多重壓力脅迫下東北黑土區耕地韌性研究及其啟示
——以黑龍江省拜泉縣為例

李玉恒，黃惠倩，郭桐冰，杜國明

（1.中國科學院地理科學與資源研究所區域可持續發展分析與模擬重點實驗室，北京 100101；2.中國科學院大學資源與環境學院，北京100049；3.東北農業大學公共管理與法學院，黑龍江 哈爾濱 150030）

1 引言

“零饑餓”是聯合國2030年可持續發展議程17項目標之一，聚焦于在全球范圍內消除一切形式的饑餓和營養不良，保證所有人——尤其是兒童及弱勢群體享有充足且營養的食物。糧食安全關系到人類永續發展和前途命運，是保障世界和平與發展、構建人類命運共同體的重要基礎。作為糧食生產的載體，耕地保護與可持續利用已成為保障糧食安全、支撐經濟社會平穩健康發展的關鍵途徑。作為世界最大的發展中國家，我國人多地少、人均耕地資源稀缺的基本國情要求實行最嚴格的耕地保護制度。自1981年國務院明確提出耕地保護的概念以來，我國構建了耕地資源數量、質量、生態“三位一體”的保護格局，穩步提升了糧食生產能力，實現了連續多年的豐產豐收，支撐了工業化、城鎮化及農業現代化發展。當前，我國面臨著耕地“非糧化”與“非食物化”、邊際化、細碎化、質量退化、自然災害破壞等諸多挑戰[1-3]。

黑土是指擁有黑色或暗黑色腐殖質表土層的土壤，是地球上珍貴的土壤資源。黑土耕地是重要的農業生產要素，是一種性狀好、肥力高、適宜農耕的優質土地①《國家黑土地保護工程實施方案（2021—2025年）》。，被稱作“耕地中的大熊貓”。東北地區是世界主要黑土帶之一，也是我國糧食主產區和重要的商品糧基地，糧食產量占全國的1/4，商品量占全國的1/4，調出量占全國的1/3，是國家糧食安全的“壓艙石”[4]。東北黑土區范圍涉及遼寧、吉林、黑龍江以及內蒙古東部的部分地區，總面積55.6萬km2。然而，長期大規模、高強度的開墾導致東北黑土地土壤肥力普遍下降，黑土地資源量在減少、質在退化的趨勢愈發明顯，威脅國家糧食安全與區域生態安全，亟需科學推進黑土耕地的保護與有序利用[5]。

當前，我國啟動了東北黑土地保護利用工程，制定了《東北黑土地保護性耕作行動計劃（2020—2025年）》 《國家黑土地保護工程實施方案（2021—2025年）》。耕地保護是一項系統工程，耕地數量、質量與生態面臨著源于自身屬性和外部環境變化的多重壓力。已有研究顯示，耕地屬性、土壤類型、農戶耕作行為等內在因素與土地制度與政策、建設用地擴張、農業污染、氣候變化等外界因素相互交織，共同影響著耕地保護方式與利用成效[6-13]。科學構建耕地保護體系，提升耕地應對外界擾動沖擊和不確定風險的韌性，對于保障耕地數量、品質與糧食生產能力具有重要的現實意義。本文以黑龍江省拜泉縣為例，將韌性理論引入到耕地保護研究，基于村級調查數據，綜合評價了多重壓力脅迫下東北黑土區耕地韌性，揭示了耕地韌性空間分布特征、關鍵短板因素，提出了旨在提升黑土區耕地韌性的路徑措施與政策建議。

2 耕地韌性研究框架

韌性是系統的基本屬性，由于未來發展的不確定性和不可預測性，抵御外界風險挑戰沖擊的韌性對于維持系統穩定性具有至關重要的作用。1973年，生態學家HOLLING將韌性這一概念率先應用于生態學領域，指生態系統受到外界壓力沖擊后，最大程度吸收擾動沖擊并恢復到新的均衡狀態的能力[14]。隨著學科的發展，韌性研究逐漸應用到經濟學、社會學、災害學等領域，成為解析社會—生態系統可持續性的重要工具之一[15-18]。

