東北黑土區(qū)耕地生態(tài)承載力動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)及預(yù)測(cè)分析*

崔寧波，王 婷，巴雪真，羅 偉

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展研究中心，哈爾濱 150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，哈爾濱 150030；3.黑龍江省科學(xué)院，哈爾濱 150001）

一、引 言

東北地區(qū)是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地，其糧食生產(chǎn)水平直接影響國(guó)家糧食安全。手中有地，心里有底。耕地作為不可替代的物質(zhì)載體，是構(gòu)成東北地區(qū)糧食綜合生產(chǎn)能力的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。其中，黑土地作為耕地中的“大熊貓”，更是依托得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì)，成為東北地區(qū)發(fā)揮國(guó)家糧食安全“壓艙石”和“穩(wěn)壓器”的重要保障。然而，由于長(zhǎng)期用養(yǎng)失衡，東北黑土區(qū)逐漸由林草自然生態(tài)系統(tǒng)演變?yōu)槿斯まr(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，土壤理化性狀與生態(tài)功能退化現(xiàn)象愈發(fā)明顯（韓曉增等，2018），黑土區(qū)正由“生態(tài)功能區(qū)”逐步向“生態(tài)脆弱區(qū)”過(guò)渡（姜明等，2021），黑土生態(tài)承載能力日漸趨弱，嚴(yán)重影響了東北地區(qū)糧食生產(chǎn)的可持續(xù)性，威脅著國(guó)家糧食安全和區(qū)域生態(tài)安全。在推進(jìn)國(guó)家“藏糧于地、藏糧于技”重大戰(zhàn)略背景下，厘清黑土區(qū)耕地生態(tài)承載力時(shí)空格局演變基本規(guī)律，挖掘黑土生態(tài)系統(tǒng)本底承載能力與研判未來(lái)黑土生態(tài)安全趨勢(shì)走向，成為當(dāng)前用好養(yǎng)好黑土地的關(guān)鍵前提。

耕地生態(tài)承載力是權(quán)衡區(qū)域耕地生態(tài)安全狀況的重要尺度，目前對(duì)于耕地生態(tài)承載力的研究主要集中在耕地生態(tài)承載力的內(nèi)涵界定（孫秀鋒等，2013）、測(cè)度評(píng)價(jià)（靳亞亞等，2020）、驅(qū)動(dòng)因素及預(yù)警分析等方向（高艷珍等，2021；朱高立等，2021）。耕地生態(tài)承載力的概念由生態(tài)承載力衍生而來(lái)，是以生態(tài)承載力理論為基礎(chǔ)，資源環(huán)境承載力為約束的統(tǒng)一體，側(cè)重于對(duì)單項(xiàng)土地類型耕地的生態(tài)系統(tǒng)生物容量性與生態(tài)功能性展開(kāi)研究（王錦等，2019）。在耕地生態(tài)承載力評(píng)價(jià)方面，多借助狀態(tài)空間法（沈威等，2019）、PSR模型（楊枝茂，2019）及生態(tài)足跡法（趙興國(guó)等，2011；崔寧波等，2021）實(shí)行測(cè)算評(píng)估，其中生態(tài)足跡模型基于系統(tǒng)完備的定量分析范式被廣泛應(yīng)用于區(qū)域資源可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)研究，為進(jìn)一步追求評(píng)價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確性，現(xiàn)有研究還通過(guò)擴(kuò)展生態(tài)足跡成分（劉利花等，2020）、引入能值理論（張?jiān)铺m，2019）和凈初級(jí)生產(chǎn)力（王琦等，2018）等方法充實(shí)完善生態(tài)足跡模型。在耕地生態(tài)承載力驅(qū)動(dòng)機(jī)制方面，已有研究表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是造成區(qū)域耕地生態(tài)安全值下降的關(guān)鍵要素（鄭華偉等，2015），同時(shí)人口密度與自然環(huán)境等方面約束會(huì)驅(qū)使耕地生態(tài)系統(tǒng)功能與內(nèi)部環(huán)境逐漸退化（高艷珍等，2021）。在預(yù)警分析方面，已有學(xué)者基于TOPSIS模型和ARIMA模型對(duì)耕地生態(tài)安全警情演化歷程進(jìn)行模擬分析（李政等，2018；麥麗開(kāi)·艾麥提等，2019），還有學(xué)者采用灰色GM（1，1）模型預(yù)測(cè)耕地生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的變動(dòng)趨勢(shì)（趙興國(guó)等，2011），以期為區(qū)域耕地資源有效調(diào)控和生態(tài)協(xié)同治理提供科學(xué)參考。

