粮食主产区农业生态效率与新型城镇化耦合协调研究

李明月，周晓航，周艺霖，王钧瑶

（1. 华南理工大学 公共管理学院，广东 广州 510641；2. 广东省土地调查规划院，广东 广州 510075）

随着中国城镇化的快速推进，城市人口和土地的扩张与资源环境之间的矛盾日益突出，耕地等农业生产资源减少、生态环境恶化等各类风险已经出现[1]，无序的城市建设和耕地流失引发了严峻的粮食安全和生态环境问题。《2021 年新型城镇化和城乡融合发展重点任务》《2022 年政府工作报告》等文件强调：深入实施以人为核心的新型城镇化战略，加快推进城乡融合发展，为“十四五”开好局起好步提供有力支撑。“十四五”时期是我国全面开启建设社会主义现代化国家的新时期[2]，也是全面推进乡村振兴和新型城镇化发展的关键时期，在此背景下，如何实现城镇化发展与农业生产中资源消耗和生态保护的统筹协调成为重要的研究问题。农业生态效率是对农业生产过程中生态和经济综合绩效的反映，通过研究农业生态效率与新型城镇化的相互作用及耦合协调关系，可以更有针对性地回答上述问题。

当前学术界关于农业生态效率和新型城镇化的研究主要集中在以下方面：农业生态效率研究、新型城镇化研究以及两者间的关系研究。其中，农业生态效率的研究涉及概念界定、评价方法、影响因素、实践应用等内容[3-6]；新型城镇化研究涵盖了新型城镇化的概念内涵、发展目标、评价体系、空间格局、发展策略等方面内容[7-8]；针对两者之间的关系研究，学者们主要从传统的城镇化和农业生产效率入手，研究城镇化对农业生产效率的影响[9-12]、探讨城镇化与农业生产效率的长期互动关系[13-14]、分析城镇化与农业生产效率的协调关系等[15]。

纵观现有文献可知，学者们在农业生态效率和新型城镇化领域进行了较为详尽的研究，为后期相关研究奠定了良好的基础，但也存在一定的可拓展空间：第一，在研究对象上，现有研究主要探讨传统城镇化与农业生产效率的相互作用关系，而针对新型城镇化和农业生态效率的互动关系研究十分有限；第二，在指标选取上，部分既有研究的评价指标体系不够全面，未能考虑到新型城镇化以人为本的丰富内涵，以及农业生产中的生态负外部性因素；第三，在研究区域上，现有研究较多以我国某个地区或者个别省份为研究区域，而较少选择承担粮食生产主要任务的粮食主产区为研究区域；第四，部分文献的研究数据较为陈旧，难以反映现阶段我国城镇化与农业生产的实际情况。

本文以中国13 个粮食主产区2010—2019 年的面板数据为基础，从农业生态效率和新型城镇化的内涵出发构建评价指标体系，分别运用非期望产出SBM 模型和熵值法对两者水平进行测度，并且利用耦合协调度模型，探究农业生态效率和新型城镇化耦合协调的时空分异特征，以期为促进粮食主产区农业生态效率与新型城镇化的协调发展，推动乡村振兴和城乡统筹发展提供科学依据和政策参考。

1 农业生态效率与新型城镇化耦合协调发展的机理分析

1.1 农业生态效率与新型城镇化的内涵

农业生态效率是以调控农业生产过程的资源利用为手段，在满足人类对食物和生活质量需求的同时，最大限度地减少资源消耗和废物污染，是对农业生产中生态和经济的综合绩效的评价，即基于经济指标和环境指标的投入产出比[16]。新型城镇化的内涵是以人为本，通过全面提高城镇化质量来推进新型产业化，拉动经济发展，提升人们的生活质量和品质，实现城乡统筹、城乡一体、产业互动、节约集约、生态宜居、社会和谐的发展目标[17]。

