陜西省土地利用與糧食產(chǎn)能耦合協(xié)調(diào)時空格局研究

摘 要：【目的】評價陜西省土地利用與糧食產(chǎn)能的耦合協(xié)調(diào)程度，并分析其空間分布特征和時空變化趨勢?！痉椒ā繕?gòu)建土地利用與糧食產(chǎn)能耦合協(xié)調(diào)性評價指標(biāo)體系，采用改進熵值法和耦合協(xié)調(diào)模型進行分析?！窘Y(jié)果】時序分析顯示，研究區(qū)土地利用與糧食產(chǎn)能耦合度上升，長期高耦合；協(xié)調(diào)發(fā)展度平緩，初級協(xié)調(diào)；土地利用值下降，糧食產(chǎn)能值上升。空間分析顯示，耦合度普遍高，少數(shù)地市低或拮抗，分布集中，演化顯著。協(xié)調(diào)度多在中級，陜西省協(xié)調(diào)度偏低，以省會為中心，空間差異顯著?！窘Y(jié)論】陜西省土地利用與糧食產(chǎn)能耦合協(xié)調(diào)關(guān)系復(fù)雜多變，建議優(yōu)化土地結(jié)構(gòu)，實施差異化管理策略。

關(guān)鍵詞：陜西?。煌恋乩?；糧食產(chǎn)能；耦合度；協(xié)調(diào)度

中圖分類號：F762.1" " "文獻標(biāo)志碼：A" " 文章編號：1003-5168（2025）03-0093-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.03.019

Spatiotemporal Patterns of Coupling and Coordination Between Land Use and Food Production Capacity in Shaanxi Province

ZHOU Yiting WU Dongmei

（School of Land Engineering， Chang 'an University， Xi 'an 710054， China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to evaluate the degree of coupling and coordination between land use and food production capacity in Shaanxi Province， and to analyse its spatial distribution characteristics and spatio-temporal trends. [Methods] This paper construct the evaluation index system of coupling coordination between land use and food production capacity， and uses the improved entropy value method and the coupling coordination model. [Findings] Time-series analysis showed that the coupling degree of land use and food production capacity in the study area rose， with high coupling in the long term; the degree of coordinated development was flat， with primary coordination; the value of land use declined， and the value of food production capacity rose. Spatial analysis shows that the coupling degree is generally high， a few municipalities are in the low-level coupling phase or antagonistic phase， the distribution is concentrated and the evolution is significant. The degree of coordination is mostly at the intermediate coordination level， with low coordination in Shaanxi， centred on the provincial capital， with significant spatial differences. [Conclusions] The coupling and coordination relationship between land use and food production capacity in Shaanxi Province is complex and variable. The results of the study suggest optimizing land structure， strengthening scientific and technological innovation， and implementing differentiated management strategies in order to achieve harmonious growth.

Keywords： Shaanxi Province; land use; food production capacity; coupling degree; coordination degree

0 引言

2019年，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部印發(fā)《農(nóng)田建設(shè)項目管理辦法》，強調(diào)糧食生產(chǎn)安全，執(zhí)行耕地保護和土地管理策略，確保糧食安全［1］。土地使用規(guī)模、結(jié)構(gòu)和格局的變化會直接或間接地影響糧食生產(chǎn)的能力［2］。糧食產(chǎn)能受耕地面積、利用強度和規(guī)模等因素影響，需多角度評估。耦合協(xié)調(diào)模型為評估土地利用與糧食產(chǎn)能關(guān)系提供框架，該模型可用于評估不同因素間的耦合程度和協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r。研究人員常運用耦合協(xié)調(diào)模型研究多領(lǐng)域問題。Ariken等［3］建立城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境綜合評價模型，結(jié)合耦合協(xié)調(diào)和時空加權(quán)回歸方法探究城鎮(zhèn)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境進步。童彥等［4］建立評估體系，衡量人口與土地城鎮(zhèn)化的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展程度。徐輝等［5］運用時變耦合協(xié)調(diào)模型研究中國數(shù)字經(jīng)濟與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化關(guān)系。已有研究為理解土地利用與糧食生產(chǎn)能力的耦合與協(xié)調(diào)提供了理論支持。

陜西省是我國重要的糧食產(chǎn)區(qū)之一。城市化進程加快和人口數(shù)量增長對農(nóng)田造成壓力，影響土地資源保護和糧食生產(chǎn)的平衡發(fā)展。以往對陜西省的研究多集中在耕地變化、NDVI變化和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值變化等方面［6-7］。關(guān)于陜西土地使用和糧食產(chǎn)能協(xié)調(diào)發(fā)展的研究不夠全面。因此，研究陜西省土地利用與糧食產(chǎn)能耦合協(xié)調(diào)的時空格局，對于定量揭示耕地面積、建設(shè)占用耕地面積、糧食播種面積等指標(biāo)與糧食產(chǎn)能之間的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展程度至關(guān)重要。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

