孫 立，朱西存,1b , 王介勇，李 偉 , 唐曉穎，張 潔

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) a.資源與環(huán)境學(xué)院，b.土肥資源高效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安 271018； 2.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

0 引言

糧食安全是國(guó)家政治穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障[1]，耕地是糧食生產(chǎn)最基本的生產(chǎn)資料和要素[2]。20世紀(jì)90年代中期以來(lái)，中國(guó)實(shí)施耕地占補(bǔ)平衡制度以保障耕地紅線，東南沿海耕地面積不斷減少，北方地區(qū)耕地面積呈增加趨勢(shì)[3-4]。2005年全國(guó)糧食生產(chǎn)格局開(kāi)始由“南糧北調(diào)”轉(zhuǎn)為“北糧南運(yùn)”[5-6]，北方地區(qū)成為國(guó)家糧食安全的壓艙石。近年來(lái)，北方地區(qū)耕地變化受到廣泛關(guān)注，許多學(xué)者對(duì)北方地區(qū)耕地?cái)U(kuò)展格局[3-4]、新增耕地質(zhì)量[2]、新增耕地來(lái)源[3-5]、生態(tài)影響[3]及其與自然社會(huì)要素的響應(yīng)情況[7]開(kāi)展深入研究，探索北方地區(qū)耕地?cái)U(kuò)展的動(dòng)力機(jī)制及其可能導(dǎo)致的后果[8-10]。2003年以來(lái)中國(guó)糧食生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)持續(xù)增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，北方地區(qū)對(duì)糧食產(chǎn)出的貢獻(xiàn)達(dá)55%以上[11]。有效的耕地保護(hù)措施[12]、農(nóng)業(yè)政策改革[13-14]、農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步[15-17]和氣候變化[18]等是中國(guó)糧食持續(xù)增產(chǎn)的重要原因。

近年來(lái)，中國(guó)耕地適宜性進(jìn)一步下降[19]，省域?qū)用嫔蠚夂蜃兓瘜?duì)糧食增產(chǎn)總體呈現(xiàn)負(fù)面影響[18]，同時(shí)，農(nóng)村勞動(dòng)力外流現(xiàn)象嚴(yán)重[15]，技術(shù)進(jìn)步與農(nóng)業(yè)機(jī)械等資本投入對(duì)上述兩個(gè)因素替代作用明顯，糧食增產(chǎn)日益依賴于技術(shù)進(jìn)步和資本投入[6]。1999年，我國(guó)實(shí)施退耕還林還草政策，黃土高原等區(qū)域出現(xiàn)大量退耕情況[20]，北方地區(qū)種植邊界北移超過(guò)135 km[7]，北方干旱與半干旱區(qū)、東北平原自然條件強(qiáng)限制區(qū)域耕地面積大幅度增長(zhǎng)[19]，以糧食主產(chǎn)區(qū)和產(chǎn)銷平衡區(qū)為主的北方地區(qū)糧食增產(chǎn)對(duì)耕地面積的依賴程度加大。理論上耕地面積擴(kuò)展必然會(huì)帶來(lái)糧食產(chǎn)量的增加，但由于新增耕地質(zhì)量[21]、利用方式[22]和自然條件及區(qū)位的差異[23-24]，耕地?cái)U(kuò)展與糧食增產(chǎn)的耦合關(guān)系也呈差異性特征。

在北方地區(qū)耕地急劇擴(kuò)張的同時(shí)伴隨著中西部區(qū)域大量退耕的復(fù)合情景下，關(guān)注耕地變化與糧食產(chǎn)量的耦合關(guān)系尤為重要?，F(xiàn)有研究多集中于糧食產(chǎn)量與城鎮(zhèn)化[25]、經(jīng)濟(jì)發(fā)展[26]、技術(shù)進(jìn)步[27]和資本投入[28]等的耦合關(guān)系研究，鮮少關(guān)注到耕地作為糧食生產(chǎn)的基本要素在北方這一關(guān)鍵區(qū)域?qū)Z食增產(chǎn)做出的貢獻(xiàn)及其對(duì)區(qū)域糧食安全保障能力的影響。因此，本研究采用多期土地利用遙感解譯數(shù)據(jù)，基于2000—2020年中國(guó)北方十二省份耕地變化特征，探究耕地變化與糧食增產(chǎn)的時(shí)空耦合關(guān)系，分析評(píng)價(jià)耕地面積變化對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)度及其可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，提出促進(jìn)北方地區(qū)耕地可持續(xù)利用與糧食增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的對(duì)策建議。

