北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)的時空特征及障礙因子

崔瀟，王永生*，施琳娜

（1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；2.中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100049）

人地關(guān)系及其變化研究是地理學(xué)研究的核心內(nèi)容[1]，自20 世紀(jì)90 年代人地關(guān)系地域系統(tǒng)理論提出以來[2]，人地關(guān)系相關(guān)理論研究及實踐應(yīng)用不斷豐富與深化。進(jìn)入21 世紀(jì)，現(xiàn)代人類活動愈加強(qiáng)烈，深刻影響著地球表層人地系統(tǒng)，地球已進(jìn)入“人類世”階段[3]，產(chǎn)生了全球變化、土地退化、環(huán)境污染、區(qū)域貧困[4-8]等一系列資源環(huán)境問題。隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和全球化快速推進(jìn)，我國鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)模式、地域結(jié)構(gòu)、空間格局等發(fā)生了顯著變化[9]，鄉(xiāng)村人地關(guān)系問題與矛盾日益凸顯。在城市化進(jìn)程加快、全球環(huán)境變化、社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的背景下，人地和諧共生成為現(xiàn)代人地關(guān)系的核心內(nèi)涵[10]，逐步發(fā)展形成了現(xiàn)代人地系統(tǒng)理論，并與可持續(xù)性的研究相結(jié)合[11]，探索發(fā)展面向全球變化及國家重大戰(zhàn)略的現(xiàn)代人地系統(tǒng)科學(xué)[12]。人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要前提，人地協(xié)調(diào)理論及其實踐應(yīng)用研究，對有效緩解人地矛盾，促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展具有重要意義[13]。

典型區(qū)域人地系統(tǒng)與可持續(xù)發(fā)展的時空規(guī)律研究是人地關(guān)系研究的重要范式[14]。北方農(nóng)牧交錯帶是農(nóng)牧結(jié)合的特色區(qū)域，是重要的水源涵養(yǎng)帶和生態(tài)安全屏障，特色資源豐富，發(fā)展?jié)摿薮?。但北方農(nóng)牧交錯帶也是生態(tài)脆弱區(qū)、人地矛盾區(qū)，面臨著水資源短缺、土地退化、草場退化等生態(tài)環(huán)境問題[15-16]，以及穩(wěn)定糧食安全、鞏固拓展脫貧成果與鄉(xiāng)村振興有效銜接等經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展問題[17-18]。同時，北方農(nóng)牧交錯帶也是國家退耕還林還草、“三北”防護(hù)林、京津風(fēng)沙源治理等生態(tài)工程，以及西部大開發(fā)、精準(zhǔn)扶貧、鄉(xiāng)村振興等戰(zhàn)略的重點實施區(qū)域，生態(tài)治理與經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了顯著成效。目前，對于北方農(nóng)牧交錯帶區(qū)域范圍劃定[19]、荒漠化防治、農(nóng)業(yè)措施管理、生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)、土地利用等[20-23]生態(tài)環(huán)境問題的研究較多，但北方農(nóng)牧交錯帶人地關(guān)系變化劇烈、人地矛盾突出、人地系統(tǒng)三產(chǎn)發(fā)展問題凸顯[24]，基于人地系統(tǒng)視角的研究相對較少。

