北方农牧交错区人地系统演化特征与影响机理——以内蒙古达茂旗为例

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本站小编 Free考研考试/2021-12-29

李文龙^,¹^,², 匡文慧², 吕君¹, 赵中华^,³

1.内蒙古财经大学内蒙古经济数据分析与挖掘重点实验室,呼和浩特 010070

2.中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与模拟重点实验室,北京 100101

3.上海师范大学旅游学院,上海 200234

Adaptive evolution mechanism of rural human-land system in farming-and-pastoral areas of northern China

LI Wenlong^,¹^,², KUANG Wenhui², LYU Jun¹, ZHAO Zhonghua^,³

1. School of Resources and Environmental Economics, Inner Mongolia University of Finance and Economics, Inner Mongolia Key Laboratory of Economic Data Analysis and Mining, Hohhot 010070, China

2. Key Laboratory of Land Surface Pattern and Simulation, Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China

3. Tourism School, Shanghai Normal University, Shanghai 200234, China

通讯作者: 赵中华(1981-), 男, 山东潍坊人, 博士, 讲师, 主要从事区域旅游经济学与人地系统可持续发展研究。E-mail: ecnuzhao@163.com

收稿日期:2020-02-15修回日期:2020-12-22网络出版日期:2021-02-25

基金资助:

国家社会科学基金项目.18AZD021
国家社会科学基金项目.17CGL024
教育部重大攻关项目.19JZD014

Received:2020-02-15Revised:2020-12-22Online:2021-02-25

Fund supported:

National Social Science Foundation of China.18AZD021
National Social Science Foundation of China.17CGL024
Major Project of the Ministry of Education of China.19JZD014

作者简介 About authors
李文龙(1986-), 男, 内蒙古赤峰人, 博士, 副教授, 主要从事农牧交错区社会—生态系统可持续发展研究。E-mail: nmgliwenlong@126.com

摘要
社会—生态系统适应性循环理论为理解人地系统结构与功能演变提供了新思路与分析框架。本文采用风险—适应能力指数评估乡村人地系统适应性,构建气候变化与政策实施双重驱动的农牧复合型乡村人地系统适应性评价体系,对1952—2017年达茂旗建旗以来乡村人地系统适应性循环演化的阶段、特征、主控因子及影响机理进行研究。结果显示：① 乡村人地系统经历了重组—快速发展阶段（1952—2002年）,人口数量增长260%,耕地面积增长13%,牲畜数量增长134%,草场面积退化增加了16.33%;快速发展—稳定守恒阶段（2003—2010年）,人口数量增长2.8%,耕地面积减少2.3%,牲畜数量减少13.6%,草场退化面积减少10.7%;稳定守恒—释放阶段（2011—2017年）,人口数量减少2.6%,耕地数量减少0.2%,牲畜数量减少10.6%,草场退化面积减少3.8%。② 乡村人地系统适应性指数时间上呈现出缓慢上升（-0.016~0.031）、缓慢下降（0.031~0.003）、快速上升（0.003~0.088）的变化过程,空间上呈现“中部高度适应、北部中度适应、南部低度适应”格局。③ 1990—2000年系统适应性演化主控因子是人均有效灌溉面积（22.31%）、人均牲畜头数（23.47%）,2005年是土地沙化程度（25.06%）、土地利用强度（21.27%）,2010—2017年是农牧民人均收入（20.08%）、人均牲畜数量（18.52%）。④ 在气候暖干化与政策实施驱动下,农牧户与乡村社区两个尺度主体相互联系构成了乡村人地系统适应性循环演化层级结构,尺度间的关联作用影响着不同尺度主体适应行为,从而影响系统适应性循环演化趋势,使系统结构与功能呈现“协调—不协调”的循环往复波动发展态势。同时,小尺度的农牧户生计适应行也深刻影响着乡村人地系统未来的演化方向。
关键词： 乡村人地系统;适应性循环;影响机理;北方农牧交错区

Abstract

The theory on the cyclic adaptaion between society and ecosystem sheds new light on the evolution and internal structure of human-land system. This paper introduces the risk index (RI) and adaptation capacity index (ACI) to evaluate the rural human-land system, and sets up an evaluation index system for the adaptability of rural human-land system, under the effects of climate change and policy implementation. On this basis, the stages, features, control factors, and evolution mechanism were examined for the adaptability of rural human-land system in Darhan Mumingan United Banner from 1952 to 2017. The main results are as follows: (1) The evolution of the rural human-land system can be divided into three stages, namely, the reorganization and rapid development stage from 1952 to 2002 (population: +260%; cultivated land area: +13%; livestock: +134%; degradated grassland area: +16.33%), the rapid to stable development stage from 2003 to 2010 (population: +2.8%; cultivated land area: -2.3%; livestock: -13.6%; degradated grassland area: -10.7%), and the stable to release stage from 2011 to 2017 (population: -2.6%; cultivated land area: -0.2%; livestock: -10.6%; degradated grassland area: -3.8%). (2) With the elapse of time, the ACI of the rural human-land system went through a slow rise (-0.016-0.031), a slow decline (0.031-0.003), and a rapid rise (0.003-0.088). In terms of space, the adaptability is high in the middle, moderate in the north, and low in the south. (3) The adaptability evolution of the rural human-land system was mainly controlled by the per-capita effective irrigation area (22.31%) and the per-capita number of livestocks (23.47%) from 1990 to 2000, the desertification area of land (25.06%) and the land use intensity (21.27%) from 2000 to 2005, and the per-capita income of farmers and herdsmen (20.08%) and the per-capita number of livestocks (18.52%) from 2010 to 2007. (4) Under the effects of climate change and policy implementation, the cyclic adaptaion of the rural human-land system was propelled by the interactions between two kinds of subjects: farmers and herdsmen, and rural communities. The interaction affects the adaptive behavior of the two kinds of subjects, which in turn drives the cyclic evolution of the system. As a result, the system structure and functions developed alternatively between coordinated and uncoordinated states. Small-scale adaptive behaviors of farmers and herdsmen have a profound impact on the evolution of rural human-land system.

