耕地利用系統(tǒng)脆弱性診斷與影響因素識別

摘要：研究目的：基于Vulnerability Scoping Diagram（VSD）框架測算江蘇北部地區(qū)耕地利用系統(tǒng)脆弱性，揭示其時空演變規(guī)律與影響因素，差異化提出分區(qū)降“脆”策略。研究方法：CRITIC法、綜合指數(shù)法、空間自相關(guān)分析、障礙度模型。研究結(jié)果：（1）2000—2020年，江蘇北部地區(qū)耕地利用系統(tǒng)暴露度和敏感性在時間上呈增長態(tài)勢，適應(yīng)能力呈先降后升；暴露度在空間上由“整體偏低、零星較高”轉(zhuǎn)為“中部高，東西低”，敏感性維持“西高東低”格局，適應(yīng)能力由“北高南低”轉(zhuǎn)變“西北—東南沿線高、沿線兩側(cè)低”。（2）耕地利用系統(tǒng)脆弱性呈“先升后降”趨勢，空間上由“普遍偏低，零星偏高”轉(zhuǎn)為“西高東低”，研究時段內(nèi)存在區(qū)域脆弱性向周邊縣域輻射與溢出現(xiàn)象。（3）暴露度主要障礙因子由城鎮(zhèn)化率轉(zhuǎn)變?yōu)榛适┯脧?qiáng)度和人口密度；敏感性主要障礙因子始終為耕地復(fù)種指數(shù)和耕地破碎度；適應(yīng)能力主要障礙因子由糧食單產(chǎn)和交通可達(dá)性轉(zhuǎn)為交通可達(dá)性、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平。適應(yīng)能力制約是脆弱性形成的主要制約模式。研究結(jié)論：盡管耕地利用系統(tǒng)脆弱性是暴露度、敏感性和適應(yīng)能力共同作用的結(jié)果，但起決定性作用的是適應(yīng)能力。“提質(zhì)降脆”需強(qiáng)化耕地資源基底建設(shè)，協(xié)同降低暴露度與敏感性；加大耕地系統(tǒng)修復(fù)，推進(jìn)基礎(chǔ)要素建設(shè)；補(bǔ)齊耕地結(jié)構(gòu)短板，鞏固系統(tǒng)抵御機(jī)制。

關(guān)鍵詞：耕地利用；脆弱性；VSD框架；江蘇北部地區(qū)

中圖分類號：F301.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-8158（2024）05-0079-12

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（ 42071229，41671174） ；江蘇省高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目（164320H116）。

耕地是糧食生產(chǎn)的根基，切實(shí)保護(hù)耕地和保障糧食安全仍是我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的首要任務(wù)，而科學(xué)優(yōu)化耕地利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以修復(fù)系統(tǒng)穩(wěn)定性是保護(hù)工作的重要環(huán)節(jié)。耕地利用系統(tǒng)是具有自組織特征的自然—人工復(fù)合系統(tǒng)，由以耕地資源及相關(guān)農(nóng)業(yè)設(shè)施為主的生態(tài)系統(tǒng)和以人類活動為主的社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)組成[1-2]。隨著全球環(huán)境變化[3]、城鎮(zhèn)化及鄉(xiāng)村地域發(fā)展進(jìn)程加快[4-6]，人類活動對耕地利用系統(tǒng)的擾動持續(xù)增加，不合理的利用方式使得系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力不斷下降[7-8]，對外界的適應(yīng)性也愈發(fā)羸弱，長期處于無序或非穩(wěn)定狀態(tài)[9]。這種無序性和系統(tǒng)自組織能力的滯后性更使得耕地利用系統(tǒng)的脆弱性問題愈發(fā)嚴(yán)峻[10-12]。

本文將耕地利用系統(tǒng)脆弱性定義為系統(tǒng)對自身及外部環(huán)境擾動的綜合反饋。從已有研究來看，人類對脆弱性內(nèi)涵的認(rèn)知經(jīng)歷了從基于系統(tǒng)風(fēng)險的單一化向自然—社會系統(tǒng)內(nèi)外互作的復(fù)合化轉(zhuǎn)變，研究內(nèi)容也從自然災(zāi)害向人地耦合系統(tǒng)延伸。近年來，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)脆弱性研究有所增加，相關(guān)成果多聚焦于國家[13]、農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)[14]和省域[15]等宏觀尺度下的耕地利用轉(zhuǎn)型中的農(nóng)業(yè)災(zāi)害脆弱性[16-17]、鄉(xiāng)村生產(chǎn)空間脆弱性[18]、耕地生態(tài)系統(tǒng)敏感性[19-20]和糧食生產(chǎn)脆弱性[21-22]等，評價方法涵蓋指標(biāo)評價法、綜合計(jì)量模型、面板數(shù)據(jù)回歸模型等。由于理論體系尚不完備和評價標(biāo)準(zhǔn)難以確定，耕地利用系統(tǒng)脆弱性研究鮮少開展，調(diào)整耕地利用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以抵御外界干擾的復(fù)合研究仍需深入。

江蘇北部地區(qū)作為中國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，承擔(dān)了耕地保護(hù)的重要職責(zé)，但由于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的快速推進(jìn)，大量優(yōu)質(zhì)耕地資源受城鎮(zhèn)擴(kuò)張影響面臨著擠占、撂荒、利用低效等的沖擊，系統(tǒng)脆弱性正逐漸增強(qiáng)，亟待構(gòu)建耕地利用系統(tǒng)脆弱性指標(biāo)體系并評估量化系統(tǒng)脆弱性程度，以差異化提出相應(yīng)策略，為科學(xué)推進(jìn)區(qū)域耕地可持續(xù)利用提供可行路徑。綜上，本文基于暴露度—敏感性—適應(yīng)能力（VSD）分析框架[23]構(gòu)建耕地利用系統(tǒng)脆弱性評價指標(biāo)體系，運(yùn)用GIS空間分析、空間自相關(guān)、障礙度模型等方法診斷蘇北地區(qū)2000—2020年耕地利用系統(tǒng)脆弱性，分析其時空分布、演化規(guī)律及影響因素，以期提出降“脆”策略。研究不僅是傳統(tǒng)脆弱性概念在耕地保護(hù)領(lǐng)域的自然延伸，也是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究的深入突破。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 研究區(qū)概況

