北京市农业发展与资源环境的耦合过程与解耦分析

刘玉 唐林楠 潘瑜春,

北京市农业发展与资源环境的耦合过程与解耦分析

刘玉1,2唐林楠1,2潘瑜春1,2,†

1.北京农业信息技术研究中心, 北京 100097; 2.国家农业信息化工程技术研究中心, 北京 100097; † E-mail: liuyu@nercita.org.cn

基于农业可持续发展视角, 系统探讨 2005 年以来北京市农业发展与资源环境的时空演化特征及其耦合、解耦过程, 得到如下结论。1)2005—2017 年, 北京市农业发展水平先增强后减弱。经济产出特征与农业发展特征相似; 农业社会发展水平指数先快速减小后缓慢提升, 但总体减弱; 产业现代化水平持续提升。2)农业资源环境压力先增强后减弱。资源承载及消耗指数与压力指数的变化趋势相同, 且对农业资源环境压力指数的影响明显; 环境污染指数逐年下降。3)全市资源环境压力与农业发展之间经历了“最不利状态→理想状态→相对乐观状态”的动态演变, 解耦和耦合状态并存, 并以解耦状态为主。在未来农业转型升级进程中, 仍需注重农业生态化发展及其多功能价值的挖掘, 促进农业发展与资源环境的有序平衡。

北京; 农业发展; 资源环境; 耦合过程; 解耦模型

在城乡转型发展过程中, 大都市的农业发展日益呈现现代化和功能多样化特征, 并对区域资源环境产生影响[1–2]。在资源环境约束趋紧的背景下, 探讨并梳理农业发展与资源环境间的耦合及解耦关系, 是构建与资源环境相匹配的农业发展格局、促进农业健康持续发展的重要前提。

一些学者对农业发展、资源环境及二者的耦合关系进行了研究。在农业发展方面, 侧重探讨时空格局及驱动机制等[3–5]。在资源环境方面, 侧重分析时空分布和适宜性等[6–9]。在二者耦合关系方面, 借助关联分析、协调度模型和空间自相关分析等方法, 定量地测度农业发展与水、土等资源的耦合协调关系[10–13], 结果表明农业发展与资源环境之间相互影响, 相互作用, 并随着政策和技术等的变化, 在不同时期表现出差异化的耦合效应。但是, 对政策响应后农业发展与资源环境间耦合及解耦关系的梳理较少, 亦缺乏对二者耦合关系的阐释, 不利于政策的有效性测度及后续制定。

Tapio[14]提出弹性脱钩理论。该理论较好地阐释了工业化、城镇化进程中经济发展与环境污染的解耦状况[15–17], 为探讨农业发展与资源环境的耦合及解耦过程提供思路。由经济合作与发展组织(Organization for Economic Co-operation and Deve-lopment, OECD)以及联合国环境规划署(United Nations Environment Programme, UNEP)共同建立的“压力-状态-响应”(pressure-state-response, PSR)模型强调环境压力的来源和影响, 为分析人类活动与资源环境的相互影响提供了新路径, 并在探索系统指标间的反馈机制、寻找“原因–效应–反应”等方面具有明显优势[9,12,18]。据此, 集成应用弹性脱钩理论模型与 PSR 模型, 有助于深入研究农业发展与资源环境的耦合过程, 并为农业可持续发展以及降低资源环境风险提供借鉴。

自 2005 年北京出台《关于加快发展都市型现代农业的指导意见》以来, 区域城郊型农业逐渐转型为都市型现代农业。新常态下, 北京农业发展面临经济增速放缓和资源环境约束加大等多重压力, 其结构和功能日渐复杂多元, 并向生态化方向发展。本文借鉴PSR模型的思路, 构建农业发展与农业资源环境耦合分析模型, 基于农业可持续发展视角, 系统地分析北京市农业发展与资源环境的时空特征及系统间的耦合与解耦过程, 并探讨实现农业健康持续发展的有效路径, 以期为区域农业发展与资源环境系统良性演化提供科学参考。