綜上所述，有關(guān)耕地生態(tài)承載力的研究成果豐碩，但仍存在一定拓展空間，例如在研究方法應(yīng)用上，現(xiàn)有研究對(duì)于生態(tài)足跡模型中的參數(shù)設(shè)置缺乏針對(duì)性，學(xué)者通常基于全球或國(guó)家公頃尺度標(biāo)準(zhǔn)下的耕地轉(zhuǎn)換因子實(shí)行測(cè)算，但由于耕地生產(chǎn)能力與潛力的地域差異，導(dǎo)致研究結(jié)果有偏于區(qū)域耕地生產(chǎn)實(shí)際；另外，在研究區(qū)域選擇上，多數(shù)學(xué)者將視角聚焦于國(guó)家、省、市等行政區(qū)劃單位，而鮮有涉及東北黑土地區(qū)的耕地生態(tài)承載力與生態(tài)狀況相關(guān)研究。為此，本文以東北黑土區(qū)為考察對(duì)象，利用“省公頃”度量體系改進(jìn)的耕地生態(tài)足跡模型，對(duì)耕地均衡因子與產(chǎn)量因子進(jìn)行修正，真實(shí)刻畫東北黑土區(qū)耕地生態(tài)承載力時(shí)空格局演化特征并探尋其變動(dòng)的主要因素，最后運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)該區(qū)耕地未來(lái)可持續(xù)發(fā)展能力實(shí)施預(yù)測(cè)。本文旨在切實(shí)反饋東北黑土區(qū)耕地生產(chǎn)能力與黑土地的生態(tài)安全態(tài)勢(shì)，為科學(xué)防控黑土耕地退化問(wèn)題、合理規(guī)劃黑土資源分配以及有效落實(shí)黑土保護(hù)工程提供依據(jù)支撐，同時(shí)也為促進(jìn)黑土耕地資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用，提升東北地區(qū)糧食產(chǎn)能與保障國(guó)家糧食安全提供科學(xué)參考。

二、研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來(lái)源

（一）研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來(lái)源

東北黑土地主要分布在三江平原、松嫩平原和遼河平原，土地面積124.86萬(wàn)公頃，行政區(qū)域分布涵蓋黑龍江省、吉林省、遼寧省以及內(nèi)蒙古自治區(qū)的東部地區(qū)（汪景寬等，2021）。本文根據(jù)東北黑土地的分布情況，選取黑土和黑鈣土在松嫩平原一帶集中分布的部分城市，另外參考近年來(lái)黑土地保護(hù)利用重點(diǎn)遴選地區(qū)，鑒于地理實(shí)際與政策信息導(dǎo)向，選擇東北黑土區(qū)13個(gè)地級(jí)市作為研究的基本單元。

本文數(shù)據(jù)主要源于2007～2019 年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》《黑龍江統(tǒng)計(jì)年鑒》《吉林統(tǒng)計(jì)年鑒》《遼寧統(tǒng)計(jì)年鑒》以及相關(guān)地市統(tǒng)計(jì)年鑒，各種生物產(chǎn)品的熱值來(lái)源于《農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)手冊(cè)（修訂本）》，其中個(gè)別生物產(chǎn)品的單位熱值以近似指標(biāo)代替，其余部分缺失數(shù)據(jù)通過(guò)查閱各市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)與相關(guān)網(wǎng)站補(bǔ)齊。

三、研究方法

（一）改進(jìn)的耕地生態(tài)足跡模型

本文聚焦于東北黑土區(qū)耕地生態(tài)安全問(wèn)題，若采用傳統(tǒng)全球公頃或國(guó)家公頃尺度下的耕地生態(tài)足跡模型，難以客觀呈現(xiàn)黑土耕地資源的生態(tài)面貌。為了準(zhǔn)確把握中小區(qū)域尺度生態(tài)承載力與生態(tài)足跡的現(xiàn)實(shí)特征與演變歷程，學(xué)者通過(guò)引入“省公頃”計(jì)量準(zhǔn)則，深入探尋分析省域內(nèi)各市縣及小城鎮(zhèn)等區(qū)域范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)安全狀況。由此考慮本文研究對(duì)象特征，借助“省公頃”耕地生態(tài)足跡模型，綜合考量黑土區(qū)耕地生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的發(fā)展水平，研究東北黑土區(qū)耕地生態(tài)超載問(wèn)題，確保研究結(jié)果更貼切區(qū)域?qū)嶋H生態(tài)狀況。

