“雙碳”目標(biāo)下東北黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率時(shí)空格局與演變趨勢(shì)

崔寧波, 王 婷, 董 晉

(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)

耕地是糧食生產(chǎn)的重要載體和核心基礎(chǔ),全方位夯實(shí)糧食安全根基,就要堅(jiān)持最嚴(yán)格的耕地保護(hù)。黑土地作為耕地中的“大熊貓”,解決了我國(guó)超過(guò)10%以上人口的吃飯問(wèn)題,成為東北地區(qū)保障國(guó)家糧食安全“壓艙石”和“穩(wěn)定器”的重要支撐。然而由于長(zhǎng)期用養(yǎng)失衡,黑土墾殖利用逐漸偏離適度生產(chǎn)模式,耕地貧瘠化、土壤侵蝕化、生態(tài)污染化等問(wèn)題日益凸顯[1],耕地利用“逆生態(tài)化”效應(yīng)不斷累積[2],嚴(yán)重制約著黑土地的可持續(xù)發(fā)展,“中國(guó)人碗里裝中國(guó)糧”的現(xiàn)實(shí)局面也將難以保持。2022年中央一號(hào)文件明確提出深入推進(jìn)國(guó)家黑土地保護(hù)工程,落實(shí)“長(zhǎng)牙齒”的耕地保護(hù)硬措施。過(guò)去以高物質(zhì)投入為特征的黑土產(chǎn)出方式勢(shì)必不可作為農(nóng)田發(fā)展長(zhǎng)久之計(jì)[3],今后在保產(chǎn)量、穩(wěn)產(chǎn)能的同時(shí)也要兼顧資源環(huán)境脅迫效應(yīng),協(xié)調(diào)好耕地高效利用與黑土生態(tài)建設(shè)的發(fā)展關(guān)系,逐步向耕地“生態(tài)化”“可持續(xù)化”利用轉(zhuǎn)型。因此,將“生態(tài)”發(fā)展理念融入耕地利用分析框架契合當(dāng)前形勢(shì)所需和現(xiàn)實(shí)目標(biāo),研究如何提升區(qū)域耕地利用生態(tài)效率,對(duì)于實(shí)現(xiàn)黑土永續(xù)利用和筑牢大國(guó)糧倉(cāng)至關(guān)重要。

耕地利用生態(tài)效率源于生態(tài)效率的應(yīng)用與拓展,是權(quán)衡耕地利用綜合投入水平與產(chǎn)出績(jī)效的重要依據(jù)。已有學(xué)者圍繞耕地利用生態(tài)效率的研究設(shè)計(jì)、內(nèi)容拓展和方法應(yīng)用等層面展開(kāi)了諸多探討,在研究設(shè)計(jì)上,既有研究逐漸形成了“投入+產(chǎn)出”的動(dòng)態(tài)邏輯思維,將耕地利用各項(xiàng)物質(zhì)投入和社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出充分考慮在內(nèi)[4-5],隨著耕地碳排放的生態(tài)負(fù)外部性日趨顯化,學(xué)術(shù)界普遍將其視作耕地利用在環(huán)境維度上的非意欲產(chǎn)出[6-7],也有學(xué)者基于面源污染和碳排放雙重視角探析耕地利用效率的分布事實(shí)[8]。在研究?jī)?nèi)容上,學(xué)者們對(duì)耕地利用生態(tài)效率的內(nèi)涵界定[9]、測(cè)度評(píng)價(jià)[10]、區(qū)域差異[11]、時(shí)空演化[12]和驅(qū)動(dòng)因素等[13]方面進(jìn)行了系統(tǒng)思考,探索層面由基礎(chǔ)測(cè)度分析向時(shí)空演變規(guī)律過(guò)渡深化,且近年來(lái)空間屬性識(shí)別問(wèn)題逐漸成為了主流方向,時(shí)空分布、空間差異及斂散性等類研究較為客觀系統(tǒng)[4,14]。在研究方法上,已有研究通過(guò)DEA,SBM-Undesirable和超效率SBM等方法量化比較區(qū)域耕地利用生態(tài)效率[15-17],并借助Tobit,GWR等模型繼而剖析其主要障礙因素[18-19],研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)水平、人口規(guī)模與勞動(dòng)力等要素決定性較強(qiáng)[17],農(nóng)業(yè)科技投入、減排碳排放和農(nóng)業(yè)污染控制可有效改善耕地利用生態(tài)效率[13]。

