劉罕奇, 王繼軍

(1.中國科學院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100;2.西北農林科技大學, 陜西 楊凌 712100; 3.中國科學院大學, 北京 100049)

縣南溝流域農業(yè)產業(yè)-資源系統(tǒng)耦合過程模型的建立與分析

劉罕奇1,3, 王繼軍1,2

(1.中國科學院 水利部 水土保持研究所, 陜西 楊凌 712100;2.西北農林科技大學, 陜西 楊凌 712100; 3.中國科學院大學, 北京 100049)

針對黃土丘陵區(qū)農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)演變軌跡發(fā)生變化的現(xiàn)實，參照農業(yè)生態(tài)經濟系統(tǒng)耦合過程模型，建立農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)耦合過程模型。并對模型參數(shù)(k1，k2，k3，k4)的變化過程及其代表的生態(tài)經濟意義進行重點討論，在此基礎上對縣南溝流域進行了實證。結果表明：不同參數(shù)k值組合，形成了不同的農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)互動關系。退耕后，縣南溝流域資源所依賴的環(huán)境系統(tǒng)的提升空間現(xiàn)已達到極限，產業(yè)發(fā)展未建立在對資源的合理、有效利用上?，F(xiàn)階段資源系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢與資源系統(tǒng)演化速度和產業(yè)系統(tǒng)演化速度都成負相關，產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢與資源系統(tǒng)演化速度和產業(yè)系統(tǒng)演化速度都成正相關。將碳匯產業(yè)融入系統(tǒng)后，可使資源系統(tǒng)演化速度提升2.56倍，若通過“輪牧+舍飼”養(yǎng)殖模式進一步改良，可使資源系統(tǒng)演化速度提升4.66倍，使得資源得到合理、高效利用，加速產業(yè)結構優(yōu)化升級。

農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng); 耦合過程模型; 碳匯; 半輪牧半舍飼; 縣南溝流域

退耕還林還草工程的實施，改變了退耕區(qū)農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)演變的原軌跡，農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展未能與農業(yè)資源系統(tǒng)相適應，區(qū)域農業(yè)產業(yè)與資源(量)的一致性程度較弱，農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)與農業(yè)資源系統(tǒng)發(fā)展處于相悖態(tài)勢[1-4]，而系統(tǒng)的演替方向和速度直接影響區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。為解決系統(tǒng)發(fā)展的相悖態(tài)勢，協(xié)調農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)和農業(yè)資源系統(tǒng)的關系，就要對農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)進行優(yōu)化耦合，其關鍵在于弄清農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)的耦合過程和演變規(guī)律。耦合過程模型從定量的角度可以較好地闡明農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)與農業(yè)資源系統(tǒng)的相互作用關系，判定農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)各階段的耦合態(tài)勢，從而為系統(tǒng)結構優(yōu)化提供依據(jù)[5-6]。從現(xiàn)有研究來看，大部分學者主要對系統(tǒng)耦合模式、系統(tǒng)耦合態(tài)勢、系統(tǒng)耦合效應方面進行了分析，系統(tǒng)耦合過程模型研究相對滯后，且在已有的農業(yè)生態(tài)經濟耦合過程模型的研究中，未能夠將農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)單獨考慮，而農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)作為農業(yè)生態(tài)經濟系統(tǒng)的核心，其演變過程更能夠直接地說明系統(tǒng)發(fā)展的耦合態(tài)勢[5,7-18]。為充分開發(fā)利用農業(yè)資源，協(xié)調產業(yè)發(fā)展與資源利用的矛盾，必須分析農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)的耦合關系，建立農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)耦合過程模型，從而判定系統(tǒng)發(fā)展的耦合態(tài)勢，這對于黃土丘陵區(qū)可持續(xù)發(fā)展方案的制定具有重要意義。

縣南溝流域是黃土高原丘陵區(qū)退耕還林還草工程實施的典型代表流域，退耕還林還草工程實施后，農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)的耦合關系發(fā)生顯著變化，林草資源量過剩，而依賴資源發(fā)展的產業(yè)規(guī)模過小且發(fā)展趨于穩(wěn)定。在此，通過應用農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)與農業(yè)資源系統(tǒng)耦合過程模型對縣南溝流域發(fā)展耦合關系進行分析，旨在為協(xié)調好產業(yè)與資源的關系，為實現(xiàn)農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)良性循環(huán)提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與資料來源

