中國水資源-能源-糧食-支撐系統(tǒng)安全測(cè)度及協(xié)調(diào)發(fā)展

蓋 美,翟羽茜

1 教育部人文社科重點(diǎn)研究基地，海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心, 大連 116029 2 遼寧師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 大連 116029 3 遼寧師范大學(xué)海洋可持續(xù)發(fā)展研究院,大連 116029

水、能源、糧食作為人類生存與社會(huì)發(fā)展的重要自然資源,2011年波恩會(huì)議中首次將其聯(lián)系起來作為一個(gè)整體考慮,至此水-能源-糧食(W-E-F)系統(tǒng)走進(jìn)專家學(xué)者的視野[1-3]。隨著人民生活水平的提高,對(duì)水資源、能源、糧食有了數(shù)量和質(zhì)量要求,而我國資源日益短缺與人民日益增長(zhǎng)的需求出現(xiàn)了巨大的矛盾。黨的十八大和十九大分別提出了“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”、“確保國家糧食安全,實(shí)施食品安全戰(zhàn)略”,十三五規(guī)劃提出了加快新型能源發(fā)展等方針政策,充分體現(xiàn)了黨中央對(duì)水-能源-糧食安全的重視[2]。我國淡水資源總量占全球的6%,人均水資源量?jī)H為世界平均水平的1/4；我國能源資源發(fā)展將從總量擴(kuò)張轉(zhuǎn)向提質(zhì)增效新階段；我國糧食實(shí)現(xiàn)了連年豐收卻仍將存在糧食供求的結(jié)構(gòu)性矛盾[2]。因此,研究水資源-能源-糧食系統(tǒng)的時(shí)空變化特征,對(duì)于更加深刻地認(rèn)識(shí)我國安全測(cè)度水平,推進(jìn)我國現(xiàn)代化建設(shè)有著重要意義。

針對(duì)W-E-F系統(tǒng)的研究主要有以下幾方面特點(diǎn)：(1)安全測(cè)度指標(biāo)體系構(gòu)建：對(duì)區(qū)域W-E-F系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方面指標(biāo)體系構(gòu)建集中在水[4]、能源[5]和糧食[6-7]三個(gè)單子系統(tǒng)或水安全與糧食安全[8]、能源與經(jīng)濟(jì)發(fā)展[9]、糧食與人口[10]等兩個(gè)系統(tǒng)彼此的聯(lián)系,如白景峰闡述了水-糧食-能源壓力的時(shí)空變動(dòng)及驅(qū)動(dòng)力[11],研究不夠全面；(2)研究?jī)?nèi)容：對(duì)W-E-F系統(tǒng)的整體研究側(cè)重于對(duì)其概念的探究及紐帶關(guān)系的闡述[12-13],如于宏源[14]闡述了紐帶安全下能源-糧食-水的概念及現(xiàn)狀；或?qū)-E-F系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析并提出相應(yīng)的解決對(duì)策[15],目前的研究以定性研究為主,定量化研究依舊較少；(3)研究角度：對(duì)W-E-F系統(tǒng)的定量分析主要探究W-E-F系統(tǒng)的時(shí)間變化或時(shí)空演變規(guī)律,如王慧敏等[16]探究了水-能源-糧食的時(shí)間變化對(duì)山東省的區(qū)域綠色發(fā)展的影響并提出相應(yīng)的對(duì)策,沒有考慮到三要素之間協(xié)調(diào)程度。

基于此,本文做了以下幾點(diǎn)拓展：(1)在多研究水-能源-糧食系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,本文考慮到人類社會(huì)可能對(duì)其的影響,引入支撐系統(tǒng)(社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和管理維護(hù)子系統(tǒng)),構(gòu)建五元系統(tǒng)體系,對(duì)中國安全測(cè)度水平進(jìn)行定量化分析,從而全面反映中國安全測(cè)度狀況；(2)本文構(gòu)建水、能源、糧食和支撐系統(tǒng)(社會(huì)經(jīng)濟(jì)和管理維護(hù))指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上,考慮到水資源、糧食、能源生產(chǎn)消費(fèi)安全的同時(shí),還考慮到城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)水、能源、糧食安全的影響,從居民消費(fèi)水平、科技創(chuàng)新、國民人口素質(zhì)等方面進(jìn)行指標(biāo)選取,力求全面、科學(xué)地反映中國安全測(cè)度狀況；(3)目前針對(duì)水、能源、糧食的研究只考慮到各子系統(tǒng)安全測(cè)度水平的好壞,忽略彼此發(fā)展是否為協(xié)調(diào)發(fā)展,安全測(cè)度水平的評(píng)價(jià)較單薄,本文在評(píng)價(jià)各子系統(tǒng)安全水平的高低的基礎(chǔ)上綜合考慮系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性,拓展了W-E-F系統(tǒng)的研究廣度和深度,為提高中國安全測(cè)度水平,促進(jìn)中國水資源-能源-糧食安全的可持續(xù)發(fā)展提供支持。

