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中国粮食主产区粮食生产、经济发展和生态保护的时空耦合

周扬1 , 虞思佳2 , 俞紫嫣2

1. 中国人民大学农业与农村发展学院, 北京 100872;2. 中国人民大学应用经济学院, 北京 100872

摘要: 粮食生产事关国计民生, 粮食主产区作为国家粮食稳产保供的"压舱石", 对保障国家粮食安全具有重要作用。学界围绕主产区粮食生产与经济发展的关系开展了大量研究, 但少有研究关注主产区粮食生产、经济发展与生态保护之间的关系。基于粮食主产区2000-2020年1265个县域单元的粮食生产、社会经济、生态保护、自然环境等数据, 采用空间分析技术、耦合协调度模型和地理探测器模型, 在系统分析主产区粮食生产、经济发展和生态保护时空格局演变特征的基础上, 探究主产区粮食-经济-生态系统的时空耦合规律, 并探测其主要驱动力。结果表明: ①过去20年, 主产区粮食生产、经济发展、生态保护均取得了较大成就, 但后十年粮食增产、经济增速有所减缓, 部分地区生态系统出现"退化"现象; 主产区粮食生产重心向东北方向移动了288公里。②主产区粮食生产呈现东北三省和中部传统农区高、西部地区低的空间格局, 经济发展水平呈现自东向西逐渐递减的梯度规律, NDVI呈现"南高北低、东高西低"分布格局。③研究期内主产区粮食-经济-生态系统的耦合协调度不断提升, 但过去5年有所下降。④主产区粮食-经济-生态系统的耦合协调关系受多重因素共同作用, 双因子交互驱动力大于单因子作用, 交互作用类型以双因子非线性增强为主。研究结果有望为国家粮食安全战略和乡村振兴战略决策提供理论依据和实践支撑。

关键词: 粮食主产区    粮食生产    经济发展    生态保护    耦合协调    

民以食为天, 国以粮为安, 粮安则天下安。粮食安全是“国之大者”, 是实现经济发展、社会稳定和国家安全的重要基础, 是关系国计民生的重大问题, 始终受到各国政府和国际社会的高度关注[1]。中国是世界上最大的发展中国家, 也是全球最重要的粮食生产大国, 用世界上不到7%的耕地养活着世界上21%的人口[2]。中国依靠自己的力量解决14亿多人口的吃饭问题, 把中国人的饭碗牢牢端在自己手中, 为维护世界粮食安全作出了重大贡献。2023年, 中国粮食总产量为6954.1亿kg, 连续9年稳定在5000亿kg以上, 粮食生产实现“二十年丰”, 人均粮食占有量达493 kg, 远高于国际公认的400 kg粮食安全线, 谷物基本自给、口粮绝对安全[3]。

自新中国成立以来, 党和政府始终将粮食安全置于重要战略地位。为保障国家粮食安全, 中国政府采取了土地改革、农业合作化、家庭联产承包责任制、建立粮食储备和管理制度、设立粮食主产区、实施农业支持保护政策及粮食安全保障立法等措施[4]。随着时间推移, 我国粮食安全保障的目标、范围和方式不断调整[5]。其中, 2003年划定的13个粮食主产区(下称“主产区”)在保障国家粮食安全中发挥了重要“压舱石”作用[6]。主产区的设立有利于集聚资源，要素加大对主产区投入, 提升主产区粮食综合生产能力。然而, 由于粮食生产的正外部性和资源占用, 产量大县非农产业发展受限, 经济发展滞后, 财政困窘, “粮财倒挂”问题突出[7]。部分产量大县陷入了“粮食贡献越大, 财政收入越少, 农民收入越低, 经济越落后”的恶性循环, 削弱了地方政府抓粮和农民种粮的积极性, 给国家粮食安全带来隐患[8]。