新時代城鄉(xiāng)發(fā)展轉(zhuǎn)型、生態(tài)文明建設(shè)、國土空間治理背景下，人地系統(tǒng)研究重在推進(jìn)城鄉(xiāng)融合、促進(jìn)鄉(xiāng)村人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展。北方農(nóng)牧交錯帶是戰(zhàn)略政策的重點實施區(qū)域，以人地關(guān)系地域系統(tǒng)理論為基石[14]，著眼于城鄉(xiāng)一體化系統(tǒng)，人地系統(tǒng)可細(xì)分為農(nóng)牧業(yè)、村莊、鄉(xiāng)域、城鎮(zhèn)等4 個子系統(tǒng)。各子系統(tǒng)于不同遞進(jìn)層級以人地交互作用方式形成，分別構(gòu)成農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)與土地關(guān)系、人與村莊用地關(guān)系、農(nóng)牧民居住與就業(yè)關(guān)系、產(chǎn)業(yè)化與城鎮(zhèn)化關(guān)系[25]，進(jìn)而相互作用、相互依存形成人地系統(tǒng)類型結(jié)構(gòu)（HESTS）[12]。子系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展是農(nóng)牧區(qū)人地系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，有利于促進(jìn)農(nóng)牧區(qū)城鄉(xiāng)融合體系的構(gòu)建。北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)時空格局、演化過程、耦合協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展研究，對協(xié)調(diào)人地矛盾、促進(jìn)鄉(xiāng)村振興與城鄉(xiāng)融合發(fā)展具有重要的理論指導(dǎo)和實踐意義。因此，本研究以北方農(nóng)牧交錯帶的縣域為基本單元，基于人地系統(tǒng)類型結(jié)構(gòu)構(gòu)建人地系統(tǒng)綜合評價指標(biāo)體系，開展退耕還林還草工程、西部大開發(fā)等國家戰(zhàn)略措施實施以來（2000—2020 年）農(nóng)牧業(yè)、村莊、鄉(xiāng)域和城鎮(zhèn)等子系統(tǒng)的發(fā)展水平測度及時空演變特征分析，進(jìn)一步研究人地系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度及地域分布規(guī)律，并探明人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的障礙因素，揭示區(qū)域不同類型人地系統(tǒng)的時空演化格局、耦合協(xié)調(diào)特征及障礙因子，為科學(xué)認(rèn)知和有效協(xié)調(diào)區(qū)域人地關(guān)系、促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展、提升地域功能、推進(jìn)區(qū)域鄉(xiāng)村振興及城鄉(xiāng)融合發(fā)展提供政策建議。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

依據(jù)2016 年農(nóng)業(yè)部《關(guān)于北方農(nóng)牧交錯帶農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的指導(dǎo)意見》，本研究中的北方農(nóng)牧交錯帶共涉及7 省（區(qū)）、23 市、146 個縣（市、區(qū)），總面積約46.17 萬km2（圖1）。該區(qū)域年均氣溫2～8 ℃，年降水量300～450 mm，高原與丘陵交錯分布，部分地區(qū)為沙地、山地和平原。由于多年的過度開墾、超載放牧，該區(qū)域動植物種類和數(shù)量不斷減少，生態(tài)環(huán)境退化，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的荒漠化問題。北方農(nóng)牧交錯帶區(qū)域差異明顯，長城沿線沙化退化地區(qū)涉及77 個縣級行政區(qū)劃單元，干旱少雨，優(yōu)質(zhì)飼草料種植面積不足，草原退化、耕地沙化問題突出；黃土丘陵溝壑地區(qū)涉及44個縣級行政區(qū)劃單元，大部分為黃土高原，水土流失嚴(yán)重、植被覆蓋率低，干旱頻發(fā)；京津冀水源涵養(yǎng)地區(qū)涉及25 個縣級行政區(qū)劃單元，是京津冀地區(qū)重要的飲用水源涵養(yǎng)地，年降水量由東南向西北遞減。

