中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間資源環(huán)境承載力和適宜性演化及其耦合機制

潘瑜鑫 楊忍 林元城

摘要：研究目的：揭示中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間資源環(huán)境承載力和適宜性的時空間格局演化過程，探究兩者間的耦合機制。研究方法：資源環(huán)境承載力評價模型、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性評價模型和層次分析法等。研究結(jié)果：（1）中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間資源環(huán)境承載能力和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性呈現(xiàn)出沿“胡煥庸線”兩側(cè)“兩極化”的空間格局，東南部高，西北部低；（2）2000—2018年，中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間資源環(huán)境承載力和適宜性呈現(xiàn)出了逐步增強的趨勢；（3）資源環(huán)境承載力和適宜性間存在要素耦合、結(jié)構(gòu)耦合、路徑耦合和邏輯耦合4種耦合機制，兩者共同重塑了中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間格局。研究結(jié)論：中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間資源環(huán)境承載力和適宜性具有較為顯著的空間集聚特征，呈現(xiàn)出逐漸強化的態(tài)勢，兩者相互作用，彼此約束，共同影響中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)格局。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間；資源環(huán)境承載力；適宜性；耦合機制

中圖分類號：F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-8158（2023）01-0020-12

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目（42171193，41871177）；廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃（2020B0202010002）；高校基本科研業(yè)務(wù)費中山大學(xué)青年拔尖科研人才培育項目（22lgqb13）。

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程中人類活動對區(qū)域空間影響不斷加劇，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面臨著空間發(fā)展受限、發(fā)展主體流失和轉(zhuǎn)型困難等一系列問題[1]，對國家糧食安全和鄉(xiāng)村振興構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)，合理布局發(fā)展國土空間迫在眉睫。傳統(tǒng)國土空間開發(fā)過程較為重視城鎮(zhèn)空間發(fā)展，忽視農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間實際承載力和適宜性，大量將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間征占置換為其他用途，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間利用質(zhì)量低下、布局低效。因此，資源環(huán)境承載力評價和國土空間開發(fā)適宜性評價已經(jīng)成為國土空間保護(hù)、調(diào)整與開發(fā)的重要前提[2]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性的精準(zhǔn)識別對未來國土發(fā)展具有指導(dǎo)意義。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間作為糧食安全和農(nóng)民生計的主要空間載體，其生產(chǎn)適宜性程度同樣受到了政府間氣候變化專門委員會（IPCC）[3]、聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）[4]和聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）[5-6]等國際組織和計劃的普遍關(guān)注，如何精準(zhǔn)識別農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性，探究其影響因素，亟須得到進(jìn)一步重視。