当前, 世界正经历百年未有之大变局加速演进, 全球进入动荡变革期, 保护主义和单边主义不断抬头, 大国博弈愈演愈烈。与此同时, 随着生活水平提升和消费结构升级, 中国居民消费需求日益呈现多元化和健康化趋势[9]。在这一背景下, 粮食主产区在保障国家粮食安全和多元食物供给中的作用日益凸显。然而, 我国粮食供需区域不平衡的问题日益突出, 主产区资源环境约束日益趋紧, 粮食增产能力逼近极限, 增产难度不断加大。如何统筹协调好主产区粮食生产、经济发展和生态保护成为各界关注的焦点。学界围绕主产区耕地利用效率[10]、耕地撂荒[11]、农业绿色发展[12]、耕地污染[13]、规模化经营与农民增收[14]、农民种粮意愿[15]、利益补偿机制[16]等方面开展了大量研究。有研究认为, 主产区耕地利用效率呈波动下降趋势[17], 但也有研究认为总体呈上升趋势, 整体效率不高[10]。黑龙江、吉林、辽宁、河北等主产区耕地理论生产潜力是实际生产能力的1.56倍[18]。近年来, 受人口老龄化、劳动力外流、农民种粮收益偏低等因素影响, 主产区5.85%的耕地撂荒, 导致粮食减产4.69%[11]。此外, 主产区土地规模化经营程度不高、科技贡献不足、农业劳动力老龄化等问题突出[7]。主产区农村人口老龄化速度更快、老年抚养比更重, 对粮食生产影响显著[19]。但也有研究认为农村劳动力外流对粮食主产区和产销平衡区的粮食产量没有显著影响[20]。种粮效益具有明显区域异质性, 东部地区和粮食主销区种粮效益高于中西部地区和粮食主产区、产销平衡区[21]。

粮食生产被普遍认为是主产区经济发展滞后的主要原因。尽管主产区在粮食增产速度、增产贡献和生产地位上优于主销区和产销平衡区, 但其经济增长、财政收入和社会发展水平明显落后[22]。例如, 1994年至2020年, 主产区地方财政收入增长了38.64倍, 低于主销区的48.49倍和产销平衡区的42.20倍[3]。主产区多属于限制开发区域, 工业化和城镇化发展受限, 主要原因在于严格的耕地保护制度、粮食生产约束等政策限制, 使得主产区的社会经济发展呈现萎缩态势, 进而加剧了粮食安全风险、水土资源错配和区域发展不平衡问题[23—24]。自1978年改革开放以来, 主产区的粮食重心整体上向东北方向移动, 粮食生产与经济发展的协调度逐渐减弱, 东部和东南沿海地区协调度有所改善, 而东北和中部主产区的协调度则下降[25—26]。目前, 主产区“三生”发展(生产、生活、生态)仍处于初级协调演化阶段[27]。主产区与主销区之间的经济发展差距逐年扩大, 这一现象主要源于主产区承担了过多的粮食生产义务, 导致失去发展其他产业的机会[28]。不完善的国家粮食政策和产销区补偿机制被认为是导致这一差距持续扩大的根本原因[23]。如果这种情况长期持续下去, 必然会削弱主产区政府对粮食生产的重视和农民种粮的积极性[29—30]。

粮食生产有助于生态系统保护, 主产区的生态安全对于保障可持续粮食生产至关重要[31—32]。主产区的设立在一定程度上有助于遏制耕地“非粮化”趋势, 减少农业对生态系统的影响[33]。1995—2015年, 全国13个粮食主产区的农业生态安全与粮食安全存在周期性偏离, 耦合协调度较低且空间差异明显[34]。尽管主产区土地生态安全与粮食安全、农业生态环境与农业经济、农业水资源脆弱性与粮食安全的耦合协调度缓慢上升[35—37], 但主产区粮食生产生态效率远低于非期望产出效率, 且整体效率仍然不高, 部分主产区尚未实现高效绿色发展[39]。此外, 主产区的粮食生产状况直接关系到我国粮食整体产能, 影响国家粮食安全, 其安全性主要体现在数量、质量、结构和生态安全等多个维度[7, 40—41]。通过技术进步, 主产区能抑制农业碳排放[42]。高标准农田建设能减轻农业自然灾害的影响, 对非主产区更为明显[43]。数字普惠金融通过激活农业竞争性要素市场和推动农业产业结构升级, 促进主产区农业高质量发展[44]。过去十年来, 粮食主产区农业经济高质量发展水平呈现上升趋势[45]。

综上所述, 现有研究主要聚焦于主产区与非主产区粮食生产和经济发展水平的比较, 主产区社会经济发展滞后的原因, 以及粮食生产与经济发展、生态保护之间的关系。普遍认为, 主产区社会经济发展显著落后于非主产区, 并强调建立利益补偿机制的重要性。关于主产区粮食生产与经济发展的协调性研究仍存在争议, 生态保护的研究多集中在土地生态效应和农业减排方面, 且多为省级层面或单个主产省份, 缺乏县级精细分析。更为关键的是, 现有研究未能将生态保护与粮食安全和经济发展置于同等重要的地位进行综合考量。鉴于此, 本研究基于2000—2020年主产区县级数据, 采用空间分析技术、耦合协调度模型及地理探测器模型, 探讨粮食生产、经济发展和生态保护的时空耦合格局演变特征及其驱动机制。本文的边际贡献在于系统揭示过去20年间主产区粮食生产、经济发展和生态保护的时空耦合关系, 并探讨其驱动机制。研究结果有望为国家有关部门在调整粮食生产策略和制定生态保护决策时提供科学依据。

