張 寧,楊 肖,陳 彤

中國(guó)西部地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的時(shí)空特征

張 寧1*,楊 肖1,陳 彤2

(1.杭州電子科技大學(xué)管理學(xué)院,浙江 杭州 310018；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830091)

在2005～2018年中國(guó)西部地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)綜合發(fā)展評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,運(yùn)用耦合協(xié)調(diào)度模型和地理加權(quán)回歸模型對(duì)水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的時(shí)空特征及其影響因素進(jìn)行實(shí)證研究.結(jié)果表明:(1)中國(guó)西部水-能源-糧食系統(tǒng)及其各子系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)總體呈波動(dòng)上升趨勢(shì),其中,水資源和能源子系統(tǒng)在2011年后長(zhǎng)期滯后于糧食子系統(tǒng),成為西部地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的短板.(2)2005～2018年,中國(guó)西部水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度從勉強(qiáng)耦合協(xié)調(diào)進(jìn)入初級(jí)耦合協(xié)調(diào)階段,且耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)“南高北低”的時(shí)空特征.(3)居民消費(fèi)水平和人口規(guī)模對(duì)甘肅、內(nèi)蒙古等西北地區(qū)的系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度具有正向影響,對(duì)重慶、云南等西南地區(qū)具有負(fù)向影響,影響程度在地理空間上均呈現(xiàn)出“北正南負(fù)”的空間特征;地方財(cái)政環(huán)保投入的影響程度從北到南逐漸增大,廣西、貴州、四川、陜西的系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度受該因素的影響最大;R&D投入強(qiáng)度對(duì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)的推動(dòng)作用相對(duì)較小,影響程度呈現(xiàn)“北高南低”的空間特征.基于上述分析結(jié)果,提出了多資源系統(tǒng)聯(lián)合發(fā)展視角下的區(qū)域資源管理方式,減少對(duì)有限資源間的依賴(lài)性,改善人口規(guī)模及環(huán)?？萍纪度氲纫蛩?構(gòu)建具有西部區(qū)域特色、體現(xiàn)資源優(yōu)勢(shì)、富有競(jìng)爭(zhēng)力的水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展策略.

中國(guó)西部；水-能源-糧食系統(tǒng)；耦合協(xié)調(diào)度；影響因素

水、能源與糧食資源的缺乏或生產(chǎn)消費(fèi)結(jié)構(gòu)的不合理性是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展過(guò)程中面臨的重要風(fēng)險(xiǎn)之一[1].近兩年新冠肺炎疫情的暴發(fā)、國(guó)際形勢(shì)的不確定性及極端氣候的侵襲,對(duì)眾多地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)的安全性產(chǎn)生了強(qiáng)烈沖擊[2],水-能源-糧食系統(tǒng)保持較強(qiáng)的耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)是其能夠安全可持續(xù)發(fā)展的重要保證.中國(guó)西部水-能源-糧食系統(tǒng)面臨的內(nèi)外環(huán)境壓力在不斷加大[3],且由于東西部地區(qū)技術(shù)差異和管理理念的不同,西部水-能源-糧食系統(tǒng)的投入產(chǎn)出效率與東部地區(qū)的差異還在擴(kuò)大[4-6].西北能源基地及西南水電基地作為我國(guó)水-能源-糧食系統(tǒng)發(fā)展的重要典型區(qū)域,經(jīng)濟(jì)地理?xiàng)l件和資源稟賦的極大空間差異成為我國(guó)疫情時(shí)期水-能源-糧食系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的主要風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源.探索符合西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境容量和資源承載力的水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展路徑,對(duì)提高西部區(qū)域性資源系統(tǒng)抗壓能力,保障我國(guó)整體水-能源-糧食系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要理論與實(shí)踐意義.

水-能源-糧食系統(tǒng)中每一種資源的生產(chǎn)利用都與另外兩種資源存在較強(qiáng)關(guān)聯(lián),這種關(guān)聯(lián)被稱(chēng)為“耦合關(guān)系”[7].耦合協(xié)調(diào)關(guān)系則是在耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上,更加強(qiáng)調(diào)多個(gè)系統(tǒng)之間的相互促進(jìn)、協(xié)調(diào)發(fā)展的良性相互作用[8].學(xué)者們從全球、國(guó)家、城市等層面對(duì)水-能源-糧食系統(tǒng)的耦合內(nèi)涵進(jìn)行了探討[9-11],其耦合關(guān)系逐漸作為重要參考被應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源安全的協(xié)調(diào)發(fā)展政策的制定中[12].通過(guò)對(duì)水-能源-糧食系統(tǒng)中的關(guān)鍵交互進(jìn)行識(shí)別與分析[13],同時(shí),考慮外界環(huán)境與水-能源-糧食系統(tǒng)之間的輸入、輸出關(guān)系[14],能夠有效幫助資源管理者制定出適宜的資源利用策略,提高資源的治理效果.在人口增長(zhǎng)與工業(yè)發(fā)展帶來(lái)的壓力下,聯(lián)合國(guó)在2015年提出《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》中將水-能源-糧食安全問(wèn)題納為可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)之一[15],學(xué)者們也開(kāi)始從系統(tǒng)安全性、綜合治理、外界環(huán)境干預(yù)等角度對(duì)水-能源-糧食系統(tǒng)進(jìn)行研究[16].

目前的研究仍存在一些不足.首先,現(xiàn)有研究對(duì)地理位置特殊且資源稟賦空間差異較大的西部戰(zhàn)略區(qū)域的水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展問(wèn)題關(guān)注不足,且鮮有人采用地理統(tǒng)計(jì)方法檢驗(yàn)該系統(tǒng)在西部發(fā)展的復(fù)雜影響因素;其次,現(xiàn)有研究構(gòu)建的計(jì)量模型尚未考慮該區(qū)域資源特點(diǎn)及區(qū)域內(nèi)部的空間異質(zhì)性,進(jìn)而所得研究結(jié)果難以確切反映區(qū)域資源系統(tǒng)的時(shí)空發(fā)展規(guī)律.本研究根據(jù)中國(guó)西部地區(qū)資源戰(zhàn)略發(fā)展的重要性,基于DPSIR模型構(gòu)建出水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,對(duì)西部地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的時(shí)空動(dòng)態(tài)演化特征及其影響因素進(jìn)行分析,以期為減少社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展過(guò)程中受到的資源結(jié)構(gòu)制約,促進(jìn)地區(qū)水-能源-糧食-系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展提供決策參考.

