陜西省土地利用與糧食產能耦合協調時空格局研究

摘 要：【目的】評價陜西省土地利用與糧食產能的耦合協調程度，并分析其空間分布特征和時空變化趨勢?！痉椒ā繕嫿ㄍ恋乩门c糧食產能耦合協調性評價指標體系，采用改進熵值法和耦合協調模型進行分析?！窘Y果】時序分析顯示，研究區土地利用與糧食產能耦合度上升，長期高耦合；協調發展度平緩，初級協調；土地利用值下降，糧食產能值上升。空間分析顯示，耦合度普遍高，少數地市低或拮抗，分布集中，演化顯著。協調度多在中級，陜西省協調度偏低，以省會為中心，空間差異顯著?！窘Y論】陜西省土地利用與糧食產能耦合協調關系復雜多變，建議優化土地結構，實施差異化管理策略。

關鍵詞：陜西省；土地利用；糧食產能；耦合度；協調度

中圖分類號：F762.1" " "文獻標志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2025）03-0093-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.03.019

Spatiotemporal Patterns of Coupling and Coordination Between Land Use and Food Production Capacity in Shaanxi Province

ZHOU Yiting WU Dongmei

（School of Land Engineering， Chang 'an University， Xi 'an 710054， China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to evaluate the degree of coupling and coordination between land use and food production capacity in Shaanxi Province， and to analyse its spatial distribution characteristics and spatio-temporal trends. [Methods] This paper construct the evaluation index system of coupling coordination between land use and food production capacity， and uses the improved entropy value method and the coupling coordination model. [Findings] Time-series analysis showed that the coupling degree of land use and food production capacity in the study area rose， with high coupling in the long term; the degree of coordinated development was flat， with primary coordination; the value of land use declined， and the value of food production capacity rose. Spatial analysis shows that the coupling degree is generally high， a few municipalities are in the low-level coupling phase or antagonistic phase， the distribution is concentrated and the evolution is significant. The degree of coordination is mostly at the intermediate coordination level， with low coordination in Shaanxi， centred on the provincial capital， with significant spatial differences. [Conclusions] The coupling and coordination relationship between land use and food production capacity in Shaanxi Province is complex and variable. The results of the study suggest optimizing land structure， strengthening scientific and technological innovation， and implementing differentiated management strategies in order to achieve harmonious growth.

Keywords： Shaanxi Province; land use; food production capacity; coupling degree; coordination degree

0 引言

2019年，農業農村部印發《農田建設項目管理辦法》，強調糧食生產安全，執行耕地保護和土地管理策略，確保糧食安全［1］。土地使用規模、結構和格局的變化會直接或間接地影響糧食生產的能力［2］。糧食產能受耕地面積、利用強度和規模等因素影響，需多角度評估。耦合協調模型為評估土地利用與糧食產能關系提供框架，該模型可用于評估不同因素間的耦合程度和協調發展狀況。研究人員常運用耦合協調模型研究多領域問題。Ariken等［3］建立城鎮化與生態環境綜合評價模型，結合耦合協調和時空加權回歸方法探究城鎮發展與生態環境進步。童彥等［4］建立評估體系，衡量人口與土地城鎮化的耦合協調發展程度。徐輝等［5］運用時變耦合協調模型研究中國數字經濟與農業現代化關系。已有研究為理解土地利用與糧食生產能力的耦合與協調提供了理論支持。

陜西省是我國重要的糧食產區之一。城市化進程加快和人口數量增長對農田造成壓力，影響土地資源保護和糧食生產的平衡發展。以往對陜西省的研究多集中在耕地變化、NDVI變化和生態系統服務價值變化等方面［6-7］。關于陜西土地使用和糧食產能協調發展的研究不夠全面。因此，研究陜西省土地利用與糧食產能耦合協調的時空格局，對于定量揭示耕地面積、建設占用耕地面積、糧食播種面積等指標與糧食產能之間的耦合協調發展程度至關重要。

1 研究區概況與數據來源

1.1 研究區概況

陜西省位于我國西北部，經2020年統計，陜西省管轄10個地級市、30個市轄區、6個縣級市及71個縣。陜西省在地理上分為黃土高原、關中平原和秦巴山區三大界塊。年均氣溫9～16℃，降水量由地形決定，南向北遞減。陜西省水電和礦產資源豐富。土地總面積為2.1×107 hm2，主要類型為草地7.9×106 hm2和耕地6.7×106 hm2，林地4.9×106 hm2，建設用地和未利用地占比較小［8］（如圖1所示）。

1.2 數據來源

本研究數據來自2012—2021年《陜西統計年鑒》［8］和武漢大學楊杰的30 m分辨率LULC分類成果［9］。

2 研究方法

2.1 指標體系構建

本研究收集了2012—2021年相關數據并構建了耦合協調模型，評價體系基于土地利用規模、土地利用強度和糧食生產能力3個維度，指標體系見表1。

2.2 改進熵值法測算權重

本研究使用改進熵值法［10］計算土地利用與糧食產能的耦合協調，具體步驟包括數據標準化、平移處理、確定指標比重、信息熵、差異系數和指標權重。

2.3 耦合協調度模型

2.3.1 耦合度模型。耦合度用來描述系統間的依賴，本研究用加權求和法計算土地利用與糧食產能綜合值，計算公式為式（1）。使用耦合度模型分析二者特性及趨勢［11］，計算公式為式（2）。