資源環(huán)境承載力和國土空間開發(fā)適宜性評價是編制國土空間規(guī)劃、引導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間布局的基礎(chǔ)[7]。資源環(huán)境承載力源起于生物學(xué)和生態(tài)學(xué)視角下對種群發(fā)展限制條件的研究，指在特定生態(tài)因子條件下某一種群的極限數(shù)量[8]，后經(jīng)資源環(huán)境科學(xué)、地理學(xué)等學(xué)科發(fā)展，延伸為反映區(qū)域資源環(huán)境對人口與經(jīng)濟(jì)容量的重要評價指標(biāo)[9]，羅馬俱樂部[10]、FAO[11]、UNESCO[12]等機構(gòu)的研究不斷對承載力的定義和衡量方法進(jìn)行擴充，資源環(huán)境承載力逐漸由單一要素評價轉(zhuǎn)向綜合資源要素評價，從描述發(fā)展限制的一個概念轉(zhuǎn)變?yōu)樯鐣Q策的參考依據(jù)[13]。國土空間開發(fā)適宜性是指國土空間進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、城鎮(zhèn)建設(shè)等活動的適宜程度，起源于土地適宜性思想[14]。1976年FAO提出要從適宜性角度出發(fā)對土地進(jìn)行合理分級并制定土地評價體系[15]，而后我國基于國外的適宜性理論，逐步建立并發(fā)展了土地適宜性評價體系，將資源環(huán)境承載力的理念吸收進(jìn)評價體系中，基于資源環(huán)境承載力的適宜性評價成為中國國土空間開發(fā)的重要前提。資源環(huán)境承載力重視資源條件對區(qū)域保護(hù)、生產(chǎn)、開發(fā)的影響，而適宜性評價更多強調(diào)功能的適宜程度[16]，兩者之間相互耦合，共同影響中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間格局。隨著基礎(chǔ)數(shù)據(jù)精度提升，現(xiàn)有研究從微觀尺度的適宜性評價逐漸轉(zhuǎn)向宏觀尺度分析[17]。在指標(biāo)體系上由以土地、水、氣候等自然地理條件為主轉(zhuǎn)向考慮生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟(jì)和政策制度等綜合因素的影響[7，18]，從單純的靜態(tài)空間分析轉(zhuǎn)向?qū)m宜性的動態(tài)演化過程的刻畫[19-22]。研究方法方面，廣泛運用多要素疊置分析、空間相互作用及趨勢模擬分析、基于生態(tài)位的空間需求耦合分析和參與式綜合分析等評價方法[23-25]，研究區(qū)域涉及重點生態(tài)功能區(qū)[26]、黑土耕作區(qū)[27]、喀斯特地貌區(qū)[28]、工業(yè)鎮(zhèn)[29]和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海城市[30]等特殊自然經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)域。然而，現(xiàn)有研究仍存在以下幾點不足：在研究尺度上，大多是基于典型的省、市、縣或特殊案例地區(qū)開展，宏觀尺度的分析較為欠缺，因此結(jié)論的可推廣性不足；在指標(biāo)體系上，較為強調(diào)資源承載力對適宜性的本底性約束作用，忽視了社會經(jīng)濟(jì)條件的影響；在綜合集成上，對指標(biāo)間相互關(guān)系的理解相對簡單，在閾值分類和評價集成時缺乏內(nèi)涵依據(jù)；在機制分析上，較少考慮資源環(huán)境承載力與適宜性之間的耦合關(guān)系和作用機制，對兩者相互影響的過程和結(jié)果剖析不足。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性評價是促進(jìn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展、推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)新格局的關(guān)鍵。采用網(wǎng)格分析方法，精細(xì)化識別中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間資源環(huán)境承載力和適宜性，有助于精準(zhǔn)引導(dǎo)國土空間開發(fā)格局。本文綜合考慮自然、經(jīng)濟(jì)、社會等多維因素對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的影響，評估中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的資源環(huán)境承載能力，并在資源環(huán)境承載力基礎(chǔ)上集成評價農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性，揭示中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性的空間分異特征及動態(tài)演化過程，探究資源環(huán)境承載力與適宜性的耦合機制，以期為保障中國糧食安全和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 基于資源環(huán)境承載力的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性的綜合測度指標(biāo)體系

1.1.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

參考前人研究[18]，基于資源環(huán)境本底性、指標(biāo)針對性、農(nóng)業(yè)多功能性和定量化測度4項構(gòu)建原則，本文在測算資源環(huán)境承載力的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步疊加空間形態(tài)、區(qū)位條件和生產(chǎn)效率3個維度的指標(biāo)，綜合分析得到中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的適宜性結(jié)果，共囊括13項指標(biāo)（表1）。采用資源環(huán)境承載力指數(shù)（RECCr）表征中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的資源環(huán)境承載能力，適宜性指數(shù)（SIr）表征中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的適宜性程度。

（1）資源環(huán)境承載力指在一定農(nóng)業(yè)地域空間中，資源能夠滿足維持當(dāng)?shù)乜沙掷m(xù)發(fā)展且環(huán)境功能穩(wěn)定運行的前提下，仍能承載人類各項生產(chǎn)及社會經(jīng)濟(jì)活動的能力，反映了土地、水和環(huán)境條件等各方面資源條件的綜合能力。其中，土地資源條件反映了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)賴以生存的土地的適宜性，一般隨著坡度和高程的增加，土地的耕作適宜性降低；水資源條件反映了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)獲取水資源的難易程度，考慮到數(shù)據(jù)的可獲取性和代表性，結(jié)合已有文獻(xiàn)的做法[31]，由于我國農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)來源以地表水為主，使用地下水的地區(qū)主要為地表水不足的北方地區(qū)，但其超采容易引起一系列環(huán)境問題，降低資源環(huán)境承載力；地表水和地下水的主要初始來源為大氣降水，因此認(rèn)為大氣降水的多少在一定程度上決定了當(dāng)?shù)氐挠盟{(diào)配難度，故本文選取河網(wǎng)密度和年降水量兩項指標(biāo)，河網(wǎng)密度越高、降水量越大，水資源的時空調(diào)度越容易；環(huán)境條件反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所受外界環(huán)境擾動的程度，包括人文擾動和自然擾動，兩者交互作用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，本文選取了面源污染程度和光溫氣候因素兩項指標(biāo)，面源污染越強，越可能會引發(fā)水體富營養(yǎng)化、土壤肥力下降等問題，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間脆弱性降低，而積溫越大，作物的生長所需熱量資源越充沛，承載力越高。

