亓 浩

(湖南師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，中國 長沙 410081)

改革開放以來，隨著中國城鎮(zhèn)化和工業(yè)化快速推進(jìn)，中國鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化和勞動力、資本與土地等鄉(xiāng)村發(fā)展要素轉(zhuǎn)移[1]，中國鄉(xiāng)村發(fā)展進(jìn)入轉(zhuǎn)型升級的新階段。伴隨這些變化，作為鄉(xiāng)村主要生產(chǎn)空間之一的耕地，其功能形態(tài)也隨之轉(zhuǎn)型。

在耕地多功能理論框架研究方面，Wiggering[2]和宋小青[3]等指出耕地作為具有商品性產(chǎn)出與非商品性產(chǎn)出的聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)，其功能受到耕地生態(tài)系統(tǒng)承載能力的制約?？紫楸骩4]等構(gòu)建了耕地“要素-過程-功能-質(zhì)量”研究框架，并認(rèn)為耕地功能的實(shí)現(xiàn)需要相對應(yīng)的氣候、植被、土壤、地形地貌等要素以及作用過程的支撐。然而，不同階段人類需求以及耕地利用形態(tài)的差異性決定了耕地多功能具有空間異質(zhì)性以及時間動態(tài)性[5]。

主體功能區(qū)劃依據(jù)自然維度、自然環(huán)境對人類活動的適宜程度以及地域功能的空間組織效應(yīng)將地域單元劃分為優(yōu)化開發(fā)區(qū)、重點(diǎn)開發(fā)區(qū)、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)以及重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)[6]，并且明確了各主體功能區(qū)的功能定位目標(biāo)，對國土空間格局優(yōu)化與開發(fā)具有基礎(chǔ)制度作用[7]，指導(dǎo)耕地功能形態(tài)轉(zhuǎn)型也是主體功能區(qū)劃的重要內(nèi)容之一。當(dāng)前，學(xué)者們探究了主體功能區(qū)在鄉(xiāng)村轉(zhuǎn)型[8]、城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與效率[9,10]、土地利用變化與轉(zhuǎn)型[11,12]等方面的差異。

結(jié)合《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》(1)來源于《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)全國主體功能區(qū)規(guī)劃的通知》http://www.gov.cn/zhengce/content/2011-06/08/content_1441.htm，耕地多功能內(nèi)涵可以進(jìn)一步拓展為：從需求或規(guī)范角度來講，耕地多功能是指耕地管理者可實(shí)現(xiàn)的主體功能區(qū)功能定位目標(biāo)；從供給或?qū)嵶C角度來講，耕地多功能是指各個主體功能區(qū)耕地利用與管理的多重影響、利用或效用[3,13]。綜觀耕地多功能研究相關(guān)文獻(xiàn)，當(dāng)前多關(guān)注區(qū)域宏觀層面耕地多功能評價[14,15]，較少依據(jù)主體功能區(qū)劃約束下探究不同主體功能區(qū)耕地功能空間異質(zhì)性和時間動態(tài)性變化差異。

鑒于此，本文基于湖南省2005，2010以及2015年縣域土地利用數(shù)據(jù)和社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在構(gòu)建耕地多功能評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，依據(jù)主體功能區(qū)劃，使用Kernel密度估計(jì)以及動態(tài)聚類分析法揭示各個主體功能區(qū)耕地多功能時空演變態(tài)勢，為促進(jìn)各主體功能區(qū)耕地資源合理配置與可持續(xù)利用提供參考。

1 區(qū)域概況、數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 區(qū)域概況

湖南省位于長江中游地區(qū)，行政區(qū)域面積21.18萬km2，為全國糧食主產(chǎn)區(qū)之一，在全國糧食安全格局中具有重要地位。截至2017年，湖南省糧食播種面積為4 978.9 hm2，糧食總產(chǎn)量3 073.6萬t，耕地面積占全省土地總面積的19.59%，集中分布在湘北洞庭湖平原與湘中衡邵丘崗區(qū)，農(nóng)林牧漁從業(yè)人員1 686.30萬人，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值2 597.63億元(數(shù)據(jù)來源：2017年《中國農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》和2017年《湖南農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》)。

圖1 湖南省主體功能區(qū)分布圖Fig. 1 Distribution of major function-oriented zones in Hunan province

根據(jù)樊杰的《全國主體功能區(qū)規(guī)劃V1.0》[12]研究成果，湖南省可劃分為農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、重點(diǎn)開發(fā)區(qū)以及重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)三大區(qū)域。各縣域主體功能定位見圖1.