江蘇北部地區(qū)（以下簡稱“蘇北地區(qū)”）位于32°30′N～35°10′N，116°20′E～121°20′E，是淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的核心發(fā)展區(qū)，是中國沿海經(jīng)濟(jì)帶、長江三角洲地區(qū)的重要組成部分，同時也是中國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，土地面積54 866 km2，共轄5個地級市，37個（區(qū)）縣[24]。該區(qū)屬溫帶季風(fēng)氣候，四季分明，光照充足，雨量適中；區(qū)內(nèi)地勢低平，河網(wǎng)密布，臨海控湖，擁有大面積灘涂和眾多湖泊，適宜糧食種植。截至2022年底，蘇北地區(qū)常住人口達(dá)2 983.71萬人，城鎮(zhèn)化率65.47%，地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)28 397.07億元，人均生產(chǎn)總值95 174元，處于經(jīng)濟(jì)迅速崛起區(qū)域。從耕地現(xiàn)狀來看，區(qū)內(nèi)耕地空間分布極不均衡，在縣域單元中，灌南縣的耕地面積不及東臺市的1/3；同時，全區(qū)耕地面積呈減少趨勢，2000—2020年減少約1 929.1 km2，年均減少約96.5 km2[25]。基于此，城鎮(zhèn)快速擴(kuò)張效應(yīng)與糧食主產(chǎn)區(qū)耕地利用系統(tǒng)穩(wěn)定性保障矛盾使蘇北地區(qū)成為構(gòu)建區(qū)域經(jīng)濟(jì)增收、糧食保障有力、生態(tài)健康提升可行策略的典型案例區(qū)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)包含空間數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)兩大類（表1）。空間數(shù)據(jù)主要包括2000年、2010年和2020年的土地利用、DEM、歸一化差分植被指數(shù)（NDVI）、NPP、人口密度、交通路網(wǎng)與河流水系；社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)包括糧食單產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、城鎮(zhèn)化率、耕地復(fù)種指數(shù)與化肥施用強(qiáng)度。對上述數(shù)據(jù)進(jìn)行空間化預(yù)處理得出對應(yīng)指標(biāo)，所有數(shù)據(jù)的投影坐標(biāo)統(tǒng)一為CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_40，輸出柵格數(shù)據(jù)的分辨率統(tǒng)一為1 000 m×1 000 m；運(yùn)用ArcGIS 10.7的分區(qū)統(tǒng)計(jì)功能，以縣域?yàn)榻y(tǒng)計(jì)單元，導(dǎo)出各項(xiàng)指標(biāo)的平均值，生成縣級矢量數(shù)據(jù)，并完成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理。

1.3 研究方法

1.3.1 基于VSD框架的指標(biāo)體系構(gòu)建

解析“暴露度—敏感性—適應(yīng)能力”評估框架的內(nèi)在聯(lián)系有助于深刻理解耕地利用系統(tǒng)脆弱性和科學(xué)制定降“脆”策略。耕地利用系統(tǒng)的暴露度是系統(tǒng)經(jīng)歷人類活動沖擊引致風(fēng)險的程度，暴露度越高則脆弱性越高；敏感性是耕地暴露單元遭受擾動時的迅速感知能力，取決于系統(tǒng)本底特征和結(jié)構(gòu)屬性的穩(wěn)定性，敏感性越高說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性越容易發(fā)生改變，脆弱性越高；適應(yīng)能力是系統(tǒng)自身應(yīng)對風(fēng)險的能力和被人類適應(yīng)調(diào)整改造的恢復(fù)潛力，適應(yīng)能力越弱，脆弱性越高[26-27]。

暴露度、敏感性和適應(yīng)能力之間存在復(fù)雜的相互影響和相互作用關(guān)系（圖1）。一方面，暴露度影響耕地利用系統(tǒng)的敏感性和適應(yīng)能力，外部干擾和壓力累積到一定程度后，系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性顯現(xiàn)，系統(tǒng)自身的適應(yīng)能力減弱，當(dāng)干擾、壓力和不穩(wěn)定性突破臨界值時，耕地利用系統(tǒng)將面臨被破壞風(fēng)險。另一方面，敏感性也會影響暴露度和適應(yīng)能力。耕地利用系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定性主要依賴于耕地利用系統(tǒng)的自然本底和結(jié)構(gòu)特征，系統(tǒng)內(nèi)部自然屬性一旦呈現(xiàn)不穩(wěn)定態(tài)勢將對暴露度產(chǎn)生一定的催化作用，且使暴露度由外向內(nèi)的干擾作用更為顯著，而系統(tǒng)內(nèi)部持續(xù)感知外部擾動，致使系統(tǒng)由內(nèi)向外愈發(fā)不穩(wěn)定，此時敏感性與暴露度的共同作用將瓦解系統(tǒng)的抵御恢復(fù)機(jī)制。此外，耕地利用系統(tǒng)的適應(yīng)能力同樣影響暴露度和敏感性。在暴露度和敏感性對耕地利用系統(tǒng)的交互作用下，耕地利用系統(tǒng)的抵御機(jī)制與調(diào)整行為啟動，反作用于暴露度和敏感性，即人類采取措施抑制或減緩人為干擾程度，同時修復(fù)調(diào)整耕地利用系統(tǒng)內(nèi)部的自然本底和結(jié)構(gòu)特征，整體提升和改善耕地利用系統(tǒng)的穩(wěn)定程度。