（2）空間形態(tài)在一定程度上反映了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的集中布局程度以及規(guī)則化程度。耕地的集中性程度受到地形地貌特征、區(qū)域聚落形態(tài)、交通水系分布等多種因素的影響，一般而言，集中性程度較高的地塊，更便于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主體開展規(guī)模化和機械化種植，有利于生產(chǎn)效率的提高和農(nóng)民收入水平的提升，因此，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的適宜性也較高。

（3）區(qū)位條件反映的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間在交通和區(qū)位條件利用上的比較優(yōu)勢程度。耕種便捷度反映的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間距離縣道的遠(yuǎn)近，便捷度越高，農(nóng)民生產(chǎn)的積極性隨從生活空間到生產(chǎn)空間的時間成本和精力消耗減少而增加；河流鄰近度反映的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間距離一級、二級、四級、五級河流的遠(yuǎn)近，鄰近度越高，農(nóng)業(yè)取用水越便捷。

（4）生產(chǎn)效率反映的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的效率，本文選取了植被生產(chǎn)能力和農(nóng)業(yè)機械化程度兩項指標(biāo)。植被的生產(chǎn)能力反映了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間在一定時間內(nèi)生產(chǎn)有機物的能力，植被的生產(chǎn)能力和效率越強，適宜性越強；農(nóng)業(yè)機械化程度是地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和工業(yè)發(fā)展程度的切實體現(xiàn)，隨著區(qū)域機械化程度的升高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率加快，農(nóng)民從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所獲取的勞動收益也越高，由于循環(huán)累積效應(yīng)，農(nóng)民有更多的收益投入到下一輪的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，進(jìn)一步提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的效率和適宜性。

1.1.2 資源環(huán)境承載力的評價集成方法

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能指向下的資源環(huán)境承載力（RECCr）評價的建構(gòu)主要基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土地資源條件（Lr）、水資源條件（Wr）和環(huán)境資源條件（Er）三個維度，具體集成方法如下：（1）依據(jù)層次分析法，分別計算Lr、Wr和Er的程度，利用GIS空間分析方法，將具有實際數(shù)值的閾值范圍重分類為1、2、3、4和5，即差（等級Ⅰ）、較差（等級Ⅱ）、一般（等級Ⅲ）、較好（等級Ⅳ）和好（等級Ⅴ）5個級別。（2）基于Lr、Wr和Er，建構(gòu)水—土—環(huán)境資源空間匹配度的立方體魔方[f（Wr，Lr，Er）]，根據(jù)三個維度的匹配程度差異，獲得125種不同的匹配度，最終綜合劃定RECCr的5個等級（圖1）。

1.1.3 指標(biāo)權(quán)重確定方法

本文采用層次分析法確定各指標(biāo)體系的權(quán)重[32]。通過AHP法建立系統(tǒng)完整、層次清晰、結(jié)構(gòu)分明的基于資源環(huán)境承載力的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間評價指標(biāo)體系（表1）和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性的指標(biāo)體系（表2）。分別確定目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層等評價層級，對同一層級內(nèi)部和與上一層級指標(biāo)直接的相對重要關(guān)系進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣，并通過隨機一致性檢驗值（Random Consistency，RC）進(jìn)行檢驗，通過檢驗方可得到各指標(biāo)的權(quán)重Wij。下一層級從屬指標(biāo)權(quán)重加總可以得到上一層級指標(biāo)的權(quán)重，進(jìn)而進(jìn)行最終的方案決策和制定。

1.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性評價模型

基于已有研究和分析，中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性在資源環(huán)境承載力評價的結(jié)果上，疊加空間形態(tài)、區(qū)位條件和生產(chǎn)效率，運用層次分析法確定各項指標(biāo)的權(quán)重，并對各項指標(biāo)的閾值進(jìn)行分解（表2）。

1.3 數(shù)據(jù)來源

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性綜合評價體系中的化肥施用量、農(nóng)業(yè)機械化總動力等社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)主要來自《中國縣域統(tǒng)計年鑒2001》、《中國縣域統(tǒng)計年鑒2010》和《中國縣域統(tǒng)計年鑒2019》。平均高程來源于SRTM 90 m DEM Digital Elevation Database，在ArcGIS中裁剪出中國范圍內(nèi)的高程數(shù)據(jù)（https：//srtm.csi.cgiar. org），并在此基礎(chǔ)上，計算出坡度指標(biāo)數(shù)據(jù)；土壤侵蝕程度和中國年度1 km植被指數(shù)（NDVI）空間分布指標(biāo)數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)站（http：//www.resdc.cn）；中國水系矢量shp數(shù)據(jù)來源于中國國家基礎(chǔ)地理信息中心（https：//www.ngcc.cn）；降水量、積溫、溫度等氣象數(shù)據(jù)來源于國家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//data.tpdc.ac.cn）的中國區(qū)域地面氣象要素驅(qū)動數(shù)據(jù)集；土地利用數(shù)據(jù)來源于中國多時期土地利用土地覆被遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)集（CNLUCC）；交通數(shù)據(jù)來源于北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院地理數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺（http：//geodata.pku.edu.cn）；植被凈初級生產(chǎn)力數(shù)據(jù)（Net Primary Productivity， NPP）來源于Google Earth Engine平臺（https：//lpdaac.usgs.gov）。

