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自然资源学报 >

2025 , Vol. 40 >Issue 8: 2215 - 2233

DOI: https://doi.org/10.31497/zrzyxb.20250813

其他研究论文

农业绿色发展对粮食生产能力变化的敏感度研究

  • 王敬斋 , 1, 2 ,
  • 田野 , 1 ,
  • 黄进 1 ,
  • 王晓平 2
展开
  • 1.三峡大学经济与管理学院，宜昌 443002
  • 2.广西民族师范学院管理学院，崇左 532200
田野（1968- ），男，湖北宜昌人，博士，教授，博士生导师，研究方向为区域可持续发展、农业农村经济发展。E-mail:

王敬斋（1981- ），男，河南洛阳人，博士研究生，教授，研究方向为农业绿色发展、乡村振兴。E-mail:

收稿日期: 2024-12-16

  修回日期: 2025-02-17

  网络出版日期: 2025-08-05

基金资助

国家社会科学基金项目(21BGL210)

湖北省社会科学基金重大项目(23ZD152)

收起

Research on the sensitivity of green agricultural development to the changes of grain production capacity

  • WANG Jing-zhai , 1, 2 ,
  • TIAN Ye , 1 ,
  • HUANG Jin 1 ,
  • WANG Xiao-ping 2
Expand
  • 1. School of Economics and Management, China Three Gorges University, Yichang 443002, Hubei, China
  • 2. School of Management, Guangxi Minzu Normal University, Chongzuo 532200, Guangxi, China

Received date: 2024-12-16

  Revised date: 2025-02-17

  Online published: 2025-08-05

Fold

摘要

基于综合评价法和敏感度模型，以湖北省为例分析2010—2022年农业绿色发展水平对粮食生产能力变化的敏感度。研究发现：（1）湖北省农业绿色发展呈现“N”型变化特征，其中资源利用和产出水平得分平均值下降，环境保护得分平均值上升。（2）湖北省粮食生产经历了“递增—下降—高产—稳产”阶段，年均产量鄂中>鄂西>鄂东，粮食生产能力与农业绿色发展各维度之间存在不同的响应关系。（3）湖北省农业绿色发展对粮食生产能力变化的敏感性总体上先降后升，其中资源利用对粮食生产能力变化的敏感性持续下降，环境保护对粮食生产能力变化的敏感性持续上升，产出水平对粮食生产能力变化的敏感性先降后升，敏感区数量存在波动且具有明显的空间差异。应进一步提高农业资源利用效率，增强农业绿色发展保障粮食安全的能力，优化农业发展格局。

关键词： 农业绿色发展; 粮食生产能力; 敏感度; 粮食安全; 协调

本文引用格式

王敬斋 , 田野 , 黄进 , 王晓平 . 农业绿色发展对粮食生产能力变化的敏感度研究[J]. 自然资源学报, 2025 , 40(8) : 2215 -2233 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20250813

Abstract

Based on the comprehensive evaluation method and sensitivity model, the sensitivity of green agricultural development level to the change of grain production capacity from 2010 to 2022 was analyzed with Hubei province as an example. The findings are as follows: (1) The green agricultural development in Hubei presented an "N-shaped" change pattern, that is, the average score of resource utilization and output level decreased and the average score of environmental protection increased. (2) The grain production in the province experienced the stage of "increasing-decreasing-high yield-stable yield", and the average annual output was Central Hubei>Western Hubei>Eastern Hubei. There were different response relationships between grain production capacity and various dimensions of green agricultural development. (3) On the whole, the sensitivity of green agricultural development in the province to the change of grain production capacity decreased first and then increased, the sensitivity of resource utilization to the change of grain production capacity continued to decrease, the sensitivity of environmental protection to the change of grain production capacity continued to increase, the sensitivity of output level to the change of grain production capacity decreased first and then increased, and the number of sensitive areas fluctuated with obvious spatial differences. We should further improve the utilization efficiency of agricultural resources, enhance the capacity of green agricultural development to ensure food security, and optimize the agricultural development pattern.

Key words： green agricultural development; grain production capacity; sensitivity; food security; coordination

