中国农业可持续发展水平多尺度时空演变特征

王颖, 喻阳华

(1.贵州师范大学地理与环境科学学院，贵阳 550025；2.贵州师范大学喀斯特研究院，贵阳 550001)

《2030可持续发展议程》提出,今后15年为实现消除贫困、促进充分的生产性就业等17项可持续发展目标而努力。在农业可持续发展领域中，实现粮食安全、促进可持续农业发展被列为目标之一[1]。我国人口多、耕地少、人均资源相对不足的现实国情决定了农业生产在国民经济发展中的基础地位。但中国在实现可持续发展目标过程中，由于初期阶段过于注重粮食数量的增长，导致农业生产中出现资源利用效率低、生态环境破坏等问题，制约其可持续性[2]。自2012 年中国第三产业占国民生产总值的比例(45.31%)首次超越第二产业占比(45.27%)后[3]，中国逐渐步入工业化后期，经济发展由重速度向提质量转型，强调农业发展方式应由粗放型经营向集约型经营转变，以确保国家粮食安全。农业可持续发展是实现乡村振兴战略的重要任务，同时也是实现农业结构战略性调整和解决“三农”问题的突破口与必然选择[4]。长时序农业可持续发展水平的评估、探究农业可持续发展多时空尺度演变特征是走集约与绿色农业发展道路、制定乡村振兴地域差异化策略亟需解决的两大核心问题。

如何立足于区域农业本底自然环境发展条件，服务于农业生产与需求，抓住农业发展战略机遇，推动其结构优化调整、向生态化方向发展，最终实现农业可持续水平的提升？学者们开展了多方面的研究，如国外农业发展模式与方法借鉴[5-6]、农业可持续发展水平指标体系及评估方法的理论总结与实证研究[7-9]、农业可持续发展方向和提升策略[10-12]、农业生态系统与农业可持续发展生态安全[13-15]、农业可持续发展内在机理探究[16-18]等。其中，在农业可持续发展评价方面作了诸多有益探索。在区域层面上，赵丹丹等[9]基于2004—2015年的指标数据，采用熵值法、协调度方法分析得出我国粮食主产区的农业可持续发展能力呈先波动下降再上升再下降趋势。在市域层面上，杨世琦[19]基于欧式距离构建农业可持续发展评价理论体系，选取宁夏自治区吴忠市2000—2012年数据开展了实例验证，得出了农业可持续发展水平偏低的结论。在县域层面上，赵莹雪[20]发现1995—2010年广东省五华县农业可持续发展能力呈波动增加趋势。时序上多关注短时间序列，难以系统评估自金融危机以来农业可持续发展的演进态势；尺度上主要集中在中观、微观水平，多关注单一尺度的研究，而长时序、从全国到省域的多尺度时空演变特征研究鲜见。耦合地理时空演变过程是地理学综合研究的重要途径，为阐释复杂人地关系提供了科学支撑。而农业是自然与经济再生产过程的统一，其地域格局伴随着自然、经济、社会等要素的长期变化产生时空演变和区域分异[21]。因此，多尺度、长时序的农业可持续发展水平评价及时空演变特征的研究，尚待进一步丰富。

本研究基于时空视角，运用主成分分析对2007—2018年中国各省(市、区)农业可持续发展水平进行测度，通过计算变化率进一步对比分析时间、空间格局，利用重心模型深入刻画空间演变轨迹，最后从系统指数对比与各尺度变化层面阐述可持续发展演变特征，揭示其时空演化规律。旨在明晰各区域农业可持续发展状况及变化态势，为开展农业可持续发展规划提供理论依据，以期稳步提升农业可持续发展水平。

1 材料与方法

1.1 数据来源

以31个省级行政区(不包括香港、澳门行政区和台湾省的数据)为基本地理单元，基于省域尺度测算农业可持续发展水平。区域尺度的分区标准来源于《全国农业可持续发展规划》[22](2015—2030)；资源利用程度、生态消耗与保护、农村经济增长等数据采用《中国统计年鉴》[23](2007—2018年)；人均粮食产量与占有量、农户固定资产投资分别来源于《中国农业统计资料》[24]和《中国农村统计年鉴》[25](2007—2017年)，缺失的2018年相关数据采用2017年数据。

