, 李鹤1, 刘世薇11. 中国科学院东北地理与农业生态研究所, 长春 130102;
2. 中国科学院大学, 北京 100049
2017年08月31日 收稿; 2017年11月06日 收修改稿
基金项目: 中国科学院重点部署项目（ZDBS-SSW-SQC）、中国科学院科技战略咨询研究院重大咨询项目（Y02015005）、国家自然科学基金青年基金（41601124）和中国科学院东北地理与农业生态研究所"一三五"规划与特色所服务项目（Y6H2091001，IGA-135-04）资助
通信作者: 张平宇, E-mail: zhangpy@iga.ac.cn
摘要: 脆弱性理论与方法已成为研究复杂社会生态系统可持续发展的有力工具。通过构建脆弱性评价指标体系，研究振兴东北战略实施以来东北西部农牧交错带社会生态系统脆弱性时空演变特征。结果如下。1）东北西部农牧交错带社会生态系统脆弱性总体呈下降趋势，平均脆弱性得分由2005年的1.343下降到2015年的1.197；适应能力的提高是地区脆弱性降低的主要原因。2）脆弱性水平呈"西南高、东北低"、"北部稳定、中南部下降"的时空分异特征。3）低应对能力是地区脆弱性的主要特征，而各脆弱类型呈差异化分布态势。在当前东北地区粮食结构调整背景下，针对不同地区的脆弱性特征，实施差异化的应对策略是保证地区可持续发展的有效途径。
关键词: 脆弱性社会生态系统农牧交错带时空演变东北西部
Vulnerability of social-ecosystem in agro-pastoral ecotone in western Northeast China
WANG Linfeng1,2, ZHANG Pingyu1
, LI He1, LIU Shiwei1 1. Northeast Institute of Geography and Agroecology, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130102, China;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: The vulnerability study has become a powerful tool for the comprehensive analysis of the social-ecosystem. This paper analyses the spatio-temporal characteristics of vulnerability of the social-ecosystem in the agro-pastoral ecotone in western Northeast China by constructing a vulnerability evaluation index system. The results are given as follows. 1) The vulnerability level in the agro-pastoral ecotone in western Northeast China totally demonstrated a downward trend from 2005 to 2015, and it evolved from 1.343 in 2005 to 1.197 in 2015. 2) The vulnerability in the southwest of the study area is at high level while in the northeast it is relatively low. Additionally, it stays stable in the north while declines in the south and in the central region. 3) The low response ability is the main characteristic in the agro-pastoral ecotone and the various vulnerable types demonstrate differential distributions. Under the background of the current grain structure adjustment in Northeast China, it is an effective way to ensure the sustainable development of the region to implement different strategies according to the different characteristics.
