中國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全時空耦合關系研究

李長松，周玉璽

(1.山東農(nóng)業(yè)大學經(jīng)濟管理學院，山東 泰安 271018；2.山東農(nóng)業(yè)大學公共管理學院，山東 泰安 271018)

糧食安全問題關系國運民生、社會穩(wěn)定發(fā)展，是全社會廣泛關注的重要課題。隨著工業(yè)化和城市化的快速推進，水、土地、勞動力等生產(chǎn)要素逐漸向非農(nóng)產(chǎn)業(yè)轉移，糧食生產(chǎn)面臨著資源的剛性約束，人地水糧的矛盾日益尖銳[1-2]。與此同時，耕地質量退化、農(nóng)業(yè)面源污染、水土流失、地下水超采等農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境問題突出[3]，氣候變化和氣候震蕩加劇[4]，嚴重制約了中國糧食的可持續(xù)生產(chǎn)能力，中國糧食安全的脆弱性特征日益明顯[5]。黨的十八大以來，中央提出了“確保谷物基本自給，口糧絕對安全”的國家糧食安全觀。2020年習近平總書記在吉林考察時提出“要把糧食安全放在突出位置，毫不猶豫抓糧食生產(chǎn)”。2021年中央1號文件指出，保障國家糧食安全，重點要夯實“藏糧于地、藏糧于技”的物質基礎。因此，如何在資源環(huán)境的剛性約束下實現(xiàn)糧食產(chǎn)能穩(wěn)步提高，對保障國家糧食安全的意義重大。近年來，水資源總量短缺、時空分布不均勻、水生態(tài)損害、水環(huán)境污染等問題嚴重威脅國家糧食安全[6]，農(nóng)業(yè)水資源脆弱性已成為制約糧食穩(wěn)定生產(chǎn)最主要的障礙因素[7]。農(nóng)業(yè)水資源與糧食安全的協(xié)調匹配程度如何，怎樣促進兩者的協(xié)調發(fā)展進而保障國家糧食安全，是全社會普遍關注的焦點。

脆弱性反映由自然、社會、經(jīng)濟、環(huán)境等因素共同決定的系統(tǒng)對各種刺激的易損性，以及在損失、破壞后的恢復能力，包括暴露性、敏感性和適應性3個系統(tǒng)要素[8]。脆弱性分析可用于解析農(nóng)業(yè)發(fā)展與生態(tài)、環(huán)境、社會、經(jīng)濟等方面的激烈矛盾和沖突[9]。基于脆弱性分析方法評價糧食安全系統(tǒng)的屬性狀態(tài)，能夠反映出個人、家庭面臨的糧食緊缺風險以及擺脫風險的能力，是衡量糧食不安全的標度[1]。糧食安全是一個相對、動態(tài)的概念，涉及的影響因素眾多，衡量和評價標準尚未統(tǒng)一。聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)將糧食安全系統(tǒng)分為糧食供給量、供給穩(wěn)定性、糧食獲取和利用能力3個維度，涉及糧食生產(chǎn)條件、環(huán)境條件、經(jīng)濟社會發(fā)展水平和居民消費水平等眾多因素[10]。農(nóng)業(yè)水資源脆弱性是農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)在自然環(huán)境和人類活動的影響下，易遭受威脅損失的狀態(tài)，受損后難以恢復到原本狀態(tài)和功能的性質[11]，主要體現(xiàn)在地表水和地下水數(shù)量、質量、水資源更新速度和水資源承載力等方面[12]，呈現(xiàn)出區(qū)域性、隱蔽性、突發(fā)性等特征[7]。農(nóng)業(yè)水資源脆弱性受到內外多種因素的共同影響，對農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的評價和測度方法較多，常見方法包括自然脆弱性、人為脆弱性、承載力脆弱性評價型[7]，抗干擾性、自我恢復性評價型[13]，暴露性、敏感性、適應性評價型[14]，壓力、狀態(tài)、驅動力、影響、響應評價型[15]，自然因素、人為因素、綜合因素評價型[16]。在水-能源-糧食紐帶關系中，水資源安全和糧食安全存在對立統(tǒng)一的關系[17]。在既定技術、水資源有限的約束下，為保證2個系統(tǒng)的安全，必須統(tǒng)籌協(xié)調水資源利用結構，水資源安全是糧食安全的保障，糧食安全也會促進水資源安全的實現(xiàn)[1]。