1 研究區(qū)域、研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)涉及的中國(guó)北方地區(qū)包括黑龍江、吉林、遼寧、北京、天津、河北、內(nèi)蒙古、陜西、山西、寧夏、甘肅和新疆12個(gè)省份，總面積470萬(wàn) km2，占全國(guó)總面積的49%，屬于狹義北方地區(qū)。下述提到的北方地區(qū)即指研究區(qū)所定義的北方十二省份。區(qū)域內(nèi)平均城鎮(zhèn)化率低于60%，自東至西降水依次減少，超過(guò)60%的區(qū)域年降水量低于400 mm，氣候以溫帶大陸性氣候?yàn)橹?，水資源短缺是該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要限制因素，90%以上區(qū)域?yàn)橐荒暌皇熘啤?020年，耕地面積8 200萬(wàn) hm2,占全國(guó)耕地總面積45.99%，耕地質(zhì)量普遍偏低。該區(qū)域草地、林地和未利用地分布廣泛，耕地后備資源相對(duì)充足，但生態(tài)環(huán)境較為脆弱[29]。近年來(lái)，在全國(guó)耕地總量減少、北方新增耕地持續(xù)增加以及糧食生產(chǎn)呈“北增南減，總量增加”總體態(tài)勢(shì)的背景下，中國(guó)耕地重心和糧食重心業(yè)已北移[5-6]，北方成為維護(hù)國(guó)家糧食安全的關(guān)鍵區(qū)域。

1.2 研究方法

1.2.1耕地變化動(dòng)態(tài)度。耕地動(dòng)態(tài)度指數(shù)反映一定時(shí)期內(nèi)耕地動(dòng)態(tài)變化的活躍程度。采用該指數(shù)分析2000—2020年中國(guó)北方地區(qū)地級(jí)市尺度的耕地動(dòng)態(tài)變化情況，其公式為：

式中：K為耕地動(dòng)態(tài)度；t為研究期初與期末間隔的年數(shù)；Ua和Ub分別為研究期初和期末研究區(qū)的耕地面積。

1.2.2耕地轉(zhuǎn)入貢獻(xiàn)度。耕地轉(zhuǎn)入貢獻(xiàn)度反映其他用地類型對(duì)耕地增加的貢獻(xiàn)程度以刻畫(huà)轉(zhuǎn)入耕地來(lái)源情況。其公式為：

1.2.3空間自相關(guān)模型?？臻g自相關(guān)模型可以定量描述某一變量與空間分布之間的潛在聯(lián)系。莫蘭指數(shù)為衡量空間集聚效應(yīng)的常用空間自相關(guān)分析指數(shù)。本研究采用莫蘭指數(shù)衡量中國(guó)北方各地級(jí)市耕地面積和糧食產(chǎn)量的空間自相關(guān)關(guān)系及空間差異情況[30]。