粮食是中国社会发展的重要基础，也是中国应对各种风险和挑战的安全根基。习近平总书记指出，实施乡村振兴战略，必须把确保重要农产品特别是粮食供给作为首要任务[1]。夯实粮食安全根基，不仅能确保中国人的饭碗牢牢端在自己手中[2]，而且也有助于把握粮食安全的主动权。长期以来，以提升粮食生产能力为核心的生产方式在解决人们温饱问题方面发挥了至关重要的作用，但在中国粮食产量连增的背后却是巨大的生态代价[3]。《“十四五”全国农业绿色发展规划》明确提出，将多措并举推进农业绿色发展[4]。农业绿色发展与粮食生产问题密切相关，两者相互制约、相互影响，若片面强调农业绿色发展而忽视粮食的生产能力，则难以保障国家粮食安全；反之，若只重视粮食生产能力的提升而忽视农业绿色发展，则会增加农业生态环境的脆弱性，威胁人类的生存和发展。可见，绿色发展不仅是中国农业摆脱资源约束和生态压力的现实考量，也是实现农业高质量发展的必由之路，关系着中国的粮食安全问题；同样，粮食安全也是中国的“国之大者”，关系到中国永续发展问题。因此，明确农业绿色发展和粮食生产能力的依存关系，不仅有助于提升农业绿色发展保障粮食安全的能力，而且对于更高水平实现农业绿色转型、不断拓展乡村振兴新模式都具有重要意义。
当前学界对农业绿色发展已有大量的研究，从研究内容来看，农业绿色发展相关研究涉及农业绿色发展政策[5,6]、农业绿色韧性[7,8]、农业绿色发展转型[9,10]、智慧绿色农业[11]、农业全要素生产率[12-14]等内容，且农业全要素生产率的研究相对较多；在研究方法上，主要通过耦合协调分析[15-17]、农业绿色发展测度与演化[18-20]、影响机制分析[21,22]等揭示农业绿色发展的作用及其变化规律；从研究尺度来看，农业绿色发展研究主要涵盖了国家[23]、区域[12]、省域[24]、市域[25]、县域[26]等多个尺度。与农业绿色发展的研究相比，涉及粮食生产的研究较少，从已有文献来看，相关研究主要从理论上阐述了粮食安全问题[27-29]，粮食安全的影响因素[30-32]、粮食生产效率[33]、粮食生产与消费[34]等内容。此外，已有一些学者注意到农业绿色发展与粮食生产的内在联系，如郭海红等[35]研究了粮食安全与农业绿色低碳发展的协同推进机制，范东寿等[36]研究了粮食安全和减排双目标约束下农业绿色补贴资金配置问题等。而敏感度主要用于分析不同参数对模型结果的影响及相对重要性[37]，其中与农业相关的研究主要聚焦于耕地多功能对粮食生产能力变化敏感度[38]、耕地多功能与价值敏感度[39]、粮食生产对耕地数量变化的敏感度[40]、耕地多功能对耕地数量变化的敏感度[41]等方面，测度方法主要采用敏感性系数法[42]。
从已有研究来看，虽然学术界对农业绿色发展研究较多，粮食生产以及敏感度的研究亦有较多的成果，然而学术界对农业绿色发展与粮食生产能力变化的敏感度研究较为缺乏，这不利于科学把握农业绿色发展与粮食生产之间的关系。在中国农业绿色转型的内在要求下，针对该问题的研究有助于在生产实践中兼顾农业绿色发展与粮食生产，在理论上对于探究如何进一步释放农业绿色发展动能也具有一定的参考价值。
鉴于已有研究的不足，本文以湖北省17个城市为研究区域，构建基于资源利用、环境保护和产出水平三个维度的农业绿色发展评价体系，通过纵横向拉开档次法对湖北各城市农业绿色发展水平进行测度并进行分区，使用敏感度模型评价农业绿色发展水平对粮食生产能力变化的敏感度及其时空分布格局，以期深入了解农业绿色发展和粮食生产能力的响应规律，为协调农业绿色发展与粮食生产之间的关系，促进农业高质量发展提供科学依据。本文可能的边际贡献在于：第一，从农业绿色发展角度出发，弥补农业绿色发展对粮食生产能力敏感性的相关研究；第二，基于敏感度分析模型，深入分析农业绿色发展对粮食生产能力的变化规律，为进一步释放农业绿色发展动能提供依据；第三，通过对粮食生产能力分布格局的分析，进一步丰富农业绿色发展持续优化的研究。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

湖北省位于中国中南部，长江中游，面积约18.59万 km2，其中耕地面积为476.86万hm2，是中国中部粮食主产区之一。湖北省辖12个地级市、3个省辖县级市、1个林区和1个自治州（统称为“城市”），习惯上可以分为鄂西（包括十堰市、神农架林区、恩施土家族苗族自治州、襄阳市、宜昌市）、鄂中（包括随州市、孝感市、荆门市、天门市、潜江市、仙桃市、荆州市）与鄂东（包括黄冈市、武汉市、鄂州市、黄石市、咸宁市）三大区域。湖北省属于亚热带季风气候，雨热同季，湖泊众多，河网密布，地形条件多样，具有农业生产的良好条件。作为农业大省，湖北省粮食连续10年稳产2500万t以上，其中2022年全年生产粮食2741.15万t，淡水产品稳居全国第一，油菜籽、茶叶、蔬菜和生猪产量均位于全国前列，在全国农业发展格局中具有举足轻重的地位，可以说湖北省农业发展的质量，将直接关系到全国老百姓饭碗的质量。然而湖北省耕地资源紧缺，人均耕地仅为0.086 hm2，低于全国平均水平，另外，湖北省既是农业大省也是农药使用大省，常年农药使用量在5万t以上，导致湖北省在实现“虫口夺粮”[43]保丰收的同时，农业绿色发展问题相对突出，如何实现湖北省农业绿色发展与粮食稳定供应双重目标是一个现实的问题。同时，作为农业走在全国前列的省份，湖北省农业绿色发展对于其他省份加快农业转型、打造农业新的增长极以及维护国家粮食安全也具有重要的示范作用。

1.2 数据来源

2010年之后，中国农业绿色发展逐渐从概念化阶段走向具体行动阶段[44]，农业绿色发展取得了较大进展。鉴于此并考虑数据的可得性，本文以2010—2022年为研究期，使用的数据来源于《湖北省统计年鉴》、湖北省各地级市国民经济和社会发展统计公报以及湖北省水资源公报等，对于缺失的数据采取线性插值法补齐。

1.3 研究方法

1.3.1 农业绿色发展及粮食生产能力评价

（1）综合评价法
农业绿色发展不仅要考虑资源约束，也要考虑到农业生产中的环境保护以及农民在绿色空间的受益问题，体现了农业资源—环境—产出之间的协同发展关系。本文参考已有研究成果[19,45-47]，从农业资源利用、农业环境保护以及农业产出水平三个方面选取11个指标构建农业绿色发展评价指标体系，对各指标进行极差标准化平移处理。为充分利用数据信息，采用纵横向拉开档次法[48]确定各指标的客观权重，纵横向拉开档次法计算公式为：
X t = X 11 X 12 ⋯ X 1 j ⋯ X 1 m X 21 X 22 ⋯ X 2 j ⋯ X 2 m ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ ⋮ ⋮ X i 1 X i 2 ⋯ X i j ⋯ X i m ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ ⋱ ⋮ X n 1 X n 2 ⋯ X n j ⋯ X n m
H t = X t T X t
H = ∑ t = 1 n H t
式中： X i j为第i城市第j指标的标准化值； X t为第t年各指标标准化矩阵； X t T为 X t矩阵转置；H为各年矩阵 H t之和。计算矩阵H最大特征值 λ m a x，将其对应的特征向量进行归一化处理得出各指标权重，农业绿色发展评价体系及相应的权重计算结果见表1。
表1 农业绿色发展评价指标体系