總體來看，目前關于農(nóng)業(yè)水資源和糧食安全的研究多集中于評價指標體系的構建[1,5,7,11,18]、因子權重分析、脆弱性測度和評價[12-16]、空間演變和驅動因素的分析[6,7,11,19]。但是，將農(nóng)業(yè)水資源脆弱性和糧食安全相關聯(lián)，定量評價中國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源和糧食安全協(xié)調適配程度的研究不多。為此，構建了適用于中國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全的評價指標體系，測算了2010—2019年中國13個糧食主產(chǎn)省(區(qū))農(nóng)業(yè)水資源脆弱性和糧食安全得分，采用耦合協(xié)調度模型和相對發(fā)展度模型分析兩者的耦合協(xié)調水平及耦合協(xié)調發(fā)展類型，旨在揭示農(nóng)業(yè)水資源和糧食安全在時間和空間上的協(xié)調適配差異，以期為制定有利于農(nóng)業(yè)水資源和糧食安全共同發(fā)展的政策提供理論依據(jù)。

1 研究方法、指標體系設計與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1熵權法與層次分析法

熵權法和層次分析法是確定指標權重的常用方法。熵權法是根據(jù)指標的統(tǒng)計性質確定重要程度，但該方法難以將指標自身的理論重要程度納入考量范圍。層次分析法依賴專家的知識和經(jīng)驗來確定指標重要程度，主觀性較強。為了結合熵權法和層次分析法的優(yōu)勢，實現(xiàn)指標賦權主客觀統(tǒng)一，利用D-S證據(jù)理論合成綜合權重。

1.1.2D-S證據(jù)理論

D-S證據(jù)理論是一種用來處理不確定性信息的理論，提供了一種合成多個數(shù)據(jù)源信息的法則?；径x和合成規(guī)則[20-21]如下：

首先定義基本概率賦值函數(shù)(BPA)。U為識別框架，BPA是2U上的一個函數(shù)，函數(shù)m：2U→[0,1]，同時滿足m(Φ)=0,∑m(A)=1,該函數(shù)為Mass函數(shù)，m(A)是對命題的初始置信程度進行分配，若m(A)>0，則A稱為焦元。

m1和m2為U上的2個基本概率分配函數(shù)，K表示m1和m2之間的沖突和矛盾程度，合成規(guī)則[20]為

子系統(tǒng)綜合評價得分(Z)為

(2)

式(2)中，Xij為第i個系統(tǒng)第j項指標的標準化值；Tj為用D-S證據(jù)理論將熵權法和層次分析法相結合得到的綜合權重[21]。

農(nóng)業(yè)水資源脆弱性綜合評價得分(VAWR，RVAW)為

(3)

式(3)中，Nv、Hv、Bcv分別為自然脆弱性、人為脆弱性、承載力脆弱性子系統(tǒng)綜合評價得分；Wnv、Whv、Wbcv分別為層次分析法得出的對應子系統(tǒng)權重。

糧食安全綜合評價得分(FS，SF)為

(4)

式(4)中，E、S、A分別為暴露性、敏感性、適應性子系統(tǒng)綜合評價得分；We、Ws、Wa分別為層次分析法得出的對應子系統(tǒng)權重。

1.1.3耦合協(xié)調度模型

耦合分析法能夠直接分析不同系統(tǒng)之間的協(xié)調發(fā)展層次[22]。為研究農(nóng)業(yè)水資源和糧食安全的相互影響狀態(tài)，參考已有研究中的耦合協(xié)調度模型[22-23]，定量分析農(nóng)業(yè)水資源和糧食安全的協(xié)調發(fā)展關系，具體算法為

(5)

T=αf(x)+βg(x)，

(6)

(7)

式(5)～(7)中，C為耦合度；T為綜合評價指數(shù)；D為耦合協(xié)調度；f(x)為農(nóng)業(yè)水資源脆弱性得分，數(shù)值越大代表農(nóng)業(yè)水資源脆弱性越低，農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)狀態(tài)越好；g(y)為糧食安全得分，數(shù)值越大代表糧食安全水平越高；α、β為待定權數(shù)，筆者認為降低農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與保障糧食安全同等重要，故令α=β=0.5。參考已有研究對耦合協(xié)調度的分類方法[24]，將耦合協(xié)調度分為如下8個等級：嚴重失調(0,0.2]、中度失調(0.2,0.3]、輕度失調(0.3,0.4]、瀕臨失調(0.4,0.5]、勉強協(xié)調(0.5,0.6]、初級協(xié)調(0.6,0.7]、中度協(xié)調(0.7,0.8]、良好協(xié)調(0.8,1]。

