基于ESDA-GIS的廣東省耕地生態(tài)承壓能力時空特征研究

陳士銀, 賓津佑,2, 蔡世煜

(1.廣東海洋大學(xué) 管理學(xué)院, 廣東 湛江 524088; 2.廣東沿海經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展研究院, 廣東 湛江 524088)

耕地作為具備多功能的物質(zhì)基礎(chǔ)生產(chǎn)資料，同時也是稀缺的土地資源。耕地生態(tài)承壓狀況則關(guān)乎國家糧食安全、社會穩(wěn)定乃至國計民生之大計。隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)，耕地面積銳減、污染負(fù)荷加重、耕地質(zhì)量下降等一系列問題日益嚴(yán)重，耕地生態(tài)安全問題日漸突顯。自1998年起，《中華人民共和國土地管理法》及其修正法陸續(xù)頒布實施，均對耕地保護(hù)做出了嚴(yán)格要求，也為耕地保護(hù)提供了法律依據(jù)[1]。耕地生態(tài)安全已成為國內(nèi)外學(xué)術(shù)界關(guān)注的焦點，學(xué)者們基于不同研究尺度、不同領(lǐng)域開始關(guān)注耕地生態(tài)安全等相關(guān)問題的研究，生態(tài)足跡和生態(tài)承載力被廣泛應(yīng)用于識別耕地生態(tài)環(huán)境問題和測度耕地可持續(xù)性評價，并取得了一系列豐碩的研究成果[2-6]。

目前學(xué)術(shù)界關(guān)于耕地生態(tài)的研究主要集中在耕地生態(tài)的內(nèi)涵界定[7]、耕地生態(tài)安全評價[8-9]、耕地生態(tài)可持續(xù)性[10-11]、耕地生態(tài)脆弱性[12]、耕地生態(tài)格局演變及其影響因素等[13-17]方面。近年來，狀態(tài)空間模型[9]、能值分析[10]、PSR模型[8,15]、熵權(quán)集對分析法[18]、灰色預(yù)測模型[19]、生態(tài)足跡模型及其改進(jìn)模型等[12-13,16-17,20]量化方法被引入耕地生態(tài)安全評價及測度，為耕地生態(tài)可持續(xù)研究提供了可借鑒的量化技術(shù)手段。從研究視角來看，多基于糧食安全視角對糧食主產(chǎn)區(qū)耕地生態(tài)承載力進(jìn)行定量研究和定性分析[14,21-22]，并側(cè)重于探究耕地與經(jīng)濟(jì)、人口、城鎮(zhèn)化等因素的相互作用關(guān)系[23-27]。現(xiàn)有針對廣東省耕地的相關(guān)研究主要集中在耕地多功能評價[28]、耕地地力和質(zhì)量評價[29-30]、耕地肥力的時空變異性[31]、耕地與經(jīng)濟(jì)增長、新型城鎮(zhèn)化的關(guān)系研究等[32-33]方面，鮮少涉及廣東省耕地生態(tài)承壓能力的相關(guān)研究，基于時間、空間尺度探討耕地生態(tài)空間格局更為少見。

廣東作為糧食調(diào)入、人口遷入大省，同時也是全國耕地面積減少幅度最大的區(qū)域，耕地生態(tài)資源需求與供給之間矛盾突出。鑒于此，本文選取經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的典型省份廣東省作為研究對象，通過運(yùn)用耕地生態(tài)足跡模型、ESDA-GIS分析方法，對廣東省2008—2017年耕地生態(tài)足跡、耕地生態(tài)承載力以及耕地生態(tài)承壓能力指數(shù)進(jìn)行定量測算，分析廣東省及各地市耕地生態(tài)承壓狀態(tài)類型，并對耕地生態(tài)承壓能力的時空格局進(jìn)行空間可視化，探究其時空分布格局及其規(guī)律，以期為合理開發(fā)利用耕地資源，實現(xiàn)耕地資源可持續(xù)發(fā)展和高效利用，緩解區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與耕地保護(hù)之間的矛盾，推進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量以及區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和借鑒參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

