糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)研究

高 鵬 鄭沃林 白福臣

農(nóng)業(yè)是極易遭受氣候變化影響的產(chǎn)業(yè)，如果未來中長(zhǎng)期氣候繼續(xù)惡化，將嚴(yán)重影響糧食生產(chǎn)〔1-2〕。農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展加速了全球氣候變化，農(nóng)業(yè)直接貢獻(xiàn)了全球溫室氣體排放量的10%-12%〔3〕。IPCC第五次評(píng)估報(bào)告指出，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)成為全球溫室氣體第二大排放源。黨的二十大報(bào)告提出，要在保證糧食安全的基礎(chǔ)之上推進(jìn)農(nóng)業(yè)向低碳轉(zhuǎn)型。在此背景下，從碳源和碳匯兩個(gè)角度探究農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系對(duì)發(fā)揮農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)對(duì)糧食安全發(fā)展的正向作用，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展具有重要意義。

農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全的研究一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點(diǎn)，研究成果主要圍繞農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全單個(gè)維度。對(duì)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)的研究主要包括碳排放、碳吸收和碳減排層面。在農(nóng)業(yè)碳排放層面，學(xué)者們先后運(yùn)用SBM模型〔4〕、生命周期評(píng)價(jià)〔5〕等方法對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放進(jìn)行測(cè)算并對(duì)時(shí)空演變特征進(jìn)行了分析。在農(nóng)業(yè)碳吸收層面，已有研究聚焦于林業(yè)碳匯的測(cè)算及產(chǎn)生機(jī)理分析、農(nóng)業(yè)碳匯價(jià)值實(shí)現(xiàn)路徑、碳匯定價(jià)與公共福利、農(nóng)業(yè)凈碳匯補(bǔ)償方式與補(bǔ)償額度的測(cè)算等方面〔6-7〕。在農(nóng)業(yè)碳減排層面，學(xué)者們運(yùn)用情景分析法〔8〕和非期望產(chǎn)出的影子價(jià)格〔9〕等方法測(cè)算農(nóng)業(yè)碳減排潛力并提出農(nóng)業(yè)碳減排路徑，比如完善水利基礎(chǔ)設(shè)施，合理調(diào)控農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)出口價(jià)格、轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式以及固碳技術(shù)〔10〕。

對(duì)糧食安全的研究主要集中在其內(nèi)涵、發(fā)展水平〔11〕、時(shí)空分布〔12〕和影響因素，并對(duì)糧食安全優(yōu)化發(fā)展路徑提出建議。在對(duì)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全的二者關(guān)系研究中，李波(2011)〔13〕、白福臣(2022)〔14〕等學(xué)者利用Tapio脫鉤理論分析碳排放與糧食生產(chǎn)的短、中、長(zhǎng)期關(guān)系。

綜上所述，目前關(guān)于農(nóng)業(yè)碳問題和糧食安全取得了豐富的研究成果，但是也需要正視存在的不足：一是從研究區(qū)域來看，現(xiàn)有研究集中于國(guó)家、省市，較少涉及對(duì)基于地理、功能分區(qū)視角下的區(qū)域研究。二是已有研究集中于農(nóng)業(yè)碳問題和糧食安全單個(gè)方面，鮮有學(xué)者探究二者之間的關(guān)系。因此，本文以我國(guó)13個(gè)糧食主產(chǎn)區(qū)為研究對(duì)象，在厘清農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合機(jī)理的基礎(chǔ)之上，分別構(gòu)建農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，綜合運(yùn)用熵值法、耦合協(xié)調(diào)度模型、相對(duì)發(fā)展度模型測(cè)算2010—2019年糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)、耦合協(xié)調(diào)度及相對(duì)發(fā)展度，探究農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r，為促進(jìn)糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全協(xié)調(diào)發(fā)展提供借鑒。

一、農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合機(jī)理

農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)對(duì)糧食安全的影響主要是指農(nóng)業(yè)作為巨大碳源和碳匯所帶來的對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的正(負(fù))效應(yīng)〔15〕。碳源屬性表達(dá)為農(nóng)戶在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥、化肥、農(nóng)用薄膜等農(nóng)資投入帶來了大量溫室氣體排放。碳匯屬性則表達(dá)為農(nóng)作物通過光合作用、呼吸作用對(duì)CO2進(jìn)行吸收、加工轉(zhuǎn)化以及釋放。