“省公頃”尺度是以單位省公頃土地的平均生物生產(chǎn)力為基準(zhǔn)，由于各類土地平均生物生產(chǎn)力不同，需要采用均衡因子使之轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)面積進(jìn)行比較，即使是同類土地的生產(chǎn)力也存在地域差異，同樣需要借助產(chǎn)量因子調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換才能直接對(duì)比。因此，在計(jì)算東北黑土區(qū)耕地生態(tài)承載力與生態(tài)足跡時(shí)，首先需要獲取省域尺度內(nèi)耕地均衡因子和所轄地市耕地產(chǎn)量因子等重要參數(shù)，具體測(cè)算過(guò)程借鑒張恒義等（2009）的研究。

1.均衡因子和產(chǎn)量因子測(cè)算

均衡因子是指全省某種生物生產(chǎn)性土地的平均生物生產(chǎn)力除以全省所有生物生產(chǎn)性土地的平均生物生產(chǎn)力。計(jì)算公式如下：

式中，ri為省域內(nèi)第i類生物生產(chǎn)性土地的均衡因子，s-n公頃/公頃；是指第i類生物生產(chǎn)性土地的平均生產(chǎn)力，109焦耳/公頃；是指省域內(nèi)全部生物生產(chǎn)性土地的平均生產(chǎn)力，109焦耳/公頃；Qi是指第i類生物生產(chǎn)性土地的總生物量，109焦耳；Si是指第i類生物生產(chǎn)性土地的生物生產(chǎn)面積，公頃；表示第i類生物生產(chǎn)性土地的第k種產(chǎn)品產(chǎn)量，千克；γik表示第i類生物生產(chǎn)性土地的第k種產(chǎn)品的單位熱值，103焦耳/千克。

產(chǎn)量因子等于各地市某類土地的平均生產(chǎn)力除以該省的所有同類土地的平均生產(chǎn)力。具體計(jì)算公式如下：

式中，yij指j市第i類生物生產(chǎn)性土地的產(chǎn)量因子；指j市第i類生物生產(chǎn)性土地的平均生產(chǎn)力，109焦耳/公頃；Qij指j市第i類生物生產(chǎn)性土地的總產(chǎn)出，109焦耳；Sij指j市第i類生物生產(chǎn)性土地的面積；(pik)j指j市第i類生物生產(chǎn)性土地的第k種生物產(chǎn)品的產(chǎn)量，千克。

2.耕地生態(tài)盈虧測(cè)算

黑土區(qū)耕地生態(tài)承載力是指：在特定時(shí)空范疇內(nèi)為人類從事各項(xiàng)活動(dòng)以及消納廢棄污染物所能提供的黑土資源總量，不僅反映了黑土生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于人類活動(dòng)與發(fā)展的能動(dòng)反饋能力，也體現(xiàn)出黑土生態(tài)空間對(duì)于資源和環(huán)境的供給與包容能力。計(jì)算公式如下：

式中，EC為區(qū)域總耕地生態(tài)承載力；ec為區(qū)域人均耕地生態(tài)承載力；a為人均耕地生物生產(chǎn)性土地面積；y為耕地產(chǎn)量因子。另外，在計(jì)算耕地生態(tài)承載力時(shí)還需扣除12%的生物多樣性保護(hù)用地。

耕地生態(tài)足跡又稱耕地生態(tài)占用，從需求角度考量了能夠持續(xù)提供資源與消納廢物的黑土耕地資源數(shù)量。計(jì)算公式如下：

式中，EF為區(qū)域總耕地生態(tài)足跡；N為區(qū)域總?cè)丝跀?shù)；ef為區(qū)域人均耕地生態(tài)足跡；i為耕地消費(fèi)項(xiàng)目類型，根據(jù)東北黑土地區(qū)生產(chǎn)特點(diǎn)，選擇水稻、玉米、小麥、大豆、薯類等作物作為主要消費(fèi)項(xiàng)目；r為耕地均衡因子；Ci為第i種消費(fèi)項(xiàng)目類型的人均消費(fèi)量；Pi為省域內(nèi)第i種消費(fèi)項(xiàng)目年平均產(chǎn)量。

耕地生態(tài)盈虧指耕地生態(tài)承載力與耕地生態(tài)足跡的差額，計(jì)算公式如下：

式中，ED為耕地生態(tài)赤字，ed為人均耕地生態(tài)赤字，ED/ed＜0；ER為耕地生態(tài)盈余，er為人均耕地生態(tài)盈余，ER/er＞0。