Keywords：rural human-land system;adaptability;evolutionary mechanism;agricultural-and-pastoral areas

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本文引用格式
李文龙, 匡文慧, 吕君, 赵中华. 北方农牧交错区人地系统演化特征与影响机理——以内蒙古达茂旗为例. 地理学报[J], 2021, 76(2): 487-502 doi:10.11821/dlxb202102017
LI Wenlong, KUANG Wenhui, LYU Jun, ZHAO Zhonghua. Adaptive evolution mechanism of rural human-land system in farming-and-pastoral areas of northern China. Acta Geographica Sinica[J], 2021, 76(2): 487-502 doi:10.11821/dlxb202102017

1 引言

人地关系地域系统是综合研究地理格局形成与演变规律的理论基础^[1],是地理学展开综合性、系统性和差异性研究的重要研究范式^[2]。人地关系地域系统作为一个开放、动态、整体的系统,其在演化过程中,涉及要素众多,急需寻求新的视角与方法,对其展开综合研究^[3]。社会—生态系统（Socio-Ecological Systems, SESs）概念、内涵及相关理论,为人地系统“综合”研究提供了新的思路和可供借鉴的理论框架^[4,5]。该理论认为人类与自然界如同一枚硬币的两面,是相互依存的耦合关系,二者既是动态变化的,又复杂地紧密相连,组成社会—生态系统^[6,7,8],其中一个重要特征是研究取向逐步从以效应为主转向以适应性为主^[9,10],并关注系统的跨尺度和多要素综合特征。这与中国地理学家吴传钧先生提出的人地关系地域系统复杂性不谋而合,对深刻理解人地系统中人—地交互作用具有重要借鉴价值,目前已成为可持续性研究的前沿领域之一^[11]。

Holling的适应性循环理论（Adaptive Cycle）是理解社会—生态系统内部结构演变、系统对外部干扰的响应能力以及系统如何随着所处不同时段发生演变的重要理论^{[12,13,14,15,16]}。适应性循环发展包括：重组（ɑ）、快速增长（r）、稳定守恒（k）、释放（Ω）4个阶段（图1）。重组阶段指系统经过释放阶段,系统结构与功能重组,系统发展呈现多种可能性;快速增长阶段指系统经过重组阶段,系统中要素快速变化,使系统呈现出快速增长特征;稳定守恒阶段指系统经过快速增长阶段,转向稳定守恒阶段,在这个阶段系统内部各要素间的联系更加紧密,系统发展速率降低,结构由单一逐渐变为复杂,功能逐渐增强,同时,系统对结构与功能的依赖性不断增强,但系统“弹性”减弱,系统容易受到外部扰动而发生态势转变;释放阶段指当外部干扰与系统内部矛盾共同作用超越系统“弹性”时,系统间结构作用断裂,功能衰减、丧失,导致社会、生态、经济等资本溢出^[17]。但适应性循环不是一个绝对的、固定的周期,其演化存在很多变异特征,系统经历快速生长阶段之后一般会进入稳定守恒阶段,但是它也可能进入释放阶段。虽然系统一般是从稳定守恒阶段进入释放阶段,但是它也可能受干扰退回到重组阶段^[18],管理者们可利用以上现象调控系统演化局势,引导系统演化发展方向,防止系统在稳定守恒后期发生崩溃,使其可持续发展^[19]。

图1

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图1系统适应性循环

Fig. 1The cyclic adaptation of the system

典型地区人地系统的研究对于揭示人地关系演化过程、特征及机制具有重要意义,成为人地关系研究的重要范式^[1]。近年来,随着中国城镇化进程的加快,集干旱灾害频发、贫困集聚、多民族聚集、生态脆弱于一体的北方农牧交错区乡村人地关系变化更加剧烈、深刻和影响深远,乡村人地系统的生活、生产、生态和文化功能“发展”衰退问题凸显,已成为中国乡村人地系统深刻变化的典型区、代表区和解决方案突破区^[20,21,22]。由于深受地理环境复杂性与地域文化多样性影响,乡村农业和畜牧业生产方式并存,传统与现代土地利用观念交织,乡村人地系统演化过程中多时空尺度、多稳态等特征显著,成为社会—生态系统适应性循环理论研究的前沿区^{[23,24,25,26]}。以往****对于北方农牧交错区研究多偏向宏观尺度的单要素研究^[27],研究结论所反映的农牧交错区乡村人地系统状态具有很大的局限性,研究成果对现实问题解释力不足^[28]。

本文将社会—生态系统（SESs）适应性循环理论应用到北方农牧交错区乡村人地系统演化研究中,基于综合视角建立在气候变化与政策实施双重驱动下的农牧复合型乡村人地系统适应性评价指标体系,分析达茂旗建旗以来乡村人地系统适应性循环演化阶段与特征,刻画系统适应性时空格局演变过程,识别演化主导因子,揭示乡村人地系统适应性循环演化影响机理,以期为促进农牧交错区乡村可持续发展的科学决策提供理论依据。