1.1.4相對發(fā)展度模型

相對發(fā)展度模型可以用來分析農(nóng)業(yè)水資源與糧食安全2個系統(tǒng)的相對發(fā)展狀態(tài)，根據(jù)相對發(fā)展度(F)來判斷2個系統(tǒng)間的耦合發(fā)展類型，具體算法為

(8)

參考相關學者對相對發(fā)展度等級的劃分標準[23]，將農(nóng)業(yè)水資源與糧食安全耦合協(xié)調發(fā)展狀況分為3個階段9種類型(表1)。

表1 耦合協(xié)調發(fā)展階段與類型

1.2 評價指標體系構建及權重

1.2.1農(nóng)業(yè)水資源脆弱性指標體系的構建及權重

參考相關研究成果[7,25]，結合中國糧食主產(chǎn)區(qū)的實際情況，從自然脆弱性、人為脆弱性和承載力脆弱性3個子系統(tǒng)層面構建糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性評價指標體系，反映糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的靜態(tài)特征、動態(tài)特征和敏感屬性(表2)。

表2 農(nóng)業(yè)水資源脆弱性測度評價指標體系

自然脆弱性系統(tǒng)是指在構成農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)結構的自然要素中，人類活動難以改變系統(tǒng)內部固有的敏感性，其表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)水資源的靜態(tài)特征[25]。該系統(tǒng)選擇農(nóng)業(yè)水資源量(X1)、降水量(X2)和年降水距平百分比(X3)3個指標，能夠較為全面地表達糧食主產(chǎn)區(qū)在農(nóng)業(yè)水資源總量方面的脆弱性狀態(tài)。其中，X1反映了區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源的豐富程度，X2表征降水對區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源的補充程度，X3表征了水資源年際分配不均勻的情況。

人為脆弱性系統(tǒng)是指人類活動能夠影響、改變農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)的內部結構，導致外力驅動系統(tǒng)脆弱性發(fā)生變化，表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)水資源的動態(tài)特征。該系統(tǒng)包括單方水資源糧食產(chǎn)量(X4)、節(jié)水灌溉類機械擁有量(X5)、森林覆蓋率(X6)、有效灌溉率(X7)4個指標。X4和X5能反映區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源的利用效率，X6能夠反映人類活動對森林環(huán)境的作用結果，X7從側面表達人類克服農(nóng)業(yè)水資源空間分布不均勻的能力[25]。

承載力脆弱性系統(tǒng)是指農(nóng)業(yè)水資源在服務區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的同時，對人類活動、行為做出反應的敏感屬性。該系統(tǒng)包括人均水資源量(X8)、單位面積農(nóng)業(yè)用水量(X9)、糧食種植比例(X10)和人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值(X11)4個指標，主要表達了人類經(jīng)濟社會系統(tǒng)對水資源系統(tǒng)的需求和壓力。在水資源總量相同的情況下，不同社會、經(jīng)濟發(fā)展水平對水資源系統(tǒng)的壓力程度差異較大，會導致水資源系統(tǒng)呈現(xiàn)不同的脆弱性。

1.2.2糧食安全指標體系的構建及權重

基于脆弱性分析方法，結合FAO對糧食安全的定義和有關學者的研究[5,10]，從暴露性、敏感性、適應性3個子系統(tǒng)層面構建糧食安全的指標體系(表3)。

表3 糧食安全測度評價指標體系

暴露性子系統(tǒng)反映的是環(huán)境和社會系統(tǒng)帶給糧食安全系統(tǒng)的沖力和壓力，包括單位耕地面積勞動力(Y1)、單位糧食播種面積用水量(Y2)、農(nóng)作物成災率(Y3)3個指標。其中，Y1、Y2表征糧食生產(chǎn)所需的水、勞動力要素的狀態(tài)，反映水、勞動力給糧食生產(chǎn)帶來的壓力；Y3表征自然災害對糧食生產(chǎn)的沖擊和影響。

敏感性子系統(tǒng)反映的是糧食安全系統(tǒng)受到?jīng)_擊和脅迫時的正向或負向反應程度，包括農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)(Y4)、糧食作物播種面積占比(Y5)、非農(nóng)業(yè)產(chǎn)值比例(Y6)、人均糧食占有量(Y7)、糧食類居民消費價格指數(shù)(Y8)、農(nóng)村居民恩格爾系數(shù)(Y9)、可調運糧食量(Y10)7個指標。其中，Y4、Y5、Y6能夠反映糧食安全系統(tǒng)受到外界沖擊后對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、糧食種植比例以及區(qū)域產(chǎn)業(yè)結構的影響；Y7、Y8、Y9能夠反映區(qū)域糧食供給能力以及居民獲取和利用糧食的能力；Y10能夠反映糧食跨區(qū)域調運保障其他地區(qū)糧食供給的能力。