廣東省位于20°13′—25°31′N，109°39′—117°19′E，自東向西依次與福建省、江西省、湖南省、廣西省接壤，南與香港和澳門特別行政區(qū)毗鄰，西南方向與海南省隔瓊州海峽相望。廣東省所轄面積為17.977萬km2，下轄21個地級市行政單位，123個縣級建制行政單位，地理分區(qū)上劃分為珠江三角洲(含廣州市、深圳市、佛山市、珠海市、東莞市、江門市、惠州市、中山市、肇慶市)、粵東(含汕頭市、汕尾市、揭陽市、潮州市)、粵西(湛江市、茂名市、陽江市)和粵北山區(qū)(云浮市、韶關(guān)市、梅州市、清遠(yuǎn)市、河源市)四大區(qū)域。廣東省為亞熱帶季風(fēng)氣候，高溫多雨，地形以丘陵平原為主，土壤包括紅壤、赤紅壤、磚紅壤等地帶性土壤類型，面積分別占全省土壤面積的37.96%，24.8%，5.15%。截至2017年底，廣東省常住人口11 169.00萬人，耕地面積259.97萬hm2，人均耕地面積僅為0.028 hm2，耕地面積人均占有率低，且遠(yuǎn)低于我國2017年人均耕地0.097 hm2的平均水平以及聯(lián)合國糧農(nóng)組織劃定的警戒線標(biāo)準(zhǔn)(0.053 hm2)，同時廣東省也是我國最大的糧食調(diào)入大省，很大一部分糧食缺口依靠省外采購和國外進(jìn)口。改革開放以來，隨著廣東省經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程縱深推進(jìn)，大量外來人口遷入，農(nóng)業(yè)、生態(tài)空間被擠占，耕地面積、人均耕地、耕地保有量及糧食播種面積均呈縮減趨勢，糧食安全供給壓力不斷增大，人多地少的矛盾依然嚴(yán)峻。廣東省耕地質(zhì)量地區(qū)分布差異大，其中優(yōu)等質(zhì)量耕地主要分布在粵西沿海區(qū)和粵西北山區(qū)，高等質(zhì)量耕地主要分布在粵西北山區(qū)，中等質(zhì)量耕地主要分布在粵西北山區(qū)[30]。近年來耕地開發(fā)利用存在粗放、無序、低效利用現(xiàn)象，耕地質(zhì)量下降、耕地生態(tài)系統(tǒng)退化，區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人口、資源不協(xié)調(diào)，耕地開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的矛盾依然突出。

研究期內(nèi)人口數(shù)據(jù)主要來源于2009—2018年廣東省各地級市的統(tǒng)計年鑒；稻谷、小麥、甘蔗、花生、麻類、煙葉等耕地作物產(chǎn)量及種植面積數(shù)據(jù)分別來源于《廣東農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》(2009—2018年)和《中國統(tǒng)計年鑒》(2009—2018年)。2008—2017年廣東省土地利用現(xiàn)狀分類數(shù)據(jù)來源于廣東省自然資源廳官方網(wǎng)站。全國矢量數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心，在此基礎(chǔ)上提取廣東省地級市行政邊界矢量數(shù)據(jù)，并采用2018年的廣東省縣(區(qū))域行政邊界數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。

2 研究方法

2.1 耕地生態(tài)足跡模型及耕地生態(tài)承載力計算

耕地生態(tài)足跡[12,34]是指生產(chǎn)各類作物和吸收各類作物被消費(fèi)所產(chǎn)生的廢棄物所需要的耕地面積，其中，耕地主要消費(fèi)項目包括稻谷、薯類、花生、甘蔗等。而耕地生態(tài)承載力[12,34]是指某個區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)能夠給人類提供的生物生產(chǎn)性能力的耕地面積總和。計算公式為：

(1)

(2)

式中:ef,ec分別為區(qū)域耕地人均生態(tài)足跡、區(qū)域耕地人均生態(tài)承載能力；EF,EC分別為區(qū)域耕地生態(tài)足跡、區(qū)域耕地生態(tài)承載力；N為區(qū)域人口數(shù)量；n為耕地消費(fèi)項目類別數(shù)；r為耕地均衡因子；Ci為第i類耕地消費(fèi)項目生產(chǎn)量；Pi為第i類耕地消費(fèi)項目的全國平均生產(chǎn)量；A為廣東省區(qū)域耕地類型的生產(chǎn)性土地面積；y為廣東省區(qū)域耕地的產(chǎn)量因子。

