糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)研究

高 鵬 鄭沃林 白福臣

農(nóng)業(yè)是極易遭受氣候變化影響的產(chǎn)業(yè)，如果未來(lái)中長(zhǎng)期氣候繼續(xù)惡化，將嚴(yán)重影響糧食生產(chǎn)〔1-2〕。農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展加速了全球氣候變化，農(nóng)業(yè)直接貢獻(xiàn)了全球溫室氣體排放量的10%-12%〔3〕。IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)成為全球溫室氣體第二大排放源。黨的二十大報(bào)告提出，要在保證糧食安全的基礎(chǔ)之上推進(jìn)農(nóng)業(yè)向低碳轉(zhuǎn)型。在此背景下，從碳源和碳匯兩個(gè)角度探究農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系對(duì)發(fā)揮農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)對(duì)糧食安全發(fā)展的正向作用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義。

農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全的研究一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)，研究成果主要圍繞農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全單個(gè)維度。對(duì)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)的研究主要包括碳排放、碳吸收和碳減排層面。在農(nóng)業(yè)碳排放層面，學(xué)者們先后運(yùn)用SBM模型〔4〕、生命周期評(píng)價(jià)〔5〕等方法對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放進(jìn)行測(cè)算并對(duì)時(shí)空演變特征進(jìn)行了分析。在農(nóng)業(yè)碳吸收層面，已有研究聚焦于林業(yè)碳匯的測(cè)算及產(chǎn)生機(jī)理分析、農(nóng)業(yè)碳匯價(jià)值實(shí)現(xiàn)路徑、碳匯定價(jià)與公共福利、農(nóng)業(yè)凈碳匯補(bǔ)償方式與補(bǔ)償額度的測(cè)算等方面〔6-7〕。在農(nóng)業(yè)碳減排層面，學(xué)者們運(yùn)用情景分析法〔8〕和非期望產(chǎn)出的影子價(jià)格〔9〕等方法測(cè)算農(nóng)業(yè)碳減排潛力并提出農(nóng)業(yè)碳減排路徑，比如完善水利基礎(chǔ)設(shè)施，合理調(diào)控農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)出口價(jià)格、轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式以及固碳技術(shù)〔10〕。

對(duì)糧食安全的研究主要集中在其內(nèi)涵、發(fā)展水平〔11〕、時(shí)空分布〔12〕和影響因素，并對(duì)糧食安全優(yōu)化發(fā)展路徑提出建議。在對(duì)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全的二者關(guān)系研究中，李波(2011)〔13〕、白福臣(2022)〔14〕等學(xué)者利用Tapio脫鉤理論分析碳排放與糧食生產(chǎn)的短、中、長(zhǎng)期關(guān)系。

綜上所述，目前關(guān)于農(nóng)業(yè)碳問(wèn)題和糧食安全取得了豐富的研究成果，但是也需要正視存在的不足：一是從研究區(qū)域來(lái)看，現(xiàn)有研究集中于國(guó)家、省市，較少涉及對(duì)基于地理、功能分區(qū)視角下的區(qū)域研究。二是已有研究集中于農(nóng)業(yè)碳問(wèn)題和糧食安全單個(gè)方面，鮮有學(xué)者探究二者之間的關(guān)系。因此，本文以我國(guó)13個(gè)糧食主產(chǎn)區(qū)為研究對(duì)象，在厘清農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合機(jī)理的基礎(chǔ)之上，分別構(gòu)建農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，綜合運(yùn)用熵值法、耦合協(xié)調(diào)度模型、相對(duì)發(fā)展度模型測(cè)算2010—2019年糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)、耦合協(xié)調(diào)度及相對(duì)發(fā)展度，探究農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r，為促進(jìn)糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全協(xié)調(diào)發(fā)展提供借鑒。

一、農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合機(jī)理

農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)對(duì)糧食安全的影響主要是指農(nóng)業(yè)作為巨大碳源和碳匯所帶來(lái)的對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的正(負(fù))效應(yīng)〔15〕。碳源屬性表達(dá)為農(nóng)戶(hù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥、化肥、農(nóng)用薄膜等農(nóng)資投入帶來(lái)了大量溫室氣體排放。碳匯屬性則表達(dá)為農(nóng)作物通過(guò)光合作用、呼吸作用對(duì)CO2進(jìn)行吸收、加工轉(zhuǎn)化以及釋放。