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 指標(biāo)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)來(lái)源

水-能源-糧食系統(tǒng)(或稱(chēng)水-能源-糧食復(fù)合系統(tǒng))包含水、能源和糧食3個(gè)子系統(tǒng),涉及的要素眾多,系統(tǒng)邊界相對(duì)模糊.DPSIR模型中的驅(qū)動(dòng)力(D)、壓力(P)、狀態(tài)(S)、影響(I)以及響應(yīng)(R)5個(gè)部分可對(duì)系統(tǒng)中較為重要因素之間的反饋關(guān)系進(jìn)行再次梳理[22];同時(shí),系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)常用于復(fù)雜系統(tǒng)演化仿真,在應(yīng)用過(guò)程中可以根據(jù)復(fù)雜系統(tǒng)中包含的主要因果反饋關(guān)系進(jìn)行復(fù)雜系統(tǒng)的邊界設(shè)定,將系統(tǒng)通過(guò)因果反饋關(guān)系進(jìn)行描述,以便進(jìn)行研究[21].本文以資源稟賦為基本狀態(tài)(S),從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境等方面利用DPSIR模型梳理水-能源-糧食系統(tǒng)中的反饋關(guān)系,并結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中系統(tǒng)邊界設(shè)定的思想,對(duì)水-能源-糧食系統(tǒng)進(jìn)行研究邊界設(shè)定.

水資源子系統(tǒng)和能源子系統(tǒng)都為自然資源系統(tǒng),兩者在發(fā)展的過(guò)程中存在部分共同點(diǎn).推動(dòng)水資源和能源子系統(tǒng)發(fā)生變化的直接因素包括人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)等,經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)的人口和產(chǎn)業(yè)集聚效應(yīng)勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致水資源和能源需求量產(chǎn)生變化[22],城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)能夠提高資源供應(yīng)設(shè)施的完善度[23],水資源和能源的供應(yīng)能力和利用效率都受此影響.因此選用人口密度、人均GDP、城鎮(zhèn)化水平、居民人均消費(fèi)水平等社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素作為兩個(gè)子系統(tǒng)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力(D).在驅(qū)動(dòng)力的作用下,水資源和能源子系統(tǒng)承受了一定的負(fù)面壓力(P),主要為經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展過(guò)程中的資源消耗,以人均資源消耗量、萬(wàn)元GDP資源消耗量、各產(chǎn)業(yè)資源消耗量等表示.水資源的供給主要來(lái)源于地表水和地下水,水質(zhì)易受大氣環(huán)境和地表污染源影響,因此可具體選用水資源擁有量、降雨轉(zhuǎn)化為水資源的能力、水質(zhì)等作為水資源子系統(tǒng)的狀態(tài)(S).能源子系統(tǒng)的一個(gè)較大特征是當(dāng)?shù)貐^(qū)能源儲(chǔ)量或生產(chǎn)能力不足時(shí),會(huì)依賴(lài)外地的大量進(jìn)口,故以能源儲(chǔ)量、能源生產(chǎn)量、能源調(diào)入量等作為能源子系統(tǒng)的狀態(tài)(S).水資源和能源使用后帶來(lái)了污染、資源量減少等影響,因此以污染排放量、資源供需比等作為水資源和能源子系統(tǒng)的影響(I).在資源使用造成污染后,在生態(tài)環(huán)境保護(hù)的要求下,政府、企業(yè)等將從事先預(yù)防和事后補(bǔ)救兩端加大環(huán)保治理投入和資源利用方式的改進(jìn)[24],以環(huán)保治理資金投入、科研資金投入、污染治理率等作為響應(yīng)(R).糧食子系統(tǒng)與自然資源子系統(tǒng)在發(fā)展時(shí)受到的主要驅(qū)動(dòng)力存在一定區(qū)別,可用耕地、化肥農(nóng)藥等是糧食種植的基本條件,農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平的提升能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率[25],人口和消費(fèi)水平的改變將會(huì)導(dǎo)致糧食消費(fèi)量和消費(fèi)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化[26],因此以人口密度、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、人均GDP、人均糧食播種面積、居民消費(fèi)水平等作為糧食子系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力(D).糧食的消費(fèi)需求及自然災(zāi)害對(duì)種植期糧食的損害都是糧食子系統(tǒng)的壓力(P)來(lái)源.在驅(qū)動(dòng)力和壓力的作用下,糧食的產(chǎn)量將會(huì)產(chǎn)生一定波動(dòng),以糧食單位面積產(chǎn)量、人均糧食產(chǎn)量等作為糧食子系統(tǒng)的狀態(tài)(S).糧食的收成將會(huì)直接影響農(nóng)業(yè)從業(yè)人員的收入,同時(shí)供需量的變化也會(huì)影響糧食的流通成本,化肥和農(nóng)藥的使用還會(huì)帶來(lái)水質(zhì)和土地環(huán)境污染問(wèn)題,因此糧食子系統(tǒng)的影響(I)主要包括糧食流通成本、農(nóng)民收入、水質(zhì)和土地環(huán)境污染等.為了改善糧食生產(chǎn)對(duì)水資源、土地、化肥農(nóng)藥的過(guò)度依賴(lài)性,同時(shí)維護(hù)耕種環(huán)境,政府、農(nóng)業(yè)從業(yè)人員等將會(huì)做出加大研發(fā)和治理投入的措施,以環(huán)保投入、R&D經(jīng)費(fèi)投入、水土流失治理等作為糧食子系統(tǒng)發(fā)展的響應(yīng)(R).基于DPSIR模型設(shè)置的水-能源-糧食系統(tǒng)的邊界如圖1所示.圖1中的人口規(guī)模、人均GDP、城鎮(zhèn)化水平、居民消費(fèi)水平、環(huán)保投入、R&D經(jīng)費(fèi)投入等對(duì)3個(gè)子系統(tǒng)的發(fā)展均有驅(qū)動(dòng)或改善作用,因此本研究選用此類(lèi)共同要素作為水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的影響因素在后文進(jìn)行實(shí)證檢驗(yàn).