1 數(shù)據(jù)來源與說明

1.1 指標(biāo)體系的構(gòu)建

在評(píng)估區(qū)域安全測(cè)度水平時(shí),水資源安全是保證區(qū)域安全測(cè)度水平的基礎(chǔ)；而糧食安全是提高區(qū)域安全測(cè)度水平的保障；能源安全則有利于推動(dòng)區(qū)域安全測(cè)度的進(jìn)步；隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展,人類對(duì)自然環(huán)境的利用改造程度越來越高,因此本文也考慮到經(jīng)濟(jì)發(fā)展可能會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)匕踩珳y(cè)度水平造成的負(fù)面影響及人們?yōu)榱吮Ｗo(hù)生態(tài)環(huán)境所實(shí)施的一系列措施造成的積極影響。要提高區(qū)域安全測(cè)度水平,各子系統(tǒng)彼此之間的協(xié)調(diào)性也需要提升。

基于此,本文在堅(jiān)持科學(xué)性、區(qū)域性、可獲得性、典型性等原則的基礎(chǔ)上,結(jié)合相關(guān)研究成果構(gòu)建中國水資源-能源-糧食-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-管理維護(hù)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,對(duì)中國安全測(cè)度水平進(jìn)行評(píng)估分析。如圖1。

圖1 安全測(cè)度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index system of ecological security

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究選取2004—2017年為研究時(shí)段,主要數(shù)據(jù)來源有國家統(tǒng)計(jì)局官網(wǎng)、中國統(tǒng)計(jì)年鑒、中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒、中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒及各省份統(tǒng)計(jì)年鑒和統(tǒng)計(jì)公報(bào)。中國香港地區(qū)、中國澳門地區(qū)、中國臺(tái)灣地區(qū)因數(shù)據(jù)獲取困難,尚 不在研究范圍內(nèi)。

2 研究方法

本文構(gòu)建水、能源、糧食、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和管理維護(hù)五個(gè)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上,本文在傳統(tǒng)水資源、糧食、能源生產(chǎn)消費(fèi)安全的基礎(chǔ)上,還考慮到城市供水、燃?xì)庠O(shè)施對(duì)水安全、能源安全的影響、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)糧食安全的影響、居民消費(fèi)水平、科技創(chuàng)新、國民人口素質(zhì)等方面進(jìn)行指標(biāo)選取,通過可信度分析最終篩選出45個(gè)指標(biāo)。文章基于所選45個(gè)指標(biāo)和各省份的數(shù)據(jù),計(jì)算出中國各省份的安全測(cè)度指數(shù)。安全測(cè)度指數(shù)值越大,代表當(dāng)?shù)厮?糧食-能源-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-管理維護(hù)安全狀況越好,反之則反。本文運(yùn)用核密度估計(jì)和基尼系數(shù)、變異系數(shù)更科學(xué)詳細(xì)的闡述安全測(cè)度水平的時(shí)間演化規(guī)律。再通過ArcGIS軟件將各個(gè)省份的安全測(cè)度指數(shù)采用分位圖展示出來進(jìn)行空間分析,最后引入耦合協(xié)調(diào)度公式,進(jìn)行系統(tǒng)間的相互分析。

2.1 指標(biāo)可信度分析及確定權(quán)重

為了保證指標(biāo)選取的客觀、全面和可靠,本文對(duì)所獲取的原始數(shù)據(jù)采用Min-Max方法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)利用SPSS軟件進(jìn)行指標(biāo)相關(guān)度分析及可信度分析。所選指標(biāo)相關(guān)系數(shù)均小于0.4,指標(biāo)可信度系數(shù)均高于0.8,證明所選指標(biāo)反映的方面較全面,可信度較高。該指標(biāo)體系能夠客觀全面的反映各省份的安全測(cè)度狀況。

本文利用熵權(quán)法來確定指標(biāo)權(quán)重。指標(biāo)的熵值反映了指標(biāo)提供給決策者信息量的大小,熵值可以客觀地確定指標(biāo)的重要程度,避免人為賦權(quán)主觀性的偏頗。其中人口密度、人均GDP、產(chǎn)水模數(shù)、能源消費(fèi)彈性系數(shù)的權(quán)重較大(均>0.1),因此人口、水資源、能源均對(duì)各省份的安全測(cè)度狀況有重要的影響,要提高安全測(cè)度狀況需加大對(duì)其的調(diào)控。