Key words: vulnerabilitysocial-ecosystemagro-pastoral ecotonespatio-temporal characteristicthe western Northeast China
脆弱性理论与方法已成为研究复杂社会生态系统可持续发展的有力工具[1-2]。多数****认为脆弱性是针对特殊扰动条件下系统表现出的固有属性[3-4]，系统并不是针对任何一种扰动都是脆弱的，面对不同扰动会表现出不同的脆弱性。不同领域专家从自然灾害[5]、气候变化[6]、贫困[7]、资源枯竭[8]、农产品价格波动[9]、制度变迁[10]、经济危机[11]、快速城市化[12]等扰动因子出发，丰富了脆弱性的相关研究。然而近年来，人们逐渐认识到单一扰动因子并不能反映地区脆弱性的本质，系统通常暴露于跨尺度多重扰动中[13]，较为典型的有：O’Brien等[14]在气候变化和全球化双重扰动背景下，对印度农业系统脆弱性进行分析；Belliveau等[15]分析气候变化和其他复杂风险条件下加拿大奥肯纳根小镇的葡萄酒产业脆弱性；Nazari等[16]则探讨在环境、社会、经济等多重扰动下小麦种植农户的脆弱性问题。国内****也进行了有益的尝试：杨新军等[17]以干旱和政策变动为主要扰动因子，分析中国西北农村脆弱性特征；赵雪雁等[18]分析在市场、教育和自然风险为主要扰动背景下石羊河下游农民的生计脆弱性。从扰动因子变化来看，脆弱性的研究范围从单纯针对自然系统逐渐演化为自然-社会复合生态系统；由以环境为中心到注重人在脆弱性形成以及降低过程中的作用，更加注重人的主动适应性[19]。
社会生态系统注重人文与自然要素内在连通性以及多重风险扰动的影响[20]。Cumming等[21]认为社会生态系统是自然环境与人类社会互相影响作用下的复合适应系统，具有不可预期、自组织、多稳态、阈值效应、历史依赖等多种特征；自然环境、经济、政治等任何一个单一要素的变化都会引起其他要素的连锁反应，且易受不确定性的干扰[22]；此外，面对社会生态系统内多个不同利益主体，如何协调不同利益主体的关系及如何将不同利益主体与自然环境变化相联系是社会生态系统脆弱性研究的另一个重要挑战[17]。从社会生态系统(SES)理论出发的脆弱性研究，集成风险、敏感性、适应性等多种研究视角和分析方法，为多扰动背景下人地关系研究提供了新的思维方式[23]。
东北西部农牧交错带是具有典型脆弱性特征的社会生态系统[24]，多为生态脆弱区、贫困区和多民族聚居区[25]，处于物质、能量、结构和功能的过渡区域，且易受农业政策的影响，其复杂性远高于单一生态系统类型，具有扰动多、敏感性高、应对能力弱等特点[26]，面临复杂的可持续问题。本文首先识别影响东北西部农牧交错带可持续发展的主要扰动因子，然后根据社会生态系统脆弱性内涵，构建评价指标体系，研究东北西部农牧交错带社会生态系统脆弱性时空演变特征，明晰脆弱性变化态势及其主导因子，以期为当前农业供给侧改革背景下农业可持续发展提供相应决策支持。
1 研究区概况及扰动因子识别东北西部农牧交错带位于117°33′~126°22′E，41°19′~49°47′N，包含7个地级市和42个旗县[27](图 1)。2015年粮食作物总产量3 948万t，肉类产量354万t，分别占东北地区的33.6%和54%。从黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古4省区主体功能区划中可以发现，本文研究范围除7个地级市市区以外，42个旗县全部属于限制开发区，在主体功能区中的定位均是农产品主产区或重点生态功能区，对地区甚至全国的粮食安全和生态保护起重要作用。
Fig. 1
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| 图 1 研究区地理位置 Fig. 1 Location of the study area 图 1 研究区地理位置 Fig. 1 Location of the study area --> | |