圖1 水-能源-糧食系統(tǒng)邊界

基于圖1中的系統(tǒng)要素和水-能源-糧食系統(tǒng)中的相互依存關(guān)系[27-28],依據(jù)數(shù)據(jù)可得性、科學(xué)性的原則,構(gòu)建水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1).綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的正、負(fù)屬性分別表示對(duì)指標(biāo)的發(fā)展具有促進(jìn)和抑制作用.本文的研究時(shí)間跨度為2005～2018年,主要數(shù)據(jù)來(lái)源于2005～2018年的國(guó)家統(tǒng)計(jì)局官網(wǎng)、《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)水利統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)食品統(tǒng)計(jì)年鑒》及各省(市、自治區(qū))國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、各省(市、自治區(qū))統(tǒng)計(jì)年鑒等. 因西藏地區(qū)缺失數(shù)據(jù)較多,故本文的研究區(qū)域不包含西藏地區(qū).

表1 水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.2 研究方法

1.2.1 組合權(quán)重的確定 熵值法對(duì)異常值過(guò)于敏感,易將少數(shù)不重要指標(biāo)賦予過(guò)高權(quán)重[29].變異系數(shù)法是基于指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差和平均值來(lái)判斷指標(biāo)數(shù)據(jù)的差異化程度,其結(jié)果受數(shù)據(jù)離散程度和平均值影響[30].為減少單一評(píng)價(jià)方法片面、穩(wěn)定性差等問(wèn)題,本文先運(yùn)用熵值法和變異系數(shù)法求出各指標(biāo)權(quán)重,之后引用歐幾里得函數(shù)將兩種方法求得的權(quán)重進(jìn)行組合賦權(quán).

首先,為保證指標(biāo)數(shù)據(jù)的可比性,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化.具體公式如下:

式中:為年份;為地區(qū);表示指標(biāo);r為二級(jí)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化后的值,r∈[0,1];x為年地區(qū)指標(biāo)的數(shù)值;max(x)和min(x)分別為指標(biāo)的最大值和最小值.

其次,計(jì)算二級(jí)指標(biāo)的信息熵e,并根據(jù)信息熵推導(dǎo)出該指標(biāo)的熵值法權(quán)重.公式如下:

再次,根據(jù)各指標(biāo)的變異系數(shù)求得變異系數(shù)法權(quán)重.計(jì)算公式如下:

最后,為使指標(biāo)的權(quán)重更加客觀和精確,根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[31],將熵值法和變異系數(shù)法進(jìn)行組合賦權(quán).計(jì)算公式如下:

式中:W為指標(biāo)的組合權(quán)重,W'為熵值法權(quán)重,W''為變異系數(shù)法權(quán)重;為熵值法權(quán)重的偏好系數(shù),為變異系數(shù)法權(quán)重的偏好系數(shù).

引入歐幾里得函數(shù)(W',W'')求解偏好系數(shù),建立如下關(guān)系方程:

根據(jù)式(6)和(7)可求得偏好系數(shù)和的值分別為0.463和0.537.將和的值代入式(6)可得組合權(quán)重W.

1.2.2 綜合發(fā)展指數(shù) 綜合發(fā)展指數(shù)常由指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值和權(quán)重計(jì)算得出,具體計(jì)算公式如下:

式中:表示子系統(tǒng);()為子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù);為各子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo),為子系統(tǒng)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量;為年份;為地區(qū);w為指標(biāo)權(quán)重;r為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值.(1)、(2)、(3)分別表示水資源子系統(tǒng)、能源子系統(tǒng)、糧食子系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù);為復(fù)合系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù);、、表示3個(gè)子系統(tǒng)對(duì)地區(qū)發(fā)展的重要程度,本研究考慮到3個(gè)子系統(tǒng)具有同等重要性,故取===1/3.

1.2.3 耦合協(xié)調(diào)度模型 “耦合協(xié)調(diào)”表示不同系統(tǒng)的和諧有序發(fā)展,強(qiáng)調(diào)不同系統(tǒng)之間的良性相互作用,耦合協(xié)調(diào)度是對(duì)此種良性作用的度量[32].水-能源-糧食系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度反映了3個(gè)子系統(tǒng)的和諧發(fā)展程度,表征出復(fù)合系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性.耦合協(xié)調(diào)度模型的構(gòu)建方式如下:

式中:為耦合協(xié)調(diào)度,是對(duì)3個(gè)系統(tǒng)間良性耦合強(qiáng)弱的度量,∈[0,1].

依據(jù)耦合協(xié)調(diào)度的大小可對(duì)水-能源-糧食系統(tǒng)所處的耦合協(xié)調(diào)階段進(jìn)行判斷[33].

1.2.4 地理加權(quán)回歸模型 中國(guó)西部地區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、資源稟賦等存在空間差異,運(yùn)用傳統(tǒng)回歸模型對(duì)水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的影響因素進(jìn)行分析,只能得到整體區(qū)域的回歸系數(shù)均值,不能反映出各影響因素在不同條件下的局部空間特征.地理加權(quán)回歸模型(GWR)是一種修正過(guò)的局部空間統(tǒng)計(jì)回歸模型,該模型可以將各樣本點(diǎn)的局部空間地理坐標(biāo)引入回歸模型中,通過(guò)建立區(qū)域內(nèi)各樣本點(diǎn)的局部回歸方程,來(lái)探索被各要素在不同地理位置上的空間非平穩(wěn)性和異質(zhì)性,更有助于總結(jié)西部水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的時(shí)空特征[34].本研究在使用GWR之前,先運(yùn)用傳統(tǒng)回歸模型中的普通最小二乘法回歸模型(OLS)來(lái)判斷所選取的解釋變量是否存在冗余變量,并將GWR與OLS的估計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較,以判斷GWR模型的合理性.地理加權(quán)回歸模型形式如下:

式中:y為地區(qū)的被解釋變量;0為截距;(ρ,ζ)為地區(qū)的空間地理坐標(biāo);為解釋變量,為其上限值;z為地區(qū)的第個(gè)解釋變量;δ(ρ,ζ)為第個(gè)解釋變量在地區(qū)的回歸系數(shù);ε為隨機(jī)誤差項(xiàng).

