天津都市農(nóng)業(yè)發(fā)展與資源環(huán)境承載力協(xié)調(diào)性研究

劉一鳴，王小瓊，樊曉盼

（天津農(nóng)學(xué)院 a. 工程技術(shù)學(xué)院，b. 園藝園林學(xué)院，天津 300392）

黨的十九大提出了“堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策，像對待生命一樣對待生態(tài)環(huán)境”和“建立健全城鄉(xiāng)融合發(fā)展體制機制和政策體系，加快推進農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化”。作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和城市化的產(chǎn)物，都市農(nóng)業(yè)得到了前所未有的發(fā)展，但是仍然面臨著資源約束趨緊、環(huán)境承載超負荷、人地矛盾凸顯、城鄉(xiāng)發(fā)展不均衡等挑戰(zhàn)。同時，都市農(nóng)業(yè)發(fā)展與區(qū)域資源環(huán)境承載力又相互依賴、相互作用，不斷協(xié)同演進。因此，揭示二者間的耦合協(xié)同規(guī)律，對于城市化過程中合理調(diào)整和布局都市農(nóng)業(yè)發(fā)展，解決城市的資源環(huán)境問題和統(tǒng)籌城鄉(xiāng)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。

天津市作為中國第一批農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化改革示范區(qū)，形成了以生產(chǎn)功能為基礎(chǔ)，社會服務(wù)和生態(tài)功能為拓展的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展格局，發(fā)展了休閑觀光農(nóng)業(yè)、智能化設(shè)施農(nóng)業(yè)、體驗參與型農(nóng)業(yè)和特色精品型農(nóng)業(yè)等現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)形態(tài)。但是在天津市都市農(nóng)業(yè)高速發(fā)展過程中也存在人地矛盾、水土資源短缺、農(nóng)業(yè)面源污染等一系列問題，成為制約天津都市農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級的瓶頸。因此，以資源環(huán)境承載力為基準，節(jié)約利用資源，保護產(chǎn)地環(huán)境，提升生態(tài)服務(wù)功能，構(gòu)建人與自然和諧共生的都市農(nóng)業(yè)發(fā)展新格局成為急需解決的問題。

1 耦合作用機理分析

“耦合”的概念源自物理學(xué)，指兩個或多個系統(tǒng)相互作用以通過各種功能實現(xiàn)協(xié)同作用的現(xiàn)象。它用來表征系統(tǒng)或要素之間的相互作用程度，是反映系統(tǒng)協(xié)同作用的量度。耦合越強，系統(tǒng)間相互聯(lián)系就越多。為準確評價都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平與資源環(huán)境承載力的耦合協(xié)調(diào)程度，本研究引用了耦合協(xié)調(diào)度的概念。

都市農(nóng)業(yè)是地處城市化地區(qū)及周邊延伸地區(qū)，依托大城市優(yōu)勢資源，緊密服務(wù)于城市的多層次、多形態(tài)、多功能的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)[1]。它的本質(zhì)是強調(diào)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人、都市和自然等方面的協(xié)調(diào)。資源環(huán)境承載力是指區(qū)域內(nèi)資源和環(huán)境的數(shù)量質(zhì)量對該區(qū)域內(nèi)人口、經(jīng)濟、社會發(fā)展的支撐能力[2]。發(fā)展都市農(nóng)業(yè)能夠使區(qū)域資源環(huán)境承載力得到有效保障，而資源環(huán)境承載力為都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供重要支撐。因此，都市農(nóng)業(yè)與資源環(huán)境承載力是相互影響、相互促進的關(guān)系。兩者之間的耦合作用機理如下。

一方面，通過先進的技術(shù)和集約化的生產(chǎn)方式推進農(nóng)業(yè)規(guī)模化發(fā)展，能夠利用有限的資源，極大地提高土地產(chǎn)出效率和勞動生產(chǎn)率。發(fā)展都市農(nóng)業(yè)能夠提高城市資源環(huán)境的容載量，確保糧食供應(yīng)，從而解決當前糧食安全帶來的一系列環(huán)境和社會問題；能夠促進農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，進而改變傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，提升資源的利用效率[3]。同時，都市農(nóng)業(yè)通過發(fā)展觀光旅游、生態(tài)景觀，作用于當?shù)氐馁Y源環(huán)境，起到調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土的作用，為城市營造優(yōu)美宜人生態(tài)環(huán)境。

