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”,解決了我國超過10%以上人口的吃飯問題,成為東北地區(qū)保障國家糧食安全“壓艙石”和“穩(wěn)定器”的重要支撐。然而由于長期用養(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,“中國人碗里裝中國糧”的現(xiàn)實(shí)局面也將難以保持。2022年中央一號文件明確提出深入推進(jìn)國家黑土地保護(hù)工程,落實(shí)“長牙齒”的耕地保護(hù)硬措施。過去以高物質(zhì)投入為特征的黑土產(chǎn)出方式勢必不可作為農(nóng)田發(fā)展長久之計[3],今后在保產(chǎn)量、穩(wěn)產(chǎn)能的同時也要兼顧資源環(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,對于實(shí)現(xiàn)黑土永續(xù)利用和筑牢大國糧倉至關(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、內(nèi)容拓展和方法應(yīng)用等層面展開了諸多探討,在研究設(shè)計上,既有研究逐漸形成了“投入+產(chǎn)出”的動態(tài)邏輯思維,將耕地利用各項(xiàng)物質(zhì)投入和社會經(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]。在研究內(nèi)容上,學(xué)者們對耕地利用生態(tài)效率的內(nèi)涵界定[9]、測度評價[10]、區(qū)域差異[11]、時空演化[12]和驅(qū)動因素等[13]方面進(jìn)行了系統(tǒng)思考,探索層面由基礎(chǔ)測度分析向時空演變規(guī)律過渡深化,且近年來空間屬性識別問題逐漸成為了主流方向,時空分布、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,且近年來逐步聚焦到長江中下游、黃河流域及糧食主產(chǎn)區(qū)等地域,尚缺乏針對東北黑土地區(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)研究僅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,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“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)搭建效率評價框架,運(yùn)用超效率SBM模型定量測度2006—2020年黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率,基于核密度估計、探索性空間數(shù)據(jù)方法和空間插值工具刻畫分析其在時空維度上的格局特征和演化趨勢,并通過耕地投入產(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)來源

1.1 研究區(qū)概況

東北黑土區(qū)是國家糧食安全和生態(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個地級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GS(2022)1873號的標(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,同時兼?zhèn)涑蔇EA和SBM模型的所屬優(yōu)勢,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,消除了無法對非期望產(chǎn)出效率實(shí)施測度的功能缺陷,相較于SBM-Undesirable截面模型,該模型能更好地解決多個決策單元(DUM)完全有效而無法區(qū)分比較的現(xiàn)實(shí)問題,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模型測度評價黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率,具體計算公式如下:

(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 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)差異動態(tài)演化軌跡,借助核密度分析對數(shù)據(jù)變量進(jìn)行估計,其估計公式為:

(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)且計算簡便的一種分析方法,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)的估計值;Z(Xi)為插值點(diǎn)的實(shí)測值;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)計與數(shù)據(jù)說明

耕地利用期望以既定的耕地要素投入來獲取最大的農(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經(jīng)濟(jì)最大化的投入產(chǎn)出經(jīng)過,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,通過科學(xué)有效的途徑對單位耕地利用系統(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,是對黑土利用資源、社會經(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)效率評價指標(biāo)體系,見表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、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,同時耕地利用期望產(chǎn)出又涵蓋經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)境3個復(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)活動對區(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)效率評價指標(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《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》《黑龍江統(tǒng)計年鑒》《吉林統(tǒng)計年鑒》《遼寧統(tǒng)計年鑒》以及所轄地市統(tǒng)計年鑒和統(tǒng)計公報等。為規(guī)避價格因素波動帶來的誤差,本文以2006年為基期,對農(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)械總動力通過農(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)效率時間格局演變趨勢

2.1.1 總體演變特征 根據(jù)maxDEA軟件工具測算出東北黑土區(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)波動下滑趨向,反映了黑土耕地質(zhì)量等級較高,資源利用較為充分,但由于黑土利用過程中承壓與破壞加劇,生態(tài)承載優(yōu)勢日漸趨弱,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),通過變異系數(shù)曲線變動可知,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,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個等級區(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。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),整體上波動性不強(qiáng),內(nèi)部城市則呈兩極趨勢變動,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)相對失衡,難以兼顧績效增長與生態(tài)優(yōu)化,而大慶、綏化、雞西和遼陽等地由良轉(zhuǎn)優(yōu),黑土環(huán)境適配能力提高,輔之推動地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和糧食產(chǎn)量逐步增長。2011—2016年黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率總體呈攀升局勢,尤以中部地區(qū)的松原、長春、遼源和吉林等市增長勢頭較為明顯,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了8.5%,單位面積耕地碳排放量隨之上漲了8.6%,對區(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不容樂觀,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)展相對滯后,耕地細(xì)碎化問題較為突出,加之黑土散布不均及粗放式生產(chǎn)經(jīng)營等因素所致。