1.2 农业生态效率与新型城镇化的耦合机理

农业生态效率与新型城镇化二者间相互影响和作用，其耦合协调机理如图1 所示。

图1 农业生态效率与新型城镇化耦合机理

农业生态效率是新型城镇化的物质基础和重要保障。首先，农业生态效率的提高意味着单位面积耕地粮食产量的提高，满足了粮食等农产品的需求，为新型城镇化发展提供了重要的物质基础；其次，高水平的农业生态效率离不开大规模的农业机械化耕种，有助于解放部分农业劳动力，推动第一产业从业人员向第二、第三产业转型，促进新型城镇化的人口城镇化发展；再次，高水平的农业生态效率意味着低水平的农业面源污染，有效满足了新型城镇化的生态环境保护需求；最后，高水平的农业生态效率意味着农业生产要素的优化和生产服务的集聚，有助于加快农业现代化经营方式和产业组织形式的形成，促进新型城镇化产业化发展。

新型城镇化是农业生态效率的发展条件和要素支撑。首先，新型城镇化伴随着高质量的生活品质和高质量农产品的需求，巨大的农产品市场会促使农户从传统粗放式的生产经营方式向绿色集约高效的方式转型，有助于推动区域农业生态效率的提高；其次，新型城镇化的发展使得城镇具备优越的生活环境和优质的就业岗位，这将吸引大量农业劳动力向城镇转移，促进大量耕地的流转和规模化经营，从而提高农业生态效率水平；再次，新型城镇化的发展为农村带来了充足的资金、先进的农业生产技术和生产经营理念，不断提高农业生产的经济效益和生态效益，有效促进农业生态效率的提高；最后，新型城镇化的发展伴随着城市规模的扩张和对农用地的挤压，短期内造成农村耕地面积减少的局面，但从长期来看，也会倒逼耕地规模化和集约化利用，从而有效提高农业生态效率。

2 研究区概况及数据来源

2.1 研究区概况

2003 年12 月，财政部印发了《关于改革和完善农业综合开发若干政策措施的意见》，对我国粮食主产区的范围进行了界定。我国粮食主产区主要分布在东北、黄淮海以及长江中下游地区，具体包括河南、河北、内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、江苏、山东、湖北、湖南、江西、安徽、四川13 个省份。由于地理、土壤、气候、技术等条件优势，粮食主产区十分适宜种植某些粮食作物。根据国家统计局发布的数据显示，2020 年粮食主产区的粮食产量为52 597 万吨，占据我国粮食总产量的78.56%。

粮食主产区在保障我国粮食安全方面发挥着不可替代的作用，然而随着城镇化进程的加快，城市土地的扩张对耕地资源造成了严重的威胁，为确保我国粮食稳定生产，研究粮食总产量占全国75%以上的粮食主产区的农业生态效率与新型城镇化耦合协调意义重大。因此，本研究以承担我国粮食生产重任的粮食主产区为研究区域，运用科学方法对其农业生态效率与新型城镇化的耦合协调关系进行量化分析，为促进两者协调发展提供依据。

2.2 数据来源

本研究的相关指标数据主要来源于《中国统计年鉴》（2010—2019 年）、《中国农业年鉴》（2010—2019 年）、《中国农村统计年鉴》（2010—2019 年）、《中国区域经济统计年鉴》（2010—2019 年）以及各省份的国民经济和社会发展统计公报和政府官方网站。对于个别缺失的统计数据，采用递推法、插值法等方法来处理数据缺失问题。

3 研究方法与模型

3.1 指标体系构建

3.1.1 农业生态效率评价指标体系

针对农业生态效率评价的指标选取，需要结合农业生态发展现实要求，体现农业生产与资源利用、环境保护的相互协调。本文在借鉴现有学者研究成果的基础上[18-20]，结合统计数据的可获得性以及统计口径的一致性，最终以劳动力、土地、灌溉、农业机械动力、化肥、农药、农膜作为地区农业资源的投入指标，以农业总产值作为期望产出指标，以农业碳排放和污染排放作为非期望产出指标，构建农业生态效率评价指标体系（表1）。

