生態(tài)保護(hù)視角下的黑土區(qū)不穩(wěn)定耕地空間置換研究

關(guān)鍵詞：不穩(wěn)定耕地；空間置換；耕地后備資源；黑土區(qū)

耕地數(shù)量、質(zhì)量、生態(tài)“三位一體”保護(hù)制度是穩(wěn)固東北糧食產(chǎn)能、實現(xiàn)黑土地永續(xù)利用的先決條件[1]。中國實施最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，數(shù)量保護(hù)方面已步入耕地“大占補”時代，將造林種樹、種果種茶等占用耕地的行為納入管控范疇[2]。同時，國家優(yōu)先發(fā)展東北黑土區(qū)的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)工程，統(tǒng)籌推進(jìn)侵蝕防治、設(shè)施建設(shè)和耕層改造等綜合治理措施，以確保耕地質(zhì)量保護(hù)的落實[1，3]。相比之下，黑土區(qū)尚缺乏完善的耕地生態(tài)保護(hù)機(jī)制。然而，為代償東部地區(qū)的耕地流失，東北黑土區(qū)大量開墾林地、草地、濕地等重要生態(tài)源地。隨著開墾強度不斷加大，農(nóng)業(yè)活動逐漸擴(kuò)展到不適宜耕種的區(qū)域，導(dǎo)致了耕地“上山下河”的現(xiàn)象，引發(fā)了嚴(yán)重的生態(tài)退化問題[4]。因此，亟需系統(tǒng)優(yōu)化東北黑土區(qū)耕地空間布局，減輕農(nóng)業(yè)活動造成的水土流失[5]、面源污染[6]以及農(nóng)田生物多樣性下降[7]等風(fēng)險，建立健全黑土區(qū)耕地生態(tài)保護(hù)機(jī)制。

不穩(wěn)定耕地是農(nóng)業(yè)活動空間適宜性變差的核心表征之一，可泛指受自然、生態(tài)及社會經(jīng)濟(jì)因素限制，難以長期穩(wěn)定耕種的土地資源[8]。2014年，原國土資源部開始組織不穩(wěn)定耕地的調(diào)查評價工作，明確將位于林區(qū)、草原、河流湖泊最高洪水位控制范圍內(nèi)的耕地，以及受沙化、荒漠化等因素影響的耕地作為主要對象[9]。這類耕地往往土壤質(zhì)量較差，持續(xù)耕種的產(chǎn)能貢獻(xiàn)小，但生態(tài)損耗大，在東北地區(qū)廣泛分布[10]。目前，已有研究系統(tǒng)闡述了不穩(wěn)定耕地利用與糧食安全、生態(tài)安全及農(nóng)戶收入等方面的內(nèi)在關(guān)系[8-10]，同時將生態(tài)退耕作為治理不穩(wěn)定耕地的主要路徑，基于生態(tài)約束與機(jī)器學(xué)習(xí)算法探討其退耕可行性[10-11]。

然而，首輪全國不穩(wěn)定耕地調(diào)查結(jié)果顯示，東北地區(qū)的不穩(wěn)定耕地面積高達(dá)427.51萬hm2，占東北耕地總面積的13.79%[10]。如果貿(mào)然采取“一刀切”政策，直接依據(jù)調(diào)查結(jié)果開展無差別生態(tài)退耕，將可能會對黑土區(qū)的糧食產(chǎn)能造成嚴(yán)重沖擊。因此，需要改變傳統(tǒng)治理思路，在生態(tài)約束的基礎(chǔ)上考慮黑土地核心退化風(fēng)險，從而分區(qū)、有序騰挪不穩(wěn)定耕地。此外，隨著耕地總量動態(tài)平衡制度的進(jìn)一步完善，由生態(tài)退耕和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致的耕地流失被納入管控范疇[2]。在開展生態(tài)退耕時，應(yīng)考慮耕地資源進(jìn)出平衡，堅持“以補定占”原則優(yōu)化耕地空間布局[12]。近年來，國內(nèi)外提出了耕地空間置換（croplandrelocation）的管理思路，其原理是依據(jù)土地適宜性搭配退耕和拓墾措施，在不損失耕地產(chǎn)能的前提下重構(gòu)農(nóng)業(yè)空間布局[13-14]。目前，國內(nèi)江蘇省、浙江省等地已開展了“山上換山下”的試點工作，以實現(xiàn)生態(tài)治理和細(xì)碎化治理的雙重目標(biāo)[15-18]。但由于前期積累的占補管理經(jīng)驗主要適用于解決快速城鎮(zhèn)化導(dǎo)致的耕地流失問題，開展耕地空間置換仍需要在進(jìn)出平衡視角下發(fā)展理論基礎(chǔ)與技術(shù)規(guī)范。