1.2.4糧食增產(chǎn)影響因素分析模型。糧食生產(chǎn)受多種因素影響，現(xiàn)有研究主要從要素投入、自然因素、社會(huì)背景等方面設(shè)置解釋變量[15,18,21]。糧食生產(chǎn)從屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，遵循生產(chǎn)理論，糧食產(chǎn)出水平依賴于要素投入規(guī)模與配置效率[15]。為探究北方地區(qū)糧食增產(chǎn)的主導(dǎo)影響因素，本研究基于柯布-道格拉斯生產(chǎn)函數(shù)構(gòu)建模型。在借鑒既有研究的基礎(chǔ)上，模型引入糧食產(chǎn)量為被解釋變量；有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、化肥使用折純量、鄉(xiāng)村從業(yè)人數(shù)和耕地面積為解釋變量，其中，前三者對(duì)應(yīng)生產(chǎn)要素投入中的資本要素投入，鄉(xiāng)村從業(yè)人數(shù)對(duì)應(yīng)勞動(dòng)力要素投入，耕地面積對(duì)應(yīng)土地要素投入。模型表達(dá)式為：lnY=β0+β1lnI+β2lnP+β3lnF+β4lnL+β5lnA。式中：Y代表糧食產(chǎn)量；I，P，F(xiàn)，L，A分別為有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、化肥使用折純量、鄉(xiāng)村從業(yè)人數(shù)和耕地面積；β1，β2，β3，β4，β5分別為各解釋變量的產(chǎn)出彈性系數(shù)；β0為常數(shù)項(xiàng)。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)包括土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/data.aspx)，包括2000年、2005年、2015年和2020年4期數(shù)據(jù)。社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括鄉(xiāng)村從業(yè)人數(shù)、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、糧食產(chǎn)量、有效灌溉面積和化肥施用量等指標(biāo)，來(lái)源于《中國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》和北方十二省份的統(tǒng)計(jì)年鑒等，選取2000年、2005年、2015年、2020年為研究節(jié)點(diǎn)。

2 結(jié)果分析

2.1 北方地區(qū)耕地時(shí)空格局變化

2.1.1耕地動(dòng)態(tài)度時(shí)空變化特征。從總體來(lái)看，2000—2020年中國(guó)北方地區(qū)耕地平均動(dòng)態(tài)度為0.13%(圖1)。2000—2005年、2005—2015年、2015—2020年各階段耕地動(dòng)態(tài)度分別為0.10%，0.03%，0.35%，呈現(xiàn)先慢后快的變化趨勢(shì)。耕地增加速率較快的地級(jí)市單元較為集中，全部集中于阿勒泰地區(qū)與準(zhǔn)噶爾盆地西緣的新疆地區(qū)。從3個(gè)時(shí)期耕地動(dòng)態(tài)度空間格局來(lái)看，動(dòng)態(tài)度較高的地級(jí)市單元呈現(xiàn)“由集中到分散，由西部向東部遷移”的趨勢(shì)。2000—2005年耕地增加速率較快的區(qū)域與2000—2020年基本相近；2005—2015年耕地增速較快的區(qū)域分散于大興安嶺地區(qū)、內(nèi)蒙古及長(zhǎng)城沿線地區(qū)、阿勒泰地區(qū)與南疆地區(qū)；2015—2020年，耕地增速較快的區(qū)域向東部分散，除新疆的耕地增幅依舊領(lǐng)先外，東北的大興安嶺地區(qū)及三江平原腹地也出現(xiàn)耕地增幅年變化率大于2%的現(xiàn)象。