1.1 研究區(qū)概況

縣南溝流域位于安塞縣沿河灣鎮(zhèn)(109°12′12″—109°22′12″E，36°41′24″—36°46′12″N)，流域面積50.64 km2，屬典型暖溫帶干旱半干旱氣候，年平均氣溫8.8℃，年降水量500～550 mm，降雨年際差異大，且年內分配不均，60%～80%降雨集中在7—9月。該流域包括5個行政村(磚窯溝、方家河、畔坡山、崖窯、寨子灣)和1個自然村(何塌)，2015年有農戶544戶，人口2 534人。自退耕以來，流域的土地利用結構發(fā)生了顯著的變化，耕地∶林地∶草地面積比由1998年的1∶0.38∶5.48變?yōu)?015年的1∶7.3∶11.6。農戶收入主要來自于種植業(yè)、果業(yè)、畜牧業(yè)、工副業(yè)等，種植業(yè)主要類型包括糧食作物、經濟作物，人均純收入總體呈上升趨勢，由1999年的1 300多元/人增長至2015年的6 645元/人，農業(yè)總收入為858萬元。

1.2 資料來源

1999年縣南溝流域成為退耕還林還草工程試點單元，開始實施退耕還林還草工程。因此，以1998年為基礎年，選擇1998—2015年為研究時段，探討退耕還林還草工程實施后農業(yè)產業(yè)與農業(yè)資源系統(tǒng)的變化情況。本研究所用到的數(shù)據(jù)來源于1998—2015年課題組的調研資料以及1998—2015年《安塞縣統(tǒng)計年鑒》。文中的圖表分別用Word2010，Excel 2010制作，數(shù)據(jù)用Excel 2010，MATLAB 7.0和SPSS 21.0處理。

2 農業(yè)產業(yè)-資源系統(tǒng)耦合過程模型設計與分析

2.1 模型設計

2.1.1 基礎模型設計 為使農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)及其互動過程定量化，借鑒農業(yè)生態(tài)經濟耦合過程模型[6]，建立農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)耦合過程模型。用ai，ar分別表示農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)與農業(yè)資源系統(tǒng)，ai(t)，ar(t)分別表示時間t時農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)與農業(yè)資源系統(tǒng)總量,則可用dai(t)/dt、dar(t)/dt分別表示t時農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)與農業(yè)資源系統(tǒng)的演化速度。按照貝塔蘭菲的一般系統(tǒng)理論[19]，農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)演化方程的形式為:

(1)

(2)

式中：k1，k2分別是農業(yè)資源系統(tǒng)與農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)對資源系統(tǒng)演化過程的影響系數(shù)，是資源系統(tǒng)與產業(yè)系統(tǒng)狀態(tài)表征量對資源系統(tǒng)演變速度的貢獻度；k3，k4分別為農業(yè)資源系統(tǒng)與農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)對產業(yè)系統(tǒng)演化過程的影響系數(shù)，是資源系統(tǒng)與產業(yè)系統(tǒng)狀態(tài)表征量對產業(yè)系統(tǒng)演變速度的貢獻度，它揭示了農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)與農業(yè)資源系統(tǒng)的互動方向與強度，在特定區(qū)域k1，k2，k3，k4都是常數(shù)。通過已知的k1，k2，k3、k4計算出當年的農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)與農業(yè)資源系統(tǒng)綜合值，則可判定其耦合態(tài)勢。

2.1.2 擴展模型 由于農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)在它的演變過程會受到農業(yè)系統(tǒng)外力的作用，從而改變其演變軌跡。因此要重新探討新背景下系統(tǒng)的演變軌跡，對耦合過程基礎模型進行修正。以公式(1)，(2)為基礎，假設e1，e2分別為外力對農業(yè)資源系統(tǒng)與農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)影響后導致其演變軌跡發(fā)生變化后的調整系數(shù)，通過對農業(yè)資源系統(tǒng)和農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)演變軌跡的修正，可形成公式(3)，(4)。