圖1 研究區(qū)位置Figure 1 Location of the study area

1.2 指標(biāo)體系

基于人地關(guān)系地域系統(tǒng)理論，在推進(jìn)城鄉(xiāng)融合、促進(jìn)鄉(xiāng)村人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展的背景下，人地系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)、村莊、鄉(xiāng)域、城鎮(zhèn)類型劃分[12]應(yīng)充分考慮不同層級普遍意義的人地關(guān)系，子系統(tǒng)層級遞進(jìn)、相互促進(jìn)，其耦合協(xié)調(diào)能夠推進(jìn)區(qū)域人地系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展及城鄉(xiāng)融合體系構(gòu)建。本研究在此劃分基礎(chǔ)上，充分借鑒鄉(xiāng)村地域系統(tǒng)相關(guān)研究[26-27]，并結(jié)合北方農(nóng)牧交錯帶區(qū)域人地系統(tǒng)要素結(jié)構(gòu)特點及數(shù)據(jù)可得性，遵循指標(biāo)的科學(xué)性、代表性和可操作性原則，構(gòu)建了北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)綜合評價指標(biāo)體系（表1）。北方農(nóng)牧交錯帶是農(nóng)牧契合帶，農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)生產(chǎn)方式并存，農(nóng)牧業(yè)系統(tǒng)主要選取體現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)能力的指標(biāo)，鄉(xiāng)村人均糧食產(chǎn)量、鄉(xiāng)村人均肉產(chǎn)量、人均農(nóng)牧業(yè)機(jī)械總動力能夠反映鄉(xiāng)村生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率；選取農(nóng)用化肥施用強(qiáng)度作為負(fù)向指標(biāo)，反映農(nóng)牧區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染問題。村莊系統(tǒng)主要體現(xiàn)生產(chǎn)、生活、生態(tài)用地情況，耕地、草地和農(nóng)村居民點用地是農(nóng)牧系統(tǒng)基本的土地利用方式，選取人均耕地面積及人均草地面積反映農(nóng)牧民生產(chǎn)用地情況；近年來，由于農(nóng)村勞動力大規(guī)模轉(zhuǎn)移，鄉(xiāng)村空心化和宅基地空廢等問題凸顯，選取鄉(xiāng)村人均居民點用地作為負(fù)向指標(biāo)來反映土地集約利用情況；選取植被覆蓋度（NDVI）指標(biāo)反映生態(tài)環(huán)境狀況。鄉(xiāng)域系統(tǒng)關(guān)注系統(tǒng)中農(nóng)牧民的主體性，鄉(xiāng)村從業(yè)人員占比和鄉(xiāng)村非農(nóng)就業(yè)占比越大，說明鄉(xiāng)村人口就業(yè)機(jī)會越多，從而有效減緩鄉(xiāng)村地區(qū)人口流失，農(nóng)牧民人均純收入越高說明居民生活水平越高。城鎮(zhèn)系統(tǒng)關(guān)注系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力，城鎮(zhèn)化率、二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占比以及人均GDP 越高，說明地區(qū)發(fā)展水平越高，有利于推動區(qū)域?qū)崿F(xiàn)鄉(xiāng)村振興，促進(jìn)城鄉(xiāng)融合發(fā)展。

表1 北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)綜合評價指標(biāo)體系Table 1 Comprehensive evaluation index system of human-land system in farming-pastoral ecotone of northern China

1.3 數(shù)據(jù)來源

本研究所用數(shù)據(jù)主要包括人口數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)。人口數(shù)據(jù)主要來自人口普查公報、《中國人口普查分縣資料》、《中國縣域統(tǒng)計年鑒（鄉(xiāng)鎮(zhèn)卷）》。社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要來自各省市統(tǒng)計年鑒、《中國縣域統(tǒng)計年鑒》、《中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計年鑒》、縣域國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報等。土地利用數(shù)據(jù)、植被覆蓋度（NDVI）來自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心（https：//www.resdc.cn/）。行政邊界數(shù)據(jù)來源于國家科技基礎(chǔ)條件平臺——國家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.geodata.cn），時間節(jié)點為2015 年。由于行政區(qū)劃調(diào)整、統(tǒng)計口徑不一致、數(shù)據(jù)缺失等，部分年份研究數(shù)據(jù)不包括紅寺堡區(qū)、雙灤區(qū)、雙橋區(qū)、御道口牧場。對于其他個別缺失和錯誤數(shù)據(jù)，采用相鄰年份數(shù)據(jù)或用其上一級行政單元的平均值替代。最終得到北方農(nóng)牧交錯帶有效縣域單元為2000年142個、2010年143個、2020年145個。

1.4 研究方法

1.4.1 改進(jìn)熵權(quán)法

本研究在采取極值標(biāo)準(zhǔn)化法消除指標(biāo)量綱、數(shù)量級及正負(fù)取向影響的基礎(chǔ)上，采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)指標(biāo)熵權(quán)判斷不同指標(biāo)對整個系統(tǒng)的影響程度，通過信息熵理論確定權(quán)重，避免主觀賦權(quán)。借鑒楊麗等[28]的研究成果，對傳統(tǒng)熵權(quán)法計算公式進(jìn)行改進(jìn)，加入時間變量，確定各指標(biāo)權(quán)重。計算公式如下：

式中：Qθij為θ年i縣的j指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值；Pθij為θ年i縣的j指標(biāo)值；Pmax、Pmin分別為j指標(biāo)中的最大值和最小值；Sθij為指標(biāo)占比；Ej為信息熵值；Dj為信息效用值；Wj為指標(biāo)權(quán)重。

