《中国耕地生态系统功能转型的机制与政策启示》文章发表于国际期刊Land Use Policy ，2022年第119卷，通讯作者为中国地质大学的胡守庚教授。

原文题目：

Functional transition of cultivated ecosystems: Underlying mechanisms and policy implications in China.

JCR分区：一区

中科院分区：一区

影响因子：6.189

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.landusepol.2022.106195

研究背景

耕地利用的生态可持续性是实现可持续发展目标的重大挑战。迄今为止，开垦和集约化耕作在内的耕地利用活动(CLU)已经导致了生物多样性的大规模丧失，包括耕地生态系统功能(CEFs)的退化以及耕地生态系统的退化。耕地生态系统功能转变（FTCE）指的是区域一级的CEFs的长期变化过程。在复杂的“自然-经济-社会”互动中，耕地生态系统离不开CLU，前者依赖于后者的人工投入，如化肥、灌溉、农业机械等。CEFs本质上是耕地生态系统与CLU活动相互作用的表现，CEFs可以被视为栽培生态系统与CLU活动相互作用，持续提供直接或间接满足人类需求的农产品和社会生态服务的能力。这种能力源于在CLU活动的作用下，一定结构水平上的栽培生态系统组分所造成的CLU生态过程。

本研究从FTCE的内涵出发，综合耕地生态系统的组成、结构和可持续性，结合耕地生态系统的生态过程，提出了一种评价耕地生态系统功能的方法。根据本研究提出的FTCE u型曲线的理论框架，采用单变量分析和面板数据回归方法确定了FTCE指的是从快速消费向复苏增长的转变。FTCE的基本机制总结为农业生产的诱导替代，包括农业投入替代、作物替代和土地替代。此外，还提出了具体的政策来控制这三个方面的替代。

主要内容

研究方法1. FTCE u型曲线的理论框架考虑到发达国家人类对耕地的多种需求和多功能土地使用经验，在保持社会生态服务稳定增长的同时，应提高社会获取安全优质农产品的能力，这些目标要求CLU的生态可持续性。FTCE是指从快速消费向恢复性增长的转变，有利于CLU的生态可持续性。虽然FTCE可能有不同的路径，但本研究中讨论的FTCE被视为从快速消费向恢复性增长的转变。这种转变与社会经济条件密切相关。

2. CEF评估方法根据CEFs的内涵和理论框架，可以从栽培生态系统的组成、结构和可持续性以及CLU的生态过程三个方面对CEFs进行评估。稻田面积份额(Rp)可以作为衡量区域内栽培生态系统组成水平的关键指标。以作物播种面积为基础的CD可以用来衡量一个区域内的栽培生态系统结构。氮肥使用强度(NFUI)是显著影响耕地生态系统生物物理化学过程的典型和主要因素。因此，NFUI可作为影响CLU生态过程的关键指标。生物灾害烈度(BDI)是衡量耕地生态系统可持续性的关键指标。BDI越高，耕地生态系统可持续性损失越大，CEFs越低。

3. FTCE的估计和回归模型为了确定FTCE过程，采用面板数据回归模型，并以CEFs为因变量。可以看出，在FTCE过程中，CEFs与社会经济发展水平之间存在非线性关系。考虑到人均GDP是衡量社会经济发展水平的关键指标，本文引入人均GDP (GDPPC)及其二次项(GDPPC²)作为关键变量。以温度和降水为特征的气候因子是影响耕地生态系统和CLU活动的基本环境因子。因此，引入年气温(AT)和年降水量(AP)作为自变量。NFUI是CLU生态过程的关键指标，NFUI的变化本质上是耕地资源与化肥替代的结果。根据农业生产的诱导替代理论，这种替代是由耕地资源的稀缺性和农民的土地使用目标所主导的。因此，引入的自变量如下：衡量耕地资源稀缺性的农业人均就业耕地面积(ACLPC)、与农民土地使用目标密切相关的单位播种面积粮食产量(PLand)以及复种指数(MCI)。

基于面板数据易控制个体异质性、信息含量高、变量间共线性降低、自由度和效度增加等显著优势，建立基于面板数据的回归模型来识别FTCE。模型可表示为:

其中，αj和yt分别为截面影响因子和时间固定影响因子，β表示共同截距，γ1 -γ7为未知参数，ujt为未观测误差项，j和t分别表示区域和年份。

研究结果与讨论

研究结果

1. 评估CEFs的指数变化评估CEFs的指标根据表1所示的方法计算。1992年-2018年，省级指标变化明显。其中，1992 - 2012年Rp快速下降，年均下降0.50%，2012-2018年下降速度较慢，年均下降0.08%。从Rp对栽培生态系统区域成分水平的意义来看，Rp的变化表明耕地生态系统成分由快速损失转变为缓慢损失。1992年至2010年，CD稳步下降，年平均下降0.002,2010年至2018年下降速度较慢，年平均下降0.001。这一变化表明，耕地生态系统结构的复杂性由快速损失向缓慢损失转变。1992-2012年NFUI快速增加，年均增加6.38 kg/ha, 2012-2018年整体下降，年均减少8.54 kg/ha。这一变化表明CLU的生态过程由快速退化转向恢复。1992年至2010年，BDI快速增长，年平均增长0.33,2010年至2018年整体下降，年平均下降0.22。这一变化表明，耕地生态系统可持续性由快速损失向恢复性增长转变。