(3)

(4)

外力對農業(yè)資源系統(tǒng)與農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)正向影響時，e1，e2取正，逆向影響時，e1，e2取負。e1，e2主要根據(jù)外力對系統(tǒng)的演變軌跡的偏離程度來確定，可用以下公式求得：

(5)

式中：xi(i=1，2，…，m)表示農業(yè)資源系統(tǒng)表征量；yj

(j=1，2，…，n)表示農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)表征量；pi，qj分別為對應的權重；pixi，qjyj分別為外力引起資源系統(tǒng)與產業(yè)系統(tǒng)偏離后的增量。

2.2 系統(tǒng)耦合過程分析

農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)耦合過程模型由基礎模型和擴展模型共同構成。系統(tǒng)發(fā)展過程中，農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)與農業(yè)資源系統(tǒng)的互動關系由系數(shù)k值直接反映。通過對k值正負的分析，表明相應系統(tǒng)發(fā)展對演化速度的促進或抑制作用，反映系統(tǒng)間的耦合態(tài)勢(表1)。

為了更好地說明系統(tǒng)發(fā)展的耦合態(tài)勢，基于表1的分析，分別從資源系統(tǒng)發(fā)展、產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展、農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)發(fā)展角度對系統(tǒng)耦合態(tài)勢進行劃分。

(1) 基于資源系統(tǒng)發(fā)展角度。在k1，k2都為正的情境下，無論是產業(yè)的發(fā)展還是資源的建設，對資源系統(tǒng)的演化速度都起促進作用。在此階段為滿足資源系統(tǒng)建設、修復的需求，首先考慮資源的發(fā)展，可適當降低經濟發(fā)展速度，即產業(yè)的發(fā)展和資源的發(fā)展始終圍繞著資源所依賴的生態(tài)系統(tǒng)的修復、建設、改良。

表1 k1，k2，k3，k4值分析

注：k值的正負用“+/-”表示，“-”表示該種耦合態(tài)勢基本不存在。

在k1>0，k2<0的情境下，資源的開發(fā)、利用對資源所依賴的環(huán)境以及資源的演變依然起促進作用，資源還有進一步增長的空間。若|k1|>|k2|，產業(yè)的發(fā)展對資源已經起到了一個局部破壞作用，建立在資源基礎上的產業(yè)對資源的開發(fā)利用沒有超越度；若|k1|<|k2|，產業(yè)的發(fā)展已經超越了資源的發(fā)展速度，這種情況下產業(yè)的發(fā)展就對資源是一種破壞。整體上來說，產業(yè)在這個階段對資源是一種局部破壞，處于可恢復階段。

在k1<0的情境下，資源發(fā)展的空間已經達到了極值，資源量趨于穩(wěn)定，資源發(fā)展對資源系統(tǒng)的演化速度開始起抑制作用，產業(yè)發(fā)展應圍繞對資源的開發(fā)、利用調整發(fā)展方向和規(guī)模。

(2) 基于產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展角度。在k4>0的情境下，產業(yè)的發(fā)展對產業(yè)系統(tǒng)的演化速度起促進作用。若k3>0，產業(yè)系統(tǒng)與資源系統(tǒng)相互支撐，產業(yè)發(fā)展建立在對資源的開發(fā)、利用上；若k3<0，資源支撐產業(yè)的發(fā)展較弱，產業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展方向和規(guī)模需要進一步調整。此階段以產業(yè)發(fā)展為主，保證在資源可利用閾值范圍內，使得產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展盡快進入成熟期。在k4<0的情境下，產業(yè)的發(fā)展對產業(yè)系統(tǒng)演化速度起抑制作用。產業(yè)間競爭較大，產業(yè)系統(tǒng)需根據(jù)產業(yè)與產業(yè)、產業(yè)與資源的互動關系調整發(fā)展方向和規(guī)模。