從農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)的碳源屬性來(lái)看，在實(shí)現(xiàn)我國(guó)糧食安全的戰(zhàn)略目標(biāo)下，糧食生產(chǎn)的集約化水平較高，因而產(chǎn)生了大量溫室氣體〔16〕，而人類(lèi)溫室氣體排放的增加將帶來(lái)生產(chǎn)環(huán)境的惡化，如氣溫上升、旱澇災(zāi)害嚴(yán)重等，對(duì)人類(lèi)生存、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅〔17〕。加之糧食生產(chǎn)是一種自然再生產(chǎn)過(guò)程，它的發(fā)展嚴(yán)重依賴(lài)于自然界生命運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是極易遭受氣候變化影響的產(chǎn)業(yè)〔18〕，如果未來(lái)中長(zhǎng)期氣候繼續(xù)惡化，將嚴(yán)重影響糧食生產(chǎn)。從農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)的碳匯屬性來(lái)看，據(jù)有關(guān)學(xué)者測(cè)算，全球耕地總固碳潛力為0.75—1.0Pg，在未來(lái)的50—100年內(nèi)，全世界農(nóng)田可固碳20—30Pg。這意味著農(nóng)業(yè)碳匯將沖抵農(nóng)業(yè)碳源，且對(duì)溫室氣體的額外吸收對(duì)于緩解全球氣候變暖壓力、應(yīng)對(duì)全球氣候變化的貢獻(xiàn)十分顯著。

保證糧食安全對(duì)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)的影響主要通過(guò)政府出臺(tái)的相關(guān)政策等手段發(fā)揮作用。一方面，糧食主產(chǎn)省份往往以平原為主，適合栽培糧食作物或草本經(jīng)濟(jì)作物。但是，在國(guó)家保障糧食安全的相關(guān)政策驅(qū)使下，農(nóng)戶(hù)更偏向于種植經(jīng)濟(jì)作物。相較于草本經(jīng)濟(jì)作物，糧食作物對(duì)于農(nóng)業(yè)化學(xué)品投入的依賴(lài)性往往更弱，因此對(duì)碳排放量較大的化肥、農(nóng)藥等農(nóng)資投入水平會(huì)降低，進(jìn)而農(nóng)業(yè)碳排放量會(huì)降低。另一方面，種植業(yè)的“趨糧化”也能促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；图谢M(jìn)而改善原本粗放、高碳的生產(chǎn)模式〔19〕。綜上所述，保證糧食安全政策引領(lǐng)導(dǎo)致的“趨糧化”，會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)化學(xué)品投入和生產(chǎn)模式造成影響，進(jìn)而推動(dòng)農(nóng)業(yè)碳減排的實(shí)現(xiàn)。

二、研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

(1)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)定

根據(jù)上述耦合機(jī)理，農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)主要分為農(nóng)業(yè)作為巨大碳源和碳匯所帶來(lái)的對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的正(負(fù))效應(yīng)，因此從碳排放、碳吸收及碳中和三個(gè)方面選取4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)算：

農(nóng)業(yè)碳排放指標(biāo)：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的溫室氣體排放的主要源頭包括，農(nóng)資投入引起的CO2排放、田間化肥施用以及秸稈還田引起的N2O排放以及稻田CH4排放，計(jì)算公式為：

E=ECO2+ENO2+ECH4

(1)

農(nóng)資投入引起的碳排放測(cè)算：參考李波(2011)〔20〕等學(xué)者的研究，主要碳源界定為化肥、農(nóng)藥、農(nóng)用柴油、農(nóng)用塑料薄膜、農(nóng)作物播種、農(nóng)業(yè)灌溉(包括消耗電能產(chǎn)生的碳排放)，對(duì)應(yīng)的碳排放系數(shù)見(jiàn)表1，計(jì)算公式為：

表1 農(nóng)業(yè)碳排放碳源、系數(shù)及參考來(lái)源

ECO2=∑i=1Ei=∑Qi×αi×44/12

(2)

