農業生態經濟系統耦合協調發展評價
——以山東省為例

高 鵬，白福臣

（廣東海洋大學管理學院，廣東湛江 524088）

農業生態經濟系統由農業生態系統和農業經濟系統構成，是人地關系地域系統的重要組成部分[1］。農業經濟系統是由農業勞動者、農業經營主體、農業宏觀調控者、農用土地、農業技術裝備、農業資金、農產品以及各類市場等實體要素和農業產業結構、農業科學技術、農業經濟管理手段、農業經濟信息等軟性要素以及各類要素之間的關系組成[2］。農業生態系統是一個內外部之間存在著錯綜復雜關系的開放性人工-自然復合系統，同時具有自然生態系統和人工生態系統的特性[3］。脆弱性是其顯著特點，是在包括地形、地貌等自然因素以及土地過度開墾、植被破壞、過度使用化肥農藥等人為因素共同作用下形成的[4］。兩者之間存在著良性耦合條件下的正反饋循環，也存在著非良性耦合條件下的負反饋循環。在正反饋循環中，農業經濟系統和農業生態系統相互促進、相互協調，合理的農業生產能夠促進農業生態系統的協調發展，良好的農業生態系統又為農業經濟系統提供了物質基礎和發展空間。在負反饋循環中，現代農業通過大量化肥、農藥、機械動力等無機能量的投入，造成農業生態系統中的有機質和養分的虧損、系統失衡，又導致農業生產效益下降，農業資源枯竭，農業經濟系統的發展面臨著極大的挑戰。只有不斷促進農業經濟系統與農業生態系統的耦合協調發展，才能充分發揮二者之間的正反饋循環，從而推動農業生態經濟系統的協調有序發展。

國家在政策上提出了具體要求，《“十四五”全國農業綠色發展規劃》對中國農業綠色發展提出了重大目標和具體部署，將農業綠色發展作為轉變農業發展方式，實施鄉村振興戰略的重要引領，提出加強農業資源保護利用、加強農業面源污染防治、農業生態保護修復、打造綠色低碳農業產業鏈、強化科技動能和制度動能等重點任務。這充分說明黨中央、國務院對推進農業綠色發展，加快農業全面綠色轉型，持續改善農村生態環境的決心和力量。山東省農林牧副漁等各業態齊全，農業增加值穩居全國第一位。在山東省農業經濟發展過程中生態問題較為突出，有一定代表性，主要表現在化肥、農藥使用強度較大造成土壤有機質和腐殖質的缺乏、土壤板結；大水漫灌導致土壤鹽堿化加重、水資源減少；過度開墾農田造成森林、草原、濕地被破壞，生物多樣性銳減；對秸稈、地膜的焚燒、掩埋等不適當處理造成空氣污染、土壤污染。

以山東省為例，從農業生態系統與農業經濟系統之間的耦合協調效應進行研究，結合農業生態系統和農業經濟系統的概念、理論基礎，構建農業生態經濟系統評價指標體系，綜合運用熵值法、耦合度模型、耦合協調度模型測算2010—2019 年山東省農業生態系統和農業經濟系統的綜合評價指數、耦合度及二者之間的耦合協調度。闡明山東省農業生態經濟系統的耦合協調發展狀況，揭示生態環境保護與經濟發展之間的內在關聯，探究農業綠色發展政策背景下農業生態經濟系統的耦合度演化趨勢和耦合協調水平，對促進山東省農業生態經濟系統持續協調發展具有重要意義。