圖1 2000—2020年中國(guó)北方十二省份耕地動(dòng)態(tài)度時(shí)空格局變化

2.1.2耕地轉(zhuǎn)入貢獻(xiàn)度空間變化特征。2000—2020年中國(guó)北方地區(qū)耕地面積增加1 096.80萬(wàn) hm2，主要分布在以阿克蘇地區(qū)、塔城地區(qū)和喀什地區(qū)為代表的新疆大部地區(qū)與東北平原，占比超過(guò)50%。其中，耕地面積凈增加207.18萬(wàn) hm2，集中于新疆、黑龍江及內(nèi)蒙古東部。從空間分布看，新增耕地主要分布于研究區(qū)東西兩端，分別集中在西部干旱地區(qū)與東部半濕潤(rùn)地區(qū)，兩者自然條件分異明顯，前者光熱條件較好，但水資源短缺嚴(yán)重，后者反之，兩區(qū)域可開(kāi)墾耕地資源豐富。從耕地轉(zhuǎn)入來(lái)源來(lái)看，草地、林地和未利用地為耕地轉(zhuǎn)入的主要類型，三者對(duì)耕地轉(zhuǎn)入貢獻(xiàn)度達(dá)84.67%。草地是新增耕地的首要補(bǔ)充來(lái)源，研究期內(nèi)北方地區(qū)共有407.53萬(wàn) hm2草地轉(zhuǎn)化為耕地，占37.16%。超過(guò)44.83%的地級(jí)市耕地轉(zhuǎn)化以草地→耕地為主導(dǎo)，主要分布在新疆、內(nèi)蒙古、長(zhǎng)城沿線地區(qū)及黃土高原等地區(qū)。林地、未利用地為次要補(bǔ)充來(lái)源，兩者的貢獻(xiàn)度達(dá)47.52%。林地→耕地主導(dǎo)區(qū)域集中于大興安嶺地區(qū)、小興安嶺地區(qū)和長(zhǎng)白山區(qū)。未利用地→耕地的主導(dǎo)區(qū)域分布較為分散，集中分布于河西走廊、內(nèi)蒙古高原西端、伊犁河谷與準(zhǔn)噶爾盆地西側(cè)與北側(cè)，黃土高原、東北平原和華北平原也有零星分布。建設(shè)用地等其他用地主導(dǎo)的轉(zhuǎn)換類型則沿哈爾濱—西安—蘭州一線分布。綜合來(lái)看，中國(guó)北方中西部地區(qū)以草地→耕地、未利用地→耕地兩種轉(zhuǎn)化類型為主，而東部地區(qū)的新增耕地多由林地和建設(shè)用地等其他用地轉(zhuǎn)入(圖2)。

圖2 2000—2020年中國(guó)北方十二省份耕地轉(zhuǎn)換特征

2.2 耕地面積與糧食產(chǎn)量變化的空間特征

由全局空間自相關(guān)分析可知，2000—2020年中國(guó)北方地區(qū)地級(jí)市耕地面積和糧食產(chǎn)量在1%的顯著性水平下都呈現(xiàn)同質(zhì)集聚性，其全局莫蘭指數(shù)均值分別為 0.385 4 和0.485 3。2000—2020年，二者空間集聚特征在空間上高度重合且呈現(xiàn)兩極分化特征，其顯著高值、顯著低值均呈現(xiàn)出較強(qiáng)的區(qū)域空間粘性(圖3，圖4)。耕地面積與糧食產(chǎn)量的高高集聚區(qū)都集中于東北地區(qū)，低低集聚區(qū)分布于河西走廊、阿拉善高原及鄂爾多斯臺(tái)地和新疆東南部等地區(qū)。此外，2000—2020年，北方地區(qū)耕地面積集聚效應(yīng)減弱，糧食產(chǎn)量集聚效應(yīng)明顯增強(qiáng)，二者全局莫蘭指數(shù)總體趨勢(shì)相反。從顯著高值集聚區(qū)上來(lái)看，耕地面積覆蓋區(qū)域無(wú)變化，糧食產(chǎn)量集聚區(qū)域逐年擴(kuò)大，向北集中。2000年，糧食產(chǎn)量高高集聚區(qū)出現(xiàn)在華北平原與東北平原，2005—2020年逐漸集聚并擴(kuò)展至東北平原、小興安嶺與呼倫貝爾高原地區(qū)。耕地動(dòng)態(tài)度較高的新疆和東北地區(qū)(圖1)在耕地面積和糧食產(chǎn)量?jī)煞矫娴谋憩F(xiàn)截然相反(圖3，圖4)。新疆的耕地集聚不顯著，糧食產(chǎn)量分布格局多呈低低集聚；而東北地區(qū)的耕地面積、糧食產(chǎn)量均呈高高集聚特征，說(shuō)明東北地區(qū)的耕地面積和糧食產(chǎn)量更為集中與規(guī)?；?，更應(yīng)注重對(duì)東北黑土區(qū)的保護(hù)。

圖3 2000—2020年中國(guó)北方十二省份耕地面積空間集聚特征Fig.3 Spatial agglomeration characteristics of cultivated land area in 12 provinces of Northern China during 2000—2020