2 研究区概况与研究方法

2.1 研究区概况

达尔罕茂明安联合旗（简称达茂旗）位于中国北方农牧交错区中段（41°20′N~42°40′N,109°16′E~111°25′E）,隶属内蒙古自治区包头市,东与四子王旗相接,西与乌拉特中旗毗邻,南与固阳县、武川县相邻,北与蒙古国接壤,国境线长88.6 km^[29]。达茂旗1952—2005年设17乡镇、苏木,82个行政村;2006—2010年乡镇、苏木合并为7个镇1个苏木,85个行政村;2011乡镇、苏木又拆分为7个镇2个乡3个苏木、107行政村,并延续至今。根据研究需要,本文以2006—2010年行政区划为标准,将1952—2005年与2011—2017年数据按2006—2010年行政区划进行整合,以保证研究数据的连续性与科学性,截至2017年末全旗户籍人口111586人,较2016年减少260人。多年来达茂旗乡村在气候变化与政策实施驱动下形成了“南农、北牧、中间农牧交错”的乡村空间格局,农牧户为适应环境变化形成了农户、牧户、农牧兼型、务工主导型、旅游参与型等多种生计类型。百灵庙镇是旗政府所在地,是达茂旗政治、经济、文化中心,属于半农半牧综合型乡村;希拉穆仁镇是草原旅游乡村,具有“全民参与旅游”乡镇之称,2017年旅游业收入占农牧户人均纯收入的大约70%;乌克忽洞镇与石宝镇是农业乡村,农业人口占达茂旗总人口的65%;达尔罕苏木、明安镇、巴音花镇、满都拉镇是畜牧业乡村,牧户人口占达茂旗总人口的93.6%^[30]（图2）。

图2

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图2研究区概况

Fig.2Administrative divisions of Darhan Mumingan United Banner, Inner Mongolia, China

2.2 数据来源

研究数据主要包括自然基础数据与社会经济发展数据。其中,自然基础数据主要包括1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2017年土地利用/覆盖数据,归一化植被指数（NDVI）、气象数据。其中,土地利用/覆盖数据源于中国科学院“全国土地利用数据库”,数据综合精度达91.2%;NDVI数据从NASA（https://ecocast.arc.nasa.gov）获取1980—2018年GIMMS-NDVI数据集,采用通用“像元二分模型”获取年、月植被覆盖度数据集;气象数据主要源于中国气象科学数据共享服务网（http://cdc.cma.gov.cn）,数据经过质量检查和控制处理,消除奇异值等非气候因素造成的影响,并对缺失数据采用临近站点数值进行插补,将整理后的数据通过ANUSPLIN软件插值,获取1990—2017年各乡镇、苏木年平均气温与年降水数据。社会经济发展、农牧户访谈数据主要来源于达茂旗农牧业局、水文局、政府办、各乡镇政府社会经济统计站与农牧户家庭状况访谈、问卷调查,主要包括：达茂旗旗志1993版和2005版,1990—2018年达茂旗统计年鉴、统计公报,各乡镇、苏木政府工作报告、《农牧业统计年报》《农牧业发展规划》等。

2.3 研究内容与方法

实证分析按照从现象到影响因素、机制的主线进行^[31,32,33]。先通过分析乡村人地系统关键要素变化特征来认识系统适应性循环演化阶段,刻画乡村人地系统适应性演化状态与路径。适应性指数作为系统适应性的定量表征是认识系统适应性循环演化的重要途径,识别系统适应性指数的关键影响因素是适应性由理论研究走向实践应用的关键^[34,35]。本文通过分析1952—2017年达茂旗乡村人地系统重要表征要素的变化特征与过程,划分其适应性循环演化阶段;然后构建乡村人地系统适应性指数指标体系,以数理统计方法识别系统适应性演化的关键影响因素;最后结合系统适应性循环演化影响因素识别结果和田野调查资料揭示系统适应性循环演化的影响机理。

2.3.1 乡村人地系统适应性循环演化内涵社会—生态系统适应性演化是人类为了适应自然环境变化而不断演进的过程,其强调“人”适应“变化”的策略与措施,注重系统内部要素自组织能力（适应能力）和系统外部环境扰动（风险）的综合影响机制研究^[36],其中,“人”的适应行为既包含政府管理部门的调控措施,也包括农户生计行为的响应^[37]。适应性循环是社会—生态系统适应性演化过程中呈现出重组、快速增长、稳定守恒、释放等阶段性规律特征,用以表征社会—生态系统发展趋势,人类可以通过调节系统适应性来影响适应性循环演化过程,使系统向着可持续发展方向演化^[38]。北方农牧交错区乡村人地系统是农牧业复合的社会—生态系统（SESs）,受其自身系统组成要素复杂性影响,系统适应性循环演化过程复杂,多样性特征凸显^[22]。在气候变化与政策实施双重驱动下,系统结构与功能不断发生演变,以适应外部环境变化,系统演变同时影响着系统内外部环境,成为系统演化的内部驱动力。系统在内外驱动力的作用下,促成了其适应性循环演化过程,其中,乡村社区发展方式调整与农牧户适应行为作为系统内部动力的重要组成部分,对于系统适应性循环演化趋势具有重要调节作用,这为管理者实现乡村人地系统可持续发展提供了途径。