（二）灰色預(yù)測(cè)模型

灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）是灰色數(shù)列預(yù)測(cè)中普適性較強(qiáng)的一類模型，其實(shí)質(zhì)是將原始的時(shí)間序列經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換生成新數(shù)列，再由整理過(guò)的數(shù)據(jù)列建立模型預(yù)測(cè)目標(biāo)對(duì)象未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。此方法以“少數(shù)據(jù)建?！睘樘攸c(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)樣本要求較為寬松，簡(jiǎn)化了運(yùn)算過(guò)程，而且思路創(chuàng)新，定性定量結(jié)果分析統(tǒng)一，被廣泛地應(yīng)用于社會(huì)、醫(yī)學(xué)、生態(tài)等領(lǐng)域研究。由于數(shù)據(jù)可獲性因素，本文以東北黑土地區(qū)2007～2019年人均耕地生態(tài)足跡和承載力的測(cè)算結(jié)果作為原始數(shù)據(jù)，即模擬期，基于灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）模型對(duì)該地區(qū)未來(lái)10年的耕地生態(tài)承載力與可持續(xù)發(fā)展能力研判評(píng)估。

四、結(jié)果與分析

（一）東北黑土區(qū)耕地均衡因子與產(chǎn)量因子

從均衡因子的計(jì)算結(jié)果來(lái)看，東北黑土區(qū)內(nèi)黑吉遼各省耕地生產(chǎn)能力存在一定差距，黑龍江耕地生產(chǎn)能力相對(duì)較優(yōu)，吉林次之，遼寧最低（見(jiàn)表1）。2007～2012年，東北三省耕地均衡因子均歷經(jīng)先降后升趨勢(shì)變化，2013～2019年表現(xiàn)為輕微幅度波動(dòng)，且基期黑土區(qū)耕地均衡因子處于峰值狀態(tài)。

表1 2007～2019年?yáng)|北黑土區(qū)耕地均衡因子

東北黑土區(qū)內(nèi)13 個(gè)地級(jí)市耕地產(chǎn)量因子如表2 所示，由結(jié)果可知，東北黑土區(qū)耕地生產(chǎn)能力在2007～2019 年大致呈先升后降趨勢(shì)變動(dòng)，個(gè)別城市除外，且哈爾濱市耕地產(chǎn)量因子最高，黑河市最低，這與地區(qū)耕地面積和產(chǎn)出水平直接關(guān)聯(lián)，近幾年耕地產(chǎn)量因子持續(xù)下跌，間接反映出黑土資源被過(guò)度耗用的不爭(zhēng)事實(shí)。

表2 2007～2019年?yáng)|北黑土區(qū)耕地產(chǎn)量因子

（二）東北黑土區(qū)耕地生態(tài)狀況時(shí)間演變分析

1.東北黑土區(qū)整體耕地生態(tài)狀況時(shí)間演變分析

東北黑土區(qū)耕地生態(tài)足跡大致呈上升態(tài)勢(shì)，總耕地生態(tài)足跡從2007年2.6867×107公頃升至2019年2.9990×107公頃，增長(zhǎng)趨勢(shì)顯著（見(jiàn)圖1）。究其原因，黑土區(qū)耕地生態(tài)足跡的變動(dòng)過(guò)程與東北地區(qū)糧食生產(chǎn)狀況密切相關(guān)，糧食產(chǎn)量增加年份往往伴隨著耕地生態(tài)足跡的增加，由于東北黑土區(qū)主要依托水稻、玉米、大豆等主糧作物經(jīng)營(yíng)，糧食增產(chǎn)間接反映了地區(qū)人口對(duì)耕地資源需求能力增強(qiáng)，占用程度加劇，從而促使耕地生態(tài)足跡進(jìn)一步擴(kuò)張。另外，黑土區(qū)人均耕地生態(tài)足跡由2007年0.4974公頃/人增至2019年0.6470公頃/人，增長(zhǎng)率為30.08%，黑土區(qū)內(nèi)人口因素動(dòng)蕩幅度較弱，所以人均耕地生態(tài)足跡演變歷程與區(qū)域總耕地生態(tài)足跡走勢(shì)基本保持一致。