1 农业发展与资源环境的耦合分析框架

根据 PSR 模型的内涵, “压力”指对自然环境直接产生影响的各类因素, 对于农业来说, 主要指农业资源消耗和环境污染等; “状态”指问题的当前情形, 如农业发展现状等; “响应”指在应承“压力”及“状态”下, 为促进系统良性循环发展采取的对策。农业发展面临耕地占用、面源污染以及工业和生活用水对农业用水资源的争夺等问题[19], 驱使农业发展及资源环境系统发生一定程度的响应, 并通过二者间的耦合关系得以体现, 从而形成有利于农业发展与资源环境良性运行的外部环境(如产业经营方式、生态要求和功能维度的转变), 制定相应的农业发展和资源环境保护政策。因此, 为促进农业可持续发展, 既要考虑农业发展对资源环境的影响, 也要考虑资源承载和消耗以及环境污染对农业发展的制约(图 1)。

2 研究方法与数据来源

2.1 数据来源与处理

2005—2017 年北京市农业发展和资源环境指标数据来自《北京统计年鉴》(2006—2018 年)、《北京区域经济统计年鉴》(2006—2017 年)和《中国农村统计年鉴》(2006—2018 年)等。为保持数据的完整性, 对 2017 年数据缺省的相关指标用相邻年份的数值代替。2005—2008 年全市园地面积基于相应的比例插值得到。采用极值法对指标进行标准化, 并借助熵权法计算权重[20]。

图1 农业发展与资源环境系统的耦合框架

2.2 研究方法

2.2.1 农业发展指数

学者们往往从生产投入、经济产出、社会发展和产业现代化程度等方面测度农业发展水平[21–26]。为避免与资源环境压力指标体系重复, 本文仅从经济产出、社会发展和产业现代化水平 3 个方面评价北京市农业发展水平, 侧重反映区域农业的产业特征和社会性(表 1)。各项指标的数值越大, 表示农业发展程度越好。

2.2.2 资源环境压力指数

从资源承载及消耗和环境污染两个方面评析资源环境压力, 选取总量指标来反映资源环境压力的总体状态和趋势[27], 资源环境压力越大, 对农业发展的约束就越大。耕(园)地面积反映区域的资源承载能力, 面积越大, 资源承载能力越大, 资源环境面临的压力就越小; 农业用水量和第一产业能源消费量反映资源消耗情况, 指标数值越大, 资源消耗越多, 资源环境压力就越大; 化肥、农药、农用塑料薄膜使用量越大, 对环境污染程度越大, 资源环境压力就越大。由于农业面源污染氮(磷)污染物排放量和化学需氧量等数据较难获取, 本研究未将其考虑在内。

2.2.3 解耦模型

“解耦”通常用于形容物理量之间相互影响关系的消失。20 世纪 90 年代, OECD[28]首次提出经济学意义的“解耦”概念, 试图通过构建相对解耦和绝对解耦指数来描述如何切断环境消耗与经济发展之间的关联。Tapio[14]在 OECD 提出的解耦理论基础上引入弹性系数, 通过分析某地区某一时段资源环境变化弹性系数与经济增长弹性系数的比值来判断是否解耦。本研究在构建区域农业发展指数和资源环境压力指数的基础上, 进一步构建区域资源环境与农业发展的解耦模型, 计算公式如下:

表1 农业发展与资源环境评价指标体系

注: ①主要农产品产量指粮食、果品、蔬菜和肉类的产量。为避免量纲影响, 分别对 4 种农产品产量进行标准化, 然后求均值作为该项指标的标准化值; ②都市型现代农业收入包括观光农业园、民俗旅游、设施农业和种业的收入, 其标准化处理方式同①; ③第一产业能源消费量指一定时期内一定行政区域第一产业相关行业和居民家庭所消费的各种煤炭、石油、天然气、一次电力及其他能源的总和。