东北西部农牧交错带在气候条件上是暖温带湿润气候向温带干旱气候的过渡带，年降水量极不稳定，仅为433 mm，且年际变化大，年内降水量极不均匀，主要集中在夏季，因此导致该地区更容易受到干旱等自然灾害的影响[28]；不同农牧交错带内部降雨量空间差异性也较为明显，新巴尔虎左旗年降雨量最小，为287 mm，而阜新市年降雨量则为685.5 mm，为最小值的2.4倍；多数****从实证分析的角度，定量化阐述干旱等自然灾害对农户的影响[29]。农牧交错带是典型的生态脆弱区，土地资源丰富，但草原退化、土地沙漠化、土地盐碱化等生态问题严重。数据研究表明，东北西部土地沙漠化面积为10.25万km2，占土地面积的24.35%[30]，其中科尔沁沙地为中国最大的沙地，约占5万km2；松嫩平原是世界上3大苏打盐碱土分布区之一，盐碱化面积约为3.7万km2 [31]，脆弱的生态环境严重制约当地农业的可持续发展。
作为全国重要商品粮基地，为防止谷贱伤农并解决农户卖粮难等问题，2008年，国家在东北地区实施粮食临时收储政策[32]，在临时收储政策的影响下，玉米种植面积在东北西部农牧交错带等玉米种植非优势区迅速扩张，2015年达到520万hm2，为2003年玉米种植面积的2.2倍。临时收储政策虽然一定程度上解决了农户卖粮难问题，但导致“政策性玉米库存销售不畅使得陈化风险和政府财政负担加剧”、“不公平的市场竞争使得行业陷入低迷”等一系列问题。2016年开始，国家逐步在东北地区取消“玉米临储政策”，改为“市场化收购”加“补贴”的新机制，玉米价格的下降必然对农户的可持续生计产生较大影响[33]。综上，干旱、土地荒漠化、政策变动等3个主要扰动因子均对农户产生较大影响。
2 社会生态系统脆弱性评估模型2.1 社会生态系统脆弱性内涵在全球气候变化领域，部分****认为脆弱性是指社会生态系统暴露于风险环境或受内外扰动的敏感程度，并因缺乏适应能力从而使系统的结构和功能造成损害的一种状态，暴露、敏感性和适应能力是系统脆弱性3大核心构成要素[34]。而Gallopín[35]等相关****则认为不应该将暴露作为脆弱性的构成要素，脆弱性是由系统面对外界扰动的敏感性和反应能力构成，是系统的属性。综合以上****对脆弱性的理解，本文认为农牧交错带社会生态系统的脆弱性是指面临干旱、土地荒漠化、政策变动等多重扰动情况下社会生态系统的敏感程度以及缺乏应对能力从而使系统的结构和功能容易改变的一种属性；系统在扰动作用下的敏感程度越高，应对扰动影响的能力越差，系统的脆弱性就越高[36]，可采用下列脆弱性综合评估模型进行计算：
Vi=Si/Ri，
式中：Vi为地区脆弱性分值; Si为地区敏感性得分；Ri为地区应对能力得分。
社会生态系统脆弱性分析更加强调脆弱性组成要素之间耦合作用对系统脆弱性的影响。具体到东北西部农牧交错带社会生态系统：由于复杂的人地关系，该地区种植业和畜牧业之间的波动变化较为频繁，特别是2008年在国家施行“玉米粮食临储政策”背景下，东北西部农牧交错带玉米种植面积迅速扩张，对草原生态和牧业发展产生较大影响，在种植业与畜牧业波动变化过程中，干旱、土地荒漠化等脆弱的自然环境强化了半湿润半干旱气候条件下社会生态系统的高敏感性；而由于社会发展条件落后，滥垦、过度放牧等粗放型资源利用方式时有发生，不利的社会因素加快了土地荒漠化的进程。受资源和环境的限制，地区经济发展能力较弱，并没有充足的经济资本应对内外在扰动的冲击，最终导致农牧交错带社会生态系统的高脆弱水平。
2.2 社会生态系统脆弱性指标体系构建根据上述东北西部农牧交错带社会生态系统脆弱性的内涵及组成要素之间的耦合关系，并在借鉴前人研究的基础上[16, 20, 22]，本文从生态、资源、社会、经济等4个维度共18项指标构建脆弱性评价指标体系(见表 1)。
Table 1
 表 1 脆弱性评价指标体系Table 1 Index system for vulnerability evaluation