2 結(jié)果與分析

2.1 中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間資源環(huán)境承載力的時空演化特征

（1）資源環(huán)境承載力在空間格局上，沿“胡煥庸線”呈兩極化的發(fā)展態(tài)勢，位于等級Ⅲ的柵格分布于“胡煥庸線”沿線區(qū)域，大致呈現(xiàn)出東南部高，西北部低的空間分異特征（圖2）。華南區(qū)和長江中下游地區(qū)等東南部沿海地區(qū)水—熱匹配程度高，地形平坦便于耕作，RECCr良好，三個年份中超過95%的柵格都位于等級Ⅴ；四川盆地及周邊地區(qū)沿“胡煥庸線”呈現(xiàn)出兩極化的分布特征，東南部RECCr多位于等級Ⅴ（38.01%），然而西北部RECCr則位于等級Ⅰ（42.37%）；青藏高原區(qū)土地資源暴露度高，熱量條件不足，資源環(huán)境承載力最低，2000年、2009年和2018年位于等級Ⅰ的柵格占比分別為97.54%、97.37%和97.13%。總體而言，沿海地區(qū)的RECCr普遍好于內(nèi)陸地區(qū)，平原、丘陵地區(qū)好于內(nèi)陸高原、山地。空間特征與其他學(xué)者開展的關(guān)于遼中平原和福建省等區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性研究一致[18，33]。

（2）土地資源條件整體較好，等級Ⅳ和等級Ⅴ的柵格主要位于地形起伏度較小、土地資源稟賦良好的東南部沿海和北部沿邊地區(qū)，空間格局上呈現(xiàn)出“T”字形的分布格局。東北平原、長江中下游地區(qū)、華南區(qū)和黃淮海平原區(qū)等平原地區(qū)由于地勢平坦，土壤侵蝕程度較低，土地資源條件良好，2000年、2009年和2018年保有量穩(wěn)定；黃土高原區(qū)土質(zhì)疏松，抗風(fēng)力侵蝕的能力薄弱，土地資源條件次之，有78.10%的區(qū)域處于等級Ⅳ，15.29%處于等級Ⅴ；青藏高原區(qū)海拔較高，坡度陡峭，常年受自然侵蝕，水土流失嚴(yán)重，因此土地資源條件普遍脆弱，位于等級Ⅰ—等級Ⅴ的占比遞減，分別為70.20%、20.74%、7.81%、0.90%和0.35%。

（3）中國的水資源條件欠佳，由北至南呈現(xiàn)出梯度性漸變特征，南豐北缺，東多西少，隨等級升高而面積減少，與降水資源分布呈現(xiàn)出相對一致性。北方干旱半干旱區(qū)水資源條件欠佳，地處內(nèi)陸，受到溫帶大陸性半干旱氣候影響，降水稀少，2000年、2009年和2018年分別有86.67%、80.78%和72.14%的地區(qū)屬于Wr等級Ⅰ區(qū)域；青藏高原區(qū)受多重高山阻隔，來自南方的暖濕氣流無法到達(dá)，常年寒冷干燥，因此與北方干旱半干旱區(qū)呈現(xiàn)出相似的分布特征，主要由Wr等級Ⅰ和等級Ⅱ區(qū)域構(gòu)成；東北平原區(qū)、黃土高原區(qū)和黃淮海平原區(qū)河流量較小，屬于半濕潤區(qū)，年均降水量在400～800 mm區(qū)間，Wr較差，大部分區(qū)域都位于等級Ⅱ；華南區(qū)、長江中下游地區(qū)和云貴高原區(qū)等南方地區(qū)水資源條件總體上較為優(yōu)越，區(qū)內(nèi)河湖密集，降水量豐富。