鑒于此，本文以吉林省中部黑土區(qū)為研究區(qū)，一方面，在傳統(tǒng)生態(tài)約束研究范式的基礎(chǔ)上，綜合考慮水土流失、面源污染、土地鹽堿化等黑土區(qū)核心退化問題，刻畫耕地生態(tài)退化風(fēng)險，為分區(qū)、有序騰挪不穩(wěn)定耕地提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；另一方面，結(jié)合農(nóng)業(yè)空間適宜性評價，以耕地進(jìn)出平衡為原則，將生態(tài)約束強、退化風(fēng)險復(fù)雜的不穩(wěn)定耕地騰挪至宜耕性相對較高的區(qū)域，通過優(yōu)化耕地空間布局來落實耕地生態(tài)保護(hù)。研究結(jié)果對于增強黑土區(qū)耕地系統(tǒng)韌性及可持續(xù)性，推動黑土區(qū)不穩(wěn)定耕地治理流程的規(guī)范化具有科學(xué)意義。

1數(shù)據(jù)來源和研究方法

1.1研究區(qū)概況

吉林省中部黑土區(qū)（123°16′～128°46′E、42°07′～45°31′N）位于松嫩平原東部，是東北典型黑土分布區(qū)的重要組成部分（圖1（a））。土壤類型以黑鈣土、黑土、白漿土等為主。研究區(qū)氣候類型為典型的北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫約為5.1℃，年降水量為400～600mm，雨熱同季，其中6～8月降水量占全年的60%。研究區(qū)由松嫩平原腹地延伸至長白山山脈，覆蓋有平原、臺地及山區(qū)三類典型地貌，海拔低、地勢緩，整體農(nóng)耕條件良好（圖1（b）），但同時廣泛分布有漫川漫崗地形，以坡長坡緩、溝蝕及面蝕嚴(yán)重為主要特點，使吉林省中部黑土區(qū)耕地退化相對嚴(yán)重，成為亟需開展生態(tài)保護(hù)的典型黑土區(qū)[19]。此外，該區(qū)域是重要的商品糧生產(chǎn)及出口基地，墾殖率較高。不穩(wěn)定耕地類型以林區(qū)耕地和河道耕地為主，面積分別為716.07km2與472.32km2，占研究區(qū)耕地總面積的2.74%與1.81%。為統(tǒng)一統(tǒng)計口徑，本文中長春市與四平市為市本級范圍（圖1（b））。

1.2數(shù)據(jù)來源及處理

本文主要涵蓋三方面基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括土地利用數(shù)據(jù)、土壤性狀數(shù)據(jù)和地理環(huán)境數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)精度及來源參見表1。其中，土地利用數(shù)據(jù)解譯自Sentinel-2衛(wèi)星影像，通過ENVI5.3軟件進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正等預(yù)處理工作，對影像進(jìn)行監(jiān)督分類，確定土地利用類型為耕地、林地、草地、水體、建設(shè)用地及未利用地。經(jīng)國土變更調(diào)查成果檢驗，解譯數(shù)據(jù)精度達(dá)到90%以上，滿足研究需要。不穩(wěn)定耕地與耕地后備資源來源于國土變更調(diào)查，河流水系與公路等地物提取自O(shè)penStreetMap。土壤數(shù)據(jù)包含土壤質(zhì)地、土壤類型、土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤容重、土壤電導(dǎo)率等。地理環(huán)境數(shù)據(jù)包含地形數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、水文監(jiān)測數(shù)據(jù)等。DEM來源于美國地質(zhì)勘探局SRTM數(shù)據(jù)，主要用于計算坡度、坡長、地表粗糙度等；氣象數(shù)據(jù)包括研究區(qū)內(nèi)各氣象站點的降雨、氣溫、濕度、風(fēng)速、日照小時數(shù)的日均值數(shù)據(jù)；水文監(jiān)測數(shù)據(jù)來自流域水文站，通過流域面積換算法獲取各流域內(nèi)子流域的流量過程數(shù)據(jù)；NDVI數(shù)據(jù)獲取自Sentinel-2地表反射率產(chǎn)品，通過谷歌地球引擎（GEE）平臺計算全年最高值。上述數(shù)據(jù)以2020年為研究時點，涉及面源污染的氣象數(shù)據(jù)建模時間自1981年起。為使精度一致，柵格數(shù)據(jù)經(jīng)重采樣后統(tǒng)一至1km空間分辨率，以不穩(wěn)定耕地或耕地后備資源分布區(qū)所覆蓋的像元展示評價結(jié)果。