2.1.3 動態(tài)演進(jìn)趨勢 基于2006—2020年黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率的測算結(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) 在位置變動上,2006—2020年核密度曲線中心整體向右平移,移動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,可見耕地利用生態(tài)效率在基期和末期兩階段的分化局勢較為明顯,近年來區(qū)間差異不斷擴(kuò)張,農(nóng)業(yè)發(fā)展對生態(tài)環(huán)境的犧牲代價慘重,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渡,峰度變得愈發(fā)陡峭且主峰峰值呈波動上行態(tài)勢,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,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

2.2.1 空間關(guān)聯(lián)特征 通過全局Moran′sI指數(shù)來探析黑土區(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,測算出2006—2020年黑土區(qū)18個城市單元耕地利用生態(tài)效率的Moran′sI指數(shù)統(tǒng)計值(表2)。由表2可見,黑土區(qū)多數(shù)年份耕地利用生態(tài)效率值未能通過統(tǒng)計檢驗(yàn),僅2008年、2010年、2011年、2012年服從正態(tài)統(tǒng)計量|Z|>1.96,p<0.05的分布條件,全局Moran′sI指數(shù)顯著,這說明黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率分布無明顯空間相關(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,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)增長趨勢顯著,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,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)營規(guī)模相對落后,導(dǎo)致耕地利用生態(tài)轉(zhuǎn)換率偏低。而近年來,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)步推動糧食產(chǎn)業(yè)集約規(guī)?；芾?耕地要素投入理性化增強(qiáng),同時也對周邊環(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)部兩極分化局勢顯著,空間差距逐步擴(kuò)張,這說明了當(dāng)前黑土區(qū)未能充分發(fā)揮空間集聚優(yōu)勢,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),亟待推動區(qū)間城市模范作用,強(qiáng)化各主體績效聯(lián)動,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)無效率的原因主要在于勞動力、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)。具體來講,農(nóng)業(yè)機(jī)械與有效灌溉投入冗余水平相對較低,而勞動力和化肥等投入重度過剩,結(jié)果導(dǎo)致期望產(chǎn)出不足和碳排放過量,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,耕地要素錯配和減排環(huán)保問題是造成黑土區(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?？傮w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量投入,勞動力和化肥的冗余現(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10%,中下游城市碳排放量普遍過高,這意味著非期望產(chǎn)出過量是阻礙各市耕地利用生態(tài)效率提升的重要來源。

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模型測度2006—2020年黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率水平,并對效率時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) 從時間演變特征來看,黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率大致歷經(jīng)波動上升(2006—2014年)、顯著下降(2014—2019年)和迅速回升(2019—2020年)3個階段,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,而后形成多個塊狀高值區(qū)和低值分布帶,中部地區(qū)效率水平相對偏低,空間分異局勢逐步擴(kuò)張,區(qū)域規(guī)模集聚優(yōu)勢未能得到充分發(fā)揮。(3) 從松弛情況來看,黑土區(qū)各市均存在不同程度的投入與產(chǎn)出冗余,勞動力和化肥的冗余現(xiàn)象尤為顯著,碳排放過量問題嚴(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“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)測平臺,定期評估耕地發(fā)展?fàn)顟B(tài),同時給予相應(yīng)政策條例扶持,綜合提高耕地利用生態(tài)績效,推動區(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,從投入視角來看,針對勞動力和肥藥過度的現(xiàn)實(shí)問題,須因地制宜改進(jìn)耕地投入結(jié)構(gòu),推動農(nóng)村剩余勞動力流轉(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)出視角來看,中下游地帶面臨嚴(yán)重的面源污染和碳排放風(fēng)險,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)勢發(fā)揮。由空間分析可見,黑土區(qū)內(nèi)部分異局勢顯著,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)動主體能動性,形成典型示范區(qū)進(jìn)行對口產(chǎn)業(yè)幫扶,促進(jìn)區(qū)域績效聯(lián)動、合作互惠、均衡發(fā)展。

3.2 討 論

東北黑土區(qū)是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)和生態(tài)功能區(qū),為國家糧食安全和區(qū)域生態(tài)安全做出了重要貢獻(xiàn)。本文結(jié)合“雙碳”視角,對黑土區(qū)耕地利用生態(tài)效率進(jìn)行綜合考量,從時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,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)主要通過農(nóng)作物的固碳量來體現(xiàn),并未核算耕地土壤有機(jī)碳儲量;在探究耕地利用生態(tài)效率的優(yōu)化策略時,本文是在評價體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行的冗余程度分析,后續(xù)可增設(shè)特定的驅(qū)動機(jī)制識別檢驗(yàn);基于研究結(jié)論,耕地碳排放與碳吸收效用均對耕地利用生態(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)系是未來研究值得關(guān)注的重要方向。