Table 1 Evaluation index system of green agricultural development

评价维度 指标名称 指标说明 属性 权重
农业资源利用 单位面积机械总动力 农业机械总动力/耕地面积 ＋ 0.064
农业用水效率 农林牧渔产值/农业用水量 ＋ 0.042
耕地复种指数 播种面积/耕地面积 ＋ 0.091
有效灌溉率 有效灌溉面积/耕地面积 ＋ 0.088
种养循环利用率 畜禽粪污综合利用率 ＋ 0.087
农业环境保护 农药化肥流失强度 农药化肥施用量×50%/播种面积 - 0.154
农膜残留强度 农膜施用量×10%/播种面积 - 0.118
农用柴油使用强度 农用柴油使用量/播种面积 - 0.094
农业产出水平 农民收入水平 农民人均纯收入 ＋ 0.084
人均农业绿色产出 农业绿色GDP/农村人口 ＋ 0.093
人均农产品加工收入 规模以上农产品加工企业主营业务收入/农村人口 ＋ 0.084
① 农业资源利用。考虑到指标的适用性和科学性，本文以单位面积机械总动力、农业用水效率、耕地复种指数、有效灌溉率、种养循环利用率表征资源利用水平。机械化是现代农业的标志，耕地有效灌溉更是粮食生产的基础，因此单位面积农业机械总动力和有效灌溉率指标既体现了农业现代化水平，同时也反映了新质资源的利用能力以及农业绿色发展的含“新”量。另外，农业用水效率、耕地复种指数分别体现了水资源的利用和土地资源集约利用情况，是对农业资源利用潜力的表征。而种养循环利用率体现了传统农业废弃物资源化利用情况，受制于数据的可得性，本文没有采用秸秆回收利用数据。
② 农业环境保护。农业绿色发展要突出“环境友好”特征，节肥节药则是落实环境友好的重要举措。已有研究主要以农药化肥和农膜的使用强度作为环境保护的评价指标，相对而言精确性不高，因此，本文采用农药化肥流失强度、农膜残留强度表征农药化肥通过径流对水土造成的影响，以及农膜残留物对水土的影响。除此之外，本文还采用农用柴油使用强度指标反映农业生态环境受到的影响。当前，围绕“双碳”目标，农业碳排放也纳入了绿色发展的研究范畴[49]，但由于农业碳排放可以通过资源耗用量以及肥药农膜使用量进行推导，为了避免指标重复，本文没有将农业生产活动中的碳排放纳入该维度。
③ 农业产出水平。农业产出水平反映了农业绿色发展的成效，主要体现在农民收入水平、农业绿色产出和农业产业发展等方面，本文用农民收入水平表征农民在绿色空间中的受益情况，用人均农业绿色产出表征农业绿色发展成效，用人均农产品加工收入反映农业产业化情况，绿色农业GDP参考能值分析法[50,51]对传统农业GDP进行调整得到。
根据以上三个维度计算出的农业绿色发展指数计算公式如下：
G i = ∑ j = 1 n W i j X i j
式中： W i j为第i个城市第j指标通过纵横向拉开档次法计算出的权重； G i为第i个城市农业绿色发展指数；n为评价指标数量（个）。
（2）粮食生产能力评价
粮食生产能力可以通过多种方式进行表征，但总体而言各种测度方式都是粮食产量指标的变形，本文借鉴高佳等[38]对粮食生产能力的评价方法，用各年度的综合粮食生产数量（万t）表示粮食生产能力，主要包括稻谷、小麦、玉米、薯类、大豆五类作物产量。

1.3.2 敏感度模型

敏感度反映了农业绿色发展水平对粮食生产能力的响应程度，借鉴相关文献做法[52]，本文定义敏感度为粮食生产能力变动率与农业绿色发展水平变动率的比值。计算公式为：
S = P t + 1 - P t / P t G t + 1 - G t / G t
式中：S为敏感度； P t + 1和 P t分别为t+1期和t期粮食产量（万t）； G t + 1和 G t分别为t+1期和t期农业绿色发展水平。本文参考已有研究[38]，将敏感度等级划分为四个类型（表2）。
表2 敏感度等级分类

Table 2 Sensitivity grade classification

敏感度值 S≤0 0<S≤5 5<S≤10 S>10
敏感度等级分类 不敏感 低敏感 中敏感 高敏感

2 结果分析

2.1 湖北省农业绿色发展水平分析

2.1.1 湖北省农业绿色发展的时空变化特征

计算湖北省2010—2022年农业绿色发展水平，并选取2010年、2014年、2018年和2022年4个典型年份结果进行分析（表3）。由平均值可知，湖北省农业绿色发展水平总体呈升—降—升的“N”型变化趋势，其中2010—2014年平均得分上升，2014—2018年下降，2018—2022年再次上升，平均得分从2010年的0.611下降至2022年的0.587，降幅3.93%，说明湖北省农业绿色发展水平受到多因素影响，是一个波动变化的过程。
表3 湖北省2010—2022年农业绿色发展水平

Table 3 Green agricultural development level in Hubei province from 2010 to 2022

城市 2010年 2014年 2018年 2022年 城市 2010年 2014年 2018年 2022年
武汉市 0.594 0.527 0.438 0.488 黄冈市 0.626 0.756 0.430 0.638
黄石市 0.494 0.617 0.436 0.563 咸宁市 0.713 0.587 0.722 0.721
十堰市 0.536 0.571 0.579 0.725 随州市 0.528 0.591 0.349 0.463
宜昌市 0.636 0.612 0.638 0.642 恩施土家族
苗族自治州		 0.807 0.689 0.610 0.643
襄阳市 0.556 0.611 0.563 0.559 仙桃市 0.514 0.538 0.609 0.517
鄂州市 0.719 0.734 0.781 0.573 潜江市 0.583 0.672 0.576 0.582
荆门市 0.599 0.596 0.641 0.570 天门市 0.636 0.627 0.505 0.617
孝感市 0.644 0.643 0.555 0.519 神农架林区 0.486 0.416 0.347 0.512
荆州市 0.721 0.651 0.672 0.642 平均值 0.611 0.614 0.556 0.587
采用ArcMAP自然间断点分级法（Jenks）对湖北省农业绿色发展水平进行可视化分类（图1），为了保证不同年份可比，统一按照2018年分类标准将得分分为“低、中、高”三类。可以看出，湖北省农业绿色发展具有明显的差异化特点，且三大区域均有农业绿色发展水平较高的区域。从得分的区域分布来看，鄂西的恩施土家族苗族自治州、宜昌市，鄂中的荆州市、潜江市、天门市以及鄂东的黄冈市、咸宁市、鄂州市等总体上发展水平较高；鄂西的神农架林区、襄阳市，鄂中的仙桃市、随州市以及鄂东的武汉市、黄石市等发展水平较低。由此可知，湖北省各市农业绿色发展水平由于资源禀赋及经济社会水平差异发展并不同步，区域间和区域内部发展水平存在差异，同时局部相邻城市农业绿色发展水平呈现出集聚性特征。
图1 2010—2022年湖北省农业绿色发展水平的空间分布