適應性子系統(tǒng)反映糧食安全系統(tǒng)處理、適應外界沖擊和脅迫，并從受損狀態(tài)恢復的能力，包括財政支農(nóng)支出(Y11)、單位耕地面積機械動力(Y12)、單位糧食播種面積農(nóng)藥施用量(Y13)、單位糧食播種面積化肥施用量(Y14)、有效灌溉率(Y15)、糧食總產(chǎn)量波動系數(shù)(Y16)、農(nóng)民非農(nóng)業(yè)收入比重(Y17)、道路密集度(Y18)8個指標。其中，Y11反映國家財政改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、保障糧食穩(wěn)定供給的資金投入規(guī)模；Y12、Y13、Y14、Y15反映農(nóng)業(yè)機械、化肥、農(nóng)藥、水利基礎設施等生產(chǎn)要素投入對糧食生產(chǎn)的保障力度；Y16則反映了區(qū)域糧食生產(chǎn)的穩(wěn)定性；經(jīng)濟發(fā)展能夠帶動Y17的提升，促使農(nóng)民更加關注糧食的營養(yǎng)健康，提升微觀層面的糧食安全水平；Y18反映區(qū)域道路基礎設施的建設力度，能夠保障城鄉(xiāng)居民獲取糧食和跨區(qū)域調運糧食的能力。

1.3 數(shù)據(jù)來源

研究所用數(shù)據(jù)來自于2010—2020年《中國統(tǒng)計年鑒》《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》《中國水利統(tǒng)計年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》《中國水資源公報》，部分缺失值利用線性擬合和周圍近似值替代的方式進行處理。

2 實證分析

2.1 農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的時空格局變化

2.1.1農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的時間變化

2010—2019年糧食主產(chǎn)區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源脆弱性程度呈緩慢下降態(tài)勢。由表4可知，農(nóng)業(yè)水資源脆弱性得分從2010年的0.358 3上升到2019年的0.380 6，上升6.22%。究其原因，主要是國家重視農(nóng)業(yè)水利基礎設施建設，著力改善農(nóng)業(yè)灌溉的渠系設施條件，推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水設施，農(nóng)業(yè)水資源的利用效率得到提升?？傮w來看，2010—2019年，南北方地區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源脆弱性程度均呈下降趨勢，南方和北方地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性得分分別提高2.49%和10.39%，農(nóng)業(yè)水資源脆弱性呈北高南低的態(tài)勢。

表4 農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全測度得分及增長率

北方地區(qū)包括河北、內蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、山東、河南；南方地區(qū)包括江蘇、安徽、江西、湖北、湖南、四川。

由表5可知，2010—2019年間，在農(nóng)業(yè)水資源脆弱性系統(tǒng)中，人為脆弱性和承載力脆弱性子系統(tǒng)的得分呈增長趨勢，分別提高32.01%和3.82%，對農(nóng)業(yè)水資源脆弱性系統(tǒng)改進的影響程度分別為132.99%和23.97%，表明人類活動給農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)帶來的外在壓力在減小，農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)的承載能力得到提高。但此期間，自然脆弱性子系統(tǒng)得分呈波動下降趨勢，得分降低10.00%，對農(nóng)業(yè)水資源脆弱性系統(tǒng)改進的影響程度為-56.96%，農(nóng)業(yè)水資源的總量短缺和不足已成為制約農(nóng)業(yè)水資源脆弱性系統(tǒng)改進的關鍵障礙因素。

表5 農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全子系統(tǒng)得分及變化率、影響程度

2.1.2農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的空間分布變化

選取2010、2015、2019年3個時間點觀察農(nóng)業(yè)水資源脆弱性，利用ArcGIS 10.8軟件中的自然斷點分級法繪制農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的時空分布圖，將糧食主產(chǎn)省(區(qū))分為低脆弱地區(qū)、較低脆弱地區(qū)、中等脆弱地區(qū)、較嚴重脆弱地區(qū)、嚴重脆弱地區(qū)5個等級(圖1)。