| 表 1 脆弱性评价指标体系Table 1 Index system for vulnerability evaluation | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1) 敏感性指标：敏感性表示区域社会生态系统在遭受不利事件过程中可能转变为灾害事件的概率大小。就农牧交错带而言，该地区年降水量较少，干旱是影响地区农作物生长的关键因子；耕地也更容易受到风蚀、水蚀等侵害，造成地区出现土地荒漠化、耕地质量退化等问题；而该地区3年平均单位耕地化肥使用量为315 kg/hm2，远大于世界公认警戒上限225 kg/hm2，由于化肥的不合理使用造成耕地质量退化和环境问题[37]，因此，利用年均降水量、土地荒漠化面积、单位耕地面积化肥使用量等3个指标衡量生态敏感性大小。地区第一产业多样化和种植业内部多样化水平决定该地区在应对单一作物政策和价格等扰动过程中敏感性的大小；粮食产量和肉类产量的波动情况可直接反映地区农业系统产出的敏感性；农业人口越多、第三产业比重越小，地区就越容易受到外在的扰动。
2) 应对能力指标：应对能力代表系统面对风险胁迫的内在自调节适应能力和外界干预下的恢复潜力。人均资源拥有量越大，地区就越有潜力进行规模化经营，从而能更好地应对外在风险；地区的农业现代化水平则决定在应对气候灾害条件下，是否能将损失降到最低；农户人均纯收入、农林牧渔业服务业产值比重和财政自给率等经济指标则直接决定地区是否有足够的经济实力来应对外界的冲击。
2.3 数据来源及数据处理为充分反映东北振兴战略实施以来及当前东北西部粮食供给侧改革背景下，玉米粮食临储政策前后东北西部农业发展问题，并考虑到土地利用数据获取难度，本文选择2005、2010、2015年3个时间节点分析东北西部农牧交错带脆弱性特征。其中年累积降水量数据来源于国家科技基础条件平台-国家地球系统科学数据共享平台-东北黑土科学数据中心(http://northeast.geodata.cn)；未利用地面积来源于中国科学院资源环境科学数据中心(http://www.resdc.cn)中的中国土地利用现状遥感监测数据，其中包含未利用土地中的沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地、裸岩石质地等6种类型。其他社会经济统计数据来源于相应省份统计年鉴及地级市统计年鉴。
利用熵值法确定相应指标的权重，详细步骤见参考文献[12]。
根据各项指标标准值与对应权重的乘积确定各准则层指标得分，最终依据脆弱性综合评估模型得到东北西部农牧交错带脆弱性指数。为保证脆弱性等级划分标准的客观性及不同年份之间数据的可比性，本文首先用自然间断点法划分出2005年脆弱性等级分级标准(表 2)，然后基于此标准对2010和2015年脆弱性指数进行评价。
Table 2
表 2 脆弱等级划分Table 2 Grading criteria for the assessment of vulnerability
| 表 2 脆弱等级划分Table 2 Grading criteria for the assessment of vulnerability |
3 结果分析3.1 农牧交错带脆弱性时空演变特征3.1.1 脆弱性水平整体趋于下降，应对能力的提升是脆弱性降低的关键因子根据熵值法确定相应指标权重(表 1)，依据脆弱性综合评估模型，得到东北西部农牧交错带脆弱性分值。时间维度上，东北西部农牧交错带社会生态系统脆弱性水平呈下降态势，平均脆弱性得分由2005年的1.343下降到2010年的1.205，最终降低到2015年的1.197，其中2005—2010年下降幅度高达10.3%，表明研究区域社会生态系统有一定优化趋势；其脆弱性等级无显著变化，均为中等脆弱等级。从各脆弱等级所占面积比重(表 3)发现，低脆弱等级比重呈显著下降趋势，面积比重由2005年的5.41%下降到2015年的0.49%，下降比例高达91%；高脆弱等级比重下降趋势也较为明显，面积由2005年的75 075万km2下降到2015年的26 695 km2，面积比重下降64%；而中等脆弱等级比重则呈显著上升趋势，10年间共上升30%，显示出当前研究区域在粮食供给侧改革背景下，可持续发展形势依然较为严峻。
Table 3
表 3 各脆弱等级面积及其比重Table 3 Areas and proportions of different vulnerability grades
| 表 3 各脆弱等级面积及其比重Table 3 Areas and proportions of different vulnerability grades | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