式中，ECO2表示農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)排放的CO2當(dāng)量(t)；Ei為農(nóng)資投入的碳排放量(t)；Qi為各項(xiàng)農(nóng)資投入的數(shù)量(包括化肥、農(nóng)藥施用量、農(nóng)作物播種面積、灌溉面積)；αi為各項(xiàng)農(nóng)資投入的碳排放系數(shù)；44/12是C轉(zhuǎn)化CO2的轉(zhuǎn)化系數(shù)〔21〕。

化肥施用以及秸稈還田引起的N2O排放測(cè)算：化肥施用引起的N2O排放主要包括三部分：一是N元素在硝化與反硝化過(guò)程中的N2O直接排放；二是含氮活性物質(zhì)揮發(fā)后沉降導(dǎo)致的N2O間接排放；三是N元素淋溶和徑流導(dǎo)致的N2O間接排放〔22〕。計(jì)算公式為：

N2O秸稈還田=∑i∑KN2O秸稈還田，i，K=∑i∑K[(Yik/Hi-Yik)]×Ri×ji×bk+Yik/Hi×Ri×ji×bk

(3)

N2O直接=N總×EF直接

(4)

N2O沉降=N總×EF沉降×α沉降

(5)

N2O淋溶=N總×EF淋溶×α淋溶

(6)

EN2O=(N2O秸稈還田+N2O直接+N2O沉降+N2O淋溶)×298

(7)

式中，EN2O是根據(jù)N2O總排放量換算成CO2當(dāng)量(t)；N2O秸稈還田、N2O直接、N2O沉降、N2O淋溶分別為N2O的秸稈還田碳排放量、化肥施用直接、沉降和淋溶導(dǎo)致的碳排放量；Yik為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，K為農(nóng)作物種類(lèi)數(shù)，ji為i省的秸稈還田率；Hi、Ri、bk、rk分別為k作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)、根冠比、秸稈含氮量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品部分的干重比〔23〕；298是N2O轉(zhuǎn)化為CO2轉(zhuǎn)換系數(shù)〔24〕；N總為N元素總輸入量；EF直接、EF沉降、EF淋溶分別為N2O直接排放系數(shù)、沉降和淋溶導(dǎo)致的N2O間接排放系數(shù)，默認(rèn)值分別為：0.0178、0.01和0.0075；α沉降為農(nóng)田中N的揮發(fā)量，α淋溶為農(nóng)田中N的淋溶和徑流率，分別為0.1和0.2〔25〕。

稻田CH4排放測(cè)算：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的CH4排放主要來(lái)源于稻田，計(jì)算公式為：

ECH4=(S早×EF早稻×S晚×EF晚稻)×25

(8)

式中，ECH4是根據(jù)CH4總排放量換算成CO2當(dāng)量(t)；S早和S晚為早稻和晚稻的種植面積(hm2)；EF早稻和EF晚稻為早稻和晚稻CH4的排放因子，分別為0.241t/hm2和0.273t/hm2；25是CH4轉(zhuǎn)化成CO2當(dāng)量的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度指標(biāo)：由于糧食主產(chǎn)區(qū)各地區(qū)之間種植面積存在差異，因此引入碳排放強(qiáng)度計(jì)算公式：

API=E/S

(9)

式中，API為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度(10000t CO2eq/hm2)，E為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放總量(t CO2eq)，S為種植面積(hm2)。

農(nóng)業(yè)碳吸收指標(biāo)：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，農(nóng)作物通過(guò)光合作用、呼吸作用對(duì)CO2進(jìn)行吸收、釋放，二者作差可以得出農(nóng)作物全育期的固碳量，包括經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出、秸稈和根系等部分，計(jì)算公式為：

C=∑Ci=∑i=1FiYi(1-wi)(1+Ri)/Hi×44/12

(10)

式中，C為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)作物碳吸收總量(t CO2eq)；Fi為第i種作物的含碳率(%)；Yi為第i種作物的產(chǎn)量(t)；wi為第i種作物的水分系數(shù)(%)；Ri為第i種作物的根冠比系數(shù)(%)；Hi為經(jīng)濟(jì)系數(shù)；44/12為C轉(zhuǎn)為CO2的轉(zhuǎn)化系數(shù)。具體數(shù)值詳見(jiàn)表2。

表2 不同農(nóng)作物碳吸收估算系數(shù)

農(nóng)業(yè)碳中和指標(biāo)：碳補(bǔ)償率為碳吸收總量與碳排放總量的比值，計(jì)算公式為：

F=X/P

(11)