1.3黑土區(qū)不穩(wěn)定耕地空間置換思路

土地空間置換是通過調(diào)整土地利用的空間布局，實現(xiàn)土地資源優(yōu)化配置的目標(biāo)[14]。但受之前的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及管理等因素影響，耕地利用存在錯配問題，實際上并非嚴(yán)格按照土地宜耕性有序開墾[15-16]。國際研究表明，依據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)適宜性重構(gòu)耕地空間布局，可在不折損農(nóng)業(yè)產(chǎn)能的前提下減輕生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)，如果系統(tǒng)性地優(yōu)化全球耕地空間布局，預(yù)計可將作物生產(chǎn)的碳足跡、生物多樣性足跡和灌溉水足跡分別降低71%、87%和100%[14]。

因此，開展不穩(wěn)定耕地空間置換是解決上一階段盲目墾造“舊賬”的有效措施，可以有效避免持續(xù)耕種引發(fā)的次生水土退化問題[9]。目前，國內(nèi)一些地區(qū)已開展“耕林互換”“山上換山下”等試點工作[15-18]，一方面，將農(nóng)耕活動從林區(qū)剝離，做到山上宜林則林、宜園則園，充分協(xié)調(diào)生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益；另一方面，將剝離的農(nóng)耕活動遷移到適宜區(qū)，山下宜耕則耕，促進(jìn)耕地集中連片，提高種糧效益。

開展黑土區(qū)耕地空間置換應(yīng)堅持“以補定占”與“進(jìn)出平衡”原則，依托于全域土地綜合整治項目，通過科學(xué)搭配適宜性拓墾與生態(tài)退耕工程措施騰挪耕地的空間位置，以達(dá)到布局優(yōu)化目標(biāo)[13-14]。在傳統(tǒng)退耕情景模擬與耕地布局優(yōu)化研究中，多數(shù)研究以水源涵養(yǎng)、景觀游憩等生態(tài)約束為依據(jù)，將受到強生態(tài)約束的耕地作為優(yōu)化的主要對象[20-22]。然而，這些研究在模擬情景時忽略了區(qū)域核心退化風(fēng)險，雖然在一定程度上保障了生態(tài)安全，但可能對作用于耕地持續(xù)利用的主導(dǎo)因素把握不清，從而導(dǎo)致糧食產(chǎn)能受到影響。

除基礎(chǔ)生態(tài)約束外，受不合理耕作制度影響，黑土區(qū)仍存在一系列核心退化風(fēng)險，需要開展系統(tǒng)的耕地生態(tài)治理。由于松嫩平原東部遍布低山丘陵地形，加之黑土區(qū)雨熱同季的氣候背景，水土流失成為困擾黑土區(qū)耕地利用的重要退化問題[5]；而東北地區(qū)的耕作模式存在同質(zhì)化發(fā)展趨勢，在人口流出背景下，耕地利用依賴單次、大量施肥和機(jī)耕，面源污染和土壤“變硬”的結(jié)構(gòu)退化問題較為嚴(yán)重[6-7]；此外，靠近吉林省西部地區(qū)，氣候干旱，多風(fēng)、少雨，存在顯著的土地鹽堿化問題[23]。綜上，本文提出以基礎(chǔ)生態(tài)約束為前提，綜合考慮水土流失、面源污染、土地鹽堿化及土壤結(jié)構(gòu)退化為黑土區(qū)耕地核心退化風(fēng)險，識別亟需騰挪的不穩(wěn)定耕地，同時依據(jù)農(nóng)業(yè)空間適宜性確定潛在拓墾位置，分區(qū)、有序?qū)嵤┘质≈胁亢谕羺^(qū)不穩(wěn)定耕地空間置換（圖2）。

1.4黑土區(qū)基礎(chǔ)生態(tài)約束與核心退化風(fēng)險評估

1.4.1黑土區(qū)基礎(chǔ)生態(tài)約束格局

黑土區(qū)不穩(wěn)定耕地的生態(tài)約束是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)承載農(nóng)業(yè)活動的限制，超出這一限制標(biāo)準(zhǔn)會導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化[6]。在傳統(tǒng)耕地空間布局優(yōu)化研究中，這種生態(tài)約束可以進(jìn)一步被理解為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在水文涵養(yǎng)和調(diào)蓄、維持物種核心棲息地與滿足景觀體驗等方面的過程格局[10，24]。在綜合前人研究方法[20-22]與黑土區(qū)耕地利用特征[7，19]的基礎(chǔ)上，本文選取游憩安全格局、水源涵養(yǎng)格局、耕地固碳格局及生物保護(hù)格局為黑土區(qū)不穩(wěn)定耕地的基礎(chǔ)生態(tài)約束因素。其中，游憩安全格局構(gòu)建方法采用最小阻力面模型，過程及參數(shù)設(shè)定參考劉蜀涵在典型黑土區(qū)開展的生態(tài)用地增量配置研究[24]，評價結(jié)果的阻力值越高代表約束性越強。水源涵養(yǎng)格局與生物保護(hù)格局采用InVEST模型的產(chǎn)水量及生境質(zhì)量模塊計算，耕地固碳格局則基于耕地凈初級生產(chǎn)力估算農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)通過光合作用所能轉(zhuǎn)化吸收的固碳量，上述評價模型的具體參數(shù)設(shè)定與計算流程參考課題組在黑土區(qū)的前期研究結(jié)果[6]，評價結(jié)果的數(shù)值越低代表約束性越強。在綜合生態(tài)約束方面，認(rèn)為各生態(tài)約束格局的重要性相同，統(tǒng)一進(jìn)行歸一化處理后獲取綜合生態(tài)約束評價結(jié)果，采用自然斷點法劃分約束強度等級，綜合評價值越高表示生態(tài)約束越強。