2.3.2 乡村人地系统演化阶段状态与路径系统演进驱动力、结构与功能协调性是乡村人地系统适应性循环演化重要的阶段特征,分别反映了人地作用强度与系统演化过程中稳定状态与协调发展能力,是描述系统适应性演化过程、总结系统演化特征的重要变量^[39,40]。人地系统演进驱动力主要包括外部推动力、内部扰动力与内外交流而引起的拉动力,其驱动力的大小取决于人地关系作用强度^[3]。北方农牧交错区乡村土地资源的开发利用方式主要是放牧与耕种,因此乡村人地作用强度主要取决于放牧强度与耕作强度;乡村人地系统结构与功能协调性主要表现为社会、经济发展能力与生态环境恢复能力的协调程度。本文以1952年达茂旗建制以来乡村人均牲畜数量与人均耕地数量表征乡村人地系统演进驱动力,以人口数量、人均产值、植被覆盖度表征系统社会功能、经济功能、生态功能,乡村人口数量越多、产值越高、植被覆盖度越大,即系统结构与功能越协调。

2.3.3 乡村人地系统适应性演化主导因素识别

（1）适应性模型建立。人地系统适应性取决于系统外部风险干扰的程度与应对风险的适应能力^[24]。根据适应性分析概念框架,借鉴Vishnu等^[14]运用的适应能力量化方法以及Luers等^[18]、Metzger等^[36]提出的适应性函数模型,通过构建适应能力指数（ACI）与风险指数（RI）函数关系来评估乡村人地系统适应性（AD）,具体函数模型如下：

（1）

AD = ACI - RI

式中：AD代表系统适应性指数;ACI代表系统适应能力指数;RI代表风险干扰指数。ACI、RI分别通过加权求和法求取^[27]：

（2）

ACI = \overset{6}{\sum_{i = 1}} W_{ej} \times Y_{eij}, RI = \overset{4}{\sum_{i = 1}} W_{sj} \times Y_{sij}

式中：W_ej、W_sj分别为适应能力指标和风险干扰指标权重;Y_eij、Y_sij分别为适应能力指标和风险干扰指标的标准化值。

（2）适应性评价指标体系构建。基于乡村人地系统适应性内涵、构成维度的关联逻辑以及评价框架,从系统风险干扰和适应能力2个维度10个指标构建适应性评价指标体系（表1）,为保证评价指标体系的可靠性,运用SPSS 19.0软件信度系数法与Stata 15.0对评价指标体系的指标进行信度分析与多重共线性检验,结果显示信度系数为0.901,方差膨胀系数为8.7,表明构建的适应性评价指标体系信度较高,指标间不存在多重共线性问题。

Tab. 1
表1
表1乡村人地系统适应性评价指标体系
Tab. 1The evaluation index system for the adaptability of rural human-land system

目标层	准则层	指标因素	指标权重	指标性质	数据主要来源	指标含义
北方农牧交错区乡村人地系统适应性	风险干扰-	年降水量E₁	0.104	+	气象数据共享网	系统受气候变化扰动程度
		年平均温度E₂	0.067	-
		土地利用强度E₃	0.117	-	土地利用强度公式赋值计算	系统受政策扰动程度
		土地沙化指数E₄	0.089	-	沙漠化土地面积(亩)与总面积比值	系统内部胁迫压力
	适应能力 +	人均有效灌溉面积A₁	0.106	+	旗、镇统计年鉴	系统中农牧产业发展能力
		人均牲畜头数A₂	0.112	+	旗、镇统计年鉴
		人均农牧业机械总动力A₃	0.095	+	旗、镇统计年鉴
		农牧民人均收入A₄	0.118	+	旗、镇统计年鉴	系统中经济发展能力
		植被覆盖度A₅	0.085	+	旗、镇统计年鉴	系统中生态环境恢复能力
		生态服务价值A₆	0.107	+	生态服务价值公式赋值计算

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系统风险干扰是表征乡村人地系统受气候变化与政策实施影响的程度,包括系统外部风险与系统内部风险,其可通过对乡村人地系统受气候暖干化与政策实施共同胁迫时间序列的气候条件、土地利用强度、土地沙化程度等指标来测度与总结^[41]。本文选取年降水量、年平均气温、土地利用强度、土地沙化程度,表征系统受风险干扰程度,年降水量、年平均气温主要表征气候变化对人地系统发展的胁迫,土地利用强度主要表征政策实施对人地系统的干扰程度,土地沙漠化指数表征系统在外部扰动下内部结构与功能演化对外部干扰产生的内在胁迫程度。系统适应能力指的是乡村人地系统对气候变化和政策实施胁迫的适应和恢复能力。乡村人地系统在应对气候变化与政策实施扰动时,可通过改变社会、经济发展方式,调节系统的结构与功能,提高系统弹性,促进乡村人地系统可持续发展。在此过程中社会、经济系统适应能力的提高是乡村人地系统适应能力提升的原动力,对于系统整体适应能力的提升尤为重要^[42]。本文选取人均有效灌溉面积、人均牲畜头数、人均农牧业机械总动力表征乡村人地系统农牧业生产能力,植被覆盖度、生态服务价值表示生态子系统恢复能力,农牧民纯收入表示经济发展能力。（3）数据处理与确定权重。① 原始数据标准化。选用极差法对数据进行处理^[41]：指标性质为“+”的原始数据标准化公式：

（3）

C_{ij} = (b_{ij} - b (i, \min)) / (b (i, \max) - x (i, \min))

指标性质为“-”的原始数据标准化公式：

（4）

C_{ij} = (b (i, \max) - b_{ij}) / (b (i, \max) - b (i, \min))

式中：C_ij为指标原始数据去量纲后的数值;b_ij为指标原始数据值;

b (i, \max)

、

b (i, \min)

