2019-2025年生態(tài)-農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)度（圖3）。

圖22011年、2017年協(xié)調(diào)度空間分異圖

Fig.2Spatial differentiation graph of coordination degree in 2011 and 2017

在保證氣候、土壤等自然環(huán)境保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)下，由于人口的不斷增長、對糧食的需求增加，我們有理由相信2019-2025年無論是基于自然因素、技術(shù)水平還是人為意愿，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食總產(chǎn)量將與灰色系統(tǒng)預(yù)測GM（1，1）模型的預(yù)測結(jié)果一致，呈增長趨勢。同時，隨著人類對氣候條件、水土保持等認知的加強，以及對環(huán)境污染、氣候變暖、物種銳減等問題的重視，政府采取環(huán)境治理、退耕還林等政策，公眾對環(huán)境物品的支付意愿加強，使得糧食主產(chǎn)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值在2019-2025年也呈現(xiàn)遞增的趨勢。根據(jù)灰色系統(tǒng)預(yù)測GM（1，1）模型的預(yù)測結(jié)果，2021年、2023年、2025年糧食主產(chǎn)區(qū)生態(tài)服務(wù)價值分別為1.39×1013元、1.41×1013元、1.42×1013元，以2009年作為基準年份， 2021年、2023年、2025年糧食主產(chǎn)區(qū)生態(tài)-農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)度分別為1.397、1.207、1.061，處于中度協(xié)調(diào)水平，與2011-2017年趨勢一致，均呈遞減變化。

根據(jù)GM（1，1）模型的預(yù)測結(jié)果，隨著生態(tài)服務(wù)價值和糧食總產(chǎn)量的同向增長，生態(tài)-農(nóng)業(yè)將處于協(xié)調(diào)狀態(tài)，糧食生產(chǎn)具有較好的生態(tài)安全保障。但向好趨勢在逐漸減弱，相比2011-2017年，協(xié)調(diào)度變化幅度相對減弱，表明在經(jīng)歷糧食大幅增產(chǎn)、社會環(huán)境支付意愿顯著提升后，糧食產(chǎn)量和生態(tài)服務(wù)價值的增長速度趨于穩(wěn)定，農(nóng)業(yè)-生態(tài)保持在中度協(xié)調(diào)狀態(tài)。

3結(jié)論與啟示

3.1實證結(jié)論

第一，從靜態(tài)總量位次匹配性看，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)-生態(tài)存在較為嚴重的錯位現(xiàn)象。2017年除黑龍江、江蘇外，其他省（區(qū)）的糧食和生態(tài)的產(chǎn)出指標值均存在較大程度的錯位，農(nóng)業(yè)-生態(tài)的匹配性較差。糧食產(chǎn)量位次顯著高于生態(tài)服務(wù)價值位次的省份有河南、山東、吉林、安徽、河北五省，表現(xiàn)為糧食總產(chǎn)量居各省（區(qū)）前列，耕地資源利用程度高，但存在環(huán)境安全危機;生態(tài)服務(wù)價值位次顯著高于糧食產(chǎn)量位次的省（區(qū)）有四川、內(nèi)蒙古、湖南、湖北、遼寧、江西六省（區(qū)），表現(xiàn)為生態(tài)環(huán)境良好，除內(nèi)蒙古外其他五省自然資源豐富，在生態(tài)安全保障的同時存在糧食增產(chǎn)的潛力。

第二，從動態(tài)相對協(xié)調(diào)度看，研究期內(nèi)糧食主產(chǎn)區(qū)糧食產(chǎn)量與生態(tài)產(chǎn)出協(xié)調(diào)性呈倒U趨勢。2011-2017年糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)度以2013年為拐點，呈現(xiàn)2011-2013高度協(xié)調(diào)和2014-2017年協(xié)調(diào)性減弱2個顯著的階段特征。各省（區(qū)）中農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)性下降趨勢較為明顯的省（區(qū)）有內(nèi)蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、山東五省，由高度協(xié)調(diào)水平轉(zhuǎn)為低度協(xié)調(diào)水平，河南、河北兩省由高度協(xié)調(diào)水平轉(zhuǎn)為中度協(xié)調(diào)水平。

第三，從農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)的空間屬性來看，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食生產(chǎn)與生態(tài)服務(wù)價值存在地理空間不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。生態(tài)服務(wù)價值與糧食產(chǎn)量空間分異顯著。農(nóng)業(yè)產(chǎn)出高的省（區(qū)）集中在黃淮海地區(qū)，生態(tài)產(chǎn)出高的省（區(qū)）集中在長江流域地區(qū)，生態(tài)-農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)度的區(qū)域分布特點為長江流域地區(qū)協(xié)調(diào)度最高，黃淮海地區(qū)協(xié)調(diào)度較高，華北和東北地區(qū)協(xié)調(diào)度最低。