1.4.2黑土區(qū)核心退化風(fēng)險評估

基于黑土區(qū)的重點生態(tài)問題[1，7]，本文選擇水土流失、面源污染、土地鹽堿化及土壤結(jié)構(gòu)退化風(fēng)險表征黑土區(qū)核心退化風(fēng)險。其中，水土流失采用改進(jìn)通用土壤流失方程（RUSLE）進(jìn)行估算，如下。

式（1）中：A為土壤侵蝕模數(shù)；R為降雨侵蝕力因子；K為土壤可蝕性因子，主要基于土壤有機(jī)碳和土壤質(zhì)地計算得來；LS為坡長坡度因子，通過DEM計算獲取；C為植被覆蓋與作物管理因子，基于NDVI計算得出；P為土壤保持因子。計算的參數(shù)設(shè)定與計算流程參考前期研究[6]，分級參考《土壤侵蝕分類分級標(biāo)準(zhǔn)》（SL190—2007），認(rèn)為侵蝕模數(shù)超出強烈等級（≥50（t/hm2·a））即存在水土流失風(fēng)險[25]。

面源污染風(fēng)險基于SWAT模型進(jìn)行估算。SWAT模型是一種流域尺度的水文模型，首先將研究區(qū)劃分為277個子流域與1336個水文響應(yīng)單元；建立氣象及土壤數(shù)據(jù)庫，設(shè)置土地利用和土壤數(shù)據(jù)的分類閾值均為5%，進(jìn)而對徑流、水質(zhì)參數(shù)率定及檢驗，以分析各流域的年均氮、磷負(fù)荷。具體技術(shù)過程參考胡冰清在吉林省中部黑土區(qū)開展的相關(guān)研究[26]。其中，面源污染格局以氮、磷負(fù)荷均值表示，其風(fēng)險等級則參考標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)田氮磷環(huán)境風(fēng)險評價》（DB11/T749—2010）中的糧田氮素年盈余量劃分方法[27]，認(rèn)為超出中風(fēng)險，即大于300kg/hm2時，耕地存在相對嚴(yán)重的面源污染問題。

此外，土地鹽堿化風(fēng)險和土壤結(jié)構(gòu)退化風(fēng)險分別以土壤電導(dǎo)率和表層土壤容重為表征，依據(jù)全國第二次土壤普查分級標(biāo)準(zhǔn)[28]，土壤電導(dǎo)率達(dá)到高含鹽量標(biāo)準(zhǔn)（≥2dS/m），土壤容重達(dá)到緊實標(biāo)準(zhǔn)（＞1.35g/cm3即認(rèn)為耕地存在相應(yīng)的退化風(fēng)險。

1.5農(nóng)業(yè)空間適宜性評價

以《資源環(huán)境承載能力和國土空間開發(fā)適宜性評價指南（試行）》的農(nóng)業(yè)空間適宜性評價方法為基礎(chǔ)，參考陳航等[17]、宋戈等[29-30]的適宜性評價研究框架，選擇地形、土壤、氣候灌溉及耕作條件構(gòu)建評價體系（表2），對研究區(qū)耕地后備資源分布區(qū)域開展農(nóng)業(yè)空間適宜性評價，適宜分值1～5表示宜耕性逐漸增強。基于層次分析法確定因素權(quán)重，結(jié)果通過一致性檢驗（CR＜0.01），表明判斷矩陣設(shè)置合理。為保障在置換不穩(wěn)定耕地后，拓墾區(qū)域的宜耕性較強且利用條件相對穩(wěn)定，基于自然斷點法劃分適宜性評價結(jié)果，以適宜和較適宜的土地作為開展空間置換的潛在供選區(qū)域。