從農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)的碳源屬性來看，在實(shí)現(xiàn)我國(guó)糧食安全的戰(zhàn)略目標(biāo)下，糧食生產(chǎn)的集約化水平較高，因而產(chǎn)生了大量溫室氣體〔16〕，而人類溫室氣體排放的增加將帶來生產(chǎn)環(huán)境的惡化，如氣溫上升、旱澇災(zāi)害嚴(yán)重等，對(duì)人類生存、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成了嚴(yán)重威脅〔17〕。加之糧食生產(chǎn)是一種自然再生產(chǎn)過程，它的發(fā)展嚴(yán)重依賴于自然界生命運(yùn)動(dòng)規(guī)律，是極易遭受氣候變化影響的產(chǎn)業(yè)〔18〕，如果未來中長(zhǎng)期氣候繼續(xù)惡化，將嚴(yán)重影響糧食生產(chǎn)。從農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)的碳匯屬性來看，據(jù)有關(guān)學(xué)者測(cè)算，全球耕地總固碳潛力為0.75—1.0Pg，在未來的50—100年內(nèi)，全世界農(nóng)田可固碳20—30Pg。這意味著農(nóng)業(yè)碳匯將沖抵農(nóng)業(yè)碳源，且對(duì)溫室氣體的額外吸收對(duì)于緩解全球氣候變暖壓力、應(yīng)對(duì)全球氣候變化的貢獻(xiàn)十分顯著。

保證糧食安全對(duì)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)的影響主要通過政府出臺(tái)的相關(guān)政策等手段發(fā)揮作用。一方面，糧食主產(chǎn)省份往往以平原為主，適合栽培糧食作物或草本經(jīng)濟(jì)作物。但是，在國(guó)家保障糧食安全的相關(guān)政策驅(qū)使下，農(nóng)戶更偏向于種植經(jīng)濟(jì)作物。相較于草本經(jīng)濟(jì)作物，糧食作物對(duì)于農(nóng)業(yè)化學(xué)品投入的依賴性往往更弱，因此對(duì)碳排放量較大的化肥、農(nóng)藥等農(nóng)資投入水平會(huì)降低，進(jìn)而農(nóng)業(yè)碳排放量會(huì)降低。另一方面，種植業(yè)的“趨糧化”也能促使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的規(guī)?；图谢M(jìn)而改善原本粗放、高碳的生產(chǎn)模式〔19〕。綜上所述，保證糧食安全政策引領(lǐng)導(dǎo)致的“趨糧化”，會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)化學(xué)品投入和生產(chǎn)模式造成影響，進(jìn)而推動(dòng)農(nóng)業(yè)碳減排的實(shí)現(xiàn)。

二、研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

(1)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)定

根據(jù)上述耦合機(jī)理，農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)主要分為農(nóng)業(yè)作為巨大碳源和碳匯所帶來的對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的正(負(fù))效應(yīng)，因此從碳排放、碳吸收及碳中和三個(gè)方面選取4個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)算：

農(nóng)業(yè)碳排放指標(biāo)：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的溫室氣體排放的主要源頭包括，農(nóng)資投入引起的CO2排放、田間化肥施用以及秸稈還田引起的N2O排放以及稻田CH4排放，計(jì)算公式為：

E=ECO2+ENO2+ECH4

(1)

農(nóng)資投入引起的碳排放測(cè)算：參考李波(2011)〔20〕等學(xué)者的研究，主要碳源界定為化肥、農(nóng)藥、農(nóng)用柴油、農(nóng)用塑料薄膜、農(nóng)作物播種、農(nóng)業(yè)灌溉(包括消耗電能產(chǎn)生的碳排放)，對(duì)應(yīng)的碳排放系數(shù)見表1，計(jì)算公式為：

表1 農(nóng)業(yè)碳排放碳源、系數(shù)及參考來源

ECO2=∑i=1Ei=∑Qi×αi×44/12

(2)