1 研究方法和数据来源

1.1 研究区概况

粮食主产区包括河北、内蒙古、辽宁等13个省, 覆盖东北平原、黄淮海平原、长江中下游平原等地(图 1)。区内地形平坦、土壤肥沃、气候适宜, 适合种植粮食作物, 粮食产量高且种植比例大, 是保障国家粮食有效供给的关键区域。根据第三次全国国土调查数据显示, 2019年主产区耕地面积达到8736.6万hm2, 占全国耕地总面积的68%。2020年, 主产区粮食产量为5260亿kg, 占全国总产量的近八成, 而7个主销区(包括北京、天津、上海、浙江、福建、广东、海南)仅占全国总产量的4.29%, 需要从主产区调入大量粮食以满足需求。

在社会经济发展方面, 产销区之间的经济发展差距逐渐拉大。2020年, 主产区常住人口达7.97亿人, 占全国总人口的56.52%；城镇化率为62.84%, 虽然高于产销平衡区(56.51%), 但远低于主销区的76.69%。同年, 主销区人均GDP为103588元, 而主产区为66976元, 约为主销区的64.7%。产销区之间的人均GDP绝对差距从2003年划定时的13797元扩大到2020年的36612元。在财政收入方面, 2020年主销区人均财政收入为12720.11元, 而主产区仅为5780.29元, 不到主销区的一半。主销区农村居民人均可支配收入为25708元, 主产区为17246元, 略高于全国平均水平。总体来看, 主产区在人均经济水平上明显落后于主销区, 呈现“产量大省、经济穷省”的突出现象。

主产区的人均公共服务水平明显滞后于主销区, 缩小区域发展差距已成为当务之急。2020年, 主销区的人均公共预算支出为17524.93元, 而主产区仅为13472.61元；在人均一般公共服务支出方面, 主销区为1547.81元, 主产区则为1172.52元。在人均卫生健康支出上, 虽然主产区略高于主销区, 为1545.44元, 而主销区为1209.36元, 但在人均教育支出上, 主产区显著低于主销区, 分别为2174.73元和3071.30元。以上数据凸显了主产区在公共服务领域的显著短板, 表明缩小区域公共服务水平差距刻不容缓。

1.2 研究方法

本研究采用ArcGIS空间分析技术、协同耦合度模型、地理探测器模型, 研究过去20年主产区粮食生产、经济增长和生态保护的时空耦合关系, 并探测其演变的驱动机制。

(1) 耦合协调度模型

耦合协调度(Coupling Coordination Degree, CCD)模型是一种用于分析和评估不同子系统之间的相互作用与协调性的工具, 能够衡量系统内部耦合程度及其协调状况[45]。在本研究中, 主产区的粮食生产、经济发展和生态保护被视为粮食-经济-生态三个相互关联的子系统。为描述这些子系统, 粮食子系统以各县的粮食总产量为指标, 经济子系统用GDP表征, 生态子系统由归一化植被指数(Normal Difference Vegetation Index, NDVI)来表征。由于各子系统的指标单位不同, 本研究采用极值法对各指标进行无量化处理。

粮食-经济-生态系统包含粮食(U1)、经济(U2)和生态(U3)三个系统, 其耦合度(CD)表征三个子系统之间相互作用的强弱, 数值范围介于0—1之间, 值越大表示耦合度越高, 子系统间的离散程度越小。耦合度的计算公式如下：

参考已有研究[45], 本研究将粮食-经济-生态系统的耦合协调度(CCD)划分为5个等级(表 1)。

(2) 地理探测器

地理探测器是一种用于探测空间分布特征及其驱动因子的空间分析方法, 包含因子探测、风险探测、交互探测和生态探测四个子探测器[46]。该模型通过定量评估变量之间的空间一致性来识别驱动因子, 广泛应用于环境科学、地理学和社会经济等领域[47]。地理探测器能处理非线性和复杂的空间关系, 不要求变量间满足特定分布假设, 还能定量评估多个驱动因子的相对重要性, 并处理大规模空间数据, 适用于多种应用场景[46]。本研究采用地理探测器模型来识别影响主产区粮食-经济-生态系统时空耦合的主导因子。核心公式是：

