Evaluation of Coupling Coordination Degree of Agricultural Water-Land-Food-Energy Nexus System in Western Jilin Province and Analysis of Obstacle Degree

DAIXin, LIUWenxin

Journal of Agriculture ›› 2026, Vol. 16 ›› Issue (7) : 90-98.

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Journal of Agriculture ›› 2026, Vol. 16 ›› Issue (7) : 90-98. DOI: 10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2025-0051

Evaluation of Coupling Coordination Degree of Agricultural Water-Land-Food-Energy Nexus System in Western Jilin Province and Analysis of Obstacle Degree

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Abstract

Water, land, food and energy constitute the foundational pillars of agricultural system. The research of coupling coordination within the water-land-food-energy (WLFE) nexus system plays a pivotal role in promoting regional sustainability. Taking the western region of Jilin Province as an example, this study constructed a comprehensive evaluation index system for agricultural WLFE nexus. Using the entropy method, coupling coordination degree model, and obstacle degree model, with counties as the basic evaluation units, it assessed the coupling coordination of the regional agricultural WLFE nexus in 2011, 2015 and 2020, while identifying key obstacle factors. The results showed that the comprehensive development index of western Jilin’s agricultural WLFE nexus exhibited an upward trajectory during the study period, though subsystem trends diverged significantly. While the energy subsystem remained relatively stable, the other subsystems showed overall growth. The coupling degree of the WLFE nexus increased from 0.9815 to 0.9962, and the coupling coordination degree rose from 0.7129 to 0.7513, demonstrating a steady upward trend and maintaining a moderate coordination level throughout. The cumulative obstacle degrees of subsystem factors followed the order: 2011 (4.5255)>2015 (4.4879)>2020 (4.000), indicating a gradual reduction in restrictive pressures. This research developed a localized evaluation framework for agricultural WLFE nexus systems, effectively capturing the unique characteristics of western Jilin and enriching regional-level case studies. The findings and corresponding policy recommendations offer valuable insights for advancing sustainable agricultural development in the region.

Key words

agricultural water-land-food-energy nexus / coupling evaluation / obstacle degree model / western Jilin Province

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DAI Xin , LIU Wenxin. Evaluation of Coupling Coordination Degree of Agricultural Water-Land-Food-Energy Nexus System in Western Jilin Province and Analysis of Obstacle Degree[J]. Journal of Agriculture. 2026, 16(7): 90-98 https://doi.org/10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2025-0051

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. Land cover (LC) determines the energy exchange, water and\ncarbon cycle between Earth's spheres. Accurate LC information is a\nfundamental parameter for the environment and climate studies. Considering\nthat the LC in China has been altered dramatically with the economic\ndevelopment in the past few decades, sequential and fine-scale LC monitoring\nis in urgent need. However, currently, fine-resolution annual LC dataset\nproduced by the observational images is generally unavailable for China due\nto the lack of sufficient training samples and computational capabilities.\nTo deal with this issue, we produced the first Landsat-derived annual China\nland cover dataset (CLCD) on the Google Earth Engine (GEE) platform, which\ncontains 30 m annual LC and its dynamics in China from 1990 to 2019. We\nfirst collected the training samples by combining stable samples extracted\nfrom China's land-use/cover datasets (CLUDs) and visually interpreted\nsamples from satellite time-series data, Google Earth and Google Maps. Using\n335 709 Landsat images on the GEE, several temporal metrics were constructed\nand fed to the random forest classifier to obtain classification results. We\nthen proposed a post-processing method incorporating spatial–temporal\nfiltering and logical reasoning to further improve the spatial–temporal\nconsistency of CLCD. Finally, the overall accuracy of CLCD reached 79.31 %\nbased on 5463 visually interpreted samples. A further assessment based on\n5131 third-party test samples showed that the overall accuracy of CLCD\noutperforms that of MCD12Q1, ESACCI_LC, FROM_GLC and GlobeLand30. Besides, we intercompared the CLCD with several\nLandsat-derived thematic products, which exhibited good consistencies with\nthe Global Forest Change, the Global Surface Water, and three impervious\nsurface products. Based on the CLCD, the trends and patterns of China's LC\nchanges during 1985 and 2019 were revealed, such as expansion of impervious\nsurface (+148.71 %) and water (+18.39 %), decrease in cropland\n(−4.85 %) and grassland (−3.29 %), and increase in forest (+4.34 %). In\ngeneral, CLCD reflected the rapid urbanization and a series of ecological\nprojects (e.g. Gain for Green) in China and revealed the anthropogenic\nimplications on LC under the condition of climate change, signifying its\npotential application in the global change research. The CLCD dataset\nintroduced in this article is freely available at\nhttps://doi.org/10.5281/zenodo.4417810 (Yang and Huang, 2021).
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