表2 耦合協(xié)調(diào)階段判別標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 水-能源-糧食系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)分析

由圖2a可知,中國(guó)西部地區(qū)水資源子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)的南北地區(qū)差異非常明顯,呈現(xiàn)出明顯的“南高北低”的階梯式空間特征.重慶、四川、云南、貴州、廣西等西南地區(qū)的綜合發(fā)展指數(shù)較高,而甘肅、寧夏、新疆等西北地區(qū)的綜合發(fā)展指數(shù)較低.在時(shí)間發(fā)展上,2005～2018年西部各地區(qū)水資源子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)均呈現(xiàn)不同程度的增長(zhǎng),其中西南地區(qū)由0.391增長(zhǎng)到0.478,增長(zhǎng)幅度為22.25%,西北地區(qū)由0.262增長(zhǎng)到0.341,增長(zhǎng)幅度為30.15%,上升幅度最大的為寧夏回族自治區(qū),由0.127增長(zhǎng)到0.251,增長(zhǎng)了近1倍,經(jīng)調(diào)查,這與寧夏水權(quán)轉(zhuǎn)換實(shí)踐水生態(tài)保護(hù)等政策的實(shí)施有著密切的關(guān)系[35].內(nèi)蒙古的綜合發(fā)展指數(shù)上升幅度也超過(guò)了50%,上升幅度為西部第二,由2005年的0.257增長(zhǎng)到2018年的0.390,近幾年內(nèi)蒙古的節(jié)水和限制高耗水產(chǎn)業(yè)等政策的實(shí)施對(duì)用水效率和用水結(jié)構(gòu)的改善有著重要影響[36].

由圖2b可知,西北和西南地區(qū)作為我國(guó)兩大重要能源基地,能源工業(yè)已成為新疆、云南等地的重要支柱產(chǎn)業(yè),研究時(shí)段內(nèi),西南地區(qū)的能源子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)由0.297增長(zhǎng)到0.429,西北地區(qū)由0.271增長(zhǎng)到0.373,增長(zhǎng)幅度均超過(guò)30%.陜西、四川長(zhǎng)期處于綜合發(fā)展指數(shù)較高的區(qū)域,而青海、寧夏、新疆的能源子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)增長(zhǎng)較為緩慢,3個(gè)地區(qū)從2005～2018年的增長(zhǎng)幅度均低于30%.陜西和內(nèi)蒙古是礦業(yè)大省,能源自給率較高,云南和四川的水能豐富,水力發(fā)電占比較高,水力發(fā)電量位居全國(guó)前二,較為明顯的能源儲(chǔ)量或利用優(yōu)勢(shì)使這4個(gè)地區(qū)的能源子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)均位于西部前列.新疆和寧夏等地區(qū)雖石油等能源儲(chǔ)量豐富,但高耗能產(chǎn)業(yè)多,能源利用效益差,導(dǎo)致它們的能源子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)并不高.

糧食子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)南北地區(qū)差異較小,且長(zhǎng)期具有快速發(fā)展的趨勢(shì),在研究時(shí)段內(nèi),西南地區(qū)由0.256增長(zhǎng)到0.444,增長(zhǎng)幅度達(dá)73.44%,西北地區(qū)由0.278增長(zhǎng)到0.443,增長(zhǎng)幅度達(dá)59.35%(圖2c).河西走廊,天山南北麓綠洲,河套平原和塔里木綠洲作為西北地區(qū)的產(chǎn)糧區(qū)整體促進(jìn)了西北地區(qū)糧食子系統(tǒng)的快速發(fā)展,內(nèi)蒙古是西北地區(qū)商品糧基地之一,其糧食系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)從2005～2018年均為西北地區(qū)最高.西南地區(qū)的四川、云南、廣西作為國(guó)家糧食交易大省,憑借農(nóng)業(yè)機(jī)械化、糧食單位面積產(chǎn)量等生產(chǎn)和產(chǎn)出水平的提高,糧食系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)一直在均勻而快速地增長(zhǎng),有效促進(jìn)了西部整個(gè)地區(qū)糧食子系統(tǒng)的發(fā)展?jié)摿?

南北地區(qū)復(fù)合系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)還存在著較大的差異,研究時(shí)段內(nèi),西南地區(qū)由0.315增長(zhǎng)到0.450,西北地區(qū)由0.270增長(zhǎng)到0.385,南北增長(zhǎng)幅度較為接近,均為42%左右(圖2d).可將西部復(fù)合系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)分為兩個(gè)梯隊(duì),一是處于較低梯隊(duì)的甘肅、寧夏和新疆,3個(gè)地區(qū)因水資源和能源子系統(tǒng)的發(fā)展限制導(dǎo)致該地區(qū)復(fù)合系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)均低于0.350;二是處于較高梯隊(duì)的西南五省與西北的陜西、青海、內(nèi)蒙古,8個(gè)地區(qū)復(fù)合系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)相對(duì)較高,與甘肅、寧夏和新疆相比可進(jìn)入較高的發(fā)展梯隊(duì),且該梯隊(duì)中的省份各子系統(tǒng)的發(fā)展都相對(duì)較為均衡(圖3).