圖1 2007～2019年?yáng)|北黑土區(qū)耕地生態(tài)狀況

東北黑土區(qū)耕地生態(tài)承載力整體呈先升后降趨勢(shì)變動(dòng)，且人均耕地生態(tài)承載力的演化過(guò)程與總耕地生態(tài)承載力大致統(tǒng)一（見(jiàn)表3）。黑土區(qū)耕地生態(tài)承載力以2012和2017年為時(shí)間節(jié)點(diǎn)分別展現(xiàn)出不同的變化過(guò)程，2007～2012年總耕地生態(tài)承載力呈平緩增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，漲幅為21.40%；2012～2017年表現(xiàn)出明顯下降趨勢(shì)，減幅達(dá)32.99%；2017～2019 年又呈緩慢回升狀態(tài)。由生態(tài)承載力內(nèi)涵與計(jì)算公式可知，耕地面積和產(chǎn)量因子的變化均會(huì)引起耕地生態(tài)承載力產(chǎn)生同方向變動(dòng)，短期內(nèi)耕地?cái)U(kuò)張效應(yīng)對(duì)于糧食產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有正向促動(dòng)作用，但長(zhǎng)此以往高度集中的生產(chǎn)行為，打破了耕地生態(tài)系統(tǒng)適度平衡狀態(tài)，誘發(fā)黑土耕地承載優(yōu)勢(shì)潛質(zhì)退化，造成黑土區(qū)耕地生態(tài)承載力下降的現(xiàn)實(shí)局面。

表3 2007～2019年黑土區(qū)各市人均耕地生態(tài)足跡與生態(tài)承載力

由耕地生態(tài)足跡與生態(tài)承載力比較可知，黑土區(qū)整體處于生態(tài)盈余狀態(tài)，且大致可劃分成三個(gè)階段，2007～2012年耕地生態(tài)足跡與生態(tài)承載力同時(shí)呈上升趨勢(shì)，現(xiàn)階段黑土資源稟賦極高，耕地總量足以承載區(qū)域農(nóng)業(yè)向好發(fā)展與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整，生態(tài)盈余空間十分富足；2012～2017年耕地生態(tài)足跡繼續(xù)保持增長(zhǎng)趨勢(shì)，生態(tài)承載力卻轉(zhuǎn)為下行態(tài)勢(shì)，表明黑土產(chǎn)出行為逐漸偏離適度生產(chǎn)模式，盈余空間尤為狹隘；2017～2019年耕地生態(tài)足跡與生態(tài)承載力同步呈攀升局勢(shì)，這得益于國(guó)家和政府已經(jīng)意識(shí)到保護(hù)黑土的必要性和緊迫性，推進(jìn)地區(qū)有序?qū)嵤┖谕恋乇Ｗo(hù)工程，并于2017年頒布了《東北黑土地保護(hù)規(guī)劃綱要（2017—2030年）》，政策措施取得一定成效，但依全局形勢(shì)而言，區(qū)域耕地生態(tài)狀況瀕于平衡臨界狀態(tài)，情勢(shì)不容樂(lè)觀。

2.東北黑土區(qū)各市耕地生態(tài)狀況時(shí)間演變分析

東北黑土區(qū)內(nèi)大部分城市耕地生態(tài)足跡表現(xiàn)出平穩(wěn)上升趨勢(shì)，齊齊哈爾、黑河和綏化等七市的耕地生態(tài)足跡明顯高于遼陽(yáng)、鞍山和沈陽(yáng)等其他六市，且黑河耕地生態(tài)足跡數(shù)值最高，鞍山最低，原因在于鞍山耕地有效需求能力不足及主要農(nóng)作物產(chǎn)出效益相對(duì)落后。2011～2015年，除鐵嶺出現(xiàn)輕微波動(dòng)外，其余各市耕地生態(tài)占用強(qiáng)度日漸加深。2015～2019年，域內(nèi)61.54%城市耕地生態(tài)足跡呈下滑走勢(shì)，礙于黑土壤層內(nèi)部功能退化以及外部政策環(huán)境約束等客觀因素，耕地高強(qiáng)度產(chǎn)出行為趨向收斂，人地矛盾沖突也略有緩和。

東北黑土區(qū)內(nèi)各市耕地生態(tài)承載力總體呈先升后降的演化歷程，黑河除外，哈爾濱、齊齊哈爾和大慶等七市耕地生態(tài)承載能力顯著優(yōu)于遼源、鞍山和沈陽(yáng)等其他六市，其中綏化耕地生態(tài)承載水平最高，主要?dú)w因于綏化農(nóng)田廣闊，黑土肥沃，為地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了優(yōu)異的作業(yè)條件。2011～2015年，超出50%城市耕地生態(tài)共容能力出現(xiàn)倒退，黑河下降幅度達(dá)到了17.85%。2015～2019年，各市人均耕地生態(tài)承載力持續(xù)低走，而黑河由于近年來(lái)加快生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)建設(shè)，致力提升耕地質(zhì)量與生態(tài)安全，整體生態(tài)環(huán)境有所改善。