[U=i=1nWjX'ij] （1）

[C=U1*U2U1+U222] （2）

式中：C為耦合度；[U1]表示土地利用指數；[U2]表示糧食產能指數。耦合度C的分類可參考薛明月學者的劃分方法［12］。

2.3.2 協調度模型。協調是系統間互動的和諧。本研究運用協調度模型分析土地利用與糧食產能的協調特征及趨勢［13］。計算公式見式（3）、式（4）。

[D=C×T] （3）

[T=αU1+βU2] （4）

式中：T表示土地利用與糧食產能兩大系統的綜合協調指數；[α]、[β]表示待估權重系數。本研究認為土地利用與糧食產能兩大系統同等重要，因此[α]取值與[β]取值相同，即[α=β=0.5]。D表示土地利用與糧食產能的耦合協調度。耦合協調度的級別劃分標準可參考薛明月學者的劃分方法［10］。

3 結果與分析

3.1 土地利用與糧食產能耦合協調發展的時序特征

本研究采用改進熵值法和耦合協調度模型，測量了2012—2021年陜西省土地利用與糧食產能的耦合度及協調度，結果見表2。為展示2012—2021年土地利用與糧食產能耦合協調度變化，根據表2數據制作變化趨勢折線圖，如圖2所示。

由表2可知，2012—2021年陜西省土地使用與糧食生產能力呈現穩定高耦合度，顯示系統間關聯緊密。除2014年瀕臨失調外，其余年份均為初級協調。近10年協同關系較弱，潛在效益未充分實現。

由圖2可知，2012—2021年耦合度在2014年觸底于0.712 6，2015年攀至0.999 9，平均為0.915 2，呈波動上升趨勢，增長率為0.02。該變化分為兩階段：2012—2014年下降，可能因追求土地效益忽視糧食生產能力；2014—2021年先上升后穩定，互動關系優化，發展質量提升促進耦合程度增強。這表明糧食生產能力與土地利用存在緊密依存關系，提高產出需提升土地效率和保護耕地。

由圖2可知，2014年協調度出現最低值，為0.422 3。2012年協調度達到最高值，為0.805 1。研究期間平均協調度為0.652 8，呈波動上升趨勢。2012—2014年和2015—2017年，協調度顯著下降，可能受城市擴張、新區開發等城市化項目及土地流轉市場變化影響。協調度年均增長速率為0.01。協調度趨勢分兩階段：2012—2014年下降，良好協調轉瀕臨失調，原因可能是土地利用對糧食產能造成壓力。2014—2021年先上升后持續穩定態勢，整體協調度不高，相互作用較弱。

3.2 土地利用與糧食產能耦合協調發展的空間格局

本研究以陜西省地級市為單元，用式（2）、式（3）計算2012—2021年耦合度和協調度值，可視化展示分類結果如圖3、圖4所示。

由圖3可知，陜西省土地利用與糧食產能耦合度普遍較高，顯示強烈相互作用，預示未來有提升空間。2012—2013年上升，但2014年顯著下降，反映依賴性降低。2014年銅川糧食增產最低，漢中化肥施用最高但糧食增產最低。兩城市從高耦合轉為低耦合階段，耦合度急劇下降至極低水平。2014年后耦合度整體上升，2019年達峰值。2019—2021年有所下降，但整體處于高水平耦合階段。2018年延安和安康因土地使用不當導致糧食產量劇降，耕地面積和農用塑料薄膜增量最大，耦合度從高到低［8］。寶雞和西安糧食產量也急劇減少。在寶雞市，糧食增產量為-103 600 t，為10年中最低紀錄［8］。2018年西安農用塑料薄膜使用量達峰值，但糧食增產最低，影響耦合度。2018年是陜西省土地利用與糧食產能相互作用最弱的一年。2012—2021年陜西省北部和南部耦合度較高，分布均勻；中部耦合度較低，空間演化較大。

由圖4可知，2012年協調度最高，各市均處于高協調（0.49，1.00］區間，咸陽市達優質。2020和2021年也處于協調等級，其余年份部分地市失調。2018年協調度最低，延安和安康極度失調，因耕地、農膜用量大增，糧食產量大幅下降［10］，寶雞、西安、商洛、咸陽處于失調等級，西安中度失調等級，因農膜用量大、糧食產量低?？傮w來看，中部協調度最高、南部次之、北部最低。北部地形復雜、水資源短缺且農業技術推廣不足，導致土地利用與糧食產能協調性低。過去10年，土地使用與糧食產能協調度在地圖上呈集中分布模式，存在顯著地區差異。省會城市西安協調度高，因其經濟、行政能力強及先進種植技術，糧食安全保護力度大，基礎好。

4 結論

本研究通過建立評價指標體系，應用熵值法和耦合協調模型分析陜西省地級市的土地使用與糧食產能的耦合協調關系，結論如下。

①從時間序列分析來看，2012—2021年，研究區土地利用與糧食產能耦合度總體上升，波動范圍小，長期處于高耦合階段，顯示兩系統緊密連接。協調發展度曲線相對平緩，長期處于初級協調等級，協同關系較弱或起步階段，相互影響不夠強烈，未能實現潛在協同效益。土地利用綜合值波動下降，糧食產能綜合值波動上升，二者過去10年聯系密切，未來可能延續此關系模式。

②從空間分析來看，2012—2021年陜西省地市耦合度主要處于高水平階段，少數處于低水平或拮抗階段，城市間耦合度差異小，空間演變大。協調度主要處于中級等級，空間分布集中，中部協調度最高、南部次之、北部最低，以省會城市為中心存在明顯的空間差異性。

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