遗传和变异视角下东北黑土区典型地域耕地质量 退化时空分异——以富锦市为例

隋虹均，宋 戈，刘馨蕊

（1.东北大学文法学院，辽宁 沈阳 110169；2.辽宁省自然资源厅土地保护与利用重点实验室，辽宁 沈阳 110169）

1 引言

黑土地是指拥有黑色或暗黑色腐殖质表土层的土地，是一种性状好、肥力高、适宜农耕的优质土地，占全球陆地总面积不足7%[1]，每形成1 cm厚的黑土需要200～400年的时间[2-4]，是十分稀缺的土壤资源。人类对黑土的长期开垦与高强度利用，彻底改变了黑土形成的自然条件，开垦种植过程中频繁耕翻和地表裸露，使黑土的地表过程和有机质积累过程发生深刻变化，造成黑土质量出现不同程度退化[1]，且这种退化态势愈演愈烈。2021年7月中国科学院发布的《东北黑土地白皮书（2020）》中明确指出，近60年来东北黑土区黑土耕作层有机质含量下降了1/3，部分地区下降了1/2，黑土层平均减少超过20 cm。黑土区耕地质量退化态势严重威胁着国家的粮食安全和黑土耕地的可持续利用[5]，引起了国家高度重视。2021年7月农业农村部、国家发展改革委等七部门联合印发的《国家黑土地保护工程实施方案（2021—2025年）》中明确指出“十四五”期间将完成1亿亩黑土地保护利用任务； 2022年6月国家颁布《中华人民共和国黑土地保护法》为保护黑土资源，稳步提升黑土地基础地力，促进黑土耕地资源可持续利用提供了法律依据。但目前国家和学界对黑土耕地质量退化过程和时空特征的掌握仍然不够清晰、全面，难以满足黑土耕地保护与质量提升的需要。因此，揭示黑土区耕地质量退化时空分异规律对提升黑土耕地质量，保障国家粮食安全具有一定的理论与现实意义。

目前关于黑土区耕地质量退化的研究较为少见，学界多是围绕土地退化展开探讨，成果较为丰富。国内外学者对土地退化的内涵、类型、机理、评价与监测等方面[6-10]进行了深入的研究，普遍认为土地退化是在人类活动和某些不利自然因素的长期作用和影响下土壤和环境质量变劣、调节再生产能力衰退、承载力逐渐降低的过程，范围包括耕地、林地、牧草地以及一切具有一定再生产能力的土地[11]。借鉴土地退化的内涵，可将耕地质量退化初步界定为在各种自然因素特别是人为因素的影响下所发生的耕地质量下降甚至完全丧失的物理、化学和生物学的过程，所以明确统一耕地质量丰富的内涵是准确评判耕地质量退化态势的重要前提。参考已有研究，耕地质量是耕地组成要素及其在相互作用的过程中所形成的以粮食生产为核心功能的客观存在[12]。为此，本文进一步将耕地质量退化界定为耕地在受自然因素和人类利用的影响下，质量形成能力或潜力发生下降的过程。当前学界对耕地质量形成能力是受自然条件影响下耕地立地空间遗传性要素和人类主观利用影响下时间变异性要素共同控制，是二者耦合作用过程后最终产物的这一观点形成共识[13-14]。国内学者基于该视角，构建了耕地遗传质量和变异质量评价指标体系，对二者进行耦合，揭示了耕地质量的空间分异规律[14]。但遗憾的是在对二者进行耦合时仍是以加权求和的静态方式实现，忽视了遗传质量和变异质量间的空间互动关系以及依赖性，并且遗传和变异质量的组成要素间也并非相互独立，彼此之间具有一定的联动效应，即单一因子的变化也会导致多因子的共振。因此，明确耕地遗传质量退化和变异质量退化要素间的联动关系，探讨遗传质量退化与变异质量退化之间的空间互动性和依赖性，对二者进行动态有机耦合是准确如实刻画耕地质量退化时空格局的关键，但目前该方面的研究尚显不足，仍有待加强完善。