通過(guò)各市耕地生態(tài)足跡和生態(tài)承載力變動(dòng)可知，除黑河發(fā)生嚴(yán)重的耕地生態(tài)赤字情況外，剩余地區(qū)耕地生態(tài)承載力數(shù)值均略高于耕地生態(tài)足跡，綜合而言黑土區(qū)內(nèi)耕地資源尚處于可持續(xù)開(kāi)發(fā)利用階段，但從耕地生態(tài)系統(tǒng)可拓空間視角考量，研究發(fā)現(xiàn)2007～2019年以來(lái)黑土區(qū)內(nèi)耕地生態(tài)盈余空間伴隨時(shí)間演變存在減縮趨勢(shì)，各市所面臨的耕地生態(tài)環(huán)境問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)峻，當(dāng)前黑土耕地資源占用強(qiáng)度已接近瓶頸期。

（三）東北黑土區(qū)耕地生態(tài)狀況空間演化分析

為進(jìn)一步探究黑土區(qū)耕地生態(tài)狀況空間格局演化特征，將2007～2019年黑土區(qū)內(nèi)13個(gè)城市人均耕地生態(tài)盈虧測(cè)算結(jié)果劃分為6 個(gè)等級(jí)，除耕地生態(tài)赤字外，其他劃分區(qū)由低到高依次表示低、較低、中、較高和高層次的耕地生態(tài)盈余水平，并借助ArcGIS進(jìn)行空間可視化分析。由此可知，東北黑土區(qū)總體呈“中間高、兩端低”的耕地生態(tài)空間分布，且東部地區(qū)耕地生態(tài)盈余能力高于西部地區(qū)，北部黑河耕地生態(tài)境況最為脆弱，始終位于生態(tài)赤字區(qū)（見(jiàn)圖2）。這種區(qū)位差異一方面取決于黑土資源的地理分布特征，黑龍江擁有可耕作黑土占我國(guó)黑土總面積50%以上，優(yōu)質(zhì)耕地資源可獲更高的產(chǎn)出績(jī)效；另一方面與區(qū)域人口密度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式緊密聯(lián)系，單位耕地用途與實(shí)施強(qiáng)度存異促進(jìn)黑土區(qū)耕地形成多元化生態(tài)空間格局。2007 年，黑土區(qū)內(nèi)38.46%城市耕地生態(tài)盈余達(dá)到中等以上級(jí)別，哈爾濱、綏化和四平位于盈余高值區(qū)，沈陽(yáng)、遼陽(yáng)和鞍山處于生態(tài)平衡臨界區(qū)，此時(shí)黑河人均耕地生態(tài)赤字水平為-0.3963公頃/人。

圖2 2007～2019年?yáng)|北黑土區(qū)耕地生態(tài)盈虧分布

2011年黑土區(qū)耕地生態(tài)狀況整體向好發(fā)展，西部地區(qū)好轉(zhuǎn)傾向較為明顯，遼源則存在一定程度生態(tài)退化現(xiàn)象。其中，西部地區(qū)的齊齊哈爾和大慶通過(guò)計(jì)劃落實(shí)地方耕地和基本農(nóng)田保護(hù)工作，搭建政府與社會(huì)多方共同參與的耕地保護(hù)責(zé)任利益體系，有效提升了區(qū)域耕地保有量和生態(tài)承載量。雖然遼源耕地面積同樣顯現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，但由于水稻和玉米等核心糧食作物單位產(chǎn)出效率低下導(dǎo)致耕地產(chǎn)量因子大幅度下降，繼而造成該市耕地生態(tài)盈余空間減縮。此外，剩余其他城市耕地生態(tài)狀況基本保持穩(wěn)定。