圖3 中國(guó)西部水-能源-糧食系統(tǒng)的擬合發(fā)展趨勢(shì)

如圖3所示, 西部地區(qū)水、能源、糧食3個(gè)子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)均呈波動(dòng)上升趨勢(shì).其中水資源子系統(tǒng)發(fā)展極其不穩(wěn)定,2009年之前變化幅度較大,但高于能源與糧食子系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù),2009～ 2018年間波動(dòng)性較小,但總體發(fā)展低于能源和糧食子系統(tǒng).能源子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)穩(wěn)中有升,一直介于糧食和水資源子系統(tǒng)發(fā)展之間,在2013年后發(fā)展趨于平緩,2018年后其發(fā)展不夠樂(lè)觀.糧食子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)2010年前處于較低發(fā)展水平,但總體發(fā)展較快,雖2015～2016年綜合發(fā)展指數(shù)也有所下降,但發(fā)展趨勢(shì)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于能源和水資源子系統(tǒng).復(fù)合系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)總體呈穩(wěn)步上升態(tài)勢(shì).通過(guò)對(duì)子系統(tǒng)綜合發(fā)展數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析及實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn),近些年西部大開(kāi)發(fā)和農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革相關(guān)政策的實(shí)施對(duì)西部耕地面積、糧食產(chǎn)量等產(chǎn)生了影響[37],讓糧食子系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)產(chǎn)生了小幅波動(dòng),但隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、農(nóng)業(yè)水利設(shè)施等生產(chǎn)投入要素的改善,西部農(nóng)業(yè)正在向高質(zhì)量發(fā)展邁進(jìn),云南、貴州等地也逐漸開(kāi)始因地制宜,發(fā)展特色農(nóng)業(yè),這些都是西部糧食子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)呈現(xiàn)出良好增勢(shì)的重要原因;西部地區(qū)的綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭較為緩慢,導(dǎo)致能源子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)增長(zhǎng)緩慢;水是西部多個(gè)省份的資源短板,尤其是西北地區(qū)水資源稟賦整體較差,用水效益與用水結(jié)構(gòu)的改善雖讓水資源子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)呈上升態(tài)勢(shì),但水資源嚴(yán)重缺乏的自然地理?xiàng)l件導(dǎo)致其綜合發(fā)展指數(shù)普遍低于能源子系統(tǒng)和糧食子系統(tǒng),成為西部地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的短板.

2.2 水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的時(shí)空特征

由表2和表3可知,中國(guó)西部水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度在2005年為0.533,處于協(xié)調(diào)過(guò)渡區(qū)間的勉強(qiáng)耦合協(xié)調(diào)階段,在2013年達(dá)到0.605,達(dá)到協(xié)調(diào)發(fā)展區(qū)間的初級(jí)耦合協(xié)調(diào)階段,2005～2018年總體上升幅度為20.04%.從時(shí)空分布來(lái)看,西部各省份水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度均表現(xiàn)為波動(dòng)上升,涉及的階段包括瀕臨失調(diào)衰退、勉強(qiáng)耦合協(xié)調(diào)、初級(jí)耦合協(xié)調(diào).2005年西部全部地區(qū)都處于協(xié)調(diào)過(guò)渡區(qū)間,勉強(qiáng)耦合協(xié)調(diào)省份占比最高,達(dá)到72.73%, 2010年四川、云南、廣西、陜西、青海、內(nèi)蒙古6個(gè)省區(qū)率先入?yún)f(xié)調(diào)發(fā)展區(qū)間,初級(jí)耦合協(xié)調(diào)開(kāi)始占據(jù)主導(dǎo)地位,占比54.55%,2013～2018年,除甘肅、寧夏、新疆外的西部其他地區(qū)都進(jìn)入了協(xié)調(diào)發(fā)展區(qū)間中的初級(jí)耦合協(xié)調(diào)階段.2005～2018年西南地區(qū)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度總體高于西北地區(qū),西南地區(qū)在2012年已達(dá)到0.616,進(jìn)入初級(jí)耦合協(xié)調(diào)階段,而西北地區(qū)直至2017年才開(kāi)始進(jìn)入初級(jí)耦合協(xié)調(diào)階段.在地區(qū)發(fā)展階段劃分上,2018年西南各地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度均高于0.650,尤其是四川與云南已增長(zhǎng)至0.685以上,接近中級(jí)耦合協(xié)調(diào)階段,而西北地區(qū)除陜西、內(nèi)蒙古和青海高于0.650,其他地區(qū)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度普遍偏低,僅0.560左右,處于初級(jí)耦合協(xié)調(diào)階段.

水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的演化與各地區(qū)的資源稟賦、資源利用效率和資源利用結(jié)構(gòu)等有關(guān)[38].研究時(shí)段初期,四川、廣西、陜西和青海等地的水資源和能源稟賦存在較大優(yōu)勢(shì),使得它們的水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度較高,但隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展,資源的合理配置、綠色利用和集約化生產(chǎn)等重要性逐漸凸顯,由于水資源與能源利用效率偏低、第一和第二產(chǎn)業(yè)耗水與耗能比例較高及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件改善緩慢等原因,廣西和青海的耦合協(xié)調(diào)度增長(zhǎng)速度逐漸變緩.研究時(shí)段初期,云南地區(qū)的恩格爾系數(shù)較高,農(nóng)村地區(qū)開(kāi)展農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等條件有限,隨著生產(chǎn)與生活條件的改善,云南的水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度得到快速提升.內(nèi)蒙古是我國(guó)產(chǎn)能和產(chǎn)糧大區(qū),水資源需求量大,水資源政策規(guī)制的不斷出臺(tái)實(shí)施優(yōu)化了當(dāng)?shù)氐挠盟Y(jié)構(gòu),緩解了當(dāng)?shù)厮Y源系統(tǒng)的壓力[39],促進(jìn)了水-能源-糧食系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展,但該地區(qū)仍存在用水效益低、清潔能源生產(chǎn)與消費(fèi)比例低及高耗能產(chǎn)業(yè)多等影響水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的問(wèn)題.2005～2018年,重慶和貴州的水資源開(kāi)發(fā)利用率逐漸降低,水資源生態(tài)得到了一定的保護(hù),水資源子系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)向好,但由于技術(shù)、地形等因素,兩個(gè)地區(qū)的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展受到了一定阻礙[40],糧食產(chǎn)量處于較低水平,兩個(gè)地區(qū)的糧食子系統(tǒng)始終面臨著較大壓力,重慶地區(qū)由于能源自給率低,人均能源消耗量高等原因,其能源子系統(tǒng)也阻礙了復(fù)合系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展.甘肅、寧夏和新疆的水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度在研究時(shí)段內(nèi)與西部其它地區(qū)差距明顯,這與當(dāng)?shù)氐乃Y源和能源子系統(tǒng)綜合發(fā)展指數(shù)較低密切相關(guān),這類(lèi)地區(qū)屬于干旱且經(jīng)濟(jì)較為落后的民族地區(qū),雖能源資源儲(chǔ)量較為豐富,但能源產(chǎn)業(yè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式過(guò)于粗放,嚴(yán)重影響了水-能源-糧食系統(tǒng)的穩(wěn)定協(xié)調(diào)發(fā)展.

