黨 銳, 張 軍, 周冬梅, 劉 洋, 馬靖靖, 朱小燕, 馬 靜

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070; 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070; 3.甘肅省節(jié)水農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心， 甘肅 蘭州 730070)

1 研究背景

水資源、能源和糧食是人類目前存在和未來發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是制約一個(gè)地區(qū)發(fā)展的重要因素[1-2]。水資源是糧食和能源生產(chǎn)的基礎(chǔ)，能源生產(chǎn)進(jìn)一步提高水資源利用效率和糧食生產(chǎn)效率，三者之間相互依賴，緊密聯(lián)系[3-4]。在此背景下“水-能源-糧食紐帶”概念被提出[5]，進(jìn)一步促進(jìn)了從綜合角度對(duì)自然系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)耦合關(guān)系研究，特別是對(duì)深入分析水-能源-糧食之間的耦合作用關(guān)系提供了新的思路，為實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)資源協(xié)調(diào)平衡利用提供了有力的方法支持。

目前，國內(nèi)外學(xué)者在W-E-F系統(tǒng)方面做了大量研究，Li等[6]和Saladini 等[7]從W-E-F可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行討論，將農(nóng)業(yè)-水-能源-糧食可持續(xù)管理(AWEFSM)模型應(yīng)用于中國西北地區(qū)的實(shí)際案例進(jìn)行研究,可以有效幫助決策者對(duì)水-能源-糧食的協(xié)同管理；Christopher等[8]將W-E-F系統(tǒng)作為一個(gè)耦合的自然-人類系統(tǒng)來研究，使W-E-F系統(tǒng)能夠更好地實(shí)現(xiàn)彈性和可持續(xù)性的發(fā)展目標(biāo)；Zhang等[9]從W-E-F系統(tǒng)的概念、研究方法及問題進(jìn)行闡述，有助于解決W-E-F系統(tǒng)發(fā)展過程中的挑戰(zhàn)性問題；白景鋒等[10]運(yùn)用主成分分析法和地理加權(quán)回歸模型對(duì)中國水-能源-糧食壓力從時(shí)空兩個(gè)方面進(jìn)行研究，研究得出W-E-F壓力隨時(shí)間呈“升-降-穩(wěn)”的特點(diǎn)，空間上從東南沿海向西北內(nèi)陸W-E-F總壓力逐漸遞減；鄧鵬等[11]和畢博等[12]運(yùn)用耦合協(xié)調(diào)模型對(duì)W-E-F系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)W-E-F系統(tǒng)間的發(fā)展水平尚未跨入高度發(fā)展協(xié)調(diào)階段，還有很大的提升空間；Wang等[13]采用壓力、狀態(tài)和響應(yīng)(PSR)模型評(píng)價(jià)水-能源-糧食關(guān)系的可持續(xù)性，研究得出中國W-E-F的可持續(xù)性處于一般狀態(tài)水平；鮑淑君等[14]從W-E方面分析了W-E系統(tǒng)的紐帶關(guān)系和協(xié)同發(fā)展，得出我國要注重政策和技術(shù)的一致性與可行性，宏觀政策與微觀技術(shù)相結(jié)合，用市場(chǎng)機(jī)制解決能源產(chǎn)業(yè)與水的問題；劉渝等[15]和康紹忠[16]從水資源生態(tài)安全和糧食安全方面構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系進(jìn)行研究，研究得出水資源生態(tài)質(zhì)量與糧食安全質(zhì)量下降；彭少明等[17]運(yùn)用大系統(tǒng)分解協(xié)調(diào)技術(shù)及逐步優(yōu)化方法和嵌套遺傳算法，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜巨系統(tǒng)的優(yōu)化求解，使糧食增收、能源增產(chǎn)。目前他們的研究尺度大都是從國家以及流域大范圍進(jìn)行研究，為此，本文以甘肅省為研究對(duì)象，結(jié)合甘肅省自然資源空間分布的差異性，以及經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)發(fā)展的多元性特征，構(gòu)建W-E-F系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用耦合協(xié)調(diào)模型和地理加權(quán)回歸模型，分別從省域和市域空間尺度對(duì)甘肅省2000-2016年的W-E-F系統(tǒng)的耦合特征從時(shí)間和空間兩個(gè)方面以及驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行定量研究，以期揭示甘肅省水-能源-糧食系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展機(jī)制，也為經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和地方政府決策提供參考依據(jù)。