2.2 模糊物元法

為了解決各類指標(biāo)的不相容的問題,本文決定采用模糊物元法[17]。首先寫出各省份安全測(cè)度的復(fù)合模糊物元矩陣；其次計(jì)算每項(xiàng)指標(biāo)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)事物的從優(yōu)隸屬度,基于此得出新的模糊物元矩陣。計(jì)算從優(yōu)隸屬度普遍將指標(biāo)劃分為正向和逆向,故計(jì)算從優(yōu)隸屬度公式僅分為越大越優(yōu)型公式和越小越優(yōu)型公式。筆者考慮到可能存在一些適中型指標(biāo),即有一個(gè)最優(yōu)值,越向兩邊走,結(jié)果越差,故增加計(jì)算適中性指標(biāo)的公式(公式1)。最后根據(jù)安全測(cè)度指標(biāo)體系各特征值中的最大值得出標(biāo)準(zhǔn)模糊物元,依據(jù)公式2和標(biāo)準(zhǔn)模糊物元來計(jì)算差平方,得出差平方物元RΔ。

(1)

其中,Uφij表示各項(xiàng)指標(biāo)的從優(yōu)隸屬度,maxφij和minφij分別表示各項(xiàng)指標(biāo)的最大最小值。

Δij=Uφ0j-Uφij

(2)

2.3 歐式貼近度

本文采用歐式貼近度[17]公式來計(jì)算安全測(cè)度指數(shù)。方法計(jì)算時(shí)首先確定最優(yōu)方案,然后計(jì)算其他方案與該方案的貼近程度,越接近則該方案越優(yōu)。本文中復(fù)合模糊物元Rph的計(jì)算采用M(*,+)方法：

(3)

其中

(4)

wj是第j個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)權(quán)重,Δij為第i個(gè)樣本第j個(gè)指標(biāo)的平方差。Rph為從第一個(gè)到第i個(gè)樣本安全測(cè)度指數(shù)的集合,PHi為第i個(gè)樣本的安全測(cè)度指數(shù)值。

2.4 耦合協(xié)調(diào)度模型

為了體現(xiàn)出水、能源、糧食各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展程度,本文采用耦合協(xié)調(diào)度模型[18-20],定量化計(jì)算彼此之間的耦合協(xié)調(diào)度值。數(shù)值越大,說明各子系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)度越高,達(dá)到良性耦合狀態(tài),反之說明耦合狀態(tài)較差：

(5)

(6)

T=α1f1(x)+α2f2(x)…+αnfn(x)

(7)

其中,D表示各系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)度指數(shù),C表示各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù),T為兩系統(tǒng)之間的綜合發(fā)展指數(shù)。本文認(rèn)為各子系統(tǒng)重要性相同,故α在計(jì)算兩系統(tǒng)協(xié)調(diào)性時(shí)取1/2,在計(jì)算三系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度時(shí)取1/3。本文在參考相關(guān)研究[21-23]的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際情況對(duì)耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行劃分(表1)：

表1 我國安全測(cè)度耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)劃分表

3 研究結(jié)果

3.1 中國安全測(cè)度指數(shù)分析

3.1.1安全測(cè)度綜合指數(shù)分析

2004—2017年中國安全測(cè)度水平呈先提高后下降,總體上升的趨勢(shì)[24-26]。如圖2,我國的安全測(cè)度水平時(shí)間演變大體可分為勻速上升(2004—2008年)、高水平波動(dòng)(2008—2013年)和整體下降(2013—2017年)三個(gè)階段。引入非參數(shù)核密度函數(shù)模型[27-28]對(duì)我國安全測(cè)度水平的時(shí)間演進(jìn)軌跡和特征進(jìn)行分析。圖3為中國安全測(cè)度指數(shù)演變規(guī)律,2004年曲線呈現(xiàn)出了一個(gè)強(qiáng)度極大的單峰及單峰左側(cè)兩個(gè)明顯遞增的肩膀峰,表明此時(shí)我國安全測(cè)度指數(shù)已經(jīng)開始出現(xiàn)了“三級(jí)分化”?！案咧怠眳^(qū)省市數(shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),剩余均處于“低值”區(qū)和“中間”區(qū)。“中間區(qū)”省市水平和“低值”區(qū)省市雖強(qiáng)度存在差距,但是彼此之間差距較小,而和“高值”區(qū)省市差距較大。到2010年時(shí),“主峰”發(fā)生明顯的“右移”,表明多數(shù)省市安全測(cè)度指數(shù)升高,其安全測(cè)度水平變好,而“低值”區(qū)由“肩膀峰”下降成一個(gè)“半峰”,說明“低值區(qū)”省市雖然有所減少并強(qiáng)度增加,但兩極分化現(xiàn)象依然明顯。2017年時(shí)“主峰”相比2010年明顯左移,表明多數(shù)省市安全測(cè)度指數(shù)出現(xiàn)明顯下降,“半峰”左移趨勢(shì)沒有“主峰”明顯,說明2017省市安全測(cè)度指數(shù)兩極分化差距減小。