綜上，本文構(gòu)建基于“暴露度—敏感性—適應(yīng)能力”的耕地利用系統(tǒng)脆弱性評價指標(biāo)體系（表2），綜合反映系統(tǒng)內(nèi)部本底、外部社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境狀況。將暴露度指標(biāo)聚焦于耕地利用系統(tǒng)暴露在經(jīng)濟(jì)社會環(huán)境時所受的人類活動干擾，以人口密度、城鎮(zhèn)化率、土地利用程度和化肥施用強(qiáng)度表征；敏感性通常由系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性決定，選取能夠反映自然本底的坡度、地形起伏度、耕地作物生長狀況、耕地破碎化程度、耕地復(fù)種指數(shù)予以表征；選取耕地利用系統(tǒng)在抵御風(fēng)險時的優(yōu)勢屬性表征適應(yīng)能力，包括糧食單產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值、耕地凈初級生產(chǎn)力、灌溉潛力、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平、交通可達(dá)性。其中，坡度、地形起伏度借助ArcGIS 10.7軟件的Surface和Neighborhood工具計(jì)算提取；土地利用程度研究借鑒莊大方等[28]提出的土地利用程度綜合分析方法計(jì)算；耕地破碎化程度以Globeland 30土地利用覆被數(shù)據(jù)集為對象，借助Fragstas 4.2軟件計(jì)算各景觀類型斑塊數(shù)量與區(qū)域總面積的比值得出；交通可達(dá)性和灌溉潛力參考宋戈等[29]的研究，借助ArcGIS 10.7軟件的CostDistance工具計(jì)算得出。

為消除指標(biāo)間的量綱和變異能力影響，采用極差標(biāo)準(zhǔn)化法對各指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[30]。經(jīng)檢驗(yàn)，所有指標(biāo)的VIF值均小于5，表明評價結(jié)果受共線性影響較小[31]；所有指標(biāo)灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)均大于0.80且變化趨勢大致相同，表明各指標(biāo)相互配合共同作用于耕地利用系統(tǒng)脆弱性。此外，考慮到耕地利用系統(tǒng)脆弱性受多因素影響且因素間相互作用復(fù)雜，本文采用CRITIC客觀賦值法[32]確定指標(biāo)權(quán)重（表2）。

1.3.2 耕地利用系統(tǒng)脆弱性綜合指數(shù)法

1.3.3 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)分析可以探索一個單元上的某屬性值與鄰近單元相同屬性值之間的關(guān)聯(lián)程度[34]。依據(jù)Global Moran’s I反映空間鄰近單元屬性值在整體上的空間關(guān)聯(lián)程度，分析蘇北各縣域評價單元耕地利用系統(tǒng)脆弱性在空間上的整體聚集特征。I >0表示空間正相關(guān)性，其值越大，空間相關(guān)性越明顯；I <0表示空間負(fù)相關(guān)性，其值越小，空間差異越大；I = 0，空間呈隨機(jī)性。

2 結(jié)果分析

2.1 耕地利用系統(tǒng)暴露度—敏感性—適應(yīng)能力診斷

2.1.1 暴露度診斷

結(jié)合暴露度所占權(quán)重將2000年、2010年、2020年蘇北地區(qū)各縣耕地利用系統(tǒng)暴露度劃分為低暴露、較低暴露、中度暴露、較高暴露和高暴露5級（圖2）可以看出，2000—2020年中度及以上暴露區(qū)的縣域單元增多，說明系統(tǒng)遭受的人類活動干擾增強(qiáng)；暴露度空間分布特征由“整體偏低、零星較高”演變?yōu)椤爸胁扛撸瑬|西低”。具體地，2000年屬較低暴露的區(qū)縣占比最大，達(dá)64.86%；低暴露、中度暴露和較高暴露的區(qū)縣數(shù)量分別占總縣域數(shù)量的10.81%、8.11%和13.51%；中度及以上暴露區(qū)零散分布于城鎮(zhèn)化水平較高、人口密度較大、城鎮(zhèn)建設(shè)活動頻繁的地級市主城區(qū)。而隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對耕地利用系統(tǒng)的擾動愈發(fā)頻繁，2010年中度暴露的區(qū)縣數(shù)量由3個驟增至14個，占比達(dá)37.83%，且所增加的區(qū)縣多由2000年的較低暴露區(qū)演變而來。至2020年，暴露度增速放緩，中度暴露區(qū)縣僅增加至17個，較低暴露及以下區(qū)域由17個減少為14個，其余暴露等級的區(qū)縣數(shù)量不變。

2.1.2 敏感性診斷

2000—2020年蘇北地區(qū)耕地利用系統(tǒng)敏感性上升趨勢顯著，主要表現(xiàn)為中度敏感區(qū)的數(shù)量增長和低敏感區(qū)的減少，表明系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定程度增大（圖3）。2000年，蘇北地區(qū)耕地利用系統(tǒng)的較低和低敏感區(qū)具有明顯的數(shù)量優(yōu)勢，系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)定性強(qiáng)。其中，低敏感區(qū)分布在東南沿海響水—東臺及北部的東海縣和南部的金湖縣，僅泉山區(qū)、鼓樓區(qū)和睢寧縣為中度敏感區(qū)，其余區(qū)縣均屬較低敏感區(qū)。2010年，系統(tǒng)整體穩(wěn)定性仍較強(qiáng)，但在社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的影響下，耕地破碎化程度和復(fù)種指數(shù)逐漸上升，宿城區(qū)、淮陰區(qū)、東海縣、金湖縣的敏感性等級上升，耕地利用系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性開始顯現(xiàn)。至2020年，中度敏感區(qū)域數(shù)量驟增至26個，占比高達(dá)70.27%，占據(jù)研究區(qū)西部和中部地區(qū)，較低敏感區(qū)大幅收縮至東側(cè)沿海一帶，僅射陽縣屬低敏感區(qū)。