2結(jié)果與分析

2.1研究區(qū)基礎(chǔ)生態(tài)約束與核心退化風(fēng)險格局

游憩安全格局顯示，研究區(qū)南部四平市、雙陽區(qū)及伊通滿族自治縣的阻力值較高，說明該區(qū)域的耕地在提供觀賞游憩功能方面受到較多限制，約束性較強（圖3（a））。水源涵養(yǎng)和耕地固碳格局的分析表明，研究區(qū)東南部低山丘陵地帶的產(chǎn)水量及固碳量均較高（圖3（b）與3（c））。該區(qū)域存在大量林區(qū)耕地，資源穩(wěn)定性相對較差，但林草植被豐富、降雨量充沛，因此在水源涵養(yǎng)與固碳方面的生態(tài)約束較弱。相比之下，研究區(qū)西部靠近吉林省西部的半干旱氣候區(qū)，產(chǎn)水量和耕地凈初級生產(chǎn)力較低，水源涵養(yǎng)與耕地固碳的生態(tài)約束較強。在生物保護(hù)格局方面（圖3（d）），部分低山丘陵地帶的耕地生境質(zhì)量較高，而中部平原區(qū)的耕地在維持農(nóng)田生物多樣性方面的約束性較強。總體上，林區(qū)耕地的游憩安全阻力值達(dá)到40.09（表3），相較于穩(wěn)定耕地資源，其生態(tài)約束更強，但平均固碳量較高，可達(dá)到0.72kg（/m2·a）。此外，河道耕地與林區(qū)耕地的平均產(chǎn)水量相對較低，分別為453.71mm與460.81mm，但其生境質(zhì)量均顯著高于穩(wěn)定耕地資源。在基礎(chǔ)生態(tài)約束上，研究區(qū)東南部低山丘陵地帶盡管分布大量的不穩(wěn)定耕地，但除游憩功能受限外，其余生態(tài)約束甚至弱于穩(wěn)定耕地資源。

在核心退化風(fēng)險方面，研究區(qū)東南部低山丘陵地帶的水土流失風(fēng)險較高（圖3（e）），最高土壤侵蝕模數(shù)已達(dá)到185.49t（/hm2·a），水土流失問題極為嚴(yán)重。面源污染風(fēng)險格局與水土流失風(fēng)險差異較大，高風(fēng)險主要集中在研究區(qū)中部，特別是榆樹市、德惠市、九臺區(qū)、農(nóng)安縣和公主嶺市（圖3（f））。部分臨近松花江干流的區(qū)域平均氮、磷負(fù)荷量甚至可以達(dá)到1451.5kg/a，其河道耕地利用將對水體質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重影響。土地鹽堿化風(fēng)險及土壤結(jié)構(gòu)退化風(fēng)險集中在研究區(qū)西北部的農(nóng)安縣和雙遼市（圖3（g）與3（h）），荒漠化問題和土壤壓實問題相對嚴(yán)重。根據(jù)穩(wěn)定耕地與不穩(wěn)定耕地的退化風(fēng)險統(tǒng)計結(jié)果（表3），林區(qū)耕地的平均土壤侵蝕模數(shù)為13.66t（/hm2·a），水土流失風(fēng)險顯著高于穩(wěn)定耕地；河道耕地的面源污染風(fēng)險略高，但土地鹽堿化風(fēng)險較低；不穩(wěn)定耕地與穩(wěn)定耕地在土壤結(jié)構(gòu)退化風(fēng)險方面的差異不顯著。可見，與穩(wěn)定性良好的耕地資源相比，黑土區(qū)不穩(wěn)定耕地的退化問題更為突出，主要表現(xiàn)為林區(qū)耕地的水土流失風(fēng)險以及河道耕地廣泛存在的面源污染風(fēng)險，均在研究區(qū)內(nèi)呈現(xiàn)出一定的空間分布結(jié)構(gòu)性特征。

2.2研究區(qū)不穩(wěn)定耕地生態(tài)退耕布局及時序安排

基于各項基礎(chǔ)生態(tài)約束格局，確定研究區(qū)不穩(wěn)定耕地覆蓋像元的綜合生態(tài)約束強度（圖4（a））。結(jié)果表明，受強生態(tài)約束影響的不穩(wěn)定耕地面積達(dá)到129.28km2，占總體不穩(wěn)定耕地面積的比率達(dá)到10.88%（表4）。研究區(qū)西部不穩(wěn)定耕地的綜合生態(tài)約束水平較高，強約束區(qū)域集中分布于農(nóng)安縣與公主嶺市的西北部，以及雙遼市全域，表明這些區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)脆弱，難以承載高強度的農(nóng)業(yè)活動。雙遼市和農(nóng)安縣分別有48.88km2與25.92km2的不穩(wěn)定耕地位于強生態(tài)約束范圍內(nèi)，是研究區(qū)受生態(tài)限制的熱點區(qū)域。此外，研究區(qū)東部至中部的九臺區(qū)、榆樹市及德惠市的不穩(wěn)定耕地也受到較廣泛的強度生態(tài)約束，面積均達(dá)到10km2左右。