圖2 2004—2017我國安全測(cè)度指數(shù)Fig.2 2004—2017 national ecological security index

圖3 我國安全測(cè)度指數(shù)演變規(guī)律 Fig.3 Evolution regularity of national safety measure index in China

中國安全測(cè)度水平空間分布差異顯著。2004年東部沿海(吉林、山東、福建)、西南(云南、四川)和西北(新疆、甘肅)等省份安全測(cè)度指數(shù)為一般,其余均為差,主要是由于研究初期經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平普遍不高,而河流沿岸水資源相對(duì)充足,且土壤肥沃利于糧食種植,西北則能源充足；2010年中部地區(qū)(陜西、山西)和東部地區(qū)(福建、廣東)安全測(cè)度指數(shù)提升較大為優(yōu)秀,西部地區(qū)(云南、新疆)相對(duì)較差僅為良好,北部地區(qū)主要是由于依靠豐富的能源資源發(fā)展當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì),能源安全指數(shù)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展極快,對(duì)應(yīng)的管理維護(hù)投入力度加大。西部地區(qū)安全測(cè)度水平相對(duì)較差主要是由于自然條件惡劣未抓住經(jīng)濟(jì)發(fā)展的機(jī)遇,經(jīng)濟(jì)發(fā)展較慢；2017年我國安全測(cè)度普遍穩(wěn)定,除青海西藏外基本為梁海,重慶則是優(yōu)秀(0.41),主要是由于重慶各子系統(tǒng)均衡發(fā)展,遠(yuǎn)超過全國平均值；北部?jī)?nèi)蒙古和山西安全測(cè)度指數(shù)為分別為0.38、0.4和0.4,其中內(nèi)蒙古能源安全水平最高為0.75,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平也位居前列,山西水安全水平為全國最高達(dá)0.73,糧食安全均有較大提高；東部沿海地區(qū)也有安全測(cè)度水平較好的省市零散分布,如山東、浙江等地分別為0.36、0.37和0.35,主要是由于其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高,社會(huì)的管理維護(hù)投入較大加之能源利用程度較好；西藏安全測(cè)度水平最差,主要是由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水安全指數(shù)在2004—2017年期間不增反降,糧食安全和能源安全小幅度上升使得當(dāng)?shù)鼐C合安全測(cè)度指數(shù)始終低于全國平均水平。

中國安全測(cè)度空間分異顯著,2004年到2007年期間,內(nèi)蒙古、山西和安徽安全測(cè)度指數(shù)持續(xù)增長(zhǎng),分別增長(zhǎng)了0.29、0.25、0.25,其中內(nèi)蒙古各子系統(tǒng)增幅普遍較大,使其成為綜合指數(shù)增長(zhǎng)最快的省份、山西省2014年到2017年期間經(jīng)濟(jì)社會(huì)和管理維護(hù)子系統(tǒng)增長(zhǎng)較快使其綜合指數(shù)增長(zhǎng)在所有省份中也不慢,說明經(jīng)濟(jì)發(fā)展和政府舉措為當(dāng)?shù)匕踩珳y(cè)度水平的提高做出了很大貢獻(xiàn)、安徽省的增長(zhǎng)中政府舉措為綜合指數(shù)增長(zhǎng)的重要因素,而水資源增長(zhǎng)為負(fù),拉低了當(dāng)?shù)卣w安全測(cè)度水平,否則可能會(huì)更好；新疆、北京、四川等地區(qū)則經(jīng)歷了先下降后上升的過程,新疆初期；山東、湖南、黑龍江在2004—2017年安全測(cè)度水平先上升而后下降的問題。

3.1.2我國安全測(cè)度分解分析

(1)經(jīng)濟(jì)社會(huì)安全指數(shù)演變規(guī)律

圖5為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展安全指數(shù)演變規(guī)律。2004年,曲線呈現(xiàn)一個(gè)明顯的“主峰”,右側(cè)還有一個(gè)不太明顯的“肩膀峰”,表明在2004年,我國大部分省區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展普遍不高；2010年曲線出現(xiàn)了“主峰”右移的趨勢(shì)并且主峰右側(cè)出現(xiàn)及小的“衛(wèi)星峰”,“肩膀峰”右移趨勢(shì)更加明顯,表明我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平明顯提高,并且省市間分化更加嚴(yán)重；2017年,基本呈現(xiàn)“單峰”形式并繼續(xù)右移,且強(qiáng)度降低半峰寬增加,表明我國各省市間經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平進(jìn)一步提升并且經(jīng)濟(jì)發(fā)展“分級(jí)”現(xiàn)象弱化,但是內(nèi)部差異更加顯著。