式中，ECO2表示農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)排放的CO2當(dāng)量(t)；Ei為農(nóng)資投入的碳排放量(t)；Qi為各項(xiàng)農(nóng)資投入的數(shù)量(包括化肥、農(nóng)藥施用量、農(nóng)作物播種面積、灌溉面積)；αi為各項(xiàng)農(nóng)資投入的碳排放系數(shù)；44/12是C轉(zhuǎn)化CO2的轉(zhuǎn)化系數(shù)〔21〕。

化肥施用以及秸稈還田引起的N2O排放測(cè)算：化肥施用引起的N2O排放主要包括三部分：一是N元素在硝化與反硝化過程中的N2O直接排放；二是含氮活性物質(zhì)揮發(fā)后沉降導(dǎo)致的N2O間接排放；三是N元素淋溶和徑流導(dǎo)致的N2O間接排放〔22〕。計(jì)算公式為：

N2O秸稈還田=∑i∑KN2O秸稈還田，i，K=∑i∑K[(Yik/Hi-Yik)]×Ri×ji×bk+Yik/Hi×Ri×ji×bk

(3)

N2O直接=N總×EF直接

(4)

N2O沉降=N總×EF沉降×α沉降

(5)

N2O淋溶=N總×EF淋溶×α淋溶

(6)

EN2O=(N2O秸稈還田+N2O直接+N2O沉降+N2O淋溶)×298

(7)

式中，EN2O是根據(jù)N2O總排放量換算成CO2當(dāng)量(t)；N2O秸稈還田、N2O直接、N2O沉降、N2O淋溶分別為N2O的秸稈還田碳排放量、化肥施用直接、沉降和淋溶導(dǎo)致的碳排放量；Yik為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，K為農(nóng)作物種類數(shù)，ji為i省的秸稈還田率；Hi、Ri、bk、rk分別為k作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)、根冠比、秸稈含氮量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品部分的干重比〔23〕；298是N2O轉(zhuǎn)化為CO2轉(zhuǎn)換系數(shù)〔24〕；N總為N元素總輸入量；EF直接、EF沉降、EF淋溶分別為N2O直接排放系數(shù)、沉降和淋溶導(dǎo)致的N2O間接排放系數(shù)，默認(rèn)值分別為：0.0178、0.01和0.0075；α沉降為農(nóng)田中N的揮發(fā)量，α淋溶為農(nóng)田中N的淋溶和徑流率，分別為0.1和0.2〔25〕。

稻田CH4排放測(cè)算：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的CH4排放主要來源于稻田，計(jì)算公式為：

ECH4=(S早×EF早稻×S晚×EF晚稻)×25

(8)

式中，ECH4是根據(jù)CH4總排放量換算成CO2當(dāng)量(t)；S早和S晚為早稻和晚稻的種植面積(hm2)；EF早稻和EF晚稻為早稻和晚稻CH4的排放因子，分別為0.241t/hm2和0.273t/hm2；25是CH4轉(zhuǎn)化成CO2當(dāng)量的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

農(nóng)業(yè)碳排放強(qiáng)度指標(biāo)：由于糧食主產(chǎn)區(qū)各地區(qū)之間種植面積存在差異，因此引入碳排放強(qiáng)度計(jì)算公式：

API=E/S

(9)

式中，API為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放強(qiáng)度(10000t CO2eq/hm2)，E為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放總量(t CO2eq)，S為種植面積(hm2)。

農(nóng)業(yè)碳吸收指標(biāo)：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，農(nóng)作物通過光合作用、呼吸作用對(duì)CO2進(jìn)行吸收、釋放，二者作差可以得出農(nóng)作物全育期的固碳量，包括經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出、秸稈和根系等部分，計(jì)算公式為：

C=∑Ci=∑i=1FiYi(1-wi)(1+Ri)/Hi×44/12

(10)

式中，C為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)作物碳吸收總量(t CO2eq)；Fi為第i種作物的含碳率(%)；Yi為第i種作物的產(chǎn)量(t)；wi為第i種作物的水分系數(shù)(%)；Ri為第i種作物的根冠比系數(shù)(%)；Hi為經(jīng)濟(jì)系數(shù)；44/12為C轉(zhuǎn)為CO2的轉(zhuǎn)化系數(shù)。具體數(shù)值詳見表2。

表2 不同農(nóng)作物碳吸收估算系數(shù)

農(nóng)業(yè)碳中和指標(biāo)：碳補(bǔ)償率為碳吸收總量與碳排放總量的比值，計(jì)算公式為：

F=X/P

(11)