由于“國家hm2”概念下的耕地均衡因子計算較為困難，且耕地均衡因子年際變化較小，故引用2011年“國家hm2(nhm2)”[35]生態(tài)足跡模型的耕地均衡因子值4.687[36]作為本研究的均衡因子。其次，由于不同地域具有差異性，故需要對“國家hm2”概念下的生態(tài)足跡模型下耕地產(chǎn)量因子需做出相應(yīng)調(diào)整和修正，在搜集廣東省及全國的各耕地主要消費(fèi)項目的產(chǎn)量和種植面積的基礎(chǔ)上，通過單位熱量值表將各類產(chǎn)品的消費(fèi)量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的熱值，計算出廣東省的耕地平均生產(chǎn)能力與全國耕地平均生產(chǎn)能力的比值，從而得到廣東省各年耕地產(chǎn)量因子，與此同時，在計算廣東省的耕地生態(tài)承載力時參考WCED(世界環(huán)境與發(fā)展委員會)的建議，扣除廣東省耕地生態(tài)承載力總值的12%，作為生物多樣性保護(hù)用地所需(圖1)。

圖1 2008-2017年廣東省耕地產(chǎn)量因子計算結(jié)果

2.2 耕地生態(tài)承載力供需平衡模型

在計算耕地生態(tài)足跡模型和耕地生態(tài)承載力的基礎(chǔ)之上，引用耕地生態(tài)承載力供需平衡模型測度耕地生態(tài)盈余，以反映耕地生態(tài)資源需求與供給之間的相互作用關(guān)系。計算公式為：

EI=EF-EC=(ef-ec)·N

(3)

式中:EI為耕地生態(tài)赤字或盈余。當(dāng)EI值大于0時,表示研究區(qū)內(nèi)耕地生態(tài)赤字；當(dāng)EI值小于0時,則表明研究區(qū)耕地生態(tài)盈余；當(dāng)EI值等于0時,表示研究區(qū)內(nèi)耕地生態(tài)服務(wù)處于均衡狀態(tài)。

2.3 耕地生態(tài)承壓能力指數(shù)

耕地生態(tài)承壓能力用以反映某一區(qū)域生態(tài)可持續(xù)供給能夠承載滿足人類活動生態(tài)需求的強(qiáng)度及可持續(xù)能力。計算公式為：

(4)

式中:CLI為耕地生態(tài)承壓能力指數(shù),界于0～1；CLI值越大,耕地生態(tài)消費(fèi)需求超過耕地生態(tài)供給的值越大,即耕地生態(tài)承壓狀態(tài)欠佳,生態(tài)可持續(xù)性越弱；反之，CLI值越小,耕地生態(tài)承壓狀態(tài)愈佳,即生態(tài)可持續(xù)性越強(qiáng)。參考相關(guān)文獻(xiàn)[37-38],結(jié)合廣東省耕地生態(tài)足跡和耕地生態(tài)承載力的實際情況,將廣東省耕地生態(tài)承壓能力指數(shù)(CLI)劃分為:強(qiáng)可持續(xù)、弱可持續(xù)、弱不可持續(xù)、強(qiáng)不可持續(xù)4種不同的耕地生態(tài)承壓狀態(tài)類型(表1)。

表1 耕地生態(tài)承壓能力指數(shù)分級評價標(biāo)準(zhǔn)

2.4 ESDA方法

ESDA(Exploratory Spatial Data Analysis)[20,37]是對空間自相關(guān)性進(jìn)行測度，分為全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)，表明各研究因子之間的空間關(guān)聯(lián)特征和相互作用機(jī)制。

2.4.1 空間權(quán)重矩陣 空間自相關(guān)分析的前提是構(gòu)建空間權(quán)重矩陣，定義空間權(quán)重矩陣的方法主要有：距離規(guī)則、相鄰規(guī)則和最近K點3類。本文采用基于相鄰規(guī)則，即：

(5)

式中：n為空間單元的個數(shù)；當(dāng)Wij=1時，空間單元i和空間單元j相鄰；當(dāng)Wij=0時，空間單元i和空間單元j不相鄰。

2.4.2 全局空間自相關(guān) 采用Moran′sI指數(shù)測度廣東省耕地生態(tài)承壓能力的全局自相關(guān)性，以分析研究區(qū)域內(nèi)耕地生態(tài)承壓能力在空間集聚態(tài)勢[20,37]，其值域為[-1,1]，若Moran′sI>0，表明變量在空間分布上呈正向空間自相關(guān)；若Moran′sI<0，則表明存在空間負(fù)相關(guān)；當(dāng)Moran′sI=0時，說明不存在空間相關(guān)性，觀測值在空間上呈現(xiàn)隨機(jī)分布，計算公式為：