（4）環(huán)境條件大致呈現(xiàn)出東南部、西北部和東北部較好，西南部較差的空間分異格局，破碎化程度較高，與資源環(huán)境承載力和土地資源條件具有相對一致性。青藏高原區(qū)氣候干冷，積溫少，絕大部分地區(qū)被冰川覆蓋，生態(tài)環(huán)境脆弱，在2000年、2009年和2018年Er等級Ⅰ柵格占比高達(dá)83.51%、79.13%和79.54%；東北平原區(qū)積溫南高北低，南部地區(qū)主要處于等級Ⅳ區(qū)域（41.51%），北部地區(qū)則大多處于等級Ⅲ區(qū)域（36.80%）；四川盆地及周邊地區(qū)的環(huán)境條件差異顯著，西部地區(qū)受到青藏高原高山阻擋作用較大，溫度相對較低，東部地區(qū)受到亞熱帶濕潤氣候以及閉塞地形的影響，溫度較高，Er良好；云貴高原區(qū)由于海拔高度以及大氣環(huán)流條件差異，區(qū)域內(nèi)部氣候差異顯著，熱量條件呈現(xiàn)出西高東低的態(tài)勢；此外，華南區(qū)、長江中下游區(qū)和黃淮海平原區(qū)受亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，熱量資源充沛，環(huán)境條件優(yōu)渥。

2.2 中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性的時空演化特征

從空間上看（圖3），整體上2000年、2009年和2018年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性均沿“胡煥庸線”呈兩極化的分布態(tài)勢，東南部地區(qū)高，西北部地區(qū)低。華南區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性最佳且愈發(fā)優(yōu)化，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的理想空間。超過90%的區(qū)域都位于高適宜性區(qū)域，2000年、2009年和2018年高適宜性區(qū)域占比高達(dá)91.20%、95.42%和96.12%。長江中下游地區(qū)得益于資源環(huán)境承載能力增強、交通可達(dá)性優(yōu)化和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化程度提高，適宜性整體良好；青藏高原及北方干旱半干旱地區(qū)由于資源環(huán)境承載能力較弱、氣候條件不利于農(nóng)業(yè)耕種、農(nóng)業(yè)機械化程度較低等因素，空間適宜性程度大體較弱，適宜性程度主要位于低和較低等級。但隨著近年來植被生產(chǎn)能力的提升，其適宜性指數(shù)由2000年的1.996和3.135提升至2009年的2.025和3.233再到2018年的2.189和3.516（表3）。

2000—2009年、2009—2018年以及2000—2018年中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性演化的空間格局均呈現(xiàn)出較為破碎化的形態(tài)，總體上全國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的適宜性程度都呈現(xiàn)出優(yōu)化提升的趨勢，先后經(jīng)歷了2000—2009年東南部適宜性增強、西北部減弱階段和2009—2018年東南部適宜性減弱、西北部增強階段（圖4）。

（1）2000—2009年東南部適宜性增強、西北部減弱階段：2000—2009年間東南半壁的地區(qū)（87.83%）適宜性程度都有了不同程度的提升，西北半壁的適宜性有所下降，其中位于[0，0.5]區(qū)間的地區(qū)數(shù)量最多，占中國全域的70.73%。適宜性程度得到最多改善的地區(qū)，即位于閾值[1，4]的區(qū)域主要位于東北平原、遼河平原和四川盆地北部等區(qū)域，這主要得益于中國2000年開始施行的退耕還林還草工程使得植被逐漸恢復(fù)，植被初級凈生產(chǎn)力提升，上述地區(qū)的水土流失情況得以改善，并到2009年初見成效。北方干旱半干旱地區(qū)和青藏高原區(qū)等資源環(huán)境承載力較差的區(qū)域適宜性程度有所降低，即位于閾值[-1，0]的地區(qū)。

（2）2009—2018年東南部適宜性減弱、西北部增強階段：2009—2018年中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間中有61.58%的地區(qū)適宜性出現(xiàn)了不同程度的優(yōu)化提升，剩余的38.42%的地區(qū)適宜性有所減弱。其中，處于區(qū)間[0，0.5]和[-1，0]的區(qū)域最多，分別占中國全域的46.57%和36.25%。2009—2018年則情況相左，2018年東南半壁地區(qū)的適宜性程度相較2009年有所下降，西北半壁的適宜性則有所回升，內(nèi)蒙古自治區(qū)中部、科爾沁草原、準(zhǔn)噶爾盆地和云貴高原西部等地區(qū)適宜性程度得到了很大程度的增加，這些地區(qū)耕地質(zhì)量有所提升，退耕還林還草工程的成效愈發(fā)顯著。此外，近年來全球氣候變暖和中高緯度地區(qū)降水量的增加使得中高緯度的種植適宜性有所提升。長江中下游地區(qū)、華南區(qū)和黃淮海平原區(qū)等地區(qū)的適宜性程度出現(xiàn)了降低。