分别为该组原始数据中的最大值与最小值。② 权重的计算。模糊层次分析法（FAHP）是在层次分析法的基础上,运用模糊综合评价方法修正指标权重,将层次分析法的定量性和模糊综合评价法的包容性有机融合,考虑的因素更加全面,主观影响程度更低,更适合人地系统研究中权重的计算^[17]。计算步骤如下：第一步,构建量化指标体系。通过邮件与访谈形式,将拟采用的基本指标发送给25位从事相关领域的专家****,收回有效问卷21份,确定乡村人地系统适应性评价指标体系。第二步,建立模糊评价矩阵。建立评价指标体系,请专家使用1~9标度对指标进行主观打分,根据打分结果建立模糊判断矩阵：

（5）

K = (r_{ij})_{n \times n}, r_{ij} = (l_{ij}, m_{ij}, μ_{ij}), l_{ij} + μ_{ij} = 2 m_{ij}

式中：r_ij采用三角模糊数,表示任意两项指标间的相对重要程度;l_ij、m_ij和μ_ij则分别表示任意两项指标间可能存在的最小、中等和最大相对重要程度。第三步,计算模糊权重。对矩阵K运用归一化方法进行计算,得出各指标

i

的模糊权重F_i,计算公式为：

（6）

F_{i} = \overset{n}{\sum_{j = 1}} r_{ij} \times {(\overset{n}{\sum_{i}} \overset{n}{\sum_{j}} r_{ij})}^{- 1}, (i = 1,2, \dots, n)

第四步,准则层权重去模糊化。运用可能度算法将模糊权重转变为精确值。若

M_{1} (l_{1}, m_{1}, u_{1})

和

M_{2} (l_{2}, m_{2}, u_{2})

是三角模糊数,M₁≥ M₂的可能度ν（M₁≥ M₂）的计算公式为：

（7）

v (M_{1} \geq M_{2}) = \{\begin{array}{l} 1 \\ \frac{l_{2} - u_{1}}{(m_{1} - u_{1}) - (m_{2} - l_{2})} \\ 0 \end{array}, m_{1} \leq m_{2}, u_{1} \geq l_{2}\}

（8）

A_{i} = \min v (M \geq M_{i}), (i = 1,2, \dots, k)

再根据公式（8）得到排序向量A_i,并归一化得到指标i的权重B_i。第五步,指标层权重去模糊化。在指标层重复上述过程,得到指标层的归一化权重C_j,利用公式（9）得到指标层的最终权重D_j（表3）。

（9）

D_{j} = B_{i} \times C_{j}, (i = 1,2, 3; j = 1,2, \dots, 10)

Tab. 3
表3
表31990—2017年乡村人地系统指标层因子障碍因子排序(%)
Tab. 3The obstacles degree of evaluation indices for the adaptability of the rural human-land system from 1990 to 2017

年份	指标层因子障碍度排序
年份	1	2	3	4
1990	人均有效灌溉面积(22.31)	人均农牧业机械总动力(17.64)	年降水量 (10.01)	人均牲畜头数 (9.83)
1995	人均农牧业机械总动力 (21.55)	人均牲畜头数 (19.62)	农牧民人均收入(14.58)	年降水量 (8.36)
2000	人均牲畜头数 (23.47)	人均有效灌溉面积 (20.03)	年降水量 (11.67)	植被覆盖度 (10.39)
2005	土地沙化面积 (25.06)	土地利用强度 (21.27)	植被覆盖度 (14.69)	生态服务价值 (10.22)
2010	人均牲畜头数(20.87)	农牧民人均收入(19.66)	人均有效灌溉面积 (13.89)	年降水量 (10.03)
2017	农牧民人均收入 (20.08)	人均牲畜头数 (18.52)	植被覆盖度 (12.74)	年降水量 (9.64)

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（4）适应性主导因子识别^[38]。引入因子贡献度（p_j）、指标偏离度（v_j）和障碍度（w_j）,对乡村人地系统适应性演化障碍因子进行识别,归纳达茂旗乡村人地系统适应性循环演化主导因子变化特征,进而为乡村人地系统适应性循环演化影响机理的剖析奠定基础。障碍度模型为：

（10）

p_{j} = s_{j}

（11）

v_{j} = 1 - c_{ij}

（12）

w_{j} = (p_{j} \times v_{j}) / \overset{10}{\sum_{1}} (p_{j} \times v_{j})

式中：p_j代表评价体系指标对研究目标的影响程度大小,即指标权重（s_j）;v_j表示为单项指标标准化后值（c_ij）与100%之差;w_j代表指标的障碍度,w_j越大,表明该指标对系统适应性上升阻碍越大,该指标是乡村人地系统适应性演化的主导因子。

3 结果与分析

3.1 乡村人地系统适应性循环演化阶段特征

乡村人地系统是由社会系统、经济系统和生态系统组成的多维系统,系统适应性演化过程中存在多个被不同阈值分割开来的相对平衡状态,以社会—生态系统适应性循环发展的阶段性特征为依据,对达茂旗乡村人地系统适应性循环演化阶段进行分析与总结。从乡村气候、社会、经济、生态等重要表征要素变化来看（图3）,在气候暖干化背景下,达茂旗乡村经历了建设探索阶段（1952—1978年）,快速发展阶段（1979—2002年）,全面发展阶段阶段（2003—2017年）。从社会制度与政策实施的重大影响来看,首先,1978年改革开放以后各系统要素变化速率加快,乡村人地系统状态发生了显著变化;其次,2002年以来退耕还林还草工程、京津风沙源治理工程、“全面禁牧”等系列生态治理工程也是影响达茂旗乡村人地系统发展的重要因素。在气候暖干化与政策实施的共同驱动下,达茂旗乡村人地系统要素快速变化,系统演进剧烈,系统适应性循环演化特征显著。

