东北粮食主产区耕地利用绿色转型的时空格局及驱动因素

高佳 杨宇

摘要：研究目的：探究东北粮食主产区2010—2020年耕地利用绿色转型的时空格局演变特征和驱动因素，为实现农业高质量发展、耕地保护战略目标提供科学参考。研究方法：熵权法、空间自相关分析和地理探测器。研究结果：（1）2010—2020年研究区耕地利用绿色转型处于中等水平，呈上升趋势，且存在显著的空间异质性，由西北向东南递减；研究期内耕地利用绿色转型指数极差持续扩大；（2）2010—2020年研究区耕地利用绿色转型全局莫兰指数均为正值，空间依赖性及空间溢出效应显著；（3）社会因素、环境因素、农业现代化因素对东北粮食主产区耕地利用绿色转型有显著影响，农业产业发展程度是研究区耕地利用绿色转型的核心驱动因素。研究结论：东北粮食主产区耕地利用绿色转型水平区域差异显著，需制定差异化东北粮食主产区耕地利用绿色轉型发展策略。

关键词：耕地利用；绿色转型；时空格局；驱动机制；东北粮食主产区

中图分类号：F301.24 文献标志码：A 文章编号：1001-8158（2023）10-0114-10

基金项目：国家自然科学基金项目（42101254，41971247，42101260）；中央高校基本科研业务费项目（N2314011）；辽宁省经济社会发展研究课题（2024lslqnkt-009）。

耕地作为承担粮食生产、保障人类生存的基础性资源，是保障农业生产、实现社会经济可持续发展的根本要素[1]。不合理的耕地利用和农业生产行为会导致耕地质量下降、土壤污染、生态环境破坏，降低耕地生产力，阻碍农业高质量发展，威胁国家粮食安全[2-3]。中共二十大报告提出要坚持农业绿色低碳发展，乡村振兴战略也强调了推进农业绿色全面转型的重要性。耕地利用绿色转型成为绿色发展理念不断深化的现实背景下，保障国家粮食安全，实现耕地可持续利用和生态文明可持续发展的重要途径[4]。

东北粮食主产区是国家重要的粮食生产基地，但在追求产量提升和经济效益的目标驱动下，大规模开垦、重用轻养等不合理的耕种方式使其面临水土流失、土层变薄、耕地退化等问题[5-6]，严重阻碍耕地可持续利用。据国家统计局数据显示，2021年东北粮食主产区耕地总面积占全国耕地总面积的22.2%，粮食商品率达到60%以上，化肥施用量约为592.7万t，约占全国农用化肥施用量的11.4%。化肥农药过量使用导致东北粮食主产区农业面源污染加重，农业生产资源约束加强[4]。鉴于东北粮食主产区在保障国家粮食安全方面的重要战略地位，在国家粮食安全向数量与质量并重、产量与产能并重、生产与生态并重的更高层次要求跃升的新阶段，分析东北粮食主产区耕地利用绿色转型的时空格局及驱动因素，对进一步深化农业高质量发展有重要意义。

随着绿色发展理念上升到国家战略层面，耕地利用绿色转型受到了学界广泛关注。现有研究主要基于耕地利用转型的基本内涵和理论研究框架，围绕耕地利用的显性空间转型和隐性功能转型分析其转型形态与特征[7-9]，探讨其动力机制[10-12]。耕地利用绿色转型对粮食安全[13-15]、生态环境[9，16-19]、社会经济发展[20-21]的影响等也受到学者的广泛关注，但已有研究主要关注耕地绿色利用的静态效率评价或单一转型维度，从理念、方式、效果上寻找逻辑依据，对于动态视角下的耕地利用绿色转型研究较为匮乏。不仅如此，当前耕地利用绿色效率研究主要集中在国家或省级尺度[7-8，22-23]，较少关注特定主体功能区、市级尺度的耕地利用绿色转型动态变化；现有研究对于耕地利用绿色转型的影响因素主要考虑自然与社会经济因素，对农村自身发展等相关因素考虑不足。