前沿研究成果較為豐富,為本文奠定了重要的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐支撐,但在研究設(shè)計(jì)與視角層面上仍留有繼續(xù)擴(kuò)展和深化的空間。在研究尺度上,眾多學(xué)者圍繞國(guó)家、省、市等尺度探索耕地利用生態(tài)效率的現(xiàn)實(shí)狀態(tài)與演進(jìn)趨勢(shì),且近年來(lái)逐步聚焦到長(zhǎng)江中下游、黃河流域及糧食主產(chǎn)區(qū)等地域,尚缺乏針對(duì)東北黑土地區(qū)的特定考究。在度量體系上,現(xiàn)有指標(biāo)選取通常將耕地生產(chǎn)要素投入與綜合產(chǎn)出統(tǒng)一納入,與農(nóng)業(yè)、糧食生態(tài)效率的測(cè)度標(biāo)準(zhǔn)相似趨同,未能充分把握耕地利用的內(nèi)核,耕地基礎(chǔ)的承載作用難以有力彰顯。在指標(biāo)維度上,多數(shù)研究?jī)H考慮到耕地利用碳排放的負(fù)生態(tài)外部性,尚未顧及耕地生態(tài)系統(tǒng)重要的固碳能力,導(dǎo)致無(wú)法全面考量耕地利用的碳效應(yīng),另外較少文獻(xiàn)將碳源和碳匯進(jìn)行有機(jī)銜接,結(jié)合“雙碳”發(fā)展視角客觀揭示區(qū)域耕地利用的真實(shí)狀態(tài)與現(xiàn)實(shí)困境。

事實(shí)上,農(nóng)業(yè)部門(mén)是實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”和“碳中和”階段目標(biāo)的重要領(lǐng)域,而耕地利用具有碳排放和碳吸收雙重效應(yīng),使其在農(nóng)業(yè)減排增匯方面扮演著重要角色。黑土地依托得天獨(dú)厚的資源優(yōu)勢(shì),擁有強(qiáng)大的碳收支功能和固碳減排潛力,成為“雙碳”目標(biāo)導(dǎo)向下的重要切入點(diǎn)。把握好耕地既是碳源又是碳匯的特質(zhì),充分發(fā)揮黑土利用的載體功能,將從減排與增匯雙重方向助力我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。為此,本文將“雙碳”發(fā)展要求融入耕地利用指導(dǎo)框架,客觀衡量“雙碳”目標(biāo)背景下黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率的分布事實(shí)與演變格局,從界定黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率內(nèi)涵出發(fā),以地均投入產(chǎn)出指標(biāo)搭建效率評(píng)價(jià)框架,運(yùn)用超效率SBM模型定量測(cè)度2006—2020年黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率,基于核密度估計(jì)、探索性空間數(shù)據(jù)方法和空間插值工具刻畫(huà)分析其在時(shí)空維度上的格局特征和演化趨勢(shì),并通過(guò)耕地投入產(chǎn)出冗余率揭示耕地利用失效原因與改進(jìn)方向,以期促進(jìn)黑土區(qū)耕地高效利用與生態(tài)文明建設(shè)相耦合、黑土持續(xù)經(jīng)營(yíng)與農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展相協(xié)調(diào),也為謀略黑土利用規(guī)劃布局和“雙碳”目標(biāo)戰(zhàn)略實(shí)施提供科學(xué)參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

東北黑土區(qū)是國(guó)家糧食安全和生態(tài)安全的核心保障區(qū),主要分布于松嫩平原、三江平原和遼河平原一帶,遍及黑龍江省、吉林省與遼寧省等行政區(qū)域,由集中連片的黑土、黑鈣土和草甸黑土統(tǒng)一構(gòu)成[20]。本文基于黑土分布特征,選取在松嫩平原和三江平原典型分布的部分劃定城市,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,選定如圖1所示的18個(gè)地級(jí)市作為本文的研究單元,以此確保研究具有良好的代表性和科學(xué)性。

注：本圖是根據(jù)自然資源部標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)網(wǎng)站下載的審圖號(hào)GS(2022)1873號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)底圖截取制作。

1.2 研究方法

1.2.1 非期望超效率SBM模型 包含非期望產(chǎn)出的超效率SBM模型是由DEA模型衍生而來(lái),同時(shí)兼?zhèn)涑蔇EA和SBM模型的所屬優(yōu)勢(shì),與傳統(tǒng)DEA模型相比,有效克服了因徑向與角度選擇造成的結(jié)果偏差,并妥善考慮了非期望產(chǎn)出,消除了無(wú)法對(duì)非期望產(chǎn)出效率實(shí)施測(cè)度的功能缺陷,相較于SBM-Undesirable截面模型,該模型能更好地解決多個(gè)決策單元(DUM)完全有效而無(wú)法區(qū)分比較的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,更為準(zhǔn)確客觀地估量DUM效率值[21-22]。因此,本文運(yùn)用非期望超效率SBM模型測(cè)度評(píng)價(jià)黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率,具體計(jì)算公式如下:

(1)

式中:ρ為耕地利用生態(tài)效率值;m,n1,n2分別表示投入、期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出變量的個(gè)數(shù);γ-,γd,γu分別表示投入、期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出的松弛變量;xk,ykd,yku分別表示投入、期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出向量;X,Yd,Yu為相應(yīng)的投入、期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出矩陣,λ表示權(quán)重向量。

1.2.2 非參數(shù)核密度估計(jì) 為探究黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率分布形態(tài)及地區(qū)差異動(dòng)態(tài)演化軌跡,借助核密度分析對(duì)數(shù)據(jù)變量進(jìn)行估計(jì),其估計(jì)公式為:

(2)

式中:N為樣本單元總量;h為帶寬;Xi為研究單元耕地利用生態(tài)效率值;K(·)為核函數(shù)。

1.2.3 探索性空間數(shù)據(jù)分析 采用Global Moran′sI指數(shù)從全域視角度量黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率空間關(guān)聯(lián)性與分布特征,計(jì)算公式如下:

(3)

1.2.4 空間插值方法 反距離權(quán)重法(IDW)是空間插值普適性強(qiáng)且計(jì)算簡(jiǎn)便的一種分析方法,基于地理學(xué)第一定律與空間相關(guān)原理,根據(jù)已知離散數(shù)據(jù)假定評(píng)估樣本整體分布狀況,常應(yīng)用于土壤、氣候和水環(huán)境等方向研究[23-24],其表達(dá)式為:

(4)

式中:Z(X0)為待插值點(diǎn)的估計(jì)值;Z(Xi)為插值點(diǎn)的實(shí)測(cè)值;n為樣本數(shù)量;di為待插值點(diǎn)與樣本點(diǎn)i之間的距離;p為距離冪指數(shù),通常默認(rèn)取值為2。

1.3 指標(biāo)體系設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)說(shuō)明

耕地利用期望以既定的耕地要素投入來(lái)獲取最大的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出[25],從生態(tài)視角考量黑土區(qū)耕地利用復(fù)合系統(tǒng)綜合運(yùn)行的結(jié)果,不僅意味著追求資源最小化和社會(huì)經(jīng)濟(jì)最大化的投入產(chǎn)出經(jīng)過(guò),還須兼顧黑土利用環(huán)境系統(tǒng)的正負(fù)反饋影響[14],蘊(yùn)含減排與增匯雙重發(fā)展目標(biāo),尋求要素配置下耕地利用各子系統(tǒng)均衡發(fā)展的理想狀態(tài)。為此,本文將黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率界定為:在一定生產(chǎn)技術(shù)條件下,通過(guò)科學(xué)有效的途徑對(duì)單位耕地利用系統(tǒng)投入各項(xiàng)土地生產(chǎn)要素,以獲取盡可能多的期望產(chǎn)出和盡可能少的非期望產(chǎn)出,是對(duì)黑土利用資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境三維系統(tǒng)的綜合映射。

根據(jù)耕地利用生態(tài)效率的內(nèi)涵,基于“雙碳”目標(biāo)發(fā)展要求,并借鑒相關(guān)研究[7,10,12,26],以低碳可持續(xù)化的視角構(gòu)建黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,見(jiàn)表1。結(jié)合黑土生產(chǎn)實(shí)際,投入指標(biāo)層主要考慮了勞動(dòng)、技術(shù)和資本等類生產(chǎn)要素;產(chǎn)出指標(biāo)層包括期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出兩部分,同時(shí)耕地利用期望產(chǎn)出又涵蓋經(jīng)濟(jì)、社會(huì)與環(huán)境3個(gè)復(fù)合維度,分別以地均農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值(狹義的農(nóng)業(yè))、地均糧食總產(chǎn)量和地均碳匯量予以表征,將地均面源污染和地均碳排放共同作為耕地利用非期望產(chǎn)出,表示耕地生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的負(fù)面反饋。其中面源污染具體表現(xiàn)為化肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)化學(xué)品使用帶來(lái)的殘留,以化肥中的氮磷、農(nóng)藥流失量表征污染,采用清單分析法進(jìn)行核算,且主要參考賴斯蕓[27]和陳敏鵬等[28]的有關(guān)研究。耕地碳匯量指主要農(nóng)作物的碳吸收量,包括稻谷、玉米、小麥、豆類等,碳排放則體現(xiàn)為農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)及化肥農(nóng)藥等投入品而誘發(fā)的耕地碳排放,具體測(cè)算方法以及各類碳源碳排放系數(shù)主要借鑒李波等[29]、West &Marland[30]、田云和張俊飚等[31]學(xué)者的研究。