(6)

(7)

式中:E(I)和var(I)分別為Moran′sI的期望值和方差。當(dāng)Z值為正且顯著時,表明存在正的空間自相關(guān),相似的觀測值趨于空間聚集；當(dāng)Z值為負(fù)且顯著時,表明存在負(fù)的空間自相關(guān),相似的觀察值趨于空間離散分布；Z值為0時,觀察值呈獨立的隨機(jī)分布狀態(tài)。

2.4.3 局部空間自相關(guān) 局部Moran′sI用于揭示局部區(qū)域相鄰的空間區(qū)域單元之間的相關(guān)性[20,37]，以揭示研究區(qū)域內(nèi)耕地生態(tài)承壓能力在空間分布上的異質(zhì)特性，常用Moran散點圖測度，其計算公式為：

(8)

3 結(jié)果與分析

3.1 廣東省耕地生態(tài)承壓能力時序變化特征分析

根據(jù)公式(1)—(3)，分別計算2008—2017年廣東省耕地生態(tài)足跡、耕地生態(tài)承載力、耕地生態(tài)盈虧(圖2)，并分別計算相應(yīng)的人均耕地生態(tài)足跡總量、人均耕地生態(tài)承載力總量、人均耕地生態(tài)赤字(表2)。

圖2 2008-2017年廣東省耕地生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)赤字及生態(tài)承壓能力變化曲線

表2 2008-2017年廣東省人均耕地生態(tài)足跡、生態(tài)承載力及生態(tài)赤字計算結(jié)果

由圖2可知，2008—2017年廣東省耕地生態(tài)足跡變化總體呈“雁行”波動下降趨勢。大致可劃分為兩個階段：第一階段為2008—2012年，耕地生態(tài)足跡連續(xù)小幅度上升，但增長幅度呈逐年下降的趨勢；第二階段為2013—2017年，期間耕地生態(tài)足跡波動下降，并在2013年出現(xiàn)波谷，2016—2017年的降幅相對較大。其次，廣東省的耕地生態(tài)承載力的總體變化趨勢與耕地生態(tài)足跡相似。2008—2011年期間，耕地生態(tài)承載力以單調(diào)遞減的增幅上升，但其變化幅度略大于同期的耕地生態(tài)足跡；2012—2017年期間耕地生態(tài)承載力于呈現(xiàn)波動下降，該階段的波峰出現(xiàn)在2014年。此外，研究期內(nèi)廣東省的耕地生態(tài)承載力供需平衡一直處于生態(tài)赤字狀態(tài)。耕地生態(tài)赤字額在2008—2015年呈現(xiàn)先減后增的趨勢，并在2011年達(dá)到研究期間的最低值為299 250.660 7 hm2，耕地生態(tài)赤字于2015年停止增長且由增轉(zhuǎn)降；10 a間，廣東省的耕地生態(tài)赤字總量減少了133 663.090 9 hm2，降幅約為1.19%，表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動超出了耕地生態(tài)承載力范圍，人地矛盾緊張仍是困擾耕地生態(tài)系統(tǒng)不可持續(xù)性的重要原因。

根據(jù)公式(4)，計算耕地承壓能力指數(shù)，并繪制耕地承壓能力指數(shù)變化曲線(圖2)，研究結(jié)果表明，研究期內(nèi)廣東省耕地承壓能力指數(shù)介于0.500～0.520，說明廣東省耕地生態(tài)承壓能力在研究期內(nèi)均處于弱不可持續(xù)狀態(tài)。2008—2017年廣東省耕地承壓能力呈先降后升再降的整體發(fā)展態(tài)勢。其中，2008—2011年耕地承壓能力指數(shù)呈遞減趨勢并達(dá)到研究期最小值，說明該期間廣東省耕地生態(tài)承壓能力逐漸增強(qiáng)；2012—2015年期間耕地承壓能力指數(shù)單調(diào)遞增，生態(tài)可持續(xù)能力不斷下降；2016—2017年的耕地承壓能力指數(shù)變化顯示廣東省的耕地生態(tài)承壓能力有所改善，且該不可持續(xù)狀態(tài)呈進(jìn)一步減弱態(tài)勢。