(3) 基于產業(yè)系統(tǒng)與資源系統(tǒng)的耦合角度。產業(yè)系統(tǒng)與資源系統(tǒng)的互動關系由k2，k3反映，當都是正的時，互相促進，當都是負的時，互相抑制。除此之外，根據(jù)農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)與農業(yè)資源系統(tǒng)各自的發(fā)展情況并結合產業(yè)與資源的結合程度，出現(xiàn)兩種情況：① 資源系統(tǒng)對產業(yè)系統(tǒng)演化速度起抑制作用，產業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展對資源系統(tǒng)演化速度起到促進作用。在此發(fā)展態(tài)勢下，資源系統(tǒng)與產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展類型和方向已經確定，但與資源利用相關的產業(yè)發(fā)展剛起步或規(guī)模較小。② 資源系統(tǒng)對產業(yè)系統(tǒng)演化速度起促進作用，產業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展對資源系統(tǒng)演化速度起到抑制作用。在此發(fā)展態(tài)勢下，資源利用型產業(yè)得到發(fā)展，而產業(yè)發(fā)展造成資源鏈網的局部破壞，使得資源系統(tǒng)發(fā)展受到抑制。無論是在資源系統(tǒng)建設初期產業(yè)系統(tǒng)對資源系統(tǒng)的過度利用，還是資源系統(tǒng)發(fā)展成熟期產業(yè)系統(tǒng)對資源系統(tǒng)開發(fā)利用不足的情況，都需調節(jié)資源系統(tǒng)與產業(yè)系統(tǒng)的互動關系，使資源利用發(fā)展的產業(yè)不斷成長。

3 縣南溝流域耦合過程分析

縣南溝流域自退耕以來，流域生態(tài)林面積由退耕前的149.6 hm2增加到2015年的1 370.8 hm2，碳匯潛在經濟價值達到476.3萬元，是退耕前的8.5倍，碳匯發(fā)展?jié)摿薮??？紤]到碳匯產業(yè)可能會是流域產業(yè)鏈網結構優(yōu)化的路徑，本研究將引入碳匯產業(yè)，對流域農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)耦合過程進行綜合評估。

3.1.1 權重確定 各項指標在綜合評價指標體系中的重要程度用權重來表示。為了使其具有可比性、更加符合農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)演變與實際情況，通過德爾菲法(Dalphi)確定各個指標權重賦值，其值介于0—1之間(表2)[5,20]。

表2 縣南溝流域農業(yè)產業(yè)-資源系統(tǒng)綜合評價指標體系與權重

3.1.2 數(shù)據(jù)標準化 為了消除數(shù)據(jù)的數(shù)量級以及量綱的不同而造成的影響,對數(shù)據(jù)用極差標準化的方法進行標準化處理[14]。通過公式(4),(5) 得出ar,ai的值(表3)。為更好地體現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)展過程，在對農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)和農業(yè)資源系統(tǒng)綜合指數(shù)計算的基礎上，對其進行非線性擬合(圖1)。

圖11998-2015年縣南溝流域農業(yè)產業(yè)-資源

系統(tǒng)綜合指數(shù)變化情況

由圖1可以看出，在1998—2015年，縣南溝流域農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)和農業(yè)資源系統(tǒng)綜合指數(shù)發(fā)展曲線呈S型，農業(yè)資源系統(tǒng)發(fā)展逐漸趨于穩(wěn)定，農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展處于上升態(tài)勢?？傮w上，縣南溝流域農業(yè)產業(yè)與資源狀況明顯改善，產業(yè)系統(tǒng)與資源系統(tǒng)綜合指數(shù)明顯提高。2015年資源系統(tǒng)綜合指數(shù)較1998年升高了23.21%，產業(yè)系統(tǒng)綜合指數(shù)升高了88.20%。1999—2003年由于退耕還林工程的實施，農業(yè)資源系統(tǒng)變化劇烈，資源系統(tǒng)綜合指數(shù)明顯提高，年平均遞增7.57%，隨后生態(tài)環(huán)境重建基本完成，資源系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢平穩(wěn)；2000—2007年農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)受農業(yè)資源系統(tǒng)影響，產業(yè)系統(tǒng)綜合指數(shù)呈上升發(fā)展態(tài)勢，年平均遞增9.98%，隨后農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)與農業(yè)資源系統(tǒng)相互調節(jié)，產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展緩慢上升。