1.3 数据来源

本研究的研究时段为2000年至2020年, 研究单元为13个粮食主产区的县域, 覆盖区、县、县级市等行政单元。全国13个粮食主产区共包含1557个县域单元, 由于个别年份社会经济及粮食生产等数据缺失以及行政区划调整, 最终确定了1265个县域单元作为研究对象, 其中包含585个产量大县。需要说明的是, 根据2009年国务院办公厅印发的《全国新增1000亿斤粮食生产能力规划(2009—2020年)》, 全国有800个产量大县名单, 其中有680个产量大县位于13个粮食主产区。由于资料缺乏, 本研究不包括黑龙江农垦的55个农场, 以及19个因行政区划调整数据确实的区县, 故仅包括585个产量大县。

研究所使用的数据包括社会经济数据、气象数据和归一化植被指数(NDVI)等。社会经济数据(如粮食产量、农作物播种面积、人口、GDP、财政支出、产业增加值等)来自历年《中国县域统计年鉴》和各省的统计年鉴；夜间灯光数据来自国家地球系统科学数据中心(http://www.geodata.cn)；气象数据来自国家气象科学数据中心(http://data.cma.cn)；NDVI数据来自美国航空航天局发布的MOD13A3卫星产品(https://doi.org/10.5067/MODIS/MOD13A3.006), 空间分辨率为1 km×1 km, 时间分辨率为30 d。这些数据为本研究提供了全面且精确的基础, 使得研究能够系统分析粮食主产区在过去20年中的粮食生产、经济增长与生态保护的时空耦合关系及其驱动因素。

2 结果与分析

2.1 粮食主产区经济发展和生态保护时空格局变化

2.1.1 粮食生产时空格局变化

在研究期内(2000—2020年), 主产区的粮食生产能力显著提高, 产量持续增长并表现出明显的空间差异。主产区的粮食总产量从2000年的3250亿kg增至2010年的4570亿kg, 2020年达到5050亿kg, 年均增长率为2.23%。值得注意的是, 前10年的增长幅度是后10年的1.19倍。县均粮食产量从2000年的2.56亿kg增至2010年的3.62亿kg, 2020年进一步提升至3.99亿kg。

从空间分布来看, 粮食产量超过5亿kg的县域比例从2000年的12.09%增至2010年的26.48%, 并在2020年达到28.93%, 这些高产县主要集中在东北、黄淮海平原和长江中下游地区。同时, 产量低于1亿kg的县域比例从2000年的26.40%降至2010年的24.11%, 2020年为23.16%, 这些低产县域主要分布在内蒙古中西部及北部、四川西部等地。此外, 产量在2—5亿kg的县域比例也有所下降, 从2000年的41.02%降至2020年的33.12%(图 2)。

在585个产量大县中, 这些县贡献了主产区约71%至76%的粮食。产量大县的粮食产量从2000年的2320亿kg增至2010年的3480亿kg, 2020年达到3810亿kg, 分别占主产区总产量的71.38%、76.15%、75.45%。这些大县的平均粮食产量从2000年的39.66万t增至2010年的5.94亿kg, 2020年进一步达到6.51亿kg。产量超过5.0亿kg的产量大县数量从2000年138个(占产量大县的23.59%)增至2010年的306个(52.3%), 2020年达到323个(55.2%)。进一步的分析结果显示, 过去20年间, 主产区粮食生产重心不断北移, 2000年位于山东省金乡县, 2020年北移至山东省博兴县, 向东北方向移动了288km(图 1)。

从整体趋势来看, 主产区内75.3%的县域(952个)粮食产量呈增长趋势(斜率大于0), 其中32个县域年增产超过5000万kg。增产速度最快的前5个县域分别是辽宁昌图县(增长速度为1.22亿kg)、黑龙江富锦市(1.15亿kg)和龙江县(1.07亿kg)、内蒙古科尔沁左翼中旗(9400万kg)和扎赉特旗(8800万kg)。与此同时, 313个县域粮食产量呈现下降趋势, 占24.7%, 其中304个县粮食年减产1000万kg以下, 零星分布在中部、南部和西部等地；9个县域年减产超1000万kg。在585个产量大县中, 68个县域产量呈下降趋势、517个县域呈现上升趋势。