1 文獻回顧

國內外相關學者針對經濟發展與生態環境之間的協調發展的研究較為豐富。國外學者從區域經濟發展與生態環境保護之間的協調關系[5］、協調發展評價模型[6］以及實證分析方法[7］展開了廣泛探究，但對農業經濟系統和生態系統之間協調發展這一微觀層面的研究較少。隨著農業經濟發展與生態環境之間的矛盾日益突出，國內諸多學者針對農業生態經濟系統協調發展展開研究，研究內容主要集中在區域農業生態經濟系統協調發展理論認知[2］、農業生態經濟系統協調發展評價指標體系建立[8］、評價方法及模型構建[9］、區域實證分析和政策建議[10］等方面。其中評價方法及模型構建、區域實證分析研究成果較多，評價方法主要包括耦合協調度模型[11］、結構方程模型[12］、植被和土壤侵蝕耦合模型的拓展模型[13］、能值分析法[14］等；區域實證分析涉及國家級[1］、省市級[15］及流域級[16］等多個層面。

綜上所述，已有研究揭示了區域農業生態經濟系統協調發展理論認知、評價指標體系建立、實證分析方法，但是對農業生態經濟系統的動態耦合協調發展問題研究較少，僅局限于對某一年的靜態耦合問題研究；在指標選擇上科學性欠佳，有的學者采用森林覆蓋率、農作物受災率等指標來測算農業生態系統，也有學者采用降雨量、水庫庫容量等指標測算農業生態系統，有的學者采用十幾個指標，也有學者采用四十幾個指標，這種指標選取之間的差異難免會對結論造成巨大影響；在地域上，對農業生態經濟系統協調發展的研究大多數關注中西部環境惡化較為嚴重的地區，缺乏對糧食主產區——山東省等農業生態系統壓力較大區域的相關研究。

2 農業生態經濟系統耦合協調度評價模型

2.1 評價指標體系

遵循客觀性、科學性、整體性、數據可獲得性等原則，構建農業生態經濟系統耦合協調發展綜合評價指標體系。其中，農業生態系統主要包括自然環境、生產環境和生態治理3 個一級指標；農業經濟系統包括生產投入和經濟效益2 個一級指標（表1）。

表1 農業生態經濟系統耦合協調發展綜合評價指標體系

2.2 農業生態經濟系統協調發展評價模型

2.2.1 確定指標權重 采用熵值法確定指標權重。熵值法是一種客觀賦權的方法，依據各項指標變異性大小來確定權重大小，有效地克服主觀賦權法的臆斷性和隨機性[13］。

1）標準化處理，由于評價指標體系中的各指標的含義不同，量綱不同，首先對各指標數據進行標準化處理。由于對變量極差標準化后有些年份的數據出現0，此時測算耦合度依舊會出現0，則耦合度毫無意義，為避免這一問題，對值域區間進行平移，在標準化公式中加入截距項，得到變形的正向指標處理采用公式（1），負向指標處理采用公式（2）。

式中，i代表評價指標，j代表年份，xij是第i個指標在第j年的原始數據（i=1，2，…，m；j=1，2，…，n）。

2）熵值法確定客觀權重，原始矩陣A 進行標準化處理后記為B=(rij)m×n。在有m個指標、n個被評價年份的評價問題中，第i個指標的熵如下。

3）計算熵權，對應的第i個指標的熵權重wi如下。

4）綜合以上公式，計算得到山東省農業生態經濟系統耦合協調發展綜合評價指標的權重（表2）。

表2 山東省農業生態經濟系統耦合協調發展綜合評價指標權重

2.2.2 測算綜合評價指數 測算綜合評價指數時利用加權法，公式如下。

式中，Sij表示山東省第j年的第i個系統的綜合評價指數，wi為第i項指標的權重，rij為第j年的第i項指標的標準化值。

2.2.3 測算耦合度 耦合度描述各個子系統之間或要素之間相互作用的強弱。在建立農業生態經濟系統耦合度模型時，借鑒“一般系統論中系統演化”的思想、植被和土壤侵蝕耦合模型的拓展模型[13］，按照貝塔蘭菲的一般系統理論[17］，分析農業生態系統和農業經濟系統之間的演化速度，探究農業生態經濟系統的耦合度演化過程。