3.2 k1，k2，k3，k4的確定及分析

根據(jù)縣南溝流域1998—2015年各年份的ar(t)，ai(t)值及各自擬合曲線，得出Var，Vai(表3)，按照公式(1)，(2)回歸得出k1，k2，k3，k4。

表3 縣南溝流域1998-2015年農業(yè)產業(yè)-資源系統(tǒng)互動過程相關指標值

根據(jù)縣南溝流域1998-2015年農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)和農業(yè)資源系統(tǒng)的演變過程，并結合產業(yè)系統(tǒng)與資源系統(tǒng)的耦合關系分析，可將農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)的發(fā)展劃分為三個階段[21]：資源修復階段(1999—2003)、產業(yè)適應階段(2004—2010)、系統(tǒng)相悖階段(2011—2015年)，分別對k值進行計算(表4)，對各階段耦合態(tài)勢進行判定。

表4 k1，k2，k3，k4及其標準誤

由表4可以看出，k1，k2，k3，k4的值在系統(tǒng)不同發(fā)展階段取值有所差異。1998—2003年流域實施退耕進行資源修復過程，此階段以資源系統(tǒng)所依賴的環(huán)境建設為主，基于資源利用的產業(yè)發(fā)展受到抑制(k1>0，k3<0)。2004—2010年資源系統(tǒng)從低層次的水平經過生態(tài)建設不斷的提升，k1值有所上升，產業(yè)逐漸與資源相適應，產業(yè)鏈與資源相關度有所提升，產業(yè)的發(fā)展加大了對有限資源的利用，造成資源鏈網結局部破壞，從而對資源系統(tǒng)的演化起負面作用(k2<0)；與此同時，產業(yè)發(fā)展脫離對現(xiàn)有資源利用的局限，各產業(yè)在新環(huán)境下逐漸趨于穩(wěn)定，部分產業(yè)為爭奪資源的利用而出現(xiàn)競爭，各產業(yè)間發(fā)展速度受到抑制(k4<0)。2011—2015年資源系統(tǒng)在現(xiàn)有土地利用結構上已經處于穩(wěn)定發(fā)展階段，而現(xiàn)有資源結構未達到優(yōu)化閾值且產業(yè)發(fā)展未建立在對資源的合理、有效利用上，由于沒有得到及時有效的調整，產業(yè)與資源的發(fā)展都受到了抑制(k1<0，k3<0)；而在系統(tǒng)融入碳匯產業(yè)之后，產業(yè)鏈與資源相關度提升，對產業(yè)演化速度起促進作用(k4>0)。從農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)演化過程的整體來看，1998—2003年的資源修復過程使得產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展受阻，但是其修復的資源為第二階段的產業(yè)發(fā)展奠定了良好的基礎；2004—2010年經濟適應階段，產業(yè)結構根據(jù)資源發(fā)展狀況進行調整，使產業(yè)發(fā)展與資源建設相適應；2011—2015年是對第二階段發(fā)展的穩(wěn)固，但仍需對產業(yè)結構進行調整，使得產業(yè)系統(tǒng)與資源系統(tǒng)協(xié)同發(fā)展，現(xiàn)階段耦合公式(3)，(4)變?yōu)椋?/p>

(6)

(7)

3.3 優(yōu)化情境下e1，e2的確定及分析

對于縣南溝流域，盡管已經計算了碳匯的潛在價值，但必定碳匯產業(yè)尚未成為現(xiàn)實，在上述分析過程中，并未考慮碳匯產業(yè)發(fā)展與其他相關產業(yè)或要素的關系。在此，將碳匯產業(yè)融入系統(tǒng)發(fā)展，從量變角度探討各產業(yè)之間、產業(yè)與資源的結構變化，分析農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)耦合發(fā)展態(tài)勢。

(1) 原系統(tǒng)融入碳匯產業(yè)情景。從系統(tǒng)各要素考慮，發(fā)展碳匯產業(yè)將會提高人均收入(y8)并增加產業(yè)鏈與資源量相關度(y1)。資源系統(tǒng)基本不受影響，產業(yè)系統(tǒng)改變了原演變軌跡，e2大于0。公式(5)變?yōu)椋?/p>