2000—2020年, 随着我国产业结构的不断升级以及粮食生产的自然条件、生产经验、农业科技等优势扩大, 主产区粮食产量呈现出波动上升趋势, 粮食生产重心逐渐向主产区转移。主产区在国家粮食安全体系中所扮演的作用也愈发重要。总体来看, 过去20年间, 主产区粮食产量持续增长, 但后十年的增速和增量均较前十年有所减缓。粮食生产逐步集中在产粮大县, 其在全国粮食生产中的比重持续上升, 贡献了全国超过60%的粮食产量, 占主产区产量的75%左右, 成为保障国家粮食安全的核心力量。这一趋势表明, 产量大县在维持国家粮食安全方面的作用愈发关键, 其地位也随之进一步巩固。

2.1.2 经济发展时空格局变化

在过去的20年里, 伴随着我国经济的快速发展, 主产区经济水平也显著提升。全国GDP从2000年的100280.1亿元增至2020年的1013567亿元, 年均增长率为12.44%。与此相比, 主产区GDP从2000年的5.03万亿元增至2020年的39.09万亿元, 年均增长率为10.79%。尽管主产区GDP增长速度明显低于全国平均水平, 但其整体经济水平显著提高。平均而言, 主产区2000、2010、2020年GDP分别为39.82亿元、148.34亿元、309.05亿元, 前10年(2000—2010年)增长3.73倍, 后10年(2010—2020年)增长2.08倍, 年均增长率分别为14.06%和7.62%。这一数据显示, 后10年的经济增长速度有所放缓。主产区GDP小于50亿元的县域比例从2000年的80.16%降至2010年的21.19%, 2020年进一步降至5.69%；而GDP超过500亿的县域比例从2000年的0.39%上升到2010年的3.32%, 2020年达到15.57%(图 3)。

从空间分布来看, 主产区的经济发展水平也呈现自东向西逐渐递减的梯度规律。东部沿海的江苏、山东等地经济发展较快, 而东北三省、内蒙古、四川等地相对较低。产量大县的经济增长趋势与此类似, 其2000、2010、2020年的GDP平均值分别为39.91亿元、150.77亿元和309.77亿元, 前后10年分别增长3.77倍和2.05倍, 年均增长率分别为14.22%和7.46%, 显示出过去10年产量大县的经济增长速度明显放缓。

从整体趋势来看, 2000—2020年, 主产区有1259个县域GDP呈上升趋势, 仅有6个县域GDP出现下降。主产区GDP年均增长速度为15.58亿元, 其中51%的县域GDP年均增长超过1亿元, 48.3%的县域增长在0—1亿元之间。产量大县GDP年均增长速度为15.57亿元, 接近主产区平均水平。这一趋势表明, 主产区在过去20年间实现了显著的经济增长, 但仍存在区域间的发展不平衡。

2.1.3 生态保护的时空格局变化

粮食主产区在保障国家粮食安全和经济发展的同时, 也取得了显著的生态环境成效。2000—2020年, 主产区生态环境质量持续改善, 森林覆盖率明显提升。根据中国最近四次森林清查数据, 到2018年底, 13个粮食主产区的平均森林覆盖率为34.42%, 较2003年底的27.75%提高了6.67个百分点。其中, 江西、湖南、黑龙江、吉林、湖北、辽宁、四川等省份的森林覆盖率超过38%, 远高于全国平均水平(34.41%)。

从NDVI(归一化植被指数)来看, 主产区的NDVI平均值呈现先上升后缓慢下降的趋势。2000年, 主产区NDVI平均值为0.69, 2010年上升至0.74, 但2020年略微下降至0.72。空间上, 除内蒙古中西部外, 主产区的NDVI值整体较高, 呈现“南高北低、东高西低”的分布格局。在2000、2010、2020年, NDVI值大于0.7的县域单元分别为789个、1010个和837个, 占主产区的62.4%、79.8%和66.2%(图 4)。

从时间变化的角度来看, 在2000—2020年间, 主产区78.7%的县域NDVI得到了改善, 特别是在四川、湖南、内蒙古东部、东北三省与内蒙古交界地区的改善尤为明显。然而, 主产区内仍有299个县域的NDVI值呈下降趋势, 主要分布在东部沿海、内蒙古西部和河南等地。其中, 江苏、山东、河北的植被退化较为严重, 江苏省有74%的县域NDVI出现退化, 河北和山东分别有37%的县域NDVI退化。