富锦市位于东北典型黑土区东北部[15]，是中国重要的产粮大县，在保障国家粮食安全方面做出了重要贡献，但近年来以化肥、农药、地膜高物质投入为特征的化石农业发展模式[16]，引发了黑土地“变薄”“变瘦”“变硬”。因此，本文以富锦市为研究区，从耕地遗传质量退化和变异质量退化两方面出发，基于土地利用数据、遥感数据以及土壤数据等多源数据，采用主成分分析、灰色关联度和利用局部空间自相关改进的客观赋权法（CRITIC模型），明确二者间的空间互动和依赖关系，准确诊断和揭示研究区2000—2020年耕地质量退化时空分异规律，旨在为实现黑土耕地的可持续利用提供理论和技术上的支撑。

2 理论框架

耕地质量是由表征资源禀赋的内在特征和反映耕作条件的外在利用状况相互耦合的产物[14]，因此明确耕地内在禀赋和外在利用条件的下降过程是准确诊断耕地质量退化的关键。耕地资源的内在禀赋主要由耕作土壤性状决定，是成土母质在气候、生物和地形等因素的长时间综合作用下发生风化，形成具有一定剖面形态和肥力特征的历程，包括土壤的理化性质、土壤的养分含量和土壤的团粒结构等，其优劣性具有空间分异性和长期稳定性，类似于生物学中的遗传现象，即亲代与子代之间性状保持一致且较为稳定，属于耕地的遗传质量。耕地资源的外在利用条件主要由农田基础设施、田块形态、景观格局、生物多样性等决定，受人类行为的影响较大，其状况的好坏具有时间变异性和短期波动性，类似于生物学中的变异现象，即亲代与子代之间性状具有差别且波动性较大，属于耕地的变异质量。耕地遗传质量和变异质量均为一个复杂的系统，是由各自组成要素在经历相互耦合作用过程后的客观表现，要素之间具有一定的联动效应；另外，遗传和变异质量也都具有一定的空间分化特征和自相关性，在不同的空间位置彼此之间的作用关系具有一定分别，对耕地质量的贡献程度存在差异。因此明确遗传质量和变异质量组成要素之间的联动效应，以及二者在空间上的动态作用关系是科学评价耕地质量的前提，也是准确诊断和刻画的耕地质量退化时空格局的关键。基于此，本文将耕地质量退化解析为耕地遗传质量退化和变异质量退化，运用遥感技术和地理信息技术，测算耕地遗传质量和变异质量组成要素的退化度，明确退化要素间的交互效应，阐明二者间的空间互动关系和依赖性，进而实现遗传质量退化和变异质量退化间的动态和系统耦合，以期揭示研究区耕地质量退化的时空分异规律（图1）。

图1 耕地质量退化测度理论框架Fig.1 The theoretical framework for the measurement of cultivated land quality degradation

参考已有研究成果，结合指标响应时间（IRT）[14,17]，将受自然条件控制反映耕地资源内在禀赋的土壤有机质含量（SOM）、土壤酸碱度（pH）、土壤阳离子交换量（CEC）、土壤砂粒含量（SA）、土壤全氮含量（TN）、土壤全磷含量（TP）、土壤全钾含量（TK）、植被净初级生产力（NPP）和土壤含水量（SMC）指定为耕地遗传质量退化指标；将受人类行为影响反映耕地外部利用条件的土壤容重、土壤生物多样性、灌溉能力、排水条件、林网密度、道路通达度、田块规整度和田块联通性指认为耕地变异质量退化指标。需要说明的是虽然植被净初级生产力（NPP）和土壤含水量（SMC）存在季节性的变化，但二者均是由耕地立地空间对应的光照、温度、降水、地形等自然条件以及所继承的土壤性状决定，可依次反映耕地生产能力的上限即理论产能[18]和耕地水土资源匹配状态，在年际间的变异能力均相对较弱，为此本文将净初级生产力（NPP）和土壤含水量（SMC）指认为遗传质量退化指标。