作為生態(tài)消費(fèi)需求來源的人口是影響耕地承壓能力的重要因素。由表2可知，廣東省由于人口基數(shù)大，導(dǎo)致人均耕地生態(tài)足跡、人均耕地生態(tài)承載力均低于國家(0.52，0.38 ghm2/cap)和世界(0.59，0.57 ghm2/cap)的平均水平[37]。2008—2017年廣東省人均耕地生態(tài)足跡、人均耕地生態(tài)承載力、人均耕地生態(tài)赤字均呈下降趨勢，表明近年來廣東省人口負(fù)荷對耕地生態(tài)的影響有所緩解。其次，通過對比2008—2017年期間廣東省年常住人口變動與廣東省耕地承壓能力指數(shù)曲線的情況，發(fā)現(xiàn)兩者同期的變化趨勢大體上一致。在2008—2012年期間，為滿足因人口增長等因素引起的耕地生態(tài)供給需求增加，廣東省包括糧食作物在內(nèi)的等多種耕地作物相應(yīng)增加了播種面積從而提高生產(chǎn)量；而2012—2017年期間在耕地面積和耕地作物播種面積減少的情況下，2017年的耕地生態(tài)承載力較2008年略有上升，說明廣東省耕地的單位生產(chǎn)能力有所提升。2008年廣東省的耕地面積約為2 830 732.00 hm2，2017年下降至2 601 135.14 hm2，耕地減少的面積相當(dāng)于2008年廣東省耕地面積的8.11%，即耕地面積平均每年減少了約22 959.69 hm2。而城市、建制鎮(zhèn)、村莊用地面積在10 a間分別增加了53 866.67，105 733.33，42 866.67 hm2，增長率分別為18.52%，36.19%，5.44%。2011—2014年，廣東省建設(shè)用地占用耕地約2.51萬hm2，其中，24.70%為優(yōu)等質(zhì)量耕地，73.31%為高等質(zhì)量耕地，1.99%為中等質(zhì)量耕地。可見，廣東省耕地生態(tài)赤字的實質(zhì)一定程度上是耕地生態(tài)承載力不足。一方面需要正確處理經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)化與耕地保護(hù)之間的關(guān)系，保證基本農(nóng)田面積不減少、耕地質(zhì)量不下降；另一方面需要提高耕地承載能力，由耕地產(chǎn)量因子的計算結(jié)果可知，稻谷、薯類、甘蔗、花生、小麥、麻類、煙葉的平均年產(chǎn)量因子分別為0.829 0，1.323 8，1.224 9，0.789 1，0.616 8，0.805 7，1.114 5，其中稻谷、花生、小麥的產(chǎn)量因子水平偏低，而小麥在廣東的種植面積極小，稻谷、花生分別為廣東省主要的糧食作物和油料作物，因此，可以通過改造中低產(chǎn)耕地、高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)、提高農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)水平等方式提高耕地的綜合生產(chǎn)能力。

3.2 廣東省耕地生態(tài)承壓能力空間變化特征分析

根據(jù)公式(1)—(3)分別計算2008年、2012年、2017年廣東省21個地級市耕地生態(tài)承壓能力指數(shù)，其中，考慮到新成立的深汕合作區(qū)，原位于汕尾市陸豐縣的深汕合作區(qū)與深圳市在地理上并不接壤，故將深汕合作區(qū)2017年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)合并到汕尾市2017年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)中進(jìn)行計算。由計算結(jié)果可知，3個時間節(jié)點廣東省各地級市耕地生態(tài)承壓能力指數(shù)的取值范圍均處于0.440～0.600，對照表1可知，廣東省各地級市的耕地生態(tài)承壓能力指數(shù)均屬于弱可持續(xù)和弱不可持續(xù)兩大類型。2008—2017年耕地生態(tài)承壓能力為弱不可持續(xù)類型的地級市數(shù)量占比較大，由2018年的14個減少到2012年的11個，2017年則增加到15個，表明廣東省各地級市的耕地生態(tài)承壓能力狀態(tài)有待提升，耕地生態(tài)可持續(xù)發(fā)展呈現(xiàn)退化態(tài)勢。