表3 中國(guó)西部地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度

注:本文中的中國(guó)西部地區(qū)包括11個(gè)省(市、自治區(qū)),分別為西南區(qū)的重慶市、四川省、貴州省、云南省、陜西省、廣西壯族自治區(qū)和西北區(qū)的甘肅省、青海省、寧夏回族自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū)、內(nèi)蒙古自治區(qū).

2.3 水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的影響因素分析

基于DPSIR模型設(shè)定的系統(tǒng)邊界,居民消費(fèi)水平、人均GDP、人口規(guī)模、城鎮(zhèn)化水平作為驅(qū)動(dòng)力對(duì)水、能源、糧食子系統(tǒng)的發(fā)展均有驅(qū)動(dòng)作用,地方財(cái)政環(huán)保投入、R&D經(jīng)費(fèi)投入作為響應(yīng)措施對(duì)水、能源、糧食子系統(tǒng)的發(fā)展均有調(diào)節(jié)作用,且這6項(xiàng)要素可通過(guò)人類(lèi)活動(dòng)進(jìn)行干預(yù)調(diào)整,因此研究選用這6項(xiàng)要素作為水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的影響因素.各因素從水、能源、糧食的消費(fèi)結(jié)構(gòu)、消費(fèi)量、利用效率、污染治理等方面對(duì)水-能源-糧食系統(tǒng)產(chǎn)生具體的影響.居民消費(fèi)水平的提升能夠影響水、能源、糧食的消費(fèi)量和消費(fèi)結(jié)構(gòu),從而影響水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度.人均GDP與地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)水平有較大關(guān)聯(lián),經(jīng)濟(jì)是催促產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基本動(dòng)力,經(jīng)濟(jì)水平的提高會(huì)造成資源的大量消耗,但同時(shí)也會(huì)為各產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供資本,進(jìn)而改善各產(chǎn)業(yè)水、能源等資源的利用效率,水-能源-糧食系統(tǒng)受到了經(jīng)濟(jì)的雙向影響.人口的增長(zhǎng)一方面帶來(lái)了勞動(dòng)力,另一方面也帶來(lái)了大量水、能源、糧食等資源的消耗.城鎮(zhèn)化的發(fā)展可以加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)維護(hù),改善資源使用效率,但同時(shí)也會(huì)造成農(nóng)村勞動(dòng)力尤其是年輕勞動(dòng)力的流失,在農(nóng)業(yè)集約化發(fā)展水平較低的地區(qū)會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力不足.環(huán)保投入和科技研發(fā)投入對(duì)于多樣化治理水、能源、糧食系統(tǒng)中產(chǎn)生的空氣、水及土壤污染具有重要作用,是保證水-能源-糧食系統(tǒng)不斷演化可持續(xù)發(fā)展的重要保障.

以地區(qū)居民消費(fèi)水平(Con)、人均GDP(Per)、人口規(guī)模(Pop)、城鎮(zhèn)化水平(Urb)、地方財(cái)政環(huán)保投入占比(Env)、R&D投入強(qiáng)度(Res)等6個(gè)因素作為解釋變量,水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度為被解釋變量.首先選用普通最小二乘法回歸模型(OLS)進(jìn)行變量的多重共線(xiàn)性檢驗(yàn),檢驗(yàn)結(jié)果表明城鎮(zhèn)化水平和人均GDP的方差膨脹因子(VIF)均大于7.5,通過(guò)逐步回歸剔除人均GDP和城鎮(zhèn)化水平2個(gè)變量后,可得到最小二乘法回歸模型估計(jì)下的2為0.683,調(diào)整2為0.562,AICc信息準(zhǔn)則值為91.965,4個(gè)解釋變量的方差膨脹因子均低于7.5,說(shuō)明解釋變量不存在嚴(yán)重的多重共線(xiàn)性問(wèn)題,變量設(shè)置較為合理.為解決帶有空間位置屬性數(shù)據(jù)的擬合問(wèn)題,依據(jù)西部11個(gè)地區(qū)的水-能源-糧食系統(tǒng)具有的時(shí)空特征,再次使用相同變量構(gòu)建地理加權(quán)回歸模型,模型采用“ADAPTIVE”核函數(shù)的AICc方法.計(jì)算出地理加權(quán)回歸模型的2為0.844,調(diào)整2為0.736,AICc值為42.278,各區(qū)域局部回歸模型標(biāo)準(zhǔn)化殘差位于[-2.242,1.979]內(nèi),對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化殘差進(jìn)行空間自相關(guān)性檢驗(yàn),可得到水-能源-糧食系統(tǒng)的Moran指數(shù)均值為0.016,值為0.183,標(biāo)準(zhǔn)化殘差在空間上呈完全隨機(jī)分布狀態(tài),表明GWR模型整體擬合效果較好,且擬合優(yōu)度大于最小二乘法模型,故選取地理加權(quán)回歸模型進(jìn)行影響因素分析.兩個(gè)模型的計(jì)算結(jié)果如表4所示.

表4 OLS與GWR回歸估計(jì)結(jié)果

注:***、**和*分別表示在0.01、0.05、0.1的水平下顯著.

表4中所示的居民消費(fèi)水平、人口規(guī)模因素對(duì)西部不同地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度表現(xiàn)出了正、負(fù)兩種影響效應(yīng),地方財(cái)政環(huán)保投入占比和R&D投入強(qiáng)度對(duì)西部地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度呈正向效應(yīng).從各解釋變量回歸系數(shù)絕對(duì)值的平均值來(lái)看,影響程度由大到小依次為居民消費(fèi)水平、人口規(guī)模、地方財(cái)政環(huán)保投入占比、R&D投入強(qiáng)度.為反映各解釋變量對(duì)水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度影響程度的空間異質(zhì)性,采用自然斷點(diǎn)法對(duì)4個(gè)解釋變量的回歸系數(shù)進(jìn)行劃分,回歸系數(shù)的空間分布特征見(jiàn)圖4.