表1 黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Evaluation index system of ecological efficiency of cultivated land use in black soil areas

研究基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要源于2007—2021年《中國(guó)農(nóng)村統(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》以及所轄地市統(tǒng)計(jì)年鑒和統(tǒng)計(jì)公報(bào)等。為規(guī)避價(jià)格因素波動(dòng)帶來(lái)的誤差,本文以2006年為基期,對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值進(jìn)行平減處理,另外參照羅斯炫等[32]研究數(shù)據(jù)設(shè)置方式將農(nóng)業(yè)從業(yè)人員和農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力通過(guò)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值占比情況實(shí)施進(jìn)一步修正,確保研究結(jié)果客觀準(zhǔn)確性與科學(xué)統(tǒng)一性。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地利用生態(tài)效率時(shí)間格局演變趨勢(shì)

2.1.1 總體演變特征 根據(jù)maxDEA軟件工具測(cè)算出東北黑土區(qū)2006—2020年耕地利用生態(tài)效率值(圖2)。從整體層面來(lái)看,2006—2020年黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率處于較高發(fā)展水平,年均值為0.921,2006—2014年位于平穩(wěn)發(fā)展階段,2014—2020年呈現(xiàn)波動(dòng)下滑趨向,反映了黑土耕地質(zhì)量等級(jí)較高,資源利用較為充分,但由于黑土利用過(guò)程中承壓與破壞加劇,生態(tài)承載優(yōu)勢(shì)日漸趨弱,導(dǎo)致生態(tài)效益等期望產(chǎn)出份額下降。耕地利用生態(tài)效率均值在2019年降至15 a來(lái)最低水平為0.738,表明現(xiàn)階段黑土要素配置和環(huán)境規(guī)制仍存在一定的發(fā)展空間。

圖2 黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率均值及變異系數(shù)

變異系數(shù)是衡量區(qū)間差異變化程度的重要指標(biāo),通過(guò)變異系數(shù)曲線變動(dòng)可知,黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率內(nèi)部差異大致經(jīng)歷了先縮小而后擴(kuò)張的演變規(guī)律,2006—2014年區(qū)間協(xié)調(diào)均衡度不斷提升,總體上處于平緩發(fā)展時(shí)期,2014年后,黑土區(qū)內(nèi)各區(qū)市耕地利用生態(tài)效率變異幅度逐漸拉開(kāi),空間非均衡特征與離散行徑越發(fā)明顯,此外根據(jù)變異系數(shù)的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn),可進(jìn)一步明確黑土區(qū)內(nèi)耕地利用生態(tài)效率分布始終存在中等變異差別。

2.1.2 分地區(qū)演變特征 為揭示黑土區(qū)內(nèi)城市耕地利用生態(tài)效率時(shí)間格局演化特征,基于ArcGIS自然斷點(diǎn)分類法將黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率值按(0.376～0.533],(0.533～0.740],(0.740～1.072],(1.072～1.206],(1.206～1.596]依次劃分為由低到高5個(gè)等級(jí)區(qū),考慮篇幅所限,本文僅繪制展示2006年、2011年、2016年和2020年的區(qū)位分布圖(圖3)。