為探知廣東省耕地生態(tài)承壓能力的空間分布狀況，借助ArcGIS 10.2軟件，運(yùn)用自然斷裂點法將2008年、2012年、2017年廣東省各地級市耕地生態(tài)承壓能力指數(shù)由小到大依次劃分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ共5個等級(圖3)。由圖3可知，廣東省耕地生態(tài)承壓能力分布年際間存在差異，但各地級市的耕地生態(tài)承壓能力指數(shù)變動幅度較小，整體空間格局維持相對穩(wěn)定。從各類型分布數(shù)量及分布區(qū)域來看，Ⅰ級類型區(qū)由2008年的清遠(yuǎn)市、江門市、陽江市3個區(qū)域減少至2012年的清遠(yuǎn)市、江門市2市，2017年增至清遠(yuǎn)市、江門市、陽江市、惠州市、汕尾市5市，分布區(qū)域逐漸擴(kuò)大；Ⅱ級類型區(qū)主要分布在珠三角地區(qū)，由原來的佛山市、廣州市、惠州市、汕尾市4個區(qū)域減少至僅佛山1個區(qū)域；Ⅲ級類型區(qū)域分布范圍較廣，主要分布在茂名市、云浮市、肇慶市、韶關(guān)市、河源市、梅州市等區(qū)域；耕地生態(tài)承壓能力較大的Ⅳ級、Ⅴ級類型區(qū)域則于粵東的潮州、汕頭、揭陽三市穩(wěn)定分布。

圖3 2008-2017年廣東省各地級市耕地生態(tài)承壓能力空間分布格局

究其原因，汕頭市、揭陽市因耕地生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、耕地畝產(chǎn)水平、人均耕地面積較高使得耕地生態(tài)承壓能力一直處于廣東省前列。而地處珠三角地區(qū)的廣州市、中山市、珠海市、東莞市、深圳市耕地生態(tài)承壓能力明顯有所下降。生態(tài)足跡來源于人口生態(tài)消費(fèi)需求，人口的增加及人類活動的影響形成巨額的生態(tài)足跡，相應(yīng)地需要占用更多面積的土地作為耕地。珠三角地區(qū)作為廣東省經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)、人口基數(shù)大、人口密度高的地區(qū)，珠三角城市群的城鎮(zhèn)化水平在廣東省乃至全國名列全茅，以第二產(chǎn)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)為經(jīng)濟(jì)支柱，主要土地利用類型為建設(shè)用地，非農(nóng)用地比重大，耕地面積占比低、總量小。以深圳市、中山市為例，深圳市、中山市兩個地級市的人均耕地面積都遠(yuǎn)低于同期的省平均水平，但中山市的耕地生態(tài)承壓能力有所下降，而深圳市的耕地生態(tài)狀況則相對改善。通過對比可知，深圳市常住人口數(shù)量僅次于廣州，而耕地面積為全省最少，2008年深圳市的耕地面積為4 078.00 hm2，而常住人口總量為954.27萬人；截至2017年，深圳市的耕地面積為3 742.06 hm2，常住人口數(shù)量為1 245.27萬人；人均耕地面積由2008年的4.17 hm2/萬人降至2017年的3.00 hm2/萬人。另一方面，深圳市耕地生態(tài)環(huán)境的相對改善一定程度上得益于新行政區(qū)建立帶來的面積擴(kuò)張及低于全省平均水平的耕地面積減少率。而中山市的耕地生態(tài)承壓指數(shù)上升與其耕地面積的減少有較大關(guān)系。中山市的耕地面積在10 a內(nèi)減少了約66.33%，耕地面積減少的絕對數(shù)量和減少比例均為全省第一并遠(yuǎn)超其他地級市。在人口數(shù)量方面，深圳市10 a間人口增加了291萬人，增長率約為29.25%，而中山的人口增加數(shù)量和增長率分別為44.05萬人和14.86%，在絕對數(shù)量和增加比例方面遠(yuǎn)低于深圳市，這也是二者存在差異的原因。因此，受人口增加、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快、耕地面積增減、機(jī)械化水平、農(nóng)藥化肥施用等各種人類活動因素的影響，對耕地生態(tài)產(chǎn)生著或多或少的負(fù)荷，加之人類本身對耕地生態(tài)環(huán)境保護(hù)的力度不夠，使得耕地生態(tài)承壓能力處于低水平狀態(tài)，人類活動監(jiān)管及耕地生態(tài)可持續(xù)性有待進(jìn)一步加強(qiáng)。