图3

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图31952—2017年达茂旗乡村发展阶段划分

Fig. 3The stages of rural development in Darhan Mumingan United Banner from 1952 to 2017

以社会—生态系统适应性循环为理论基础,借鉴相关研究成果^{[18, 34, 43]},在子系统上以人口、耕地、牲畜、产值等关键要素变化特征与过程来判断达茂旗乡村人地系统适应性循环演化阶段,认为1952—2002年系统处于重组—快速发展阶段。在此阶段,乡村人口数量增长260%,耕地面积增长13%,牲畜数量增长134%,乡村人地作用日益增强。截至2002年,全旗草地总面积16426.40 km²,可利用草地面积13743.96 km²与1952年相比减少了16.33%,水土流失面积16176.3 km²,占土地总面积的89%。乡村社会、经济功能急剧提高,生态功能急剧下降,人地系统耦合协调度在降低,系统极易发生态势转换进入下一个演化阶段。2003—2010年为快速发展—稳定守恒发展阶段。在“全面禁牧”等众多生态治理工程作用下,截至2010年,全旗天然牧草平均高度达25.6 cm,草地覆盖率达25.7%,天然草地退化面积与2000年相比下降了10.68%,其中沙化草地、盐渍化草地相比2000年下降了3.68%和33.21%。生态治理工程的实施,一方面降低了人地相互作用强度,另一方面提高了乡村人地系统的生态功能,使系统社会、经济、生态功能趋于协调发展。2011—2017年为稳定守恒—释放阶段,乡村社会、经济发展方式寻求转变,乡村“节水农业”“圈养牧业”“农牧业合作社”等发展措施驱动着乡村转型,农牧户为适应环境变化,生计类型由最初农户、牧户分异为现阶段农户、牧户、农牧兼型农牧户、务工型农牧户、旅游经营型农牧户等。农牧户生计多样性得到丰富,抵御生计风险能力得到提高,乡村人地作用强度不断降低,人口数量减少2.6%,耕地数量减少0.2%,牲畜数量减少10.6%,农牧户对乡村人地系统演化的尺度反馈作用降低,乡村社会、经济发展能力“衰退”凸显,该时期乡村人地系统呈现出新的适应性演化发展趋势。综观达茂旗乡村人地系统演化,其演化过程中既存在时间动态变化效应,也包含尺度间的相互作用与反馈。在气候暖干化与政策实施双重驱动下,乡村社区、农牧户两个尺度主体适应行为构成了乡村人地系统适应性循环演化协同驱动体系,不同主体适应行为的尺度关联作用影响着系统态势变化,驱动着乡村人地系统不断演化发展。

3.2 乡村人地系统适应性演化状态与路径

3.2.1 不同类型乡村人地系统适应性演化状态与路径

（1）农业乡村人地系统经历了人口数量、耕地面积、经济水平急剧增长与生态环境加速恶化,2002年以来受退耕还林还草政策的影响,耕地数量减少,人口数量缓慢下降与生态环境质量转好等过程。在此过程中乡村产业由最初农业生产转向农牧业生产,走“以农养牧,以牧致富”的发展路径,功能上从以往只注重生产功能转向兼顾生产、生态功能（图4a）。

图4

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图4不同主导产业乡村人地系统适应性演化路径

Fig. 4The adaptive evolution paths of rural human-land systems driven by different industries

（2）“全面禁牧”等生态治理政策是畜牧业乡村人地系统适应性演化重要驱动力。在牧区体制改革驱动下,乡村经历了人口、牲畜数量急剧增长,草原退化不断加速,2002年以来受“全面禁牧”等生态工程影响,乡村牧民人口数量急剧下降,牲畜数量急剧减少,草原退化得到有效遏制。在此过程中,乡村急剧转型,社会、经济功能快速下降,农牧民生计转型困难。如何实现生态功能保持下的乡村社会、经济发展,是该类型乡村人地系统可持发展面临的重点与难点问题（图4b）。

（3）旅游乡村产业发展经历了由畜牧业生产转变为旅游产业发展过程,乡村社会文化变化明显,经济发展水平提高显著、生态环境遭到不同程度破坏,系统旅游功能单一化趋势加强,抵御风险能力降低,农牧户生计转型趋同化特征凸显。入户调查发现,农牧户生计转型呈现纯牧户向务工主导型牧户转变,务工主导型牧户向旅游主导型牧户转变,旅游主导型牧户向旅游专营型牧户转变的一般演化规律,其中,旅游专营型农牧户发展路径不清晰导致同质化旅游服务问题愈加严重（图4c）。

（4）综合型乡村人地系统演化过程中,中心地功能优势贯穿乡村人地系统适应性演化全过程,完整呈现出在中心地功能引导下的乡村人地系统演化过程,系统产业由初期的农牧业生产转向集农牧业、制造业、服务业等于一体的综合产业发展,并注重生态环境效益,系统结构与功能转变深受城镇化影响,乡村生产、生活、生态环境得到有效改善,农牧户生计多样化趋势显著,系统适应能力得到显著增强（图4d）。