3 研究方法与数据来源

3.1 研究区概况

富锦市位于黑龙江省佳木斯市东北部，地处三江平原腹地中心，介于131°25′E～133°26′E、46°45′N～47°45′N之间，南北长92 km，东西宽180 km，地貌从西北向东南缓慢倾斜，形成西北略高，中部低平，东南稍低的冲积平原。研究区土地总面积为8 224 km2，并存在两种权属，位于研究区东部和西北部的农垦建三江分局和红兴隆分局属国有土地，其余10个乡镇属集体土地，市域范围内耕地总面积为6 285.15 km2，占研究区土地总面积的76.42%，为区域主要的土地利用类型①数据来源于富锦市2018年年度土地利用变更调查矢量数据库。。富锦市土壤类型以黑土、草甸土、白浆土、暗棕壤、沼泽土为主，属于东北典型黑土区，适宜粮食作物的生长，是中国重要的产粮大县。受全球气候变化和人类长期对黑土耕地的高强度利用影响，富锦市土壤有机质最高含量由1990年的23.08%②戴永久,上官微.（2019）.中国土壤有机质数据集.国家青藏高原科学数据中心，doi: 10.11888/Soil.tpdc.270281. CSTR: 18406.11.Soil.tpdc.270281。下降至2018年的12.55%③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中心—土壤分中心（http: //soil.geodata.cn）。；并且在 2000年之后耕地利用强度显著提高④东北黑土地白皮书（2020），https: //www.cas.cn/yw/202107/W020210714418584895253.pdf。，耕地退化现象日趋显益，亟待明确这一时期耕地退化态势。

3.2 数据来源与处理

本文所需数据主要包括矢量数据和栅格数据两类。其中，矢量数据来源于富锦市2009年第二次全国土地调查矢量数据库和2018年年度土地利用变更调查矢量数据库；栅格数据主要来自于Google Earth高清历史影像（2000年和2020年）、中国科学院空天信息创新研究院（databank.casearth.cn）提供的2000年和2020年7月上旬的研究区Landsat地表反射率数据、美国地质勘探局（https://lpdaac.usgs.gov/）提供的2000年和2020年研究区500 m植被净初级生产力数据以及国家青藏高原科学数据中心（http://data.tpdc.ac.cn/zhhans/）提供的中国土壤有机质数据集（1980—1990年）和国家地球系统科学数据中心土壤分中心（http://soil.geodata.cn/）提供的中国高分辨率国家土壤信息格网基本属性数据集（2010—2018年），空间分辨率均为1 km。基于ArcGIS平台，依次将2009年和2018年富锦市地类图斑与2000年和2020年Google Earth高清历史影像叠置，通过目视判读对地类图斑进行形状和属性信息的修改，以获得研究区2000年和2020年土地利用矢量数据。利用Envi 5.3软件对中国高分辨率国家土壤信息格网基本属性数据集（2010—2018年）中相关土壤指标进行提取以此表征研究区2020年土壤性状；由于在2000年前研究区耕地利用强度不高，土壤属性的变化较小，所以本文提取中国土壤有机质数据集（1980—1990年）中的相关数据反映2000年土壤性状；为保证土壤属性信息可被提取至所有的耕地图斑中，本文经过多次实验将两期土壤数据均重采样至10 m。

已有研究指出土壤含水量与差值植被数（DVI）具有显著的相关性[19-20]；生境数量和面积对生态廊道的数量和密度具有积极的影响[21-22]，间接地决定了土壤生物多样性；因此，在耕地遗传质量退化指标方面，本文利用研究区地表反射率数据计算作物生长期（7月上旬）的差值植被指数（DVI），以此表征土壤含水量；在耕地变异质量退化指标方面，利用研究区内生态用地（林地、草地、水域、湿地）矢量数据，以面积为属性值进行核密度分析，测算各耕地图斑的核密度均值反映土壤生物多样性。运用欧氏距离工具测算耕地至水源、沟渠、农村道路的最近距离，依次反映耕地的灌溉能力、排水条件和道路通达度；以农田防护林长度为属性值进行核密度分析，测算各耕地图斑的核密度均值反映林网密度；以景观生态指数中的形状指数（LSI）反映田块的规整度；以耕地图斑质心间的最近距离反映田块的连通性。需要说明的是，本文是以研究期初和期末土地利用类型一级类均为耕地的稳定性耕地作为研究对象，为此需要对已经过目视判读并进行修改调整后的研究期初和期末的耕地图斑进行相交处理，以获得研究期内的稳定性耕地。

3.3 研究方法

3.3.1 耕地遗传/变异质量退化测度模型

明确各退化指标对耕地遗传/变异质量退化的直接作用强度和经交互作用后的间接作用强度是科学测度耕地质量退化态势的关键条件。本文基于DPS平台，依次利用主成分分析和灰色关联度模型确定各遗传/变异质量退化指标的单一作用权重和经交互作用后的复合权重；并对二者进行加和与归一化处理获得各退化指标的综合作用权重（表1）。为消除各退化指标间量纲和变异能力的影响，本文利用极差标准化的方法将各退化指标均归并至[-1，1]之间，根据已测算出的各指标综合作用权重，采用加权求和法测度研究区耕地遗传质量和变异质量的退化态势。