圖3 黑土區(qū)各市耕地利用生態(tài)效率分布特征

由圖3可以看出,黑土區(qū)各期城市耕地利用生態(tài)效率差異顯著,分布不均且均發(fā)生變動(dòng)。2006年黑土資源稟賦突出,耕地產(chǎn)出率偏高,域內(nèi)60.0%以上城市位于中等以上效率等級(jí)分布區(qū)。2006—2011年區(qū)域耕地利用布局穩(wěn)定,農(nóng)田生產(chǎn)建設(shè)有序推進(jìn),整體上波動(dòng)性不強(qiáng),內(nèi)部城市則呈兩極趨勢(shì)變動(dòng),主要表現(xiàn)為黑河、佳木斯、松原和遼源等地耕地利用生態(tài)效率逐漸降低,耕地投入產(chǎn)出結(jié)構(gòu)相對(duì)失衡,難以兼顧績(jī)效增長(zhǎng)與生態(tài)優(yōu)化,而大慶、綏化、雞西和遼陽(yáng)等地由良轉(zhuǎn)優(yōu),黑土環(huán)境適配能力提高,輔之推動(dòng)地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和糧食產(chǎn)量逐步增長(zhǎng)。2011—2016年黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率總體呈攀升局勢(shì),尤以中部地區(qū)的松原、長(zhǎng)春、遼源和吉林等市增長(zhǎng)勢(shì)頭較為明顯,究其原因在于農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的積極響應(yīng),地均機(jī)械覆蓋和灌溉投入有效提升。此外,部分城市耕地利用疲怠,產(chǎn)出方式背離黑土繁養(yǎng)生息,如鐵嶺地均化肥投入量增長(zhǎng)了8.5%,單位面積耕地碳排放量隨之上漲了8.6%,對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響。2016—2020年黑土全局占用形勢(shì)不容樂(lè)觀,多數(shù)城市均出現(xiàn)不同程度退化,且主要集中在中下游地帶,可能由于區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后,耕地細(xì)碎化問(wèn)題較為突出,加之黑土散布不均及粗放式生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)等因素所致。

2.1.3 動(dòng)態(tài)演進(jìn)趨勢(shì) 基于2006—2020年黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率的測(cè)算結(jié)果,運(yùn)用Matlab軟件繪制三維核密度曲線(圖4),綜合反饋黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率的分布形態(tài)及演化軌跡。具體來(lái)看,核密度曲線演進(jìn)特征主要體現(xiàn)在以下三方面:(1) 在位置變動(dòng)上,2006—2020年核密度曲線中心整體向右平移,移動(dòng)尺度先增大而后縮小,表明近15年黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率水平趨向波動(dòng)上升,這與黑土生產(chǎn)潛質(zhì)和耕地保護(hù)力度密切相關(guān),黑土地力肥沃,生態(tài)共容能力突出,近年我國(guó)頒布一系列黑土地保護(hù)條例,為用好養(yǎng)好黑土指明了方向。(2) 在形狀演變上,2006—2020年核密度曲線并未維持嚴(yán)格的單峰或雙峰狀態(tài),大致呈現(xiàn)“雙峰—單峰—雙峰”的演進(jìn)格局,可見(jiàn)耕地利用生態(tài)效率在基期和末期兩階段的分化局勢(shì)較為明顯,近年來(lái)區(qū)間差異不斷擴(kuò)張,農(nóng)業(yè)發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境的犧牲代價(jià)慘重,黑土資源可持續(xù)利用受限。(3) 在峰度轉(zhuǎn)變上,2006—2020年核密度曲線逐步由寬峰向尖峰方向過(guò)渡,峰度變得愈發(fā)陡峭且主峰峰值呈波動(dòng)上行態(tài)勢(shì),這表明了可能受黑土利用政策調(diào)控和二三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng),在一定程度上減緩了黑土承載壓力,效率低值區(qū)比重下降,但兩極分化程度逐漸加深,整體發(fā)展嚴(yán)重失衡。

圖4 黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率核密度

2.2 耕地利用生態(tài)效率空間格局演變趨勢(shì)

2.2.1 空間關(guān)聯(lián)特征 通過(guò)全局Moran′sI指數(shù)來(lái)探析黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率總體空間格局分布特征,綜合考量到地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和區(qū)位限制可能對(duì)耕地利用行為產(chǎn)生疊加影響,借助ArcGIS和Stata軟件構(gòu)建經(jīng)濟(jì)地理距離矩陣,測(cè)算出2006—2020年黑土區(qū)18個(gè)城市單元耕地利用生態(tài)效率的Moran′sI指數(shù)統(tǒng)計(jì)值(表2)。由表2可見(jiàn),黑土區(qū)多數(shù)年份耕地利用生態(tài)效率值未能通過(guò)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),僅2008年、2010年、2011年、2012年服從正態(tài)統(tǒng)計(jì)量|Z|>1.96,p<0.05的分布條件,全局Moran′sI指數(shù)顯著,這說(shuō)明黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率分布無(wú)明顯空間相關(guān)性聯(lián)系,鄰近城市效率的空間關(guān)聯(lián)態(tài)勢(shì)并不明確。

表2 黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率Moran′s I指數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Moran′s I Index statistical results of ecological efficiency of cultivated land use in black soil areas

2.2.2 空間集聚特征 為進(jìn)一步探究黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率的空間集聚特征,基于ArcGIS軟件平臺(tái)中的空間插值工具,以2006年、2011年、2016年、2020年為例,運(yùn)用反距離權(quán)重法對(duì)比分析黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率的區(qū)間關(guān)聯(lián)程度,具體表現(xiàn)如圖5所示。