从脆弱性因子构成看，敏感性因子得分从2005年的0.112增长到2015年的0.124，仅增长5.2%，而应对能力得分则在10年内提高8.5%，且2005—2010年，其增长率高达16%；进一步看，应对能力因子中资源、社会、经济3项指标的平均增长率分别为-11.1%、27.3%和37.1%，表明社会应对能力和经济应对能力的提升是东北西部农牧交错带脆弱性降低的主要原因：一方面，粮食生产过程中，大量农业机械设施和水利设施的投入，极大地提高了农户应对外界扰动的能力，单位耕地面积农业机械总动力由2005年的3.23 kW/hm2提高到2015年的4.79 kW/hm2；另一方面，自东北振兴以来，国家在东北地区实施了一系列生态环境保护治理和促进现代农业发展的相关政策，土地沙漠化和土地盐碱化得到有效治理，农业水利设施建设和农牧生产补贴政策使农牧民经济收入得到较大提高，农民人均纯收入在10年间增长3.6倍。
3.1.2 脆弱性水平呈“西南高、东北低”、“北部稳定、中南部下降”时空分异特征东北西部农牧交错带脆弱性时空分布如图 2所示。从脆弱性空间分布来看，东北西部农牧交错带脆弱性呈“西南高、东北低”的空间分异特征：北部黑龙江省部分县市和呼伦贝尔市整体脆弱等级较低，多为中等以下脆弱等级；以内蒙古赤峰市、通辽市和兴安盟为主的西南部区域脆弱性等级较高，除地级市辖区以外，多为中等以上脆弱等级。
Fig. 2
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| 图 2 脆弱性时空演变 Fig. 2 Temporal and spatial evolution of vulnerability 图 2 脆弱性时空演变 Fig. 2 Temporal and spatial evolution of vulnerability --> | |
在时间维度上，研究区域脆弱性水平总体呈“北部稳定、中南部下降”空间分异特征。2005—2010年，23.4%的旗县脆弱性水平呈下降趋势，主要集中分布在东南部辽宁省昌图县、彰武县、阜新县、建平县等4县，由中等脆弱等级向较低脆弱等级演变，主要是因为该区域紧靠哈大经济带，区位优势明显，作为东北地区重要战略支撑带，是东北振兴的核心区域，政策的溢出效应进一步带动了该区域的经济发展，应对能力得分从2005年的0.053增长到2010年的0.072，增长36%。而对比2010—2015年，中南部脆弱性等级下降趋势更为明显：大安市、科左后旗、奈曼旗由高脆弱等级向较高脆弱等级演变；科右中旗、克什克腾旗则由较高脆弱等级向中等脆弱等级演变。进一步结合两个时间段的分析，脆弱等级无显著变化的区域主要集中在农牧交错带北部黑龙江部分县市和呼伦贝尔市；丰富的资源优势是该地区脆弱性较低的主要原因，该地区人均耕地面积为1.3 hm2，人均大牲畜头数为2.1头，约为研究区域平均值的2倍，而粮食产量平均增长率和肉类产量平均增长率等指标也均显著高于地区平均水平。
3.2 东北西部农牧交错带脆弱类型分析3.2.1 低应对能力是地区脆弱性的主要特征为辨明影响不同地区脆弱性的主导因子，根据敏感性和应对能力的不同组合关系，将2005、2010、2015年数据进行平均得到东北西部农牧交错带平均脆弱水平，利用Z-score标准化方法对敏感性和应对能力进行标准化处理[8]，处理结果用气泡图表示(图 3：气泡面积越大，表明该地区脆弱性越高)。分布在第1象限的为“高敏感-高应对”类型，第2象限为“低敏感-高应对”类型，第3象限为“低敏感-低应对”类型，第4象限为“高敏感-低应对”类型。
Fig. 3
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| 图 3 脆弱类型划分 Fig. 3 Classification of vulnerability 图 3 脆弱类型划分 Fig. 3 Classification of vulnerability --> | |
从图中可以明显看出，“高敏感-低应对”和“低敏感-低应对”是东北西部农牧交错带主要脆弱类型，两种类型所占比重相当，共占研究区域的69.4%，表明低应对能力是农牧交错带脆弱性的主要特征；“高敏感-高应对”和“低敏感-高应对”类型占比次之，分别占16.3%和14.3%。