表1 农业生态效率评价指标体系

3.1.2 新型城镇化评价指标体系

依据《国家新型城镇化规划（2014—2020 年）》的新型城镇化评价框架，参考现有学者有关新型城镇化研究成果[21-23]，并且基于指标选取的科学性、全面性、客观性、可获取性等原则，本文构建了包含人口城镇化、经济城镇化、社会城镇化、空间城镇化、生态城镇化以及创新与研发共计6 个维度22 个指标的新型城镇化评价指标体系（表2）。

表2 新型城镇化评价指标体系

3.2 研究方法

3.2.1 基于非期望产出的SBM模型

数 据 包 络 分 析（DEA）由Charnes & Cooper[24]于1978 年首次提出并用于测度生产效率，基于非期望产出的SBM 模型是DEA 方法的拓展模型之一，最先由Tone[25]在2001 年提出，该模型不仅将各决策单元的非期望产出纳入考虑，而且很好地处理了投入产出变量的松弛性问题[26]，相较于传统的DEA 模型具有显著的优势。基于非期望产出SBM 模型的基本原理可以描述如下：

假定农业生产过程中的决策单元数量为n，对于每一决策单元来说，都包含1 个投入向量、1 个期望产出向量和1 个非期望产出向量，这3 个向量可分别表示为：x∈Rm、ye∈Rα、yn∈Rβ，其中字母m、α、β的含义是决策单元中的投入要素有m种、期望产出要素有α种以及非期望产出要素有β种。定义矩阵X、Y e、Y n分别为：X=[x1,x2, …,xn]∈Rm×n, ,，并且假设X、Y e、Y n均大于零，在保持规模报酬不变的条件下，其生产可能的集合为：p={(x,ye,yn)|x≥Xλ,ye≤Y eλ,yn≥Y nλ,λ≥0}，则非期望产出SBM 模型的公式如下：

式中：D－、De、Dn均为松弛变量，其含义分别表示投入存在冗余、期望产出不足和非期望产出过多；ρ*是决策单元的生态效率，其范围在0 ～1 之间，当ρ*=1，D－、De、Dn均为0 时，决策单元完全有效率，反之则说明存在效率损失。

3.2.2 熵值法

熵值法是一种多指标综合评价的重要方法，利用熵法确定指标权重，不仅可以克服主观赋权法无法避免的随机性问题，还可以有效解决多个指标变量之间的信息重叠问题[27]。本文借助熵值法，一方面可将多项农业污染指标综合处理为一项指数，从而减少非期望产出指标，提高农业生态效率测算的精确度；另一方面也对涵盖22项指标的新型城镇化综合指数进行测算。设Xij为第i个决策单元的第j项指标，利用熵值法进行综合评价的步骤如下：

3.2.3 耦合协调度模型

耦合度可以用来描述各个系统之间相互影响的程度[28]，农业生态效率与新型城镇化两系统彼此独立且相互作用，参考廖重斌学者的研究[29]，可构建农业生态效率（U1）与新型城镇化综合指数（U2）的耦合度模型，基本公式如下：

式中：C为耦合度，取值范围为[0, 1]。当C值接近1，说明农业生态效率与新型城镇化之间具有较强的相互关系，两者之间耦合度越强；当C值接近0，说明农业生态效率与新型城镇化之间的相互关系越弱，两者之间的耦合度越差。

虽然耦合度模型能够很好地描述农业生态效率与新型城镇化之间相互作用的强弱，但却不能显示出整体的协调情况。因此需要在此基础上引入耦合协调度模型，来对两者的发展水平和协调性进行综合评价。借鉴翁钢民和李凌雁[30]的研究，构建耦合协调度的模型公式如下：

