佳文赏析|黄土高原农业生产绿色转型评价与可持续发展路径探索

伴随全球气候治理框架与可持续发展目标（SDGs）的持续推进，农业绿色转型正从“理念倡议”走向“可量化评估与可操作路径设计”。在这一背景下，如何在生态脆弱区同时实现农业生产效率提升、资源环境压力缓释与农民福祉改善，成为检验绿色转型质量与治理能力的关键议题。黄土高原作为典型的生态脆弱区，长期受干旱—半干旱过渡带约束，人口、资源、环境矛盾突出；自1999年以来，退耕还林还草与沟道整治等生态工程协同推进，带动农业生产由坡地向沟道空间重构，为沟壑农业的绿色转型提供了现实基础与关键窗口。基于此，文章聚焦“沟壑农业生产绿色转型”（GAGP），以能值分析与改进IPATM框架为核心工具，刻画黄土高原沟壑农业绿色转型的时空演变、阶段跃迁及其驱动机制，并通过情景设定讨论不同发展路径下系统可持续性的可能走向。理论探讨与区域案例的结合，旨在为生态脆弱区农业绿色转型提供一套可度量、可解释、可对比的分析框架，也为面向SDGs的治理策略与工程实践提供依据。

黄土高原农业发展始终面临粮食安全与生态安全的双重约束：一方面，区域粮食安全总体看似稳定，但未来可能遭遇生产资源减少、生产空间受限等挑战；另一方面，沟壑地带水毁问题突出，坡体不稳定、环境污染与植被退化等风险叠加，进一步抬高了农业生产的生态成本与安全边界。在此背景下，沟道整治与农业机械化等治理实践虽提升了农业生产的可达性与现代化程度，但同时也带来投入结构强化与生态压力再分配的现实难题，系统发展与生态保护之间的协调需求更为迫切，而产出与竞争力仍可能受约束，需要更有针对性的投入与技术支撑来在“增产增收”与“守住生态底座”之间实现兼容。

现有农业可持续研究在中国语境下虽已形成以粮食安全、城镇化与农业现代化、土地利用与高质量发展等为核心的议题体系，但仍存在三类关键不足：其一，研究多停留在目标与政策倡议层面，机制解释不足且缺少可检验的量化评估框架；其二，方法上以定性为主，系统复杂性所需的现状观测与模拟推断以及多尺度耦合分析相对有限；其三，经济学、生态学、地理学多线并进，缺乏能一致度量综合经济、社会、生态效益、并支持类型识别与微观机制验证的统一框架。基于此，本文提出并聚焦以下问题：问题1：2000—2020年黄土高原农业生产绿色转型的结构演替与阶段特征是什么（是否出现“级联式转变”与阶段跃迁）？问题2：在可再生/不可再生与辅助投入共同作用下，农业生产绿色转型的效率、环境压力与可持续性如何被量化刻画，其关键约束环节在哪里？问题3：人口（P）、富裕度（A）与技术（T）的变化，如何驱动农业生产影响效应与能值利用强度的阶段性变化（IPATM视角）？问题4：面向2030年SDGs，哪些情景与治理组合更可能实现“产出能值—投入结构—可持续性”的协同优化，并为跳出社会-生态陷阱提供可落地路径？

文章首先在理论与分析框架上构建了“需求—主体—行为—效应”的农业生产绿色转型概念模型：需求侧强调工程治理、资源开发、人口集聚、土地利用与政策管理等外部驱动；主体侧聚焦土地利用、就业、生产与产出结构调整，以及制度、技术与文化等内生变化；行为侧以生产相关生态行为与系统恢复能力为核心；效应侧则从经济、生态、空间与时间维度综合评价可持续性，并以“绿色增长—绿色福利—绿色财富”统摄绩效表达。

在此基础上，研究采用能值分析构建指标体系，并引入可持续绿色生产能值指数ESGP，用以刻画化肥、农膜等不可再生能值流对可持续性的影响，同时运用改进IPATM框架分解人口（P）、富裕度（A）与技术（T）等因素的驱动作用；数据层面综合地形水系与统计资料，并结合2023年对企业、基层干部与农户的实地访谈获取一手信息，从而增强机制解释与情景设定的现实贴合度。

实证结果表明，2000—2020年黄土高原农业生产绿色转型呈现“级联式转变”，整体由传统种植结构向经济林果等方向演替，系统进入“结构适应性更均衡”的新阶段；总产出能值由2.76E+22 sej增至1.38E+23 sej，同时总投入能值增长42.79%、不可再生能值增长71.33%，显示生态工程与沟道整治在抬升沟壑农业生产系统发展水平方面具有显著作用。但与此同时，能值可持续性指数（ESI）整体偏低，意味着尽管绿色转型水平在提升，系统距离“可持续发展目标意义上的稳态可持续”仍存在差距；IPATM分解进一步揭示，快速城镇化与技术变化推动能值利用总量上升，并且不同阶段的驱动效应存在差异。