1）農業生態系統、農業經濟系統的演化狀態的計算公式如下。

式中，A、B 分別表示農業生態系統、農業經濟系統的演化狀態，S1、S2為農業生態系統、農業經濟系統的綜合評價指數。

2）由于農業生態系統與農業經濟系統相互作用、相互制約，各自的演化軌跡為S 型曲線，因而農業生態經濟系統的演化滿足組合S 型發展機制[13］?？梢灾庇^的感受演化速度V的變化過程。以VA、VB為變量建立平面直角坐標系，以VA為橫坐標，VB為縱坐標，由于農業生態系統與農業經濟系統演化速度不一致，故V的變化軌跡為二維坐標系中的一個橢圓中，計算VA、VB在每個時間點上夾角θ的取值，從而揭示農業生態經濟系統的耦合演化過程計算公式如下。

式中，VA、VB分別表示2 個系統的演化速度，θ表示農業生態系統與農業經濟系統的耦合度。依據θ的取值范圍，可將農業生態經濟系統的耦合度演變過程劃分為幾個階段[18］，詳見表3。

表3 農業生態經濟系統耦合度狀態及特征

2.2.4 測算耦合協調度 盡管耦合度能反映農村生態經濟系統之間的相互作用強弱，但無法科學地揭示各系統或要素之間是在高水平上相互促進還是低水平上相互制約，本研究利用耦合協調度模型判斷山東省農業生態系統與農業經濟系統之間的相互協調程度。

1）計算耦合關聯度，若給定P≥2 個系統，耦合關聯度一般化公式如下。

2）計算綜合協調指數，在農業生態經濟系統中，生態保護和經濟發展同等重要，因此2 個系統的主觀權重a、b 均為0.5。公式如下。

3）計算耦合協調度，計算公式如下。

式中，D為農業生態經濟系統的耦合協調度，0≤D≤1，D越大表示2 個系統之間協調關系越好，協調發展水平越高。根據實際數值分布，將農業生態系統和農業經濟系統耦合協調度由0～1 均分為若干級別，詳見表4。

表4 農業生態經濟系統耦合協調度分類

3 實證分析——以山東省為例

3.1 綜合評價指數分析

綜合公式（1）至（5），計算得到山東省農業生態經濟系統耦合協調發展綜合評價指數，詳見圖1。山東省農業生態系統綜合評價指數（S1）在2010—2019 年呈上升趨勢，由2010 年的0.066 8 增長到2019 年的0.753 9（圖1），說明在研究期內山東省農業生態環境得到改善，農業向綠色發展轉型持續推進。在農業生態系統中二級指標權重數值排名前5位為農作物受災面積、化肥使用量、地表水環境水質優良個數、農藥施用量、耕地面積，分別為0.177 4、0.129 8、0.113 6、0.107 8、0.104 5，說明5 個指標所表示的具體內涵和與生態系統的內在機理對農業生態系統趨勢變化產生巨大影響。山東省農業生態系統發展趨勢是曲折的，其中2010—2015 年平均增長速度為0.10，較為緩慢，結合農業經濟系統綜合評價指數來看，2010—2015 年平均增長速度為0.12，大于農業生態系統綜合評價指數增長速度，說明在此階段山東省農業經濟取得快速增長的同時，對農業生態環境的保護力度不夠，兩者沒有達到平衡發展；2015—2017 年農業生態系統綜合評價指數出現下降，指數減少值為0.07，同時農業經濟系統綜合評價指數也有所下降，指數減少值同為0.07，結合具體數據來看，主要由于農業生態系統中一級指標-生態治理中的人工造林面積下降11.42 萬hm2，水土流失治理面積下降35.80 萬hm2，造林面積下降7.90萬hm2，地表水環境水質優良個數下降3 個，說明在此時期，山東省在促進農業經濟發展的同時，忽視了對生態環境的治理，而生態環境的惡化對農業經濟發展帶來負效應；2017—2019 年農業生態系統綜合評價指數增長較快，平均增長速度為0.13，是因為2018 年山東省出臺《關于創新體制機制推進農業綠色發展的實施意見》，明確了山東省進一步推進農業綠色發展的指導思想和相關舉措，包括優化農業綠色發展空間布局、加強農業資源保護和節約利用、加強農產品產地環境保護和治理，加強農業生態系統養護和修復等。在這一背景下，山東省農業生態環境不斷改善，同時生態環境對農業經濟的正作用顯著，農業經濟系統綜合評價指數也呈增長態勢。