综上，本文聚焦东北粮食主产区耕地利用绿色转型的时空格局演变特征与驱动因素，通过厘清研究区耕地利用绿色转型的变化趋势及关键影响因子，从市级尺度探索农村社会经济系统与耕地转型系统的互馈机理，探讨耕地利用绿色转型的空间异质特征，并从农业现代化视角分析耕地利用绿色转型动力，增进了耕地利用转型与绿色发展之间的互嵌性和关联性，实现空间、功能、模式转型的多维协调，对深入理解耕地利用绿色转型、促进东北粮食主产区耕地可持续利用具有重要意义，对深化农业高质量发展具有重要参考价值。

1 研究数据与方法

1.1 研究区概况

东北粮食主产区由黑龙江省、吉林省、辽宁省和内蒙古自治区的209个县市组成，考虑数据可得性，本文选取东北粮食主产区中的34个地级市为研究区，主要分布于黑龙江、吉林和辽宁三省。研究区地形以平原为主，地势低平，耕地面积约占国土面积的1/3，大部分地区纬度偏高，处于中温带，雨热同季，夏季白昼时间长，作物熟制多为一年一熟。东北粮食主产区是中国最大的玉米、水稻、小麦、大豆产区和商品粮基地，平均粮食商品率高达70%。

1.2 数据来源

本文涉及的社会经济数据主要来自于2011—2021年《中国城市统计年鉴》、《中国农村统计年鉴》、《黑龙江省统计年鉴》、《吉林省统计年鉴》、《辽宁省统计年鉴》以及相关地级市统计年鉴、国民经济与社会发展统计公报，部分缺失数据采用线性插值法补齐。使用的地理空间数据来源于全国地理信息资源目录服务系统（http：//www.webmap.cn）提供的矢量数据。

1.3 研究方法

耕地利用绿色转型是耕地系统在时间与空间上的动态、连续转变。本文将界定耕地利用绿色转型内涵，测算研究区耕地利用绿色转型水平，并基于耕地利用绿色转型的内在增长机制与空间异质性特征探究耕地利用绿色转型的驱动机制。运用熵权法测算耕地利用绿色转型水平，通过GIS可视化描述耕地利用绿色转型的动态发展趋势，利用空间自相关分析探究研究区耕地利用绿色转型的空间联动效应，使用地理探测器分析耕地利用绿色转型时空演变的驱动因素。

1.3.1 熵权法

2 東北粮食主产区耕地利用绿色转型时空格局分析

2.1 耕地利用绿色转型内涵

耕地利用转型从显性空间转型和隐性功能转型描述耕地利用的趋势性转折[14]。显性空间转型是耕地利用在数量和结构上的转变，隐性功能转型是在生产、生活、生态三种情景下的不同表达，以及耕地资源市场价值显化带来的经营方式转变。耕地利用绿色转型除强调“转型”外，更注重“绿色”，强调耕地利用和生态环境协调发展[25-27]。但耕地利用绿色转型并不是耕地绿色发展与耕地利用转型的简单结合，而是将绿色发展核心理念嵌入耕地利用系统，推动耕地利用系统内部要素的复合、叠加、重组，进而实现结构和功能的根本性转变[21]。“耕地利用”包含了乡村领域内人地之间的交互作用过程[28]，“绿色转型”是在日益严峻的耕地生产环境和粮食供给安全问题驱动下，对农业高质量发展的主动回应[28-29]。因此，耕地利用绿色转型包括两层含义：第一，“绿色”是在保证耕地自然属性的基础上，将耕地利用与环境保护融为一体，通过要素替代，在资源承载力约束下实现节约保护耕地与耕地生态系统良性循环的目标[8，20-21]；第二，“转型”是在包含显性空间转型和隐性功能转型的基础上，实现资源节约、技术进步、绿色生产等更深层次的利用模式转型，表现为农业投入要素中土地要素的规模化经营，技术要素的现代化革新，达到耕地利用与环境协调发展的目标[14，19，30]。最终实现显性空间转型、隐性功能转型和利用模式转型的有机融合（图1）。