3.2.2 脆弱类型呈差异化的空间分异特征为清楚反映不同脆弱类型的空间分异情况，将脆弱类型和脆弱等级的不同组合关系进行空间表达(图 4)，并按照脆弱等级划分标准将地区脆弱性分为高脆弱、较高脆弱、中等脆弱、较低脆弱和低脆弱5个等级进行分析。
Fig. 4
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| 图 4 脆弱类型空间分布 Fig. 4 Distributions of the vulnerability types 图 4 脆弱类型空间分布 Fig. 4 Distributions of the vulnerability types --> | |
以高敏感因子主导的脆弱类型集中分布在东北西部农牧交错带西部地区，包含“高敏感-高应对”和“高敏感-低应对”两种脆弱类型，脆弱等级较高。一方面，该地区生态环境恶劣，土地沙化严重的科尔沁沙地和土地盐碱化严重的松嫩平原均位于该区域，平均每个旗县土地荒漠化面积为1 245 km2，远高于研究区域平均水平771 km2；另一方面，该区域相比农牧交错带其他区域，更靠近400 mm的等降雨量线，年均降水量仅为393 mm，在极端气候灾害背景下，更容易受到干旱扰动；第三，该地区粮食产量平均增长率为21.2%，而肉类产量年均增长率仅为7.9%，且农牧产业比例关系高达1.6，表明该地区种植业和畜牧业处于不协调发展状态。
以高应对能力为主导的脆弱类型与地区经济空间格局基本吻合，为“低敏感-高应对”脆弱类型，均为较低脆弱水平。主要分布在地级市市辖区、杜蒙和前郭2个蒙古族自治县。究其原因，地级市多为区域性中心城市，区位优势明显，农户更有机会进行多样化种植和从事非农产业发展；市辖区经济实力较强，农户人均纯收入高达10 261元，为研究区域的1.5倍，财政自给率也高出地区平均值的67.9%，强大的资金支持更能对地区农业发展提供保障。其次，杜蒙县和前郭县均为较低脆弱等级，从具体指标看，粮食作物比例指标为1.3，农牧产业比例指标为0.7，分别低于农牧交错带平均值的32%和45%，表明该地区农业种植结构并未出现较为明显的偏差，农牧产业之间也较为均衡，因此其敏感性等级较低。
“低敏感-低应对”类型的脆弱等级并不明显，既有高脆弱等级，也有较低脆弱等级。以低应对能力为主导的高脆弱水平城市分布范围较广，主要分布在彰武县、科尔沁右翼前旗、林西县等区域，该地区虽然土地荒漠化现象并不严重，但其资源应对能力较差是导致其高脆弱等级的主要原因；而以低敏感性为主导的较低脆弱等级则集中分布在黑龙江省和辽宁省部分县市。
4 结论与讨论在当前东北地区粮食结构调整背景下，本文应用社会生态耦合系统的相关理论，对东北西部农牧交错带脆弱性特征进行分析，得出以下主要结论：1)东北西部农牧交错带社会生态系统脆弱性总体呈下降趋势，平均脆弱性得分由2005年的1.343下降到2015年的1.197；适应能力的提高是地区脆弱性降低的主要原因。2)脆弱性水平呈“西南高、东北低”、“北部稳定、中南部下降”时空分异特征。3)低应对能力是地区脆弱性的主要特征，而各脆弱类型呈差异化分布态势。
在2008年实施“玉米粮食临储政策”的刺激下，东北西部玉米种植面积迅速在非优势区扩张，种植业的扩大进一步压缩畜牧业发展空间，造成草场超载、草原退化等生态敏感性问题，导致农牧业结构出现偏差。2015年农业部下发的《关于“镰刀湾”地区玉米结构调整的指导意见》把包括东北西部农牧交错带在内的玉米种植非优势区列为主要玉米种植面积调减地区，涉及面积超过1.33×105 km2。在玉米结构调整的背景下，根据不同脆弱类型进行分类指导，因地制宜实施差异化的应对策略是实现地区可持续发展的重要举措。对生态敏感性较高的地区，在有效防治荒漠化的同时，采取生态补偿的方式增大农牧民收入来源，加大农田水利设施建设是降低脆弱性的主要方式；而对自然环境相对较好，畜牧业发展有一定基础的地区，结合畜牧业发展需求，重点发展青贮玉米等饲料作物保障畜牧业的发展是降低地区脆弱性的有效途径。
本文以不同扰动为背景，对东北西部农牧交错带社会生态系统脆弱性时空演变特征进行分析，在一定程度上揭示影响地区脆弱性时空差异的主要因子，然而如何定量区分出不同扰动因子对农业社会生态系统脆弱性的作用机制仍有待深入研究。由于数据可获得性等原因，未能包含微观层面农户应对外在扰动等具体指标，一定程度上影响到对策针对性的探讨。
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