2.1.3 適應(yīng)能力診斷

2000—2020年，適應(yīng)能力呈“先下降后上升”趨勢，即耕地利用系統(tǒng)的風(fēng)險防范能力和恢復(fù)潛力先降后升；空間上，由“北高南低”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔鞅薄獤|南沿線高、兩側(cè)低”（圖4）。2000年，僅出現(xiàn)低、較低、中度適應(yīng)三類，大部分區(qū)縣處于較低適應(yīng)和低適應(yīng)區(qū)，中度適應(yīng)區(qū)縣則零散分布于西北部，低適應(yīng)縣域零散分布于東部及東南沿海一側(cè)，蘇北全域耕地利用系統(tǒng)的抗風(fēng)險能力弱。2010年，低適應(yīng)縣域數(shù)量增加至16個，占比達(dá)43.24%，增幅166.67%；較低適應(yīng)區(qū)數(shù)量由27個減至21個，占比56.76%；中度適應(yīng)區(qū)消失，適應(yīng)能力類型僅低和較低兩類。2020年，較低和低適應(yīng)區(qū)域明顯減少，低適應(yīng)區(qū)消失，較低適應(yīng)縣域由21個減少至12個，中度適應(yīng)縣域劇增為22個，新增3個較高適應(yīng)縣，系統(tǒng)整體適應(yīng)能力增強(qiáng)，尤以東臺市、大豐區(qū)、阜寧縣、濱海縣增幅顯著。近10年蘇北地區(qū)耕地利用系統(tǒng)適應(yīng)能力的顯著提升主要得益于耕地凈初級生產(chǎn)力的提高和灌溉能力與周邊水資源供給潛力提升，在穩(wěn)定耕地?cái)?shù)量、提升耕地質(zhì)量的基礎(chǔ)上，耕地的生態(tài)功能愈加受到重視。

2.2 耕地利用系統(tǒng)脆弱性診斷與演化特征分析

2.2.1 耕地利用系統(tǒng)脆弱性診斷

在暴露度、敏感性及適應(yīng)能力測算結(jié)果的基礎(chǔ)上，得到2000—2020年蘇北地區(qū)各縣域耕地利用系統(tǒng)脆弱性（圖5）。2000年蘇北縣域耕地利用系統(tǒng)脆弱性值域?yàn)?.29～0.53，泉山區(qū)耕地利用系統(tǒng)脆弱性最高，鹽都區(qū)最低，逾半數(shù)縣域耕地利用系統(tǒng)脆弱性處于0.30～0.40，其余處在>0.40～0.50。2010年蘇北縣域耕地利用系統(tǒng)脆弱性明顯升高，值域?yàn)?.34～0.60，仍以泉山區(qū)的耕地利用系統(tǒng)脆弱性最高，但脆弱性最低的縣域變?yōu)轫懰h，多數(shù)縣域耕地利用系統(tǒng)脆弱性值突破0.40，泉山區(qū)、鼓樓區(qū)、清江浦區(qū)等地的耕地利用系統(tǒng)脆弱性高于0.50。2020年蘇北縣域耕地利用系統(tǒng)脆弱性出現(xiàn)下降趨勢，總體值域?yàn)?.26～0.51，多數(shù)縣域回降至0.40以內(nèi)，但仍略高于2000年，區(qū)域耕地利用系統(tǒng)脆弱性最高值降至0.51，為鼓樓區(qū)，脆弱性最低的縣域變?yōu)闁|臺市，其脆弱性低至0.26。

2.2.2 耕地利用系統(tǒng)脆弱性演化特征

采用自然斷點(diǎn)法（Jenks），對2000年、2010年、2020年蘇北地區(qū)各縣耕地利用系統(tǒng)脆弱性進(jìn)行統(tǒng)一分區(qū)，據(jù)此劃分為低脆弱[0.261，0.346）、較低脆弱[0.346，0.394）、中度脆弱[0.394，0.442）、較高脆弱[0.442，0.510）和高脆弱[0.510，0.596）5級（圖6）。2000—2020年蘇北地區(qū)耕地利用系統(tǒng)脆弱性“先升后降”，低脆弱和較低脆弱對應(yīng)縣域數(shù)量減少，中度及以上脆弱的縣域數(shù)量增加。2000年，低脆弱和較低脆弱縣域單元共計(jì)26個，占縣域總數(shù)的70.27%，有6個縣域單元屬中度脆弱區(qū)，鼓樓區(qū)、云龍區(qū)、宿城區(qū)和清江浦區(qū)屬較高脆弱區(qū)，僅泉山區(qū)屬高脆弱區(qū)。2010年，中度及以上脆弱性區(qū)域占據(jù)主導(dǎo)位置，低脆弱或較低脆弱縣域單元銳減至13個，降幅達(dá)48%，而屬中度及以上脆弱區(qū)的縣域數(shù)量劇增至24個，占比達(dá)64.86%，系統(tǒng)整體脆弱性明顯升高。2020年，脆弱性略有降低，中度及以上脆弱區(qū)的縣域數(shù)量相比于2010年有所減少，但相較于2000年仍明顯增多，較低及以下脆弱區(qū)的縣域數(shù)量減至19個，占縣域總數(shù)的51.35%。