1.4.2 耦合協(xié)調(diào)度模型

耦合度是指各子系統(tǒng)相互作用、彼此影響的強(qiáng)度[29]，協(xié)調(diào)度是指系統(tǒng)演變過程中內(nèi)部各要素相互和諧一致的程度[30]。本研究基于物理學(xué)中的耦合度模型分析北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)中農(nóng)牧業(yè)、村莊、鄉(xiāng)域、城鎮(zhèn)4個子系統(tǒng)的相互關(guān)系。計算公式如下：

式中：U1、U2、U3、U4分別為農(nóng)牧業(yè)、村莊、鄉(xiāng)域、城鎮(zhèn)系統(tǒng)的評價指數(shù)；C為耦合度，C∈[0，1]，越趨近于1，耦合度越好，表明兩者趨向新的有序結(jié)構(gòu)，反之，向無序發(fā)展；T為綜合評價指數(shù)；β1、β2、β3、β4為待定系數(shù)，根據(jù)4 個子系統(tǒng)的重要程度，令β1=β2=β3=β4=0.25；D為協(xié)調(diào)度，D∈[0，1]，協(xié)調(diào)度數(shù)值越大，則子系統(tǒng)發(fā)展水平越高，且相互促進(jìn)。通常，耦合度可分為6 種類型[31]（表2），協(xié)調(diào)度可分為10種類型[32]（表3）。

表2 耦合度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 2 The classification standard of coupling degree

表3 協(xié)調(diào)度等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 3 The classification standard of coordination degree

1.4.3 障礙度模型

本研究運用障礙度模型[33]診斷北方農(nóng)牧交錯帶農(nóng)牧業(yè)、村莊、鄉(xiāng)域、城鎮(zhèn)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的主要影響因素。計算公式如下：

式中：Vij為指標(biāo)偏離度；mij為指標(biāo)障礙度；Mij為子系統(tǒng)障礙度；n為子系統(tǒng)中的指標(biāo)數(shù)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 人地系統(tǒng)發(fā)展水平時空特征

北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)發(fā)展水平呈現(xiàn)上升性。農(nóng)牧業(yè)、村莊、鄉(xiāng)域、城鎮(zhèn)子系統(tǒng)發(fā)展水平均表現(xiàn)為遞增態(tài)勢，指數(shù)均值分別由2000 年的0.08、0.14、0.13、0.10 增至2020 年的0.25、0.22、0.57、0.31（表4）；農(nóng)牧業(yè)、村莊子系統(tǒng)發(fā)展水平相對滯后，且村莊子系統(tǒng)發(fā)展速度緩慢，鄉(xiāng)域子系統(tǒng)發(fā)展水平增幅明顯。從不同區(qū)域來看，長城沿線沙化退化地區(qū)各子系統(tǒng)發(fā)展水平相對較好，農(nóng)牧業(yè)、鄉(xiāng)域及城鎮(zhèn)子系統(tǒng)發(fā)展水平增幅較大；黃土丘陵溝壑地區(qū)各子系統(tǒng)發(fā)展水平相對滯后，農(nóng)牧業(yè)子系統(tǒng)發(fā)展尤為落后，鄉(xiāng)域子系統(tǒng)增幅明顯；京津冀水源涵養(yǎng)地區(qū)鄉(xiāng)域子系統(tǒng)發(fā)展水平相對較高且增幅明顯，村莊及城鎮(zhèn)子系統(tǒng)發(fā)展較為落后。

表4 2000—2020年北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)發(fā)展水平時序變化Table 4 Temporal variation of human-land system development in farming-pastoral ecotone of northern China from 2000 to 2020