注：图中数字1代表神农架林区，2代表天门市，3代表潜江市，4代表仙桃市，5代表鄂州市，6代表黄石市。

Fig.1 Spatial distribution of green agricultural development level in Hubei province from 2010 to 2022

2.1.2 农业绿色发展的维度变化特征

从多维度角度对湖北省农业绿色发展水平进行分析，绘制2010年和2022年两个年度得分对比情况如图2所示。从湖北省农业绿色发展总体情况（图2a）可以看出，2010—2022年湖北省各城市农业绿色发展水平分化明显。具体而言，一些城市农业绿色发展水平总体呈现上升趋势，如黄石市、十堰市、神农架林区等，其中十堰市上升幅度最大，得分从2010年的0.536上升至2022年的0.725，增幅35.26%；还有一些城市呈现明显下降趋势，如武汉市、鄂州市、孝感市、荆州市、随州市等，这些城市2010—2022年农业绿色发展水平下降幅度在10.95%~20.32%之间；其余城市农业绿色发展水平总体稳定，如宜昌市、襄阳市、天门市、潜江市、仙桃市、荆门市等农业绿色发展水平总体变动在0.17%~4.84%之间。各城市农业绿色发展水平变动的不同情形说明各城市农业资源利用、农业环境保护和农业产出水平方面的差异性，同时也说明湖北省农业绿色发展时空上具有不平衡性。
图2 湖北省2010年、2022年农业绿色发展水平

注：恩施代表恩施土家族苗族自治州，神农架代表神农架林区，下同。

Fig. 2 Green agricultural development level scores of Hubei province in 2010 and 2022

从农业资源利用维度（图2b）可以看出，2010—2022年除了黄石市、十堰市、黄冈市、和咸宁市以外，其余城市资源利用得分下降趋势明显，平均值由2010年的0.196下降至2022年的0.152，降幅45.83%。下降比较明显的城市有武汉市，宜昌市、襄阳市、鄂州市、荆州市、随州市、潜江市、天门市等，主要原因是2010—2022年大量农村人员向城市转移导致第一产业从业人数急剧下降，此外湖北省2015—2021年实施了新一轮的退耕还林还草工程，最终对播种面积和耕地复种指数产生了较大影响。如武汉市2010—2022年播种面积从541.51 khm2下降至425.33 khm2，降幅21.44%，耕地复种指数从2.64下降至1.45，降幅45.75%；而黄石市、十堰市、咸宁市、神农架林区等耕地复种指数变化较小，因此这些城市2022年农业资源利用得分相对较高。可见，农业资源利用维度得分受经济社会发展和可持续发展战略影响，同时该维度得分也反映了湖北省城市化进程和可持续发展战略实施过程。此外，从农业资源利用情况来看，经济社会发展过程中土地资源利用效率下降的问题值得关注。
在农业环境保护维度上（图2c），除了武汉市、恩施土家族苗族自治州、神农架林区之外，各城市2022年总体上得分高于2010年，其中宜昌市、襄阳市、荆门市、黄冈市、随州市、咸宁市、潜江市和天门市等增幅较大。农业环境保护维度得分提升得益于湖北省持续开展的节肥节药行动，使得农药、化肥、农膜等化学品投入大幅下降，其中湖北省化肥年施用总量已从2010年的354.90万t（纯量）降至2022年的257.98万t，连续11年递减，降幅达27.31%。湖北省农业绿色防控能力不断提升，进一步保障了农业生产和生态安全，助推乡村振兴战略和农业高质量发展目标的实现。
在农业产出水平维度上（图2d），2010—2022年湖北省农业产出水平差异明显，除武汉市、黄石市、十堰市、宜昌市、仙桃市、潜江市、天门市和神农架林区得分上升以外，其余城市得分下降。其中十堰市得分增加明显，从0.038增至0.168，增幅达347.16%，从具体数据来看，2010—2022年十堰市农民人均纯收入从27498.83元增至45273.13元，增幅64.64%，位居全省第一；人均规模以上农产品加工收入从2601.42元增至4448.23元，增幅70.99%，同样位居全省第一。主要是因为2010年以来，十堰市扎实推进农业产业化建设，茶饮、食用菌等特色产业加速培育，科技含量不断增加，实现了从贫困脱帽到美丽富饶的转变。相对而言，省会武汉市人均收入增幅较慢，从2010年的31830.00元增至2022年的40673.37元，增幅27.78%，远低于全省平均增幅41.84%，人均规模以上农产品加工收入增幅为30.83%，也低于全省平均水平40.99%。另外值得注意的是宜昌市作为湖北省副中心城市坚持绿色发展，依托资源优势拉长农业产业链，推动文化与旅游深度融合，推动人均农业绿色GDP走在全省前列。经测算，宜昌市人均农业绿色GDP由2010年的3758.28元，增长至2022年的6175.95元，增幅256.37%，居全省前列。综上可以看出各城市在提升农业绿色发展含“金”量方面还存在差异，各城市还需要结合自身资源禀赋和经济社会发展情况进一步释放农业绿色发展新动能，产出品种丰富附加值高的农产品，促进农民增收。

2.2 生产粮食能力的变化

2.2.1 全省及各区域粮食产量变化的总体情况

从全省粮食生产能力来看（图3a），2010—2022年湖北粮食产量经历了“递增—减产—高产—稳产”四个阶段。其中2010—2015年湖北省粮食产量连续六年递增，从2315.80万t增至2703.28万t，年均增长2.79%；2015—2016年湖北省粮食减产，主要原因为2016年湖北省发生严重洪涝灾害，和2015年相比粮食减产5.52%；2016—2018年湖北省粮食产量再次达到高点，其中2017年和2018年粮食产量分别为2846.12万t和2839.47万t；2018—2022年粮食产量下降并维持较高水平，其中2019年和2018年相比减产约3.57%，2019—2022年产量维持在2739.47万t左右的较高水平，产量保持稳定。
图3 2010—2022年湖北省粮食生产能力