2.2 耕地利用绿色转型评价

基于耕地利用绿色转型内涵，结合东北粮食主产区的国家战略定位，考虑数据可得性，参考现有成果[7-8，13，16-17，20-22，25-27，29-34]，构建涵盖空间转型、功能转型和模式转型的东北粮食主产区耕地利用绿色转型评价指标体系（表1）。空间转型体现耕地利用的显性变化特征，构建数量与结构双重属性层面的模式转型能够提高评价体系韧性，因此，从耕地利用数量和结构两方面选择指标，其中土地垦殖率可以表征研究区整体耕地利用程度，人均耕地面积从个体层面表现耕地利用情况。功能转型主要体现耕地利用的隐性变化特征，从生产功能、生活功能和生态功能角度选择指标，其中种植业产值以及粮食单产是耕地生产功能的直接体现，耕地生活功能转型则体现在对粮食安全以及农业劳动力就业的保障力度方面，耕地生态功能转型主要由耕地受污染程度以及承载力变化表征。模式转型主要体现耕地利用在资源节约、技术进步和绿色生产等层面的变化特征[8，35]，对应绿色核心发展理念，从绿色生产、技术进步和环境友好等方面选择指标，使用单位面积农机总动力、有效灌溉率、单位面积农药使用强度①等反映耕地绿色利用的现代化、集约化、绿色化模式转型。2010—2020年研究区耕地利用绿色转型指数评价结果如表2所示。

由表2可知，研究区2010年、2015年、2020年耕地利用绿色转型指数平均值分别为0.32、0.35和0.38，总体呈上升趋势，表明在“双碳”战略目标驱动下，耕地绿色利用和生态保护逐渐受到关注。东北粮食主产区耕地集中连片，在土地流转政策驱动下，研究区耕地经营规模扩张，集约化、规模化经营优势明显，有利于在农业现代化发展的基础上推动耕地利用绿色转型。

各地级市中，研究期内耕地利用绿色转型指数均处于较高水平的是佳木斯和黑河。佳木斯位于三江平原腹地，耕地资源禀赋优越，具有良好的农业发展基础，在较强的经济实力与科技支撑下，其耕地利用绿色发展水平不断提升；黑河主要通过挖掘生态资源优势，调整耕地种植结构，发展农业绿色经济，为耕地利用绿色转型奠定良好的基础。各地级市中，研究期内耕地利用绿色转型指数均处于较低水平的是本溪和白山。本溪和白山均属于资源型城市，矿产开采造成了耕地污染和耕作层破坏等问题，导致耕地利用效率低下，耕地利用绿色转型指数偏低，转型进程缓慢。

从极差角度来看，研究区2010年、2015年、2020年耕地利用绿色转型指数极差分别为0.26、0.25和0.38，存在扩大趋势，说明研究区各地级市之间的耕地利用绿色转型水平存在较大差异。随着时间的推移，部分地级市耕地利用绿色转型指数接近0.6，有的则维持在0.2左右。从增长幅度看，2010—2015年、2015—2020年研究区耕地利用绿色转型指数增幅平均值分别为9.96%和8.78%，说明研究区耕地利用绿色转型指数增长率呈先增后减态势，耕地利用绿色转型水平有所下降，对实现耕地绿色利用和可持续利用较为不利。

2.3 耕地利用绿色转型时空演变特征

研究区2010—2020年耕地利用绿色转型时空格局如图2所示。研究期内东北粮食主产区耕地利用绿色转型指数整体呈上升趋势，空间格局呈北高南低、由西北向东南递减的特征。2010—2020年，东北粮食主产区耕地利用绿色转型指数的高值区主要分布在研究区西北部，由东向西呈增高趋势，白城、松原、齐齐哈尔的耕地利用绿色转型指数一直保持在较高水平。低值区主要集中在研究区南部，尤其是东南部。随着时间推移，耕地利用绿色转型高值区逐渐增加，增加区域主要集中在研究区东北部；研究区内耕地利用绿色转型水平南北分异显著。