圖5 黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率空間集聚特征

2006年,黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率整體分布較為散亂,大致展現(xiàn)出分段帶狀式空間格局態(tài)勢(shì),分地區(qū)集聚現(xiàn)象并不明顯且區(qū)間水平差異較大。具體而言,主要以北部地區(qū)黑河和東北部地區(qū)佳木斯兩地為高值區(qū)向中下游片區(qū)過(guò)渡遞減,西部齊齊哈爾等城市形成了一條鮮明的低值集聚帶。2011年,黑土區(qū)高值區(qū)增長(zhǎng)趨勢(shì)顯著,呈圈層結(jié)構(gòu)逐步向中部以東方向轉(zhuǎn)移,中部和南部地區(qū)的耕地利用生態(tài)貢獻(xiàn)率逐步提升。2016年,各地區(qū)效率水平保持上漲趨勢(shì),由南北兩端高值集聚向內(nèi)擴(kuò)散轉(zhuǎn)移,空間關(guān)聯(lián)性增強(qiáng),黑土區(qū)內(nèi)部整體效率差異弱化。2020年,北部地區(qū)表現(xiàn)出明顯高值集聚現(xiàn)象,中部地區(qū)效率格局較為分散,而中部以南片區(qū)主要以四平、長(zhǎng)春和遼源為空間高值中心向外輻射延伸,塊狀集聚特征更為明顯。

總體而言,2006—2020年黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率逐漸呈“邊緣—中心”空間擴(kuò)散格局,大致表現(xiàn)為由南北兩端高值集聚向內(nèi)及四周遞減,而后形成多個(gè)塊狀高值區(qū)和低值分布帶,中部地區(qū)效率值總體處于較低發(fā)展水平。初期黑土區(qū)中上游城市礙于經(jīng)濟(jì)條件和社會(huì)人口等因素限制,農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施水平較差、種植結(jié)構(gòu)粗糙及經(jīng)營(yíng)規(guī)模相對(duì)落后,導(dǎo)致耕地利用生態(tài)轉(zhuǎn)換率偏低。而近年來(lái),大慶、綏化和齊齊哈爾等地農(nóng)業(yè)科技趨向成熟發(fā)展,技術(shù)進(jìn)步推動(dòng)糧食產(chǎn)業(yè)集約規(guī)模化管理,耕地要素投入理性化增強(qiáng),同時(shí)也對(duì)周邊環(huán)境給予了最大關(guān)懷,有利于耕地利用生態(tài)效率的提升。四平市耕地占用結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定,基礎(chǔ)資源豐富,為地區(qū)糧食安全與生態(tài)安全提供了重要保障。伴隨以四平市為核心增長(zhǎng)圈層的顯化,北部邊緣高值區(qū)輻照規(guī)模逐漸收斂,區(qū)域內(nèi)部?jī)蓸O分化局勢(shì)顯著,空間差距逐步擴(kuò)張,這說(shuō)明了當(dāng)前黑土區(qū)未能充分發(fā)揮空間集聚優(yōu)勢(shì),各地區(qū)可能存在信息流通不暢、合作機(jī)制不健全等往來(lái)壁壘,制約了區(qū)域整體糧食產(chǎn)能提升與農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。中部以北地區(qū)得益于地理環(huán)境優(yōu)越和政策長(zhǎng)期扶持,耕地利用生態(tài)效率高值集聚效應(yīng)持續(xù)深化,黑土治理重心逐漸轉(zhuǎn)移到中部及南部片區(qū),亟待推動(dòng)區(qū)間城市模范作用,強(qiáng)化各主體績(jī)效聯(lián)動(dòng),加快推進(jìn)黑土區(qū)生態(tài)文明建設(shè)和農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