式中：D表示耦合协调度，取值范围为[0, 1]。当D值接近1，说明两个系统之间相互协调程度越紧密；反之，当D值越接近0，说明两者关系不大，相互影响弱；T表示综合发展指数，a和b分别为农业生态效率与新型城镇化的待定系数，设定a=b=0.5。

为了更加清晰地分析农业生态效率与新型城镇化之间的耦合协调状态，参考相关研究成果[30-31]，将耦合度C值以及耦合协调度D值进行等级区间划分，具体标准见表3。

表3 耦合度及耦合协调度等级区间划分标准

3.2.4 相对发展模型

为了进一步确定农业生态效率与新型城镇化两系统之间的相对发展情况，通过引入相对发展模型[32]来探究其相对发展类型，模型公示如下：

式中：θ为相对发展度；U1、U2分别为农业生态效率与新型城镇化综合指数。同时，可对其类型进行划分，当0 ＜θ≤0.9 时，农业生态效率滞后于新型城镇化；当0.9＜θ≤1.1 时，两者同步发展；当θ＞1.1 时，新型城镇化滞后于农业生态效率。

4 实证结果与分析

4.1 农业生态效率与新型城镇化耦合协调时序分析

根据上述研究方法，分别计算出自2010 年以来粮食主产区的农业生态效率、新型城镇化综合指数、相对发展度、耦合度和耦合协调度，如表4 和图2 所示。

图2 农业生态效率与新型城镇化耦合协调指标时序图

表4 2010—2019年粮食主产区农业生态效率与新型城镇化耦合协调指标

从农业生态效率（U1）来看，2010—2019 年，粮食主产区的农业生态效率水平处于0.231 ～0.539 之间，整体呈现出上升趋势，仅在2016 年有小幅波动，说明随着农业生产资源配置的改进和耕地的规模化经营，粮食主产区的农业生态效率稳步提升。

从新型城镇化综合指数（U2）来看，2010—2019年，粮食主产区的新型城镇化水平逐年上升，数值位于0.242 ～0.493 之间，表明伴随着人口的转移、产业的发展以及公共服务设施的完善，粮食主产区的新型城镇化水平逐渐提升。

从相对发展度（θ）来看，粮食主产区的农业生态效率和新型城镇化的相对发展度在2010—2014 年不断提升，相对发展类型由同步发展阶段转为新型城镇化滞后阶段；2014—2016 年相对发展度稳定在1.1 水平值以上，此时仍处于新型城镇化滞后阶段；2016—2019 年呈现出整体下降趋势，相对发展度下降至1.1 水平值以下，相对发展类型由新型城镇化滞后阶段迈向同步发展阶段。

从耦合度（C）来看，粮食主产区的农业生态效率和新型城镇化的耦合度在2010—2019 年稳定在0.5 左右，耦合度一直处于拮抗阶段，整体态势表明粮食主产区农业生态效率和新型城镇化之间的关系基本以对抗状态为主。

从耦合协调度（D）来看，粮食主产区的农业生态效率和新型城镇化的耦合协调度由2010 年的0.344 逐步上升至2019 年的0.508，耦合协调阶段大致经历了“轻度失调（2010—2012 年）—濒临失调（2013—2018 年）—勉强协调（2019 年）”的演变历程，这说明两系统之间逐渐转向良性协调发展。

4.2 农业生态效率与新型城镇化耦合度空间特征分析

本文选取2010 年、2013 年、2016 年和2019 年作为代表年份，进行耦合度空间格局演变分析。首先根据耦合度模型，分别计算出2010 年、2013 年、2016 年和2019 年13 个粮食主产区的耦合度（C），并根据耦合度等级区间划分确定耦合阶段（表5）。由表5 可知，13个粮食主产区的农业生态效率与新型城镇化耦合度均在0.4 ～0.5 之间波动，整体耦合程度不高，长期处于拮抗阶段，说明新型城镇化进程中引发的城市空间扩张问题对耕地资源造成了威胁，阻滞了农业生态效率的提高，两系统之间处于互相抗衡的局面。