式中，F(xiàn)為碳補(bǔ)償率，X為碳吸收總量，P為碳排放總量。

(2)糧食安全系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)定

1974年，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織將糧食安全定義為人類(lèi)的一種基本權(quán)利，保證任何人在任何地方都能夠得到未來(lái)生存和健康所需要的足夠食品。本文依據(jù)對(duì)糧食安全內(nèi)涵的理解以及相關(guān)學(xué)者研究〔26〕，構(gòu)建了產(chǎn)量安全、質(zhì)量安全、消費(fèi)安全、資源安全四個(gè)方面的指標(biāo)。具體指標(biāo)、屬性、權(quán)重詳見(jiàn)表3。

表3 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.熵權(quán)法測(cè)算權(quán)重、綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

本文采用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，熵值法是一種客觀賦權(quán)的方法，依據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)變異性大小來(lái)確定權(quán)重大小，有效克服主觀賦權(quán)法的臆斷性和隨機(jī)性〔27〕。

(1)標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的各指標(biāo)的含義不同，量綱不同，首先對(duì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。正向指標(biāo)處理采用公式(12)，負(fù)向指標(biāo)處理采用公式(13)：

rij=[xij-min(xij)]/[max(xij)-min(xij)]×0.99+0.01

(12)

rij=[max(xij)-xij]/[max(xij)-min(xij)]×0.99+0.01

(13)

式中，i代表評(píng)價(jià)指標(biāo)，j代表年份，Xij是第i個(gè)指標(biāo)在第j年的原始數(shù)據(jù)(i=1，2，…，m；j=1，2，…，n)。

(2)計(jì)算熵權(quán)。對(duì)應(yīng)的第i個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)重wi為：

Ei=-k∑i=1Pij×lnPij

(14)

wi=(1-ei)/∑i=1(1-ei)

(15)

式中，ei是第i個(gè)指標(biāo)的熵，wi是第i個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)。

(3)測(cè)算綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。利用加權(quán)法，公式為：

Sij=∑i=1wi×rij

(16)

式中，Sij表示第i個(gè)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，wi為第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，xij為第j年的第i項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。本文將農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分為5個(gè)等級(jí)：<0.2，不安全；0.2-0.4，較不安全；0.4-0.6，臨界安全；0.6-0.8，較安全；>0.8，安全。

3.耦合協(xié)調(diào)度模型

借鑒物理學(xué)中的耦合協(xié)調(diào)度模型來(lái)判斷糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全之間的相互協(xié)調(diào)程度〔28〕。

(1)計(jì)算耦合度。若給定P≥2個(gè)系統(tǒng)，耦合度一般化公式為：

C=P×[(U1U2…UP)/(U1+U2+…+UP)]1/p

(17)

(2)計(jì)算綜合協(xié)調(diào)指數(shù)。本文考慮到農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全同等重要，因此兩個(gè)系統(tǒng)的主觀權(quán)重a、b均為0.5，公式為：

T=aS1+bS2

(18)

(3)計(jì)算耦合協(xié)調(diào)度：計(jì)算公式如下：

D=(C×T)1/2

(19)

其中，D為農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度，0≤D≤1，D越大表示兩個(gè)系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)關(guān)系越好，協(xié)調(diào)發(fā)展水平越高。根據(jù)實(shí)際數(shù)值分布，參考相關(guān)文獻(xiàn)，將農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全耦合協(xié)調(diào)度由0-1均分為若干級(jí)別，詳見(jiàn)表4。

表4 農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)分類(lèi)

4.相對(duì)發(fā)展度模型

相對(duì)發(fā)展度模型是指農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全兩個(gè)系統(tǒng)的相對(duì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，根據(jù)相對(duì)發(fā)展度大小判斷兩系統(tǒng)的耦合發(fā)展類(lèi)型，計(jì)算公式為：

F=S1/S2

(20)

參考已有文獻(xiàn)對(duì)相對(duì)發(fā)展度等級(jí)的劃分〔29-30〕，將農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r劃分為3個(gè)階段9種類(lèi)型，詳見(jiàn)表5。