2 資料來源與研究方法

2.1 研究區(qū)概況

甘肅省處于92°13′～108°46′E，32°31′～42°57′N，位于我國西部地區(qū)黃河中上游，溝通黃土高原、青藏高原和內(nèi)蒙古高原三大高原，地形復(fù)雜多樣。甘肅省氣候干燥，氣溫日較差大，年平均氣溫0～15℃，氣候類型多樣，從南到北包括了亞熱帶季風(fēng)氣候、溫帶季風(fēng)氣候、溫帶大陸性氣候和高原山地氣候四大類型。甘肅水資源嚴(yán)重匱乏，年降水量42～740mm，大致呈現(xiàn)出東南向西北遞減的趨勢(shì)。甘肅省能源種類較多，其中風(fēng)能資源總儲(chǔ)量達(dá)2.37×108kW，是中國太陽能最為豐富的三大區(qū)域之一，年太陽總輻射值為4 800 MJ/m3～6 400 MJ/m3。甘肅省下轄12個(gè)地級(jí)市，分別為蘭州市、嘉峪關(guān)市、金昌市、隴南市、白銀市、天水市、武威市、酒泉市、張掖市、慶陽市、平?jīng)鍪泻投ㄎ魇校?個(gè)自治州(臨夏回族自治州和甘南藏族自治州)，共14個(gè)地州市(圖1)，土地資源豐富，總土地面積約42.58×104km2，但山地多，平地少，全省山地和丘陵占土地總面積的78.2%，土地利用率為43.55%，糧食產(chǎn)量?jī)H1 091.07×104t。2017年甘肅省人口2 625.71×104人，國民生產(chǎn)總值7 460×108元，其中第一產(chǎn)業(yè)859.8×108元；第二產(chǎn)業(yè)2 561.8×108元；第三產(chǎn)業(yè)4 038.4×108元[18]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，化石能源枯竭、水資源短期以及糧食安全等問題日益嚴(yán)重，制約著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，甘肅省作為國家重要的生態(tài)屏障，也是“一帶一路”經(jīng)濟(jì)帶的重要陸路節(jié)點(diǎn)，具有重要的戰(zhàn)略地位。

2.2 數(shù)據(jù)來源

本文從2001-2017年《甘肅省統(tǒng)計(jì)年鑒》《甘肅水資源公報(bào)》以及甘肅經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)中獲取甘肅省14個(gè)地州市年降水量、水資源總量、總用水量、農(nóng)田灌溉用水、總?cè)丝凇⒓Z食產(chǎn)量、有效灌溉面積、糧食播種面積、煤炭、液化石油氣、天然氣及電力等各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)。

2.3 研究方法

2.3.1 綜合指數(shù)法 綜合指數(shù)法是指運(yùn)用極差標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)原數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，并用加權(quán)求和的綜合指數(shù)計(jì)算方法，分別計(jì)算出水-能源-糧食各系統(tǒng)的綜合指數(shù)。在計(jì)算綜合指數(shù)之前，用熵值法確定各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重[19]。綜合指數(shù)可計(jì)算各子系統(tǒng)的發(fā)展水平，其計(jì)算公式如下：

(1)

(2)

(3)

2.3.2 耦合度模型 耦合指兩個(gè)或兩個(gè)以上的實(shí)體相互依賴于對(duì)方的一個(gè)量度[11]。本文中耦合是指水-能源-糧食各系統(tǒng)間的相互作用、相互影響的程度。結(jié)合其他學(xué)者的相關(guān)研究[11-12、20]，構(gòu)建本文的耦合度模型：

(4)

式中：D為耦合度， 0≤D≤1，表示W(wǎng)-E-F各系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展程度，耦合度越大，表明各系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)關(guān)聯(lián)性越好。參考文獻(xiàn)[19-20]的研究成果，將耦合度分為4個(gè)等級(jí)，見表1。

表1 耦合度等級(jí)分類

2.3.3 耦合協(xié)調(diào)度模型 由于耦合度在某種情況下不能充分地反映系統(tǒng)內(nèi)部之間的耦合協(xié)調(diào)程度的高低，為了更好地分析W-E-F系統(tǒng)內(nèi)部要素之間在發(fā)展過程中的協(xié)調(diào)程度，本文以耦合度為基礎(chǔ)，構(gòu)建耦合協(xié)調(diào)模型，其公式如下[21-22]：

(5)

H=αW(w)+βE(e)+γF(f)

(6)