1992-2010年和2012-2018年区域层面的CEF评价指标也发生了明显变化。其中，Rp、NFUI和BDI的变化表明珠江三角洲耕地生态系统组成、CLU生态过程以及耕地生态系统可持续性由快速丧失或退化转变为恢复。CD的变化表明，耕地生态系统结构由快速损失向缓慢损失转变。此外，CLU和耕地生态系统可持续性的生态过程由快速丧失或退化转变为恢复。粤西地区耕地生态系统结构变化不明显，但该地区耕地生态系统的CLU和耕地生态系统可持续性的生态过程由快速丧失或退化转变为恢复。

2.FTCE的u型曲线与测度通过计算1992年至2018年之间的CEFs值，并模拟人均GDP与CEFs之间的关系，可以看出，无论是省级还是区域，人均GDP与环境融资的关系都呈现u型曲线的共同特征。

CEFs在省级和区域层面的转折点年份在2010年左右。本文将FTCE分为1992-2010年和2012-2018年两个阶段，并计算FTCE度(TDCEF)。结果表明，TDCEF在省级层面为1.83，区域差异显著。其中珠三角地区TDCEF为4.05，粤东地区次之，粤西地区为1.13，山区为1.07。3.FTEC的基本机制单因素分析和回归模型的结果表明，随着人均GDP的增加，FTCE出现了明显的由快速消费向恢复性增长的转变。气候变化是对CEFs变化影响最大的物理环境因子。但回归结果表明，由于研究周期只有26年，AT和AP两个气候因子对CEFs的变化没有显著影响。因此，人类活动对CLU的影响是导致CEFs变化的主要原因。农民的CLU活动本质上是农业生产替代的结果，是对耕地资源稀缺和农产品市场需求的回应。具体来说，农民倾向于用低成本投入取代高成本投入，用高回报作物取代低回报作物。从指数的变化可以归纳为农业投入替代、作物替代和土地利用替代三个方面的CEF变化机制。

首先，化肥对稀缺耕地的替代导致了CLU生态过程的变化。1992年至2010年，NFUI在省和地区层面迅速增长。值得注意的是，2012年后化肥价格迅速上涨。与此同时，土地成本开始下降。2012-2018年，NFUI在省级和区域层面上开始下降，NFUI的这种变化有助于CLU生态过程的减缓退化甚至恢复增长。其次，作物替代改变了耕地生态系统的复杂结构。1992-2010年间，全省粮食作物和经济作物种植面积占比每年分别减少0.07%和0.77%，而园艺作物种植面积占比每年增加0.92%。2012年以后，全省粮食作物种植面积占耕地面积的比例每年下降0.78%，而经济作物和园艺作物种植面积占耕地面积的比例每年分别增加0.29%和0.54%。1992-2010年和2012-2018年，经济作物种植面积占比由下降转为增加。上述作物替代使CD从快速下降转为相对缓慢下降，有助于减缓栽培生态系统结构水平的退化。最后，旱地改水田改变了耕地生态系统组成水平。广东省的水田主要用于种植水稻，而旱地则用于种植干谷物、马铃薯、大豆以及经济和园艺作物。以经济作物和园艺作物取代粮食作物导致旱地取代水田。因此，Rp在省级和区域层面整体迅速下降。从1992-2010年到2012-2018年，大米利润迅速增长。在1992-2018年间，Rp由快速下降转变为相对缓慢下降，导致耕地生态系统组分水平退化减缓。上述三个方面的变化也决定了耕地生态系统的可持续性从快速退化到恢复生长的变化。

讨论

关于改善FTCE的政策建议。一是要最大化土地利用中的劳动生产率。以耕地衡量的土地生产力和以MCI衡量的土地利用强度在很大程度上抑制了CEFs的恢复。这也说明，必须推动劳动生产率最大化的土地使用目标，因为其决定了CEF的回收。二是要实施区域作物种植规划。CD是农业生物多样性的关键指标，有利于降低化学物质投入强度和病虫害管理。作物替代的基本机制表明，饮食调整和作物产品之间比较价格的变化有利于CD的恢复，但这种恢复具有内在风险，因为这两个因素随市场变化而波动。因此，为了可持续地避免CD的损失，要完善种植制度、作物品种搭配、区域内作物构成和分布。三是要加大稻田恢复刺激力度。与旱地相比，水田具有明显的生态功能优势。土地利用替代的潜在机制揭示，如果水稻等水稻种植作物的利润低于旱地种植作物的利润，则水田倾向于转变为旱地，即增加水田的比较利润对刺激水田恢复更为重要。因此要推进旱地退耕还田，改善生态环境，进一步保障粮食持续生产能力。