韌性理論指出系統內核要素的類型、數量、質量及其耦合方式構成了韌性基礎，在與外部環境交互作用過程中，系統展現出對壓力沖擊的抵御能力、適應能力與轉型能力[19]。耕地系統是由相互影響、相互作用的若干要素按照一定結構組成的、具有特定功能的有機整體。在與外界環境系統交互作用過程中，耕地具有通過自身調節，抵御擾動沖擊而保持系統穩定、功能不變的韌性，而耕地非農化、土質退化與污損化則是擾動沖擊作用于耕地系統，超出了韌性調控閾值而產生的直接后果。

韌性是實現耕地系統功能穩定、資源可持續利用的重要支撐。在面對不同壓力沖擊時，耕地系統的響應方式與程度不盡相同，從而展現出差異的韌性。相較于耕地質量評價、耕地生態與資源安全，耕地韌性體現了耕地系統對外界環境變化沖擊與風險挑戰的應對能力。當前，韌性研究多集中于經濟、生態、城鄉、災害等學科領域，涉及耕地韌性的研究相對較少。孟麗君等[20]基于表象韌性和潛在韌性，從穩定增長能力、高效利用能力、抵抗干擾能力、資源支撐能力4個方面建立了指標體系，評價了河北曲周縣1973—2014年耕地利用系統韌性。李窚琪等[21]從耕地系統的功能性、穩定性、冗余度和適應性4個維度構建了指標體系，評價了昆明市2001—2017年耕地系統韌性。已有研究主要依賴于統計數據，且缺乏對耕地面臨壓力的判斷，不利于揭示不同壓力下的耕地韌性。此外，村域是耕地保護與農業生產的基礎單元，以村域為單元開展耕地韌性研究，有利于揭示不同村域耕地立地條件、農田基礎設施建設水平、農戶生計方式等因素對耕地韌性的影響。

基于此，本文從韌性發生學視角，構建了基于“壓力—狀態—響應”的耕地韌性解釋模型。如圖1所示，耕地內核系統包括地理區位、立地條件、土壤類型、土壤養分等因素，形成了耕地的“狀態”，包括耕地適宜性、耕地質量、耕作方式、生產力等現狀特征。制度設計與宏觀政策、非農用地需求與污染、農戶生計決策、氣候變化與災害等因素交織，構成了對耕地系統的“壓力”。“響應”指在壓力作用時及作用后，為維系耕地功能不變、系統穩定所采取的應對措施如土地整治、土壤修復、耕地流轉、農技投入等。因而，耕地韌性的發生過程可分解為：擾動源，即外界風險挑戰作用于耕地系統并產生相關影響；擾動中，即耕地系統抵御壓力沖擊的能力及在壓力影響下的系統狀態；擾動后，即耕地系統從擾動沖擊中恢復正常狀態的舉措，以及在沖擊后尋求發展轉型的能力。

圖1 基于“壓力—狀態—響應”的耕地韌性模型Fig.1 Cultivated land resilience model based on “pressure-state-response”

3 研究方法與數據

3.1 拜泉縣概況

拜泉縣隸屬黑龍江省齊齊哈爾市，介于北緯47°17′～47°54′、東經125°29′～126°31′之間。該縣地處黑龍江省中西部、小興安嶺與松嫩平原的交匯地帶，地勢東高西低，具有典型漫川漫崗的地貌特征，海拔最高處365 m，最低點92 m，境內主要河流為雙陽河、通肯河。拜泉縣轄7鎮9鄉，186個行政村，總人口55萬人，其中農村常住人口17萬人①www.baiquan.gov.cn.，國土總面積3 599.15 km2，其中耕地面積2 057.13 km2②拜泉縣第三次國土調查。。作為東北黑土區的典型縣域，拜泉縣土壤類型以黑土為主，黑鈣土、草甸土為輔，土層厚度1 m以上。氣候屬中溫帶大陸性季風氣候，雨熱同期，年均降雨量490 mm，年均溫度1.2℃，年均日照2 730 h，無霜期122天①。

3.2 數據來源及處理方式

本文所用到的經濟、人口、農業數據均來源于2020年筆者及團隊對拜泉縣186個行政村的實地調研與問卷調查。經核查有32份問卷由于相關數據失實，判為無效問卷，最終獲得154份有效問卷。坡度、高程等地形數據來源于地理空間數據云提供的30 m分辨率數字高程模型（DEM）。村域層面的耕地面積、有排澇設施農田比例等地理空間數據來自于拜泉縣第三次國土調查和村莊地籍數據。

