中国主要水稻产区耕地系统韧性：时空格局与分区调控策略

《Frontiers in Sustainable Food Systems》：Cultivated land system resilience in China’s major rice-producing areas: spatiotemporal patterns and zonal regulation strategies

　　

耕地系统面临来自土地利用变化、农田边际化和膳食升级的复合压力，理解其韧性对于维持农业功能和粮食安全至关重要。本研究聚焦于中国主要水稻产区（MRPAs），研究人员构建了一个空间显式的韧性评估框架，该框架整合了内部适应能力与外部社会经济条件，并利用三个代表性年份（2000年、2010年和2023年）考察了耕地系统韧性的时空格局。研究人员对韧性进行了量化，通过障碍度模型诊断了主导约束因素，并基于识别出的约束因素提出了差异化的调控路径。结果表明：（1）总体韧性呈波动上升趋势，社会经济条件的作用不断增强，同时环境约束持续存在。这一改善与基础设施建设和政策干预相吻合，尽管城市化压力可能制约了城郊地区的韧性。（2）韧性呈现显著的空间分异特征。大规模农业区维持较高的韧性水平，这与优越的自然禀赋和相对完善的基础设施相契合，而破碎化及高度城市化地区在人地矛盾加剧背景下仍较为脆弱。（3）主导障碍因素随时间推移从自然本底约束转向社会经济因素。研究识别出四种调控分区：本底约束低韧性区、外部压力韧性风险区、资源约束滞后恢复区和市场敏感潜在风险区。这些发现通过针对区域特定韧性约束制定差异化策略，为分类管理提供了诊断依据。

**中国主要水稻产区耕地系统韧性：时空格局与分区调控策略——论文解读**

**一、研究背景与研究意义**

粮食安全是国家治理与全球稳定的基石，水稻作为中国超过60%人口的主粮，其稳定供给具有不可替代的战略地位。然而，中国耕地资源正面临数量流失与质量下降的双重压力：城市化进程持续侵占优质农田，迫使水稻生产向边际土地转移；同时，消费者对膳食多样化的需求增长，使耕地从水稻转向高附加值作物。由此，水稻生产承受着来自需求侧膳食升级与供给侧农田边际化的复合胁迫。传统粮食安全指标仅关注总量产量与自给率，难以应对地缘冲突、市场波动、气候变化等系统性风险。耕地系统韧性（CLSR）作为衡量系统抵御、恢复与适应多重干扰能力的综合框架，日益受到关注。在此背景下，研究人员以中国主要水稻产区（MRPAs）为对象，构建了整合内部适应能力与外部社会经济条件的空间显式评估框架，揭示韧性时空演变规律，诊断主导障碍因子，并提出分区调控策略，以期为精细化耕地管理和可持续粮食安全提供科学依据。

**二、研究内容、方法概述与主要结论**

研究人员以2000、2010、2023年为代表年份，基于1?km栅格数据评估了MRPAs内以水田为主导的耕地系统韧性。研究将韧性分解为四项子系统：基础承载能力（BCC）、动态恢复能力（DRC）、系统调节能力（SRC）及社会经济环境条件（SEEC），分别表征系统维持、恢复、适应功能的内在能力与外部社会环境背景。研究采用CRITIC客观赋权法确定指标权重，通过加权线性聚合计算CLSR指数，并运用障碍度模型识别主导约束因素。结果表明：研究期内总体韧性呈波动上升趋势，高韧性区集中于东北平原与长江中游地区，而高度城市化沿海地区和西南山地丘陵区韧性较低；韧性等级转移显示持续改善但存在双向分化；主导障碍因素从自然本底约束逐渐转向社会经济因素。基于韧性水平与障碍因子组合，研究划分出四种调控分区并提出了差异化策略。该研究为理解和提升复合压力下耕地系统韧性提供了新的分析框架与决策支持。

**三、主要技术方法**

本研究采用的系统方法主要包括：其一，基于1?km栅格的空间显式评估框架，利用ArcGIS将多源遥感与统计栅格数据重采样至统一分辨率，通过模糊隶属度函数将指标标准化为0–1可比分值；其二，CRITIC客观赋权法，依据指标波动性（标准差）与冲突性（相关系数）计算权重，降低信息冗余并反映指标结构性变化；其三，障碍度模型，结合指标偏离度与权重识别各像元韧性提升的主导障碍因素。数据来源包括中国科学院资源环境科学与数据中心（土地利用、NDVI、夜间灯光、DEM）、国家生态科学数据中心（复种指数）、FAO（土壤属性）、OpenStreetMap（路网与河网）及Google Earth Engine（ERA5-Land积温）等，研究未涉及临床样本队列。

**四、研究结果**

**4.1 指标贡献的结构性变化**
基于CRITIC权重分析发现，水田破碎度（CF）权重始终最高，但相对权重由2000年的0.200降至2023年的0.174；经济干扰强度（EI）权重则由0.065激增至0.169，增幅近2.6倍；耕作成熟度（FM）与沙粒含量（SC）权重持续下降。这表明社会经济指标在CLSR评估中的相对贡献上升，自然本底指标的贡献相对下降，验证了将韧性分解为内部能力与外部条件的分析思路。