圖4 2000—2020年中國(guó)北方十二省份糧食產(chǎn)量空間集聚特征

2000—2020年，北方地區(qū)糧食產(chǎn)量與耕地面積空間耦合特征明顯且以“耕地減少-糧食增產(chǎn)區(qū)”和“耕地、糧食雙增長(zhǎng)區(qū)”的組合耦合類型為主，約82.45%的北方地區(qū)地級(jí)市屬于該組合耦合類型?！案販p少-糧食增產(chǎn)區(qū)”主要分布在黃土高原、華北平原、遼東半島等區(qū)域，“耕地、糧食雙增長(zhǎng)區(qū)”主要分布在東北平原、河西走廊、內(nèi)蒙古及長(zhǎng)城沿線及新疆河谷盆地地帶(圖5)。2000—2020年，46.49%的地級(jí)市屬于“耕地減少-糧食增產(chǎn)區(qū)”，35.96%的地級(jí)市屬于“耕地、糧食雙增長(zhǎng)區(qū)”，14.91%地級(jí)市屬于“耕地、糧食雙減少區(qū)”，2.64%的地級(jí)市屬于“耕地增多-糧食減產(chǎn)區(qū)”(表1)。2000—2005年，北方地區(qū)占比81.58%的地級(jí)市呈現(xiàn)“耕地減少-糧食增產(chǎn)”和“耕地、糧食雙增長(zhǎng)”的組合耦合特征；2005—2015年，這一耦合特征占比提高至85.21%；2015—2020年，該組合特征明顯減弱，其占比較上一階段下降32.17百分點(diǎn)。從3個(gè)時(shí)期耕地面積與糧食產(chǎn)量耦合類型變化來(lái)看，地級(jí)市層面上耕地面積對(duì)糧食增產(chǎn)的推動(dòng)作用減弱。從整體來(lái)看，北方十二省份耕地面積增加對(duì)糧食增產(chǎn)呈現(xiàn)促進(jìn)作用。但從地級(jí)市層面上看，北方耕地面積增加的地級(jí)市占比由42.10%下降至39.13%。糧食減產(chǎn)的地級(jí)市占比由18.42%上升至46.96%，需注意北方地區(qū)地級(jí)市層面糧食保障功能存在下降風(fēng)險(xiǎn)，這可能與農(nóng)民在比較利益下選擇進(jìn)城務(wù)工或種植經(jīng)濟(jì)作物謀求更高經(jīng)濟(jì)回報(bào)相關(guān)。