Fig. 3 Grain production capacity of Hubei province from 2010 to 2022

从区域生产能力（图3a）来看，湖北省粮食产量“中部高、两边低”，且鄂中>鄂西>鄂东，产量变化特点为“中部增加，东西部减少”。总体而言，鄂中作为中国重要的农产品生产基地，粮食产量相对于另外两大区域较高，如2010—2022年鄂中、鄂西、鄂东年均产量分别为1128.12万t、898.46万t、606.40万t；鄂中地区粮食产量变化与全省趋势基本相同，其中2016年粮食产量减产120.98万t，达全省减产的81.10%，为湖北省粮食减产的主要区域。而鄂西与鄂东两大区域粮食产量总体上2010—2015年平稳增长，2016—2022年呈现缓慢下降态势。总体来看，鄂中从2010年的1201.37万t增至2022年的1333.45万t，增幅10.99%，鄂东从2010年的667.62万t降至2022年的559.23万t，降幅16.24%，鄂西从2010年的910.40万t降至2022年的848.47万t，降幅6.80%。可见，在湖北省城市化进程加快和耕地面积减少的影响下，不仅要优先稳定鄂中地区粮食的供应，同时也要更加注意鄂东和鄂西地区粮食生产能力退化的趋向。

2.2.2 湖北省各城市粮食生产能力的变化情况

湖北省各城市粮食生产能力差异明显（图3b），其中鄂西的襄阳市和鄂中的荆州市产量在400万~500万t之间，为湖北省排名靠前的区域；黄冈市、荆门市、孝感市等次之，产量大致在250万~350万t之间；武汉市、十堰市、宜昌市、咸宁市、随州市、恩施土家族苗族自治州等粮食产量在100万~150万t之间；其余地区粮食产量总体在100万t以下。另外，鄂东与鄂西大多数城市粮食产量在2014年后产量开始下降，而鄂中总体上在2018年达到高点之后才呈现下降趋势，说明鄂中地区粮食生产能力相对更优，对湖北省粮食格局和粮食安全具有举足轻重的影响。

2.3 农业绿色发展对粮食生产能力变化的敏感度及分区

2.3.1 农业绿色发展水平对粮食生产能力变化的敏感度

从2010—2014年、2014—2018年以及2018—2022年农业绿色发展水平对粮食生产能力的敏感度计算结果（表4）可以看出，湖北省各城市的敏感度差异明显且存在着波动性，农业绿色发展水平及其相应维度上的敏感度总体上在敏感与不敏感之间进行转变。
表4 农业绿色发展水平及各维度对粮食生产能力变化的敏感度

Table 4 Sensitivity of green agricultural development level to changes in grain production capacity

城市 农业绿色发展水平敏感度 农业资源利用敏感度 农业环境保护敏感度 农业产出水平敏感度
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅰ Ⅱ Ⅲ
武汉市 0.63 1.53 -0.40 0.26 0.78 -0.51 -1.53 1.64 -0.42 0.29 -1.29 -0.26
黄石市 0.12 0.41 -0.21 0.06 0.31 -0.36 -0.42 0.63 -0.18 0.02 0.32 -0.18
十堰市 -0.12 -23.74 0.02 0.03 -0.80 0.02 -0.53 3.30 0.04 0 1.83 0.01
宜昌市 -0.81 -1.93 -3.29 -0.11 -0.99 0.13 -18.46 0.95 -0.09 0.11 -0.36 0.13
襄阳市 0.98 0.55 4.01 0.93 0.18 0.17 2.08 0.68 -0.09 0.49 -0.47 0.07
鄂州市 2.58 -3.92 0.27 -1.62 -1.18 0.16 10.70 1.79 -0.34 0.38 -1.04 0.11
荆门市 -10.68 1.09 0.17 -0.29 0.28 0.10 -53.01 -2.49 -0.08 0.34 1.04 0.04
孝感市 19.05 -0.50 0.50 0.22 -0.28 0.44 -3.85 -0.93 -0.30 -0.16 -0.47 0.07
荆州市 -0.67 5.58 0.93 -0.35 0.71 0.26 -14.76 30.55 -0.49 -0.38 -1.52 0.22
黄冈市 0.07 0.30 -0.08 0.03 0.26 -0.10 0.47 0.84 -0.13 0.07 0.18 -0.03
咸宁市 0.26 0.67 26.88 0.62 0.61 0.53 0.92 3.56 -0.17 0.10 0.25 0.16
随州市 0.28 0.13 -0.13 0.13 0.11 0.25 0.65 0.22 -0.09 0.73 0.10 -0.05
恩施土家族
苗族自治州		 0.10 0.97 -0.37 0.08 0.85 0.20 -9.53 13.64 5.60 0.04 0.26 -0.02
仙桃市 2.75 -0.65 0.45 2.09 3.45 0.28 -7.05 -1.15 1.30 1.04 -0.19 0.46
潜江市 2.01 -1.28 -5.36 3.91 -0.51 -3.39 5.28 -58.91 -0.64 0.74 -1.21 0.47
天门市 -12.22 -0.84 -0.27 -0.89 -0.34 -0.34 39.06 -15.48 -0.41 0.52 -0.69 -0.12
神农架林区 -0.23 0.32 -0.34 -0.17 0.13 -0.16 7.98 0.21 -0.52 -0.08 -0.07 -0.73
平均 0.24 -1.25 1.34 0.29 0.21 -0.14 -2.47 -1.23 0.18 0.25 -0.20 0.02

注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别代表2010—2014年、2014—2018年、2018—2022年。

