生态系统脆弱性是生态安全的重要组成部分，研究区域生态系统脆弱性对优化环境、发展经济具有重要的现实意义^［1-4］。农业生态安全是区域农业发展的基础，农业生态系统是复杂系统，受自然、人为等多种因素的共同控制，农业在不同尺度、不同层次及不同类型中表现出不同的发展状态，使农业生态系统在不同区域尺度下呈现出不同的脆弱性特征及其演变规律，为保证区域农业生态系统环境的安全，对其进行农业生态系统脆弱性的评价研究十分重要。

农业生态系统脆弱性是在生态系统脆弱性研究的大背景下，将农业生产导入生态系统，在脆弱性视角下分析和评估农业生态系统。目前，学者们对农业生态系统脆弱性的研究大多以生态环境为基础，通过构建相关的评价体系，以可持续发展为目标对农业生态系统脆弱性展开评价。赵艳霞等^［5］运用模糊评判原理总结了农业生态系统的气候脆弱性综合评价方法，指出开展农业生态系统脆弱性评价研究是缓减气候、环境变化带来不利影响的重要环节；甘露等^［6］以贵州喀斯特地区为研究区域，发现农业生态环境脆弱性是自然过程和人为过程双重作用的结果，并据此探讨其环境整治和农业可持续发展的战略途径及相应的发展模式；王强等^［7］指出影响通辽市农业生态系统脆弱性的几大因素，表明了农业生态系统脆弱性制约着当地经济发展和居民的生活水平；刘伯超等^［8］对辽宁省14个地区生态环境脆弱度进行计算后指出，发展生态农业需要以生态恢复为载体，加强生态环境建设，创建绿色农业生态环境；杜福光等^［9］利用AHP和PCA相结合的方法对河北省农业生态环境脆弱性评价研究，认为综合两种分析方法可以避免单一方法在评价过程中的缺陷，更加客观地表现其脆弱性程度；朱婵婵等^［10］以陕西省清涧县为研究对象，从农业环境敏感性、生产投入稳定性和社会经济适应性3个方面探讨了农业对生态脆弱性的适应性行为，并指出其农业对生态脆弱性的适应性行为主要表现在3个子系统变化而引发适应性行为发生相应变化的过程。

近年来，学者已开始重视对区域生态系统脆弱性评价进行研究^［11-13］，但对农业生态系统方面的脆弱性类型评价研究尚少，特别是黄土高原的生态环境脆弱区，还鲜有在系统模式下分析农业生态系统脆弱性类型演变规律的研究。故在已有研究基础上，以陕西北部的榆林市为研究区域，对其内各县域农业生态系统脆弱性类型的演变展开分析与讨论，旨在为榆林市制定农业生态环境发展政策提供参考依据。

榆林地处陕西北部，是黄土丘陵沟壑区与毛乌素沙漠的交界地带。榆林市处于东亚季风边缘区，大陆性气候较明显，是陕西省气温最低的区域^［14］，区内年平均气温9.5 ℃，年降水量550 mm，降水量时空分布不均，集中于夏秋季。榆林是典型的黄土高原生态脆弱区，植被退化、水土流失等现象极为严重。长期以来，受气候、地形、自然环境的影响及人类活动的干扰，生态环境明显恶化^［15-16］。榆林市辖11县（神木县、府谷县、横山县、靖边县、定边县、绥德县、米脂县、佳县、吴堡县、清涧县和子洲县）1区（榆阳区），面积43 578 km²，约占陕西省土地总面积的1/5（图1）。根据地理位置分布和区域经济发展状况将12县（区）划分为南6县（区）（包括绥德县、米脂县、佳县、吴堡县、清涧县和子洲县）、北6县（区）（包括榆阳区、神木市、府谷县、横山区、靖边县和定边县）。

2004—2017年的气象数据主要来源于榆林市气象局，2004—2017年部分指标数据来源于《榆林市统计年鉴》、榆林市及各县（区）《国民经济和社会发展统计公报》，部分指标数据来源于《陕西省区域统计年鉴2018》，选择榆林地区12个县（区）共14个连续年份的数据，建立榆林地区12个县（区）24项指标的农业生态系统脆弱性评价体系。

针对榆林市农业生态的现实状况，结合前人研究成果^［17-26］并咨询相关政府部门工作人员及专家学者，采用特尔菲法从农业环境子系统、生产投入子系统和社会经济子系统3个方面的64项指标中筛选出具有典型代表作用的24项评价指标构建农业生态系统脆弱性评价体系。其中农业环境子系统主要反映自然因素和人为过程对农业生态系统的影响程度，生产投入子系统主要反映在生产过程中农业自身因素和人为过程对农业发展的影响，社会经济子系统反映人类应对农业生态系统脆弱性的能力和对区域农业生态系统脆弱性的响应过程（图2）。