其中, ξt为第t时期的解耦指数, ∆REIt为第t时期资源环境压力变化弹性系数, REIT 和 REIT-1 分别为第T 年和T–1年的资源环境压力指数, ∆ADIt为第t时段农业发展变化弹性系数, ADIT和ADIT-1 分别为第T年和第T–1年的农业发展指数。根据 Tapio[14]的解耦理论, 以ξ=0.8和ξ=1.2为分界线, 将解耦状态划分为8种类型(图2)。其中, 强解耦是资源环境压力在农业发展的同时而减小(∆ADI＞0 且∆REI＜0)的最理想状态; 弱解耦指资源环境压力与农业发展同时增大(∆ADI>0且∆REI>0), 但其增速小于农业增长速度(0<ξ≤0.8), 状态相对理想; 强负解耦是二者耦合的最不利状态, 指资源环境压力随着农业发展水平下降(∆ADI<0)而增大(∆REI>0); 弱负解耦指农业发展水平和资源环境压力同时下降(∆ADI<0, ∆REI<0), 但资源环境压力下降速度相对较小(0<ξ≤0.8); 扩张性负解耦表现为资源环境压力在农业发展(∆ADI>0)的同时持续加大(∆REI>0), 且增速大于农业增长(ξ >1.2); 衰退性解耦指农业发展和资源环境压力均衰减(∆ADI<0, ∆REI<0), 但资源环境压力衰减速度相对较小(ξ >1.2); 扩张性耦合指资源环境压力和农业发展水平同时增大(∆ADI>0, ∆REI>0), 增幅大致相同(0.8<ξ≤1.2); 衰退性耦合指资源环境压力和农业发展水平均衰减(∆ADI<0, ∆REI<0), 减幅大致相同(0.8<ξ≤1.2)。

3 农业发展与资源环境的耦合与解耦分析

3.1 农业发展特征

如图3所示, 2005—2017年北京市农业发展水平总体上呈现先增强后减弱的特征。其中, 2005—2012年, 全市以农业多功能性开发为重点, 运用现代高新技术改造传统农业, 使都市农业日益向资本密集和技术密集的方向发展, 农业发展态势良好, 发展指数由0.5558增至0.6113, 年均增长1.37%。在农业资源短缺因素制约以及实施百万亩平原造林工程的综合影响下, 2013年后, 全市传统农业生产规模快速收缩, 农林牧渔业内部构成发生显著地变化[29], 农业发展指数由0.4950降至0.3417, 年均减少8.95%。

1)经济产出水平与农业发展水平的变化趋势相似, 总体上呈现先增强后减弱的特征。2013 年前, 农林牧渔业发展迅速, 增加值由 108.6×108元增至 161.8×108元, 年均增长 5.11%。2014 年《关于调结构转方式发展高效节水农业的意见》出台以来, 全市结合首都功能定位, 坚持以农业绿色发展为主线, 深入落实农业“调转节”措施。在此过程中, 农业用水量持续减少, 畜禽养殖主动从水源地和人口集中区退出, 养殖规模有序调减, 加上耕地和园地面积连年下降, 肉类、蔬菜、粮食和水果等农产品产量下降明显, 农林牧渔业增加值由 161.3×108元减至 132×108元。

2)产业现代化水平持续提升。2005 年以来, 全市农业生产结构处于转型升级中, 一方面, 注重提升农产品附加值, 形成较为完整的产业延伸链; 另一方面, 依托首都科技资源优势, 积极发展区域设施农业、籽种产业和观光休闲农业等特色产业, 收入分别由 18.62×108元、5.94×108元和 7.88×108元增至 2017 年的 54.50×108元、12.71×108元和29.92× 108元, 成为全市都市型农业发展的重点产业。

3)与经济产出特征相反, 以提供就业和基本生活保障为重要体现的农业社会发展指数先快速减弱后缓慢提升, 但总体上处于减弱态势。随着第二、三产业尤其是第三产业的发展, 农林牧渔业劳动力逐渐转移, 农户依托农业生产获得的经营性收入也相应减少, 人均第一产业经营纯收入由 2005 年的 899 元减至 2017 年的 502.56 元, 农业的社会发展功能在弱化。