3.2.2 达茂旗乡村人地系统适应性演化状态与路径在气候暖干化与政策双重驱动下达茂旗乡村人地系统经历了农牧业迅速发展、生态环境恶化和生态治理、社会经济转型发展以及社会经济、生态环境协调发展等阶段（图5）。在此过程中,气候暖干化与政策实施等外部扰动力和系统结构、功能演变的内生动力（自组织力）构成了系统适应性演化的驱动机制,其中,乡村社会经济发展方式转变与农牧户适应行为分异深刻影响着系统演化的内生动力（自组织力）,影响着乡村人地系统适应性循环演化路径。

图5

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图5达茂旗乡村人地系统适应性演化路径

Fig. 5The adaptive evolution path of the rural human-land system in Darhan Mumingan United Banner

3.3 乡村人地系统适应性时空演变特征

运用适应性指数模型计算达茂旗各镇、苏木1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2017年的适应性指数（表2）。1990—2017年乡村人地系统适应性指数经历了缓慢上升、缓慢下降、快速上升过程,1990—2000年适应性指数由-0.016提高到0.031,该阶段乡村耕地面积大量增加,牲畜数量大幅度增长,系统适应能力得到显著提高;2000—2005年适应性指数由0.031降低到0.003,该阶段系统在气候暖干化背景下,受人均耕地数量与人均牲畜数量大幅度增加影响,土地利用强度、土地沙化面积达到历史峰值,乡村生态环境遭到严重破坏,风险干扰程度达到最大值;2005—2017年适应性指数由0.003上升到0.088,该阶段适应性指数快速上升得益于社会经济发展水平迅猛提高以及生态政策实施的良好效果。

Tab.2
表2
表21990—2017年达茂旗各镇(苏木)适应性指数
Tab.2The ACI values of each township in Darhan Mumingan United Banner from 1990 to 2017

镇(苏木)	1990	1995	2000	2005	2010	2017
百灵庙镇	0.012	0.065	0.079	0.049	0.079	0.092
乌克忽洞镇	-0.055	-0.042	-0.027	-0.040	0.058	0.086
石宝镇	-0.064	-0.039	-0.034	-0.036	0.041	0.078
希拉穆仁镇	0.088	0.049	0.060	0.017	0.065	0.094
达尔罕苏木	-0.006	0.054	0.051	0.035	0.049	0.114
明安镇	-0.014	0.046	0.049	0.014	0.038	0.084
巴音花镇	-0.068	0.037	0.037	-0.028	0.030	0.070
满都拉镇	-0.019	0.031	0.035	-0.009	0.053	0.088
平均值	-0.016	0.025	0.031	0.003	0.052	0.088

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运用ArcGIS 10.2,采用自然断点法将1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2017年各镇（苏木）适应性指数划分为“高适应”“较高适应”“一般适应”“较低适应”“低适应”5个类型,表征各镇（苏木）适应性特征（图6）。1990年“低适应”镇（苏木）为乌克忽洞镇与石宝镇,占辖区总面积13.3%,“较低适应”镇（苏木）为满都拉镇,占辖区总面积14.6%,“一般适应”镇（苏木）为明安镇,占辖区总面积13.7%,“较高适应”镇（苏木）为达尔罕苏木与巴音花镇,占辖区总面积37.6%,“高适应”镇（苏木）为百灵庙镇与希拉穆仁镇,占辖区总面积20.5%,总体呈现“中部高度适应、北部中度适应、南部低度适应”的空间格局;1995—2000年各镇（苏木）适应性与1990年适应性相比相似性较高;2005—2017年达茂旗乡村人地系统适应性空间格局发生较大变化,异质性特征显著且破碎化趋势增强。

图6

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图61990—2017年达茂旗适应性空间格局

Fig. 6The spatial patterns of adaptability in Darhan Mumingan United Banner from 1990 to 2017

3.4 乡村人地系统适应性循环演化影响机制

3.4.1 气候暖干化与政策实施是系统适应性循环演化的重要驱动力农牧交错区乡村人地系统适应性演变的驱动力主要包括气候暖干化与政策实施,气候暖干化提高了乡村人地系统面临风险干扰程度,对乡村人地系统结构与功能协调度降低具有加速作用,而对于系统结构与功能协调度提高具有阻碍作用,制约着乡村人地系统适应性提高。在可持续发展目标引领下,众多生态工程、旅游发展等政策通过干预土地利用方式作用于乡村人地系统,如“全面禁牧”减小草场利用强度,旅游发展转变草场利用方式与功能等,成为系统适应性演化的直接推动力,影响着乡村人地系统适应性循环演化的方向。

3.4.2 乡村人地系统适应性演化主控因子转换运用障碍度模型对评价体系10个指标障碍度进行计算,得出1990—2017年6个时期指标障碍度指数（表3）,总体来看人均有效灌溉面积（A₁）、人均牲畜头数（A₃）、土地沙化面积（E₄）、农牧民人均收入（A₅）是系统适应性演化的首要主控因子。

从时间来看,2000年以前由于乡村农畜产品生产效率低,人均有效灌溉面积与人均牲畜头数成为系统适应性演化的主导因子;2005年主导因子转变为土地沙化面积、土地利用强度,可以看出生态环境恶化问题成为乡村人地系统适应能力提高的重要障碍因子;2010—2017年受生态政策影响,系统社会、经济功能降低,系统适应性循环演化主导因子转变为农牧民人均收入、人均牲畜数量。总体来看,农牧交错区乡村人地系统演化主控因子复杂,气候因子、农业因子、畜牧业因子交叉主导作用强烈。