式中，F(xiàn)為碳補(bǔ)償率，X為碳吸收總量，P為碳排放總量。

(2)糧食安全系統(tǒng)指標(biāo)設(shè)定

1974年，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織將糧食安全定義為人類的一種基本權(quán)利，保證任何人在任何地方都能夠得到未來生存和健康所需要的足夠食品。本文依據(jù)對(duì)糧食安全內(nèi)涵的理解以及相關(guān)學(xué)者研究〔26〕，構(gòu)建了產(chǎn)量安全、質(zhì)量安全、消費(fèi)安全、資源安全四個(gè)方面的指標(biāo)。具體指標(biāo)、屬性、權(quán)重詳見表3。

表3 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2.熵權(quán)法測(cè)算權(quán)重、綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

本文采用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，熵值法是一種客觀賦權(quán)的方法，依據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)變異性大小來確定權(quán)重大小，有效克服主觀賦權(quán)法的臆斷性和隨機(jī)性〔27〕。

(1)標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的各指標(biāo)的含義不同，量綱不同，首先對(duì)各指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。正向指標(biāo)處理采用公式(12)，負(fù)向指標(biāo)處理采用公式(13)：

rij=[xij-min(xij)]/[max(xij)-min(xij)]×0.99+0.01

(12)

rij=[max(xij)-xij]/[max(xij)-min(xij)]×0.99+0.01

(13)

式中，i代表評(píng)價(jià)指標(biāo)，j代表年份，Xij是第i個(gè)指標(biāo)在第j年的原始數(shù)據(jù)(i=1，2，…，m；j=1，2，…，n)。

(2)計(jì)算熵權(quán)。對(duì)應(yīng)的第i個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)重wi為：

Ei=-k∑i=1Pij×lnPij

(14)

wi=(1-ei)/∑i=1(1-ei)

(15)

式中，ei是第i個(gè)指標(biāo)的熵，wi是第i個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)。

(3)測(cè)算綜合評(píng)價(jià)指數(shù)。利用加權(quán)法，公式為：

Sij=∑i=1wi×rij

(16)

式中，Sij表示第i個(gè)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，wi為第i項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，xij為第j年的第i項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值。本文將農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分為5個(gè)等級(jí)：<0.2，不安全；0.2-0.4，較不安全；0.4-0.6，臨界安全；0.6-0.8，較安全；>0.8，安全。

3.耦合協(xié)調(diào)度模型

借鑒物理學(xué)中的耦合協(xié)調(diào)度模型來判斷糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全之間的相互協(xié)調(diào)程度〔28〕。

(1)計(jì)算耦合度。若給定P≥2個(gè)系統(tǒng)，耦合度一般化公式為：

C=P×[(U1U2…UP)/(U1+U2+…+UP)]1/p

(17)

(2)計(jì)算綜合協(xié)調(diào)指數(shù)。本文考慮到農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全同等重要，因此兩個(gè)系統(tǒng)的主觀權(quán)重a、b均為0.5，公式為：

T=aS1+bS2

(18)

(3)計(jì)算耦合協(xié)調(diào)度：計(jì)算公式如下：

D=(C×T)1/2

(19)

其中，D為農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度，0≤D≤1，D越大表示兩個(gè)系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)關(guān)系越好，協(xié)調(diào)發(fā)展水平越高。根據(jù)實(shí)際數(shù)值分布，參考相關(guān)文獻(xiàn)，將農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全耦合協(xié)調(diào)度由0-1均分為若干級(jí)別，詳見表4。

表4 農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)分類

4.相對(duì)發(fā)展度模型

相對(duì)發(fā)展度模型是指農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全兩個(gè)系統(tǒng)的相對(duì)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，根據(jù)相對(duì)發(fā)展度大小判斷兩系統(tǒng)的耦合發(fā)展類型，計(jì)算公式為：

F=S1/S2

(20)

參考已有文獻(xiàn)對(duì)相對(duì)發(fā)展度等級(jí)的劃分〔29-30〕，將農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r劃分為3個(gè)階段9種類型，詳見表5。