表1 耕地质量退化测度体系Tab.1 Measurement system of cultivated land quality degradation

式（1）中；W′j为指标j的复合权重；Wij为指标i与指标j之间的灰色关联度；Wj为指标j的单一权重；n为与指标j进行交互作用的指标数量。

3.3.2 耕地质量退化测度模型

阐明耕地遗传质量退化和变异质量退化对耕地质量退化的动态作用强度，是准确刻画耕地质量退化时空分异格局的关键。客观赋权法（CRITIC模型）是根据指标的对比强度和指标之间的冲突性来综合衡量指标的作用强度。其中对比强度为指标的波动性，指标波动性越大作用强度也相应越大；冲突性为指标间的相关性，相关性越大指标间的信息冗余越多作用强度越小，因此该模型的测算结果更为客观。但遗憾的是其仍无法实现遗传质量退化和变异质量退化之间的动态耦合，测算出的指标作用强度依旧为一个静态值。局部空间自相关可识别出一定空间范围内地理要素属性值的空间分布模式，局部空间自相关系数越大，空间自相关性越强，地理要素属性值之间的相关性越高，冲突性越小。耕地质量退化是一个复杂的地理过程，具有一定的空间连续性，退化态势之间必然存在着自相关性，因此本文利用局部空间自相关对传统的客观赋权法（CRITIC模型）进行改进。具体为：以研究区各耕地图斑遗传/变异质量退化的局部空间自相关系数反映指标冲突性；以各耕地图斑遗传/变异质量退化度与其中位数间的振动距离表征指标对比强度，最终获得各耕地图斑遗传质量退化和变异质量退化的动态作用强度，采用综合评价法对二者进行动态耦合，明晰研究区耕地质量退化的时空分异格局。

式（2）—式（6）中：Ii为各耕地图斑遗传/变异质量退化的指标对比强度；Xi为各耕地图斑遗传/变异质量退化度；为遗传/变异质量退化度的中位数；Ri为各耕地图斑遗传/变异质量退化的指标冲突性；ri为各耕地图斑遗传/变异质量退化的局部空间自相关系数；Ci为各耕地图斑遗传/变异质量退化的信息量；Wi为各耕地图斑遗传/变异质量退化的动态作用强度；Di为各耕地图斑的质量退化度。

4 结果分析

4.1 耕地遗传质量退化时空分异

2000—2020年富锦市近三成的耕地发生了遗传质量退化且各乡镇退化程度互异，退化速率较大；在空间维度上耕地遗传质量退化具有明显的特征，研究区中部耕地遗传质量退化态势严峻，西部和中南部耕地遗传质量退化态势次之，东部耕地遗传质量退化程度最低（图2）。

图2 研究区耕地遗传质量退化空间分布Fig.2 Spatial distribution of genetic quality degradation of cultivated land in the study area

研究区发生遗传质量退化的耕地共1 795.29 km2，占研究区耕地总面积的28.63%，退化速率高达89.76 km2/a，退化程度较高，并且在空间上存在一定的差异。研究区中部遗传质量退化程度最高，其中，大榆树镇发生遗传质量退化的耕地共184.15 km2，占镇域耕地总面积的65.43%；向阳川镇发生遗传质量退化的耕地共323.73 km2，占镇域耕地总面积的63.19%；头林镇发生遗传质量退化的耕地共202.84 km2，占镇域耕地总面积的50.68%；砚山镇发生遗传质量退化的耕地共97.90 km2，占镇域耕地总面积的43.88%；四镇平均退化比例高达55.80%。

研究区西部和中南部耕地遗传质量退化程度次高，其中，西部的城关社区发生遗传质量退化的耕地共18.02 km2，占社区耕地总面积的40.89%；锦山镇发生遗传质量退化的耕地共214.39 km2，占镇域耕地总面积的40.74%；上街基镇发生遗传质量退化的耕地共65.65 km2，占镇域耕地总面积的27.51%；长安镇发生遗传质量退化的耕地共59.60 km2，占镇域耕地总面积的19.96%；中南部的兴隆岗镇发生遗传质量退化的耕地共118.52 km2，占镇域耕地总面积的25.53%；四镇一社区的平均退化比例为30.93%。研究区东部遗传质量退化程度相对最低，其中农垦建三江分局发生遗传质量退化的耕地共424.92 km2，占垦区耕地总面积的18.25%；二龙山镇发生遗传质量退化的耕地共55.82 km2，占镇域耕地总面积的11.56%；宏胜镇发生遗传质量退化的耕地共13.49 km2，仅占镇域耕地总面积的4.14%；两镇一农垦平均退化比例为11.31%；另外在研究区西部边缘的农垦红兴隆分局耕地遗传质量退化程度较低，发生遗传质量退化的耕地共16.25 km2，占垦区耕地总面积的11.21%。