圖5 2000—2020年中國(guó)北方十二省份耕地面積與糧食產(chǎn)量耦合格局

表1 2000—2020年中國(guó)北方十二省份耕地面積與糧食產(chǎn)量的不同耦合類型變化趨勢(shì) %

2.3 耕地面積變化對(duì)糧食增產(chǎn)貢獻(xiàn)分析

2000—2020年，耕地面積、化肥施用和農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力是北方地區(qū)糧食增產(chǎn)的主要因素，在4個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)其貢獻(xiàn)度均超過(guò)65%。2000—2020年，糧食增產(chǎn)日益依賴于耕地?cái)U(kuò)張、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提高及鄉(xiāng)村從業(yè)人數(shù)的增多，三者對(duì)糧食增產(chǎn)貢獻(xiàn)度分別增加4.61百分點(diǎn)、7.19百分點(diǎn)、1.14百分點(diǎn)；糧食增產(chǎn)對(duì)化肥施用和灌溉保證的依賴程度分別下降11.14百分點(diǎn)和1.80百分點(diǎn)，但對(duì)化肥的依賴程度始終較高，其平均貢獻(xiàn)度為24.99%，僅次于耕地面積增加對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)程度。糧食增產(chǎn)受多種因素影響，耕地面積增加是糧食增產(chǎn)的基礎(chǔ)因素。20世紀(jì)80年代以來(lái)，糧食主產(chǎn)區(qū)邊界逐漸縮小，糧食生產(chǎn)重心北移，糧食流通格局由“南糧北調(diào)”轉(zhuǎn)為“北糧南調(diào)”，都表現(xiàn)出與耕地重心北移的協(xié)同效應(yīng)[31]。此外，從變化速率上看，新中國(guó)成立以來(lái)我國(guó)耕地變化率與糧食產(chǎn)量變化率基本吻合，耕地面積減少是糧食減產(chǎn)的主要原因[32]。4個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)耕地面積增加對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)度總體呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。其平均貢獻(xiàn)率為28.54%，耕地面積對(duì)糧食增產(chǎn)貢獻(xiàn)相對(duì)較高(表2)。近年來(lái)，在耕地保護(hù)政策背景的驅(qū)動(dòng)下，占補(bǔ)平衡等政策的實(shí)施過(guò)分重視對(duì)耕地?cái)?shù)量的追求，中國(guó)北方地區(qū)84.67%的新增耕地由邊際土地開(kāi)發(fā)而來(lái)，且在石嘴山、嘉峪關(guān)、阿勒泰、伊犁、和田、延安等地的新增耕地平均海拔較高[33]，新開(kāi)墾耕地的糧食單產(chǎn)較低，耕地質(zhì)量較差。滴灌等農(nóng)業(yè)技術(shù)的普及、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的改善以及化肥施用提高了土壤肥力，農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的提高提升了糧食生產(chǎn)效率。因此，該區(qū)域糧食增產(chǎn)依賴于耕地面積的大幅度增加、農(nóng)業(yè)技術(shù)的普及、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平的提升以及化肥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的大量投入。耕地是糧食生產(chǎn)的物質(zhì)載體，生產(chǎn)要素的投入最終都需要通過(guò)耕地發(fā)揮效用，耕地面積增加是糧食增產(chǎn)的根本驅(qū)動(dòng)因素。但總體來(lái)看，北方地區(qū)作為擁有耕地與糧食生產(chǎn)雙重心、維護(hù)國(guó)家糧食安全的關(guān)鍵區(qū)域，近年來(lái)其邊際土地的大量開(kāi)墾及化肥的高強(qiáng)度利用在某種程度上進(jìn)一步加劇了北方地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致糧食安全的潛在風(fēng)險(xiǎn)增加[28]。

表2 2000—2020年中國(guó)北方十二省份耕地變化對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)度變化情況 %

3 結(jié)論、建議與討論

3.1 結(jié)論

(1)2000—2020年，北方地區(qū)耕地面積總體呈上升趨勢(shì)，耕地面積凈增加207.18萬(wàn) hm2，集中于新疆、黑龍江及內(nèi)蒙古高原東部，同時(shí)，該地區(qū)耕地增加的動(dòng)態(tài)度較高。耕地同其他用地類型轉(zhuǎn)化明顯，草地、林地及未利用地是新增耕地的主要來(lái)源，中西部地區(qū)新增耕地主要來(lái)源于草地和未利用地，東部地區(qū)耕地轉(zhuǎn)入以林地及建設(shè)用地等其他用地為主，這可能會(huì)帶來(lái)生態(tài)退化的風(fēng)險(xiǎn)。

(2)2000—2020年中國(guó)北方耕地面積與糧食產(chǎn)量具有較強(qiáng)時(shí)空關(guān)聯(lián)特征，二者的空間集聚格局高度重合且呈兩極分化特征，其顯著高值、顯著低值均呈現(xiàn)出較強(qiáng)的區(qū)域空間粘性。對(duì)于耕地面積和糧食生產(chǎn)的高高集聚區(qū)，特別是東北黑土區(qū)，應(yīng)突出耕地面積和糧食生產(chǎn)雙集中的協(xié)同優(yōu)勢(shì)。2000—2020年，北方耕地面積增加的地級(jí)市占比由42.10%下降至39.13%；糧食減產(chǎn)的地級(jí)市占比由18.42%上升至46.96%。北方地區(qū)地級(jí)市層面糧食保障功能可能會(huì)存在下降風(fēng)險(xiǎn)。