山東省農業經濟系統綜合評價指數在2010—2019 年呈上升趨勢，由2010 年的0.124 8 增長到2019 年的0.811 4（圖1），說明山東省農業經濟發展水平持續向好，農業經濟總量邁上新的臺階，開啟全面推進鄉村振興和加快農業農村現代化建設新征程。在農業經濟系統中一級指標-生產投入的組內權重為0.397 3，其中二級指標組內權重排名前3 位分別為基層農技推廣體系機構個數、農林牧副漁固定資產投資額、農用機械總動力，組內權重為0.129 3、0.123 5、0.113 6；一級指標-經濟效益的組內權重為0.400 4，其中二級指標排名第1 位為主要農作物產量，組內權重為0.132 2。說明農業科學技術推廣、農業機械化水平、農林牧副漁固定資產投資、主要農作物產量對山東省農業經濟發展有突出貢獻。這主要得益于農業相關政策的支持，山東省農業農村經濟發展“十二五”規劃（2011—2015）和“十三五”規劃（2016—2020）中都明確了山東省農業經濟發展重點和政策措施，其中對促進農作物增產，保障糧食安全，加快基層農技推廣體系改革與建設步伐，增強自主創新和技術推廣力度，完善農業基礎設施建設均作了明確的指示。其中農業科學技術推廣通過探索農業科學技術發展水平，加快推進農業科技成果和實用技術盡快應用于農業生產，為農業經濟發展提供科技支撐；農業機械化作為先進生產力的代表，提高了農業生產力水平，降低農業勞動者工作強度進而提高農業生產效率，農林牧副漁固定資產投資通過完善農業生產基礎設施和農業生產條件，進一步提高農業綜合生產能力，為農業經濟發展提供物質基礎；主要農作物產量主要包括小麥、玉米、棉花、大豆等的產量，對農業經濟發展的貢獻主要體現在保證糧食安全方面，糧食安全是發展一切的基本前提，筑牢糧食安全防線是發展農業經濟，恢復農業生態的重要保障。

圖1 農業生態系統和農業經濟系統綜合評價指數

3.2 耦合度分析

農業生態經濟系統的綜合評價指數方程Sij=是一種非線性過程，可以表示為各要素的非線性函數，各個時間點的Sij連接起來是一條平滑曲線，故可以對農業生態經濟系統綜合評價指數進行非線性擬合，建立關于時間x的函數，得到以下方程，其中，x∈[1，10］，表示2010—2019 年；y為進行非線性擬合后的綜合評價指數，R2為置信度。

耦合度能反映農村生態經濟系統之間的相互作用強弱情況。通過結合公式（6）至（10）和表3，得到山東省農業生態經濟系統耦合度（表5）?？芍綎|省農業生態經濟系統耦合度（θ）由2010 年的83.06°下降到2019 年的0.92°，系統演化為協調發展階段，系統呈現協調耦合狀態。

表5 農業生態經濟系統耦合度

2010—2016 年，52.80°＜θ≤83.06°，這一時期農業生態環境問題在不斷改善，農業經濟發展保持著快速增長，二者的發展步調漸趨一致。在這一時期，生態循環農業建設邁出了新步伐，農業面源污染防治取得明顯成效，森林覆蓋率不斷提高，測土配方施肥和減量控害植保技術得到了大力推廣，濕地、湖泊、河流等水環境的污染得到治理，通過一系列農業生態環境修復工程的實施，山東省農業生態環境系統取得積極成效，使農業發展的基礎條件得到改善，從而推動農業經濟的發展，這充分說明山東省在這一時期不再單純地注重農業經濟發展，而是兼顧經濟和生態環境共同進步，推動了農業生態經濟系統的耦合協調發展，農業生態環境與農業經濟之間的相互促進作用愈加強烈。但是從耦合狀態來看，農業經濟發展速度大于生態環境演化速度，生態環境對農業經濟發展仍有約束作用，說明農業經濟發展對改善農業生態環境的作用程度偏低，農業生態環境還需進一步改善。