從空間上看，2000—2020年蘇北地區(qū)耕地利用系統(tǒng)脆弱性的空間格局由“普遍偏低，零星偏高”轉(zhuǎn)變?yōu)椤拔鞲邧|低”。2000年，多數(shù)縣域的脆弱性處于較低及以下區(qū)域，中度脆弱區(qū)零星分布，較高脆弱區(qū)分布在宿城區(qū)、清江浦區(qū)等地，高脆弱區(qū)為泉山區(qū)。脆弱性較高的原因：一方面泉山區(qū)、云龍區(qū)等市區(qū)城鎮(zhèn)化水平高、人口密度大，耕地利用系統(tǒng)受人類活動干擾和壓力大，系統(tǒng)暴露度顯著升高，適應(yīng)能力大幅下降，盡管系統(tǒng)敏感性處于較低水平，但無法平衡高脆弱性；另一方面，灌南縣等地的耕作交通可達(dá)性偏低、耕地利用系統(tǒng)自身適應(yīng)能力弱，較低的暴露度和敏感性難以平衡其負(fù)面影響。2010年，系統(tǒng)脆弱性空間分布整體呈“西高東低”，西部多數(shù)縣域脆弱性上升，是農(nóng)業(yè)化肥投入加大和土地開發(fā)利用強(qiáng)度增大導(dǎo)致暴露度升高和適應(yīng)能力下降所致，表現(xiàn)在耕地糧食產(chǎn)出量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值下降。與2010年相比，2020年的脆弱性空間分布格局基本不變，但部分縣域脆弱性下降，與加強(qiáng)農(nóng)田建設(shè)，大幅提升耕地適應(yīng)能力有關(guān)。

2.2.3 耕地利用系統(tǒng)脆弱性的空間集聚特征

基于ArcGIS 10.7軟件測算Global Moran’s I，并進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（表3）。結(jié)果顯示2000年、2010年和2020年的|Z|均大于1.96，P值均小于0.05，即蘇北地區(qū)耕地利用系統(tǒng)脆弱性呈現(xiàn)顯著的空間相關(guān)性；同時，2000—2020年的Global Moran’s I“先增后減”，2010年的正向空間關(guān)聯(lián)性最強(qiáng)。

繪制顯著性P<0.05 水平下的局部空間關(guān)聯(lián)圖（圖7）發(fā)現(xiàn)，蘇北地區(qū)耕地利用系統(tǒng)脆弱性共出現(xiàn)高—高、高—低、低—高、低—低4種空間集聚類型。2000年，4種空間集聚類型共同存在。高—高型主要分布在西北側(cè)，包括泉山區(qū)、云龍區(qū)、鼓樓區(qū)和賈汪區(qū)，區(qū)域之間具有高脆弱性向周邊輻射與溢出現(xiàn)象；異常值低—高型僅出現(xiàn)在銅山區(qū)，即該地耕地利用系統(tǒng)脆弱性較低，而其外圍各縣域單元的脆弱性較高，其主要原因是2000年銅山縣尚未實(shí)施“縣改區(qū)”，城鎮(zhèn)化率低于徐州市主城區(qū)，人類活動對耕地系統(tǒng)干擾較少；低—低型分布在東南側(cè)的阜寧縣和建湖縣，其周邊縣域基本為較低脆弱和低脆弱，有低脆弱性向周邊輻射與溢出現(xiàn)象；高—低型僅出現(xiàn)在亭湖區(qū)，位于低—低型區(qū)附近，形成原因與亭湖區(qū)作為主城區(qū)處于較高暴露度有關(guān)，周邊縣域均為較低或低脆弱性可反證。2010年，高—低集聚類型消失。高—高型和低—高型縣域的分布與2000年保持一致，但低—低型向周邊擴(kuò)散至5縣，分別為阜寧縣、建湖縣、亭湖縣、濱海縣和射陽縣。2020年僅存在低—高、低—低兩種集聚類型。低—高型仍主要分布于西北側(cè)，由于宿豫區(qū)的耕地利用系統(tǒng)脆弱性始終維持在較低水平，而其周邊縣域耕地利用系統(tǒng)脆弱性普遍升高，故該地由非顯著區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)楫惓Ｖ档汀咝蛥^(qū)；低—低型區(qū)擴(kuò)散至8縣，新增鹽都區(qū)、大豐區(qū)和東臺市，表明低脆弱性區(qū)對周邊縣域輻射與溢出現(xiàn)象較為明顯且作用力逐漸增大。

2.3 耕地利用系統(tǒng)降“脆”障礙識別

借助障礙度模型計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)對降“脆”的障礙度，依據(jù)障礙度數(shù)值大小進(jìn)行主要障礙因子排序，將各年份排名前3位的障礙因子列出（圖8）。對比發(fā)現(xiàn)各年份障礙因素均涉及暴露度、敏感性和適應(yīng)能力三個維度，故分別討論分析。