北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)發(fā)展水平呈現(xiàn)空間非均衡性。農(nóng)牧業(yè)、村莊、鄉(xiāng)域、城鎮(zhèn)子系統(tǒng)發(fā)展水平分異程度均為增大趨勢，標(biāo)準(zhǔn)差分別由2000 年的0.03、0.05、0.04、0.05 增至2020 年的0.14、0.10、0.11、0.12，采用自然間斷點分級法（Jenks）得到縣域尺度各子系統(tǒng)發(fā)展水平時空格局變化（圖2）。2000 年，西南部的陜甘寧地區(qū)農(nóng)牧業(yè)系統(tǒng)發(fā)展水平極低，中部及東部發(fā)展水平相對較高；2010 年，沿西南-東北方向形成帶狀低值區(qū)；2020 年，低值帶向西南移動，北部、東部地區(qū)農(nóng)牧業(yè)系統(tǒng)發(fā)展持續(xù)向好，總體形成由東北向西南遞減的空間格局。村莊系統(tǒng)發(fā)展水平在2000 年整體表現(xiàn)為由西北向東南遞減，南側(cè)形成帶狀低值區(qū)；2010 年北側(cè)高值區(qū)范圍擴(kuò)大，區(qū)域分異增大；2020 年整體分布格局變化不大。鄉(xiāng)域系統(tǒng)發(fā)展水平空間格局在2000 年整體為中部高、東西低，陜甘寧地區(qū)以及內(nèi)蒙古東部出現(xiàn)塊狀低值區(qū)；2010 年空間格局發(fā)生顯著變化，陜北以及內(nèi)蒙古東部、遼寧地區(qū)發(fā)展迅速，成為新的高值區(qū)；2020 年整體分布格局變化不大。2000 年，城鎮(zhèn)系統(tǒng)發(fā)展水平高值區(qū)較少，陜北和晉北地區(qū)相對較好；2010 年陜北及內(nèi)蒙古中部地區(qū)發(fā)展水平相對較好，形成高值區(qū)；2020 年城鎮(zhèn)系統(tǒng)發(fā)展水平整體空間格局變化不大，低值區(qū)較多，高值區(qū)較少。

圖2 2000—2020年北方農(nóng)牧交錯帶各子系統(tǒng)發(fā)展水平時空變化Figure 2 Temporal and spatial variation of subsystem development in farming-pastoral ecotone of northern China from 2000 to 2020

2.2 人地系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度時空特征

2.2.1 耦合度時空特征

北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)農(nóng)牧業(yè)、村莊、鄉(xiāng)域、城鎮(zhèn)4個子系統(tǒng)間的耦合度較高。2000—2020年，北方農(nóng)牧交錯帶及三大分區(qū)耦合度均值始終處于0.8～1的高水平耦合階段，呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢。各縣域人地系統(tǒng)的耦合度值均大于0.50，處于磨合階段或高水平耦合階段（圖3），2000 年人地系統(tǒng)耦合度呈現(xiàn)明顯的組團(tuán)狀分布格局，陜甘寧及內(nèi)蒙古地區(qū)耦合度相對較低；2010 年耦合度區(qū)域分異變小，陜北及遼寧少數(shù)縣域耦合度較低，大部分地區(qū)耦合度較高；2020 年耦合度區(qū)域分異增大，南部縣域單元耦合度略有降低，呈現(xiàn)由西北向東南遞減的空間格局。

圖3 2000—2020年北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)耦合度時空變化Figure 3 Temporal and spatial variation of coupling degree of human-land system in farming-pastoral ecotone of northern China from 2000 to 2020

2.2.2 協(xié)調(diào)度時空特征

北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)農(nóng)牧業(yè)、村莊、鄉(xiāng)域、城鎮(zhèn)4 個子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度不斷提高，協(xié)調(diào)度均值由2000 年的0.32 增加至2020 年的0.54，整體由輕度失調(diào)衰退向勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展轉(zhuǎn)變，協(xié)調(diào)度空間分異程度有增大趨勢，標(biāo)準(zhǔn)差由2000 年的0.04 增加至2020 年的0.07。北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度穩(wěn)步上升，但當(dāng)前協(xié)調(diào)發(fā)展水平仍然較低（圖4）。2000 年各縣（市、區(qū)）處于中度失調(diào)衰退的有39 個，處于輕度失調(diào)衰退的有103 個，均屬于失調(diào)衰退類，總體協(xié)調(diào)發(fā)展水平較差，尤其是西部陜甘寧地區(qū)；2010 年處于輕度失調(diào)衰退的縣域單元有38 個，處于瀕臨失調(diào)衰退的有85個，處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展的有20個，整體從以輕度失調(diào)衰退為主，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詾l臨失調(diào)衰退為主，協(xié)調(diào)發(fā)展水平有了穩(wěn)步提升，但總體發(fā)展水平仍不高，西部甘肅、寧夏地區(qū)及中部晉北地區(qū)發(fā)展緩慢；2020 年處于瀕臨失調(diào)衰退的縣域單元有38 個，處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展的有78個，處于初級協(xié)調(diào)發(fā)展的有27個，處于中級協(xié)調(diào)發(fā)展的有2 個，整體轉(zhuǎn)變?yōu)橐悦銖?qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展為主，形成由西北向東南遞減的空間格局（表5）。