在所有核心退化風(fēng)險中，面源污染問題對研究區(qū)不穩(wěn)定耕地的影響最為普遍，總面積達(dá)到328.98km2，27.68%的不穩(wěn)定耕地存在不同程度的面源污染風(fēng)險（表4）。其中，九臺區(qū)和德惠市的面源污染風(fēng)險分布最廣，分別有102.47km2和81.99km2的不穩(wěn)定耕地位于面源污染風(fēng)險影響區(qū)域內(nèi)，持續(xù)耕種對于區(qū)域水體質(zhì)量的威脅較大。受水土流失和土壤結(jié)構(gòu)退化風(fēng)險影響的不穩(wěn)定耕地面積分別為203.91km2與187.13km2，集中分布于雙遼市，同時四平市、伊通滿族自治縣和九臺區(qū)也面臨較大的水土流失風(fēng)險；土壤結(jié)構(gòu)性退化風(fēng)險主要集中在雙遼市和梨樹縣。吉林省中部黑土區(qū)的土地鹽堿化風(fēng)險分布較少，僅4.37%的不穩(wěn)定耕地受到影響，且主要集中在雙遼市。在空間分布上（圖4（b）），雙遼市不穩(wěn)定耕地受多種退化風(fēng)險影響，農(nóng)耕活動產(chǎn)生的生態(tài)負(fù)效應(yīng)比其他地區(qū)嚴(yán)重。此外，在伊通滿族自治縣北部和九臺區(qū)東部的不穩(wěn)定耕地同樣存在復(fù)合型退化風(fēng)險。

通過疊加不穩(wěn)定耕地分布區(qū)域的基礎(chǔ)生態(tài)約束與核心退化風(fēng)險，識別出同時受到強生態(tài)約束與核心退化風(fēng)險影響，或存在復(fù)合型退化風(fēng)險的不穩(wěn)定耕地。本文認(rèn)為，若這些區(qū)域的不穩(wěn)定耕地持續(xù)耕種，將加劇生態(tài)威脅，因此有必要依據(jù)生態(tài)約束和退化風(fēng)險的復(fù)雜性和嚴(yán)重程度，研判生態(tài)退耕的緊迫性。分析結(jié)果顯示，雙遼市全域不穩(wěn)定耕地不僅受到強生態(tài)約束（圖4（c）），并且退化風(fēng)險復(fù)雜多樣，成為吉林省中部黑土區(qū)騰挪不穩(wěn)定耕地的重點對象。此外，農(nóng)安縣西部、伊通滿族自治縣北部和九臺區(qū)東部也存在較大范圍的不穩(wěn)定耕地需要被置換到適宜性更高的空間位置，以協(xié)調(diào)黑土區(qū)的農(nóng)業(yè)和生態(tài)矛盾。

2.3進(jìn)出平衡視角下的不穩(wěn)定耕地空間置換

考慮耕作層已被破壞的耕地后備資源整治成本較高，難以保障產(chǎn)收效益[31]，本文將無需工程恢復(fù)的可開墾土地作為農(nóng)業(yè)空間適宜性評價的主要對象。研究區(qū)耕地后備資源覆蓋像元的適宜性評價結(jié)果顯示（圖5），適宜及較適宜開墾的耕地后備資源集中分布于研究區(qū)東南部，中等適宜的耕地后備資源集中分布于研究區(qū)中北部，而不適宜和較不適宜開墾的耕地后備資源主要分布于農(nóng)安縣北部，伊通滿族自治縣北部及東部，雙陽區(qū)南部以及雙遼市。經(jīng)統(tǒng)計，如將存在強生態(tài)約束或核心退化風(fēng)險的不穩(wěn)定耕地全部退耕，預(yù)計退耕面積達(dá)到605.80km2，但研究區(qū)適宜和較適宜的耕地后備資源僅為279.23km2，無法兼顧該情境下的進(jìn)出平衡與空間適宜性提升目標(biāo)。因此，擬對其中同時受強生態(tài)約束與核心退化風(fēng)險制約，以及存在復(fù)合型退化風(fēng)險的不穩(wěn)定耕地開展空間置換，則研究區(qū)共需退耕220.83km2，約占不穩(wěn)定耕地總體規(guī)模的18.58%，包括林區(qū)耕地203.07km2與河道耕地17.76km2。

依據(jù)研究區(qū)不穩(wěn)定耕地空間置換布局（圖6（a）），除東南部低山丘陵地帶九臺區(qū)等地普遍采用“山上換山下”（示例A）的置換模式外，還需要搭配“水域遷陸域”（示例C），以及雙遼市“沙崗挪平原”（示例B）等舉措，以系統(tǒng)優(yōu)化吉林省中部黑土區(qū)耕地空間布局。統(tǒng)計結(jié)果表明，拓墾區(qū)轉(zhuǎn)入的耕地在平均生態(tài)約束強度上要低于退耕區(qū)的不穩(wěn)定耕地（圖6（b）），并且在完成空間置換后，研究區(qū)耕地風(fēng)險種類預(yù)計降低76.63%，空間適宜性提升25.63%，可有效緩解農(nóng)業(yè)活動造成的生態(tài)環(huán)境威脅。