2.3.1 暴露度障礙因子識別

2000—2020年，城鎮(zhèn)化率、人口密度和化肥施用強(qiáng)度對暴露度的制約性變化較為顯著。2000年，城鎮(zhèn)化率是暴露度的主要障礙因子，24個區(qū)縣受低城鎮(zhèn)化率的影響而表現(xiàn)出較低的暴露度。雖然連云區(qū)的主要障礙因子是土地利用程度，但較高的城鎮(zhèn)化率和化肥施用強(qiáng)度對系統(tǒng)暴露度產(chǎn)生的推動作用大于土地利用程度的阻礙，使連云區(qū)耕地利用系統(tǒng)呈現(xiàn)中度暴露。2010年，暴露度受城鎮(zhèn)化率和化肥施用強(qiáng)度雙重制約，20個縣域單元受城鎮(zhèn)化率的高度制約，受化肥施用強(qiáng)度制約的區(qū)縣數(shù)量增加至18個；淮陰區(qū)、睢寧縣等地的暴露度雖然受到城鎮(zhèn)化率的強(qiáng)制約，但較高的化肥施用強(qiáng)度和土地利用程度仍然使得上述縣域單元的暴露度處于較高水平；漣水縣、贛榆區(qū)、泗陽縣的耕地利用系統(tǒng)暴露度的首位障礙因子為化肥施用強(qiáng)度，說明上述三縣的化肥施用強(qiáng)度較低，當(dāng)?shù)夭扇〉幕蕼p量措施成效顯著。2020年，暴露度的主要障礙因子由基期年的城鎮(zhèn)化率轉(zhuǎn)變?yōu)榛适┯脧?qiáng)度和人口密度，15個縣域耕地利用系統(tǒng)暴露度的主要障礙因子為化肥施用強(qiáng)度，14個為人口密度。20年來，城鎮(zhèn)化率和土地利用程度不斷升高且已達(dá)到較高水平，導(dǎo)致二者不再對暴露度產(chǎn)生制約，反而極大程度地推動了區(qū)域耕地利用系統(tǒng)暴露度的增加；化肥施用強(qiáng)度和人口密度雖在一定程度上阻礙系統(tǒng)暴露度的增長，但其制約性遠(yuǎn)小于城鎮(zhèn)化率和土地利用程度升高造成的負(fù)面影響，即化肥施用強(qiáng)度和人口密度降低產(chǎn)生的阻礙作用小于城鎮(zhèn)化率和土地利用程度升高產(chǎn)生的推動作用，進(jìn)而使得多數(shù)縣域單元耕地利用系統(tǒng)暴露度增大。

2.3.2 敏感性障礙因子識別

敏感性主要障礙因素變化較為明顯的是耕地破碎度和耕地復(fù)種指數(shù)。2000年，20個區(qū)縣的系統(tǒng)敏感性受耕地復(fù)種指數(shù)主導(dǎo)，部分受耕地破碎度、坡度和耕地作物生長狀況的影響較大。至2010年，耕地破碎度對敏感性的制約作用顯著提升，23個縣域單元受到較大影響，其中，淮安區(qū)、金湖縣、東海縣等12個區(qū)縣的首位障礙因子為耕地破碎度。10年間，區(qū)域耕地規(guī)模化經(jīng)營不斷推進(jìn)，耕地破碎化的明顯改善使系統(tǒng)敏感性降低。2020年，敏感性的主要障礙因子變?yōu)楦貜?fù)種指數(shù)和耕地破碎度，受二者強(qiáng)力制約的區(qū)縣數(shù)量均變?yōu)?4個，少數(shù)區(qū)縣的主要障礙因子還包含地形起伏度和坡度。表明蘇北多數(shù)縣域在控制耕地復(fù)種指數(shù)和減小耕地破碎化方面取得成效，但耕地復(fù)種指數(shù)和耕地破碎度對系統(tǒng)敏感性產(chǎn)生的阻礙作用遠(yuǎn)低于作物生長狀況、地形起伏度和坡度等產(chǎn)生的推動作用，因而2010—2020年，多數(shù)縣域耕地利用系統(tǒng)敏感性上升，耕地利用系統(tǒng)不穩(wěn)定性持續(xù)加大。研究時段內(nèi)，敏感性的制約因子基本維持不變，敏感性持續(xù)上升，耕地復(fù)種指數(shù)和耕地破碎度雖為多數(shù)縣域敏感性的主要障礙因子，但其對敏感性的阻礙力度不足，降低敏感性應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注耕地作物生長狀況、坡度和地形起伏度。

2.3.3 適應(yīng)能力障礙因子識別

2000—2020年，糧食單產(chǎn)、交通可達(dá)性、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平對蘇北地區(qū)耕地利用系統(tǒng)適應(yīng)能力的制約性變化較為顯著。2000年，30個縣域主要障礙為糧食單產(chǎn)，19個縣域主要障礙為交通可達(dá)性，說明糧食生產(chǎn)能力和耕作交通可達(dá)性低下是多數(shù)耕地利用系統(tǒng)適應(yīng)能力較低的主要原因，其中受糧食單產(chǎn)制約最大的有淮安區(qū)、淮陰區(qū)等13個縣域單元，受交通可達(dá)性制約最大的有洪澤區(qū)、漣水縣等10個縣域。2010年，糧食單產(chǎn)和交通可達(dá)性仍為主要障礙因子，糧食單產(chǎn)累計(jì)制約17個區(qū)縣，受交通可達(dá)性制約的區(qū)縣數(shù)增加至20個。至2020年，適應(yīng)能力的主要障礙因子轉(zhuǎn)變?yōu)榻煌蛇_(dá)性、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，制約區(qū)縣數(shù)量依次為27個、11個、8個，少數(shù)區(qū)縣的主要障礙因子還包含糧食單產(chǎn)和灌溉潛力。相較于2000年和2010年，蘇北地區(qū)實(shí)施的耕地糧食生產(chǎn)能力提升措施效果顯著，但仍有少數(shù)區(qū)縣的耕地經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出價值和農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平較低，致其耕地利用系統(tǒng)適應(yīng)能力較低。同時，耕作交通可達(dá)性仍有提升空間。整體而言，2000—2020年蘇北地區(qū)縣域耕地利用系統(tǒng)適應(yīng)能力的主要障礙因子由交通可達(dá)性和糧食單產(chǎn)變?yōu)榻煌蛇_(dá)性、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平，適應(yīng)能力的提升則應(yīng)聚焦于區(qū)域耕地周邊道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、耕地經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)出和農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平。