審圖號：GS(2022)2900號

2010—2019年，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的空間分布變化小，除黑龍江外，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)資源脆弱性整體表現(xiàn)為從南到北逐步增強的趨勢。2010—2015年，整體呈現(xiàn)江西、湖南、湖北、安徽、山東、黑龍江地區(qū)脆弱性低，四川、河南、江蘇居中，內蒙古、吉林、河北、遼寧脆弱性高的空間分布格局。黑龍江、內蒙古、河北3個省(區(qū))實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)水資源脆弱性等級的降低。其中，內蒙古、河北降水量較少，水資源本底條件較為一般，但是這些地區(qū)逐步建立健全農(nóng)田水資源管理制度，重視農(nóng)業(yè)節(jié)水設施的推廣和普及，單方水資源糧食產(chǎn)量提高22.94%，農(nóng)業(yè)水資源利用效率得到較大提升，農(nóng)業(yè)水資源脆弱性等級降低。黑龍江水系眾多，水資源總量豐富，政府逐漸重視對農(nóng)田水利設施的建設和維護，農(nóng)業(yè)用水量增加25.20%，耕地的有效灌溉比例提升14.01%，對水資源的調控和利用能力顯著提高，農(nóng)業(yè)水資源脆弱性等級降低。2015—2019年，農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的空間分布格局變化較小，黑龍江、四川實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)水資源脆弱性等級的降低，安徽、湖北、河北的農(nóng)業(yè)水資源脆弱性等級提升。其中，黑龍江在提升水資源調控和利用能力的基礎上，著力開展農(nóng)業(yè)節(jié)水行動，實行總量控制、定額管理，積極推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水設施，單方水資源糧食產(chǎn)量提升35.22%，農(nóng)業(yè)用水效率顯著提升，黑龍江成為農(nóng)業(yè)水資源低脆弱地區(qū)。四川積極轉變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，提高農(nóng)業(yè)發(fā)展質量，人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值提升21.17%，節(jié)水灌溉設備增加45.75%，社會經(jīng)濟發(fā)展帶給農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)的壓力減小，農(nóng)業(yè)水資源的承載力得到提升，因此四川的農(nóng)業(yè)水資源脆弱性等級降低。安徽、湖北、河北的降水量減少30.84%，人均水資源量減少45.03%，由此導致該地區(qū)的自然脆弱性和承載力子系統(tǒng)趨于退化，農(nóng)業(yè)水資源脆弱性等級提升。

2.2 糧食安全的時空格局變化

2.2.1糧食安全的時間變化

2010—2019年糧食主產(chǎn)區(qū)的糧食安全水平呈持續(xù)上升態(tài)勢，由表4可知，糧食安全得分從2010年的0.379 4上升到2019年的0.444 7，上升17.22%。究其原因，主要是因為國家高度重視糧食安全問題，大力實施藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略，夯實糧食生產(chǎn)條件，強化科技支撐，通過農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新發(fā)展，提高糧食生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率，增強了糧食安全的保障水平?？傮w來看，2010—2019年，南北方地區(qū)的糧食安全水平呈持續(xù)上升趨勢，南方和北方地區(qū)的糧食安全得分分別提高11.45%和22.28%，糧食安全水平呈北高南低的態(tài)勢。

由表5可知，在糧食安全系統(tǒng)中，敏感性和適應性子系統(tǒng)的得分均呈增長態(tài)勢，得分分別提高70.03%和39.71%，對糧食安全系統(tǒng)改進的影響程度分別為70.19%和72.12%，敏感性和適應性子系統(tǒng)已成為推動糧食安全系統(tǒng)改進的重要力量。由此表明，糧食安全系統(tǒng)受到經(jīng)濟社會和自然環(huán)境沖擊的負面影響在持續(xù)減弱，協(xié)調和適應外界沖擊的能力顯著增強。但此期間，暴露性子系統(tǒng)得分呈降低態(tài)勢，降低14.16%，對糧食安全系統(tǒng)改進的影響程度為-42.31%，勞動力、土地、水資源等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素對糧食生產(chǎn)的約束日益趨緊，糧食生產(chǎn)面臨著旱澇等自然災害的壓力，暴露性子系統(tǒng)發(fā)展落后已成為制約糧食安全系統(tǒng)改進提升的關鍵因素。

2.2.2糧食安全的空間分布變化

選取2010、2015、2019年3個時間點觀察糧食安全水平，利用ArcGIS 10.8軟件，使用自然斷點分級法繪制糧食安全水平的時空分布圖，將糧食主產(chǎn)省(區(qū))分為高水平、較高水平、中等水平、較低水平、低水平地區(qū)5個等級(圖2)。