3.3 廣東省耕地生態(tài)承壓力空間自相關(guān)分析

3.3.1 廣東省耕地生態(tài)承壓能力全局自相關(guān)分析 運(yùn)用ArcGIS 10.2對研究期內(nèi)廣東省耕地生態(tài)承壓能力指數(shù)(CLI)的全局Moran′sI指數(shù)及Z值進(jìn)行計算(表3)，3個時間節(jié)點廣東省耕地承壓能力指數(shù)的全局Moran′sI指數(shù)均為正值，分別通過5%，10%的顯著性檢驗，說明2008—2017年廣東省耕地生態(tài)承壓能力在空間上存在顯著的正相關(guān)性，空間聚集分布現(xiàn)象較為明顯，即耕地生態(tài)承壓能力指數(shù)較高及較低的地級市在地理空間上顯著聚集，但隨著時間推移Moran′sI值不斷減小，廣東省耕地生態(tài)承壓能力在地理空間上的集聚現(xiàn)象有所減弱。

表3 廣東省耕地生態(tài)足跡全局Moran′s指數(shù)分析結(jié)果

3.3.2 廣東省耕地生態(tài)承壓能力局部自相關(guān)分析 全局自相關(guān)分析僅能測度研究區(qū)域內(nèi)耕地生態(tài)承壓能力的整體空間集聚現(xiàn)象，無法測度研究區(qū)域內(nèi)耕地生態(tài)承壓能力的局部空間異質(zhì)性。鑒于此，借助GeoDa軟件，繪制生成Moran散點圖，以揭示分析廣東省耕地生態(tài)承壓能力的局部空間異質(zhì)性。

由圖4可知，2008年、2012年的散點圖點分布較為相似，主要集中分布在第一象限和第三象限，表明耕地生態(tài)承壓能力在地理空間上趨于局部高值或低值集聚分布。2017年的Moran散點圖則主要集中分布在第二、三象限，空間集聚態(tài)勢有所減弱。從Moran散點圖的4種空間關(guān)聯(lián)模式分布類型來看(表4)，潮州市、揭陽市、汕頭市3個區(qū)域一直處于H—H型集聚區(qū)，潮州、揭陽、汕尾3市的人均耕地面積、耕地產(chǎn)品生產(chǎn)總量及耕地作物單位產(chǎn)量均位于全省較高水平，在地理空間上形成了耕地生態(tài)承壓能力的高值集聚區(qū)；L—L型由2008年的9個區(qū)域減少至2017年的7個區(qū)域，地處珠三角地區(qū)的佛山、廣州、惠州、東莞、江門、肇慶等區(qū)域城鎮(zhèn)化水平相對較高，人口密集，建設(shè)用地需求激增，人地矛盾加劇，耕地生態(tài)供給壓力相對較大，而河源市、陽江市、茂名市、清遠(yuǎn)市等區(qū)域主要是通過粗放型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實現(xiàn)糧食增產(chǎn)，人口密度相對較低，農(nóng)藥化肥的施用加之生態(tài)環(huán)境的脆弱性易對耕地生態(tài)造成負(fù)面效應(yīng)，耕地生產(chǎn)效益較低，使得耕地生態(tài)承壓能力處于較低水平；L—H型呈分散分布，由2008年的汕尾市1個區(qū)域增加至2017年的汕尾市、梅州市、惠州市、清遠(yuǎn)市、珠海市、深圳市7個區(qū)域；H—L型則由2008年的7個區(qū)域減少至云浮市、韶關(guān)市、東莞市、中山市4個區(qū)域。

圖4 2008-2017年廣東省耕地生態(tài)承壓能力的Moran散點圖

表4 廣東省耕地生態(tài)承壓能力指數(shù)的Moran散點圖類型分布狀況

4 結(jié)論與建議

運(yùn)用“國家hm2”概念下的生態(tài)足跡模型以及ESDA-GIS分析方法，對2008—2017年廣東省耕地生態(tài)承壓能力的時空格局特征及其空間自相關(guān)特性進(jìn)行了分析，試圖為廣東省乃至類似地區(qū)耕地生態(tài)安全保障和耕地可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)與借鑒參考，得出的主要結(jié)論如下：