2.3 耕地利用生態(tài)效率松弛度分析

在運(yùn)用超效率SBM模型評(píng)估黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率的基礎(chǔ)上,從投入產(chǎn)出冗余視角分析區(qū)域效率狀態(tài)的無(wú)效原因與改進(jìn)方向。綜合而言,2006—2020年黑土區(qū)耕地利用生態(tài)無(wú)效率的原因主要在于勞動(dòng)力、化肥農(nóng)藥等要素投入冗余和面源污染、碳排放等非期望產(chǎn)出冗余,且后者為核心因素(表3)。具體來(lái)講,農(nóng)業(yè)機(jī)械與有效灌溉投入冗余水平相對(duì)較低,而勞動(dòng)力和化肥等投入重度過(guò)剩,結(jié)果導(dǎo)致期望產(chǎn)出不足和碳排放過(guò)量,耕地利用低碳轉(zhuǎn)型面臨挑戰(zhàn)。以2020年為例,耕地利用生態(tài)效率中勞動(dòng)力、農(nóng)業(yè)機(jī)械、肥藥和灌溉投入冗余率分別為82.00%,3.52%,49.82,10.87%,而糧食產(chǎn)量和碳匯產(chǎn)出仍有1.62%和3.30%的潛力空間,地均面源污染和碳排放強(qiáng)度分別偏離效率前沿面34.03%和93.60%。由此可見(jiàn),耕地要素錯(cuò)配和減排環(huán)保問(wèn)題是造成黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率傾斜的主導(dǎo)原因,在資源約束趨緊的現(xiàn)實(shí)背景下,節(jié)約要素資本和環(huán)境污染治理成為黑土利用重點(diǎn)改善方向,也是增強(qiáng)耕地利用生態(tài)效率的關(guān)鍵所在。

表3 黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率投入產(chǎn)出松弛度Table 3 Input and output relaxation degree of ecological efficiency of cultivated land use in black soil areas

2006—2020年黑土區(qū)各市耕地利用生態(tài)效率的松弛情況如表4所示,由于研究期間黑河、雙鴨山和四平等地均實(shí)現(xiàn)耕地利用有效狀態(tài),因此不納入本表分析。總體上,北部和東部地區(qū)耕地生態(tài)狀況較好,農(nóng)地產(chǎn)出與面源污染、作物碳匯與碳排放之間發(fā)展關(guān)系相對(duì)均衡,中部和南部片區(qū)城市的資源有效利用率偏低,與上游地區(qū)存在較大差距。從投入角度看,黑土區(qū)各市均存在不同程度的過(guò)量投入,勞動(dòng)力和化肥的冗余現(xiàn)象尤為顯著,此外,齊齊哈爾和松原農(nóng)業(yè)機(jī)械浪費(fèi)情況較為嚴(yán)重,長(zhǎng)春、鞍山和鐵嶺灌溉冗余率均高于20%,仍有較大改進(jìn)空間。從產(chǎn)出角度看,除雞西外,各地區(qū)期望產(chǎn)出不足率普遍低下,可見(jiàn)期望供給不足并非城市耕地利用生態(tài)效率失衡的主要原因。在非期望產(chǎn)出維度上同樣面臨冗余問(wèn)題,齊齊哈爾、佳木斯、吉林、松原、鞍山和鐵嶺等市面源污染冗余率均超過(guò)10%,中下游城市碳排放量普遍過(guò)高,這意味著非期望產(chǎn)出過(guò)量是阻礙各市耕地利用生態(tài)效率提升的重要來(lái)源。

表4 黑土區(qū)各市耕地利用生態(tài)效率投入產(chǎn)出松弛度Table 4 Input and output relaxation degree of ecological efficiency of cultivated land use in cities of black soil areas

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié) 論

本文基于“雙碳”目標(biāo)下黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率的現(xiàn)實(shí)內(nèi)涵,采用考慮非期望產(chǎn)出的超效率SBM模型測(cè)度2006—2020年黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率水平,并對(duì)效率時(shí)空格局演變特征與改進(jìn)方向進(jìn)行分析。得出主要結(jié)論如下:

(1) 從時(shí)間演變特征來(lái)看,黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率大致歷經(jīng)波動(dòng)上升(2006—2014年)、顯著下降(2014—2019年)和迅速回升(2019—2020年)3個(gè)階段,總體處于較高發(fā)展水平。黑土區(qū)各期城市效率差異顯著,效率高值區(qū)主要聚集于北部邊緣城市,效率低值區(qū)從中部偏西方向逐步向中下游地帶轉(zhuǎn)移。核密度函數(shù)表明基期和末期區(qū)間兩極分化現(xiàn)象較為明顯,整體發(fā)展嚴(yán)重失衡。(2) 從空間演變特征來(lái)看,黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率空間分布的全局相關(guān)特性并不明顯,2006—2020年黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率總體呈“邊緣—中心”空間擴(kuò)散格局,大致表現(xiàn)為由南北兩端高值集聚向內(nèi)及四周遞減,而后形成多個(gè)塊狀高值區(qū)和低值分布帶,中部地區(qū)效率水平相對(duì)偏低,空間分異局勢(shì)逐步擴(kuò)張,區(qū)域規(guī)模集聚優(yōu)勢(shì)未能得到充分發(fā)揮。(3) 從松弛情況來(lái)看,黑土區(qū)各市均存在不同程度的投入與產(chǎn)出冗余,勞動(dòng)力和化肥的冗余現(xiàn)象尤為顯著,碳排放過(guò)量問(wèn)題嚴(yán)峻,耕地生產(chǎn)要素投入和非期望產(chǎn)出冗余是區(qū)域耕地利用生態(tài)效率損失的主要原因,效率潛力的改進(jìn)方向在于優(yōu)化黑土資源配置和注重污染減排治理兩方面,以黑土生態(tài)化建設(shè)為導(dǎo)向,嚴(yán)格把控耕地有效投入,從而推動(dòng)“雙碳”目標(biāo)的發(fā)展進(jìn)程。