分区域看，尽管研究区北部的耕地利用绿色转型指数整体较高，但伊春的耕地利用绿色转型指数整体维持在较低水平，2010—2015年间明显下降，2015年之后显著回升，由粮食种植结构调整及灾害性天气导致的耕地利用效率下降可能是造成此种趋势的主要原因。除伊春外，大庆、哈尔滨的耕地利用绿色转型指数在2020年显著下降，双鸭山、鸡西的耕地利用绿色转型水平在研究期内显著提升。研究区南部地区，吉林、辽宁的耕地利用绿色转型指数普遍偏低，转型进程缓慢。

分省份看，黑龙江耕地利用绿色转型指数总体较高且波动较小。黑龙江地势平坦，机械化水平高，减量增效以及种养结合的粮食生产方式加快了黑龙江省耕地利用绿色转型进程。辽宁和吉林工业经济较为发达，地方政府为追求经济效益牺牲农业发展导致耕地利用绿色转型受阻。辽宁部分地级市耕地利用绿色转型的水平较低，一方面，随着农作物种植面积的扩大和产量的提高，农业生产资料投入大幅增加，耕地机械化程度的提升和农药化肥的过量使用，一定程度上抵消了耕地绿色利用的有效产出，抑制了耕地利用绿色转型。另一方面，经济相对发达使非农从业人员比重较高，农业从业人员减少在一定程度上削弱了耕地的功能转型。

2.4 耕地利用绿色转型空间集聚特征

基于一阶邻接权重矩阵的研究区2010—2020年耕地利用绿色转型全局莫兰指数计算结果见表3。由表3可知，2010—2020年，全局莫兰指数均为正，且在1%显著性水平下通过检验。说明2010—2020年间，研究区34个地级市的耕地利用绿色转型指数之间并非孤立、随机分布，彼此间存在着空间依赖性和空间溢出效应。根据全局莫兰指数的大小可知，研究区耕地利用绿色转型指数存在正空间自相关性，且在2019年集聚性最明显。从全局莫兰指数的变化趋势来看，2010—2020年整体上先減后增，说明研究区耕地利用绿色转型指数空间集聚不断增强。

为进一步分析研究区耕地利用绿色转型的内在联系与变化规律，对研究区34个地级市耕地利用绿色转型进行局部自相关分析，得到耕地利用绿色转型LISA聚类图（图3），通过耕地利用的高—高或低—低和低—高或高—低的时空变化和分异格局，分析研究区耕地利用绿色转型的空间格局演变特征。

从整体看，研究区耕地利用绿色转型非显著区多于显著区，显著区以高—高、低—低的空间集聚类型为主。高—高型集聚随时间推移产生由西向东转移的趋势，2010年和2015年主要分布于白城、大庆和松原，2020年主要分布于双鸭山和大庆。低—低型集聚时空分异特征不显著，研究期内基本分布在研究区东南部的本溪、通化、辽阳和丹东一带。呈高—低型集聚和低—高型集聚的地区较少，2010年高—低型集聚主要分布在营口，2015和2020年高—低型集聚主要分布于盘锦；低—高型集聚仅在2020年出现，主要分布在七台河。

3 东北粮食主产区耕地利用绿色转型驱动因素

由前文可知，东北粮食主产区耕地利用绿色转型存在空间相关性。耕地利用绿色转型指标评价体系是从耕地内在本质及被利用的属性考量其绿色转型，而耕地利用绿色转型的时空动态演变是对外在环境机制的有效反馈，因此，有必要从区域自然环境条件、社会经济发展、农业发展进程等方面进一步挖掘其驱动因素。结合国内外研究，本文从以下方面选取指标进行耕地利用绿色转型驱动因素分析（表4）。

社会因素方面，选取人口密度和城镇化水平两个指标。区域人口密度高，会加剧区域耕地生态环境和资源利用压力，造成区域人地矛盾[29，36]，城镇化吸引农村人口不断向城镇转移，劳动力非农化驱使耕地利用向规模化和机械化转变[19，21]，进而影响耕地利用绿色转型。

经济因素方面，选取人均国内生产总值和农业产值比重两个指标。在不同经济发展水平下，耕地生产要素投入数量和规模会存在较大差异[37]，直接影响耕地资源禀赋与配置效率，影响耕地利用绿色转型。而某一区域农业产值比重直接表征其农业经济发展程度，影响耕地利用主体对耕地绿色利用以及耕地生态可持续保护的认知及接受度[5，38-39]，会直接推动耕地利用绿色转型。