表5 農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展階段與類(lèi)型

三、結(jié)果與分析

1.糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)時(shí)空分析

從時(shí)間維度來(lái)看，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)從0.1479增長(zhǎng)到0.9787，這說(shuō)明糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)發(fā)展情況總體向好。2010-2014年糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)增長(zhǎng)速度較慢，僅從0.1479增長(zhǎng)到0.2404，年均增速為0.0231，其中在2013-2014年下降了0.0138。由表6可知，黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、河南、安徽、湖南在2010-2014年農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈下降趨勢(shì)；河北、山東、江蘇、湖北、江西、四川呈上升趨勢(shì)。2014-2019年糧食主產(chǎn)區(qū)各個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)均呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，整體農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)狀況向好。

從空間維度來(lái)看，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)由“北高南低”演變?yōu)椤氨钡湍细摺睉B(tài)勢(shì)。由圖2可知，2011年呈現(xiàn)“北高南低”的分布特征，其中不安全的地區(qū)有山東、江蘇、湖北和四川等4個(gè)省份。2015年空間特征比較均勻，大多數(shù)省份在臨界安全和較不安全之間徘徊，不安全和臨界安全的地區(qū)范圍有所擴(kuò)張，不安全等級(jí)的地區(qū)消失，不安全的地區(qū)有內(nèi)蒙古和河南。2019年呈現(xiàn)“北低南高”的分布特征，處在安全的地區(qū)有江蘇、安徽、江西、湖南等4個(gè)省份，處在不安全的地區(qū)有內(nèi)蒙古和河北2個(gè)省份?？傮w來(lái)看，不安全、較不安全、臨界安全等級(jí)的地區(qū)均有所下降，這充分說(shuō)明糧食主產(chǎn)區(qū)的各個(gè)地區(qū)在保障糧食安全的同時(shí)，積極貫徹落實(shí)了低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展理念，通過(guò)推廣種植業(yè)綠色低碳發(fā)展技術(shù)模式，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)和農(nóng)資利用結(jié)構(gòu)等相關(guān)措施促使農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)安全等級(jí)提升到安全水平。

圖2 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)等級(jí)的空間分布狀況

2.糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全時(shí)空分析

從時(shí)間維度上來(lái)看，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全水平呈現(xiàn)“波動(dòng)上升”態(tài)勢(shì)。由圖1可知，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)從0.2938增長(zhǎng)到0.9977，糧食安全情況總體向好，表明糧食安全水平不斷提升。究其原因，國(guó)家實(shí)施了《國(guó)家糧食安全中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要(2008-2020年)》，高度重視糧食安全，使其糧食安全水平得到明顯提升。2010-2016年糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)增長(zhǎng)緩慢，年均增速為0.0227，由表6可知，黑龍江、吉林、河南在2010-2016年糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)有所下降；遼寧、河北、山東、江蘇、安徽、湖北、江西、湖南、四川呈上升趨勢(shì)。2016-2019年糧食主產(chǎn)區(qū)各個(gè)地區(qū)糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，整體糧食生產(chǎn)向好，在這一時(shí)期國(guó)家進(jìn)行了供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，對(duì)糧食種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，促進(jìn)了糧食安全發(fā)展。

圖1 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)、糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)及耦合協(xié)調(diào)度

表6 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

從空間維度上來(lái)看，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)由“北高南低”演變?yōu)椤澳媳逼胶狻睉B(tài)勢(shì)。由圖3可知，2011年糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全等級(jí)空間格局呈現(xiàn)“北高南低”態(tài)勢(shì)，處在不安全的地區(qū)有山東和江蘇等2個(gè)省份。2015年糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全等級(jí)空間格局趨向于“南北平衡”態(tài)勢(shì)，處在不安全的地區(qū)有河北和四川2個(gè)省份。2019年糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全等級(jí)空間格局呈現(xiàn)“南北平衡”態(tài)勢(shì)，大部分地區(qū)處于安全和較安全等級(jí)，僅有內(nèi)蒙古和湖南省處在不安全等級(jí)上?？傮w來(lái)看，不安全、較不安全等級(jí)的地區(qū)均有所下降，這充分說(shuō)明糧食主產(chǎn)區(qū)實(shí)行農(nóng)業(yè)科研攻關(guān)和技術(shù)推廣、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、發(fā)展多種形式的農(nóng)業(yè)規(guī)模經(jīng)營(yíng)等舉措成效顯著。