另一方面，都市農(nóng)業(yè)更強調(diào)清潔優(yōu)美的環(huán)境，更加依賴于城市及周邊地區(qū)的土地、資本、勞動力等生產(chǎn)因素，并通過技術(shù)和制度等政策環(huán)境的作用使要素資源發(fā)揮其最優(yōu)價值。因此，區(qū)域的資源環(huán)境承載力為都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了要素來源，同時也制約著都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展規(guī)模和模式選擇。并且，隨著技術(shù)進步以及人們生產(chǎn)生活方式的改進，加上都市農(nóng)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展的目標要求，資源環(huán)境對于都市農(nóng)業(yè)的支撐約束作用越來越明顯，應(yīng)當重視都市農(nóng)業(yè)與資源環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

2 都市農(nóng)業(yè)發(fā)展與資源環(huán)境承載力協(xié)調(diào)性分析

2.1 指標體系構(gòu)建

為了更加準確地評價天津市都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展水平和資源環(huán)境承載力狀況，本研究參考已有的研究成果，并考慮數(shù)據(jù)的可獲得性和有效性，遵循科學(xué)性、系統(tǒng)性、可操作性的原則構(gòu)建指標體系（表1）。

表1 都市農(nóng)業(yè)發(fā)展及資源環(huán)境承載力評價指標體系

都市農(nóng)業(yè)評價指標體系，由生產(chǎn)性、社會性、生態(tài)性三個維度共10個指標組成。其中，生產(chǎn)性指標表征農(nóng)業(yè)創(chuàng)收、灌溉、機械化的效率；社會性指標表征農(nóng)業(yè)服務(wù)社會的效率，以及在縮小城鄉(xiāng)差距之中起到的作用；生態(tài)性指標則表示農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的資源利用效率、環(huán)境友好程度。

資源環(huán)境承載力評價指標體系，由資源承載力和環(huán)境承載力兩個維度共11個代表性的指標組成。其中，資源承載力選取表征天津市人均資源占有量的指標，環(huán)境承載力指標主要用來衡量生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和環(huán)保投入。

2.2 數(shù)據(jù)來源與處理

本文所需數(shù)據(jù)來源于《天津市統(tǒng)計年鑒》（2004—2018年）、《天津市環(huán)境質(zhì)量公報》 （2004—2018年）、《天津市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》（2004—2018年）。個別缺失的數(shù)據(jù)主要是通過指標之間的內(nèi)在轉(zhuǎn)換關(guān)系與年度趨勢演變情況計算得出。

由于原始數(shù)據(jù)具有不同的單位和量級，直接進行分析計算會突出高數(shù)量級指標的重要程度，影響分析結(jié)果的準確性。因此，使用Min-Max的方法對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理[4]，步驟如下：

式中，Yij是標準化值，Xij是原始數(shù)據(jù)，maxXij、minXij是指標的最大值和最小值。

經(jīng)過標準化處理的數(shù)據(jù)值處于[0,1]之間，由于后期用熵值法求權(quán)重需要對標準化數(shù)據(jù)進行對數(shù)運算，為避免出現(xiàn)標準化值為0的情況，在此對標準化后的數(shù)值整體向右平移1得到新的標準化數(shù)據(jù)。

2.3 權(quán)重與計算

為了保證權(quán)重的客觀性，采用熵值法來處理指標的權(quán)重。熵值法[5]根據(jù)指標之間的相關(guān)性來計算每個子系統(tǒng)的指標的權(quán)重，并根據(jù)每個指標的熵值來校正指標的權(quán)重。它可以有效地反映指標信息熵的作用，具有客觀性和準確性的優(yōu)點。計算過程如下：

（1）計算指標值比

式中，Zij是標準化后第i個區(qū)域/年份的j指標值的比例，n是區(qū)域/年份的數(shù)量，Yij是標準化后的指標值。

（2）計算熵值

式中，ej為j指標的熵值，k＝1/lnn，n為地區(qū)或者年份的數(shù)量。

（3）計算變異系數(shù)

式中，dj為第j個指標的變異系數(shù)。

（4）計算權(quán)重

式中，wj為第j項指標的權(quán)重。

分別對都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和資源環(huán)境承載力的評價指標用熵值法進行權(quán)重，得到各指標的權(quán)重（表1）。

本文采用指數(shù)和法評價都市農(nóng)業(yè)的發(fā)展水平和資源環(huán)境承載力的大小，即對各指標的標準化數(shù)值進行加權(quán)求和得到數(shù)值，數(shù)值越大，表明當年度的都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平或資源環(huán)境承載力越高。計算方法如下：

都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平：

資源環(huán)境承載力水平：

式中，xij代表各單項指標標準化后的數(shù)值，wij代表指標的具體權(quán)重，F(xiàn)x表示都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平數(shù)值，Gx表示資源環(huán)境承載力水平數(shù)值。

