0 引言

粮食安全是国计民生的基础，《乡村振兴战略规划（2018—2022年）》提出了“健全粮食安全保障机制、推进农业绿色发展"，其目的是实现农业生态系统与农业生产的协调与可持续发展。农业生态与粮食安全的关系研究一直是学术界研究的热点和难点。研究认为，农业生态安全与粮食安全关系主要有：①将生态安全视为粮食安全的重要构成。翟虎渠^[1]认为粮食安全建立在“数量安全、质量安全和生态安全"基础上，其中生态安全是最基本的保障。王国敏、张宁^[2]将生态安全纳入广义粮食安全范畴。胡岳岷、刘元胜^[3]则将生态安全纳入与粮食数量安全、品质安全与健康安全同等重要的价值范畴。黎东升、曾靖^[4]则构建了生态安全、产品安全、资源安全、贸易安全“四位一体"的；②视生态安全和粮食安全同等重要且相互影响。戴攸峥^[5]等认为，生态安全是粮食安全的基础，二者相互促进、相互影响。倪国华、郑风田^[6]则提出从生态安全与食品安全维度审视粮食安全；③将生态作为影响粮食安全的重要因子。李腾飞、亢霞^[7]认为，全球气候变化和资源环境约束等带来粮食安全新矛盾与挑战。张凤荣、张晋科等^[8]、胡岳岷^[9]等均提出人地矛盾是我国粮食安全的短板。

综合目前研究文献，不难发现，尽管对区域粮食安全与生态环境关系的研究越来越重视，但依然存在如下问题或不足：一是在理论研究农业生态安全与粮食安全时，要么强调生态环境对粮食产能的影响及机制，要么单方面强调粮食种植对生态的影响，缺乏将两者置于粮食安全和生态安全同等重要地位的互耦与协调机制研究；二是在实证研究中，生态因素往往被视为外生变量，缺乏对农业生态安全与粮食安全发展水平及两者间耦合协调发展度时空演化的实证分析，从而研究实践价值不大，操作性不强；三是在现实问题把握上，大量的研究要么专注于单一省区或县域的研究，要么以全国为研究对象，从而使得农业生态安全与粮食安全关系及问题考察上面临特殊性与普遍性难以兼顾的困惑。立足于我国粮食主产区农业生态安全与粮食安全两个系统间的耦合协调发展度的研究则近乎“空白"。

文章基于经济合作与发展组织（OECD）和联合国环境规划署（UNEP）的环境评价PSR框架以及联合国粮农组织（FAO）粮食安全定义，分别构建了农业生态安全和粮食安全评价指标体系，阐述农业生态安全与粮食安全之间的作用；最后，构建耦合协调度模型及基尼系数模型对1995—2015年我国粮食主产区的农业生态安全与粮食安全耦合协调状况及地区差距进行定量分析，以期为中国粮食主产区继续发挥“中国粮仓"的战略作用提供科学依据。

1 农业生态安全与粮食安全耦合协调评价模型构建

1.1 评价指标模型构建

1.1.1 指标体系

农业生态安全指标体系构建按照经济合作与发展组织（OECD）和联合国环境规划署（UNEP）构建的环境问题研究PSR框架体系。Pressure-State-Response分别表示压力—状态—响应。根据PSR评价模型，农业生态压力（Pressure）是指威胁生态平衡状态的外力因素，它影响了粮食生产过程，为此选取人口增长率、城镇化率、化肥使用强度、农膜使用强度和农药使用强度5个Ⅱ级指标予以反映^[10]；农业生态质量（State）决定了粮食生产条件，与长期的粮食安全直接挂钩，为此选取森林覆盖率、水土流失比例、自然灾害成灾率、有效灌溉比例、年均降水量5个Ⅱ级指标予以反映；农业生态响应（Response）是人类为消除农业生态系统面临的潜在威胁所做的补救措施，为此选取财政支农支出、水土流失治理比例、农村科技人员比例3个Ⅱ级指标予以反映。

