天津都市农业发展与资源环境承载力协调性研究

刘一鸣，王小琼，樊晓盼

（天津农学院 a. 工程技术学院，b. 园艺园林学院，天津 300392）

党的十九大提出了“坚持节约资源和保护环境的基本国策，像对待生命一样对待生态环境”和“建立健全城乡融合发展体制机制和政策体系，加快推进农业农村现代化”。作为现代农业和城市化的产物，都市农业得到了前所未有的发展，但是仍然面临着资源约束趋紧、环境承载超负荷、人地矛盾凸显、城乡发展不均衡等挑战。同时，都市农业发展与区域资源环境承载力又相互依赖、相互作用，不断协同演进。因此，揭示二者间的耦合协同规律，对于城市化过程中合理调整和布局都市农业发展，解决城市的资源环境问题和统筹城乡发展具有重要战略意义。

天津市作为中国第一批农业现代化改革示范区，形成了以生产功能为基础，社会服务和生态功能为拓展的农业可持续发展格局，发展了休闲观光农业、智能化设施农业、体验参与型农业和特色精品型农业等现代都市农业形态。但是在天津市都市农业高速发展过程中也存在人地矛盾、水土资源短缺、农业面源污染等一系列问题，成为制约天津都市农业持续发展和转型升级的瓶颈。因此，以资源环境承载力为基准，节约利用资源，保护产地环境，提升生态服务功能，构建人与自然和谐共生的都市农业发展新格局成为急需解决的问题。

1 耦合作用机理分析

“耦合”的概念源自物理学，指两个或多个系统相互作用以通过各种功能实现协同作用的现象。它用来表征系统或要素之间的相互作用程度，是反映系统协同作用的量度。耦合越强，系统间相互联系就越多。为准确评价都市农业发展水平与资源环境承载力的耦合协调程度，本研究引用了耦合协调度的概念。

都市农业是地处城市化地区及周边延伸地区，依托大城市优势资源，紧密服务于城市的多层次、多形态、多功能的现代产业[1]。它的本质是强调农业生产与人、都市和自然等方面的协调。资源环境承载力是指区域内资源和环境的数量质量对该区域内人口、经济、社会发展的支撑能力[2]。发展都市农业能够使区域资源环境承载力得到有效保障，而资源环境承载力为都市农业的发展提供重要支撑。因此，都市农业与资源环境承载力是相互影响、相互促进的关系。两者之间的耦合作用机理如下。

一方面，通过先进的技术和集约化的生产方式推进农业规模化发展，能够利用有限的资源，极大地提高土地产出效率和劳动生产率。发展都市农业能够提高城市资源环境的容载量，确保粮食供应，从而解决当前粮食安全带来的一系列环境和社会问题；能够促进农业供给侧结构性改革，进而改变传统生产方式，提升资源的利用效率[3]。同时，都市农业通过发展观光旅游、生态景观，作用于当地的资源环境，起到调节气候、涵养水源、保持水土的作用，为城市营造优美宜人生态环境。

另一方面，都市农业更强调清洁优美的环境，更加依赖于城市及周边地区的土地、资本、劳动力等生产因素，并通过技术和制度等政策环境的作用使要素资源发挥其最优价值。因此，区域的资源环境承载力为都市农业的发展提供了要素来源，同时也制约着都市农业的发展规模和模式选择。并且，随着技术进步以及人们生产生活方式的改进，加上都市农业高质量可持续发展的目标要求，资源环境对于都市农业的支撑约束作用越来越明显，应当重视都市农业与资源环境的协调发展。

2 都市农业发展与资源环境承载力协调性分析

2.1 指标体系构建

为了更加准确地评价天津市都市农业的发展水平和资源环境承载力状况，本研究参考已有的研究成果，并考虑数据的可获得性和有效性，遵循科学性、系统性、可操作性的原则构建指标体系（表1）。

表1 都市农业发展及资源环境承载力评价指标体系

都市农业评价指标体系，由生产性、社会性、生态性三个维度共10个指标组成。其中，生产性指标表征农业创收、灌溉、机械化的效率；社会性指标表征农业服务社会的效率，以及在缩小城乡差距之中起到的作用；生态性指标则表示农业生产过程中的资源利用效率、环境友好程度。

资源环境承载力评价指标体系，由资源承载力和环境承载力两个维度共11个代表性的指标组成。其中，资源承载力选取表征天津市人均资源占有量的指标，环境承载力指标主要用来衡量生态环境质量和环保投入。