審圖號：GS(2022)2900號

2010—2019年，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全水平的空間分布變化較大，整體呈現(xiàn)出黑龍江、吉林和黃淮海地區(qū)(包括山東、河北、河南、江蘇、安徽5省)糧食安全等級高，其他地區(qū)糧食安全等級較低的空間分布特征。2010—2015年，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全等級的空間分布變化較小，有4個省(區(qū))的糧食安全等級發(fā)生改變，黑龍江、吉林的糧食安全等級提升，遼寧、江西的糧食安全等級下降。究其原因是政府加大了財政支農(nóng)投入供給，重視農(nóng)業(yè)水利等基礎設施建設，黑龍江、吉林的財政支農(nóng)支出提高86.30%，單位耕地面積機械動力提升46.32%，人均糧食占有量和可調運糧食量得到較大提升，區(qū)域居民獲取糧食和跨區(qū)域調出糧食的能力顯著增強。遼寧的財政支農(nóng)投入供給水平較低，保證糧食生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)機械、化肥、農(nóng)藥、水等要素投入不足，糧食綜合生產(chǎn)能力受到較大約束，由此導致遼寧的糧食安全等級下降。江西的非農(nóng)產(chǎn)業(yè)占比較高，糧食播種面積占比低，“非糧化”趨勢明顯，人均糧食占有量和可調運糧食量較低，糧食安全系統(tǒng)的敏感性高，導致江西的糧食安全等級下降。2015—2019年，糧食主產(chǎn)區(qū)糧食安全等級的空間變化較大，有6個省(區(qū))的糧食安全等級發(fā)生改變，黑龍江、內蒙古的糧食安全等級提高，河北、江蘇、湖北、四川的糧食安全等級下降。在此期間，黑龍江、內蒙古的糧食作物播種面積占比持續(xù)提升，農(nóng)業(yè)水資源利用效率提高28.84%，單位耕地面積機械動力提升33.08%，人均糧食占有量和可調運糧食量分別提升24.15%和26.41%，糧食綜合生產(chǎn)能力顯著增強，該地區(qū)的糧食安全等級得到提升。河北、江蘇、湖北、四川的非農(nóng)產(chǎn)值比例上升4.30%，導致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格上漲，種糧收益壓縮，“非糧化”趨勢加劇，糧食安全系統(tǒng)的敏感性上升，威脅糧食安全。另外，隨著城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的快速推進，該地區(qū)農(nóng)村勞動人口大量流入城鎮(zhèn)和非農(nóng)產(chǎn)業(yè)，單位耕地面積勞動力減少14.97%，糧食生產(chǎn)壓力增大，由此導致該地區(qū)的糧食安全等級降低。

2.3 農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全的耦合協(xié)調度及空間分異分析

為進一步量化糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性和糧食安全的耦合協(xié)調關系，根據(jù)耦合協(xié)調度模型計算農(nóng)業(yè)水資源脆弱性和糧食安全的耦合協(xié)調度(圖3)。

圖3 農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全的耦合協(xié)調度

2010—2019年，農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全的耦合協(xié)調度從2010年的0.599 3上升到2019年的0.629 9，增長5.11%，耦合協(xié)調度等級從勉強協(xié)調升至初級協(xié)調，說明農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)與糧食安全系統(tǒng)的協(xié)同狀況和發(fā)展層次在持續(xù)提升。從區(qū)域差異的角度來看，南方地區(qū)的耦合協(xié)調度提升3.29%，耦合協(xié)調等級始終處于初級協(xié)調階段，北方地區(qū)的耦合協(xié)調度提升6.80%，耦合協(xié)調等級從勉強協(xié)調升至初級協(xié)調，糧食主產(chǎn)區(qū)的耦合協(xié)調度始終保持著南高北低的態(tài)勢，區(qū)域差異較為顯著。

為分析糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全耦合協(xié)調度的空間分布格局，選取2010、2015、2019年3個時間點觀察耦合協(xié)調度，利用ArcGIS 10.8軟件繪制耦合協(xié)調度的時空分布圖，將糧食主產(chǎn)省(區(qū))分為良好協(xié)調、中度協(xié)調、初級協(xié)調、勉強協(xié)調、瀕臨失調、輕度失調、中度失調、嚴重失調8個等級(圖4)。