表5 粮食主产区农业生态效率与新型城镇化耦合度

为进一步探讨粮食主产区农业生态效率与新型城镇化耦合度的空间差异，运用ArcGIS 软件，将处于拮抗阶段的粮食主产区耦合度进一步划分为五个等级，由低至高依次为低值耦合区(0.450, 0.460]、较低耦合区(0.460, 0.470]、中等耦合区(0.470, 0.480]、较高耦合区(0.480, 0.490]和高值耦合区(0.490, 0.500]，如图3 所示。

由图3 可知，2010 年，高值耦合区主要为东北三省（辽宁、吉林、黑龙江）以及靠近东部沿海地区省份（河北、山东、江苏、安徽），说明这些地区的农业生态效率与新型城镇化相互作用较强；耦合度偏低的地区为西部地区（四川）和中部地区（河南），由于区位差异的影响，上述地区的新型城镇化水平较低，而农业生态效率水平较高，两系统相互作用程度较弱。2013 年，粮食主产区耦合度的空间分布特征与2010 年相似，其中东北三省（辽宁、吉林、黑龙江）以及靠近东部沿海地区省份（山东、江苏、安徽）耦合度仍处于较高水平；而位于西部地区的四川省和中部地区的湖南省耦合度偏低。2016 年，粮食主产区大部分省份的耦合度变化不大，其中湖北省和江西省的耦合度有明显上升，迈入了高值耦合区，这是由于这两个省份的新型城镇化发展良好，两系统相互作用程度增强；而山东省的耦合度下降明显，这是由于该地区新型城镇化发展相对滞后。2019 年，高值耦合区主要集中在靠近东部沿海的江苏和安徽二省，这些地区的新型城镇化与农业生态效率的相互作用较强；靠近西部和中部地区的省份耦合度仍然相对较低；此外，黑龙江省和江西省由于新型城镇化发展相对滞后，而农业生产发展较为成熟，两系统相互作用程度较弱，耦合度下降较为明显。

图3 粮食主产区农业生态效率与新型城镇化耦合度空间分布

4.3 农业生态效率与新型城镇化耦合协调度空间特征分析

选取2010 年、2013 年、2016 年和2019 年为代表年份，进一步分析粮食主产区农业生态效率与新型城镇化耦合协调空间分布规律与发展特征。

通过耦合协调度模型，分别计算出13 个粮食主产区在上述年份的耦合协调度（D），并根据耦合协调度等级区间划分确定耦合协调阶段（表6）。由表6 可知，13 个粮食主产区的农业生态效率与新型城镇化耦合协调度分布在0.2 ～0.7 之间，耦合协调阶段分布在中度失调、轻度失调、濒临失调、勉强协调和初级协调五个阶段，多数省区主要集中在轻度失调、濒临失调、勉强协调这三个阶段。

在表6 的基础上，运用ArcGIS 进行空间可视化表达，生成13 个粮食主产区农业生态效率与新型城镇化耦合协调度空间分布图，见图4。由图4 可知，2010 年，粮食主产区整体耦合协调度偏低，大部分省区位于轻度失调阶段，耦合协调度偏高的地区是位于东部沿海的山东省和江苏省；而江西省耦合协调度最低，处于中度失调阶段。2013 年，13 个粮食主产区的耦合协调度均有所提升，大部分省区此时处于濒临失调阶段，位于东部沿海的山东省和江苏省耦合协调度仍然领先，处于勉强协调阶段；北部地区（内蒙古）以及中部地区（河南、安徽和江西）的耦合协调度相对较低，处于轻度失调阶段。2016 年，13 个粮食主产区的耦合协调度进一步提升，山东省和江苏省的耦合协调度达到了0.6 以上，继续保持领先，迈入了初级协调阶段；辽宁省紧随其后，处于勉强协调阶段；耦合协调度最低的是内蒙古，数值在0.4以下，仍处于轻度失调阶段；其他省份均位于濒临失调阶段。2019 年，所有地区的耦合协调度均在0.4 以上，其中数值在0.6 以上的地区有4 个，分别是位于东部沿海的辽宁、山东和江苏3 省以及位于中部地区的湖北省；位于北部的内蒙古耦合协调度相对2016 年有所提升，但仍然低于平均水平，处于濒临失调阶段。总体而言，粮食主产区农业生态效率与新型城镇化耦合协调空间分布主要呈现出“东高西低，南高北低”的局面，并且各个省份都由低耦合协调阶段逐渐向高耦合阶段迈进。靠近东南沿海地区的省份得益于独特的区位优势，新型城镇化发展良好，并且农业生产方式绿色集约高效，使得两系统能相互促进和协调发展；西北地区的省份囿于较为封闭的地理环境，新型城镇化缓慢，同时农业生产方式较为粗放，使得两系统耦合协调程度相对较弱。