面向2030年SDGs的情景分析显示，多数情景能够提升ESI，其中提升用水效率（S2）对ESI的优化效应最强，更能体现系统可持续性改善；同时，适应气候变化（S1）在产出能值潜力提升方面更为突出。

基于上述证据，文章提出以“地理工程实践”为抓手的可持续发展路径：通过构建面向人地系统的协同观测体系，并以多情景组合支撑生态与产业协同的绿色转型，如提升用水效率、提升能源效率与清洁生产、减少农膜与化肥投入等，从而在不同演化阶段实施差异化的保护与整治措施，推动黄土高原迈向可持续发展。

Fig. 1The process of gully agricultural production greening transformation (GAGP) evolution in the Loess Plateau, China. Scenario 1:green and high-quality development scenario; Scenario 2: slow development scenario; Scenario 3: declining development scenario

Fig. 2Conceptual framework for GAGP in the LP. Here, optimize planting structure corresponds to SDG2 (Zero Hungry), and SDG1 (No Poverty). Planting and breeding adjustment corresponds to SDG3 (Good Health and Well-being), and SDG6 (Clean Water and Sanitation). Ecological industrialization corresponds to SDG7 (Affordable and Clean Energy), and SDG13 (Climate Action). Other measures corresponds to SDG8 (Decent Work and Economic Growth), and SDG15 (Life on Land), representing the human pursuit of green welfare, which may come at the cost of resource consumption

Fig. 3 Location of Loess hill and gully region in the LP

Fig. 4Spatial dynamics of GAGP in the Loess Plateau, China. a. Environmental load rate; b. Environmental contribution rate; c. Emergy yield rate; d. Emergy density in gully agriculture of the Loess Plateau

Fig. 5Spatial dynamics of GAGP in the Loess Plateau of China. a. Emergy yield per person (EYP); b. Emergy utilization per person (EP); c. Emergy to money ratio (EMR); d. Emergy sustainability index (ESI) of gully agriculture in the Loess Plateau, China

Fig. 6The results of the IPATM of GAGP in the Loess Plateau of China. Here, A refers to per capita GDP, and T refers emergy per GDP, and P refers to the population, and G refers to GDP. GT, agricultural production effect

Fig. 7Indicators related to the sustainability of GAGP in 2030.ESI, emergy sustainability index. U, total input energy. S0 (thebaseline scenario, actual situation in 2020), S1 (adaptation to climate change), S2 (improved water-use efficiency), S3 (improvedenergy efficiency and efficient cleaner production), S4 (sustainable use and management of environment), S5 (hybrid scenario ofscenarios S1, S2, S3, and S4)

璩路路，重庆大学副教授、硕士生导师，中国自然资源学会土地资源专委会、资源地理专委会委员，中国农业工程学会智慧耕地利用与保护专委会副秘书长，主要从事土地资源管理、城乡转型、乡村振兴、减贫与发展以及地理学与社会科学的交叉关联研究。近年来在npj Sustainable Agriculture、Land Use Policy、Habitat International等发表论文50余篇。主持国家自然科学基金、中国博士后科学基金一类资助、重庆市社科规划项目、重庆市技术预见与制度创新专项等7项。担任《地理科学》、《农业资源与环境学报》和《农业科学研究》青年编委，专（译、参）著共3部在科学出版社等出版。

张宇昊，重庆大学公共管理学院硕士研究生，主要研究兴趣为气候变化与农业可持续。

李裕瑞，中国科学院地理科学与资源研究所研究员、博士生导师，中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室副主任、中国科学院人文-经济地理学教研室副主任，中国科学院首批特聘骨干岗位人员，中国地理学会农业地理与乡村发展专业委员会副主任、秘书长（兼）。主要从事农业地理与乡村发展研究，涉及农业经济地理与粮食安全、土地整治模式与实用技术、乡村转型机理与振兴路径等。主持国家自然科学基金4项，以及中国博士后科学基金一类资助、特别资助，国家科技支撑、重点研发和先导A类项目子课题，部委招标课题等近20项。论文发表在One Earth、Dialogues in Human Geography、JRS、LUP、HI、LDD以及《地理学报》《农业技术经济》等国内外期刊，应邀为英国地理学教材Introducing Human Geographies (Fourth Edition)撰写乡村发展专章Comparative ruralities。担任Habitat International、Land副主编，Cambridge Prisms: Drylands高级编辑、Journal of Mountain Science科学编辑、《科学通报》和Science Bulletin特邀编委，以及《农业工程学报》《地理科学》《农业资源与环境学报》等期刊编委。入选自然资源部“杰出青年科技人才”（2018）、科睿唯安“全球高被引科学家”（2020—2025），荣获中国地理学会科学技术奖“青年科技奖”（2021）、国际地理联合会（IGU）“杰出地理实践奖”（2024）。