審圖號：GS(2022)2900號

2010—2019年，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全的耦合協(xié)調等級主要以勉強協(xié)調和初級協(xié)調為主，耦合協(xié)調等級整體呈現(xiàn)南高北低的空間分布特征。2010年輕度協(xié)調地區(qū)的分布較為廣泛，覆蓋山東、河南以及除江蘇外的南方地區(qū)，勉強協(xié)調地區(qū)主要分布在東北地區(qū)(包括黑龍江、吉林、遼寧3省)、河北、江蘇，內蒙古屬于瀕臨失調地區(qū)。2015年，糧食主產(chǎn)區(qū)的耦合協(xié)調等級整體有提升趨勢，初級協(xié)調地區(qū)持續(xù)擴大，黑龍江和江蘇躍升為初級協(xié)調地區(qū)，內蒙古躍升為勉強協(xié)調地區(qū)。2019年耦合協(xié)調等級的空間分布格局變化較小，僅黑龍江從初級協(xié)調地區(qū)躍升為中度協(xié)調地區(qū)，南方地區(qū)全部處于初級協(xié)調地區(qū)，北方地區(qū)的區(qū)域差異較大，其中黑龍江處于中級協(xié)調地區(qū)，山東、河南處于初級協(xié)調地區(qū)，內蒙古、吉林、遼寧、河北處于勉強協(xié)調地區(qū)。

2.4 農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全的耦合協(xié)調發(fā)展類型分析

為進一步分析糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全的耦合協(xié)調狀況，利用相對發(fā)展度模型來測度農(nóng)業(yè)水資源與糧食安全系統(tǒng)的相對發(fā)展程度，探究農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)與糧食安全系統(tǒng)的耦合協(xié)調發(fā)展類型(表6)。2010和2015年，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全一直處于低度磨合和高度磨合階段，耦合協(xié)調發(fā)展類型為Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。2019年，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全一直處于低度磨合、高度磨合、高度協(xié)調階段，耦合協(xié)調發(fā)展類型為Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅷ。

表6 農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全的耦合協(xié)調發(fā)展類型

2010年糧食主產(chǎn)區(qū)的耦合協(xié)調發(fā)展類型以Ⅴ類為主，內蒙古、遼寧、吉林、黑龍江、江蘇、安徽、山東、湖北、湖南、四川10個省(區(qū))的耦合協(xié)調發(fā)展類型為Ⅴ類，處于高度磨合階段；河北、河南2省的耦合協(xié)調發(fā)展類型為Ⅳ類，處于低度磨合階段；江西的耦合協(xié)調發(fā)展類型為Ⅵ類，處于低度磨合階段。2015年耦合協(xié)調發(fā)展類型的空間分布變化較小，處于低度磨合階段的Ⅳ類區(qū)域有擴大趨勢，遼寧、吉林2省由高度磨合階段的Ⅴ類轉變?yōu)榈投饶ズ想A段的Ⅳ類。2019有3個省(區(qū))的耦合協(xié)調發(fā)展類型發(fā)生改變，處于低度磨合階段的Ⅳ類區(qū)域呈持續(xù)擴大的態(tài)勢，內蒙古、安徽由高度磨合階段的Ⅴ類轉變?yōu)榈投饶ズ想A段的Ⅳ類，黑龍江由高度磨合階段的Ⅴ類轉變?yōu)楦叨葏f(xié)調階段的Ⅷ類。

2019年有6個省(區(qū))耦合協(xié)調發(fā)展類型為Ⅳ類，處于低度磨合發(fā)展階段，這些省(區(qū))的農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)發(fā)展水平滯后于糧食安全系統(tǒng)，兩者關系趨于退化，制約了2個系統(tǒng)的協(xié)調發(fā)展；有5個省(區(qū))的耦合協(xié)調發(fā)展類型為Ⅴ類，處于高度磨合發(fā)展階段，這些省(區(qū))的農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)與糧食安全系統(tǒng)同步發(fā)展，兩者關系趨于優(yōu)化，推動了2個系統(tǒng)的協(xié)調發(fā)展；有1個省(區(qū))耦合協(xié)調發(fā)展類型為Ⅵ類，處于低度磨合發(fā)展階段，糧食安全系統(tǒng)發(fā)展水平滯后于農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)，兩者關系趨于退化，制約了2個系統(tǒng)的協(xié)調發(fā)展；有1個省(區(qū))的耦合協(xié)調發(fā)展類型為Ⅷ類，處于高度協(xié)調發(fā)展階段，該省(區(qū))的農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)同步于糧食安全系統(tǒng)，兩者關系趨于優(yōu)化，推動了2個系統(tǒng)的協(xié)調發(fā)展。整體來看，糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)與糧食安全系統(tǒng)的耦合協(xié)調發(fā)展水平多處于低度磨合階段，多數(shù)省(區(qū))的農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)發(fā)展水平滯后于糧食安全系統(tǒng)，農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)的發(fā)展滯后是制約國家糧食安全水平提升的重要因素。