表5 農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展階段與類型

三、結(jié)果與分析

1.糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)時(shí)空分析

從時(shí)間維度來看，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)從0.1479增長(zhǎng)到0.9787，這說明糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)發(fā)展情況總體向好。2010-2014年糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)增長(zhǎng)速度較慢，僅從0.1479增長(zhǎng)到0.2404，年均增速為0.0231，其中在2013-2014年下降了0.0138。由表6可知，黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、河南、安徽、湖南在2010-2014年農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈下降趨勢(shì)；河北、山東、江蘇、湖北、江西、四川呈上升趨勢(shì)。2014-2019年糧食主產(chǎn)區(qū)各個(gè)地區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)均呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，整體農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)狀況向好。

從空間維度來看，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)由“北高南低”演變?yōu)椤氨钡湍细摺睉B(tài)勢(shì)。由圖2可知，2011年呈現(xiàn)“北高南低”的分布特征，其中不安全的地區(qū)有山東、江蘇、湖北和四川等4個(gè)省份。2015年空間特征比較均勻，大多數(shù)省份在臨界安全和較不安全之間徘徊，不安全和臨界安全的地區(qū)范圍有所擴(kuò)張，不安全等級(jí)的地區(qū)消失，不安全的地區(qū)有內(nèi)蒙古和河南。2019年呈現(xiàn)“北低南高”的分布特征，處在安全的地區(qū)有江蘇、安徽、江西、湖南等4個(gè)省份，處在不安全的地區(qū)有內(nèi)蒙古和河北2個(gè)省份?？傮w來看，不安全、較不安全、臨界安全等級(jí)的地區(qū)均有所下降，這充分說明糧食主產(chǎn)區(qū)的各個(gè)地區(qū)在保障糧食安全的同時(shí)，積極貫徹落實(shí)了低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展理念，通過推廣種植業(yè)綠色低碳發(fā)展技術(shù)模式，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)和農(nóng)資利用結(jié)構(gòu)等相關(guān)措施促使農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)安全等級(jí)提升到安全水平。

圖2 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)等級(jí)的空間分布狀況

2.糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全時(shí)空分析

從時(shí)間維度上來看，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全水平呈現(xiàn)“波動(dòng)上升”態(tài)勢(shì)。由圖1可知，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)從0.2938增長(zhǎng)到0.9977，糧食安全情況總體向好，表明糧食安全水平不斷提升。究其原因，國(guó)家實(shí)施了《國(guó)家糧食安全中長(zhǎng)期規(guī)劃綱要(2008-2020年)》，高度重視糧食安全，使其糧食安全水平得到明顯提升。2010-2016年糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)增長(zhǎng)緩慢，年均增速為0.0227，由表6可知，黑龍江、吉林、河南在2010-2016年糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)有所下降；遼寧、河北、山東、江蘇、安徽、湖北、江西、湖南、四川呈上升趨勢(shì)。2016-2019年糧食主產(chǎn)區(qū)各個(gè)地區(qū)糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，整體糧食生產(chǎn)向好，在這一時(shí)期國(guó)家進(jìn)行了供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，對(duì)糧食種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，促進(jìn)了糧食安全發(fā)展。

圖1 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)、糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)及耦合協(xié)調(diào)度

表6 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

從空間維度上來看，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)由“北高南低”演變?yōu)椤澳媳逼胶狻睉B(tài)勢(shì)。由圖3可知，2011年糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全等級(jí)空間格局呈現(xiàn)“北高南低”態(tài)勢(shì)，處在不安全的地區(qū)有山東和江蘇等2個(gè)省份。2015年糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全等級(jí)空間格局趨向于“南北平衡”態(tài)勢(shì)，處在不安全的地區(qū)有河北和四川2個(gè)省份。2019年糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全等級(jí)空間格局呈現(xiàn)“南北平衡”態(tài)勢(shì)，大部分地區(qū)處于安全和較安全等級(jí)，僅有內(nèi)蒙古和湖南省處在不安全等級(jí)上?？傮w來看，不安全、較不安全等級(jí)的地區(qū)均有所下降，這充分說明糧食主產(chǎn)區(qū)實(shí)行農(nóng)業(yè)科研攻關(guān)和技術(shù)推廣、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、發(fā)展多種形式的農(nóng)業(yè)規(guī)模經(jīng)營(yíng)等舉措成效顯著。