在村莊人口問卷中，存在村內純務農人數大于村內勞動力人數的情況，根據研究區60周歲以上老人務農較為普遍的現實情況，在純務農人數的指標統計中沒有統計有勞動力人口中的純務農人口，而是實際生活中仍然從事農業勞作的人口。在農業生產問卷中，由于各村種植作物情況不同，在計算種植每畝耕地的投入成本及糧食產量指標時，先根據每村種植各類作物面積的占比賦權重，再基于所得權重計算得出每畝耕地的實際情況；有排澇設施農田比例是根據第三次國土調查數據中提取的各村水田、水澆地面積占總耕地面積的比值計算得出。結合本文研究目的，耕地平均坡度僅提取集體所有耕地，對于權屬類型為國有的耕地進行了裁剪處理，再通過ArcGIS 10.6的柵格處理、區域分析、表面分析等工具從DEM柵格數據中提取。

在這個科技發達的時代，許多新的設施已經投入到電網的使用中去。大城市的整個電力系統已經煥然一新，這些設施的使用也很好的經濟的控制了供電方面的浪費。所以，盡最大可能改善農村配網的設施可以有效發展農村電力問題，還可以為農村節省一筆不必要的浪費。

3.3 研究方法

（1）評價指標體系。本文從韌性發生學視角構建了基于“壓力—狀態—響應”的耕地韌性評價模型，以村域為單元對拜泉縣耕地韌性進行評價。耕地保護聚焦于耕地數量、質量和生態三位一體，具有層次性和系統性。耕地系統穩定性與可持續性面臨著多方面的壓力。首先，地形條件通過對水熱條件的再分布影響耕地生產能力，并間接影響著耕地建設、開發和改良等的經濟效益[23]。東北黑土區坡耕地面積較大，以漫崗長坡耕地為主，匯水面積大，易形成水蝕，直接影響到耕地質量與生產力。其次，隨著農戶生計方式的非農化轉型，農戶不再以地為生的特征凸顯，導致耕地投入減少、土地粗放及低效利用等問題出現，對耕地的有效利用與穩定產出帶來巨大挑戰。

根據耕地內核系統構成要素及拜泉縣耕地現狀特征，黑土耕地的“狀態”包括戶均地塊數量、每畝耕地糧食產量、每畝耕地純收入。這些狀態要素決定了在面臨立地條件、農戶生計轉型壓力沖擊時，為實現耕地保護目標所采取的響應措施，包括單位面積耕地的勞動力投入、機械投入、農資投入及農田減災防災設施建設。基于以上分析，本文構建了黑土區耕地韌性的評價指標體系，包括3個維度9項指標（表1）。

表1 黑土區耕地韌性評價指標體系Tab.1 Evaluation index system of cultivated land resilience of the black soil region

（2）熵值法。本文采用熵值法確定耕地韌性指標體系各指標所占權重，測算多重壓力脅迫下拜泉縣的耕地韌性，具體測算方法如下：

首先，假設某一研究區域有n個村莊，h項測評指標，建立原始指標矩陣為：X= {xij}n×h（1≤i≤n，1≤j≤h），xij為第i個村莊的第j項指標值。對指標數據進行無量綱化處理，利用離差標準化法將指標體系中各項原始指標轉換為無量綱化指標。本文中涉及壓力指標以及耕地集中連片程度為負向指標，其余數據為正向指標，標準化處理結果Zij的計算如式（1）、式（2）所示，各評估指標經標準化處理后的值介于[ 0，1]。

其次，確定各評價指標權重。在對指標進行如式（1）與式（2）的歸一化處理基礎上，計算各指標熵值Ej，如式（3）所示。

最后，利用式（4）計算熵值冗余度，在式（5）的支持下得到權重Wj，接下來按式（6）進行耕地韌性測算，得到各村莊的耕地韌性水平Ri。

（3）多重壓力脅迫模型。為探究黑土區耕地在不同壓力脅迫下的韌性情況，本文分別對立地條件、農戶生計轉型兩種壓力脅迫下的耕地韌性進行測算，并比較分析了單個壓力以及兩種壓力共同作用下的耕地韌性變化情況。