式中：N為W-E-F系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度，0≤N≤1；D為耦合度；H為水資源、能源、糧食的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；W(w)、E(e)、F(f)分別為水資源、能源、糧食的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；α、β、γ分別為水資源、能源、糧食各子系統(tǒng)的重要程度；考慮到水資源、能源和糧食之間依存關(guān)系，以及維持經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中的作用，本研究認(rèn)為W-E-F三者同等重要，故α=β=γ=1/3。本文為了便于與其他研究成果作比較，采用廖重斌[23]和張玉萍等[24]的耦合協(xié)調(diào)度劃分標(biāo)準(zhǔn)，將其分為10種耦合協(xié)調(diào)類型，見表2。

2.3.4 地理加權(quán)回歸法 W-E-F系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)受到地理空間因素的影響[10、25]，運(yùn)用地理加權(quán)回歸(GWR)模型，定量分析其影響因素，本文構(gòu)建的地理加權(quán)回歸模型如下[26]：

(7)

式中：Yi為甘肅省各個(gè)市i的W-E-F系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度; (μi+vi)為各個(gè)市i的位置，βi為各個(gè)市i的回歸常數(shù);j為各個(gè)市i的第j個(gè)回歸參數(shù);xij為自變量,表示xj在各個(gè)市i的值；n為自變量數(shù)；εi為隨機(jī)誤差。

2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

以甘肅省14個(gè)地州市為研究單元，依據(jù)科學(xué)性、系統(tǒng)性和差異性等原則，并在借鑒前人研究基礎(chǔ)上，從水資源系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和糧食系統(tǒng)3個(gè)方面，選取14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)(表3)，在水資源系統(tǒng)，選取年降水量、水資源總量、總用水量、人均水資源量以及農(nóng)田灌溉用水5個(gè)指標(biāo)；在能源系統(tǒng)，選取煤炭、液化石油氣、天然氣及電力4個(gè)指標(biāo)；在糧食資源系統(tǒng)，選取糧食產(chǎn)量、糧食人均占有量、糧食消耗量、有效灌溉面積、糧食播種面積5個(gè)指標(biāo)。

表2 耦合協(xié)調(diào)度的等級(jí)分類及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

3 結(jié)果與分析

3.1 甘肅省水-能源-糧食時(shí)間序列變化分析

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)、耦合度以及耦合協(xié)調(diào)度的公式計(jì)算出甘肅省2000-2016年水-能源-糧食系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Z(z)、耦合度D、耦合協(xié)調(diào)度N(表4)。

表3 W-E-F的指標(biāo)體系及權(quán)重

表4 甘肅省2000-2016年W-E-F系統(tǒng)綜合指數(shù)、耦合度以及耦合協(xié)調(diào)度

為了能更直觀地反映2000-2016年甘肅省W-E-F系統(tǒng)的發(fā)展軌跡，將表4中各子系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)、耦合度及耦合協(xié)調(diào)度計(jì)算結(jié)果繪制為圖2、3。

由圖2可知，甘肅省2000-2016年W-E-F的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的變化除了水資源系統(tǒng)的變化波動(dòng)較大之外，能源系統(tǒng)與糧食系統(tǒng)的變化較穩(wěn)步發(fā)展。W-E-F系統(tǒng)綜合指數(shù)變化趨勢(shì)分為3個(gè)階段，2000 -2001年處于上升階段，處于輕度協(xié)調(diào)衰退類，2002-2007年處于波段變化階段，2008-2016年處于“N”形的變化趨勢(shì)，主要由于在此階段水資源系統(tǒng)指數(shù)變化波動(dòng)較大，水資源系統(tǒng)對(duì)W-E-F的綜合指數(shù)變化影響顯著。

水資源系統(tǒng)指數(shù)處于0.10 ～ 0.80，基本呈現(xiàn)“2N+M”的變化趨勢(shì)，變化幅度較大。2001-2003年處于下降階段，主要受嚴(yán)重自然災(zāi)害(降水量)的影響較大，2003-2007年呈現(xiàn)“M”的變化趨勢(shì)，由于2004、2006年水資源總量和年降水量達(dá)到最大值，2007-2016年呈現(xiàn)“N”的發(fā)展趨勢(shì)，由于2007年年降水量和水資源總量分別比上年少25.40%、23.51%，2011年水資源總量比上年多10.50%，2014年水資源總量比多年平均值減少24.19%，導(dǎo)致水資源系統(tǒng)指數(shù)在此時(shí)間段呈現(xiàn)“N”的變化趨勢(shì)。能源系統(tǒng)指數(shù)基本介于0.10～0.70，其發(fā)展趨勢(shì)大體分為兩個(gè)階段，2000-2003年為第1階段，呈現(xiàn)劇烈波動(dòng)特征，其中2001年最大為0.667，2004年最小為0.073，主要受液化石油氣使用的影響；2004-2016年為第2階段，呈現(xiàn)出波動(dòng)上升趨勢(shì)特征，主要是由于受到“西氣東輸 ”工程的影響，天然氣開始在甘肅省廣泛大量使用，天然氣的使用量由2004年的2.1936×108m3增加到2016年的16.8571×108m3，年均使用量以1.5倍的速率增長(zhǎng)。糧食綜合評(píng)價(jià)指數(shù)隨時(shí)間呈明顯上升的趨勢(shì)，主要是由于2000-2016年糧食的產(chǎn)量、播種面積以及有效灌溉面積逐年增加。