（3）2000—2018年適宜性整體增強階段：從2000—2018年中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性整體演化特征來看，91.80%的地區(qū)適宜性程度都有了不同程度的提高，且呈現(xiàn)出東北部高、其他地區(qū)較低的空間分布態(tài)勢，區(qū)域內(nèi)部破碎化程度較高，農(nóng)業(yè)區(qū)內(nèi)和農(nóng)業(yè)區(qū)之間空間分異較大。大部分地區(qū)（63.68%）的適宜性略微改善，即位于[0，0.5]區(qū)間內(nèi)的地區(qū)，主要分布于北方干旱半干旱區(qū)的中西部、青藏高原區(qū)和華南地區(qū)等。東北平原區(qū)、大興安嶺地區(qū)、內(nèi)蒙古高原東部地區(qū)和長江中下游平原地區(qū)的適宜性程度得到較大程度的改善，即位于閾值[1，4]和[0.5，1]的地區(qū)。

3 資源環(huán)境承載力與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性的耦合機制

耦合（Coupling）的概念起源于物理學(xué)，指的是兩個及以上的物體通過某種作用鏈接在一起，相互交織、此消彼長的一種狀態(tài)[34]。本文研究的資源環(huán)境承載力（RECC）和適宜性（S）相互作用、相互約束，在要素、結(jié)構(gòu)和路徑等方面存在一定的內(nèi)在邏輯和耦合機制，將其定義為資源環(huán)境承載力—適宜性耦合（圖5）。

3.1 要素耦合

從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間系統(tǒng)要素組織的內(nèi)在邏輯來看，資源環(huán)境承載力—適宜性的要素耦合存在顯性耦合（Apparent Coupling）和隱性耦合（Hidden Coupling）兩種機制[35]。承載力要素和適宜性要素之間的直接作用稱為顯性耦合，而承載力要素通過影響其他中介要素（M），進(jìn)而作用于適宜性要素的現(xiàn)象稱為隱性耦合。

具體而言，要素顯性耦合是指一個地區(qū)的資源環(huán)境承載力的大小會直接影響該地區(qū)適宜性的優(yōu)劣，因果鏈可表示為“RECC→S”，例如近些年來全球氣候變暖導(dǎo)致我國中高緯度地區(qū)的氣溫和降水增加，致使作物播種期提前，入冬期延后，生長季整體延長，越冬期積溫增加，北緯50°以上氣候常年嚴(yán)寒和高海拔地區(qū)的生產(chǎn)條件好轉(zhuǎn)，資源環(huán)境承載力提高，直接導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性的增加[36]。要素隱性耦合是指地區(qū)的資源環(huán)境承載力大小通過中介要素間接作用于適宜性，因果鏈可表征為“RECC→M→S”，如承載力較差地區(qū)的區(qū)域資源稟賦（高海拔、嚴(yán)寒、陡峭）在一定程度上會降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主體的心理和行為，進(jìn)而降低農(nóng)業(yè)生存空間適宜性。

3.2 結(jié)構(gòu)耦合

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性與資源環(huán)境承載力在結(jié)構(gòu)上存在耦合關(guān)系，資源環(huán)境承載力是適宜性評價的物質(zhì)基礎(chǔ)、空間載體、能量來源與重要構(gòu)成維度，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的適宜性是一個受到多要素影響、多主體作用、多力量驅(qū)動的綜合系統(tǒng)，在資源環(huán)境承載力的基礎(chǔ)上，還受到區(qū)位條件、空間形態(tài)和生產(chǎn)效率的影響，資源環(huán)境承載力是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性的底線約束，同時農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性對資源環(huán)境承載力能夠起到重要的修正作用。

3.3 路徑耦合

資源環(huán)境承載力和適宜性的路徑耦合表現(xiàn)為作用路徑正負(fù)性、作用路徑大小和作用路徑方向性三方面的耦合。

首先，兩者存在作用路徑的正負(fù)性。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間資源環(huán)境承載力提升，相應(yīng)地，適宜性也會增加，反之，適宜性減少，兩者在邏輯推演中存在相對一致性。從資源環(huán)境承載力的空間格局來挖掘適宜性演化過程隱含著的資源稟賦在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間中的負(fù)面效應(yīng)，尤其聚焦于區(qū)域的資源環(huán)境本底條件、土地退化、水資源短缺、環(huán)境污染等問題導(dǎo)致的依附式負(fù)向效應(yīng)[37]。例如，東北地區(qū)由于長期亂砍濫伐和通過消耗資源以發(fā)展經(jīng)濟(jì)的做法導(dǎo)致了該地區(qū)植被快速退化，土壤被侵蝕，資源環(huán)境承載力急劇下降，進(jìn)而導(dǎo)致了適宜性的降低。但是隨著1999年退耕還林還草政策的推行，該局面得到控制并好轉(zhuǎn)，2000—2018年該地區(qū)的資源環(huán)境承載力和適宜性都相應(yīng)地有所提升。