(8)

在融入碳匯產業(yè)后，縣南溝流域經濟純收入可增加1 243.6萬元，人均純收入增加4 924.4元，根據(jù)表1指標，農業(yè)產業(yè)鏈與資源量相關度將增加1個標度，前者在上述分析時已考慮，后者需要補充修訂。由計算得到e2=0.1294，現(xiàn)階段公式(6)，(7)為：

(9)

(10)

此時，產業(yè)發(fā)展對產業(yè)系統(tǒng)演化起到促進作用，同時也使資源系統(tǒng)演化速度提升為：Var=0.0238，是融入碳匯產業(yè)前的3.56倍?？梢钥闯?，碳匯產業(yè)的融入可以改善農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)和農業(yè)資源系統(tǒng)的相悖態(tài)勢，對于現(xiàn)階段農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)的發(fā)展起到了促進作用，資源利用更加合理有效，加速了產業(yè)優(yōu)化升級，使農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)和農業(yè)資源系統(tǒng)的關系更加緊密。

(2) 碳匯產業(yè)+畜牧業(yè)“輪牧+舍飼”情景。退耕后，林草資源雖還沒有達到最大化，但受禁牧政策的影響使得現(xiàn)有林草資源沒有得到合理利用。在融入碳匯產業(yè)的基礎上，針對縣南溝流域退耕政策實施使得流域林草資源富足的現(xiàn)狀，采納“輪牧+舍飼”的養(yǎng)殖政策，在保持現(xiàn)有生態(tài)環(huán)境的基礎上，使得林草資源得到有序、合理利用，產業(yè)發(fā)展得到優(yōu)化升級。此時系統(tǒng)演變軌跡發(fā)生了變化,其中產業(yè)系統(tǒng)中變化最大的指標是農業(yè)產業(yè)鏈與資源量相關度(y1)、農產品商品率(y6)、人均純收入(y8),這些指標都會提高,即產業(yè)系統(tǒng)改變了原演變軌跡，e2大于0。公式(5)變?yōu)椋?/p>

(11)

縣南溝流域2015年有草地2 420.43 hm2，林地1 589.27 hm2，其中生態(tài)林1 370.8 hm2。按照“輪牧+舍飼”管理方式，冬春舍飼，夏秋輪牧，極限放牧量按1 000只算(歷史最大1 070只)，為使林草資源穩(wěn)固、持續(xù)發(fā)展，假設600只羊可以實現(xiàn)系統(tǒng)良性互動。每只羊按純收入為431元，可對流域增加收入25.86萬元，人均純收入增加102.05元。根據(jù)表1指標，農業(yè)產業(yè)鏈與資源量相關度、農產品商品率都將增加1個標度，人均純收入由于變化不大所以保持不變。通過計算得到e2=0.0562，公式(6)，(7)變?yōu)椋?/p>

(12)

(13)

此時，產業(yè)發(fā)展對產業(yè)系統(tǒng)演化進一步促進，資源系統(tǒng)演化速度提升為：Var=0.0312，是產業(yè)系統(tǒng)改良前的4.66倍，是單純融入碳匯產業(yè)的1.31倍?？梢钥闯?，在融入碳匯產業(yè)并結合畜牧業(yè)“輪牧+舍飼”制度的實施，不僅產業(yè)系統(tǒng)結構得到優(yōu)化改良，也使資源系統(tǒng)得到較好的開發(fā)利用，有效地促進了產業(yè)系統(tǒng)與資源系統(tǒng)的協(xié)同發(fā)展。

綜合來看，現(xiàn)有資源利用模式與產業(yè)態(tài)勢已形成了農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)相悖態(tài)勢，無論是對農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)單純地融入碳匯產業(yè)還是碳匯產業(yè)結合“輪牧+舍飼”養(yǎng)殖模式的優(yōu)化方案，都有利于產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展并促進資源系統(tǒng)的演化。