陜西省位于我國西北部，經(jīng)2020年統(tǒng)計，陜西省管轄10個地級市、30個市轄區(qū)、6個縣級市及71個縣。陜西省在地理上分為黃土高原、關(guān)中平原和秦巴山區(qū)三大界塊。年均氣溫9～16℃，降水量由地形決定，南向北遞減。陜西省水電和礦產(chǎn)資源豐富。土地總面積為2.1×107 hm2，主要類型為草地7.9×106 hm2和耕地6.7×106 hm2，林地4.9×106 hm2，建設(shè)用地和未利用地占比較小［8］（如圖1所示）。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來自2012—2021年《陜西統(tǒng)計年鑒》［8］和武漢大學(xué)楊杰的30 m分辨率LULC分類成果［9］。

2 研究方法

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

本研究收集了2012—2021年相關(guān)數(shù)據(jù)并構(gòu)建了耦合協(xié)調(diào)模型，評價體系基于土地利用規(guī)模、土地利用強度和糧食生產(chǎn)能力3個維度，指標(biāo)體系見表1。

2.2 改進熵值法測算權(quán)重

本研究使用改進熵值法［10］計算土地利用與糧食產(chǎn)能的耦合協(xié)調(diào)，具體步驟包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、平移處理、確定指標(biāo)比重、信息熵、差異系數(shù)和指標(biāo)權(quán)重。

2.3 耦合協(xié)調(diào)度模型

2.3.1 耦合度模型。耦合度用來描述系統(tǒng)間的依賴，本研究用加權(quán)求和法計算土地利用與糧食產(chǎn)能綜合值，計算公式為式（1）。使用耦合度模型分析二者特性及趨勢［11］，計算公式為式（2）。

[U=i=1nWjX'ij] （1）

[C=U1*U2U1+U222] （2）

式中：C為耦合度；[U1]表示土地利用指數(shù)；[U2]表示糧食產(chǎn)能指數(shù)。耦合度C的分類可參考薛明月學(xué)者的劃分方法［12］。

2.3.2 協(xié)調(diào)度模型。協(xié)調(diào)是系統(tǒng)間互動的和諧。本研究運用協(xié)調(diào)度模型分析土地利用與糧食產(chǎn)能的協(xié)調(diào)特征及趨勢［13］。計算公式見式（3）、式（4）。

[D=C×T] （3）

[T=αU1+βU2] （4）

式中：T表示土地利用與糧食產(chǎn)能兩大系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)指數(shù)；[α]、[β]表示待估權(quán)重系數(shù)。本研究認為土地利用與糧食產(chǎn)能兩大系統(tǒng)同等重要，因此[α]取值與[β]取值相同，即[α=β=0.5]。D表示土地利用與糧食產(chǎn)能的耦合協(xié)調(diào)度。耦合協(xié)調(diào)度的級別劃分標(biāo)準(zhǔn)可參考薛明月學(xué)者的劃分方法［10］。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用與糧食產(chǎn)能耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的時序特征

本研究采用改進熵值法和耦合協(xié)調(diào)度模型，測量了2012—2021年陜西省土地利用與糧食產(chǎn)能的耦合度及協(xié)調(diào)度，結(jié)果見表2。為展示2012—2021年土地利用與糧食產(chǎn)能耦合協(xié)調(diào)度變化，根據(jù)表2數(shù)據(jù)制作變化趨勢折線圖，如圖2所示。

由表2可知，2012—2021年陜西省土地使用與糧食生產(chǎn)能力呈現(xiàn)穩(wěn)定高耦合度，顯示系統(tǒng)間關(guān)聯(lián)緊密。除2014年瀕臨失調(diào)外，其余年份均為初級協(xié)調(diào)。近10年協(xié)同關(guān)系較弱，潛在效益未充分實現(xiàn)。

由圖2可知，2012—2021年耦合度在2014年觸底于0.712 6，2015年攀至0.999 9，平均為0.915 2，呈波動上升趨勢，增長率為0.02。該變化分為兩階段：2012—2014年下降，可能因追求土地效益忽視糧食生產(chǎn)能力；2014—2021年先上升后穩(wěn)定，互動關(guān)系優(yōu)化，發(fā)展質(zhì)量提升促進耦合程度增強。這表明糧食生產(chǎn)能力與土地利用存在緊密依存關(guān)系，提高產(chǎn)出需提升土地效率和保護耕地。