以榆林市12个县（区）为研究对象，分析2004—2017年榆林市农业生态系统脆弱性类型的演变规律，对各县（区）的农业环境子系统、生产投入子系统、社会经济子系统和复合系统脆弱性变化进行计算。

使用极值标准化方法对数据进行处理。

正向指标：

负向指标：

式中：X_ij为标准化后数值；x_i为原始数据；x_max为第i项指标的最大值；x_min为第i项指标的最小值。

使用均方差赋权法计算各指标数据的权重系数。

随机变量均值M_i：

随机变量的均方差σ_i：

权重系数ω_1i：

使用熵值法确定指标权重。

为消除标准化后的变量值0值，需要进行坐标平移。

式中：Xij'为平移后的值；X_ij为标准化处理后的值；A为平移幅度。A的取值越小，其评价结果越接近实际值，故取A=0.000001。为了方便起见，仍记为X_ij。

指标比重P_ij：

熵值e_i：

差异系数g_i：

权重ω_2i：

以均方差赋权法与熵值法相结合，计算重组的指标权重。

式中：λ为均衡系数，组合权重随λ的变化而变化，关于λ的取值，根据已有研究成果^［25］和实际情况，赋值λ=0.5。

依据上述计算方法，得出2004—2017年榆林市各县域分别在时间序列上的农业生态系统脆弱性指标权重（表1）。

采用综合指数法构建区域农业生态系统脆弱性评价模型。

式中：V为综合指数，V的值越大，农业生态系统脆弱性越大，反之农业生态系统脆弱性越小；ω为指标权重；X_ij为指标数据标准化值。

运用三角模式对农业生态系统脆弱性中农业环境子系统、生产投入子系统和社会经济子系统之间的相互关系进行可视化表达（图3）。

在等边三角形EPS中，过三角形内部任何一点的平行线与各边截线对应的值求和为1，农业生态系统脆弱性V_T=V_E+V_P+V_S=1符合三角图法的应用条件，由此计算各子系统脆弱性指数V_E、V_P和V_S在系统中所占的比例。将农业生态系统脆弱性分为七类：农业环境子系统脆弱型（E型）、生产投入子系统脆弱型（P型）、社会经济子系统脆弱型（S型）、农业环境-生产投入子系统脆弱型（EP型）、农业环境-社会经济子系统脆弱型（ES型）、生产投入-社会经济子系统脆弱型（PS型）、农业环境-生产投入-社会经济子系统均衡脆弱型（EPS型）。

以农业环境、生产投入、社会经济和复合系统脆弱性的平均值（M）和标准差（σ）作为标准^［26］，将脆弱性划分为4个等级（表2）。

通过各个子系统在空间分异上脆弱性的综合指数，计算各子系统在不同阶段内的脆弱性指数，以展现其在每个阶段内的变化情况；分别计算在每个阶段内各子系统脆弱性指数的平均值和标准差；依据脆弱性等级划分标准，表明其属于哪个脆弱性等级。

为了对榆林市农业生态系统脆弱性的时序变化进行评价，以榆林市12个县（区）为研究对象，对2004—2017年各县（区）的农业环境子系统、生产投入子系统、社会经济子系统和复合系统脆弱性变化分别进行整理（表3）。

为明确榆林市农业生态系统脆弱性类型在时间上的变化状况，对榆林市农业生态系统脆弱性综合指数进行分析（图4）。讨论农业生态系统脆弱性的动态演变过程，将其划分为2004—2009、2010—2013年和2014—2017年3个阶段，3个阶段分别存在着2种不同的发展速度，但是从农业生态系统脆弱性发展的相对阶段来比较，其属于同一种动态发展过程。

为了对榆林市农业生态系统各系统中脆弱性类型的时序变化进行评价，在农业生态系统脆弱性进行时序变化整理的基础上，通过对比分析，选取了2004、2009、2013年和2017年4个具有代表性阶段的起始点作为断面节点，研究榆林市12个县域农业生态系统脆弱性类型的变化状况（图5）。

总体来看，2004—2017年，榆阳区、神木县、府谷县、靖边县、定边县、绥德县、佳县的农业生态系统脆弱性类型属于农业环境-生产投入-社会经济子系统均衡脆弱型（EPS型），米脂县属于生产投入-社会经济子系统脆弱型（PS型），吴堡县由农业环境-生产投入-社会经济子系统均衡脆弱型（EPS型）向生产投入-社会经济-子系统脆弱型（PS型），再到农业环境-生产投入-社会经济子系统均衡脆弱型（EPS型）转变，清涧县由农业环境-生产投入-社会经济子系统均衡脆弱型（EPS型）向生产投入-社会经济子系统脆弱型（PS型）转变，子洲县由生产投入-社会经济子系统脆弱型（PS型）向农业环境-生产投入-社会经济子系统均衡脆弱型（EPS型）转变。