粮食主产区植被覆盖度的改善对粮食生产有着重要贡献, 主要体现在三个方面。一是, 植被的根系固定土壤, 减少水土流失和土地退化, 同时增加土壤有机质含量, 提升土壤肥力, 促进农作物健康生长, 提高粮食产量和质量。二是, 植被涵养水源, 增加地下水储量, 减少旱涝灾害影响, 提供稳定的水源保障。植被还通过蒸腾作用和遮荫效应调节区域气候, 降低地表温度, 减少风蚀和沙尘暴的发生频率, 创造适宜的气候条件。此外, 植被改善促进生物多样性, 增加农田生态系统的稳定性和抗逆性, 有助于控制病虫害, 减少农药使用, 保护生态环境。三是, 植被改善增强了生态系统服务功能, 提供健康的生态环境, 提高农业生产效率和可持续性。通过生态保护措施, 农民获得更多生态补偿和政策支持, 进一步激励他们参与植被改善和生态保护行动。

2.2 主产区粮食生产、经济发展与生态保护耦合协调度时空格局

在过去20年里, 主产区粮食-经济-生态系统的耦合协调度总体上不断提升, 但出现阶段性的波动。2000年, 主产区中30.36%和58.34%的县域分别处于严重失调和重度失调状态, 仅有9.25%、1.11%和0.94%的县域处于基本协调、中度协调和高度协调状态(图 5)。然而, 随时间推移, 到2010年, 耦合协调度显著改善, 只有2.06%的县域处于中度失调状态, 而3%、28.85%和66.09%的县域分别达到了基本协调、中度协调和高度协调状态。2015年, 主产区高度协调的县域比例进一步增至75.89%, 重度协调县域比例下降至16.60%。然而, 到2020年, 这一趋势出现了逆转, 主产区高度协调和中度协调县域比例分别下降至58.5%和17.71%, 基本协调县域比例增至14.94%, 8.77%的县域处于中度失调状态。这一变化表明, 2015年是主产区粮食-经济-生态系统耦合协调度的最佳状态, 随后5年, 约32.9%的县域耦合协调度从高度协调退化到中度或基本协调状态。这种“倒退”现象可能与近年来我国经济发展进入新常态有关, 经济发展更加注重质量而非速度, 经济增长速度减缓, 加上主产区粮食增产的放缓, 导致耦合协调度出现下降。

从整体变化趋势来看, 2000—2020年, 主产区内有95.18%的县域(1204个)耦合协调度呈上升趋势(斜率大于0), 仅有61个县域呈下降趋势, 后者主要集中在东部沿海地区。总体而言, 东北三省的耦合协调度上升最为明显。然而, 从2015—2020年, 耦合协调度下降最明显的地区集中在东部沿海、河南中部及湖南湖北交界地带。耦合协调度退化的县域多位于NDVI下降的地区, 可能是由于城市化进程加快, 耕地、草地和林地数量减少所致(图 4、图 5)。

显而易见, 尽管主产区过去20年实现了粮食生产、经济发展和生态保护的不断协调, 但仍面临平衡三者关系的严峻挑战。一方面, 粮食生产的高投入和高产出要求导致土地资源的过度开发和利用, 使得生态系统受到破坏, 土壤退化、水资源匮乏等问题愈加严重。另一方面, 为了保护生态环境, 对农业生产和工业发展的限制可能会导致经济增长放缓。主产区在政策和实际操作中, 常常难以找到平衡点, 不得不在粮食安全、经济利益和生态保护之间进行艰难的权衡, 这使得这些地区在长期发展中面临诸多困境。这些动态反映了主产区在实现可持续发展的道路上需要更加综合的政策支持和精准的调控措施, 以平衡粮食生产、经济增长和生态保护之间的关系。

2.3 主产区粮食-经济-生态系统耦合协调驱动机制

主产区的粮食-经济-生态系统是一个复杂的系统, 受多种自然、经济、社会因子交互作用的影响。参考已有研究[48], 本研究选取了包括自然环境、经济水平和社会发展等三个维度的13个指标, 运用地理探测器模型探测主产区粮食-经济-生态系统耦合协调的驱动机制。单因子探测结果显示, 经济发展水平(如夜间灯光指数、工业增加值和规模以上工业企业个数)是主产区粮食-经济-生态系统耦合协调的主要驱动因子, 农业发展的影响相对较弱。随着时间的推移, 自然因素(如温度、降水、日照时数)对三个子系统耦合协调的影响逐渐减弱(图 6)。