圖4 2000—2020年北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)度時空變化Figure 4 Temporal and spatial variation of coordination degree of human-land system in farming-pastoral ecotone of northern China from 2000 to 2020

從不同分區(qū)來看，長城沿線沙化退化地區(qū)2000年有83.12%的縣域單元處于輕度失調(diào)衰退；2010年，51.95%處于瀕臨失調(diào)衰退，集中在中部的內(nèi)蒙古及東部的遼寧、內(nèi)蒙古地區(qū)，25.97%處于輕度失調(diào)衰退，主要分布于晉北地區(qū)，22.08%處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展，主要分布于北部的陜北、內(nèi)蒙古地區(qū)；2020 年，42.86%處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展，28.57%處于瀕臨失調(diào)衰退，主要分布于晉北及遼寧地區(qū)，25.97%處于初級協(xié)調(diào)發(fā)展，集中在北部的內(nèi)蒙古及陜北一帶，長城沿線沙化退化地區(qū)人地系統(tǒng)由失調(diào)衰退向協(xié)調(diào)發(fā)展穩(wěn)步轉(zhuǎn)變，內(nèi)蒙古及陜北地區(qū)發(fā)展較快，晉北地區(qū)發(fā)展相對較慢。黃土丘陵溝壑地區(qū)在2000 年時，60.47%的縣域單元處于中度失調(diào)衰退，主要分布于西部的甘肅、寧夏地區(qū)，39.53%處于輕度失調(diào)衰退，分布于東部的陜北地區(qū)；2010 年，56.82%處于瀕臨失調(diào)衰退，主要分布于中部和東部的甘肅、陜北地區(qū)，36.36%處于輕度失調(diào)衰退，集中在西部甘肅、寧夏地區(qū)；2020年，56.82%的縣域單元處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展，34.09%的縣域仍處于瀕臨失調(diào)衰退，黃土丘陵溝壑地區(qū)人地系統(tǒng)由失調(diào)衰退向過度類轉(zhuǎn)變，陜北地區(qū)發(fā)展較快，甘肅、寧夏地區(qū)發(fā)展相對較慢。京津冀水源涵養(yǎng)地區(qū)在2000 年時，所有縣域單元均處于輕度失調(diào)衰退；2010年，90.91%的縣域單元處于瀕臨失調(diào)衰退；2020 年，83.33%的縣域單元處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展，在區(qū)域內(nèi)均布，京津冀水源涵養(yǎng)地區(qū)人地系統(tǒng)由失調(diào)衰退向過度類轉(zhuǎn)變，持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展（表5）。

表5 2000—2020年北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)等級占比及分布Table 5 Proportion and distribution of human-land system coordination level in farming-pastoral ecotone of northern China from 2000 to 2020

2.3 人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)的障礙度測算

采用障礙度大于3%作為識別明顯障礙因子的原則，2000—2020 年，阻礙北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)水平提升的主要障礙指標(biāo)為鄉(xiāng)村人均草地面積、人均GDP、鄉(xiāng)村人均肉產(chǎn)量，且鄉(xiāng)村人均草地面積的障礙度增幅明顯；農(nóng)牧民人均純收入障礙程度不斷下降，尤其是在2010—2020 年間，下降程度明顯。從分區(qū)來看，除主要障礙指標(biāo)外，長城沿線沙化退化地區(qū)的鄉(xiāng)村人均耕地面積障礙度也不斷增加，黃土丘陵溝壑地區(qū)及京津冀水源涵養(yǎng)地區(qū)的鄉(xiāng)村人均糧食產(chǎn)量、鄉(xiāng)村人均耕地面積障礙度不斷增加（表6）。

表6 2000—2020年北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)主要障礙指標(biāo)及障礙度排序Table 6 The major obstacle indexes and the rank of obstacle degrees of human-land system coordination in farming-pastoral ecotone of northern China from 2000 to 2020