3.2 资源环境特征

2005—2017 年间, 全市资源环境压力呈现先增大后减弱的态势, 如图 4 所示。其中, 2005—2008年间, 全市对环境保护的要求不断提高, 环境污染得到有效的控制, 加上该期间耕地和园地资源相对丰富, 有效地缓解了人口增长带来的资源消耗压力, 资源环境压力指数上升缓慢, 年均增长 3.39%; 2009—2011 年, 作为特大型城市, 人口急剧膨胀, 耕地等资源消耗较快, 资源环境压力迅速上升, 年平均增长 6.95%; “十二五”规划实施以来, 市政府提出要合理地调控人口规模, 并注重农业的生态功能。在平原造林等综合措施的带动下, 林业的生态服务价值日益凸显, 林业增加值的比重由 2012 年的 15.65%提高到 2017 年的 18.94%, 资源环境压力指数由0.7293降至 0.3290。

1)资源承载及消耗指数与资源环境压力指数表现特征相同, 分别在 2005—2008 年、2009—2011年和 2012—2017 年 3 个阶段表现出缓慢增加、快速增加及逐渐减小的特征。具体而言, 第一产业能源消费量在 2011 年达到峰值, 之后随着各项节能减排政策的推进, 农业发展对能源的依赖程度减弱, 第一产业能源消费量持续减少。农业用水量由 2005年的 13.2 亿 m3持续减至 2017 年的 5.1 亿 m3, 年均减少 8.25%。北京市积极落实最严格的耕地保护制度, 而“城乡建设用地减量发展”等政策的实施在一定程度上遏制了耕地和园地的快速下降趋势。从总体上看, 2011 年以来农业用水量和第一产业能源消费量的持续减少对资源环境压力具有一定程度的缓解作用, 但耕地和园地等资源的减少对资源环境承载力形成较大压力。

2)近年来, 市政府日益关注农业生产投入产生的环境问题。按照农业农村部“化肥农药零增长行动计划”, 北京市农业部门围绕“调转节”和首都农业功能定位, 积极开展“双减”工作, 化肥、农药和农用塑料薄膜使用量持续减少, 环境污染程度持续减弱。此外, 全市范围内实施的畜牧业禁养限养政策, 也在一定程度上降低了氨氮等污染物排放。

3.3 农业发展与资源环境的耦合与解耦特征

基于解耦模型, 计算 2005—2017 年北京市资源环境压力与农业发展的解耦指数。由表 2 可知, 12年间北京市资源环境压力与农业发展之间呈现强负解耦、强解耦、扩张性负解耦、弱负解耦、衰退性耦合和衰退性解耦等 6 种状态, 以解耦状态为主。其中, 2005—2007 年和2008—2009 年呈强负解耦状态, 即处于最不理想的耦合状态; 2007—2008 年和2011—2012 年处于理想的强解耦状态; 2009—2011年呈扩张性负解耦状态, 表明资源环境压力增速明显高于农业发展增速, 资源环境压力增大; 2012—2013 年呈弱负解耦状态, 表现为资源环境压力随着农业发展水平的下降而减小, 但减速慢; 2013—2014 年和 2015—2016 年呈衰退性耦合状态, 表示农业发展水平和资源环境压力均减小, 且减小速度相当; 2014—2015 年和 2016—2017 年呈衰退性解耦状态, 表示农业发展水平和资源环境压力均减小, 但资源环境压力衰减速度较快, 状态相对乐观。总体而言, 全市资源环境压力与农业发展之间耦合与解耦关系交错出现, 且 2012 年以来的状态相对乐观, 但并不稳定。

表2 北京资源环境压力与农业发展之间的耦合解耦过程

3.4 政策建议

作为一个资源环境约束型城市, 发展高效节水型和生态型的现代化农业是确保北京资源环境与区域农业发展相匹配, 总体占符合城市战略定位的必然选择。现阶段, 籽种业和观光旅游业等特色产业发展与传统农业规模收缩并存, 全市农业处于快速转型发展期。未来, 可结合乡村振兴战略, 以振兴产业为切入点, 整合人口和土地等要素, 加快发展现代化农业, 促使农业发展与农业资源环境达到理想的解耦状态。

1)人口要素整合方面, 以培育种植大户、龙头企业、专业合作社和家庭农场等新型经营主体为契机, 吸引资金和劳动力流入乡村, 增加乡村发展活力, 形成有文化、懂技术的新型职业化农民队伍, 进行科学生产和经营管理, 实现技术增效增产。