由圖3可知，2000-2016年甘肅省W-E-F系統(tǒng)耦合度D介于0.21～0.32。耦合度年際間基本上保持平穩(wěn)狀態(tài)，波動(dòng)較小，處于低水平耦合階段和頡頏階段，說明甘肅省W-E-F系統(tǒng)之間的耦合程度較低，與甘肅省生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展程度相適應(yīng)。大體分為2個(gè)階段，2004年以前為第1階段耦合度較高，表明甘肅省水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合相適應(yīng)。2004年降到最低值0.215，其主要原因是2004年甘肅省在3個(gè)時(shí)段分別發(fā)生了干旱、低溫凍害以及汛期的自然災(zāi)害，其中5月中旬至7月中旬的干旱時(shí)段最嚴(yán)重，導(dǎo)致糧食產(chǎn)量下降，全省受災(zāi)面積達(dá)613 336.40 hm2[27]。第2階段從2005年開始，耦合度有所增加，但沒有達(dá)到2003年之前狀態(tài)，表明甘肅省水資源-能源-糧食系統(tǒng)耦合程度降低，主要原因是經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展導(dǎo)致水資源和能源的需求增大。

甘肅省W-E-F系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度N介于0.27～0.42，說明甘肅省W-E-F系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平較低，協(xié)調(diào)類型大多為失調(diào)衰退型，且耦合協(xié)調(diào)度變化趨勢(shì)大致與W-E-F綜合指數(shù)的變化趨勢(shì)相似，說明甘肅省W-E-F系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展水平較低，不利于甘肅省生態(tài)-經(jīng)濟(jì)-社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。2000年耦合協(xié)調(diào)度低于耦合度，值為0.304，處于輕度失調(diào)衰退類，2000-2001年處于急劇上升階段，主要是受此階段水資源與能源資源急劇上升的影響，2001年之后耦合協(xié)調(diào)度的發(fā)展趨勢(shì)基本都高于耦合度，耦合協(xié)調(diào)類型由2002年的輕度失調(diào)衰退類發(fā)展為2016年瀕臨失調(diào)衰退類過渡階段。雖然2012年W-E-F系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度達(dá)到最大值0.414，W-E-F系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度處于最好階段，但其最大值低于0.5，尚未進(jìn)入勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展階段。

3.2 甘肅省水-能源-糧食的空間格局變化分析

本文進(jìn)一步研究了2000-2016年甘肅省14個(gè)地級(jí)市的平均W-E-F的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)(圖4)、耦合度以及耦合協(xié)調(diào)度(圖5)的空間分布特征。由圖4可知，2000-2016年17a甘肅省平均水資源空間分布不均勻，中部地區(qū)低于河西地區(qū)、甘南以及隴南，主要受水資源的影響，其中中部地區(qū)降水量較少；河西地區(qū)有三大內(nèi)陸河流域，水資源相對(duì)豐富。能源資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)高的區(qū)域集中于中西部，蘭州、酒泉最突出，與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平區(qū)域分布一致；其次是慶陽、天水、武威等，武威地區(qū)主要受煤炭使用量多的影響；嘉峪關(guān)、甘南、金昌的能源資源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)最低，甘南地區(qū)主要受天然氣的影響。糧食資源的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)較水資源、能源資源的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)較高，糧食資源綜合指數(shù)較高區(qū)域分布于隴南，主要受糧食產(chǎn)量最高的影響；其次是張掖、定西、天水、平?jīng)?、慶陽等地區(qū)，其中張掖受灌溉面積的影響較大；嘉峪關(guān)綜合指數(shù)最小，主要受其有效灌溉面積和產(chǎn)量較低的影響較大。