其次，兩者作用大小存在區(qū)域差異。中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間廣闊，資源環(huán)境承載力和適宜性的作用力存在顯著的空間異質(zhì)性特征，其在不同區(qū)域、不同尺度的效應(yīng)各異，根源于區(qū)域內(nèi)生的自然條件、社會經(jīng)濟(jì)條件差異以及所受外源因素的影響不同。例如光溫條件、水熱條件等自然因素在西北部資源稟賦欠佳地區(qū)和傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)的影響力更大，而長江中下游地區(qū)和華南區(qū)等經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高、水熱匹配程度良好、區(qū)位條件優(yōu)越的地區(qū)則主要受到社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響。

最后，兩者的作用路徑具有方向性。資源環(huán)境承載力和適宜性相互交織影響，前者是后者的前提基礎(chǔ)，后者是前者的切實反應(yīng)，依賴上、下要素傳導(dǎo)，兩者相互制約，相互促進(jìn)。資源環(huán)境承載力的提升是適宜性增強的重要驅(qū)動力，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間內(nèi)部的坡度、高程、河網(wǎng)密度、光溫氣候條件等自然屬性要素的改善對于資源環(huán)境承載力自下而上傳導(dǎo)推動適宜性提升的過程中扮演著重要的角色。而隨著國家和地區(qū)對于生態(tài)環(huán)境保護(hù)和糧食安全保障的愈發(fā)重視，區(qū)域?qū)τ谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性提升的需求也越發(fā)強烈，基于現(xiàn)實需求，政府通過出臺退耕還林、還草政策、生態(tài)文明建設(shè)、生態(tài)修復(fù)等一系列農(nóng)業(yè)政策以及提高區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的機械化程度、改善區(qū)位條件、增加耕地的可達(dá)性等方式倒逼區(qū)域資源環(huán)境承載力的提升，自上而下地作用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間。

3.4 邏輯耦合

資源環(huán)境承載力和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性在邏輯上存在動因耦合和目標(biāo)耦合兩種作用。動因耦合上，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間資源環(huán)境承載力和適宜性具有相近的構(gòu)成基礎(chǔ)，并均受到城鎮(zhèn)化、氣候變化和市場政策等因素的影響，這決定了它們在時空間演化上具有相似之處，在面對外部沖擊時可能表現(xiàn)出近似的變動趨勢。

目標(biāo)耦合上，隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)以及氣候變化事件的頻發(fā)，中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間面臨著生產(chǎn)環(huán)境脆弱、生產(chǎn)空間擠壓、生產(chǎn)主體流失等諸多現(xiàn)實困境，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的資源整合和空間的優(yōu)化調(diào)整成為破局的關(guān)鍵所在。資源環(huán)境承載力旨在通過對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的資源稟賦條件進(jìn)行底線約束來維護(hù)區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)賴以生存的土地、水、環(huán)境等內(nèi)部性物質(zhì)環(huán)境；適宜性是指在滿足資源環(huán)境承載力的基礎(chǔ)上偏向于利于該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的社會經(jīng)濟(jì)屬性的外部性條件，如耕地呈現(xiàn)出的空間形態(tài)、區(qū)位條件和生產(chǎn)效率條件等。構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間和保障糧食安全成為兩者共同的發(fā)展訴求。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

（1）中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能指向下的資源環(huán)境承載力整體差距較大。時間上，2000—2018年呈現(xiàn)出逐步增強的趨勢，主要得益于水資源條件的改善。空間上，中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的資源環(huán)境承載力沿“胡煥庸線”呈兩極化的發(fā)展態(tài)勢，大致呈現(xiàn)出東南部高、西北部低的空間分異格局。

（2）在2000年、2009年和2018年中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性中各區(qū)域的適宜性程度變化不大，具有相對穩(wěn)定性。在空間上，適宜性整體上均沿“胡煥庸線”呈“兩極化”的分布態(tài)勢，東南部地區(qū)高，西北部地區(qū)低。其先后經(jīng)歷了2000—2009年東南部適宜性增強、西北部減弱的階段和2009—2018年東南部適宜性減弱、西北部增強的階段，整體上2000—2018年大多數(shù)地區(qū)的適宜性都有了不同程度的增強。