基于上述結(jié)論,得出如下啟示:(1) 重視黑土資源環(huán)境治理,筑牢耕地生態(tài)安全屏障。加強(qiáng)黑土區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境維護(hù),推行綠色化耕地生產(chǎn)方式,對(duì)于資源環(huán)境承載能力趨弱的中部和南部地區(qū)而言,應(yīng)搭建起智能環(huán)境監(jiān)測(cè)平臺(tái),定期評(píng)估耕地發(fā)展?fàn)顟B(tài),同時(shí)給予相應(yīng)政策條例扶持,綜合提高耕地利用生態(tài)績(jī)效,推動(dòng)區(qū)域農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。(2) 優(yōu)化資源要素配置,促進(jìn)黑土減排增效。根據(jù)松弛結(jié)果可知,投入和非期望產(chǎn)出冗余是拉低區(qū)域耕地利用生態(tài)效率值的主要因素,從投入視角來(lái)看,針對(duì)勞動(dòng)力和肥藥過(guò)度的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題,須因地制宜改進(jìn)耕地投入結(jié)構(gòu),推動(dòng)農(nóng)村剩余勞動(dòng)力流轉(zhuǎn)就業(yè),強(qiáng)化農(nóng)地規(guī)模集約利用,降低化肥等投入品依賴性。從產(chǎn)出視角來(lái)看,中下游地帶面臨嚴(yán)重的面源污染和碳排放風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)從關(guān)鍵源頭把控,加大污染防治力度,摒棄傳統(tǒng)重經(jīng)濟(jì)而輕生態(tài)的生產(chǎn)理念,發(fā)展低碳循環(huán)型農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì),推動(dòng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)。(3) 構(gòu)建區(qū)域協(xié)同管理體系,增強(qiáng)規(guī)模集聚優(yōu)勢(shì)發(fā)揮。由空間分析可見(jiàn),黑土區(qū)內(nèi)部分異局勢(shì)顯著,北部邊緣城市效率輻射效應(yīng)不足,區(qū)間分布結(jié)構(gòu)較為散亂,理應(yīng)進(jìn)行分區(qū)精準(zhǔn)施策,積極調(diào)動(dòng)主體能動(dòng)性,形成典型示范區(qū)進(jìn)行對(duì)口產(chǎn)業(yè)幫扶,促進(jìn)區(qū)域績(jī)效聯(lián)動(dòng)、合作互惠、均衡發(fā)展。

3.2 討 論

東北黑土區(qū)是我國(guó)重要的糧食主產(chǎn)區(qū)和生態(tài)功能區(qū),為國(guó)家糧食安全和區(qū)域生態(tài)安全做出了重要貢獻(xiàn)。本文結(jié)合“雙碳”視角,對(duì)黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率進(jìn)行綜合考量,從時(shí)序和空間雙重維度揭示了耕地利用生態(tài)效率的分布格局與演化趨勢(shì),并進(jìn)一步分析了效率提升的優(yōu)化路徑,為黑土可持續(xù)利用和“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供參考,但在以下方面仍有待探討:由于樣本數(shù)據(jù)獲取有限,碳匯貢獻(xiàn)主要通過(guò)農(nóng)作物的固碳量來(lái)體現(xiàn),并未核算耕地土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量;在探究耕地利用生態(tài)效率的優(yōu)化策略時(shí),本文是在評(píng)價(jià)體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行的冗余程度分析,后續(xù)可增設(shè)特定的驅(qū)動(dòng)機(jī)制識(shí)別檢驗(yàn);基于研究結(jié)論,耕地碳排放與碳吸收效用均對(duì)耕地利用生態(tài)效率存在影響,農(nóng)業(yè)領(lǐng)域“雙碳”建設(shè)與耕地高效利用的發(fā)展關(guān)系是未來(lái)研究值得關(guān)注的重要方向。