在本文中，兩種壓力指標Pij均為負向指標，首先利用離差標準化法對壓力指標進行無量綱化處理，處理結果均為正數。其次依次對不同壓力脅迫下的黑土區耕地韌性進行測算，基于式（5）得出各指標權重Wj，根據指標體系表1對指標數據進行標準化處理得到壓力指標Pij，狀態指標Sij，響應指標RPij，利用式（7）進行m（1≤m≤3）種壓力條件下的耕地韌性測算，得到不同情形下的耕地韌性指數Lim。經過多重壓力脅迫模型計算得出的韌性指數越小，則表示該類型壓力的負效應越明顯。

（4）冷熱點分析技術。冷熱點分析屬于空間聚類方法，通過判斷高值或低值要素在空間上發生聚類的位置識別要素空間聚集的分布規律。為進一步揭示拜泉縣耕地韌性的空間集聚性，本文利用ArcGIS 10.6平臺的Getis-OderGi*功能對拜泉縣不同鄉村耕地韌性數值進行分析，探測變化量的冷熱點區域。冷熱點分析具體模型如式（8）、式（9）所示。

式（8）—式（9）中：xj是每個統計網格的屬性值；wij是i和j的空間權重，在探測中采取空間搜索半徑法，以100 m為相關距離構建出空間權重矩陣；指空間權重平均值；S為空間權重標準差。

4 研究結果

4.1 多重壓力脅迫下的耕地韌性

測算結果顯示，拜泉縣耕地韌性為0.421，總體處于中等偏下水平，體現了立地條件與農戶生計轉型雙重壓力脅迫下，拜泉縣耕地韌性不足的現實境況，也印證了長期高強度利用下東北黑土區耕地質量退化的現狀特征，表現為黑土層在“變薄、變瘦、變硬”[24-25]。

表2展示了多重壓力脅迫下的拜泉縣耕地韌性水平。由模型1和模型2可知，立地條件壓力、農戶生計轉型壓力脅迫下的耕地韌性分別為0.409和0.418，表明耕地韌性受立地條件的影響相對較大。拜泉縣地勢丘陵起伏、漫川漫崗，水土流失比較嚴重。坡耕地因坡緩、坡長，匯水面積大，容易引發水蝕，坡耕地水土流失面積占全縣耕地面積的70%，破壞了黑土土壤結構，直接影響到耕地質量與生產力。此外，坡耕地的侵蝕溝日益增多，耕地被切割得支離破碎，嚴重影響了機耕作業，勞動生產率下降。

表2 耕地韌性測算結果Tab.2 Calculation results of cultivated land resilience

研究進一步測算了雙重壓力組合情形下的耕地韌性。如模型3結果所示，在立地條件不變的情形下，疊加農戶生計轉型壓力，拜泉縣耕地韌性由0.409增長到0.421，表明農戶生計轉型的壓力脅迫并未對耕地韌性產生顯著負效應。調查數據顯示，拜泉縣農村居民年人均純收入為8 651元，低于齊齊哈爾市（16 689元）和黑龍江省平均水平（14 982元）。然而拜泉縣人均13畝耕地，畝均純收入達325元，人均務農收入占到了農戶人均純收入的一半，因而農戶愛惜耕地，能夠有效管護、利用耕地，及時完成農業生產各項投入，從而保證了耕地質量與生產力。研究結果表明，在立地條件不變的情形下，農戶對耕地的投入與管護有助于提升耕地質量與生產力，從而提高了耕地韌性。

4.2 耕地韌性空間分布

圖2展示了拜泉縣耕地韌性的空間分布情況，耕地韌性較高的鄉村主要集中于拜泉縣西部的永勤鄉、富強鎮、愛農鄉、豐產鄉、時中鄉，北部的長春鎮以及東部的三道鎮，該區域耕地坡度較低，地勢較緩，水蝕壓力較小，適宜農作物的規模化種植，耕地韌性平均值較高，為0.442。然而，拜泉縣中部的拜泉鎮、興華鄉、興國鄉與新生鄉的耕地坡度較高，平均坡度大于10°，受水土流失影響，上述鄉鎮的耕地韌性平均值為0.342，低于全縣平均水平。

圖2 拜泉縣耕地韌性空間分布圖Fig.2 Spatial distribution of cultivated land resilience in Baiquan County