進(jìn)一步匯總各縣域耕地進(jìn)出平衡狀況（圖6（b））可知，農(nóng)安縣、九臺區(qū)和雙遼市難以憑借縣域范圍內(nèi)的適宜及較適宜耕地后備資源實現(xiàn)自行平衡，尤其是雙遼市，其置換不穩(wěn)定耕地所需的耕地后備資源缺口高達(dá)114.3km2。而長春市、四平市和伊通滿族自治縣等地在完成耕地空間置換后，仍存在相對豐富的適宜及較適宜耕地后備資源（圖6（c））。雖然研究區(qū)適宜及較適宜耕地后備資源的規(guī)模可滿足生態(tài)退耕需求，但由于部分地區(qū)僅憑縣域土地綜合整治項目無法協(xié)調(diào)自身用地矛盾，需要進(jìn)行異地補充以落實耕地進(jìn)出平衡。因此，如開展資源協(xié)調(diào)工作，同時在進(jìn)出平衡的基礎(chǔ)上保障補充耕地的質(zhì)量，可優(yōu)先考慮從四平市及伊通滿族自治縣等地開墾耕地后備資源，為騰挪雙遼市生態(tài)約束強、退化風(fēng)險復(fù)雜的不穩(wěn)定耕地提供空間。在省內(nèi)協(xié)調(diào)縣域間的耕地指標(biāo)時，除考慮土地宜耕性外，還應(yīng)結(jié)合有效的補償機(jī)制[32-33]，以實現(xiàn)黑土區(qū)耕地空間布局優(yōu)化目標(biāo)。

3結(jié)論與討論

3.1結(jié)論

不穩(wěn)定耕地的稟賦條件較差，不僅對糧食安全的貢獻(xiàn)有限，且長期耕種會產(chǎn)生顯著的生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)，成為威脅黑土區(qū)耕地生態(tài)安全的關(guān)鍵因素。經(jīng)歷多輪規(guī)模性農(nóng)業(yè)擴(kuò)張后，東北黑土區(qū)已墾殖大量不穩(wěn)定耕地，農(nóng)業(yè)活動甚至蔓延至林區(qū)和河道，亟需優(yōu)化耕地空間布局。但東北黑土區(qū)在全國范圍內(nèi)的不穩(wěn)定耕地規(guī)模較大，盲目實施生態(tài)退耕或?qū)?yán)重削弱區(qū)域糧食產(chǎn)能。為此，本文選取吉林省中部黑土區(qū)為研究區(qū)，提出通過耕地空間置換實施生態(tài)治理目標(biāo)。在傳統(tǒng)生態(tài)約束格局的基礎(chǔ)上，納入水土流失、面源污染、土地鹽堿化及土壤結(jié)構(gòu)退化等反映黑土區(qū)核心農(nóng)業(yè)—生態(tài)矛盾的退化風(fēng)險，識別亟需置換的不穩(wěn)定耕地。同時，基于耕地后備資源的適宜性評價，探討如何在保障耕地進(jìn)出平衡的前提下，將生態(tài)約束強、退化風(fēng)險復(fù)雜的不穩(wěn)定耕地逐步騰挪至適宜的空間位置。得出主要結(jié)論如下。

（1）不穩(wěn)定耕地的生態(tài)約束與退化風(fēng)險具備明顯的空間結(jié)構(gòu)性特征。南部地區(qū)游憩安全限制較強，東南部低山丘陵地帶產(chǎn)水量和固碳量較高，盡管存在大量不穩(wěn)定耕地，其生態(tài)約束相對較弱；而西部半干旱區(qū)生態(tài)約束較強。相較于穩(wěn)定性良好的耕地，黑土區(qū)不穩(wěn)定耕地的退化問題尤為突出，東南部低山丘陵地帶水土流失風(fēng)險最高，面源污染風(fēng)險主要集中在中部耕地，西北部農(nóng)安縣和雙遼市面臨顯著的土地鹽堿化和土壤結(jié)構(gòu)退化風(fēng)險。

（2）受強生態(tài)約束的不穩(wěn)定耕地面積達(dá)到129.28km2，占總體不穩(wěn)定耕地面積的比率達(dá)到10.88%，主要集中在農(nóng)安縣、公主嶺市西北部和雙遼市全域。此外，約28%的不穩(wěn)定耕地受面源污染風(fēng)險制約；受水土流失和土壤結(jié)構(gòu)退化風(fēng)險影響的不穩(wěn)定耕地面積分別為203.91km2和187.13km2，以雙遼市的林區(qū)耕地為主。雙遼市不穩(wěn)定耕地的生態(tài)約束強且退化風(fēng)險復(fù)雜，是優(yōu)先開展耕地空間置換的關(guān)鍵區(qū)域；農(nóng)安縣西部、伊通滿族自治縣北部和九臺區(qū)東部也亟待騰挪不穩(wěn)定耕地，以緩解生態(tài)環(huán)境壓力。