在不同年份中, 主产区粮食-经济-生态三个子系统协调耦合的决定性因子各不相同。2005年, 年均气温(X12)、夜间灯光指数(X1)、工业增加值(X5)、规模以上工业企业数(X10)、年日照时数(X13)被识别为主导因子；2010年, 第一产业增加值(X4)、农作物播种面积(X8)、年日照时数(X13)成为主导因子；2015年和2020年, 夜间灯光指数(X1)、年均气温(X12)、工业增加值(X5)、第二产业单位从业人员(X3)等再次被识别为主导因子。可见, 高水平的经济发展通常伴随着更好的基础设施、技术支持和资金投入, 这有助于提高农业生产效率, 但同时也可能对生态环境产生一定压力。此外, 气候条件, 特别是年均气温, 对农业生产具有直接影响, 适宜的温度有利于农作物的生长并提高产量, 而极端气候条件则可能对粮食生产带来负面影响。

交互作用探测结果表明, 主产区粮食-经济-生态三个子系统耦合协调的双因子作用q值均高于单因子影响程度, 且这些因子间的交互作用主要表现为非线性增强和双因子增强, 其中双因子非线性增强是主导作用形式(图 7)。具体而言, 2005年, 夜间灯光指数(X1)与第二产业单位就业人数(X3)、工业增加值(X5)、地方财政一般预算支出(X6)、土地城镇化率(X7)、规模以上工业企业数(X10)之间的双因子增强作用显著；2010年, 夜间灯光指数(X1)仅与第一产业增加值(X4)对系统耦合协调呈现双因子增强作用, 与其他因子则表现为非线性增强；2015年和2020年, 夜间灯光指数(X1)与人口发展(X2)、第二产业单位从业人员(X3)、工业增加值(X5)、设施农业占地面积(X9)、规模以上工业企业数(X10)等之间因子增强作用更为明显。总体来看, 主产区的自然条件、经济发展和社会发展对粮食-经济-生态三个子系统的耦合协调的作用呈现非线性增强的特征。这意味着, 主产区始终面临着粮食生产、经济发展与生态保护之间的复杂平衡问题。在不同的发展阶段和区域, 如何有效协调这三者之间的关系, 成为确保主产区可持续发展的关键挑战。这也提示了政策制定者在推动主产区发展时, 应综合考虑多方面因素, 寻求更加平衡的发展路径。

3 结论与讨论

3.1 结论

(1) 过去20年, 粮食主产区的粮食生产能力显著提高, 粮食产量占全国总产量的比重提升了5.24个百分点, 增产区域主要集中在东北地区、黄淮海平原和长江中下游地区。主产区粮食生产重心向东北方向移动了288公里。然而, 经济增长速度低于全国平均水平, 受到经济结构单一、基础设施落后、科技创新能力不足和资源环境约束等因素的影响。尽管如此, 生态环境质量显著改善, 森林覆盖率和植被覆盖度提升, 对粮食生产和生态保护发挥了积极作用。未来, 主产区需要进一步优化经济结构, 增强科技创新能力, 并完善基础设施建设, 以实现更高质量的发展。

(2) 主产区粮食-经济-生态系统的耦合协调度逐步提升, 但也经历了一些波动。2000年, 许多县域处于严重或重度失调状态, 仅少部分处于协调状态。到2010年, 情况显著改善, 基本协调、中度协调和高度协调的县域数量大幅增加。2015年, 75.89%的县域达到高度协调状态, 但到2020年, 这一比例下降至58.5%, 中度和基本协调的县域比例增加。总体来看, 主产区95.18%的县域耦合协调度在过去20年呈上升趋势, 特别是在东北三省。然而, 东部沿海、河南中部、湖南湖北交界地带的耦合协调度有所下降, 主要因为城市化导致耕地、草地和林地减少。未来需要更加注重粮食安全、经济发展与生态保护的协调。

(3) 粮食主产区的粮食-经济-生态系统受自然、经济、社会等多因素的交互影响, 形成复杂系统。经济发展水平是主要驱动因子, 农业发展的影响相对较弱, 自然因素的作用逐渐减弱。双因子交互作用探测结果表明, 影响因素间的交互作用以双因子非线性增强为主。总体来看, 自然条件、经济发展和社会发展对主产区粮食-经济-生态系统的协调耦合作用呈非线性增强, 意味着主产区在粮食生产、经济发展与生态保护之间仍然面临复杂的平衡问题。

3.2 讨论

本研究仅使用粮食产量、GDP与NDVI三个指标来表征县域粮食生产能力、经济发展水平与生态保护状况, 评价指标相对单一, 未能全面反映复杂的系统关系。由于数据限制, 在地理探测器的驱动机制分析中, 未充分考虑地理条件、耕地质量、农业科技水平、农业社会化服务以及粮食政策和生态补偿等因素。因此, 主产区粮食-经济-生态系统耦合协调的驱动机制尚需进一步深入探讨。