(2)水資源安全指數(shù)演變規(guī)律

圖6為我國水安全指數(shù)演變規(guī)律。2004年曲線呈現(xiàn)出“雙峰”特性,其中“高值區(qū)”強(qiáng)度較大,“低值區(qū)”強(qiáng)度較小,說明我國水安全雖然存在分化情況,但水平低的城市個(gè)數(shù)明顯較少；2010年,“雙峰”特征更加明顯且發(fā)展右移,“低峰”強(qiáng)度加大說明我國水安全指數(shù)變好,但指數(shù)水平低的省市數(shù)量增加；2017年主峰左移,且低峰趨勢(shì)減弱,說明2017年我國水安全情況整體惡化,但分化情況減弱。

圖6 我國水安全指數(shù)演變規(guī)律Fig.6 Evolution regularity of water safety index in China

(3)糧食安全指數(shù)演變規(guī)律

圖7為我國糧食安全指數(shù)演變規(guī)律2004年基本呈“單峰”特性,說明2004我國糧食安全指數(shù)沒有出現(xiàn)明顯的分化；2010年主峰明顯右移并在左側(cè)出現(xiàn)另一微弱的“單峰”,說明2010年我國糧食安全指數(shù)明顯變好但省市間的分化情況更加嚴(yán)重；2017年時(shí)曲線“主峰”左移同時(shí)主峰左側(cè)出現(xiàn)較明顯的“衛(wèi)星峰”,說明與2010年相比我國糧食安全出現(xiàn)下降趨勢(shì),同時(shí)省市間分化差距減小。

圖7 我國糧食安全指數(shù)演變規(guī)律Fig.7 Evolution regularity of food security index in China

(4)能源安全指數(shù)演變規(guī)律

圖8為我國能源安全指數(shù)演變規(guī)律。2004年出現(xiàn)強(qiáng)度相似的“雙峰”,說明2004我國糧食安全指數(shù)出現(xiàn)分化情況；2010年主峰明顯右移且強(qiáng)度變低半峰寬增加,2010年我國能源安全指數(shù)明顯變好且省市間的分化消失,但內(nèi)部簡(jiǎn)單差異加大；2017年時(shí)曲線“主峰”左移同時(shí)主峰明顯左移并且半峰寬減小,說明與2010年相比我國能源安全出現(xiàn)下降趨勢(shì),同時(shí)內(nèi)部分異也減小。中國能源安全指數(shù)空間變化較大。

圖8 我國能源安全指數(shù)演變規(guī)律Fig.8 Evolution regularity of energy security index in China

(5)管理維護(hù)安全指數(shù)演變規(guī)律

圖9為我國管理維護(hù)安全指數(shù)演變規(guī)律。2004年出現(xiàn)強(qiáng)度相差極大的“雙峰”,說明2004我國管理維護(hù)安全指數(shù)出現(xiàn)分化情況；2010年主峰明顯右移且右側(cè)出現(xiàn)不太明顯的肩膀峰,說明2010年明顯變好但省市間的分化趨勢(shì)減弱；2017年時(shí)曲線“主峰”繼續(xù)右移但強(qiáng)度略為降低,且左側(cè)出現(xiàn)強(qiáng)度較低的單峰,說明2017年小幅度提升,但分化情況加重出現(xiàn)一批水平較低的省市。

圖9 我國管理維護(hù)安全指數(shù)演變規(guī)律 Fig.9 Evolution regularity of management and maintenance in China