榆阳区2004年农业系统脆弱性发展较均衡，2009年有向社会经济子系统脆弱型（S型）转变的趋势，2013年则向EPS中心靠近，且稍倾向生产投入子系统脆弱型（P型），2017年有倾向农业环境-生产投入子系统脆弱型（PS型）的趋势，但其间始终没有突破EPS型而向其他几种脆弱性类型发展。总体分析，榆阳区各子系统脆弱性在榆林市县域中均处于中等脆弱性及以下水平，各子系统要素虽有波动，但农业环境、生产投入和社会经济子系统均向较好的方向发展，故系统脆弱性的变化幅度基本一致。

神木县2004年生产投入子系统脆弱性比较突出，2009年农业环境子系统脆弱性比较突出，2013年生产投入子系统脆弱性比较突出，2017年农业环境子系统脆弱性比较突出。14年间，神木县系统脆弱性受农业环境子系统和生产投入子系统影响明显，但该县系统脆弱性与其他县域相比，均处于中等脆弱性级以下水平，表明农业环境、生产投入和社会经济这3个子系统脆弱性的变化相对稳定。

府谷县农业脆弱性类型在各个子系统脆弱性影响下虽有波动，但始终未突破EPS型而向其他脆弱性类型方向发展。在4个断面节点图上，府谷县脆弱性类型在EPS型中波动发展，其中2004年生产投入子系统脆弱性稍显突出，但3个子系统脆弱性程度基本均衡，2009年稍凸向农业环境子系统脆弱性，2013年和2017年生产投入子系统脆弱性又稍显突出，但基本沿EPS中心点而扰动，表明2004—2017年府谷县农业生态系统脆弱性类型受3个子系统影响，在EPS型内部处于不明显的波动状态。

横山县的社会经济子系统脆弱性一直处于较高位置，虽然农业环境子系统脆弱性一直在提高，但始终没有改变社会经济子系统脆弱性在EPS型内部的地位。总体来讲，横山县在农业生态系统发展过程中应该正确处理好农业环境、生产投入和社会经济这3个子系统内部的关系，有针对性地调整脆弱性程度较高子系统中的限制因素，以促进农业环境、生产投入和社会经济子系统向更好方向发展。

靖边县在EPS类型中，生产投入子系统脆弱性处于上下波动状态，但一直居高不下，而农业环境子系统脆弱性以较为稳定的趋势逐年提升，却始终没有超越生产投入子系统脆弱性程度。其主要原因是人类活动在一定程度上无法改变农业环境系统自身的脆弱性程度，但随着社会经济的发展，其对农业的依赖性越来越低，且用于农业的投入逐渐增多，使社会经济子系统脆弱性程度越来越低。

定边县受3个子系统影响，其脆弱性程度在EPS型内部不断波动，从2013年开始，定边县农业生态系统脆弱性类型有EPS型向EP型变动的趋势，2017年，这种脆弱性类型已经突破了原有的EPS型，在EPS型和EP型交界处移动。若定边县农业生态系统脆弱性类型向这种态势继续发展，农业生态系统脆弱性类型将可能会转型为EP型。

绥德县的EPS型中社会经济子系统脆弱性比较突出；生产投入子系统脆弱性在波动中有所上升，但变化不大；农业环境子系统脆弱性所占比重最小。2004—2017年绥德县在3个子系统脆弱性中虽然均存在一定问题，但社会经济子系统脆弱性在整个EPS型中处于较高位置，表明社会经济发展活力不足，因此在今后的发展过程中应该继续大力发展经济，提高该县的综合实力水平，促进农业更好发展，降低农业生态系统脆弱性程度。

米脂县生产投入子系统和社会经济子系统脆弱性比较突出，是影响农业生态系统脆弱性大小的主要因素。2004年和2009年米脂县社会经济子系统脆弱性更加突出，农业环境子系统脆弱性极低；2013年社会经济子系统脆弱性程度降低，农业环境子系统和生产投入子系统脆弱性相对提升，但并没有改变脆弱性类型在系统内部的转型；2017年社会经济子系统脆弱性又有所回升。整体分析，米脂县社会经济发展水平较为缓慢，社会经济发展对农业的依赖程度较强，用于农户对农业生产的投入比重较少，因此农业生态系统脆弱性类型属于PS型。