环境因素方面选取降雨量和气温两个指标。自然因素是影响耕地绿色利用格局与潜力的基础性因素，气温、降水等是粮食生产中最为基础的影响因素，影响耕地利用系统内部各要素、系统整体以及与外部的物质循环与能量交换，改变耕地利用中各类要素的调整和功能发挥[5，8，29，38]，进而作用于耕地利用绿色转型。土壤、光照等因素也与耕地利用密切相关，但其数据直观度量性较弱，因此未选用上述指标。

农业现代化因素方面，选取农业机械化水平、灌溉指数和农民人均收入增长率三个指标。农业机械化水平和有效灌溉率的提高会改善区域粮食生产条件，提高生产效率和耕地利用率，提升耕地绿色利用水平[10，23，39-41]。农业现代化水平可由农民人均收入增长率表征[20，41]，农民人均收入增加有利于绿色生产行为的投入，为避免与耕地利用绿色转型测度指标重复，选取农民人均收入增长率作为指标之一。

将上述指标在ArcGIS中进行标准差分类，并将分类结果与耕地利用绿色转型指数导入地理探测器模型，分别得出2010年、2015年、2020年各影响因素对耕地利用绿色转型的影响力值，探究2010—2020年各影响因素的时间变化特征（表5）。

由表5可知，研究区耕地利用绿色转型的重要影响因子是农业生产总值比重、农业机械化水平、气温。东北粮食主产区是重要的粮食生产基地和黑土区，近年来国家顶层设计一直强调黑土地保护、保护性耕作推广。黑土地保护政策的实行和国家粮食主产区的重要战略地位，促使研究区地方政府推进与落实耕地保护和耕地绿色利用，改变传统农业生产方式，进行农业现代化生产，对耕地利用绿色转型产生重要影响。东北地区地广人稀，为推广农业机械化生产创造了有利条件，农业机械化水平的提高直接促进了耕地利用绿色转型。农业生产与气候变化密切相关，气温变化直接影响研究区耕地利用与农业生产、影响农业生产要素投入，对耕地利用绿色转型产生影响。

4 结论与政策启示

4.1 结论

本文以2010—2020年东北粮食主产区34个地级市为研究对象，分析了研究区耕地利用绿色转型的时空格局演变特征及驱动因素，研究结论包括：（1）从时间趋势来看，研究区2010—2020年耕地利用绿色转型水平整体不高，但呈现出递增态势，存在显著地区差异。（2）从空间格局来看，研究区耕地利用绿色转型发展空间集聚明显，南北分异显著，高水平地级市较少。耕地利用绿色转型指数较高的地级市主要集中在黑龙江，吉林、辽宁大多数地级市保持在中等以及较低水平。（3）研究区耕地利用绿色转型是在社会、经济、环境、农业现代化等因素综合影响下的结果，不同因素在各时间阶段对耕地利用绿色转型驱动机制存在差异，关键影响因子是农业生产总值比重、农业现代化水平与气温。

4.2 政策启示

耕地利用绿色转型是一定时间范围内耕地利用空间、功能、模式系统“博弈”与“均衡”的结果，是区域耕地利用状态的直接反映，是耕地利用与自然生态协同发展的外部表达，在一定时间、空间范围内呈现出特定的演變规律。东北粮食主产区耕地利用绿色转型亟待进一步协调发展，要进一步加快研究区耕地利用绿色转型进程，推进区域间耕地利用绿色转型的均衡演进。本文的政策启示如下：

第一，强化耕地利用绿色转型空间、功能、模式三大子系统的联动效应和协调关系。东北粮食主产区耕地利用绿色转型正在不断推进，存在较大提升空间。要积极寻求耕地空间、功能、模式转型与耕地生产力之间的平衡点，细化耕地利用绿色转型路径设计，最大化各子系统间联动效应。东北粮食主产区各地级市应完善耕地绿色利用机制、推动农业绿色生产，促进耕地利用空间、功能、模式系统转型的协调发展。