研究進一步分析了以鄉鎮為單元的耕地韌性空間分布情況。如圖3所示，拜泉鎮、興華鄉與興國鄉耕地韌性水平相對較低，測算結果分別0.313、0.355和0.298，均顯著低于拜泉縣耕地平均韌性水平。上述地區多位于漫川漫崗地帶，耕作條件較差，加之臨近縣城，農戶生計非農化特征明顯，抑制了耕地投入。調查數據顯示，上述鄉鎮的每畝機械投入與化肥投入僅為31.8元和37.9元，分別低于全縣57.7元和65.4元的平均水平。這些鄉鎮的糧食平均產量為177.3 kg，畝均純收入為132.1元，分別低于全縣畝均產出270.3 kg和畝均純收入325.2元的水平。

圖3 拜泉縣各鄉鎮耕地韌性空間分布Fig.3 Spatial distribution of cultivated land resilience at township level in Baiquan County

永勤鄉、富強鎮、三道鎮耕地韌性較高，測算結果分別為0.479、0.462和0.466，均高于全縣的耕地韌性水平。該地區地勢平坦，有利于機械化大規模耕作，農戶的耕地投入較大。調查顯示上述鄉鎮每畝耕地的機械投入與化肥投入分別為60.0元和78.9元，均高于全縣平均水平。糧食畝均產量與畝均純收入分別為334.3 kg和405.1元，顯著高于全縣平均水平。

4.3 耕地韌性空間集聚性

為進一步揭示拜泉縣耕地韌性的空間集聚性，本文基于拜泉縣各村耕地韌性數據，運用ArcGIS平臺揭示了拜泉縣耕地韌性高值與低值的空間聚集情況，通過運用空間“冷點—熱點”模型，得到拜泉縣耕地韌性高低值的冷熱點分布情況（圖4）。研究發現，在90%的置信水平下，耕地韌性冷點區集中于拜泉鎮及其周圍的興華鄉與興國鄉，而熱點區集中于拜泉縣西部的愛農鄉、永勤鄉、豐產鄉，北部的長春鎮以及東部的三道鎮。由于縣城所在地拜泉鎮及周邊地區耕地破碎化程度較高，不利于機械化規模化土地經營，耕地生產效益低下，拜泉鎮耕地畝均純收入僅為65.3元，遠低于全縣325.2元的平均水平。縣城周邊居民多從事非農產業，對耕地投入相對較少，調查數據顯示，拜泉鎮、興華鄉與興國鄉每畝耕地的機械投入與化肥投入平均值僅為36.5元與37.9元，顯著低于全縣57.7元與65.4元的平均水平，導致耕地產出降低。

圖4 拜泉縣耕地韌性冷熱點分析圖Fig.4 Analysis of cold and hot spots of cultivated land resilience in Baiquan County

耕地韌性熱點區集中于愛農鄉、永勤鄉、長春鎮、三道鎮，上述鄉鎮距離縣城較遠，耕地廣闊平坦，易于開展規模化經營，農戶對耕地投入較高，每畝機械投入與化肥投入平均值達60.9元與66.1元，高于全縣平均水平，土地生產效益較好，上述鄉鎮畝均純收入平均值為400.7元，高于全縣325.2元的平均水平。

4.4 耕地韌性短板因素

本文采用雷達圖展示了拜泉縣耕地韌性的構成要素。如圖5所示，拜泉縣耕地韌性的主要支撐要素為每畝耕地的糧食產量、化肥與機械投入成本、每畝耕地純收入以及耕地集中連片程度。調查數據顯示，拜泉縣每畝耕地糧食產量為270.3 kg，高于全國173.1 kg的平均水平。每畝耕地化肥投入65.4元、機械投入57.7元，均高于全市平均水平，有助于提升耕地質量，保障糧食生產水平。當前，拜泉縣人均13畝耕地，每畝耕地純收入325.2元，人均務農純收入達4 227元，占到了農戶人均純收入（8 651元）的一半，有利于保障對耕地的有效投入。經調查測算，拜泉縣耕地流轉率為52.9%，種糧大戶、農業合作社、涉農企業等成為耕地經營的主力軍，通過土地整治，提高了耕地平整度與集中連片水平，有助于實施農業生產經營規模化、全程作業機械化、社會服務專業化，顯著提升了耕地產出效益與抵御市場波動、自然災害沖擊的能力。