2017—2019 年，0.92°＜θ≤20.67°，山東省農業生態經濟系統仍處于協調發展階段，系統呈協調耦合狀態，農業生態系統與農業經濟系統協調發展，相互作用的態勢繼續鞏固。這一時期山東省農業生態環境向好速度大于農業經濟發展速度，說明生態環境治理取得顯著成效，農業生態環境持續向好。主要是在黨中央、國務院同步推進實施生態治理的背景下，山東省積極貫徹落實農業“十三五”發展規劃和推進農業綠色發展的實施意見，推動實施農業經濟結構優化升級、優化農業綠色發展空間布局、加強農業資源保護和節約利用、加強農產品產地環境保護和治理，加強農業生態系統養護和修復等一些列舉措。但在此時期經濟發展速度小于生態環境演化速度，生態資源利用不足，說明農業生態系統對農業經濟系統的反作用程度不夠，農業經濟發展還有一定的增長空間，在農業經濟快速增長過程中，要注意農業經濟系統對農業生態系統造成的副作用，真正實現協調發展。

3.3 耦合協調度分析

結合公式（11）至（13），測算的山東省2010—2019 年農業生態經濟系統耦合協調度詳見圖2。耦合協調度能反映系統或要素之間在高水平上相互促進還是低水平上相互制約。2010—2019 年，山東省農業生態經濟系統的耦合協調度指數總體呈現上升趨勢（圖2），由2010 年的0.375 8 增長至2019 年的0.877 6，耦合協調狀態由輕度失調演變為良好協調水平。

圖2 農業生態經濟系統的耦合協調度指數

2010—2011 年，山東省農業生態經濟系統的耦合協調度指數雖呈波動上升趨勢，但D處在0.375 8～0.467 9，系統仍處于失調狀態。結合耦合度來看，山東省農業生態系統與農業經濟系統發展趨于協調，二者的發展步調漸趨一致，但受生態環境惡化的限制，系統耦合協調水平不高，仍在低水平上相互制約。

2012—2016 年，農業生態經濟系統的耦合協調度指數保持波動上升趨勢，D由0.534 8 增長至0.735 9，系統邁入協調狀態且發展到中級協調狀態。其中，2012—2013 年農業生態與經濟系統綜合評價指數呈現同步快速增長態勢，促使D穩步上升，說明山東省農業生態系統與農業經濟系統之間呈現相互促進的協調發展態勢，農業經濟發展與生態環境保護效益顯著。

2013—2015 年農業生態系統綜合評價指數呈現緩慢增長態勢，而農業經濟系統綜合評價指數呈現快速增長態勢，導致這一時期的耦合協調度指數增長緩慢，但仍呈現出相互促進的協調發展態勢。2015—2016 年農業生態系統和經濟系統綜合評價指數均呈現下降態勢，導致耦合協調度指數有所下降，說明此時期山東省農業生態系統與農業經濟系統之間相互促進的協調發展態勢不佳，農業生態環境保護與農業經濟發展效益有所下降。

2016—2019 年，農業生態經濟系統的耦合協調度恢復上升趨勢且趨勢較為穩定，D由0.735 9 上升到0.877 6，由中級協調發展到良好協調，系統之間在高水平上相互促進。這說明長期的農業生態治理和農業經濟發展投入逐漸發揮正向效應，也表明改善農業生態環境與發展農業經濟相互促進、相互適應，良好的農業生態環境可以促進農業經濟的持續發展，農業經濟的發展反過來也會推進農業生態環境的保護?？傮w來說，2010—2019 年山東省農業生態經濟系統的耦合協調狀態從低水平的系統間相互制約型逐步發展為高水平的系統間相互促進型。