第二，实行因地制宜的差异化耕地绿色利用策略。例如，在城镇化与工业化的驱动下，辽宁省部分城市耕地利用绿色转型进程缓慢。对于工业经济以及城镇化水平较高的城市，要根据实际用地需求转变思维，从区域粮食生态安全的角度引入生态农业、有机高效农业来内化占用耕地损失的外部成本，通过优化耕地绿色利用模式转型和功能转型强化耕地生态保护，改变耕地生态服务价值低于农产品价格的局面。对于农业产值占比较高的城市，要推动农业生产从传统农业向现代农业转型，兼顾生态与经济效益，实现人—地—生态耦合协调发展。

第三，发挥耕地利用绿色转型驱动机制的内在活力。经济因素、农业现代化因素是耕地利用绿色转型的主要驱动力，只有保证农业生产的稳定发展，才能为耕地利用绿色转型提供动力。应持续推进农业生产生态技术研发，严格控制生态效益低下的耕地利用模式，发挥农业科技对耕地利用绿色转型的提升作用。提高农机补贴标准和农机化水平，促进耕地资源的高效利用，激发经济、社会、环境、人口对耕地利用绿色转型的驱动作用。通过农业生态化、现代化、产业化发展推进耕地利用绿色转型。

通过分析发现，东北粮食主产区耕地利用绿色转型指数逐步上升的时空变化特征是符合当下耕地可持续发展目标要求的[13，27-28]。本文通过分析研究区耕地绿色利用转型时空格局演变的驱动因素提出未来转型发展的针对性策略，为研究区耕地绿色利用转型提供理论支撑，并对现有研究形成了一定补充[5，8，20，22，26]。然而，耕地利用绿色转型是一项系统工程，与农业高质量发展、粮食安全等存在复杂的系统性关联。因此，探索耕地利用绿色转型与农业高质量发展、粮食安全之间的互馈机理，是未来重要的研究方向。

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Spatial-temporal Patterns and Driving Factors of Green Transformation for Cultivated Land Use of Major Grain-producing Areas in Northeastern China

GAO Jia1，2，3， YANG Yu1

（1. School of Humanities and Law， Northeastern University， Shenyang 110169， China； 2. Key Laboratory of Land Protection and Use， Department of Natural Resources of Liaoning Province， Shenyang 110169， China； 3. Research Base of Land Use and Protection of Liaoning Province， Shenyang 110169， China）

Abstract： The purpose of this study is to explore the characteristics and drivers of the evolution of the spatial-temporal patterns of green transformation of cultivated land use between 2010 and 2020 in the main grain-producing areas of Northeastern China， to provide scientific references for achieving the strategic goals of high-quality agricultural development and cultivated land conservation. The research methods include entropy power method， spatial autocorrelation model and GeoDetector. The results show that： 1） the level of green transformation of cultivated land use in the study area from 2010 to 2020 is at a medium level， and shows an upward trend. There is significant spatial heterogeneity in the green transformation of cultivated land use in the study area， the level of green transformation of cultivated land use decreases from northwest to southeast， and the range of green transformation index of cultivated land use between 2010 and 2020 increases. 2） The global Moran index of green transformation of cultivated land use from 2010 to 2020 is positive， with significant spatial dependence and spatial spillover effects. 3） Social factors environment factors and agricultural modernization factors have significant effects on green transformation of cultivated land use in the main grain-producing areas of northeast China， among which the degree of agricultural industry development is the core driver of green transformation of cultivated land use in the study area. It concludes that there are significant regional differences in the level of green transformation of cultivated land use in the main grain-producing regions of Northeastern China， and it is necessary to promote differentiated development strategies of green transformation of cultivated land use in the main grain-producing areas of Northeastern China.

Key words： cultivated land utilization； green transformation； spatial-temporal pattern； driving factors； main grainproducing area in Northeastern China

（本文責编：郎海鸥）

① 研究区农膜使用量相关统计数据缺失，因此在模式转型的环境友好因素层中选择单位面积农药使用量作为测度指标。