3.2 中國綜合安全測(cè)度協(xié)調(diào)性分析

根據(jù)上文中國安全水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上,構(gòu)建耦合度及耦合協(xié)調(diào)度模型,測(cè)算2004—2017年我國安全耦合協(xié)調(diào)度[26]。由圖10可以看出,我國安全測(cè)度耦合協(xié)調(diào)度由2004年0.267提高至2017年0.348,總體呈上升趨勢(shì)。依據(jù)耦合協(xié)調(diào)度所處水平可將其大致分為三個(gè)階段：①2004—2007年我國安全測(cè)度耦合協(xié)調(diào)度處于快速上升時(shí)期。主要是由于初期發(fā)展水平低,可提高空間大,加之城鎮(zhèn)化推進(jìn)2006年時(shí)提升至48%、宏觀調(diào)控政策的實(shí)施,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平提高,同時(shí),水和能源資源豐富產(chǎn)水模數(shù)升值108、人均能源占有量2.56千克標(biāo)準(zhǔn)煤/人,因此帶動(dòng)協(xié)調(diào)性大幅提高；②2007—2013年我國安全測(cè)度耦合協(xié)調(diào)度波動(dòng)上升達(dá)到過渡耦合協(xié)調(diào)階段,并達(dá)到最高值0.65。主要是該時(shí)期國家積極推進(jìn)城鎮(zhèn)化進(jìn)程城鎮(zhèn)化率達(dá)55.5%,不斷優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)三產(chǎn)比重達(dá)50.4%,致使經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平顯著提高,相對(duì)應(yīng)的加大環(huán)保投入力度環(huán)保投資占比達(dá)2.48%,加強(qiáng)污染治理力度工業(yè)固廢綜合利用率達(dá)83%,從而推動(dòng)社會(huì)保障水平的提高。同時(shí)能源產(chǎn)量上升人均能源占有量在該階段達(dá)最大值4.08,加大農(nóng)業(yè)設(shè)備和水利設(shè)施建設(shè)的通入農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力和水庫數(shù)分別達(dá)98783萬千瓦和98795座,促進(jìn)糧食產(chǎn)量上升,安全測(cè)度耦合協(xié)調(diào)度 保持在較高水平；③2013—2017年期間安全測(cè)度耦合協(xié)調(diào)度不斷下降,在2017年降至勉強(qiáng)耦合協(xié)調(diào)階段。是由于該階段資源環(huán)境的有限性和不斷提高的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的矛盾開始顯現(xiàn),經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提升,城鎮(zhèn)化率和三產(chǎn)比重分別達(dá)60%和50%,與此同時(shí)水污染嚴(yán)重、無節(jié)制的能源消耗化肥農(nóng)藥使用強(qiáng)度高達(dá)539、能源自給率降至89%,糧食因受到國外進(jìn)口農(nóng)產(chǎn)品的沖擊,糧食安全穩(wěn)定也有所下降,導(dǎo)致綜合協(xié)調(diào)性下降。

采用基尼系數(shù)與變異系數(shù)[27]分析安全測(cè)度協(xié)調(diào)性的時(shí)間變化規(guī)律由圖10可見,基尼系數(shù)呈現(xiàn)出與變異系數(shù)大致相同的趨勢(shì),前期快速提升后期較平穩(wěn),分別由2004年的0.5下降到2017年的0.36、0.25下降至0.16。2004—2007年期間收斂速度快速下降,年降幅8.7%,主要是初期我國經(jīng)濟(jì)水平穩(wěn)步增長(zhǎng)由此基礎(chǔ)投入不斷增加、水和能源資源得到保障、糧食產(chǎn)量也不斷提升；2007年以后基本保持平穩(wěn)狀態(tài)。

研究結(jié)合2004—2017年中國安全測(cè)度耦合協(xié)調(diào)度值,通過分析我國安全測(cè)度協(xié)調(diào)性空間格局圖11可知：2004年我國西部地區(qū)云南、四川、新疆及東部沿海地區(qū)如吉林、山東、江蘇達(dá)到過渡耦合階段,其余省市均處于初級(jí)耦合階段,空間格局上呈現(xiàn)東、西部協(xié)調(diào)性高、中部協(xié)調(diào)性低的特點(diǎn)；到了2010年,與2004年相比我國安全測(cè)度耦合性整體快速提高,高級(jí)耦合階段省市明顯增多；2011—2017年期間呈現(xiàn)出下降趨勢(shì),大部分為過渡耦合,中部地區(qū)山西、陜西和重慶、西北地區(qū)新疆、東北黑龍江均為中級(jí)耦合,空間上呈現(xiàn)出三足鼎立的空間分布格局。

圖11 我國安全測(cè)度耦合協(xié)調(diào)度空間演變Fig.11 Spatial evolution of coupling coordination degree of ecological security in China

總體來說,我國2004—2017年安全測(cè)度耦合協(xié)調(diào)性可以分為上升型、下降型、平滑性和波動(dòng)型四類[29]。我國平穩(wěn)型地區(qū)如圖12包括湖南、江蘇、福建等地區(qū),其安全測(cè)度耦合協(xié)調(diào)性在研究時(shí)段內(nèi)基本保持平穩(wěn)狀態(tài),其中：福建和江蘇除前期協(xié)調(diào)性值略微較低外,其余年份均在0.4—0.6之間浮動(dòng)；湖南的耦合性一直維持在較低水平,效率值在0—0.1之間。平滑型地區(qū)如湖南省人口基數(shù)大增長(zhǎng)又快,自然增長(zhǎng)率在2017年時(shí)為6.2%,對(duì)資源的需求量不斷長(zhǎng)導(dǎo)致資源相對(duì)短缺,城市供水綜合生產(chǎn)能力不斷下降由2004年的1234萬m3/d下降至2017年的1024萬m3/d,人均能源占有量由0.93噸/人降至0.5噸/人,加之經(jīng)濟(jì)發(fā)展過渡依賴第二產(chǎn)業(yè),能源消費(fèi)過單一,2017年時(shí)煤炭消費(fèi)份額占全省能源消費(fèi)的70%,資源面臨極大挑戰(zhàn),因此其安全測(cè)度協(xié)調(diào)性始終保持較低水平。江蘇省經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高,2017年時(shí)城鎮(zhèn)化率為69%,科技水平提高農(nóng)業(yè)投入力度加大,農(nóng)用塑料薄膜使用量132884.9t,能源利用效率不斷提高,因此其安全測(cè)度協(xié)調(diào)性始終保持平穩(wěn)較高水平。