佳县农业系统脆弱性较为均衡而不明显，但社会经济子系统脆弱性比较突出。在农业生态系统发展过程中，虽然农业环境子系统和生产投入子系统脆弱性较低，但由于社会经济发展较为缓慢，致使各个子系统之间相互影响，造成社会经济子系统脆弱性呈现出偏高的发展趋势，脆弱性类型始终处于EPS型水平。相比之下，农业环境子系统较为稳定，生产投入子系统受社会经济子系统影响，脆弱性指数虽有波动，但变化幅度不大。

吴堡县农业生态系统脆弱性类型的转变，说明在农业生态环境发展过程中，由于社会经济发展水平和农业生产因素的不稳定性，容易造成系统内部脆弱性失衡。从2004年开始，吴堡县脆弱性类型一直有向PS型移动的趋势，到2013年脆弱性类型转变为PS型，随后由于社会经济的快速发展，系统内部脆弱性有所下降，到2017年脆弱性类型又转型为EPS型。

清涧县2004年各系统脆弱性较低且均衡，但社会经济子系统脆弱性较为突出，2009年以后各系统脆弱性趋于平衡化发展，社会经济子系统脆弱性有所回落，后由于社会经济发展水平较为缓慢，用于农业投入比重越来越小，且经济发展对农业的依赖程度也有所提升，到2017年农业生态系统脆弱性类型转变为PS型。

子洲县前期由于社会经济发展水平缓慢而导致对农业生产的投入具有滞后性，2004年脆弱性类型呈现出生产投入-社会经济子系统脆弱型（PS型），但后期在社会经济迅速发展的条件下，用于农业生产的投入越来越多，抵抗农业灾害的能力也越来越强，各子系统脆弱性由不协调逐渐向协调性发展，同时农业环境系统状况虽有变动，但一直向较好的方向发展，脆弱性也一直保持较低水平。因此，子洲县农业生态系统脆弱性不断向矛盾不显著的EPS型转变。

不同县域农业生态系统脆弱性类型代表了县域农业生态系统脆弱性的发展现状，按照农业环境子系统（E）、生产投入子系统（P）和社会经济子系统（S）脆弱性程度高低，利用脆弱性三角分类图可知，2004—2017年榆林市农业生态系统脆弱性类型分为5种类型，即：①农业环境-生产投入-社会经济子系统均衡脆弱型（EPS型，榆阳区、神木县、府谷县、横山县、靖边县、定边县、绥德县和佳县）；②生产投入-社会经济子系统脆弱型（PS型，米脂县）；③农业环境-生产投入-社会经济子系统均衡脆弱型向生产投入-社会经济子系统脆弱型，再到农业环境-生产投入-社会经济子系统均衡脆弱型转变（EPS型→PS型→EPS型，吴堡县）；④农业环境-生产投入-社会经济子系统均衡脆弱型向生产投入-社会经济子系统脆弱型转变（EPS型→PS型，清涧县）；⑤生产投入-社会经济子系统脆弱型向农业环境-生产投入-社会经济子系统均衡脆弱型转变（PS型→EPS型，子洲县）。总体来看，各子系统脆弱性程度在各个发展阶段均呈现出南部区域高于北部区域，南6县高于北6县的分布格局，与该地区农业生态环境的实际发展情况基本一致，但区域农业生态系统脆弱性程度总体上表现出逐年降低的趋势，表明了随着社会经济的不断发展，对农业生产和农业科技水平投入的增加，区域内抵抗农业生态系统脆弱性的能力也得到提升。

近年来，榆林市在退耕还林和各环保政策影响下，区域植被覆盖率水平明显提高，但农业生态系统脆弱性类型在不同县域之间、不同发展阶段仍然存在明显的“短板”问题。目前当地民众环保意识有所提高，已通过生产、科技投入的方式来改善区域存在的农业生态环境问题，但人为对自然环境的改造过程往往具有滞后性。社会经济的快速发展可提高区域抵抗农业生态系统脆弱性的能力，却没有从根本上解决农业生态系统脆弱性的现状，故不同县域之间的农业生态系统脆弱性类型也存在不同差异，不同年份同一县域农业生态系统脆弱性类型也会出现不同脆弱性类型的转型过程。这说明，榆林市农业生态系统脆弱性类型转型与区域农业环境子系统、生产投入子系统和社会经济子系统脆弱性的变化有密切联系，任何一个子系统脆弱性的变化都会影响着脆弱性类型的整体变化。因此，在今后的发展过程中，需要时刻关注脆弱性类型的转变，协调人与自然和谐发展，使农业环境、生产投入和社会经济子系统均向较好的方向发展，不断降低区域农业生态系统脆弱性水平。