**4.2 CLSR时空格局**
为保障时间可比性，研究以2000年韧性得分为基准设定Jenks自然断点分级阈值并固定应用于后续年份。空间分布显示，低韧性区面积缩减，中高与高韧性区扩展。高韧性区主要集中于东北平原、长江中游等规模化农业区，这些地区基础设施较完善；沿海发达地区因城市化与人地矛盾突出，韧性水平较低；西南地区受地形约束，逐步改善但仍以中低韧性为主。2000–2010年韧性整体提升，阶梯式向上转移面积均超12000?km2；2010–2023年向上转移仍占主导但规模减小，同时出现双向分化，部分区域自中高向中低、自中低向低发生退化，低韧性区自我保留率较高，下降区域集中于东南沿海及快速城市化地区。

**4.3 韧性子系统动态与相对贡献**

**4.3.1 内部适应能力：中度增长与持续约束**
BCC维度显示自然禀赋先升后降，低等级占比由2000年19.27%降至2010年13.47%，2023年回升至22.24%，可能与集约耕作累积效应和土壤退化有关。DRC显著增强，中高等级占比由10.67%升至20.24%，高等级稳定在54%以上，与农田水利和灌溉基础设施改善相一致。SRC低等级占比由39.31%降至31.10%，中高及高等级合计由35.53%升至40.60%，但仍是内部能力中的最薄弱环节，反映破碎化与土壤化学约束等结构性瓶颈的存在。

**4.3.2 外部社会经济条件：大幅改善与空间分异**
SEEC在2000–2010年间大幅提升，低等级占比由30.03%骤降至9%，高等级占比由3.92%升至59.27%；2010–2023年高等级占比进一步达73.02%，但空间分异加剧。东北与中部主要产粮区SEEC保持稳定，而东南沿海与城郊地区改善幅度较弱，反映出膳食升级的市场拉动与城市化、边际化挤压效应在这些地区叠加，形成相对不利的外部条件并制约韧性水平。

**五、分区调控策略**

研究将韧性评估与障碍因子诊断结果叠加，划分四种调控分区。其一，本底约束低韧性区，主要分布于三江平原、松嫩平原、辽河平原、宁夏引黄灌区及部分南方丘陵区，以FM或CF为主要障碍，应推进土壤改良、高标准农田建设与宜机化改造。其二，外部压力韧性风险区，覆盖长三角、珠三角及省会周边，EI为主导障碍，需划定永久基本农田、实施动态遥感监测以抑制城市无序扩张。其三，资源约束滞后恢复区，涵盖南方大部山区及辽吉边境区域，SC与水土保持能力（SWC）为主要制约，需设立生态补偿机制、实行休耕轮作以强化水土保持。其四，市场敏感潜在风险区，分散于东南沿海，EI与到交通网络距离（DT）为主要障碍，需建立分级预警系统、完善利益补偿机制并培育新型经营主体以应对膳食升级的“拉力”效应。

**六、讨论与结论**

讨论指出，以往研究多基于行政或较粗空间单元，可能掩盖精细尺度异质性；1?km栅格评估揭示了MRPAs内部显著的空间分异。研究期内BCC变化温和而DRC大幅提升，表明韧性演变不能仅归因于自然条件，灌溉、品种改良、技术及政策支持发挥了缓冲作用。空间格局与农田边际化和非粮化研究相吻合，社会经济发达地区即使拥有良好生产基础，其韧性仍可能较低。SEEC的时间变化进一步表明外部社会经济条件在韧性背景中的作用日益增强，韧性格局的演变应被理解为自然基础、恢复能力与社会经济背景的重新配置。研究人员同时强调，栅格化框架无法直接捕捉农户决策及因果机制，未来需整合家户调查与气候事件数据加以深化。结论部分翻译如下：(1)研究期内总体韧性呈波动上升趋势，但维度间存在不对称性：SEEC对韧性变异的相对贡献最大，BCC与SRC受自然本底和边际化风险制约仅获中度提升。这表明外部社会经济环境在CLSR综合评价中的重要性日益凸显。(2)韧性水平呈现显著空间分异和强时间持续性，高韧性区长期集中于东北平原和长江中游规模化生产地带，低韧性区在高度城市化的沿海城市核心区及西南山地边际区趋于固化。(3)主导障碍因素由自然本底约束转为人地冲突，至2023年自然因素（FM、CF、CP）仍约束本底受限低韧性区和资源约束滞后恢复区，社会经济因素（EI、DS、DT）则在外部压力风险区和市场敏感潜在风险区更为突出。(4)基于韧性评估与障碍诊断，研究将区域划分为四种类型并提出差异化调控策略，为复合压力下增强CLSR的空间规划与政策干预提供了科学基础。