4 結論與建議

4.1 結論

以山東省為例，基于《山東省統計年鑒》《山東省國民經濟和社會發展統計公報》相關數據，構建農業生態經濟系統耦合協調發展綜合評價指標體系，綜合運用熵值法、耦合度模型、耦合協調度模型測算2015—2020 年山東省農業經濟系統和生態系統綜合評價指數，耦合度和二者之間的耦合協調度。結論如下。

2010—2019 年，山東省農業生態系統綜合評價指數呈上升趨勢，說明在研究期內山東省農業生態環境得到改善，農業向綠色發展轉型持續推進；山東省農業經濟系統綜合評價指數呈上升趨勢，說明山東省農業經濟發展水平持續向好，農業經濟總量邁上新的臺階。

2010—2019 年，山東省農業生態系統與農業經濟系統的耦合度呈現由大到小的變化趨勢，θ由2010 年的83.06°下降至2019 年的0.92°，系統演化為協調發展階段，耦合狀態為協調耦合，說明山東省農業生態環境與農業經濟之間的相互促進作用愈加強烈，逐步實現協調耦合。

2010—2019 年，山東省農業生態經濟系統的耦合協調度指數總體呈現上升趨勢，由2010 年的0.375 8 增長至2019 年的0.877 6，耦合協調狀態由輕度失調演變為良好協調水平。說明山東省農業生態-農業經濟系統由低水平的相互制約型轉變為高水平的相互促進型。

4.2 建議

山東省在保障國家糧食安全、農業經濟持續發展過程中面臨著生態治理的壓力，推動生態環境與經濟之間的協調發展是實現區域協調發展的基礎，經濟的發展和社會的進步不應以犧牲生態環境為代價，“綠水青山就是金山銀山”，在發展過程中要促進經濟與生態的協調發展，使其在高水平發展中相互促進，主要從以下幾個方面進行。

在生態環境治理方面，一是推行以酸化區域、鹽漬化區域土壤改良修復，農業面源污染防治，林業和濕地建設為代表的生態治理工程；二是要加強農作物秸稈綜合利用和農膜污染治理，積極做好政策引導，加快技術研發，促進秸稈利用飼料化、能源化，同時加強禁止焚燒秸稈的宣傳教育，健全相應的法律法規；三是大力發展綠色有機農產品，推廣高效、低殘留農藥，開展技術革新，降低有機肥使用成本，增施有機肥，促進農藥化肥減量增效；四是加強農業資源環境檢測與保護，做好耕地土壤、水環境中重金屬、鹽漬化檢測，同時加強外來物種入侵檢測和防治，維護天藍、水清、地凈的農業生態環境；五是要加強制度建設，加強責任落實和考核，將防治任務落實到村鎮，責任落實到人，對農業農村環境污染嚴重，治理工作不力的村鎮按照有關規定追責問責。

在農業經濟發展方面，一是要推進農業綠色科技創新，發揮高等院校、科研單位作用，推動建立產-學-研體制機制，開展綠色農機裝備關鍵技術攻關并加快綠色實用技術推廣和應用，健全基層農機推廣服務體系。二是要轉變農業發展方式，調整產業結構，打造綠色低碳農業全產業鏈，統籌兼顧生產、加工、流通、消費等生產環節，發揮電商平臺在綠色農產品銷售中的積極作用，健全地理標志農產品、有機農產品認證體系。三是加強生產者的綠色生產意識和消費者的綠色消費意識，從供給和需求兩頭同步推進，促進農業綠色發展。四是要發揮地域特色，大力發展生態農業，建立生態農業示范基地，充分發揮其帶動作用，例如山東省在黃河兩岸建設的特色農產品基地，在兼顧生態效益的同時提高了經濟效益，打造了千里黃河綠色高效農業長廊[19］。