2.3.4 暴露度—敏感性—適應(yīng)能力對脆弱性的障礙

分別計(jì)算暴露度、敏感性和適應(yīng)能力對蘇北地區(qū)耕地利用系統(tǒng)脆弱性的制約性發(fā)現(xiàn)：2000年系統(tǒng)脆弱性制約類型有適應(yīng)能力制約、敏感性制約、敏感性—適應(yīng)能力雙重制約和暴露—敏感—適應(yīng)多重制約4類。逾半數(shù)區(qū)縣屬適應(yīng)能力制約模式，云龍區(qū)、泉山區(qū)、鼓樓區(qū)尤為典型。上述三地的系統(tǒng)適應(yīng)能力對脆弱性的障礙度均大于0.60，但由于暴露度和敏感性均較高，使得適應(yīng)能力產(chǎn)生的制約效應(yīng)難以阻尼其向脆弱轉(zhuǎn)化。射陽縣、阜寧縣、東臺市等地則主要受低敏感性制約而呈現(xiàn)低脆弱和較低脆弱。鹽都區(qū)、響水縣、亭湖區(qū)、大豐區(qū)等8個區(qū)縣的受敏感性和適應(yīng)能力的雙重制約效果明顯。濱海縣和灌南縣受暴露—敏感—適應(yīng)多重制約，三者的障礙度占比均衡，均大于0.30，較高的適應(yīng)能力和處于低位狀態(tài)的暴露度、敏感性共同作用，使得區(qū)域耕地利用系統(tǒng)呈現(xiàn)低脆弱性。2010年制約類型有適應(yīng)能力制約、暴露度—適應(yīng)能力雙重制約和暴露—敏感—適應(yīng)多重制約，多數(shù)縣域仍主要受適應(yīng)能力制約。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，34個縣域單元適應(yīng)能力提升障礙度大于0.40，泉山區(qū)和鼓樓區(qū)更是分別達(dá)到0.77和0.74。部分縣域制約模式由敏感性—適應(yīng)能力雙重制約轉(zhuǎn)變?yōu)檫m應(yīng)能力單一制約，如鹽都區(qū)、響水縣、亭湖區(qū)等區(qū)域，適應(yīng)能力提升的障礙度均達(dá)0.47以上。盱眙縣由適應(yīng)能力制約轉(zhuǎn)為暴露度—適應(yīng)能力雙重制約，主要原因?yàn)?010年蘇北地區(qū)除盱眙縣以外的縣域耕地利用系統(tǒng)暴露度均升高至較低及以上暴露，只有盱眙縣仍處在低暴露，因而低暴露度與強(qiáng)適應(yīng)能力一并支持系統(tǒng)脆弱性。僅灌南縣仍保持暴露—敏感—適應(yīng)多重制約模式。2020年制約類型有適應(yīng)能力制約、敏感性—適應(yīng)能力雙重制約和暴露—敏感—適應(yīng)多重制約三類。適應(yīng)能力障礙仍居主導(dǎo)地位，32個縣域單元受其制約，少數(shù)縣域的敏感性障礙有所增強(qiáng)。洪澤區(qū)耕地利用系統(tǒng)脆弱性的制約模式轉(zhuǎn)變?yōu)槊舾行浴m應(yīng)能力雙重制約，究其原因，2020年洪澤區(qū)耕地利用系統(tǒng)敏感性為中度敏感，適應(yīng)能力為較低適應(yīng)水平，二者均對洪澤區(qū)的耕地利用系統(tǒng)脆弱性產(chǎn)生的較大制約。盱眙縣、金湖縣等屬于暴露—敏感—適應(yīng)能力多重制約模式。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

本文基于VSD分析框架診斷蘇北地區(qū)2000—2020年的縣域耕地利用系統(tǒng)脆弱性，分析其演化規(guī)律，識別降“脆”障礙。

（1）蘇北地區(qū)耕地利用系統(tǒng)暴露度、敏感性和適應(yīng)能力的時空格局差異顯著。時間上，暴露度、敏感性呈增長態(tài)勢，適應(yīng)能力呈“先降后升”；空間上，暴露度由“整體偏低、零星較高”轉(zhuǎn)為“中部高，東西低”，敏感性基本維持“西高東低”格局，適應(yīng)能力由“北高南低”轉(zhuǎn)變“西北—東南沿線高、沿線兩側(cè)低”。

（2）系統(tǒng)脆弱性總體上呈現(xiàn)“先升后降”趨勢，空間上由“普遍偏低，零星偏高”轉(zhuǎn)為“西高東低”的分布格局。研究時段內(nèi)脆弱性共出現(xiàn)4種空間集聚類型且類型數(shù)逐漸減少，并伴隨有區(qū)域脆弱性向周邊縣域輻射與溢出現(xiàn)象，低脆弱區(qū)對周邊縣域輻射與溢出現(xiàn)象更為明顯且作用力逐漸增大。

（3）蘇北各縣耕地利用系統(tǒng)降“脆”障礙因素的變化程度與障礙度不同，適應(yīng)能力制約始終為主要制約模式。暴露度主要障礙因子由城鎮(zhèn)化率轉(zhuǎn)變?yōu)榛适┯脧?qiáng)度和人口密度；敏感性主要障礙因子始終為耕地復(fù)種指數(shù)和耕地破碎度；適應(yīng)能力主要障礙因子由糧食單產(chǎn)和交通可達(dá)性轉(zhuǎn)為交通可達(dá)性、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平。

3.2 耕地利用系統(tǒng)降“脆”策略

從分析結(jié)果上看，耕地利用系統(tǒng)脆弱性是暴露度、敏感性和適應(yīng)能力共同作用的結(jié)果，對蘇北地區(qū)而言，適應(yīng)能力居主導(dǎo)地位。基于此，本文差異化構(gòu)建耕地利用系統(tǒng)降“脆”策略。