富锦市在近几十年的耕地水田化进程中深刻的改变了区域的地表温度，相关研究显示三江平原水田平均地表温度比旱地低9.87 ℃[23]，水田的大量开发利用影响了区域的生态循环过程与水文循环过程，进而阻碍了耕作土壤气热运动等物理过程，离子交换、酸碱反应、氧化还原反应等化学过程，以及有机质矿化、腐质化等生物过程[12]；此外研究区以超采矿化度较高的地下水灌溉水田的耕种方式也严重改变了耕作土壤的理化性质，最终使研究区耕地发生大规模的遗传质量退化。需要说明的是，研究区东部的垦区相较于中部和西部的农区，已实现了科学、系统和现代化的耕种模式，减轻和避免了对耕作土壤的损伤；研究区中部耕地的坡度相对较大，在微观上影响着生态水文循环的再分配过程，易发生土壤养分和有机质的流失，并且在农业生产的过程中缺少科学的指导，普遍对耕地进行掠夺式的利用与经营，用地养地失调，最终造成研究区耕地遗传质量退化态势呈现出中部—西部—东部梯度衰减的空间分异格局。

4.2 耕地变异质量退化时空分异

2000—2020年富锦市近1/2的耕地发生了变异质量退化且各乡镇间退化程度存在一定的差异，变异质量退化速率远高于遗传质量的退化速率；在空间上，各乡镇变异质量退化程度均较高，并呈现出中、西为主东部为辅的变异质量退化格局（图3）。

图3 研究区耕地变异质量退化空间分布Fig.3 Spatial distribution of variation quality degradation of cultivated land in the study area

研究区发生变异质量退化的耕地共2 791.15 km2，占研究区耕地总面积的44.51%，退化速率为139.56 km2/a，并存在较为显著的空间异质性。研究区中部和西部变异质量退化程度最高，其中中部向阳川镇发生变异质量退化的耕地共434.42 km2，占镇域耕地总面积的84.80%；头林镇发生变异质量退化的耕地共304.05 km2，占镇域耕地总面积的75.97%；大榆树镇发生变异质量退化的耕地共202.17 km2，占镇域耕地总面积的71.83%；兴隆岗镇发生变异质量退化的耕地共234.26 km2，占镇域耕地总面积的50.47%；砚山镇发生变异质量退化的耕地共108.47 km2，占镇域耕地总面积的48.62%。西部锦山镇发生变异质量退化的耕地共381.80 km2，占镇域耕地总面积的72.55%；城关社区发生变异质量退化的耕地共22.11 km2，占社区耕地总面积的50.17%；上街基镇发生变异质量退化的耕地共109.72 km2，占镇域耕地总面积的45.98%；七镇一社区的平均退化比例高达62.55%。研究区东部变异质量退化程度相对较低，但态势也不容乐观，其中宏胜镇发生变异质量退化的耕地共96.88 km2，占镇域耕地总面积的29.71%；二龙山镇发生变异质量退化的耕地共128.46 km2，占镇域耕地总面积的26.59%；农垦建三江分局发生变异质量退化的耕地共615.09 km2，占镇域耕地总面积的26.42%；两镇一农垦的平均退化比例为27.57%。另外研究区西部边缘的农垦红兴隆分局和中西部的长安镇耕地变异质量退化程度相对偏低但高于研究区东部，分别占各自区域耕地总面积的36.80%和33.61%。