1.2 基于发展目标的农业可持续发展评价体系

《2019年可持续发展报告》[26]指出，中国在实现可持续发展目标2(消除饥饿，实现粮食安全)、12(推进可持续生产与消费方式)、15(可持续管理森林)上仍需努力，而目标8(发展就业，经济持续增长)已达到可持续发展目标。农业可持续发展作为可持续发展科学的研究内容之一，指基于上一级目标完成情况，依据可持续发展目标，首先提取系统层，在系统层中识别关键要素从而构建农业可持续发展评价框架。

基于上述分析，中国农业可持续发展目标为以经济增长为动力，推进形成持续的生产与消费方式，保障粮食安全、促进农业可持续发展水平稳步提升。因此，从发展—生产—消费的联结思维构建农业可持续发展评价体系。其中，经济快速增长推动农业产业化、生态化发展，提高发展的包容程度。生产持续性由资源和生态组成：资源体现在耕地、机械等生产要素的合理分配与利用；陆地生态系统保育程度与生态承载力用于表征农业环境产生的外部差异对持续生产造成的影响。在消费持续性上，通过明晰农业资源利用、农业生产方向的发展路径，对维持农业市场经济良性运行、保障粮食安全做出进一步要求。最终选取乡村人口比重、耕地利用率、森林覆盖率、农村居民可支配收入等13项指标构建新型农业可持续发展评价体系(表1)，包含社会经济、资源利用、生态环境、居民需求4个子系统。

表1 基于可持续发展目标的农业可持续发展评价体系

1.3 评价与分析方法

采用极差法[27]对原始数据进行标准化处理，处理后数据处于0～1区间内。利用各维度指标值计算方法对处理后的数据利用变异系数法赋权重，最后采用加权模型计算得出各子系统指数。两系统间的协调发展度计算参照杨士弘[28]和廖重斌[29]方法，协调发展分类标准参考党晶晶等[30]方法，即0.85～1为优质协调发展类，0.70～0.80为初级协调发展类，0.55～0.60为轻度失调衰退类。

农业可持续发展综合指数计算方法为主成分分析法。在因子分析模块实现主成分分析，步骤包括：①对标准化的指标值进行Bartlett球形检验，显著系数<0.05，表明指标间具有较强的相关性，能够做主成分分析；②依据特征根值>1和方差累计贡献率>70%的原则抽取5个主成分；③将特征向量与标准化后的指标值进行加权，得到5个主成分的因子得分；④以因子得分与方差贡献率加权，计算2007—2018年各省(市)的农业可持续发展综合指数，公式如下。

(1)

式中，SFQAV为农业可持续发展综合指数，Wi为方差贡献率，Ni为因子得分。

为进一步深入揭示农业可持续发展水平时空演变过程，采用重心模型[31]计算2007—2018年农业可持续发展重心，公式如下。

(2)

式中，Xt为第t年重心的经度或纬度；mi为各省(市)农业可持续发展综合指数；Xi为各省(市)地理中心的经度或纬度。

1.4 数据处理

采用Microsoft excel 2010 软件进行计算与整理，SPSS 24.0 软件进行数据标准化处理与主成分分析，使用Origin 8.6软件制图。

2 结果与分析

2.1 各子系统指数及协调发展度变化特征

2.1.1社会经济与生态环境 从指数计算结果(图1)来看，社会经济指数和生态环境指数均小于0.2，生态环境指数均略高于社会经济指数，12年间两系统指数较为稳定，变化较小。其中，2007—2012年社会经济指数与生态环境指数基本持平，2013—2018年呈波动下降态势。从系统间的协调发展度来看，两者间的协调发展度均大于0.85，处于1以下，受指数影响其变化不大。当前农业可持续发展属优质协调发展类，但实质是社会经济发展对生态环境具有依赖性，经济增长滞后于生态环境消耗，粗放型农业模式仍占主导地位。其中2014年协调发展度最低，为0.72，原因是2014年国家优化调整了农业发展方式，减小了生态环境压力，以资源节约、环境友好型农业为发展方向，保持经济增长。上述分析说明，2007—2018年，我国的生态消耗指数略高于社会经济指数，两系统变化较小，趋于稳定，属优质协调发展类，但实质为经济增长对生态消耗具有依赖性。