（3）研究區(qū)適宜和較適宜開墾的耕地后備資源面積達(dá)到279.23km2，可提供足夠的置換空間，以置換受強生態(tài)約束與退化風(fēng)險雙重制約，或是存在復(fù)合型退化風(fēng)險的不穩(wěn)定耕地。除“山上換山下”外，黑土區(qū)還需搭配利用“水域遷陸域”，以及“沙崗挪平原”等模式，以系統(tǒng)優(yōu)化耕地空間布局。置換后，拓墾區(qū)生態(tài)約束降低，平均風(fēng)險種類減少76.63%，空間適宜性提升25.63%，有效緩解生態(tài)威脅。但農(nóng)安縣、九臺區(qū)和雙遼市難以實現(xiàn)縣域自行平衡目標(biāo)，尤其雙遼市存在114.3km2的資源缺口，需要結(jié)合省內(nèi)異地補充。

3.2討論

不穩(wěn)定耕地空間置換的本質(zhì)是舍棄邊際產(chǎn)能，利用土地“再野化”恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)，增強其支持與調(diào)節(jié)功能，提高韌性和自調(diào)節(jié)能力[14]，從而推動?xùn)|北黑土區(qū)耕地的永續(xù)利用，這是落實耕地生態(tài)保護(hù)的關(guān)鍵策略。丟失的糧食產(chǎn)能可通過開墾適宜性較高的耕地后備資源[13]，推行可持續(xù)（生態(tài)）集約化[34-35]或?qū)嵤┵|(zhì)量建設(shè)工程[1，7]等多元途徑予以補充。

本文的政策啟示如下：一是置換不穩(wěn)定耕地需要分區(qū)分類施策。應(yīng)依據(jù)生態(tài)約束和退化風(fēng)險的空間結(jié)構(gòu)性特征，科學(xué)搭配“山上換山下”、“水域遷陸域”和“沙崗挪平原”等措施，系統(tǒng)優(yōu)化黑土區(qū)耕地空間布局。二是不穩(wěn)定耕地的生態(tài)退耕需要有序推進(jìn)。當(dāng)下，需要正視東北黑土區(qū)耕地后備資源日趨緊缺的趨勢，認(rèn)清可供騰挪的潛力空間迅速縮減的現(xiàn)狀。在推進(jìn)不穩(wěn)定耕地的生態(tài)退耕時，應(yīng)依據(jù)其對生態(tài)環(huán)境的威脅強弱安排前后時序，“以補定占”是前提。三是不穩(wěn)定耕地的空間置換應(yīng)做好省內(nèi)資源統(tǒng)籌。近年來，自然資源部與農(nóng)業(yè)農(nóng)村部積極推進(jìn)耕地占補平衡管理改革，要求堅持縣域自行平衡為主、省域內(nèi)調(diào)劑為輔的基本原則[33]。但受資源稟賦條件制約，類似雙遼市等生態(tài)脆弱的縣域單元，如系統(tǒng)優(yōu)化耕地空間布局，難以憑借自身耕地后備資源實現(xiàn)進(jìn)出平衡，仍需要在省域內(nèi)調(diào)劑補充耕地指標(biāo)。這里涉及兩點關(guān)鍵問題：其一，是農(nóng)戶的權(quán)屬權(quán)益問題，需要結(jié)合有效的補償機(jī)制去促進(jìn)跨區(qū)域的資源調(diào)配；其二，鑒于黑土區(qū)在國家糧食安全體系中的重要戰(zhàn)略地位，在執(zhí)行耕地“大占補”政策時，不僅需要遵循“占一補一”和“占優(yōu)補優(yōu)”的原則，還應(yīng)重視“占黑補黑”，以確保置換過程中耕地資源的全方位平衡。

然而，隨著農(nóng)業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力加快培育發(fā)展，向松遼平原西北部的沙地、鹽堿地等非傳統(tǒng)耕地拓展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)空間，或?qū)⒊蔀橄乱浑A段食物穩(wěn)產(chǎn)保供的關(guān)鍵戰(zhàn)略決策[36]。大規(guī)模的設(shè)施建設(shè)和新興農(nóng)業(yè)科技投入，將深刻變革耕地管理體系和保護(hù)政策的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。在這種情況下，如何落實東北地區(qū)的耕地生態(tài)保護(hù)、開展耕地平衡管控，則成為亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題。