粮食安全评价指标按照联合国粮农组织（FAO）对粮食安全的定义，Ⅰ级指标包含粮食生产资源、粮食可供量与稳定性以及粮食获取能力三大类：粮食生产资源的紧缺会使得人们不得不采用集约型粮食生产方式，无法摆脱石油农业，加重农业非点源污染，为此选取人均耕地面积、单位耕地面积水资源拥有量、单位耕地面积劳动力、单位耕地面积机械动力4个Ⅱ级指标予以反映^[11]；粮食可供量与稳定性是协调农业生态安全与粮食安全的底线，为此选取粮食总产量、人均粮食占有量、粮食自给率、粮食总产量波动系数4个Ⅱ级指标予以反映；粮食获取能力影响人们对农业生态利用程度和开发方式，为此选取道路密集度、国内粮食价格水平、农村居民恩格尔系数3个Ⅱ级指标予以反映。指标体系如表1所示。

1.1.2 指标权重

首先对数据进行标准化处理，X_ij^′和X_ij分别为第i年第j项指标标准化后的值和原始值，maxX_j和minX_j分别为所有年份第j项指标的最大值和最小值。其中，m为评价年数，n为指标数。针对正负两类指标，其标准化处理的方法如下。

正向指标：X_ij′=（X_ij-minX_j）/（maxX_j-minX_j）+0.001 （1）

负向指标：X_ij′=（maxX_j-X_ij）/（maxX_j-minX_j）+0.001 （2）

第i年份第j项指标值的比重：

（3）

指标信息熵：（4）

信息熵冗余度：d_j=1-e_j （5）

指标权重的确定：（6）

1.2 耦合协调度模型构建

（7）

（8）

式（7）（8）中，C为农业生态安全系统和粮食安全系统的耦合度（0≤C≤1）；K为协调系数（K≥2），取K=2；D为耦合协调度（0≤D≤1），它放映了同级水平下两个系统协调程度；T为两个系统相互作用的综合效应；α和β为待定系数，该研究认为农业生态安全和粮食安全同等重要，因此设α=β=0.5。

为了更直接放映农业生态安全与粮食安全耦合协调程度，对两个系统的耦合协调度进行了等级划分，如表2所示。

1.3 耦合协调度基尼系数

该文选用衡量区域间差距的基尼系数来研究农业生态安全与粮食安全耦合协调度的区域差距变化。其中，耦合协调度基尼系数计算公式为：

（9）

式（9）中，G_D表示耦合协调度基尼系数，D_i、D_j代表每一年的耦合协调度，n为主产区个数，u表示粮食主产区当年耦合协调度平均值。

2 实证检验及分析

2.1 数据来源

人口增长率、城镇化率、财政支农支出等数据主要来源于《中国统计年鉴》（1996—2015年）；农业机械总动力、耕地面积、自然灾害成灾面积等数据主要来源于《中国农业统计年鉴》（1996—2015年）；化肥施用量、农膜施用量、农药施用量、粮食总产量、有效灌溉面积等数据主要来源于《中国农村统计年鉴》（1996—2015年）；森林覆盖率、降水量、水土流失治理面积等数据主要来源于《中国环境统计年鉴》（1996—2015年）；道路密度来源于《中国交通运输统计年鉴》（1996—2015年）；部分数据从各省历年统计年鉴及《环境状况公报》补充。

2.2 整体耦合协调度

由表3可以看出，粮食主产区整体农业生态安全与粮食安全耦合协调度的时间变化趋势经历了“反复波动"“稳步攀升"两个阶段。1995—2004年我国粮食主产区农业生态安全与粮食安全的耦合协调度表现为“反复波动"的状态。从1995年起，主产区两个系统的耦合协调度开始小幅度上涨，直到1999年的阶段性峰值之后，便开始出现下跌的情况。在此期间，粮食主产区两个系统耦合协调度的标准偏差仅为0.01478，波动范围比较有限。表3的结果显示，除了1999年协调度达到0.500外，粮食主产区在其余年份均处于濒临失调状态。说明了粮食主产区在观念上并没有形成农业环境保护和粮食生产协调发展意识，相关的农业发展政策实施效果不理想。