2015年黑土區(qū)耕地生態(tài)盈余水平略有下降，黑河耕地生態(tài)赤字局勢(shì)日趨嚴(yán)重。哈爾濱作為省會(huì)城市流動(dòng)人口迅速上漲，人均耕地占比不斷減少，耕地生態(tài)安全壓力劇增。齊齊哈爾和大慶初期通過(guò)擴(kuò)張耕地面積提高單位糧食產(chǎn)量，但為追求長(zhǎng)期高效的耕地經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，化肥農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)投入品不斷增加，粗放式的土地生產(chǎn)模式以及對(duì)生態(tài)環(huán)境的忽視導(dǎo)致耕地衍生功能逐漸退化。長(zhǎng)春由于第一產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要擴(kuò)增農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模建設(shè)，不僅增強(qiáng)了耕地生態(tài)系統(tǒng)的資源環(huán)境包容能力，盈余空間也進(jìn)一步拓寬。

2019年黑土區(qū)耕地生態(tài)狀況逐步趨于衰退方向發(fā)展，近40%的城市瀕于耕地生態(tài)平衡臨界狀態(tài)。其中哈爾濱、大慶、綏化和鐵嶺耕地利用強(qiáng)度難以適配黑土發(fā)育，同時(shí)面臨嚴(yán)重的水土流失與侵蝕問(wèn)題，耕地肥力衰退，糧食生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境的脅迫效應(yīng)日益突出。齊齊哈爾、長(zhǎng)春和四平耕地利用效率不高，耕地產(chǎn)出績(jī)效難以保障區(qū)域資源-環(huán)境-社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展。松原耕地生態(tài)狀況由生態(tài)盈余高值區(qū)過(guò)渡演化為較低劃分區(qū)。另外，黑河由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失衡，致使人均耕地生態(tài)赤字增至-0.9325公頃/人。

（四）東北黑土區(qū)耕地生態(tài)盈虧預(yù)測(cè)分析

本文通過(guò)模擬2007～2019年黑土區(qū)人均耕地生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的演化趨勢(shì)及特征，預(yù)測(cè)研究區(qū)未來(lái)10年耕地生態(tài)安全狀況，預(yù)測(cè)模型如下：

式（9）為人均耕地生態(tài)足跡模擬方程，式（10）為人均耕地生態(tài)承載力模擬方程，通過(guò)對(duì)灰色預(yù)測(cè)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)檢驗(yàn)可得，式（9）中后驗(yàn)比C=0.3396，小概率誤差P=1，式（10）中后驗(yàn)比C=0.3833，小概率誤差P=0.9023，基于模型擬合精度等級(jí)可知，上述兩個(gè)模型均達(dá)到了“好”的標(biāo)準(zhǔn)，此外結(jié)合預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的對(duì)比結(jié)果看（見(jiàn)表4），模型相對(duì)誤差也在合理范圍內(nèi)，可信度較高，因此可以用來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。本文應(yīng)用灰色GM（1，1）模型對(duì)黑土區(qū)2020～2029年人均耕地生態(tài)足跡和生態(tài)承載力預(yù)測(cè)的具體結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 黑土區(qū)人均耕地生態(tài)足跡與人均耕地生態(tài)承載力預(yù)測(cè)

表4 黑土區(qū)人均耕地生態(tài)足跡與人均耕地生態(tài)承載力預(yù)測(cè)值與實(shí)際值對(duì)比

從預(yù)測(cè)結(jié)果可知，黑土區(qū)未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)人均耕地生態(tài)足跡將以年均2.78%的速度平穩(wěn)增長(zhǎng)，到2029年增至0.8323公頃/人，反映了居民為實(shí)現(xiàn)糧食增產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)不斷提高黑土耕地占用率，黑土資源需求量不斷增加，其已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的關(guān)鍵要素。黑土區(qū)人均耕地生態(tài)承載力則以年均0.95%的速度緩慢降低，到2029年降至0.6082公頃/人，黑土地將持續(xù)遭受外部因素干擾破壞，同時(shí)面臨著土壤有機(jī)質(zhì)流失、耕地地力不足和產(chǎn)出能力匱乏等潛在威脅。整體層面上，2020年人均耕地生態(tài)盈余已接近黑土耕地生態(tài)系統(tǒng)承載容量上限，2021年黑土區(qū)首次展現(xiàn)出人均耕地生態(tài)赤字的局面，隨時(shí)間推移生態(tài)赤字程度不斷加深。由此可知，必須采取一系列有效措施積極改善黑土內(nèi)部生態(tài)環(huán)境，轉(zhuǎn)變現(xiàn)有農(nóng)業(yè)發(fā)展模式迎合耕地實(shí)際生產(chǎn)能力，否則區(qū)域耕地生態(tài)安全狀況將進(jìn)一步惡化。