富锦市耕地存在两种权属，位于市域中部和西部的耕地为农村集体土地，自实行家庭联产承包责任制度以来，农机具由大型向小型转变，传统以大马力拖拉机进行连年秋翻作业的耕作方式逐步被小四轮拖拉机替代，并且在一年中多次进行灭茬、整地、播种、施肥、趟地等多项作业，导致土壤被严重压实，容重大幅度增加[24]；另外农区在进行土地分配时，为保证相对公平，多采用“肥瘦搭配，远近结合”的分配方式，权属层面造成了耕地细碎化[25]，加剧了农田基础设施的建设难度；与此同时研究区在经济发展建设过程中对耕地的侵占和补充也对耕地的形态、规模以及农田基础设施具有深刻影响，最终造成研究区西部和中部耕地发生严重的变异质量退化。而位于研究区东部的垦区，属国有土地，耕地布局经过系统和科学的规划，田块规整，灌溉、排水、防护林等农田基础设施完备，并且随着近年来进行的高标准农田建设，耕地灌排条件得到进一步的完善；此外由于垦区耕地规模化程度较高，所以多采用大规模多功能的农业机械进行耕种，避免了小规模农机一年多次作业的问题，在较大程度上减轻了土壤压实和生物多样性下降等问题，以致垦区耕地并未发生大规模的变异质量退化。

4.3 基于遗传—变异的耕地质量退化时空分异

2000—2020年富锦市约1/3的耕地发生了质量退化，且不同乡镇之间退化态势具有显著的分别，退化速率较大，略高于遗传质量退化的速率，并展现出以中、西、东部梯度递减为主基调的耕地质量退化空间格局（图4）。

图4 研究区耕地质量退化空间分布Fig.4 Spatial distribution of cultivated land quality degradation in the study area

研究区发生质量退化的耕地共1 934.05 km2，占研究区耕地总面积的30.84%，退化速率为96.70 km2/a且具有明显的地异性。研究区中部耕地质量退化程度最高，其中，向阳川镇发生质量退化的耕地共346.39 km2，占镇域耕地总面积的67.61%；大榆树镇发生质量退化的耕地共187.52 km2，占镇域耕地总面积的66.63%；头林镇发生质量退化的耕地共203.84 km2，占镇域耕地总面积的50.93%；砚山镇发生质量退化的耕地共97.82 km2，占镇域耕地总面积的43.85%；4镇平均退化比例高达57.26%。研究区西部耕地质量退化程度次高，其中，锦山镇发生质量退化的耕地共223.31 km2，占镇域耕地总面积的42.43%；城关社区发生质量退化的耕地共18.44 km2，占社区耕地总面积的41.84%；上街基镇发生质量退化的耕地共73.81 km2，占镇域耕地总面积的30.93%；两镇一社区平均退化比例38.40%。研究区东部耕地质量退化程度相对最低但态势也依然严峻，其中农垦建三江分局发生质量退化的耕地共492.03 km2，占垦区耕地总面积的21.23%；二龙山镇发生质量退化的耕地共71.93 km2，占镇域耕地总面积的14.89%；宏胜镇发生质量退化的耕地共18.98 km2，占镇域耕地总面积的5.82%；两镇一农垦平均退化比例为13.95%。另外位于研究区中南部兴隆岗镇和中西部长安镇耕地质量退化程度相对偏高，退化比例分别为26.40%和20.05%；位于研究区西部边缘的农垦红兴隆分局耕地质量退化程度相对较低，退化比例为12.10%。

可以看出研究区耕地质量退化态势较为严峻，并表现出显著的空间分异特征，其原因主要在于研究区近几十年进行的耕地“旱改水”项目，严重扰动了区域的生态水文过程，对耕作土壤的物理、化学、生物过程具有深刻影响，降低了耕地遗传质量的形成能力，并且研究区中部和西部的农区与研究区东部的垦区相比，耕作过程缺少科学系统的指导，连续高强度利用和用养不结合的耕种模式造成耕地遗传质量出现不同程度的下降。在变异质量退化方面，家庭联产承包责任制度造成农区耕地规模化程度不高、形态破碎，所以导致耕作期内小型农机的多次作业造成土壤压实、容重增加、生物多样性下降；而东部垦区耕地布局科学，并随着近年来进行的高标准农田建设，进一步完善了农田基础设施，提高了耕地的规模化程度，有助于大规模多功能农业机械耕种的实现，在较大程度上减轻了土壤压实和生物多样性下降等问题。不难发现，研究区耕地遗传质量退化和变异质量退化均呈现出相似的空间分异特征，垦区与农区间耕地建设、利用与管理的差异是富锦市形成耕地质量退化时空分异格局的关键，同时也间接的验证了本文识别和诊断结果的正确性，与现实耕地利用状态吻合。