由圖4a可知,居民消費(fèi)水平回歸系數(shù)在空間上表現(xiàn)出“北正南負(fù)”的特征.內(nèi)蒙古、甘肅、寧夏、陜西和云南的水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度受居民消費(fèi)水平的影響較大.居民消費(fèi)水平對(duì)甘肅、內(nèi)蒙古、寧夏、陜西等西北省份的水-能源-糧食系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展具有一定促進(jìn)作用,反之對(duì)重慶、云南等西南省份的水-能源-糧食系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展存在抑制作用.這與西部南北方人群的消費(fèi)水平和特征有關(guān),消費(fèi)水平的提高和物質(zhì)性需求的增加,都會(huì)使農(nóng)業(yè)和工業(yè)中水、能源的消耗量快速增加[41].居民消費(fèi)水平在一定程度上反映了該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r,良好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件可為本地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)帶來(lái)更多的資金支持.

由圖4b可知,人口規(guī)?；貧w系數(shù)也呈現(xiàn)“北正南負(fù)”的空間演變趨勢(shì).中國(guó)西北地區(qū)疆域遼闊,由于自然地理?xiàng)l件的限制,人口密度低,在東部強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)集聚效應(yīng)下,西北地區(qū)大量人員向東南部遷移,致使西北人口規(guī)模增長(zhǎng)非常緩慢,進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平較低的西北地區(qū)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)人口不足[42],一定程度上阻礙了水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展.反之,西南地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展促進(jìn)了人口數(shù)量的增長(zhǎng),在增加了水、能源、糧食等生活基礎(chǔ)資源消耗的同時(shí),也為該地區(qū)提供了更多的勞動(dòng)力.人均教育水平不斷提升,高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng),都較快地促進(jìn)了西南地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展速度.此外,西南地區(qū)人口規(guī)模遠(yuǎn)高于西北地區(qū),城鄉(xiāng)人口雙向流動(dòng)性較大和農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展都有效補(bǔ)償了人口規(guī)模因素對(duì)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度產(chǎn)生的負(fù)面影響.

基于自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站GS(2016)1580號(hào)標(biāo)準(zhǔn)地圖制作,底圖邊界無(wú)修改

由圖4c可知,地方財(cái)政環(huán)保投入占比的回歸系數(shù)由北向南逐漸增大,形成“北低南高”的空間特征.我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式逐漸向現(xiàn)代化邁進(jìn),但鄉(xiāng)村地區(qū)的生產(chǎn)環(huán)境仍存在較大差異.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)藥、化肥使用量多,有效利用率低,大量農(nóng)用物質(zhì)殘留物隨降雨滲入土壤和水流,造成土壤和水體質(zhì)量嚴(yán)重下降.另外,農(nóng)作物秸稈的焚燒堆放、農(nóng)村生活垃圾的填埋焚燒和養(yǎng)殖廢棄物的任意排放等均是西部農(nóng)村面源污染不斷擴(kuò)大的原因[43],地方財(cái)政環(huán)保投入成為西部地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的重要手段.西北地區(qū)氣候干旱,生態(tài)環(huán)境承載力相對(duì)較低,只開(kāi)發(fā)不治理引起了大量土地荒漠化.西南地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí),部分能耗高、污染大的產(chǎn)業(yè)被轉(zhuǎn)移到西北偏遠(yuǎn)地區(qū),造成西北地區(qū)以勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)和原材料加工業(yè)為主的發(fā)展格局[44].四川、重慶、廣西等工業(yè)較發(fā)達(dá)地區(qū),工業(yè)廢水、廢氣、煙塵排放量曾位于全國(guó)前列,通過(guò)較大的環(huán)保財(cái)政投入有效解決了水-能源-糧食系統(tǒng)發(fā)展過(guò)程中產(chǎn)生的污染防治問(wèn)題.

由圖4d可知,R&D投入強(qiáng)度對(duì)西部地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)度的影響由南向北逐漸增加.干旱缺水對(duì)新疆、甘肅、寧夏的農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型和鄉(xiāng)村振興都形成了較大阻礙,農(nóng)業(yè)環(huán)境難以滿(mǎn)足水稻等農(nóng)作物種植所需條件,通過(guò)R&D投入推動(dòng)現(xiàn)代生物技術(shù)、新型作物栽培技術(shù)、節(jié)水灌溉技術(shù)等農(nóng)業(yè)科技項(xiàng)目的開(kāi)展,西北地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展滯后的局面有所改觀[45].科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步能讓農(nóng)業(yè)和工業(yè)的生產(chǎn)方式和生產(chǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變,從而提高資源利用效率.西北地區(qū)的石油、煤炭等屬于一次性能源,石油化工和火力發(fā)電等屬于高耗水行業(yè),這對(duì)以能源工業(yè)為支柱產(chǎn)業(yè)但水資源量嚴(yán)重缺乏的西北部分城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展都會(huì)帶來(lái)較大的影響,且石油、煤炭等資源在生產(chǎn)使用過(guò)程中易產(chǎn)生生態(tài)環(huán)境污染問(wèn)題,亟需科技引領(lǐng)開(kāi)發(fā)和利用更多的清潔與可再生能源,為西部社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新動(dòng)能.

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

中國(guó)西部地區(qū)水、能源和糧食子系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)均低于0.550,其中,糧食子系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)較好且地區(qū)差異較小,水資源與能源子系統(tǒng)的綜合發(fā)展指數(shù)呈“南高北低”的階梯式空間特征,兩者是西部地區(qū)水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的短板.

2005年處于勉強(qiáng)耦合協(xié)調(diào)階段的省份居多,2010年后大部分地區(qū)開(kāi)始進(jìn)入初級(jí)耦合協(xié)調(diào)階段.甘肅、寧夏和新疆的水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度與西部其它地區(qū)差異明顯,在2018年仍低于0.600,耦合協(xié)調(diào)發(fā)展階段存在滯后性.