4 結論與討論

通過構建農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)耦合過程模型，使得系統(tǒng)間耦合過程得以量化，通過對k值可能組合方式下所表征的生態(tài)經濟意義的分析，明確了農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)和農業(yè)資源系統(tǒng)的互動過程，為產業(yè)系統(tǒng)與資源系統(tǒng)優(yōu)化發(fā)展方向和規(guī)模提供依據(jù)。

退耕后，縣南溝流域農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)經過三個發(fā)展階段，資源所依賴的環(huán)境系統(tǒng)的提升空間已達到極限，產業(yè)發(fā)展未建立在對資源的合理、有效利用上?，F(xiàn)階段農業(yè)資源系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢與資源系統(tǒng)演化速度和產業(yè)系統(tǒng)演化速度都成負向相關，農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢與資源系統(tǒng)演化速度和產業(yè)系統(tǒng)演化速度都成正向相關。通過對縣南溝流域耦合過程優(yōu)化情景的模擬，得出通過融入碳匯產業(yè)可使農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展和農業(yè)資源系統(tǒng)發(fā)展相互促進，資源系統(tǒng)演化速度提升2.56倍，且若通過“輪牧+舍飼”養(yǎng)殖模式進一步優(yōu)化，可使農業(yè)產業(yè)系統(tǒng)發(fā)展速度在融入碳匯產業(yè)的基礎上提升0.31倍，提升了產業(yè)發(fā)展與資源利用的相關度，擴大了產業(yè)發(fā)展的空間。

本研究所建農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)耦合過程模型比較成功地解釋了縣南溝流域的發(fā)展狀況，但仍需在今后的實踐和應用中對其進一步完善，并對模型參數(shù)不斷地驗證和修訂，使模型更符合黃土丘陵區(qū)退耕區(qū)域的發(fā)展狀況。通過模型對縣南溝流域的分析，證實退耕還林還草工程實施過程及方案有待于根據(jù)黃土丘陵區(qū)實際發(fā)展狀況進行優(yōu)化，促進碳匯產業(yè)的發(fā)展，使農業(yè)資源得到合理、高效利用，加速產業(yè)優(yōu)化升級,實現(xiàn)農業(yè)產業(yè)—資源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

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EstablishmentandAnalysisofAgriculturalIndustry-ResourceSystemCouplingProcessModelinXiannangouWatershed

LIU Hanqi1,3, WANG Jijun1,2

(1.InstituteofSoilandWaterConversation,ChineseAcademyofSciencesandMinistryofWaterResources,Yangling,Shaanxi712100,China; 2.NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China; 3.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

In view of the development of agricultural industry-resource system in Loess Hilly region, we established a coupling process model of agricultural industry-resource system following the agricultural ecological-economic coupling process model, and we analyzed the coupling situation of system. We focused on the ecological and economic significance of model parameters (k1,k2,k3,k4) and conducted an empirical study on the Xiannangou watershed. The results show that different parameter combination forms the different agricultural industry-resource system interactive relationship. After returning farmlands to the natural lands, the space of resources that relied on environmental systems has reached the limit now, and the development of industry is not based on the rational and efficient use of resources in Xiannangou watershed. The development trend of resource system is negatively related to the evolution speed of the resource system and the industrial system. The development trend of industry system is positively related to the evolution speed of the resource system and the industrial system. The account in of carbon sink can make the optimized system evolution speed increase by 2.56 times. On the basis of that, the agricultural system can be promoted by 4.66 times through rotational grazing and house feeding mode, which makes the resources be rationally and efficiently used and accelerates the optimization and upgrade of industrial structure.

agricultural industry-resource system; coupling process model; carbon sequestration; rotational grazing and house feeding; Xiannangou watershed

2017-02-05

：2017-03-16

國家自然科學基金(41571515);國家重點研發(fā)計劃課題(2016YFC0503702);“十三五”國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0501707)

劉罕奇(1990—),男,山東淄博人,碩士研究生,研究方向:水土保持監(jiān)測與評價。E-mail:liuhq@nwsuaf.edu.cn

王繼軍(1964—),男,陜西渭南人,研究員,研究方向:生態(tài)經濟。E-mail:jjwang@ms.iswc.ac.cn

F062.2

：A

：1005-3409(2017)05-0259-07