图1 社会经济与生态消耗系统变化

2.1.2资源利用与居民需求 对比资源利用指数与居民需求指数结果(图2)可见，2007—2018年我国资源利用指数的平均值为0.12，是居民需求指数平均值(0.03)的4倍，说明资源利用发展超前于居民需求，居民需求的满足程度相对滞后。资源利用指数缓慢下降；2007—2012年居民需求指数基本保持不变，自2013年后逐年增加。资源利用指数与居民需求指数的协调发展度整体较低，属失调衰退类，协调发展度在0.20～0.91之间，以2014年最大，总体属失调衰退类。最高值的年份与生态、经济系统达到最低值年份一致，说明2013年提出的建设城乡新型关系、工业反哺农业方针显现初效，到2014年，调整农业发展结构的政策发挥一定作用，在降低生态消耗的同时，提升了资源循环利用能力、保障了居民需求满足。

图2 资源利用与居民需求系统变化

综上所述，资源利用与居民需求指数差异较大，以资源利用指数缓慢下降，居民需求指数稳步上升的形式演变，两系统间协调发展度总体较低，但呈波动增加变化趋势，属失调衰退类，表明资源利用未直接服务于居民需求。

2.2 农业可持续发展水平多尺度时空格局演变特征

2.2.1全国尺度农业可持续发展综合指数年际变化 基于静态数据分析，中国处于初步可持续发展阶段，其农业可持续发展水平较低。各年度农业可持续发展综合指数为0.19(2014年)～0.39(2013年)，均值为0.28。基于动态演进分析，2007—2018年农业可持续发展综合指数以2%·a-1波动下降。以2014年为分界点，2007—2014年、2014—2018年均呈M型，表现出“上升—下降—再上升—再下降”的变化规律，具体表现为2008—2011年呈缓慢下降趋势，其余年份上升；2014年以后，每隔一年呈上升—下降的倒U型发展，意味着中国农业可持续发展水平提升空间仍然较大。从变异系数来看，年际波动大，在0.45～0.81间波动，均值为0.60。以2014年为分界，演进态势呈W型，经历了“减少—增加—减少—增加”的演变过程，与综合指数趋势相反。整体而言，农业可持续发展综合指数年际变化较大，处于较低水平，以2%·a-1波动下降，呈现为M型演变模式(图3)。

图3 农业可持续发展综合指数变化

2.2.2全国尺度农业可持续发展综合指数空间演变分析 研究期内农业可持续发展重心始终在111.27°E—115.69°E，30.18°N—32.94°N之间移动，重心从2007年的115.62°E、32.20°N迁移到2018年的114.78°E、31.00°N，东西方向移动距离明显大于南北移动距离(图4)。

图4 农业可持续发展重心演变

从空间位置变化上来看，农业可持续发展重心总体呈西南—东南方向演进。2007—2012年间重心总体向西南方向演进，除2007—2008年为向西北方向演进，之后由东北—西南交替变化。2013—2018年重心总体向东南方向演进，除2016—2017年为向西北方向变化，前4年由东南—东北交替演变，后4年呈东北—东南向演变。

从空间分布范围来看，2007—2012年重心呈先缩减再扩大的趋势。2007—2012年，向西南方向缩小，表明空间集聚性加强。2013—2018年向东南方向扩张，波动范围增大，表明东南方向内部差异加大。