2.2 数据来源与处理

本文所需数据来源于《天津市统计年鉴》（2004—2018年）、《天津市环境质量公报》 （2004—2018年）、《天津市国民经济和社会发展统计公报》（2004—2018年）。个别缺失的数据主要是通过指标之间的内在转换关系与年度趋势演变情况计算得出。

由于原始数据具有不同的单位和量级，直接进行分析计算会突出高数量级指标的重要程度，影响分析结果的准确性。因此，使用Min-Max的方法对原始数据进行标准化处理[4]，步骤如下：

式中，Yij是标准化值，Xij是原始数据，maxXij、minXij是指标的最大值和最小值。

经过标准化处理的数据值处于[0,1]之间，由于后期用熵值法求权重需要对标准化数据进行对数运算，为避免出现标准化值为0的情况，在此对标准化后的数值整体向右平移1得到新的标准化数据。

2.3 权重与计算

为了保证权重的客观性，采用熵值法来处理指标的权重。熵值法[5]根据指标之间的相关性来计算每个子系统的指标的权重，并根据每个指标的熵值来校正指标的权重。它可以有效地反映指标信息熵的作用，具有客观性和准确性的优点。计算过程如下：

（1）计算指标值比

式中，Zij是标准化后第i个区域/年份的j指标值的比例，n是区域/年份的数量，Yij是标准化后的指标值。

（2）计算熵值

式中，ej为j指标的熵值，k＝1/lnn，n为地区或者年份的数量。

（3）计算变异系数

式中，dj为第j个指标的变异系数。

（4）计算权重

式中，wj为第j项指标的权重。

分别对都市农业发展水平和资源环境承载力的评价指标用熵值法进行权重，得到各指标的权重（表1）。

本文采用指数和法评价都市农业的发展水平和资源环境承载力的大小，即对各指标的标准化数值进行加权求和得到数值，数值越大，表明当年度的都市农业发展水平或资源环境承载力越高。计算方法如下：

都市农业发展水平：

资源环境承载力水平：

式中，xij代表各单项指标标准化后的数值，wij代表指标的具体权重，Fx表示都市农业发展水平数值，Gx表示资源环境承载力水平数值。

2.4 耦合模型建立

为了能够准确衡量都市农业发展与资源环境承载力之间交互作用的性质与程度，构建两大系统的耦合度模型。耦合度计算公式如下：

式中，F和G分别是都市农业发展水平和资源环境承载力水平的评价数值，C是耦合度。耦合度的范围在0到1之间，当C＝1时，耦合度达到最大值，它表明都市农业发展水平和资源环境承载力两系统之间达到了最佳的协调状态，两个系统有序发展；当C＝0时，耦合度最小，表明这两个系统处于无序状态，系统向无序方向发展。

由于耦合度主要反映都市农业水平和资源环境承载力两个子系统间相互作用影响程度的大小，没有利弊，很难准确反映它们的总体功能或发展水平。因此，为了更好地反映都市农业与区域资源环境承载力的协调发展水平，本文借鉴了学者杨士弘[6]提出的协调发展程度计算公式：

式中，D代表都市农业发展水平与资源环境承载力的耦合协调度，M代表都市农业发展水平和资源环境承载力两个子系统的综合协调指数，α和β是待定系数且和为1。由于本项目仅研究都市农业和资源环境承载力这两个子系统，基于两个子系统的整体协同效应或贡献，取α＝β＝0.5。耦合协调度的取值范围是[0,1]，耦合协调度的数值越大，说明两系统之间的协调发展度越高。当耦合协调度达到最大值1时，表明实现了两个系统之间的最佳协调发展程度。

关于耦合协调度分类及其等级划分，本研究参考已有的相关研究[7]，根据都市农业发展与资源环境承载力两系统耦合协调度大小的具体程度，将耦合协调度等级按照0～1的数值划分为7个连续不同的等级区间，以更直观地反映系统之间的耦合协调程度。具体分类及等级划分标准见表2。