从农业绿色发展水平对粮食生产能力敏感度变化的计算结果可以看出：（1）2010—2018年，湖北省农业绿色发展水平的敏感度下降，由低敏感转为不敏感。主要原因在于，2014—2018年湖北省新一轮的退耕还林政策开始实施，第一产业人口大量减少，播种面积大幅度下降，导致农业资源利用效率下降，而粮食产量则在2018年达到历史上的第三个高点，因此最终农业绿色发展水平对粮食生产能力的变化敏感度表现为不敏感。从各城市情况来看，武汉市、黄石市、荆门市、荆州市、黄冈市、恩施土家族苗族自治州、天门市和神农架林区的敏感度增加，其余城市敏感度下降，其中孝感市在2010—2018年从高敏感转为不敏感，荆州市从不敏感转为中敏感。（2）2014—2022年湖北省农业绿色发展水平敏感度由不敏感转为低敏感，原因在于2018—2022年粮食产量下降，而随着农业资源的进一步有效利用，农药化肥减量化使用和农膜回收率上升以及农业产业链的不断延长，农业绿色发展水平总体上升，因而多数城市农业绿色发展水平表现为不敏感。然而由于咸宁市2018—2022年农业绿色发展水平下降比例较小，而粮食产量下降比例较大，拉升了湖北省农业绿色发展水平的敏感度，最终表现为低敏感度。从具体城市来看，2014—2022年敏感度提高的城市主要有十堰市、襄阳市、鄂州市、孝感市、咸宁市、仙桃市和天门市，其余城市敏感度均下降。综上分析可知，湖北省虽然面临城市化和退耕还林政策等多重压力造成的耕地利用效率利用下降问题，但环境保护水平提升和农业绿色产出的增加在一定程度上弥补了这个短板，进一步维持粮食生产能力处于高产稳产水平，维护了国家粮食安全。
从农业资源利用维度对粮食生产能力的敏感度计算结果可以看出：（1）2010—2018年，湖北省农业资源利用维度对粮食生产能力的敏感度没有变化，均为低敏感度。原因在于湖北省2014—2018年粮食产量总体处于上升阶段，农业用水效率显著提高，农业机械化水平进一步得到提升。具体到各城市，农业资源利用维度敏感度上升的有武汉市、黄石市、鄂州市、荆门市、荆州市、黄冈市、恩施土家族苗族自治州、仙桃市、天门市和神农架林区，其余城市农业资源利用维度的敏感度均下降。（2）2014—2022年湖北省农业资源利用维度对粮食产量的敏感度从低敏感转为不敏感。原因在于2018—2022年湖北省粮食产量虽然下降，但农业生产条件总体上改善，大多数城市农业有效灌溉率和农业用水效率有较大程度提升，因此该阶段农业资源利用维度对粮食产量变动显示出不敏感的特征。具体而言，十堰市、宜昌市、鄂州市和孝感市农业资源利用维度对粮食生产能力的敏感度上升，其余城市均下降。综合分析来看，2010—2022年湖北省农业资源利用维度对粮食生产能力的敏感度下降，因此农业绿色发展还需进一步提升资源利用的新质水平，增强农业资源利用保障粮食安全的能力。
从农业环境保护维度对粮食生产能力的敏感度计算结果可以看出：（1）2010—2018年，湖北省农业环境保护维度对粮食生产能力的敏感度有所上升，但敏感度级别没有发生变化，均为不敏感。原因在于2014—2018年湖北省农业化学品投入下降促进农业环境保护得分提升，虽然粮食总体增产，但主要集中在鄂中地区，其余区域均为减产，因此农业环境保护维度对粮食生产能力的变化具有不敏感性。具体来看，除了襄阳市、鄂州市、随州市、潜江市、天门市和神农架林区敏感度有所下降之外，其余城市敏感度均上升。变化程度较大的城市有鄂州市、荆州市、恩施土家族苗族自治州、潜江市、天门市和神农架林区等，且这些城市的敏感度均出现跨级变化。（2）2014—2022年湖北省农业环境保护维度对粮食生产能力的影响由不敏感转为低敏感。主要原因是2018年湖北省粮食产量达到历史高峰后开始下降，而农业环境持续得到改善，因此大多数城市农业环境保护维度对粮食生产能力表现为不敏感。然而恩施土家族苗族自治州2022年与2018年相比环境保护维度得分下降幅度仅为0.34%，使得恩施土家族苗族自治州敏感度较高，最终导致全省的低敏感结果。从各城市变化来看，除荆门市、孝感市、仙桃市、潜江市和天门市农业环境保护维度的敏感度上升外，其余城市均为下降，其中荆州市由高敏感转为不敏感，恩施土家族苗族自治州由高敏感转为中敏感。综上可知，农业环境保护对粮食生产能力变化的敏感度在不同的城市存在着敏感和不敏感等多种情况，在一定程度上表明，虽然历史上粮食产量增长主要依赖于肥药的高投入，导致环境保护和粮食生产能力此消彼长，但是从湖北省农业绿色发展过程来看，环境保护与粮食生产可以兼顾，粮食产量增长对于肥药高投入的依赖性已经有了较大程度的减弱。然而由于区域发展的不平衡性，还需采取进一步措施促进农业环境保护与粮食生产协调发展。
从农业产出维度对粮食生产能力变化的敏感度计算结果可以看出：（1）2010—2018年，湖北省农业产出维度对粮食生产能力的敏感度从低敏感转变为不敏感。主要原因是2014—2018年湖北省一些城市农业产出得分呈现负增长态势，而粮食产量总体增长。具体而言，武汉市、宜昌市、襄阳市、鄂州市、孝感市、荆州市、仙桃市、潜江市、天门市和神农架林区粮食产量变化方向与产出水平变化方向相反，且绝对值相对较大，因此湖北省整体农业产出水平维度对于粮食生产能力的影响不敏感。（2）2014—2022年湖北省农业产出维度对粮食生产能力的敏感度由不敏感转为低敏感。主要原因2018—2022年耕地面积以及粮食产量下降，然而与2014—2018年相比，2018—2022年人均农产品加工收入有了较大增长，各城市平均增幅13.64%，农业绿色GDP增长约53.57%，农民人均纯收入增长约1.96%，因此2018—2022年农业产出水平对粮食生产能力变化影响很小，几乎不敏感（接近于0）。具体来看，2014—2022年各城市产出水平维度的敏感度变化较小，没有出现跨级变化的情况，其中武汉市、宜昌市、襄阳市、鄂州市、孝感市、荆州市、仙桃市、潜江市和天门市等敏感度有较小幅度的上升，其余城市则小幅下降。从农业产出对粮食生产能力变化从低敏感到不敏感的变化可知，一方面部分城市农业产业链相对薄弱，仍需进一步提升农业产业化水平，另一方面也说明农业产出水平对粮食增产的潜在效能未能充分发挥。