2)在土地要素整合过程中, 一方面根据《北京城市总体规划(2016—2035 年)》, 遵循以水定人和以水定地原则, 坚守建设用地规模底线, 严格落实土地用途管制制度, 禁止占用耕地等行为, 实现城乡建设用地规模减量发展; 另一方面, 配合城乡建设用地减量规划, 借助土地综合整治技术, 归并零散地块, 并结合高标准农田建设配套高效节水灌溉设施, 改善农业生产条件, 提升资源环境承载力。

3)在产业要素整合过程中, 依托首都科技优势, 积极培育产业新业态。借助土地整治措施, 盘活土地资源, 为特色产业的发展提供场所和空间。同时, 结合城镇居民对农业生态和景观文化功能的需求以及菜地租赁、农业观光园和民俗旅游等特色产业发展的需要, 着重挖掘农业的生态服务价值, 实现农业发展与资源环境的耦合协调发展。

4 结论与讨论

本研究集成弹性脱钩理论模型与“PSR”模型, 根据农业发展与资源环境压力的表现特征, 系统地梳理北京市 2005 年以来两系统响应相关政策后的耦合与解耦状态, 得到如下结论。

1) 2005—2017 年, 北京市农业发展水平总体上呈现先增强后减弱的演化特征。其中, 经济产出水平与农业发展水平保持一致; 产业现代化水平持续提升; 农业社会发展水平指数先快速减弱后缓慢提升, 但总体上呈减弱态势。

2)北京市农业资源环境压力指数呈现先增强后减弱的态势。随着政府积极的环境治理以及政策响应, 农药、化肥等生产投入对区域资源环境形成的压力正在减弱, 而耕地和园地等资源减少是区域农业资源环境压力加大的重要因素。

3)2005—2017 年间, 北京市资源环境压力与农业发展之间经历“最不利状态→理想状态→相对乐观状态”的动态演变过程, 解耦和耦合状态并存。未来一段时期内, 全市农业发展还将处于持续转型中。

本文研究结果可为制定农业绿色发展政策提供参考。随着北京市农业供给侧结构性改革与“调转节”进程的深入, 可结合分区数据进一步探讨各区两系统间的差异化耦合解耦特征, 以便制定更精准的农业发展政策, 促进系统间良性协调运行。

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Coupling Process and Decoupling Analysis of Agricultural Development and Resource-environment in Beijing

LIU Yu1,2, TANG Linnan1,2, PAN Yuchun1,2,†

1. Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture, Beijing 100097; 2. National Engineering Research Center for Information Technology in Agriculture, Beijing 100097; † E-mail: liuyu@nercita.org.cn

Based on the perspective of sustainable agricultural development, this study systematically discusses the spatial-temporal evolution characteristics, coupling and decoupling process of agricultural development and resource-environment in Beijing since 2005. The results are as follows. 1) From 2005 to 2017, Beijing’s agricultural development first strengthens and then weakens. The development characteristics of economic output are similar to those of agricultural development; the indexes of agricultural social development first decreases rapidly and then slowly increases, but generally showing a weakening trend; the industrial modernization continues to improve. 2) The pressure of agricultural resources and environment strengthens first and then abates. The change trend of the resource carrying and consumption indexes are the same as that of the pressure index, and the influence on the pressure index of agricultural resources and environment is obvious; the environmental pollution index decreases year by year. 3) There has been a dynamic evolution from “the most unfavorable state→the ideal state→the relatively optimistic state” between the pressure of resources and environment and the development of agriculture in the city, with coexistence of decoupling and coupling states and the decoupling state as the main one. In the process of agricultural sustainable transformation and upgrading in future, it is necessary to emphasize the ecological development of agriculture and its multi-functional value excavation and to promote its orderly balance with resources and environment.

Beijing; agricultural development; resources and environment; coupling process; decoupling model

10.13209/j.0479-8023.2020.013

北京市农林科学院青年科研基金(QNJJ201902)、北京市自然科学基金(9192010)和北京市农林科学院科研创新平台建设项目(PT2020-29) 资助

2019–04–18;

2019–05–29