圖5 拜泉縣耕地韌性構成雷達圖Fig.5 Radar map of cultivated land resilience composition in Baiquan County

然而，有排澇設施的農田比例以及每畝耕地的純務農人數為拜泉縣耕地韌性的短板因素，揭示了立地條件與農戶生計轉型雙重壓力脅迫下，拜泉縣農業勞動力投入不足、耕地抗災害能力不強的現狀，降低了耕地韌性。調查數據顯示，拜泉縣鄉村有排澇設施的農田比例僅為4%，缺乏抵御洪澇災害的能力，增大了農作物受洪澇災害影響而導致產量下跌的風險。此外，拜泉縣農村人口老齡化程度較高，60歲以上老齡人口占全縣常住人口數34%，大量青壯年勞動力外出務工導致農業勞動力以老齡化人口為主，習慣采用傳統耕作方式，耕地保護意識薄弱，接受先進農業生產知識與黑土地保護技術的積極性與主動性普遍較差，不利于黑土地保護性耕作，弱化了耕地韌性。

5 結論與討論

黑土耕地是重要的農業生產要素，加強黑土地保護，關系到我國糧食安全、土地資源永續利用和農業可持續發展，具有極其重要的戰略意義。本文以黑龍江省拜泉縣為例，基于覆蓋全縣16個鄉鎮、154個行政村的調查數據，從韌性發生學視角構建了“壓力—狀態—響應”模型，綜合度量了黑土耕地韌性。研究結果顯示，拜泉縣耕地韌性為0.421，處于中等偏下水平，揭示了黑土區耕地韌性不足的現狀特征。立地條件壓力對耕地韌性具有顯著負作用，耕地韌性較高的村莊集中于遠離縣城且地形坡度較低的地區，靠近縣城且地形坡度較大的村莊耕地韌性相對較低。農田排澇設施短缺、耕地勞動力投入不足是拜泉縣耕地韌性的關鍵短板因素。

耕地保護是一項系統工程，提升耕地韌性需要“內外兼修”。首先，坡耕地水蝕（面蝕和溝蝕）導致的水土流失依然是東北黑土區耕地保護面臨的重要挑戰之一，不僅降低了水土資源質量，而且造成了生態環境惡化，亟需開展坡耕地區域排水技術，構建完善的排水系統[26]。東北黑土區地形具有坡緩、坡長的特點，一般坡度在10°以下，坡長為500～2 000 m，黑土土壤疏松、抗蝕能力弱，長期不合理的開發利用以及降雨集中，導致了黑土耕地水土流失日趨嚴重。據2018年水土保持動態監測資料顯示，東北黑土區水土流失面積為22.16萬km2，占土地總面積的20.48%，其中水蝕面積14.14萬km2，占水土流失總面積的63.8%[27]。基于此，亟需針對黑土耕地的地形、地貌等條件，通過工程、農藝、農機及生物措施，加強坡耕地綜合防護與治理，有效控制水土和養分流失、耕地質量退化。

其次，落實黑土區耕地保護，保障糧食生產安全，還應進一步強化農業設施建設與涉農投入。著力加強以農田水利為重點的農業基礎設施建設與管理維護，在低洼易澇地區，修建條田化排水、截水排澇設施，有效減輕積水對農作物播種和生長的不利影響，增強東北黑土區糧食生產抗逆減災能力。鼓勵和支持分散農戶通過土地轉讓、入股、合作社代耕等方式，將土地向農業合作社、家庭農場、種糧大戶等新型農業經營主體流轉，積極開展土地整治工程，提升耕地集中連片水平，推進黑土區農業規模化、機械化與智能化發展，切實提高耕地的投入產出效益與農業抵御市場風險的能力。

韌性理論為科學認知耕地系統提供了全新視角。針對外界環境的復雜性、動態性以及未來發展的不確定性和不可預測性，有效實施耕地保護應強調基于韌性的治理理念。一方面要注重不同地域耕地內核系統與外界環境系統的交互作用方式與過程，診斷識別影響耕地質量與生產力的關鍵短板因素并制定應對措施；另一方面要培育增強對發展環境變化和外界不確定性的研判能力，及時調整耕地保護策略，實現耕地保護轉型，從而有效規避風險挑戰或將損失降到最低。