圖3 糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全等級(jí)的空間分布狀況

3.糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度時(shí)空分析

根據(jù)公式(10)—(13)計(jì)算出2010—2019年各糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全的耦合協(xié)調(diào)度，截取2011年、2015年、2019年各省份的耦合協(xié)調(diào)度，依據(jù)表4劃分出不同的協(xié)調(diào)類(lèi)型(詳見(jiàn)表7)。

表7 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度

從時(shí)間維度來(lái)看，2010—2019年糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度呈不斷增長(zhǎng)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，由0.3228增長(zhǎng)到0.7029，耦合協(xié)調(diào)類(lèi)型由失調(diào)階段發(fā)展到協(xié)調(diào)階段，說(shuō)明糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全兩系統(tǒng)的相互作用持續(xù)存在且協(xié)調(diào)性不斷增強(qiáng)。2011年，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度處于0.13-0.49之間，在嚴(yán)重失調(diào)與瀕臨失調(diào)之間徘徊，協(xié)調(diào)水平較低，其中嚴(yán)重失調(diào)的省份占15.38%，分別為山東和江蘇。2015年，耦合協(xié)調(diào)度處于0.37-0.51之間，相比于2010年有所上升但大部分地區(qū)處在輕度失調(diào)和瀕臨失調(diào)階段，輕度失調(diào)的省份占15.38%，分別為內(nèi)蒙古和河南。2019年，耦合協(xié)調(diào)度處于0.61-0.70之間，耦合協(xié)調(diào)類(lèi)型處在初級(jí)協(xié)調(diào)和中級(jí)協(xié)調(diào)之間。初級(jí)協(xié)調(diào)的地區(qū)占92.30%，中級(jí)協(xié)調(diào)的省份僅有遼寧，占比7.70%。整體來(lái)看，失調(diào)型地區(qū)數(shù)量從2010-2019年失調(diào)省份的數(shù)量減少到0個(gè)。這說(shuō)明糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全協(xié)調(diào)型逐漸增強(qiáng)，但2019年大部分地區(qū)仍然處于初級(jí)協(xié)調(diào)階段，因而協(xié)調(diào)水平有待進(jìn)一步提升。

從空間維度來(lái)看，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度在2010—2019年由“北高南低”向“南北平衡”演變，由表7可知，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度較好的分布在東北地區(qū)。2011年失調(diào)地區(qū)分布區(qū)域廣泛，其中嚴(yán)重失調(diào)地區(qū)分布在山東和江蘇2個(gè)地區(qū)。2015年大部分地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)度均有所上升，呈“南高北低”態(tài)勢(shì)，其中輕度失調(diào)的地區(qū)有內(nèi)蒙古和河南2個(gè)地區(qū)。2019年糧食主產(chǎn)區(qū)的13個(gè)省份均進(jìn)入?yún)f(xié)調(diào)發(fā)展階段，呈“南北平衡”態(tài)勢(shì)，其中僅有遼寧進(jìn)入中級(jí)協(xié)調(diào)階段，其余12個(gè)地區(qū)處在初級(jí)協(xié)調(diào)階段。

4.糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展階段分析

本文引入相對(duì)發(fā)展度模型探究糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全協(xié)調(diào)發(fā)展階段以及階段特征。依據(jù)表(5)劃分出耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型及相對(duì)發(fā)展階段。由表8可知，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型主要包括1、4、5、6、8等類(lèi)型，相對(duì)發(fā)展階段主要分為高度拮抗、低度磨合、高度磨合、高度協(xié)調(diào)四個(gè)階段。

表8 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型及階段

2011年，山東、江蘇、湖北、江西、四川等5個(gè)地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型為第1類(lèi)，處在高度拮抗階段；黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、河南等5個(gè)地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型為第4類(lèi)，處在低度磨合階段；安徽耦合協(xié)調(diào)度類(lèi)型為第5類(lèi)，處在高度磨合階段；河北、湖南的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型為第6類(lèi)，處在低度磨合階段。2015年，內(nèi)蒙古、河南、山東、江西、湖南等5個(gè)地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型為第4類(lèi)，處在低度磨合階段；黑龍江、吉林、遼寧、江蘇、安徽、湖北等6個(gè)地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型為第5類(lèi)，處在高度磨合階段；河北、四川的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型為第6類(lèi)，處在低度磨合階段。2019年，河北的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型為第4類(lèi)，處在低度磨合階段；黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、河南、山東、江蘇、湖北等7個(gè)地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型為第5類(lèi)，處在高度磨合階段；安徽、江西、湖南、四川等4個(gè)地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型為第6類(lèi)，處在低度磨合階段；遼寧的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型為第8類(lèi)，處在高度協(xié)調(diào)階段。