由圖2可知，2014年協(xié)調(diào)度出現(xiàn)最低值，為0.422 3。2012年協(xié)調(diào)度達到最高值，為0.805 1。研究期間平均協(xié)調(diào)度為0.652 8，呈波動上升趨勢。2012—2014年和2015—2017年，協(xié)調(diào)度顯著下降，可能受城市擴張、新區(qū)開發(fā)等城市化項目及土地流轉(zhuǎn)市場變化影響。協(xié)調(diào)度年均增長速率為0.01。協(xié)調(diào)度趨勢分兩階段：2012—2014年下降，良好協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)瀕臨失調(diào)，原因可能是土地利用對糧食產(chǎn)能造成壓力。2014—2021年先上升后持續(xù)穩(wěn)定態(tài)勢，整體協(xié)調(diào)度不高，相互作用較弱。

3.2 土地利用與糧食產(chǎn)能耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的空間格局

本研究以陜西省地級市為單元，用式（2）、式（3）計算2012—2021年耦合度和協(xié)調(diào)度值，可視化展示分類結(jié)果如圖3、圖4所示。

由圖3可知，陜西省土地利用與糧食產(chǎn)能耦合度普遍較高，顯示強烈相互作用，預(yù)示未來有提升空間。2012—2013年上升，但2014年顯著下降，反映依賴性降低。2014年銅川糧食增產(chǎn)最低，漢中化肥施用最高但糧食增產(chǎn)最低。兩城市從高耦合轉(zhuǎn)為低耦合階段，耦合度急劇下降至極低水平。2014年后耦合度整體上升，2019年達峰值。2019—2021年有所下降，但整體處于高水平耦合階段。2018年延安和安康因土地使用不當(dāng)導(dǎo)致糧食產(chǎn)量劇降，耕地面積和農(nóng)用塑料薄膜增量最大，耦合度從高到低［8］。寶雞和西安糧食產(chǎn)量也急劇減少。在寶雞市，糧食增產(chǎn)量為-103 600 t，為10年中最低紀錄［8］。2018年西安農(nóng)用塑料薄膜使用量達峰值，但糧食增產(chǎn)最低，影響耦合度。2018年是陜西省土地利用與糧食產(chǎn)能相互作用最弱的一年。2012—2021年陜西省北部和南部耦合度較高，分布均勻；中部耦合度較低，空間演化較大。

由圖4可知，2012年協(xié)調(diào)度最高，各市均處于高協(xié)調(diào)（0.49，1.00］區(qū)間，咸陽市達優(yōu)質(zhì)。2020和2021年也處于協(xié)調(diào)等級，其余年份部分地市失調(diào)。2018年協(xié)調(diào)度最低，延安和安康極度失調(diào)，因耕地、農(nóng)膜用量大增，糧食產(chǎn)量大幅下降［10］，寶雞、西安、商洛、咸陽處于失調(diào)等級，西安中度失調(diào)等級，因農(nóng)膜用量大、糧食產(chǎn)量低?？傮w來看，中部協(xié)調(diào)度最高、南部次之、北部最低。北部地形復(fù)雜、水資源短缺且農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣不足，導(dǎo)致土地利用與糧食產(chǎn)能協(xié)調(diào)性低。過去10年，土地使用與糧食產(chǎn)能協(xié)調(diào)度在地圖上呈集中分布模式，存在顯著地區(qū)差異。省會城市西安協(xié)調(diào)度高，因其經(jīng)濟、行政能力強及先進種植技術(shù)，糧食安全保護力度大，基礎(chǔ)好。

4 結(jié)論

本研究通過建立評價指標(biāo)體系，應(yīng)用熵值法和耦合協(xié)調(diào)模型分析陜西省地級市的土地使用與糧食產(chǎn)能的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，結(jié)論如下。

①從時間序列分析來看，2012—2021年，研究區(qū)土地利用與糧食產(chǎn)能耦合度總體上升，波動范圍小，長期處于高耦合階段，顯示兩系統(tǒng)緊密連接。協(xié)調(diào)發(fā)展度曲線相對平緩，長期處于初級協(xié)調(diào)等級，協(xié)同關(guān)系較弱或起步階段，相互影響不夠強烈，未能實現(xiàn)潛在協(xié)同效益。土地利用綜合值波動下降，糧食產(chǎn)能綜合值波動上升，二者過去10年聯(lián)系密切，未來可能延續(xù)此關(guān)系模式。

②從空間分析來看，2012—2021年陜西省地市耦合度主要處于高水平階段，少數(shù)處于低水平或拮抗階段，城市間耦合度差異小，空間演變大。協(xié)調(diào)度主要處于中級等級，空間分布集中，中部協(xié)調(diào)度最高、南部次之、北部最低，以省會城市為中心存在明顯的空間差異性。

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