圖3 糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全等級(jí)的空間分布狀況

3.糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度時(shí)空分析

根據(jù)公式(10)—(13)計(jì)算出2010—2019年各糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全的耦合協(xié)調(diào)度，截取2011年、2015年、2019年各省份的耦合協(xié)調(diào)度，依據(jù)表4劃分出不同的協(xié)調(diào)類型(詳見表7)。

表7 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度

從時(shí)間維度來看，2010—2019年糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度呈不斷增長(zhǎng)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，由0.3228增長(zhǎng)到0.7029，耦合協(xié)調(diào)類型由失調(diào)階段發(fā)展到協(xié)調(diào)階段，說明糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全兩系統(tǒng)的相互作用持續(xù)存在且協(xié)調(diào)性不斷增強(qiáng)。2011年，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度處于0.13-0.49之間，在嚴(yán)重失調(diào)與瀕臨失調(diào)之間徘徊，協(xié)調(diào)水平較低，其中嚴(yán)重失調(diào)的省份占15.38%，分別為山東和江蘇。2015年，耦合協(xié)調(diào)度處于0.37-0.51之間，相比于2010年有所上升但大部分地區(qū)處在輕度失調(diào)和瀕臨失調(diào)階段，輕度失調(diào)的省份占15.38%，分別為內(nèi)蒙古和河南。2019年，耦合協(xié)調(diào)度處于0.61-0.70之間，耦合協(xié)調(diào)類型處在初級(jí)協(xié)調(diào)和中級(jí)協(xié)調(diào)之間。初級(jí)協(xié)調(diào)的地區(qū)占92.30%，中級(jí)協(xié)調(diào)的省份僅有遼寧，占比7.70%。整體來看，失調(diào)型地區(qū)數(shù)量從2010-2019年失調(diào)省份的數(shù)量減少到0個(gè)。這說明糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全協(xié)調(diào)型逐漸增強(qiáng)，但2019年大部分地區(qū)仍然處于初級(jí)協(xié)調(diào)階段，因而協(xié)調(diào)水平有待進(jìn)一步提升。

從空間維度來看，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度在2010—2019年由“北高南低”向“南北平衡”演變，由表7可知，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度較好的分布在東北地區(qū)。2011年失調(diào)地區(qū)分布區(qū)域廣泛，其中嚴(yán)重失調(diào)地區(qū)分布在山東和江蘇2個(gè)地區(qū)。2015年大部分地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)度均有所上升，呈“南高北低”態(tài)勢(shì)，其中輕度失調(diào)的地區(qū)有內(nèi)蒙古和河南2個(gè)地區(qū)。2019年糧食主產(chǎn)區(qū)的13個(gè)省份均進(jìn)入?yún)f(xié)調(diào)發(fā)展階段，呈“南北平衡”態(tài)勢(shì)，其中僅有遼寧進(jìn)入中級(jí)協(xié)調(diào)階段，其余12個(gè)地區(qū)處在初級(jí)協(xié)調(diào)階段。

4.糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展階段分析

本文引入相對(duì)發(fā)展度模型探究糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全協(xié)調(diào)發(fā)展階段以及階段特征。依據(jù)表(5)劃分出耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型及相對(duì)發(fā)展階段。由表8可知，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型主要包括1、4、5、6、8等類型，相對(duì)發(fā)展階段主要分為高度拮抗、低度磨合、高度磨合、高度協(xié)調(diào)四個(gè)階段。

表8 糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型及階段

2011年，山東、江蘇、湖北、江西、四川等5個(gè)地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型為第1類，處在高度拮抗階段；黑龍江、吉林、遼寧、內(nèi)蒙古、河南等5個(gè)地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型為第4類，處在低度磨合階段；安徽耦合協(xié)調(diào)度類型為第5類，處在高度磨合階段；河北、湖南的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型為第6類，處在低度磨合階段。2015年，內(nèi)蒙古、河南、山東、江西、湖南等5個(gè)地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型為第4類，處在低度磨合階段；黑龍江、吉林、遼寧、江蘇、安徽、湖北等6個(gè)地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型為第5類，處在高度磨合階段；河北、四川的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型為第6類，處在低度磨合階段。2019年，河北的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型為第4類，處在低度磨合階段；黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古、河南、山東、江蘇、湖北等7個(gè)地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型為第5類，處在高度磨合階段；安徽、江西、湖南、四川等4個(gè)地區(qū)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型為第6類，處在低度磨合階段；遼寧的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型為第8類，處在高度協(xié)調(diào)階段。