(3)2000—2020年，耕地面積、化肥施用和農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力是推動(dòng)北方地區(qū)糧食增產(chǎn)的主要影響因素，其中，耕地面積增加是糧食增產(chǎn)的根本驅(qū)動(dòng)因素且重要性日益顯著。近年來(lái)邊際土地的大量開(kāi)墾及化肥的高強(qiáng)度利用在某種程度上進(jìn)一步加劇北方地區(qū)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致糧食安全的潛在風(fēng)險(xiǎn)增加。

3.2 建議

(1)保持“耕地、糧食雙增長(zhǎng)區(qū)”良性正向耦合態(tài)勢(shì)。對(duì)于連片程度高、質(zhì)量好的耕地，應(yīng)注重耕地地力的維持與提升，加強(qiáng)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，通過(guò)對(duì)糧食生產(chǎn)者的傾斜補(bǔ)貼等手段繼續(xù)提高農(nóng)民種糧積極性及糧食生產(chǎn)效率。(2)遏制“耕地糧食雙減少區(qū)”和“耕地增加-糧食減產(chǎn)區(qū)”不良耦合發(fā)展，加強(qiáng)耕地利用監(jiān)測(cè)，規(guī)范土地流轉(zhuǎn)行為，加強(qiáng)土地用途管制，禁止優(yōu)質(zhì)耕地非農(nóng)化占用，嚴(yán)控耕地非糧化總量[34]。(3)優(yōu)化“耕地減少-糧食增產(chǎn)區(qū)域”要素資源配置。在生態(tài)脆弱地區(qū)，積極開(kāi)展小流域綜合治理與土地綜合整治，防治水土流失與土地退化，完善農(nóng)田水利設(shè)施，有序推進(jìn)生態(tài)退耕與耕地保護(hù)，實(shí)現(xiàn)糧食生產(chǎn)與生態(tài)建設(shè)雙贏。在傳統(tǒng)平原農(nóng)區(qū)，進(jìn)一步加大農(nóng)業(yè)科技投入，推動(dòng)耕地規(guī)?；?jīng)營(yíng)與集約利用，優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素配置[35-36],提高農(nóng)業(yè)全要素生產(chǎn)率，促進(jìn)糧食持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)和農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

3.3 討論

在氣候變暖的大背景下，積溫的增長(zhǎng)突破原有自然條件限制，為耕地開(kāi)墾提供了充足的熱量保證[4]。除自然因素外，農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步與政策因素等人文因素也從突破種植界限、降低生產(chǎn)成本、保證數(shù)量、主觀引導(dǎo)、強(qiáng)化維護(hù)、提升質(zhì)量等方面持續(xù)推動(dòng)北方耕地?cái)U(kuò)張。2003—2020年，我國(guó)糧食產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)十七年連豐。北方地區(qū)耕地面積擴(kuò)張對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)突出，特別是西北地區(qū)等耕地后備資源充足地區(qū)貢獻(xiàn)顯著。但是，北方地區(qū)耕地總量增加對(duì)資源環(huán)境可能帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)值得注意。2000—2020年北方地區(qū)超過(guò)80%的新增耕地來(lái)源于草地等邊際土地。耕地面積的迅速增長(zhǎng)以毀草(林)開(kāi)荒為代價(jià)，存在產(chǎn)生諸如水土流失、生物多樣性減少等伴生問(wèn)題的可能，加劇當(dāng)?shù)厮Y源匱乏，這無(wú)疑對(duì)當(dāng)?shù)乇疽咽执嗳醯纳鷳B(tài)環(huán)境造成更為惡劣的影響[8-9]。邊際土地對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)多以“量”取勝，其自然本底較差，不適宜大型農(nóng)業(yè)機(jī)械耕作與相應(yīng)農(nóng)田水利設(shè)施配套，難以進(jìn)行規(guī)?；s經(jīng)營(yíng)。同時(shí)，為維持一定的產(chǎn)出數(shù)量，其耕作多依賴于農(nóng)膜、化肥等要素投入，過(guò)多的化肥、農(nóng)藥投入以及農(nóng)膜回收等問(wèn)題引發(fā)當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染加劇，伴隨土壤肥力下降與土壤板結(jié)等問(wèn)題，進(jìn)一步導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降，不利于耕地的可持續(xù)利用與糧食安全的維系。