2.3.2 农业绿色发展对粮食生产能力的敏感度分区

结合表2与表4对湖北省2010—2022年粮食生产能力变化进行敏感度分区，总体上可以分为不敏感、低敏感、中敏感和高敏感4类区域（图4）。总体来看，农业绿色发展水平以及各维度对粮食生产能力变化的敏感度主要为低敏感类型，高敏感和中敏感区域比例较小，不同阶段敏感度等级和敏感区数量呈现一定的波动。
图4 粮食生产能力变化的敏感度分区

Fig. 4 Sensitivity zoning of grain production capacity

从农业绿色发展水平对粮食生产能力变化的敏感度来看，2010—2014年、2014—2018年以及2018—2022年3个阶段敏感区分布具有一定波动性。其中2010—2014年，湖北省共有11个敏感区，主要集中在鄂东5市、鄂中中部北部以及鄂西的襄阳市和恩施土家族苗族自治州，其中孝感市为高敏感区，其余9市均为低敏感区。2014—2018年，敏感区共有10个，总体区位分布变化不大，其中荆州市为中敏感区，孝感市由高敏感转变为不敏感，鄂州市由低敏感转为不敏感。2018—2022年湖北省敏感区数量有了较大变化，敏感区减少为8个，集中在鄂西北部、鄂中多数区域以及鄂东的南部，其中咸宁市为高敏感区，其余为低敏感区。2010—2022年，咸宁市和襄阳市农业绿色发展对粮食生产能力一直保持着敏感度，说明两地粮食生产能力与农业绿色发展水平具有同向变化特征。总体而言，每个时期的敏感区农业绿色发展水平对粮食生产能力变化具有不同的响应特征，其中2010—2014年农业绿色发展水平与粮食生产能力同向增加，2014—2018年以及2018—2022年农业绿色发展水平与粮食生产能力同向减少。2018—2022年，受2015年以来湖北省实施第二轮退耕还林政策实施影响，敏感区耕地面积减少且2018—2022年粮食产量明显下降，农民人均纯收入受疫情影响有较为明显的下降，虽然农产品加工收入增加但是幅度并不大，因此农业绿色发展水平对粮食生产能力保持一定的敏感性。
从农业资源利用维度对粮食生产能力变化的敏感度来看，2010—2014年、2014—2018年以及2018—2022年湖北省敏感区较多且均为低敏感区，数量均为11个，且不同阶段敏感区布局较为集中，而恩施土家族苗族自治州、襄阳市、随州市、仙桃市和咸宁市一直保持着低敏感性。其中2010—2014年低敏感区主要集中在鄂东、鄂中鄂西北部以及鄂西南部；2014—2018年鄂东敏感度等级及敏感区域数量没有变化，鄂西与鄂中敏感区域个别发生变化，但数量未变；2018—2022年湖北省敏感区主要集中在鄂中、鄂西以及鄂东南部。从敏感度变化的方向来看，2010—2014年敏感区农业资源利用与粮食生产能力同向增加，主要原因是该阶段湖北省扩大播种面积，改善灌溉条件，提高水资源利用率和禽畜粪污资源利用率，为农业生产提供了良好条件；2014—2018年随着农民大量向城市转移，敏感区第一产业就业人员数量减少，虽然耕地面积有所增加，但是播种面积明显下降，耕地利用效率受到较大影响，导致农业资源利用与粮食产量同向降低。2018—2022年，敏感区播种面积有较大幅度增加，禽畜粪污资源利用率以及农业用水效率有一定程度提升，但由于各城市发展速度相对差距较大，增速不同导致一些城市得分下降。如咸宁市耕地复种指数2018—2022年提升了24.53%，其余城市平均仅提高4.07%。可见湖北省在2010—2022年各阶段虽然都存在资源利用对粮食产量变化的敏感区，但是产生的原因并不相同，说明湖北省农业资源利用水平虽然整体提高但差异也开始扩大。
从农业环境保护维度对粮食产量变化的敏感度来看，2010—2014年、2014—2018年和2018—2022年三个阶段敏感区分布差异较大。2010—2014年敏感区共有8个，地理位置分散，其中襄阳市、随州市、黄冈市和咸宁市为低敏感区，神农架林区、潜江市为中敏感区，鄂州市、天门市为高敏感区。2014—2018年，敏感区数量增至12个，覆盖了鄂东、鄂西全部区域，以及鄂中的随州、荆州两市，除了恩施土家族苗族自治州、荆州市为高敏感区外，其余城市均为低敏感区。2018—2022年敏感区数量缩减至3个，其中十堰市、仙桃市为低敏感区，恩施土家族苗族自治州为中敏感区。作为中国粮食主产区，湖北省2010年以来连续10年化肥用量负增长，化肥施用量从2010年的354.9万t（纯量）减至2020年的267.3万t，有力地推动了农业绿色发展。尤其是2010—2018年，湖北省大力发展循环农业，农业环境保护对粮食生产能力敏感性开始增强，对粮食产量的正向促进作用不断显现，不仅每年转化农业废物和废水2600多万t，而且增加了农民收入，并节约了大量化肥、农药、灌溉用水等；而2018—2022年由于粮食产量趋于稳定，农业环境保护对粮食产量变化的敏感性下降，说明提高农业环境保护对粮食增产的效果已经出现了减弱的迹象。
从农业产出维度对粮食生产能力变化的敏感度来看，2010—2014年，低敏感区覆盖全省大多数城市；2014—2018年，湖北省共有7个低敏感区，分布在鄂西的十堰市、恩施土家族苗族自治州，鄂东的黄冈市、黄石市以及鄂中的随州市、荆门市等；2018—2022年，低敏感区域数量增至10个，主要集中在鄂西、鄂中大部地区。由此可知，研究期内农业产出水平维度对粮食生产能力变化的敏感区数量变化较大，2010—2014年敏感区主要表现为农业产出水平与粮食生产能力同步增长的特征，原因在于该时期敏感区粮食产量平均增加3.92%，农产品加工收入平均增长14.14%，绿色人均产出平均增长57.38%，农业产出水平增长速度明显高于粮食产量增长速度。而2014—2018年，低敏感区除了荆门、咸宁两市粮食产量与绿色产出水平同向增加外，十堰市、恩施土家族苗族自治州、黄石市、随州市和黄冈市5市粮食产量下降，且5市农民人均纯收入、农业绿色产出以及农产品加工收入下降或者增速低于全省平均水平，导致农业产出水平下降。2018—2022年，总体上敏感区的粮食产量与农业产出水平同向下降。这一时期湖北省贯彻落实“藏粮于地、藏粮于技”战略，不再单纯追求粮食产量连续递增，而是追求粮食产能与生态保护、经济社会的可持续发展，粮食生产战略由“快速增长”转为“确保生产稳定”。相比不敏感区域的武汉市、恩施土家族苗族自治州、黄石市、黄冈市、神农架林区、随州市和天门市，敏感区农民人均纯收入和农产品加工收入增速较低甚至出现下降趋势，使得敏感区农业产出水平下降，最终导致产出水平对粮食生产能力表现出一定的敏感性。