3.4.3 乡村人地系统结构与功能协调程度变化在重组—快速发展阶段,系统充分利用农村牧区体制改革机会与现有土地资源实现社会、经济快速增长,生态环境遭到严重破坏,系统结构与功能协调程度不断降低;在快速发展—稳定守恒阶段,系统在生态治理政策影响下人地作用强度不断降低,生态功能得到提高,系统结构与功能协调程度有所提高;在稳定守恒—释放阶段,系统在人地作用强度不断降低的作用下社会、经济功能下降,系统结构与功能协调程度呈现下降趋势。纵观系统适应性循环演化过程,在气候暖干化与政策实施双重驱动下,农牧交错区乡村人地系统结构与功能演化总体上呈现“协调—不协调”循环往复波动发展的规律性特征,但不同类型乡村人地系统适应性演化进程存在显著差异。

3.4.4 农牧户生计发展与乡村社区转型的互馈过程在气候暖干化与政策实施驱动下,农牧户与乡村社区两个尺度主体相互联系构成了乡村人地系统适应性循环演化层级结构,尺度间的关联作用影响着不同尺度主体适应行为。在政策驱动下乡村不断调整社会、经济发展方式来适应乡村可持续发展目标,但受自然与人文环境差异影响,乡村社区适应性演化异质性特征凸显,且呈现出农业乡村社区向着农牧兼型乡村社区演化,畜牧业型乡村社区向着旅游型乡村社区演化的发展特征,多样化乡村转型成为自上而下的农牧户适应行为分异的前提与驱动力。农牧户家庭作为乡村人地系统的重要组成单元,为适应气候、政策变化与乡村转型形成了不同的行为结果,如农户、牧户、农牧兼型农牧户、旅游参与型农牧户等,农牧户适应行为分异演化对于农牧交错区乡村转型发展具有自下而上的推动作用（图7）。

图7

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图7农牧交错区乡村人地系统适应性循环演化影响机理

Fig. 7The cyclic evolution mechanism of rural human-land system farming-and-pastoral areas

4 结论与讨论

4.1 结论

（1）达茂旗乡村人地系统经历了重组—快速发展阶段（1952—2002年）,人口数量增长260%,耕地面积增长13%,牲畜数量增长134%,草场退化面积增加了16.33%;快速发展—稳定守恒阶段（2003—2010年）,人口数量增长2.8%,耕地面积较少2.3%,牲畜数量减少13.6%,草场退化面积减少10.7%;稳定守恒—释放阶段（2011—2017年）,人口数量减少2.6%,耕地数量减少0.2%,牲畜数量减少10.6%,草场退化面积减少3.8%。

（2）达茂旗乡村人地系统适应性指数时间上呈现出缓慢上升（-0.016~0.031）、缓慢下降（0.031~0.003）、快速上升（0.003~0.088）的变化过程,空间上呈现“中部高度适应、北部中度适应、南部低度适应”格局,且空间碎片化趋势显著。

（3）乡村人地系统适应性演化主控因子中,1990—2000年间是人均有效灌溉面积（22.31%）、人均牲畜头数（23.47%）,2005年转变为土地沙化面积（25.06%）、土地利用强度（21.27%）,2010—2017年是农牧民人均收入（20.08%）、人均牲畜数量（18.52%）。

（4）在气候暖干化与政策实施驱动下,农牧户与乡村社区两个尺度主体相互联系构成了乡村人地系统适应性循环演化层级结构,尺度间的关联作用影响着不同尺度主体适应行为,从而影响系统适应性循环演化,使系统结构与功能演化总体上呈现“协调—不协调”循环往复波动发展的规律性特征,但不同类型乡村人地系统适应性演化进程存在显著差异,小尺度的农牧户生计适应行为变化深刻影响着乡村人地系统未来的适应性循环演化趋势。

4.2 讨论

基于社会—生态系统（SESs）适应性循环理论,尝试构建在气候变化与政策实施双重驱动下的农牧交错区乡村人地系统适应性演化理论分析框架,刻画乡村人地系统适应性演化路径,理解系统结构与功能演化过程与特征,识别其主控因子,并基于农牧户生计行为分异与乡村转型发展互馈过程理解农牧交错区乡村人地系统适应性循环演化的影响机理,是农牧交错区复合型乡村人地系统“综合”研究中的尝试。

研究发现农牧交错区乡村人地系统适应性演化深受政策转换影响,在气候暖干化背景下系统适应性演化主导因子的“农牧复合”特征显著。农牧交错区乡村人地系统可持续发展既包括社会、经济、生态功能的协调发展,也包括农业型、畜牧业型等多类型乡村间的协调发展问题;农牧户生计变化与乡村社区功能演化密不可分,两个尺度主体行为的互馈作用影响着乡村人地系统适应性循环演化趋势,这为乡村人地系统演化的模拟与调控提供了新视角,也为乡村振兴建设提供了新路径。基于以上研究结论,本文认为北方农牧交错区乡村可持续发展既是乡村社会、经济、生态环境保护协调发展,更是不同类型乡村协同发展问题,在乡村振兴战略实施中要聚焦于不同类型乡村特征及发展规律,并关注微观农牧户生计适应性变化。

参考国内外该领域已发表的众多研究,发现人地系统适应性循环演化阶段的划分多是以反演系统演化特征总结为依据的定性判定,本文是以系统重要表征要素变化特征为依据的半定量厘定,未实现系统适应性循环演化阶段的“定量”划分,有待于在后续的研究中进行探讨。未来的研究应当更加关注农牧交错区乡村人地系统适应性循环演化阶段的阈值问题,揭示政策转换驱动下的多类型乡村人地系统多尺度协同体系演化过程与机理,以期为农牧交错区乡村可持续发展提供科学理论依据。

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