圖12 安全測(cè)度協(xié)調(diào)性平穩(wěn)型演化Fig.12 Evolution of security coordination and stability

上升型地區(qū)如圖13較普遍主要包括山西、云南、青海、貴州、重慶地區(qū),其安全測(cè)度耦合協(xié)調(diào)性呈現(xiàn)不同程度的上升趨勢(shì),但上升幅度各異,其中：山西和云南上升幅度最明顯,均在研究末期達(dá)到過渡耦合狀態(tài)；貴州、青海 雖有上升,但幅度相對(duì)較小。上升型地區(qū)如山西針對(duì)水污染治理情況效果良好出臺(tái)如《山西省汾河流域水污染防治條例》、《山西省汾河流域生態(tài)修復(fù)與保護(hù)條例》等地方性法規(guī),水安全得到有效保障加之糧食產(chǎn)量不斷上升2017年到91%,地方重視管理工業(yè)污染治理投資額不斷增長(zhǎng)2017年達(dá)515241萬元,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平也不斷提高2004—2017年期間人均GDP年均增長(zhǎng)率達(dá)28.4%。云南安全測(cè)度協(xié)調(diào)性基礎(chǔ)良好,人口數(shù)量較少,人均糧食、肉產(chǎn)品產(chǎn)量高分別為384 kg和87 kg,人均能源占有量也不斷增加2017年時(shí)為2.76千克標(biāo)準(zhǔn)煤,因此安全測(cè)度協(xié)調(diào)性不斷上升。青海安全測(cè)度協(xié)調(diào)性基礎(chǔ)較差前期發(fā)展緩慢,后期依靠豐富的煤炭、石油、天然氣和風(fēng)能資源,大力發(fā)展能耗工業(yè),拉動(dòng)該地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng),加之生態(tài)環(huán)境良好自然保護(hù)區(qū)面積占轄區(qū)面積大30%,水資源豐富,人均耕地面積不斷提高,社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施投入力度加大,因此協(xié)調(diào)性也在逐漸上升。

圖13 安全測(cè)度協(xié)調(diào)性上升型演化Fig.13 Evolution of security coordination rising

下降型地區(qū)如圖14包括吉林和山東,二省呈波動(dòng)下降狀態(tài),研究末期下降至0.098和0.24,均由過渡耦合下降至初級(jí)耦合狀態(tài)。下降型地區(qū)如吉林經(jīng)濟(jì)發(fā)展快,2017年人均GDP為54838元,相比2004年增長(zhǎng)了2.5倍,相對(duì)的基礎(chǔ)設(shè)施投入力度也隨之增大,2017年環(huán)保投資額更是占GDP比重的2.48%,國家政策與支持,當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)設(shè)施投入力度,農(nóng)村發(fā)電設(shè)備容量588740千瓦糧食安全水平不斷提高,與之不匹配的是吉林水安全指數(shù)出現(xiàn)下降趨勢(shì),2017年降至0.13主要是由于隨著糧食的產(chǎn)量大幅提高,化肥農(nóng)藥施用量也在不斷提高加重了水污染,同時(shí)供水設(shè)施老化,城市綜合供水生產(chǎn)能力下降,影響其協(xié)調(diào)性水平的提高。山東工業(yè)化初期,耗能多的重工業(yè)迅速發(fā)展,能源消費(fèi)量不斷增加,結(jié)構(gòu)單一導(dǎo)致其安全水平變化不大,水受重工業(yè)發(fā)展的影響廢水排放總量驟增,安全水平?jīng)]有提高而同期經(jīng)濟(jì)發(fā)展指數(shù)迅速增長(zhǎng)城鎮(zhèn)化率由30%提高至60%,糧食安全水平提高,其內(nèi)部不協(xié)調(diào)性愈加顯現(xiàn)出來。

圖14 安全測(cè)度協(xié)調(diào)性下降型演化Fig.14 Evolution of declining coordination of security