3 結論與政策建議

3.1 結論

(1)2010—2019年糧食主產(chǎn)區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源脆弱性呈緩慢下降的態(tài)勢，農(nóng)業(yè)水資源脆弱性得分上升6.22%。其中，南方和北方地區(qū)得分分別提高2.49%和10.39%，農(nóng)業(yè)水資源脆弱性呈北高南低的態(tài)勢。從子系統(tǒng)角度來看，自然脆弱性、人為脆弱性、承載力脆弱性對農(nóng)業(yè)水資源脆弱性系統(tǒng)改進的影響程度分別為-56.96%、132.99%、23.97%，農(nóng)業(yè)水資源的總量短缺和不足已成為制約農(nóng)業(yè)水資源脆弱性系統(tǒng)改進的關鍵障礙因素。

(2)2010—2019年糧食主產(chǎn)區(qū)的糧食安全水平呈持續(xù)上升的態(tài)勢，糧食安全得分上升17.22%。其中，南方和北方地區(qū)得分分別提高11.45%和22.28%，糧食安全水平呈北高南低的態(tài)勢。從子系統(tǒng)角度來看，暴露性、敏感性和適應性子系統(tǒng)對糧食安全系統(tǒng)改進的影響程度分別為-42.31%、70.19%、72.12%，暴露性子系統(tǒng)的改進和發(fā)展落后是制約糧食安全系統(tǒng)改進提升的關鍵因素。

(3)2010—2019年農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全的耦合協(xié)調度上升5.11%，耦合協(xié)調度等級從勉強協(xié)調升至初級協(xié)調，農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)與糧食安全系統(tǒng)的協(xié)同狀況和發(fā)展層次在持續(xù)提升。其中，南方地區(qū)的耦合協(xié)調度提升3.29%，耦合協(xié)調等級始終處于初級協(xié)調階段，北方地區(qū)的耦合協(xié)調度提升6.80%，耦合協(xié)調等級從勉強協(xié)調升至初級協(xié)調，耦合協(xié)調度始終保持著南高北低的趨勢，區(qū)域差異較為顯著。

(4)2010—2019年糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性與糧食安全耦合協(xié)調發(fā)展類型主要為低度磨合-農(nóng)業(yè)水資源滯后型(Ⅳ類)、高度磨合-同步發(fā)展型(Ⅴ類)，農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)改進和發(fā)展滯后是制約國家糧食安全水平提升的關鍵。

3.2 政策建議

(1)北方地區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源脆弱性程度高，農(nóng)業(yè)水資源總量的短缺和不足嚴重制約農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)的改進優(yōu)化。一方面政府要建立健全非農(nóng)產(chǎn)業(yè)耗水標準，優(yōu)化用水結構，防止農(nóng)業(yè)水資源被過度擠壓，保證農(nóng)業(yè)用水的數(shù)量和質量；另一方面要加強水利基礎設施建設，強化水資源跨區(qū)域調配能力，推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水技術，建立和完善科學合理的農(nóng)田灌溉管理制度，提高農(nóng)業(yè)水資源的利用效率和能力，降低農(nóng)業(yè)水資源脆弱性，提升農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)與糧食安全系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展層次。

(2)降低糧食安全系統(tǒng)的暴露性水平，提高適應性能力是糧食安全系統(tǒng)改進優(yōu)化的主要著力點。國家要持續(xù)優(yōu)化財政支農(nóng)投入供給，改善糧食生產(chǎn)基礎設施條件，推動高標準農(nóng)田建設，夯實糧食生產(chǎn)物質基礎；建立健全農(nóng)業(yè)風險監(jiān)測和預警機制，提高糧食生產(chǎn)抗風險能力。

(3)貫徹國家“藏糧于地、藏糧于技”戰(zhàn)略，堅持嚴格的耕地保護制度，深入開展土壤治理和修復行動，確保耕地數(shù)量不減、質量不降，保障糧食生產(chǎn)基礎；強化農(nóng)業(yè)科技支撐，促進農(nóng)業(yè)技術的集成、轉化，推動種業(yè)振興、農(nóng)業(yè)技術裝備革新，大力發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)，提高糧食綜合生產(chǎn)能力，保障國家糧食安全。