(1) 從時序變化來看，2008—2017年廣東省耕地生態(tài)足跡、耕地生態(tài)承載力在研究期內(nèi)總體呈“雁型”波動下降趨勢，耕地生態(tài)供給出現(xiàn)持續(xù)赤字，耕地承壓能力指數(shù)介于0.500～0.520，表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動超出了耕地生態(tài)承載力范圍，且處于弱不可持續(xù)的狀態(tài)；研究期內(nèi)廣東省各地級市耕地生態(tài)承壓能力指數(shù)介于0.440～0.600，耕地生態(tài)承壓類型均以弱不可持續(xù)和弱可持續(xù)類型為主，耕地生態(tài)承壓能力負(fù)荷嚴(yán)重，且這種不可持續(xù)性有進(jìn)一步增強(qiáng)的趨勢，耕地生態(tài)安全形勢不容樂觀。

(2) 從空間格局來看，研究期間內(nèi)廣東省各地級市耕地生態(tài)承壓能力呈不均衡分布，且在空間分布上存在著顯著正向空間自相關(guān)性，但空間集聚態(tài)勢有所減弱；Moran散點圖表明廣東省各地級市耕地生態(tài)承壓能力在空間分布上存在高—高或低—低集聚現(xiàn)象，其中，H—H型穩(wěn)定分布于粵東的汕尾、潮州、揭陽、汕尾等區(qū)域，L—L型主要分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高、耕地比重小、耕地資源需求較大的珠三角及其周圍區(qū)域。

結(jié)合廣東省耕地生態(tài)承壓現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，現(xiàn)提出以下幾點建議：

(1) 廣東省及各地級市耕地承壓狀態(tài)以弱不可持續(xù)和弱可持續(xù)類型為主，耕地生態(tài)承壓能力負(fù)荷形勢嚴(yán)峻，一方面需要提高耕地承載力，提高農(nóng)民耕地保護(hù)意識，改善農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，挖掘耕地資源潛力，提升耕地產(chǎn)出效益；另一方面要建立耕地生態(tài)安全機(jī)制預(yù)警，加強(qiáng)耕地資源可持續(xù)利用動態(tài)監(jiān)測，防止耕地生態(tài)持續(xù)退化。

(2) 耕地生態(tài)赤字持續(xù)穩(wěn)定存在，表明農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動仍是建立在犧牲資源環(huán)境為代價的基礎(chǔ)之上，因此，需要制定嚴(yán)格的耕地保護(hù)政策，加大耕地生態(tài)補(bǔ)償力度，完善耕地資源有償使用制度，建立健全耕地保護(hù)獎懲機(jī)制，加強(qiáng)土地執(zhí)法督察，堅持生態(tài)環(huán)境保護(hù)優(yōu)先，合理開發(fā)利用耕地，引導(dǎo)耕地開發(fā)利用由粗放、低效向綠色、高效、集約節(jié)約轉(zhuǎn)變。

(3) 廣東省各地區(qū)耕地生態(tài)承壓能力的區(qū)域差異明顯，空間分布不均衡，應(yīng)依據(jù)各地區(qū)的發(fā)展特色和資源稟賦優(yōu)勢，優(yōu)化農(nóng)業(yè)主體功能和空間布局規(guī)劃，因地制宜，實施專門化、差異化、多元化耕地管控舉措，實施耕地保護(hù)補(bǔ)償?shù)目鐓^(qū)域財政轉(zhuǎn)移和耕地節(jié)余指標(biāo)有償調(diào)劑，有效控制建設(shè)占用耕地尤其是優(yōu)質(zhì)耕地，協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)、國土空間供給的關(guān)系，構(gòu)建科學(xué)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)新格局。

本文僅基于時間、空間視角對廣東省耕地生態(tài)承壓能力的時序演變和空間分布規(guī)律進(jìn)行探討，對于廣東省耕地生態(tài)承壓能力的時空格局演變成因及其驅(qū)動力尚未深入剖析，以及如何處理“區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長”與“堅守耕地紅線”二者的關(guān)系、耕地資源開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系、以及耕地占補(bǔ)平衡和區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展間的關(guān)系等仍是今后需進(jìn)一步深化研究的方向。