5 结论与讨论

5.1 结论

本文根据耕地质量退化指标的响应时间，将耕地质量退化解析为遗传质量退化和变异质量退化，运用主成分分析、灰色关联度和利用局部空间自相关改进的客观赋权法（CRITIC模型）明确了遗传质量退化和变异质量退化间的空间互动关系和依赖性，实现了二者的空间动态耦合，揭示了研究区耕地质量退化的时空分异规律。研究主要结论具体如下：

（1）研究区共有28.63%耕地发生遗传质量退化，退化速率高达89.76 km2/a，市域中部四镇退化程度最高平均退化比例为55.80%，西部和中南部四镇一社区退化程度次高平均退化比例为30.93%，东部两镇一农垦退化程度最低平均退化比例为11.31%。

（2）研究区发生变异质量退化的耕地占市域耕地总面积的44.51%，退化速率远高于遗传质量退化为139.56 km2/a，市域中部和西部七镇一社区退化强度最高平均退化比例为62.55%，东部两镇一农垦退化程度相对偏低但态势也不容乐观平均退化比例为27.57%。

（3）研究区共有30.84%的耕地发生质量退化，退化速率略高于遗传质量退化为96.70 km2/a，市域中部四镇退化强度最高平均退化比例为57.26%，西部两镇一社区退化程度次高平均退化比例为38.40%，东部两镇一农垦退化程度相对最低但退化形势仍较为严峻，平均退化比例为13.95%。

5.2 讨论

研究显示富锦市约1/3的耕地发生质量退化，退化速率高达96.70 km2/a，并且退化耕地主要集中分布在中部和西部的农区。探其原因主要在于农区的农业生产过程缺少系统的科学指导，长期的高强度利用和以化肥、农药、地膜等高物质投入为特征的化石农业，造成耕作土壤性状的改变。另外，近几十年的耕地水田化过程改变了区域地表温度，进而影响了区域气热循环；同时以开采地下水灌溉农田的方式，使耕作土壤的理化性质发生变化，最终造成耕地遗传质量的形成能力或潜力发生下降。另一方面，农区集体土地的家庭联产承包制度使耕地变得细碎化，增加了农田基础设施建设的难度，加之一年中小型农业机械的多次作业，造成土壤压实，间接致使生物多样性下降，二者相互驱动引致耕地变异质量的形成能力降低，最终导致研究区发生大规模的耕地质量退化。

鉴于此，本文从以下两点提出治理对策。第一，以山水林田湖草系统治理理念为指导，统筹耕地保护与自然资源保护间的关系，促进耕地遗传质量的恢复。（1）通过国土空间生态修复，恢复受损的自然资源，提高区域生态系统服务功能，促进区域的水文生态过程，间接提高耕地的抵抗力与恢复力；（2）大力推进保护性耕作制度，推广秸秆覆盖还田和少耕免耕技术，以实现有机物的二次还田，增加土壤有机质、改良土壤结构，减轻或避免人类耕种对土壤造成的扰动；（3）继续推广休耕轮作制度，对常年进行单一作物种植的耕地进行休耕和轮作，降低耕作土壤的外部压力，使地力得以恢复。第二，以高标准农田建设和土地流转为主要手段，完善农田基础设施，提高耕地变异质量。（1）持续推进高标准农田建设，完善耕地的排灌条件和农田防护林，改善耕地微气候，促进生物多样性的提高，降低土壤容重，使耕地变异质量的形成能力得以提升；（2）完善土地流转制度，提升农地规模化经营水平，使破碎化的耕地得以重组，改善田块的形态和连通性，在降低农田基础设施建设难度的同时促进水平方向上的景观生态过程，进而使耕地的变异质量得到提高。

本文构建的耕地质量退化测度模型测算出了各耕地图斑遗传质量和变异质量退化的动态权重，实现了二者在空间上的动态耦合，对退化耕地进行了诊断识别，识别结果与研究区耕地利用的现实状态吻合，表明了模型可较为有效的刻画出耕地质量退化的时空格局。但研究在耕地质量退化作用机制方面上的探讨略显不足，缺少定量化的分析，为此下一步将从影响耕地质量变化的突变性因素和渐变性因素入手，进一步探讨耕地质量退化的动力机制，明确人类活动的突变性因素以及自然条件变化的渐变性因素对耕地质量退化的具体作用过程，旨在构建黑土区退化耕地的治理模式，为实现黑土区耕地的永续利用提供理论和实践上的支撑。