3 结论与讨论

3.1 结论

本文以湖北省为研究区，对湖北省各城市2010—2022年农业绿色发展水平进行评价，分析了湖北省农业绿色发展水平对粮食生产能力变化的影响，并根据农业绿色发展水平对粮食生产能力计算结果进行敏感度分区，得出以下结论：
（1）2010—2022年，湖北省农业绿色发展水平均值呈升—降—升的“N”型变化趋势。与2010年相比，2022年农业绿色发展水平略有降低，降幅3.93%，农业资源利用和农业产出水平得分总体下降，农业环境保护得分总体上升。另外，各城市在农业绿色发展及相应维度上的得分存在明显差异。
（2）2010—2022年湖北省粮食生产能力变化总体上经历了“递增—减产—高产—稳产”阶段。三大区域粮食产量年均值鄂中>鄂西>鄂东，与2010年相比，2022年鄂中粮食产量增加，鄂东、鄂西粮食产量减少；鄂东的黄冈市、鄂中的荆州市、荆门市、孝感市以及鄂西的襄阳市为湖北省粮食高产区域。
（3）2010—2022年，湖北省农业绿色发展对粮食生产能力变化以低敏感为主，敏感区数量有一定波动，且空间分布存在较大差异。总体而言，农业绿色发展以及农业绿色产出对粮食产量变化的敏感度先降后升，农业资源利用对粮食生产能力变化的敏感度降低，农业环境保护对粮食生产能力变化的敏感度上升。每个时期敏感区农业绿色发展对粮食生产能力变化具有不同的响应特征，总体上2010—2014年敏感区农业绿色发展水平与粮食生产能力同向增加，2014—2018年、2018—2022年敏感区农业绿色发展水平与粮食生产能力同向减少。
综上研究结果，提出如下建议：
（1）提升农业资源利用效率，强化农业生态环境保护，增加农业效益。在农业资源利用上，要保护和利用现有耕地，改善耕地质量，继续提升机械化水平。武汉市、十堰市两大工业城市农村郊区的土地，以及离武汉市较近的孝感市、鄂州市、随州市等土地抛荒现象比较严重，需要积极盘活撂荒耕地，引导农民复耕；黄冈市、天门市等要进一步促进畜禽粪污资源化利用能力，促进种养循环效率提升；神农架林区、十堰市、宜昌市、恩施土家族苗族自治州等要进一步完善农业设施，提高灌溉耕地比例。在全省农业化学品投入减少的总体趋势下，荆州市、荆门市、黄冈市、襄阳市等重要粮食产区还要进一步通过农业政策和技术支持，促进绿色肥药和农业机械研发，进一步改善农业环境质量。在农业产出方面，荆州市、孝感市、荆门市等规模以上农产品加工收入相对靠后，农民人均纯收入较低，还要进一步拓展农业多种功能，进一步扩大农民收入来源。
（2）释放农业绿色发展潜力，提升农业绿色发展保障粮食安全的效能。湖北省大多数城市农业绿色发展水平对粮食生产能力表现为低敏感性，因此在落实“藏粮于地、藏粮于技”的战略方面，湖北省粮食高产区如黄冈市、荆州市、襄阳市等要不断探索农业绿色发展的新模式，在当前粮食生产能力较高水平的基础上，进一步释放农业绿色发展的潜力，推动农业绿色增产，不断增强端牢“中国饭碗”的能力。
（3）优化农业发展格局，促进农业多功能协调。湖北省粮食主产区主要集中在襄阳市、荆州市、荆门市、黄冈市、孝感市等，鄂州市、潜江市、神农架林区等地粮食产量较少，全省区域间粮食生产能力差异明显。虽然粮食生产为经济社会发展提供了基础物质保障，但随着中国居民消费结构变化以及经济高速发展用地需求扩张，耕地非粮化呈现扩大趋势[53]，因此在保障粮食安全的前提下，要积极探索农业发展从“粮食安全”到“食物安全”的转变，多途径开发食物资源。尤其是鄂州市、潜江市、神农架林区等粮食产量较少的城市更要坚持以农业绿色发展优化农业发展格局，进一步探索农业多功能价值的实现形式，以更好地实现错位发展。

3.2 讨论

农业绿色发展是中国经济社会全面绿色转型的重要内容，也是农业建设的重大使命，对于补齐生态建设短板和维护粮食安全具有重要意义。本文从地级市尺度分析了湖北省农业绿色发展对粮食生产能力变化的敏感度，对进一步研究农业绿色发展和提高中国粮食保障能力问题提供了参考。不同于以往研究过多关注于农业绿色发展水平测度和时空演变[15,54]、农业全要素生产率[55]、农业绿色发展与经济社会[56]或城镇化[57]耦合协调[58,59]等方面的研究，本文基于农业绿色发展和粮食生产能力相互制约相互影响的关系，从敏感度视角探究农业绿色发展对粮食生产能力变化的影响程度，并深入探索了敏感区数量变化和空间分布，在一定程度上对现有研究进行了补充和拓展，但仍存在改进的空间。从大食物观角度来看，农业绿色发展还涉及农业产出安全、农业供应链效率和韧性等一系列复杂问题；当前农业绿色发展测度和评价也未形成一致的方法，评价结果受指标设置与赋权方法的影响较大；另外农业绿色发展和粮食生产能力之间或许存在内生关系，以上内容本文均未考虑，还需要进一步深入研究。

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