2.4 耦合模型建立

為了能夠準確衡量都市農(nóng)業(yè)發(fā)展與資源環(huán)境承載力之間交互作用的性質(zhì)與程度，構(gòu)建兩大系統(tǒng)的耦合度模型。耦合度計算公式如下：

式中，F(xiàn)和G分別是都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和資源環(huán)境承載力水平的評價數(shù)值，C是耦合度。耦合度的范圍在0到1之間，當C＝1時，耦合度達到最大值，它表明都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和資源環(huán)境承載力兩系統(tǒng)之間達到了最佳的協(xié)調(diào)狀態(tài)，兩個系統(tǒng)有序發(fā)展；當C＝0時，耦合度最小，表明這兩個系統(tǒng)處于無序狀態(tài)，系統(tǒng)向無序方向發(fā)展。

由于耦合度主要反映都市農(nóng)業(yè)水平和資源環(huán)境承載力兩個子系統(tǒng)間相互作用影響程度的大小，沒有利弊，很難準確反映它們的總體功能或發(fā)展水平。因此，為了更好地反映都市農(nóng)業(yè)與區(qū)域資源環(huán)境承載力的協(xié)調(diào)發(fā)展水平，本文借鑒了學(xué)者楊士弘[6]提出的協(xié)調(diào)發(fā)展程度計算公式：

式中，D代表都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平與資源環(huán)境承載力的耦合協(xié)調(diào)度，M代表都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和資源環(huán)境承載力兩個子系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)指數(shù)，α和β是待定系數(shù)且和為1。由于本項目僅研究都市農(nóng)業(yè)和資源環(huán)境承載力這兩個子系統(tǒng)，基于兩個子系統(tǒng)的整體協(xié)同效應(yīng)或貢獻，取α＝β＝0.5。耦合協(xié)調(diào)度的取值范圍是[0,1]，耦合協(xié)調(diào)度的數(shù)值越大，說明兩系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展度越高。當耦合協(xié)調(diào)度達到最大值1時，表明實現(xiàn)了兩個系統(tǒng)之間的最佳協(xié)調(diào)發(fā)展程度。

關(guān)于耦合協(xié)調(diào)度分類及其等級劃分，本研究參考已有的相關(guān)研究[7]，根據(jù)都市農(nóng)業(yè)發(fā)展與資源環(huán)境承載力兩系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度大小的具體程度，將耦合協(xié)調(diào)度等級按照0～1的數(shù)值劃分為7個連續(xù)不同的等級區(qū)間，以更直觀地反映系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調(diào)程度。具體分類及等級劃分標準見表2。

表2 耦合協(xié)調(diào)等級劃分及分級標準

2.5 結(jié)果與分析

2.5.1 天津市都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平評價

根據(jù)構(gòu)建的都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平評價指標體系以及公式得出（圖1），在2004—2018年間，天津市都市農(nóng)業(yè)水平數(shù)值從1.397上升到1.779，上升幅度達30%，總體上呈現(xiàn)良好態(tài)勢。其中，2004— 2013年段增長速度較緩，處于起步階段；2013年之后，增長速度較快，有明顯的上升趨勢，是快速發(fā)展期。在一級指標中，生產(chǎn)功能、社會功能和生態(tài)功能的指標均呈波動增長趨勢，但三者的發(fā)展不同步。在2008—2015年，生產(chǎn)功能明顯高于生態(tài)功能的發(fā)展狀況；而在2016—2018年，生態(tài)功能出現(xiàn)快速上升，這與近幾年來天津市生態(tài)環(huán)境的大幅改善是一致的。

圖1 2004—2018年天津市都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平

2.5.2 天津市資源環(huán)境承載力評價

根據(jù)資源環(huán)境承載力評價結(jié)果可知（圖2），在2004—2018年間，天津市資源環(huán)境承載力綜合評價指數(shù)從1.130上升到1.823，整體上呈現(xiàn)逐年上升趨勢；環(huán)境承載力和資源承載力的增長趨勢基本一致，說明天津市的資源狀況和環(huán)境質(zhì)量在改善。在2004—2012年，資源環(huán)境承載力水平數(shù)值逐年增長，年增速較快；在2012—2018年，資源環(huán)境承載力的數(shù)值雖然增速放緩、有所波動，但整體仍處于較高的水平。其中，資源承載力在波動中持續(xù)上升，個別年份有回落；環(huán)境承載力則呈現(xiàn)較穩(wěn)定的上升趨勢，僅在2013年和2018年有所下降。