尽管如此, 本研究的创新之处在于尝试探究主产区粮食生产、经济发展与生态保护之间的关系, 提供了过去20年主产区是否实现粮食生产、经济发展与生态保护或协调的实践支撑。研究发现, 主产区过去20年粮食-经济-生态系统耦合协调度呈上升趋势, 这与前人研究中关注的生态或资源-粮食、生态-经济系统耦合的结果一致[35—37]。

在国家粮食安全、农业现代化、乡村振兴和区域协调发展等战略背景下, 粮食主产区在推动实现农业强国建设、生态文明建设和经济高质量发展目标中扮演重要角色。为实现主产区粮食生产、经济发展与生态保护之间的平衡, 应采取如下措施：

(1) 推动耕地保护向耕地保用转变。耕地是粮食生产的根基, 耕地可持续利用对保障国家粮食安全至关重要[49]。随着城镇化推进, 农村人口减少, 青壮年劳动力迁移, 农村人口老龄化加剧, 加之种粮收益偏低, 耕地撂荒问题日益严重, 威胁粮食生产[50—51]。过去20年我国较好地实现了耕地资源保护, 但对耕地资源利用不足。因此, 需要推动耕地资源保护向耕地保用转变, 以提高粮食生产的持续性。

(2) 深化农村土地制度改革, 推进适度规模经营, 提高粮食综合生产能力。面对主产区粮食增产放缓的挑战, 需要通过全域土地综合整治和高标准农田建设, 推动农业适度规模经营, 提升粮食生产效率及其可持续性。同时, 需要坚持“藏粮于地、藏粮于技”, 通过优化土地和科技创新提高生产效率。此外, 面对农村人口快速老龄化和农业劳动力减少的问题, 亟需加快推动农业社会化服务, 包括生产资料供应、农机作业服务和技术指导, 帮助农民解决实际困难, 提高组织化程度和服务水平。

(3) 完善农业支持保护制度, 提升农民种粮积极性。一方面, 农业支持保护制度的完善能够为农民提供更为稳定的收入保障。当前, 粮食价格波动和生产成本上升等因素往往使农民面临较大的经济压力, 而科学合理的补贴政策、粮食最低收购价制度、农资补贴等支持措施, 能够有效降低农民的种粮风险, 提升其经济收益, 从而增强种粮的积极性。另一方面, 农业支持保护制度的完善还应包括对农业生产环境的保护和改善。例如, 推进农田水利设施建设、改善耕地质量、推广绿色高效农业技术等措施, 能够提高农民种粮的生产效率和效益。同时, 政府还应加强农业保险制度建设, 扩大保险覆盖面, 帮助农民抵御自然灾害等不可控因素带来的风险。这些举措不仅可以提升农民种粮的积极性, 还能够促进农业生产的可持续发展。

(4) 完善对粮食主产区和产粮大县的财政转移支付制度, 加快健全粮食主产区利益补偿机制, 提升地方政府抓粮积极性。纵向上, 需要加大对产量大县的支持力度, 进一步向商品粮调出量大、对粮食安全贡献突出的县域倾斜。针对产粮大县公共服务薄弱的问题, 应实施产粮大县公共服务能力提升行动计划。横向上, 建立主产区利益补偿机制, 统筹考虑产销区的粮食生产、流通、消费等因素, 由主销区向主产区给予一定的资金支持。同时, 粮食主产区应充分发挥其主观能动性和种粮的比较优势, 立足于自身的自然资源禀赋, 优化区域布局与产业结构, 促进一二三产业的融合, 摆脱“种粮受穷、农民不富”的困境, 打破“财粮倒挂”的局面。此外, 政策设计应将粮食经济的高质量发展置于生态安全战略框架内, 以提升粮食产业链共享价值为主导, 保障生态安全和粮食安全为行动路径。

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参考文献

引用本文  ：周扬, 虞思佳, 俞紫嫣. 中国粮食主产区粮食生产、经济发展和生态保护的时空耦合. 生态学报, 2025, 45(4): 1659-1673. 

Zhou Y, Yu S J, Yu Z Y. Spatiotemporal coupling of grain production, economic development, and ecological protection in China's major grain-producing areas. Acta Ecologica Sinica, 2025, 45(4): 1659-1673. 

（转自：生态修复网）

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