2.3 区域尺度农业可持续发展综合指数时空演变特征

不同区域的农业可持续发展综合指数结果见表2。从绝对数值分析，2007—2018年优化发展区变化率最高，为-23.99%；保护发展区居中，为-19.97%；适度发展区变化最小，为7.65%，呈优化发展区(7.07)>适度发展区(2.23)>保护发展区(0.24)的倒金字塔型递减变化趋势。从演化态势分析，2007—2018年适度发展区以1%·a-1上升，其余分区的农业可持续发展综合指数均表现为下降态势，其中优化发展区以1.9%·a-1缓慢下降，保护发展区以1.6%·a-1波动下降。分时段表现为适度发展区由上升(75.265%)转为降低(-60.62%)态势，保护发展区呈相反变化趋势，且变化较为明显，最高达533.95%。总体来说，除优化发展区持续下降外，其余分区随年份增加，农业可持续发展综合指数先上升后减小，最后表现为适度发展区增加，保护发展区降低，整体呈现出随农业可持续发展功能强度减弱，变化幅度呈梯度递减的变化特征。

表2 区域农业可持续发展综合指数及其变化率

2.4 省域尺度农业可持续发展综合指数时空演变分析

省域尺度的农业可持续发展综合指数结果见表3。2007—2012年，农业可持续发展综合指数增长率普遍较高，表现为东部-中部-西部板块逐渐递增的空间格局，东部相对稳定，西部变化明显。23个省区呈上升态势，贵州(24 125.47%)、甘肃(777.26%)、新疆(659.57%)、青海(321.21%)4个省份增长率大于300%。8个省区呈下降态势，负增长率在-9.56%～-22.70%之间，其中河北(-22.70%)、宁夏(-21.48%)、浙江(-21.33%)、福建(-20.58%)增长率在-20%以上。

表3 省域农业可持续发展综合指数变化率

2013—2018年，农业可持续发展综合指数总体呈降低趋势，由东向西呈逐渐衰减的变化态势。除上海(602.10%)、北京(488.88%)、天津(111.21%)、贵州(72.51%)、浙江(15.04%)呈上升态势，其余26个省区均呈下降态势，甘肃(-106.74%)、西藏(-105.03%)、新疆(-99.25%)、青海(-97.65%)变化较为显著，下降幅度较大。

总体来看，2007—2018年，农业可持续发展综合指数呈整体下降、局部增加的变化特征，表现出自西向东逐渐衰减的变化趋势，西部地区差异明显，西南、西北省份两极分化，中、东部省份差异较小。24个省(市、区)呈下降趋势，其中减速大于80%的省(市、区)有甘肃(-352.75%)、新疆(-89.28%)、宁夏(-82.38%)；7个省份呈上升走势，其中增速大于100%的省(市、区)有贵州(13 379.29%)和云南(145.74%)。

3 讨论

在各子系统中，生态消耗制约着社会经济发展，资源利用未直接服务于居民需求满足程度提升，两系统间协调发展度值低和四个维度的协调度值较低[32]成为影响农业可持续发展水平的重要原因。这进一步证实了中国已完成经济可持续、包容性增长的目标，转型进入资源、生态可持续阶段，未来需着力在生态环境保护、资源永续利用方面进行改进，落实农业可持续发展“减降实增”的目标。由于我国正处于后工业经济转型阶段[3]，经济增长依赖高生态消耗、资源循环利用未见初效、居民满足度基本稳定成为过渡阶段的特征，转型过程中生态环境响应资源变化，以承载—拮抗—消耗的过程反馈经济增长，印证了两系统间协调发展度的变化趋势。系统间存在联结关系，协调度值低表现为各系统间协同作用较弱，发展不平衡。一方面，作为农业发展本底条件的生态环境与资源禀赋差异性使各省(市、区)发展不均衡。另一方面，由于前期将经济建设作为首要任务，以高生态消耗与资源损耗发展模式为主，对系统间协同作用有一定制约。