圖2 2004—2018年天津市資源環(huán)境承載力水平

2.5.3 天津市都市農(nóng)業(yè)發(fā)展與資源環(huán)境承載力協(xié)調(diào)性評價

根據(jù)耦合協(xié)調(diào)模型，對2004—2018年間天津市都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平與資源環(huán)境承載力進行計算，結(jié)果顯示，兩者的耦合度處于很高的水平（圖3），而且除了2013年和2018年略有下降外，其余年份均呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，數(shù)值由0.803增加到了0.935。對照耦合協(xié)調(diào)等級劃分表（表2）可知，2004—2018年間天津都市農(nóng)業(yè)和資源環(huán)境承載力之間的耦合協(xié)調(diào)等級屬于優(yōu)級協(xié)調(diào)發(fā)展，兩系統(tǒng)處于高度協(xié)調(diào)狀態(tài)，且兩個子系統(tǒng)間可以實現(xiàn)互相促進的良性發(fā)展。其中，兩者的耦合協(xié)調(diào)度在2013年和2018年的略微下降，與當年份都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和資源環(huán)境承載力綜合指數(shù)下降的趨勢一致，這也反映了兩系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度受系統(tǒng)各自發(fā)展的影響，只有各子系統(tǒng)都健康良性發(fā)展，才能起到更好的促進作用。

圖3 2004—2018年天津市都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平與資源環(huán)境承載力耦合協(xié)調(diào)度

進一步分析，發(fā)現(xiàn)都市農(nóng)業(yè)在2004—2012年一直處于非常平穩(wěn)的狀態(tài)，從2013年開始有較快上升，而資源環(huán)境承載力在2004—2012年則保持快速上升趨勢。這一事實暗示在都市農(nóng)業(yè)發(fā)展水平和資源環(huán)境承載力之間可能存在因果關(guān)系：資源環(huán)境承載力是都市農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，當資源環(huán)境承載力得到充分提高之后，都市農(nóng)業(yè)發(fā)展也有了堅實基礎(chǔ)，因而得以較快增長。這一發(fā)現(xiàn)說明通過治理污染物存量和增加基礎(chǔ)設(shè)施投入來大力提升城市的資源環(huán)境承載力，在一定程度上能夠促進都市農(nóng)業(yè)發(fā)展。

3 對策與建議

3.1 立足資源環(huán)境，規(guī)劃農(nóng)業(yè)發(fā)展

一是要做好頂層設(shè)計。從源頭上控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展過程中的污染，防止對環(huán)境和生態(tài)的破壞。樹立底線思維，將農(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用和發(fā)展規(guī)劃限制在資源環(huán)境承載力范圍之內(nèi)，以資源環(huán)境承載力為基本約束條件，使資源、環(huán)境因素在決策過程中得到更加充分的考量，將資源環(huán)境承載力、生態(tài)空間保護、耕地保護等約束性條件融入農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，并確保規(guī)劃的實行。

二是推動發(fā)展現(xiàn)代生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)?？刂妻r(nóng)業(yè)用水總量，減少化肥、農(nóng)藥使用量，對廢棄農(nóng)膜進行回收處理；提高畜禽糞便和秸稈的資源化利用效益，并使秸稈飼料加工、養(yǎng)殖業(yè)、生物有機肥、種植業(yè)之間形成有機的產(chǎn)業(yè)循環(huán)鏈，建立起農(nóng)業(yè)資源高效利用的集約化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)經(jīng)濟循環(huán)體系，全面提高農(nóng)業(yè)資源利用效率和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟效益。

3.2 發(fā)揮政策引導(dǎo)作用，促進都市農(nóng)業(yè)與資源環(huán)境承載力協(xié)同發(fā)展

隨著鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略進程的加快，都市農(nóng)業(yè)發(fā)展更加依賴區(qū)域的資源環(huán)境要素協(xié)同發(fā)展，因此應(yīng)該增加農(nóng)業(yè)生態(tài)化、資源利用、環(huán)境治理等方面的扶持政策。首先，天津市應(yīng)繼續(xù)貫徹“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念，大力推進綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)，嚴守環(huán)境質(zhì)量底線和資源利用上限，實行嚴格的資源環(huán)境監(jiān)管措施，繼續(xù)推進水土資源節(jié)約利用，推進秸稈和禽畜糞便無害化處理等工程。其次，發(fā)揮政策的導(dǎo)向作用，引導(dǎo)轉(zhuǎn)變資源開發(fā)與環(huán)境保護模式。比如對于在生產(chǎn)過程中堅持資源節(jié)約、環(huán)境友好的農(nóng)業(yè)園區(qū)、企業(yè)給予經(jīng)濟補償和政策傾斜，從而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)層面形成綠色、友好的發(fā)展方式。