（1）強(qiáng)化耕地資源基底建設(shè)，協(xié)同降低暴露度與敏感性。蘇北地區(qū)耕地利用系統(tǒng)較高脆弱水平的區(qū)縣主要受較高暴露度和中度及以上敏感性的共同作用。因此，降低系統(tǒng)暴露度和敏感性是較高和高度脆弱區(qū)的降“脆”重點(diǎn)，主要控制人類活動對區(qū)域耕地生態(tài)系統(tǒng)的擾動，嚴(yán)格控制城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模，約束開發(fā)強(qiáng)度，嚴(yán)格管控“非農(nóng)化”。對受低適應(yīng)能力主導(dǎo)的較高和高脆弱區(qū)，還需通過休耕、化肥減施增效和面源污染管控治理等，提升系統(tǒng)適應(yīng)能力。

（2）加大耕地系統(tǒng)修復(fù)，推進(jìn)基礎(chǔ)要素建設(shè)。對比發(fā)現(xiàn)，蘇北地區(qū)耕地利用系統(tǒng)中度脆弱區(qū)均受敏感性主導(dǎo)，且敏感等級均為中等。對暴露度和適應(yīng)能力也達(dá)到中等水平的區(qū)縣，主要通過持續(xù)培育耕地地力，修復(fù)退化、污染的耕地利用系統(tǒng)，并從社會經(jīng)濟(jì)和自然生態(tài)雙重層面統(tǒng)籌耕地質(zhì)量提升，以有效提高系統(tǒng)內(nèi)部屬性穩(wěn)定性。還應(yīng)在嚴(yán)格保護(hù)農(nóng)戶土地承包權(quán)的基礎(chǔ)上，探索耕地流轉(zhuǎn)經(jīng)營新模式，提升土地規(guī)模化經(jīng)營水平，改善耕地破碎化狀況。對低暴露—中敏感—低適應(yīng)區(qū)縣，還需綜合整治“田、水、路、林、村”等基礎(chǔ)要素，完善道路、水利等基礎(chǔ)設(shè)施，提升系統(tǒng)抵御風(fēng)險的能力。

（3）補(bǔ)齊耕地結(jié)構(gòu)短板，鞏固系統(tǒng)抵御機(jī)制。較低和低脆弱區(qū)域需重點(diǎn)關(guān)注“適應(yīng)能力低下”主導(dǎo)類型區(qū)，從經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)保育、灌溉潛力等多方面提升系統(tǒng)適應(yīng)能力。完善交通設(shè)施續(xù)建配套，建立灌溉設(shè)施長效管護(hù)機(jī)制，確保灌溉設(shè)施的功能得以長期高效發(fā)揮。同時要科學(xué)布局農(nóng)業(yè)生態(tài)配套設(shè)施，構(gòu)建生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系，并在保障耕地糧食生產(chǎn)基本功能的基礎(chǔ)上，穩(wěn)步提升耕地利用系統(tǒng)的空氣凈化、水文調(diào)節(jié)、維持生物多樣性等生態(tài)功能，推進(jìn)耕地利用系統(tǒng)本體及其與周邊生態(tài)系統(tǒng)的連通互作。

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Diagnosis of Cultivated Land Use System Vulnerability and Identification of Influencing Factors： A Case Study of Northern Jiangsu

FANG Bin1，2，3， LI Xinyu1， ZHOU Xueying1， ZHANG Zhicheng1

（1. School of Geography Science， Nanjing Normal University， Nanjing 210023， China； 2. Research Center of New Urbanization and Land Problem， Nanjing Normal University， Nanjing 210023， China； 3. Jiangsu Provincial Geographic Information Resources Development and Utilization Cooperative Innovation Center， Nanjing 210023， China）

Abstract： The purposes of this paper are to measure the vulnerability of cultivated land use system in northern Jiangsu based on the Vulnerability Scoping Diagram （VSD） framework， to reveal its spatial-temporal evolution patterns and influencing factors， and to put forward a targeted zoning strategy for “vulnerability reduction”. The research methods include CRITIC， composite index， spatial auto-correlation analysis and barrier degree model. The research results show that： 1） from 2000 to 2020， the exposure and sensitivity of the cultivated land use system in northern Jiangsu exhibited an increasing trend over time， while adaptability initially decreased and then increased. Spatially， the exposure changed from “generally low， sporadically high” to “high in the central region and low in the east and west”， while sensitivity maintained a pattern of “high in the west and low in the east”. Adaptability shifted from “high in the north and low in the south” to “high along the northwest-southeast axis and low on both sides of the axis”. 2） The vulnerability presented an initial increase followed by a decrease， transitioning spatially from “generally low， sporadically high” to “high in the west and low in the east”. Additionally， during the study period， there was the evidence of regional vulnerability spilling over to the surrounding counties. 3） The primary obstacles to exposure shifted from urbanization rate to the intensity of fertilizer use and population density. The replanting index and land fragmentation remained as obstacles to sensitivity. The primary obstacles to adaptability shifted from grain yield per unit and transportation accessibility to transportation accessibility， total agricultural output value and level of agricultural mechanization. The constraints on adaptability constitute the main constraint pattern for the formation of vulnerability. In conclusion， although the vulnerability is the result of the combined effects of exposure， sensitivity and adaptability， adaptability plays the decisive role. The “vulnerability reduction” needs to follow three principles， i.e.， strengthening the construction of cultivated land resources base to coordinate the reduction of exposure and sensitivity， increasing the restoration of cultivated land system and promoting the construction of basic elements， and filling the gaps in the cultivated land structure to consolidate the system’s defense mechanisms.

Key words： cultivated land use； vulnerability； VSD framework； northern Jiangsu

（本文責(zé)編：張冰松）