2000—2020年，各子系統(tǒng)障礙度排序始終為農(nóng)牧業(yè)＞村莊＞城鎮(zhèn)＞鄉(xiāng)域，農(nóng)牧業(yè)、村莊子系統(tǒng)的障礙作用尤為突出且障礙度不斷增強(qiáng)，鄉(xiāng)域子系統(tǒng)的障礙作用明顯減弱。長城沿線沙化退化地區(qū)村莊子系統(tǒng)障礙度相對較大，農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)子系統(tǒng)障礙度有所增加，鄉(xiāng)域子系統(tǒng)障礙度減?。稽S土丘陵溝壑地區(qū)農(nóng)牧業(yè)子系統(tǒng)障礙程度突出，村莊子系統(tǒng)障礙度有所增加，鄉(xiāng)域、城鎮(zhèn)子系統(tǒng)障礙度減??；京津冀水源涵養(yǎng)地區(qū)城鎮(zhèn)子系統(tǒng)障礙度相對較大，農(nóng)牧業(yè)、村莊子系統(tǒng)障礙度有所增加，鄉(xiāng)域子系統(tǒng)障礙度明顯減弱（表7）。

表7 2000—2020年北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)障礙子系統(tǒng)及障礙度（%）Table 7 The obstacle subsystems and the obstacle degrees of human-land system coordination in farming-pastoral ecotone of northern China from 2000 to 2020（%）

3 討論

北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)耦合度始終處于高水平耦合階段，而當(dāng)前協(xié)調(diào)發(fā)展水平仍較低，且空間分異程度有增大趨勢，不利于農(nóng)牧區(qū)可持續(xù)發(fā)展。其中，農(nóng)牧業(yè)子系統(tǒng)障礙作用最強(qiáng)，鄉(xiāng)村人均肉產(chǎn)量、鄉(xiāng)村人均糧食產(chǎn)量均為阻礙人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)水平提升的主要障礙因素，表明北方農(nóng)牧交錯帶亟需解決農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題。高樹琴等[34]研究發(fā)現(xiàn)，北方農(nóng)牧交錯帶存在農(nóng)牧結(jié)構(gòu)失衡、生態(tài)草牧業(yè)不完善等問題，制約人地系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展。北方農(nóng)牧交錯帶作為農(nóng)牧契合帶，在保障國家大糧食安全中地位特殊，應(yīng)予以足夠重視，特別是黃土丘陵溝壑地區(qū)，由于歷史時期陡坡耕地大面積開墾，土地肥力衰退，水土流失嚴(yán)重，糧食安全和生態(tài)環(huán)境的耦合問題應(yīng)得到充分重視[35]。北方農(nóng)牧交錯帶村莊子系統(tǒng)障礙度不斷增強(qiáng)，鄉(xiāng)村人均草地面積、鄉(xiāng)村人均耕地面積障礙程度大，存在土地退化、缺地少糧等問題，長城沿線沙化退化地區(qū)土地沙化問題突出、生態(tài)環(huán)境脆弱，糧食產(chǎn)量相對較低，且優(yōu)質(zhì)飼草料種植面積不足[36]，京津冀水源涵養(yǎng)地區(qū)由于退耕還林、京津風(fēng)沙源治理等生態(tài)工程實施，大量坡耕地退還為林地、草地，或面臨糧食安全保障壓力[37]。鄉(xiāng)域子系統(tǒng)發(fā)展水平增幅顯著，2010—2020年，農(nóng)村居民人均純收入的障礙度明顯減小，表明國家扶貧政策在北方農(nóng)牧交錯帶脫貧過程中發(fā)揮了重要作用[38]，尤其是貧困程度較高的地區(qū)發(fā)展迅速，農(nóng)牧民收入大幅提升，為實現(xiàn)貧困地區(qū)鄉(xiāng)村轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)[39]。城鎮(zhèn)子系統(tǒng)發(fā)展相對滯后，人均GDP 是阻礙人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)水平提升的主要障礙因素，且障礙度不斷增強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)化與城鎮(zhèn)化發(fā)展較為落后，陜北及晉北地區(qū)的資源型城市面臨發(fā)展轉(zhuǎn)型等問題[40]。