（3）中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性呈現(xiàn)出顯著的地理集聚特征。由于區(qū)域的資源稟賦和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與鄰近區(qū)域在空間實體單元上具有連續(xù)性，因此，中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性受臨近地區(qū)的適宜性影響也較為顯著，地理集聚特征明顯。

（4）中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性與資源環(huán)境承載力間存在要素耦合、結(jié)構(gòu)耦合、路徑耦合和邏輯耦合4種耦合關(guān)系，資源環(huán)境承載力通過顯性或隱性耦合作用于適宜性，兩者可相互限制和修正，存在作用大小、路徑和方向的差異，并具有共通的基礎(chǔ)和目標(biāo)。

4.2 討論

在國家新型城鎮(zhèn)化與鄉(xiāng)村振興雙輪驅(qū)動以及國土空間規(guī)劃的重大戰(zhàn)略需求下，城鄉(xiāng)間、區(qū)域間以及微觀農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間間的人流、資金流、知識流等要素流動都愈發(fā)密切，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強市場機制、政策制度、多元主體和技術(shù)投入等外部性人文社會要素對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性作用的研究。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間是保障國家糧食安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主體獲取經(jīng)濟(jì)收益的基本空間載體，對中國全域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性的分析重點關(guān)注農(nóng)業(yè)整體發(fā)展基礎(chǔ)與糧食安全相關(guān)的“背景值”，是各地國土空間規(guī)劃中對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間進(jìn)行規(guī)劃研制的“參考模板”，與前人相關(guān)研究成果相對一致，具有一定的參考性和推廣性。但是中國區(qū)域差異較大，指標(biāo)的普適性和精確性還有待在特定區(qū)域研究中加以辨別和修正，由于數(shù)據(jù)的可獲取性，指標(biāo)體系的設(shè)置還不夠完善，例如在考慮資源環(huán)境承載力的水資源條件時，降水和淺層地下水灌溉都是作物生長發(fā)育所需的重要水資源來源。此外，在研究時序方面，氣候變化的影響是漫長深遠(yuǎn)的，本文僅考慮了2000年、2009年和2018年三個截面的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性情況，可能具有一定的突變性。未來還有待開展不同尺度、不同區(qū)域、不同作物類型和不同土地利用類型長時間序列的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間適宜性的實證應(yīng)用研究，在個體實證研究中的分析框架也稍有差別，并將結(jié)果與實際情況比對、反饋，以確保結(jié)果的科學(xué)性和有效性。精準(zhǔn)識別農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間的演化特征、影響因素，因地制宜地制定優(yōu)化提升策略，既能動態(tài)監(jiān)測農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的動向，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)預(yù)留空間，保障國家糧食安全，也能為農(nóng)業(yè)發(fā)展提供新的思路，發(fā)揮其內(nèi)生動力和生產(chǎn)效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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Evolution of Spatial Resource and Environment Carrying Capacity and Suitability of Agricultural Production in China and Its Coupling Mechanism

PAN Yuxin1，2， YANG Ren1，2， LIN Yuancheng1，2

（1. School of Geography and Planning， Sun Yat-Sen University， Guangzhou 510275， China； 2. Land Research Center， Sun Yat-Sen University， Guangzhou 510275， China）

Abstract： The purposes of this study are to reveal the evolution process of the spatial and temporal pattern of Chinas resource and environment carrying capacity and agricultural production spatial suitability， and to explore the coupling mechanism between them. The methods of resource and environment carrying capacity evaluation integration， spatial suitability evaluation model agricultural production， and analytic hierarchy process are employed. The results show that： 1） the resource and environment carrying capacity and the suitability of agricultural production space under the direction of agricultural production function in China have shown a polarized development trend along the Heihe-Tengchong Line in space， which is high in the southeast and low in the northwest. 2） In terms of time evolution， both showed a trend of gradual optimization from 2000 to 2018， mainly due to the improvement in water resources conditions. 3） There are four coupling mechanisms between resource and environment carrying capacity and suitability， i.e.， factor coupling， structure coupling， path coupling and logic coupling， which together shape the pattern of agricultural production space in China. In conclusion， the resource and environment carrying capacity and Chinas agricultural production spatial suitability have relatively significant spatial agglomeration characteristics， showing a gradual upward trend， The two interact and constrain each other， jointly influencing the pattern of agricultural produetion in China.

Key words： agricultural production space； resource and environment carrying capacity； suitability； coupling mechanism

（本文責(zé)編：陳美景）