第四，從預(yù)測結(jié)果來看，糧食主產(chǎn)區(qū)生態(tài)服務(wù)價值呈逐年上升的趨勢，同時，在保障自然條件相對穩(wěn)定的同時，無論基于人為意愿還是技術(shù)條件糧食產(chǎn)量也呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。隨著糧食增產(chǎn)效率減弱，生態(tài)系統(tǒng)使用和修復(fù)趨于穩(wěn)定，農(nóng)業(yè)-生態(tài)產(chǎn)出協(xié)調(diào)度下降幅度逐年縮小，農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)度也維持在較穩(wěn)定的狀態(tài)，基本處于中度協(xié)調(diào)的水平。以2009年為基準年份，2025年生態(tài)-農(nóng)業(yè)協(xié)調(diào)度將處于1.061的水平，即農(nóng)業(yè)產(chǎn)出和生態(tài)產(chǎn)出增長速率將趨于一致，能較好實現(xiàn)農(nóng)業(yè)與生態(tài)發(fā)展相匹配。

3.2政策啟示

一是強化糧食安全保障的生態(tài)支撐。研究結(jié)果顯示農(nóng)業(yè)-生態(tài)的不協(xié)調(diào)性主要根源于糧食生產(chǎn)和生態(tài)承載力的偏離。為此，在強調(diào)糧食產(chǎn)量和增量安全的同時應(yīng)高度關(guān)注糧食主產(chǎn)區(qū)的生態(tài)安全問題。應(yīng)加強生態(tài)資源保護和修復(fù)，通過科技進步推動提高耕地產(chǎn)糧效率，大力發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)，走農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動與生態(tài)服務(wù)功能協(xié)調(diào)發(fā)展的路子。應(yīng)合理規(guī)劃土地生態(tài)資源，確立“糧食安全”與“生態(tài)安全”雙重考核機制。建立糧食主產(chǎn)區(qū)生態(tài)補償機制，生態(tài)資源豐裕的地區(qū)應(yīng)適當多承擔糧食安全主體功能責任。

二是優(yōu)化糧食和生態(tài)安全主體功能區(qū)的空間格局。根據(jù)實證發(fā)現(xiàn)的問題，黃淮海糧食主產(chǎn)區(qū)應(yīng)以綠色農(nóng)業(yè)為導(dǎo)向，提升糧食生產(chǎn)效率，嚴守“生態(tài)紅線”與“耕地紅線”，逐步實現(xiàn)綠色農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。東北糧食主產(chǎn)區(qū)中黑龍江應(yīng)注重提升糧食生產(chǎn)效率，走農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展道路。遼寧、吉林應(yīng)繼續(xù)保護好土地資源，維護生態(tài)平衡，注意開展綜合治理，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。長江流域應(yīng)承擔更多的糧食安全責任，在保障流域生態(tài)安全的同時積極打造“國家高產(chǎn)農(nóng)田示范區(qū)”，釋放“中部糧倉”產(chǎn)糧潛能。北方內(nèi)蒙古則應(yīng)把“生態(tài)扶貧”與“經(jīng)濟扶貧”放到同等重要的位置，維持生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)。

3.3研究不足與討論

農(nóng)業(yè)-生態(tài)協(xié)調(diào)度水平由農(nóng)業(yè)產(chǎn)出和生態(tài)產(chǎn)出所決定，其中農(nóng)業(yè)產(chǎn)出由糧食總產(chǎn)量表征，生態(tài)產(chǎn)出由生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表征，由于糧食總產(chǎn)量度量方法統(tǒng)一且易于度量，對于糧食總產(chǎn)量的研究爭議很少。而影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值的因素眾多，在基于ESV動態(tài)模型度量當量單位面積生態(tài)服務(wù)價值時糧食價格起著至關(guān)重要的作用，從《全國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》中3種主要糧食作物的價格走勢來看，2009年價格總體處于較低水平，2009-2017年水稻和小麥價格有略微變動，而2011年、2013年、2015年、2017年每50 kg玉米平均價格分別為82.01元、108.81元、 94.23元、 82.16元，呈現(xiàn)倒U型變化。相比其他年份，2013年糧食價格水平較高且以2013年為拐點大致呈倒U型變化，與生態(tài)服務(wù)價值和當量單位面積服務(wù)價值變動趨勢相一致。糧食價格由市場供需所決定，而生態(tài)產(chǎn)出的價值并不能由價格所決定，因此ESV模型存在夸大了糧食價格對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值影響程度的問題。

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（責任編輯：陳海霞）