波動(dòng)型地區(qū)如圖15主要包括浙江、甘肅、廣東和廣西等地區(qū),其安全測(cè)度耦合協(xié)調(diào)性在研究期內(nèi)始終在0.1—0.7之間波動(dòng)。波動(dòng)型地區(qū)在我國比較普遍基本呈明顯的先上升后下降趨勢(shì),甘肅態(tài)跟隨西部大開發(fā)的步伐積極發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)人口數(shù)量驟增自然增長(zhǎng)率達(dá)6%,但由于當(dāng)?shù)卮嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境,產(chǎn)水模數(shù)變化幅度很大,水利設(shè)施投入不足水資源受到極大威脅,水安全指數(shù)不斷降低。當(dāng)?shù)胤e極發(fā)展農(nóng)業(yè),農(nóng)業(yè)投入力度逐年加大,糧食安全2010年以前不斷上升,后期受水源限制開始下降,因此其安全測(cè)度協(xié)調(diào)性呈現(xiàn)出波動(dòng)狀態(tài)。

圖15 安全測(cè)度協(xié)調(diào)性波動(dòng)型演化Fig.15 Evolution of coordinated fluctuation pattern of security

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)時(shí)間上我國安全測(cè)度指數(shù)總體呈上升趨勢(shì),且研究期內(nèi)我國安全測(cè)度指數(shù)分化現(xiàn)象也在逐漸變小。經(jīng)濟(jì)發(fā)展“分級(jí)”現(xiàn)象弱化,但是內(nèi)部差異更加顯著；水安全情況整體惡化,但分化情況減弱；我國糧食安全出現(xiàn)下降趨勢(shì),同時(shí)省市間分化差距減??；我國能源安全出現(xiàn)下降趨勢(shì),同時(shí)內(nèi)部分異也減??；管理維護(hù)2017年小幅度提升,但分化情況加重出現(xiàn)一批水平較低的省市。

(2)空間上,我國安全測(cè)度分異顯著,除青海、西藏外普遍較好。

(3)在區(qū)域安全測(cè)度協(xié)調(diào)度上,我國由2004年0.267提高至2017年0.348,總體呈上升趨勢(shì),可分為快速上升(2004—2007)、波動(dòng)上升(2007—2013)和緩慢下降(2013—2017)三個(gè)階段?？臻g上中部地區(qū)安全測(cè)度協(xié)調(diào)性提高較快,東部地區(qū)安全測(cè)度協(xié)調(diào)性普遍不高。2017年以為三足鼎立的分布格局。

(4)我國安全測(cè)度協(xié)調(diào)度的空間演化基本可以分為上升型、下降型、平滑性和波動(dòng)型四類。平穩(wěn)性包括福建和江蘇除基本在0.4—0.6之間浮動(dòng),而湖南的耦合性一直維持在較低水平；上升型地區(qū)較普遍主要包括云南、青海、黑龍江、上海等地區(qū),上升幅度和原因各不相同；下降型地區(qū)僅有吉林和山東,主要是由于水安全的影響；波動(dòng)型地區(qū)數(shù)量最多,基本呈先上升后下降趨勢(shì),主要包括浙江、內(nèi)蒙古、廣東等地區(qū)。

4.2 討論

通過以上分析和結(jié)論,對(duì)提高我國未來安全測(cè)度水平提出針對(duì)性建議：因地制宜,加強(qiáng)區(qū)域綜合管理。如湖南、江西應(yīng)加強(qiáng)水安全的管理與治理、而青海應(yīng)積極推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,從而推動(dòng)區(qū)域安全測(cè)度水平的提高；積極推進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。積極進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí),減少對(duì)資源環(huán)境的依賴,加強(qiáng)與其他地區(qū)間的合作以達(dá)到發(fā)展經(jīng)濟(jì)的目的；建立節(jié)水型社會(huì)。嚴(yán)格實(shí)施水功能區(qū)納污紅線管理,加強(qiáng)對(duì)環(huán)境污染的綜合治理以及生態(tài)環(huán)境的修復(fù)；加大農(nóng)業(yè)科技投入。強(qiáng)化農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代裝備建設(shè),進(jìn)一步挖掘糧食單產(chǎn)潛力、北京、浙江應(yīng)加大農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施投入,同時(shí)節(jié)流方面要盡可能的減少食物浪費(fèi)[8]；加強(qiáng)能源使用效率。積極提高能源利用率與推動(dòng)地區(qū)能源消費(fèi)多元化,優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)多元化[30-31],利用經(jīng)濟(jì)和科技優(yōu)勢(shì)支持風(fēng)能、核能等新能源的開發(fā)利用。

本文對(duì)中國水資源-能源-糧食-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-管理維護(hù)安全進(jìn)行了測(cè)度,并分析了內(nèi)部的耦合協(xié)調(diào)性,有利于該地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。文章雖然對(duì)中國水資源-能源-糧食-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-管理維護(hù)安全的時(shí)空特征進(jìn)行了分析,并闡述了其演變規(guī)律,但并未對(duì)作用機(jī)理進(jìn)行分析,今后應(yīng)通過空間計(jì)量等手段對(duì)中國水資源-能源-糧食-經(jīng)濟(jì)社會(huì)-管理維護(hù)安全演變的深層次原因進(jìn)行探究。