四、結(jié)論與建議

1.結(jié)論

(1)2010-2019年，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)。糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)從0.1479增長(zhǎng)到0.9787，說(shuō)明糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)發(fā)展情況總體向好，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)由“北高南低”演變?yōu)椤氨钡湍细摺睉B(tài)勢(shì)。

(2)2010-2019年，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全水平呈現(xiàn)波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)。糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)從0.2938增長(zhǎng)到0.9977，糧食安全情況總體向好，表明糧食安全水平不斷提升，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)由“北高南低”演變?yōu)椤澳媳逼胶狻睉B(tài)勢(shì)。

(3)2010-2019年，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全的耦合協(xié)調(diào)度呈不斷增長(zhǎng)狀態(tài)，由0.3228增長(zhǎng)到0.7029，耦合協(xié)調(diào)類(lèi)型由失調(diào)發(fā)展到協(xié)調(diào)，說(shuō)明糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全的協(xié)調(diào)性增強(qiáng)，但大部分地區(qū)僅為初級(jí)協(xié)調(diào)，仍需進(jìn)一步提升。糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度在2010-2019年由“北高南低”向“南北平衡”演變。

(4)2010-2019年，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類(lèi)型主要包括高度拮抗-農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)滯后型、低度磨合-農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)滯后型、高度磨合-同步發(fā)展型、低度磨合-糧食安全滯后型、高度協(xié)調(diào)-同步發(fā)展型等5類(lèi)。屬于低度磨合-農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)滯后型的省份有河北，農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展水平明顯滯后于糧食安全發(fā)展水平，農(nóng)業(yè)低碳化有待提升。屬于低度磨合-糧食安全滯后型的省份有安徽、江西、湖南和四川，糧食安全發(fā)展水平明顯滯后于農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展水平，糧食安全水平有待提升。

2.建議

針對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的不同階段采取不同的應(yīng)對(duì)措施：

(1)針對(duì)低度磨合-農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)滯后型的地區(qū)，應(yīng)鼓勵(lì)推廣種植業(yè)綠色低碳發(fā)展技術(shù)模式，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)和農(nóng)資利用結(jié)構(gòu)，并改善廢棄物處理方式。發(fā)展生態(tài)種植，有機(jī)配施，農(nóng)作物病蟲(chóng)害綠色防控技術(shù)。采取作物秸稈資源化處理措施。發(fā)揮農(nóng)作物光合作用的固碳優(yōu)勢(shì)，降低生產(chǎn)中碳排放，促使耕地利用向低碳轉(zhuǎn)型。

(2)針對(duì)低度磨合-糧食安全滯后型的地區(qū)，應(yīng)處理好低碳農(nóng)業(yè)與糧食安全協(xié)同發(fā)展之間的關(guān)系，立足于國(guó)家戰(zhàn)略需求，嚴(yán)格遏制耕地“非農(nóng)化”。大力加強(qiáng)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)業(yè)建設(shè)，扎實(shí)推進(jìn)種業(yè)振興行動(dòng)，強(qiáng)化農(nóng)業(yè)水利設(shè)施建設(shè)。結(jié)合自身資源稟賦，大力發(fā)展技術(shù)農(nóng)業(yè)、質(zhì)量農(nóng)業(yè)和綠色農(nóng)業(yè)，保障國(guó)家糧食安全。

(3)針對(duì)高度磨合-同步發(fā)展型和高度協(xié)調(diào)-同步發(fā)展型的地區(qū)，應(yīng)繼續(xù)樹(shù)立糧食安全與農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)協(xié)調(diào)發(fā)展的理念，建立長(zhǎng)效的農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全良好協(xié)同機(jī)制，走集約化內(nèi)涵式發(fā)展道路，以發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)引領(lǐng)糧食安全發(fā)展，實(shí)現(xiàn)兩者協(xié)調(diào)發(fā)展。