2005—2015年我国粮食主产区农业生态安全与粮食安全的耦合协调度呈现出“稳步攀升"的态势。两个系统的耦合协调状况在这10年得到了极大的改善。表3的结果显示，耦合协调度经历了连续5年（1999—2004年）的下跌后，在2005年探底并开始逆势上涨，逐渐开启了新的快速发展局面。到了2015年，两个系统的耦合协调度更是达到了阶段性峰值0.737，较2005年提升了35%。由此可知，一方面，粮食生产活动对农业生态环境的消极作用得到了明显的削弱，粮食生产行为更偏向于环境友好型；另一方面，农业生态安全的发展也很大程度上提升了粮食生产活动的效率，促进了粮食安全的发展。

2.3 省域耦合协调度评价

根据耦合协调度模型计算出1995—2015年13个粮食主产区农业生态安全与粮食安全的耦合协调度，并运用ArcGIS软件制出13个粮食主产区两个系统耦合协调的时空特征情况（图1）。

从时序特征来看，粮食主产区农业生态安全与粮食安全耦合协调度变化主要以平稳和波动式上升为主，整体呈现了良性发展的态势，仅个别省份的耦合协调度在某些时间段出现过连续下跌的状况。13个粮食主产区耦合协调度时序变化特征可以归纳为以下3个特点：“逐年递增"“先降后升"“先升后降"。

在研究期内，黑龙江、辽宁、安徽、河南和四川5省耦合协调度表现出了“逐年递增"的态势，表明这些省份农业生态安全与粮食安全两个系统之间配合得当，协调关系处于不断深化的阶段。其中，黑龙江省在《黑龙江省现代化大农业发展规划（2011—2015年）》重点提出了要全面推进农业结构战略性调整，加快土地流转和规模经营步伐，通过合理开发利用中低产田、后备耕地来提高粮食生产用地的质量，配合当地农业科研力量来充分发挥粮食生产的规模优势、质量优势。通过制定和落实相关农业政策，这些省份在协调粮食生产和农业生态安全方面取得显著成效。

河北、江苏、江西、山东和湖北5省耦合协调度的时序变化呈现出“先降后升"的走势。1995—2006年5个省份均有的耦合协调度均出现不同程度的下跌趋势。具体来说，江西省的耦合协调状况从1995年的勉强协调下降为2003年的濒临失调。湖北省的耦合协调度变化情况与江西省较为类似，2006年更是出现了濒临失调的情况。但是，以2006年为拐点，5个省份的耦合协调状态得到持续好转，出现了触底反弹并保持了良好的上升势头。其中河北、江苏和山东3省在2009年以后耦合协调度一直位于0.60～0.699的区间内，属于初级协调状态。

相反，内蒙古、吉林和湖南3个省份则出现了“先升后降"的走势。近年来，虽然这3个省份的耦合协调度跌幅有限，但通过横向比较可以发现，其他10个粮食主产区两个系统耦合协调状况均得到很大程度的改善。这说明这3个省份在粮食主产区处于相对落后的地位，在发展粮食安全的同时，缺乏相应的引导手段和落实力度来协调和改善农业生态安全。

从空间特征来看，粮食主产区农业生态安全与粮食安全耦合协调度的变化分布规律主要表现为3个方面：第一，在研究期内，13个粮食主产区均处于濒临失调、勉强协调、初级协调、中级协调这4个耦合协调度等级区间内；第二，江西、湖北、安徽与黑龙江4省的耦合协调等级逐年向上突破，处于中级协调阶段，遥遥领先于其他产区；第三，耦合协调状态的发展经历了由“南高北低"到“南北齐升"的过程。从图2可以看出，研究期初，位于北方地区的粮食主产区农业生态安全与粮食安全耦合协调状况较差，其中，内蒙古、黑龙江、吉林和辽宁4省的耦合协调状况极不理想，属于濒临失调类型。2004年“中央一号文件"再次强调“三农问题"，将发展生态农业扩展到发展循环农业、生态农业等多种生态型农业模式上。2006年、2007年、2014年及2015年“中央一号文件"均强调要加大力度建设资源节约型、环境友好型农业，意在协调农业生态安全与粮食安全之间的关系。随着生态环境意识逐渐注入到农业生产，特别是粮食生产的各个环节，粮食主产区在保障粮食安全的同时，开始重视农业生态安全的建设，并走出一条环境友好型的粮食生产方式。此后，除了内蒙古耦合协调等级有所下降外，其他粮食主产区的农业生态安全与粮食安全耦合协调度等级普遍得到了“质"的飞跃。更重要的是，北方产区两个系统配合协调得当，正逐步缩小了与南方产区的差距，使得13个粮食主产区之间耦合协调度的均衡性得到很大提升。