四、結(jié)論與建議

1.結(jié)論

(1)2010-2019年，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)。糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)從0.1479增長(zhǎng)到0.9787，說明糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)發(fā)展情況總體向好，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)由“北高南低”演變?yōu)椤氨钡湍细摺睉B(tài)勢(shì)。

(2)2010-2019年，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全水平呈現(xiàn)波動(dòng)上升態(tài)勢(shì)。糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)從0.2938增長(zhǎng)到0.9977，糧食安全情況總體向好，表明糧食安全水平不斷提升，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全綜合評(píng)價(jià)指數(shù)由“北高南低”演變?yōu)椤澳媳逼胶狻睉B(tài)勢(shì)。

(3)2010-2019年，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全的耦合協(xié)調(diào)度呈不斷增長(zhǎng)狀態(tài)，由0.3228增長(zhǎng)到0.7029，耦合協(xié)調(diào)類型由失調(diào)發(fā)展到協(xié)調(diào)，說明糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)和糧食安全的協(xié)調(diào)性增強(qiáng)，但大部分地區(qū)僅為初級(jí)協(xié)調(diào)，仍需進(jìn)一步提升。糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)度在2010-2019年由“北高南低”向“南北平衡”演變。

(4)2010-2019年，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展類型主要包括高度拮抗-農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)滯后型、低度磨合-農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)滯后型、高度磨合-同步發(fā)展型、低度磨合-糧食安全滯后型、高度協(xié)調(diào)-同步發(fā)展型等5類。屬于低度磨合-農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)滯后型的省份有河北，農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展水平明顯滯后于糧食安全發(fā)展水平，農(nóng)業(yè)低碳化有待提升。屬于低度磨合-糧食安全滯后型的省份有安徽、江西、湖南和四川，糧食安全發(fā)展水平明顯滯后于農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)系統(tǒng)發(fā)展水平，糧食安全水平有待提升。

2.建議

針對(duì)糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的不同階段采取不同的應(yīng)對(duì)措施：

(1)針對(duì)低度磨合-農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)滯后型的地區(qū)，應(yīng)鼓勵(lì)推廣種植業(yè)綠色低碳發(fā)展技術(shù)模式，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)和農(nóng)資利用結(jié)構(gòu)，并改善廢棄物處理方式。發(fā)展生態(tài)種植，有機(jī)配施，農(nóng)作物病蟲害綠色防控技術(shù)。采取作物秸稈資源化處理措施。發(fā)揮農(nóng)作物光合作用的固碳優(yōu)勢(shì)，降低生產(chǎn)中碳排放，促使耕地利用向低碳轉(zhuǎn)型。

(2)針對(duì)低度磨合-糧食安全滯后型的地區(qū)，應(yīng)處理好低碳農(nóng)業(yè)與糧食安全協(xié)同發(fā)展之間的關(guān)系，立足于國(guó)家戰(zhàn)略需求，嚴(yán)格遏制耕地“非農(nóng)化”。大力加強(qiáng)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)業(yè)建設(shè)，扎實(shí)推進(jìn)種業(yè)振興行動(dòng)，強(qiáng)化農(nóng)業(yè)水利設(shè)施建設(shè)。結(jié)合自身資源稟賦，大力發(fā)展技術(shù)農(nóng)業(yè)、質(zhì)量農(nóng)業(yè)和綠色農(nóng)業(yè)，保障國(guó)家糧食安全。

(3)針對(duì)高度磨合-同步發(fā)展型和高度協(xié)調(diào)-同步發(fā)展型的地區(qū)，應(yīng)繼續(xù)樹立糧食安全與農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)協(xié)調(diào)發(fā)展的理念，建立長(zhǎng)效的農(nóng)業(yè)碳效應(yīng)與糧食安全良好協(xié)同機(jī)制，走集約化內(nèi)涵式發(fā)展道路，以發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)引領(lǐng)糧食安全發(fā)展，實(shí)現(xiàn)兩者協(xié)調(diào)發(fā)展。