图4 粮食主产区农业生态效率与新型城镇化耦合协调度空间分布

表6 粮食主产区农业生态效率与新型城镇化耦合协调度

5 结论与建议

5.1 研究结论

（1）在研究期内，粮食主产区的农业生态效率和新型城镇化的整体水平均呈现出上升趋势，两系统的相对发展类型表现为“同步发展（2010—2012 年）—新型城镇化滞后（2013—2016 年）—同步发展（2017—2019 年）”的变化态势。

（2）整体而言，粮食主产区农业生态效率和新型城镇化的耦合度保持在0.5 左右，变化幅度不大，并长期处于拮抗阶段；分省份来看，13 个省份的耦合度在0.4 ～0.5 之间波动，耦合阶段均处于拮抗阶段；在空间分布上，靠近东部沿海地区的耦合度较高，而中部和西部地区的耦合度相对较低。

（3）整体而言，粮食主产区农业生态效率和新型城镇化的耦合协调度逐年上升，耦合协调阶段经历了“轻度失调（2010—2012 年）—濒临失调（2013—2018 年）—勉强协调（2019 年）”的演变历程；分省区来看，13 个省区的耦合协调度分布在0.2 ～0.7 之间，并且多数省区主要集中在轻度失调、濒临失调、勉强协调这三个阶段；在空间布局上，耦合协调度呈现出“东高西低，南高北低”的局面。

5.2 对策建议

（1）推动农业生产绿色集约发展，持续提高农业生态效率。粮食主产区应该合理配置农业种植结构，科学增加各类资源要素的投入，减少农业资源的耗费和环境的破坏，走农业绿色生产的可持续发展道路；同时完善耕地流转制度，加快推进耕地规模化和产业化经营；加大农业科技和人才的投入，引入先进农业生产技术和理念，为农业生态效率的提高提供强有力的技术支撑

（2）坚持以人为本的核心理念，切实提升新型城镇化水平。粮食主产区应合理配置城镇化规模和进程，科学规划城镇开发边界，认真落实耕地占补平衡政策，坚决杜绝乱占耕地行为；推动产业结构的优化升级，大力发展农业技术服务等产业，形成新型城镇化的多元产业支撑格局，为农业生产提供全方位保障；确保公共服务和基础设施的供给，吸引更多的农民自愿离开农村，为促进人口城镇化和农业规模化经营创造有利条件。

（3）因地制宜采取差异化举措，推进区域协调与城乡统筹。东部沿海地区农业生态效率与新型城镇化间的耦合协调情况较好，需要在巩固优势的基础上，加速推进传统粗放型城镇化模式的转变，有效发挥城镇发展的辐射带动和农业生产的良性反馈作用，促进新型城镇化水平和农业生态效率的持续提升；而中部和西北地区的耦合协调情况不容乐观，需要强化城镇发展的基础支撑，完善城镇公共服务和基础设施建设，有序推进农业人口的转移，避免盲目赶超而引发的无序扩张问题，促进城乡发展的统筹协调和良性互动，进而推动区域整体高质量协调发展。