由圖5可知，2000-2016年W-E-F的平均耦合度較低，基本處于低水平耦合和頡頏兩個(gè)階段，除武威、酒泉耦合度處于頡頏階段，其余各市處于低水平耦合階段。W-E-F的耦合協(xié)調(diào)度基本處于失調(diào)衰退和瀕臨衰退階段，其中協(xié)調(diào)度較高的區(qū)域主要分布于東西兩端以及中部的部分城市，酒泉、蘭州等地較高，其次是白銀、定西、平?jīng)?、臨夏、甘南州處于中度失調(diào)衰退類，低協(xié)調(diào)度主要集中于嘉峪關(guān)區(qū)域。說明2000-2016年甘肅省W-E-F耦合系統(tǒng)發(fā)展不協(xié)調(diào)、不平衡，且地區(qū)間W-E-F系統(tǒng)耦合度存在顯著差異。

圖2 2000-2016年甘肅省W-E-F系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)變化趨勢(shì)

圖3 2000-2016年甘肅省W-E-F系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)變化趨勢(shì)

圖4 2000-2016年甘肅省平均W-E-F的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分布

圖5 2000-2016年甘肅省平均W-E-F的耦合度和耦合協(xié)調(diào)度

3.3 甘肅省水-能源-糧食耦合協(xié)調(diào)變化的驅(qū)動(dòng)力分析

以甘肅省14個(gè)地級(jí)市2000-2016年的平均耦合協(xié)調(diào)度作為因變量的原始值，選取社會(huì)因素、經(jīng)濟(jì)因素和生態(tài)因素3個(gè)方面包括常住人口、城鎮(zhèn)化、地區(qū)GDP、人均耕地面積、有效灌溉面積5個(gè)指標(biāo)作為自變量的原始值，對(duì)所有的變量進(jìn)行取對(duì)數(shù)。并計(jì)算自變量的方差膨脹系數(shù)(VIF)和Kappa系數(shù)進(jìn)行多重共線性檢驗(yàn)，得到各指標(biāo)的K值均小于0.20，VIF均小于5，所以自變量間不存在多重共線性問題。本文選取“自適應(yīng)”核函數(shù)的AICc的方法，結(jié)果顯示擬合結(jié)果R2均在0.76以上，AICc值小于50，由GWR結(jié)果表明，地區(qū)GDP對(duì)W-E-F協(xié)調(diào)度的影響不顯著，R2約為0.16。圖6為2000-2016年甘肅省GWR模型自變量回歸系數(shù)估算空間分布。由圖6可知，2000-2016年甘肅省W-E-F系統(tǒng)的協(xié)調(diào)變化因素，其中正向因素按影響程度從大到小次序?yàn)槌Ｗ∪丝凇⑷司孛娣e、有效灌溉面積；而城鎮(zhèn)化與W-E-F協(xié)調(diào)度之間存在既有正向又有逆向的影響。白景鋒等[10]研究認(rèn)為社會(huì)因素人口密度是影響W-E-F壓力的第一驅(qū)動(dòng)力，生產(chǎn)條件有效灌溉面積和人均耕地面積是第二驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)濟(jì)因素城市化率和人均GDP是第三驅(qū)動(dòng)力；趙榮欽等[28]從自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)3個(gè)方面對(duì)水-土-能-碳的耦合機(jī)制研究，認(rèn)為經(jīng)濟(jì)因素是影響水-土-能的決定性因素；張慧等[29]在糧食生產(chǎn)的基礎(chǔ)上對(duì)耕地壓力的影響因素進(jìn)行分析，研究得出社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素對(duì)耕地壓力的變動(dòng)更顯著；與本研究結(jié)果一致性。