表2 耦合协调等级划分及分级标准

2.5 结果与分析

2.5.1 天津市都市农业发展水平评价

根据构建的都市农业发展水平评价指标体系以及公式得出（图1），在2004—2018年间，天津市都市农业水平数值从1.397上升到1.779，上升幅度达30%，总体上呈现良好态势。其中，2004— 2013年段增长速度较缓，处于起步阶段；2013年之后，增长速度较快，有明显的上升趋势，是快速发展期。在一级指标中，生产功能、社会功能和生态功能的指标均呈波动增长趋势，但三者的发展不同步。在2008—2015年，生产功能明显高于生态功能的发展状况；而在2016—2018年，生态功能出现快速上升，这与近几年来天津市生态环境的大幅改善是一致的。

图1 2004—2018年天津市都市农业发展水平

2.5.2 天津市资源环境承载力评价

根据资源环境承载力评价结果可知（图2），在2004—2018年间，天津市资源环境承载力综合评价指数从1.130上升到1.823，整体上呈现逐年上升趋势；环境承载力和资源承载力的增长趋势基本一致，说明天津市的资源状况和环境质量在改善。在2004—2012年，资源环境承载力水平数值逐年增长，年增速较快；在2012—2018年，资源环境承载力的数值虽然增速放缓、有所波动，但整体仍处于较高的水平。其中，资源承载力在波动中持续上升，个别年份有回落；环境承载力则呈现较稳定的上升趋势，仅在2013年和2018年有所下降。

图2 2004—2018年天津市资源环境承载力水平

2.5.3 天津市都市农业发展与资源环境承载力协调性评价

根据耦合协调模型，对2004—2018年间天津市都市农业发展水平与资源环境承载力进行计算，结果显示，两者的耦合度处于很高的水平（图3），而且除了2013年和2018年略有下降外，其余年份均呈现逐渐上升的趋势，数值由0.803增加到了0.935。对照耦合协调等级划分表（表2）可知，2004—2018年间天津都市农业和资源环境承载力之间的耦合协调等级属于优级协调发展，两系统处于高度协调状态，且两个子系统间可以实现互相促进的良性发展。其中，两者的耦合协调度在2013年和2018年的略微下降，与当年份都市农业发展水平和资源环境承载力综合指数下降的趋势一致，这也反映了两系统间的协调度受系统各自发展的影响，只有各子系统都健康良性发展，才能起到更好的促进作用。

图3 2004—2018年天津市都市农业发展水平与资源环境承载力耦合协调度

进一步分析，发现都市农业在2004—2012年一直处于非常平稳的状态，从2013年开始有较快上升，而资源环境承载力在2004—2012年则保持快速上升趋势。这一事实暗示在都市农业发展水平和资源环境承载力之间可能存在因果关系：资源环境承载力是都市农业发展的基础，当资源环境承载力得到充分提高之后，都市农业发展也有了坚实基础，因而得以较快增长。这一发现说明通过治理污染物存量和增加基础设施投入来大力提升城市的资源环境承载力，在一定程度上能够促进都市农业发展。

3 对策与建议

3.1 立足资源环境，规划农业发展

一是要做好顶层设计。从源头上控制农业生产和发展过程中的污染，防止对环境和生态的破坏。树立底线思维，将农业资源开发利用和发展规划限制在资源环境承载力范围之内，以资源环境承载力为基本约束条件，使资源、环境因素在决策过程中得到更加充分的考量，将资源环境承载力、生态空间保护、耕地保护等约束性条件融入农业发展规划，并确保规划的实行。

二是推动发展现代生态循环农业。控制农业用水总量，减少化肥、农药使用量，对废弃农膜进行回收处理；提高畜禽粪便和秸秆的资源化利用效益，并使秸秆饲料加工、养殖业、生物有机肥、种植业之间形成有机的产业循环链，建立起农业资源高效利用的集约化现代农业经济循环体系，全面提高农业资源利用效率和农业生产经济效益。

3.2 发挥政策引导作用，促进都市农业与资源环境承载力协同发展

随着乡村振兴战略进程的加快，都市农业发展更加依赖区域的资源环境要素协同发展，因此应该增加农业生态化、资源利用、环境治理等方面的扶持政策。首先，天津市应继续贯彻“绿水青山就是金山银山”的发展理念，大力推进绿色转型发展和生态文明建设，严守环境质量底线和资源利用上限，实行严格的资源环境监管措施，继续推进水土资源节约利用，推进秸秆和禽畜粪便无害化处理等工程。其次，发挥政策的导向作用，引导转变资源开发与环境保护模式。比如对于在生产过程中坚持资源节约、环境友好的农业园区、企业给予经济补偿和政策倾斜，从而在农业生产层面形成绿色、友好的发展方式。