水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度的影響因素在影響程度和影響效果上存在明顯的空間差異,居民消費(fèi)水平的影響程度最大,在空間上呈現(xiàn)出“北正南負(fù)”的特征;R&D投入的影響相對(duì)較低,在空間上呈現(xiàn)出“北高南低”的特征.

3.2 建議

應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注對(duì)西部水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度影響較大的水資源子系統(tǒng),加大環(huán)保治理投入和節(jié)水技術(shù)應(yīng)用,保護(hù)水質(zhì),提高水資源的有效利用率.通過(guò)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變產(chǎn)業(yè)發(fā)展方式來(lái)減少地區(qū)對(duì)稀缺資源的依賴(lài)性,尤其是在水資源缺乏的西北地區(qū),需減少能源與糧食子系統(tǒng)對(duì)水資源的競(jìng)爭(zhēng),調(diào)整能源與糧食系統(tǒng)發(fā)展中的水資源消耗方式.在農(nóng)作物種植時(shí)考慮水資源、土地等條件對(duì)糧食品種進(jìn)行合理選擇,同時(shí),逐步調(diào)整能源生產(chǎn)與消費(fèi)結(jié)構(gòu),減少糧食產(chǎn)業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)對(duì)水資源的高消耗,緩解區(qū)域水資源壓力,以保證區(qū)域內(nèi)水-能源-糧食系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展.

對(duì)水-能源-糧食系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度較低的甘肅、寧夏、新疆等偏遠(yuǎn)地區(qū),加大基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的投資力度,減少各子系統(tǒng)間發(fā)展的不平衡性.西部能源資源賦存富有,但利用效益不高,資源優(yōu)勢(shì)未充分發(fā)揮,各地區(qū)仍需在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的前提下突出利用自身能源優(yōu)勢(shì),通過(guò)豐富的風(fēng)能、光能和水能讓西部逐步成為我國(guó)能源經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要地區(qū).高科技智能技術(shù)的利用對(duì)有效改善西部地區(qū)自然條件、勞動(dòng)力、經(jīng)濟(jì)水平等方面的限制具有重要的作用,隨著新時(shí)代西部大開(kāi)發(fā)新格局的推進(jìn),可加大智慧農(nóng)業(yè)等科技成果的應(yīng)用,加快西部特色農(nóng)業(yè)的發(fā)展.

制定西部整個(gè)區(qū)域資源系統(tǒng)的管理發(fā)展策略時(shí),應(yīng)將水、能源、糧食等多個(gè)資源系統(tǒng)同時(shí)考慮,避免出現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)另一個(gè)系統(tǒng)造成較大損傷,不同資源系統(tǒng)的管理者需在利益不同的狀態(tài)下以資源、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境整體的可持續(xù)發(fā)展為共同目標(biāo),彼此協(xié)調(diào)制定合適的資源系統(tǒng)綜合管理發(fā)展策略.首先,加強(qiáng)各部門(mén)的規(guī)劃和政策論證的有效銜接,充分協(xié)調(diào)能源產(chǎn)業(yè)、水資源管理和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等多部門(mén)的目標(biāo)協(xié)同,對(duì)不合理的政策目標(biāo)及時(shí)調(diào)整;其次,加強(qiáng)各主管部門(mén)的溝通和合作,運(yùn)用信息技術(shù)促進(jìn)各類(lèi)資源信息共享;最后,深入探索和創(chuàng)新西部資源轉(zhuǎn)換交易方式,評(píng)估、檢測(cè)該系統(tǒng)的資源開(kāi)發(fā)利用保護(hù)的實(shí)際協(xié)同情況,探索適宜西部生態(tài)發(fā)展的資源協(xié)同管理措施.

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Research on the coupling coordination of water-energy-food system and its temporal and spatial characteristics.

ZHANG Ning1*, YANG Xiao1, CHEN Tong2

(1.School of Management, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China；2.Xinjiang Academy of Agricultural Sciences, Urumqi 830091, China)., 2022,42(9)：4444～4456

Based on the comprehensive development evaluation of water-energy-food system in western China from 2005 to 2018, the spatio-temporal characteristics and influencing factors of the coupling coordination degree of water-energy-food system are empirically studied by using the coupling coordination degree model and geographical weighted regression model. The results show that: (1) The overall development index of the water-energy-food system and its subsystems in western China shows a fluctuating upward trend. Among them, the water and energy subsystems lagged behind the food subsystem for a long time after 2011, becoming the shortcomings of the coupled and coordinated development of the water-energy-food system in the western region. (2) From 2005 to 2018, the coupling coordination degree of water-energy-food system in western China has entered the primary coupling coordination stage from barely coupling coordination, and the coupling coordination degree shows the spatial and temporal characteristics of "high in the south and low in the north". (3) The level of population consumption and population size have a positive influence on the system coupling coordination in northwest China, such as Gansu and Inner Mongolia, and a negative influence on southwest China, such as Chongqing and Yunnan, with the spatial characteristics of " positive in the north and negative in the south ". The degree of influence of local financial investment in environmental protection gradually increases from north to south, and the system coupling coordination degree of Guangxi, Guizhou, Sichuan and Shaanxi is most influenced by this factor. The spatial characteristics of "high in the north and low in the south" are shown in the degree of influence of R&D investment on the system coupling coordination. Based on the results of the above analysis, the study proposes a regional resource management approach under the perspective of joint development of multiple resource systems to reduce the dependence on limited resources among them. Factors such as population size and investment in environmental protection science and technology are improved to build a coordinated development strategy of coupled water-energy-food system with western regional characteristics, reflecting resource advantages and being competitive.

Western China；water-energy-food system；coupling coordination；influence factors

X24;TV213.4;F326.11

A

1000-6923(2022)09-4444-13

張 寧(1974-),女,新疆烏魯木齊人,教授,博士,主要從事資源與環(huán)境管理、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展研究.發(fā)表論文50余篇.

2022-02-22

國(guó)家社科基金資助項(xiàng)目(20BGL188);國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71933005)

*責(zé)任作者, 教授, hdzhangning@126.com