圖6 2000-2016年甘肅省GWR模型自變量回歸系數(shù)估算空間分布

常住人口對(duì)W-E-F系統(tǒng)的影響最為顯著。常住人口與W-E-F協(xié)調(diào)度變化為正相關(guān)，空間上呈現(xiàn)從西北向東南遞減，其影響最大值集中在張掖、酒泉，說明人口的增加使農(nóng)村勞動(dòng)力增加，有利于提高W-E-F系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的，而影響程度最小值主要集中在定西、甘南、隴南、天水、平?jīng)觥c陽，人口對(duì)不同地區(qū)W-E-F系統(tǒng)的影響存在差異。其次是人均耕地面積與W-E-F協(xié)調(diào)度變化為正相關(guān)，其影響強(qiáng)度在空間上呈現(xiàn)自西向東逐漸遞減，其影響最大值在酒泉、嘉峪關(guān)、張掖，而影響最小值在隴南、天水、平?jīng)?、慶陽，說明人均耕地面積對(duì)不同地區(qū)W-E-F系統(tǒng)的影響存在顯著的差異。有效灌溉面積與W-E-F系統(tǒng)協(xié)調(diào)度變化呈現(xiàn)正相關(guān)，空間上呈現(xiàn)從西北向東北遞減，其影響范圍最大值均集中在酒泉、嘉峪關(guān)、張掖，而影響程度最小的主要集中在平?jīng)?、慶陽，與有效灌溉面積在空間上呈現(xiàn)自西向東逐漸遞減的變化趨勢(shì)相吻合，說明增加有效灌溉面積可以提高W-E-F系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度。城鎮(zhèn)化對(duì)W-E-F的協(xié)調(diào)變化的影響有明顯的區(qū)域差異，在西北方向呈現(xiàn)逆向影響，即城鎮(zhèn)化率越高，則W-E-F協(xié)調(diào)度越??；在東部方向呈現(xiàn)正向影響，即城鎮(zhèn)化程度越高，則W-E-F協(xié)調(diào)度越大。與本文研究的與農(nóng)業(yè)相關(guān)的W-E-F協(xié)調(diào)有很大的關(guān)系，隨著城鎮(zhèn)化加快，耕地面積銳減、農(nóng)村勞動(dòng)力大量外流，對(duì)糧食產(chǎn)量產(chǎn)生了一定的負(fù)向影響，使得城鎮(zhèn)化在某些地區(qū)的W-E-F的協(xié)調(diào)度較低。由此可見，不同因素在空間上具有不同的影響方向和影響程度。

4 結(jié) 論

本文以甘肅省為研究對(duì)象，通過選取W-E-F系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建W-E-F系統(tǒng)耦合模型，研究了2000-2016年W-E-F系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度時(shí)空特征，得到以下主要結(jié)論：

(1)甘肅省W-E-F系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)呈顯“N”型變化趨勢(shì)。受年降水量的影響，水資源系統(tǒng)評(píng)價(jià)指數(shù)隨時(shí)間變化較大，對(duì)W-E-F的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)的貢獻(xiàn)最大；受液化石油氣和“西氣東輸”的工程影響，能源綜合評(píng)價(jià)指數(shù)變化較大，但總體呈顯緩慢上升趨勢(shì)；糧食的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)隨時(shí)間呈明顯的上升趨勢(shì)。雖然W-E-F 3個(gè)子系統(tǒng)的變化趨勢(shì)不同，但3個(gè)子系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指數(shù)之間具有一定的關(guān)聯(lián)關(guān)系，提高各自的發(fā)展水平，有助于W-E-F整體的協(xié)調(diào)發(fā)展。

(2)甘肅省W-E-F系統(tǒng)的耦合度處于0.21～0.32，變化不大且基本保持平穩(wěn)狀態(tài)，處于低水平耦合階段和頡頏階段，說明W-E-F 3個(gè)系統(tǒng)之間的耦合不協(xié)調(diào)；W-E-F系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度處于0.27～0.42，呈顯波動(dòng)上升的趨勢(shì)，耦合協(xié)調(diào)類型大多為失調(diào)衰退型。雖然2012年W-E-F系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度達(dá)到最大值0.414，但它的最大值小于0.50，尚未跨入勉強(qiáng)協(xié)調(diào)發(fā)展階段，有很大的發(fā)展提升空間。

(3)甘肅省W-E-F系統(tǒng)的耦合度、耦合協(xié)調(diào)度存在空間分布差異性。2000-2016年甘肅省耦合度變化趨勢(shì)由甘肅省河西走廊-隴中-隴南地區(qū)耦合度由頡頏階段向低水平耦合階段變化；耦合協(xié)調(diào)度由隴中黃土高原部分區(qū)域的嚴(yán)重失調(diào)衰退類向河西走廊、隴南地區(qū)、甘南的輕度失調(diào)衰退類過渡。

(4)由GWR研究發(fā)現(xiàn)，不同因素在不同區(qū)域的影響方向和程度是不同的。常住人口、人均耕地面積、有效灌溉面積與W-E-F協(xié)調(diào)度的變化是同向，城鎮(zhèn)化與W-E-F協(xié)調(diào)度變化既有正向又有負(fù)向的影響，而地區(qū)GDP對(duì)W-E-F協(xié)調(diào)度變化的影響不顯著。