為進(jìn)一步推進(jìn)鄉(xiāng)村振興及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，北方農(nóng)牧交錯帶應(yīng)繼續(xù)推進(jìn)農(nóng)牧結(jié)構(gòu)調(diào)整，發(fā)揮區(qū)域農(nóng)牧系統(tǒng)耦合的優(yōu)勢，發(fā)展種養(yǎng)生態(tài)循環(huán)模式，探索糧草種植模式，促進(jìn)農(nóng)牧業(yè)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展；加快城鎮(zhèn)化步伐，發(fā)展鄉(xiāng)村二三產(chǎn)業(yè)，加快縣域內(nèi)城鄉(xiāng)融合發(fā)展。在長城沿線沙化退化地區(qū)，應(yīng)提高優(yōu)質(zhì)飼草料種植，適度擴(kuò)大草食畜牧業(yè)規(guī)模；加快全域土地綜合整治，改良沙化土地；注重陜北、晉北地區(qū)等資源型城市創(chuàng)新發(fā)展，推動綠色發(fā)展。在黃土丘陵溝壑地區(qū)，應(yīng)繼續(xù)推進(jìn)退耕還林還草，發(fā)展特色牛羊產(chǎn)業(yè)；推進(jìn)治溝造地等土地整治工程實施，增加優(yōu)質(zhì)耕地，減少侵蝕災(zāi)害，保障糧食安全；堅持增加耕地和保護(hù)環(huán)境并重，促進(jìn)生態(tài)產(chǎn)業(yè)化；甘肅、寧夏及晉北地區(qū)做好防止返貧動態(tài)監(jiān)測，建立幫扶長效機(jī)制。在京津冀水源涵養(yǎng)地區(qū)，應(yīng)推動傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)城鎮(zhèn)化建設(shè)與產(chǎn)業(yè)化融合發(fā)展，促進(jìn)鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)由單一農(nóng)業(yè)向三產(chǎn)融合發(fā)展轉(zhuǎn)型；建設(shè)生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)，發(fā)揮水源涵養(yǎng)地的重要作用，使耕地、糧食、人口、生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展。

4 結(jié)論

（1）2000—2020 年，北方農(nóng)牧交錯帶農(nóng)牧業(yè)、村莊、鄉(xiāng)域、城鎮(zhèn)子系統(tǒng)發(fā)展水平不斷提高，鄉(xiāng)域子系統(tǒng)發(fā)展水平增幅明顯；長城沿線沙化退化地區(qū)各子系統(tǒng)發(fā)展水平較高，黃土丘陵溝壑地區(qū)各子系統(tǒng)發(fā)展水平相對滯后，農(nóng)牧業(yè)發(fā)展尤為落后，京津冀水源涵養(yǎng)地區(qū)鄉(xiāng)域子系統(tǒng)發(fā)展水平相對較高且增幅明顯，村莊及城鎮(zhèn)子系統(tǒng)發(fā)展較為落后。

（2）2000—2020 年，北方農(nóng)牧交錯帶及三大分區(qū)人地系統(tǒng)耦合度始終處于高水平耦合階段，協(xié)調(diào)度穩(wěn)步上升，由輕度失調(diào)衰退向勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展轉(zhuǎn)變，但當(dāng)前協(xié)調(diào)發(fā)展水平仍然較低，空間分異程度有增大趨勢。長城沿線沙化退化地區(qū)及京津冀水源涵養(yǎng)地區(qū)協(xié)調(diào)度相對較高，黃土丘陵溝壑地區(qū)一直為最低，內(nèi)蒙古及陜北地區(qū)發(fā)展較快，山西、甘肅、寧夏地區(qū)發(fā)展相對較慢。

（3）2000—2020 年，阻礙北方農(nóng)牧交錯帶人地系統(tǒng)協(xié)調(diào)水平提升的主要障礙因子為鄉(xiāng)村人均草地面積、人均GDP、鄉(xiāng)村人均肉產(chǎn)量，且鄉(xiāng)村人均草地面積的障礙度明顯增大，2010—2020 年農(nóng)牧民人均純收入的障礙度明顯減??；農(nóng)牧業(yè)、村莊子系統(tǒng)的障礙作用尤為突出且障礙度不斷增強(qiáng)，鄉(xiāng)域子系統(tǒng)的障礙作用明顯減弱，針對性分區(qū)治理對實現(xiàn)區(qū)域農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展、鄉(xiāng)村振興及城鄉(xiāng)融合具有重要意義。