农业可持续发展综合指数的整体演变是农业发展模式、功能开发强度、生态调节能力综合驱动的结果。不同尺度下影响农业可持续发展综合指数的因子不同。从全国层面来看，农业发展模式成为影响农业可持续发展水平的主导因素，以2014年为分界点上下波动，其中，2007年中央一号文件提出加速循环、生态农业发展，旨在提高农业可持续发展水平[33]；2008年金融危机后，转变经济发展模式、调整与优化产业结构，进一步增强了农业可持续发展潜力[34]；随着城乡二元结构被打破，国家提出以工促农、工业反哺农业发展新范式，到2013年农业可持续发展综合指数达到峰值；2014年粮食实现“十一”连增，但农业仍以高消耗、高污染、低产出、低效益的粗放模式经营[35]，农业发展依赖高生态环境成本；进入“十三五”规划阶段后，国家对农业的扶持力度增大，恢复增长，但仍面临新一轮农业产业机构调整，增长难度加大，农业可持续发展综合指数上下波动[36]。Li等[37]研究发现，中国农业可持续发展水平约为“一带一路”沿线国家的2倍，与本研究结果不一致，可能与指标选取、研究时段有关。说明作为倡议国，中国的农业可持续发展水平具有一定优势，可以通过健全农业产业投资机制，实现农业资源互补，构建经典农业发展范式等措施来贡献中国力量，从而深化“一带一路”合作。从分区层面来看，生产功能开发强度驱动农业可持续发展各分区的综合指数发生变化。优化发展区、适度发展区的农业可持续发展水平与农业可持续发展规划的管控要求基本吻合，保护发展区应在坚持保护优先的原则上，适度发展生态和特色产业，使农业可持续发展水平下降速度减缓乃至稳定。本研究结合西南—东南方向演进的态势，发现重心仍在优化发展区与适度发展区徘徊，表明中东部作为主产区优势凸显，西部适度发展区仍具有较大潜力，未来应坚持以发挥优化发展区优势、稳定适度发展区状态、促进保护发展区增长为导向，有针对性地提升区域农业可持续发展水平。从省域层面来看，生态调节能力与功能定位共同作用于省际农业可持续发展综合指数的分异。自21世纪初实施西部大开发战略以来，西部地区的基础设施得到了改善，经济发展水平得到进一步提升[38]。随着石漠化生态综合治理工程取得成效，喀斯特地区生态调节能力增强，贵州、云南结合高原特色，发展生态农业，抓住机遇加速提升了其可持续发展水平。与之相反，一方面，甘肃、新疆、宁夏的自然及地理区位条件相对落后，水土资源不匹配，资源承载力较低[33]，生态系统的自我调节能力有限；另一方面，因上述地区总体以生态恢复和保护为主体功能，其开发力度较小，一定程度上限制了农业生产，而农业技术推广与产业结构调整无实质进展[39]，可持续发展仍依赖原有路径。基于此，贵州、云南应建立完备的生态农业合作机制，发挥其辐射带动作用，减小虹吸效应的抑制作用。甘肃、新疆、宁夏应寻求农业可持续发展与资源节约、环境保护协同的均衡点，缩小区域间农业可持续发展水平差距[40]。

本研究基于31个省(市、区)的面板数据，对2007—2018年农业可持续发展水平进行定量分析，从系统层面阐明农业可持续发展阶段特征，从不同地理单元进一步探究农业可持续发展综合指数的时空演变规律。与前人研究相比，本研究在数据更新、研究视角等方面有进展，进一步补充了多尺度、长时序农业可持续发展实证性研究，并尝试分析了其综合指数的演变特征。评估农业可持续发展水平有助于明晰现阶段农业发展状况，对实现到2030年农业可持续发展新格局基本确立的规划目标具有丰富的现实意义。本研究注重探究农业可持续发展演变轨迹，从指数变化幅度角度切入分析各尺度时空变化过程，因而研究结论具有重要参考价值。单依据发展目标设计的指标体系涉及经济发展、资源利用、生态消耗、居民满足，分类较简单，且受限于数据获取，选取指标不够完善，如快速城市化使农村人口就业方向趋于多元化，而以静态思维将农村人口比重用于指代农业生产人力资源有待商榷。未来需针对中国农业可持续发展目标，构建分类明确、指标详细的评价体系，对时空演进的驱动机制、影响因素、提升路径作进一步探讨。