五、結(jié)論與政策建議

（一）結(jié)論

本文利用2007～2019年黑土區(qū)13個(gè)地級(jí)市的面板數(shù)據(jù)，基于“省公頃”耕地生態(tài)足跡模型，圍繞時(shí)間和空間兩個(gè)維度對(duì)東北黑土區(qū)耕地生態(tài)狀況的動(dòng)態(tài)演化特征和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行系統(tǒng)研究。東北黑土區(qū)肩負(fù)著保障國(guó)家糧食安全的重要使命，但在農(nóng)田生產(chǎn)建設(shè)中往往忽視了耕地資源的生態(tài)保護(hù)，一些無(wú)序失當(dāng)?shù)募Z食生產(chǎn)行為打破了黑土生態(tài)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)，導(dǎo)致區(qū)域耕地生態(tài)狀況發(fā)生變動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)：第一，黑土區(qū)耕地生態(tài)足跡整體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，耕地生態(tài)承載力表現(xiàn)為先升后降的趨勢(shì)變動(dòng)，黑土區(qū)逐步從耕地生態(tài)盈余優(yōu)勢(shì)區(qū)演化為耕地生態(tài)平衡臨界區(qū)，黑土耕地資源耗用已達(dá)瓶頸期；第二，黑土區(qū)內(nèi)耕地生態(tài)狀況分區(qū)差異顯著，總體呈“中間高、兩端低”的空間分布格局，并由兩端集聚向中部地區(qū)擴(kuò)散轉(zhuǎn)移逐漸趨于均衡發(fā)展；第三，通過(guò)預(yù)測(cè)分析可知，未來(lái)10年間黑土區(qū)耕地生態(tài)承載力日漸趨弱，而耕地生態(tài)足跡持續(xù)擴(kuò)張，且隨時(shí)間推移逐漸暴露耕地生態(tài)赤字局勢(shì)，黑土耕地資源利用將陷入不可持續(xù)發(fā)展階段。

（二）政策建議

第一，定期開(kāi)展耕地質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)工作，摸清黑土地“家底”。黑土區(qū)內(nèi)各期耕地生態(tài)安全狀況區(qū)域差異顯著，必須因城施策，有序落實(shí)黑土地保護(hù)舉措，優(yōu)化耕地利用布局，統(tǒng)籌黑土數(shù)量、質(zhì)量與生態(tài)全方位管控。具體而言，對(duì)于耕地生態(tài)狀況相對(duì)穩(wěn)定的中部地區(qū)給予全面系統(tǒng)的生態(tài)維護(hù)，將耕地生態(tài)基底相對(duì)脆弱的兩端城市劃為重點(diǎn)生態(tài)恢復(fù)區(qū)，切實(shí)考慮區(qū)域自然資源條件和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)特征，修復(fù)耕地生態(tài)系統(tǒng)屏障與服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)黑土區(qū)耕地生態(tài)面貌的協(xié)調(diào)發(fā)展。

第二，推行綠色農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，維持黑土健康狀態(tài)。黑土區(qū)內(nèi)化肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)投入品施用過(guò)度，土壤生態(tài)功能退化問(wèn)題嚴(yán)峻。一方面應(yīng)從黑土本底的承載作用著手，因地制宜籌劃休耕輪作等農(nóng)地養(yǎng)護(hù)行動(dòng)，培肥地力，減緩黑土生產(chǎn)壓力，提升耕地生態(tài)空間承載容度。另一方面，以綠色發(fā)展理念為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的指導(dǎo)思想，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)重經(jīng)濟(jì)、輕生態(tài)的農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)模式，實(shí)行最嚴(yán)格的耕地保護(hù)制度，保障黑土生產(chǎn)活力和產(chǎn)出效率。

第三，依托科技創(chuàng)新力量，支撐延續(xù)黑土地保護(hù)與利用。大力推廣黑土地保護(hù)性耕作技術(shù)，改良土壤內(nèi)部環(huán)境、消減土壤深層障礙約束，有效提高耕地資源利用率。通過(guò)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)裝備與信息支撐，強(qiáng)化黑土生態(tài)建設(shè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)服務(wù)之間的智能管控，推動(dòng)地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展進(jìn)程。此外，積極建設(shè)打造“龍江模式”和“梨樹(shù)模式”等東北地區(qū)典型黑土保護(hù)示范區(qū)，并將技術(shù)成果逐步向外擴(kuò)展延伸，促進(jìn)黑土資源實(shí)現(xiàn)永續(xù)開(kāi)發(fā)利用。