2.4 耦合协调度空间基尼系数

将表3中计算结果代入基尼系数公式，得到13个粮食主产区农业生态安全与粮食安全的耦合协调度基尼系数（图2）。

从图2可以看出，13个粮食主产区之间的耦合协调度基尼系数大体呈现出波动向下的趋势，说明两个系统耦合协调程度的区域不平衡性在逐渐缩小。这也表明了作为“国家粮仓"的粮食主产区在统筹协调农业生态安全与粮食安全两个系统方面作出的努力，充分体现了粮食主产区发展的平衡性、一致性和整体性。具体来看，可以将耦合协调度的基尼系数走势表现为双“W"型的波动阶段。其中，第一个“W"型变化出现在1995—2004年，在这期间，基尼系数经历了反复波动过程，但整体趋势是下降的。其中，2001年的基尼系数值达到了阶段性峰值，随后开始回落。第二个“W"型变化则出现在2005—2015年期间。在这期间，基尼系数整体延续了下降的良好势头，2012年更是达到了最低的0.0298，13个粮食主产区之间耦合协调度的区域差距有明显的缩小。但从2013年开始，基尼系数变化却经历了连续3年（2013年、2014年、2015年）加速上升的情况，未来区域差距有扩大的风险。

3 结论与启示

（1）农业生态安全与粮食种植安全存在相互影响相互制约的复杂关系。农业生态安全对粮食安全存在正负作用机制，从负面影响来看，农业生态问题以及以石油密集农业为内核的农业生产模式会削弱和限制中国粮食生产资源安全性。同时农业生态脆弱性会对粮食可供量、稳定性和粮食获取能力带来影响。从正面影响来看，生态系统服务价值与粮食生产活动存在正向相关的关系，农业科学技术能保障农业生产代际公平，有效缓解粮食安全面临的困境。同时农业生态安全是粮食获取能力的基础保障，有利于提高地区粮食安全水平。而粮食安全各个环节则都可能影响到农业生态安全的可持续性。

（2）粮食主产区农业生态安全与粮食安全耦合协调性总体向好。1995—2015年两个系统耦合协调关系呈现“反复波动"和“稳步攀升"两个阶段。1995—2004年我国粮食主产区农业生态安全与粮食安全的耦合协调度表现为“反复波动"的状态，除了1999年协调度达到0.500外，粮食主产区在其余年份均处于濒临失调状态。2005—2015年耦合协调度呈现出“稳步攀升"的态势，2015年达到阶段性峰值0.737。

（3）粮食主产区省域农业生态安全与粮食安全的耦合协调性差异显著。研究期内，黑龙江、辽宁、安徽、河南和四川5省耦合协调度表现出了“逐年递增"的态势；河北、江苏、江西、山东和湖北5省耦合协调度的时序变化呈现“先降后升"走势，而内蒙古、吉林和湖南3省份则是“先升后降"。为此，粮食主产区尤其是农业生态脆弱性较突出的产区，必须明确粮食生产活动的生态底线，要加强对农业生态安全与粮食安全协同发展情况的动态监管，要从农业经营主体、粮食生产主体、农业决策部门、科技研发部门等多角色、多部门出发，通过统筹规划、观念灌输、技术推广等多种手段降低粮食生产过程带来的负外部性作用，以促使两个系统达到更优质的协调状态。

（4）粮食主产区之间农业生态安全与粮食安全耦合协调度在空间上的差距呈波动式下降。粮食主产区耦合协调度空间基尼系数走势表现为双“W"型波动。1995—2004年基尼系数反复波动但整体走势下降。2005—2015年省域间耦合协调度的空间差距明显缩小。2013年后空间基尼系数连续3年加速上升，空间不协同性有加剧的风险。因此，粮食主产区之间要通过建立有效的联动与反馈机制来解决区域耦合协不平衡性。粮食主产区应通过建立信息化、标准化、组织化粮食生产模式来弱化人为因素造成的差异，同时要抓紧修复农业生态环境并充分挖掘自然潜力，从而降低农业生态安全和粮食安全保障的水平的区域不平衡性。