1.2 耕地多功能指標(biāo)體系構(gòu)建

在耕地多功能指標(biāo)體系構(gòu)建上，姜廣輝等[16]依據(jù)耕地具有的基本屬性，將耕地功能劃分為生產(chǎn)功能、生態(tài)服務(wù)功能和景觀文化功能三大基本功能。向敬偉等[17]認(rèn)為耕地功能從基本的糧食生產(chǎn)逐步拓展到就業(yè)保障、生態(tài)服務(wù)、景觀格局等方面，他們將耕地功能劃分為作物生產(chǎn)功能、生活保障功能、生態(tài)保護(hù)功能3個方面。本文認(rèn)為，耕地是糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物主要生產(chǎn)空間之一，具有生產(chǎn)功能；耕地與林地、水域、草地共同維護(hù)著鄉(xiāng)村生態(tài)系統(tǒng)平衡，體現(xiàn)了生態(tài)服務(wù)功能；耕地開發(fā)利用需要投入相應(yīng)數(shù)量的勞動力，進(jìn)而創(chuàng)造產(chǎn)品與勞務(wù)價值，體現(xiàn)了耕地的社會保障功能以及國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能。鑒于此，結(jié)合現(xiàn)有研究，本文將耕地功能劃分為生態(tài)服務(wù)功能、國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能以及社會保障功能4個方面(表1)。

(1)生態(tài)服務(wù)功能著重考慮耕地資源要素綜合體對周邊生態(tài)環(huán)境可能產(chǎn)生的影響，本文選取水源涵養(yǎng)能力、自然固碳能力以及土壤保持能力表征[18-20]。同時，耕地景觀的破碎度不僅會影響耕地景觀的美觀度，還會影響到各耕地生態(tài)子系統(tǒng)物種間的交流[13]，因此，本文還選取耕地景觀破碎度衡量耕地生態(tài)服務(wù)功能。

(2)國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能反映人類在耕地上從事種植業(yè)生產(chǎn)活動所獲得的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出能力。借鑒馬才學(xué)等[21]的研究，本文使用種植業(yè)對農(nóng)林漁牧業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)、種植業(yè)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)以及耕地經(jīng)營效益表征耕地國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能。

(3)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能選取糧食生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)能力表征。糧食問題本質(zhì)上體現(xiàn)的是耕地問題，并且耕地作為糧食生產(chǎn)載體具有不可替代性[22]。同時，除種植基本的糧食作物以外，農(nóng)戶還會根據(jù)耕地所處的氣候、溫度、降水等自然條件和市場需求，種植經(jīng)濟(jì)價值高、商品率高的經(jīng)濟(jì)作物以獲取更多的經(jīng)濟(jì)收入。

(4)社會保障功能方面農(nóng)業(yè)勞動力進(jìn)城務(wù)工擴(kuò)寬了農(nóng)民收入來源，造成了耕地社會保障功能的轉(zhuǎn)變。參考盧新海等的研究[23]，本文選取耕地的就業(yè)保障能力以及家庭收入保障能力表征耕地社會保障功能。

表1 耕地多功能評價指標(biāo)體系

1.3 研究方法

1.3.1 投影尋蹤模型 在構(gòu)建后耕地多功能評價指標(biāo)體系以后，為了避免人為主觀賦值的弊端，提高評價結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，本文選取投影尋蹤模型測度耕地多功能水平。投影尋蹤模型具有易用性強(qiáng)、結(jié)果客觀科學(xué)、操作簡單等方面的優(yōu)點(diǎn)。學(xué)者們將其運(yùn)用于土地效益評價[29]、資源承載力評價[30]、災(zāi)害評估[31]等方面?；静襟E包括樣本標(biāo)準(zhǔn)化處理、構(gòu)建投影指標(biāo)函數(shù)和投影目標(biāo)函數(shù)、確定合理投影方向和投影值。最佳投影方向計(jì)算公式為

(1)

1.3.2 Kernel密度估計(jì) Kernel密度估計(jì)是一種主要用于隨機(jī)變量的概率密度進(jìn)行估計(jì)，用連續(xù)的密度曲線描述隨機(jī)變量的分布均衡度的非參數(shù)研究方法[32]，可以刻畫區(qū)域耕地多功能分布的演進(jìn)趨勢以及分布的整體形態(tài)。假設(shè)隨機(jī)變量X的密度函數(shù)為f(x),則概率密度的計(jì)算公式為

(2)

其中，n為縣市數(shù)量，h為函數(shù)帶寬，函數(shù)帶寬的選擇會影響到估計(jì)密度曲線的平滑程度，k((x-Xi)/h)為縮放核函數(shù)。曲線整體向左或右側(cè)移動，說明耕地功能水平在整體降低或提高；波峰數(shù)量為單峰、雙峰或多峰，表明耕地功能出現(xiàn)了收斂、兩極化或多極化演變態(tài)勢；波峰高度分布越來越扁平或陡峭，說明耕地功能差距在擴(kuò)大或縮小。

1.4 數(shù)據(jù)來源

耕地利用數(shù)據(jù)來源于2005，2010和2015年3期100 m×100 m《中國多時期土地利用土地覆被遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)集(CNLUCC)》，以2005年數(shù)據(jù)為例，綜合精度具有95%以上的定性準(zhǔn)確率[33]。降水量數(shù)據(jù)來源于2005，2010和2015年3期《中國1980年以來逐年年降水量空間插值數(shù)據(jù)集》，此數(shù)據(jù)集來源于全國2 400多個氣象站點(diǎn)。高程數(shù)據(jù)來源于《分省DEM 30m數(shù)據(jù)(SRTM 30 m)》(2000年)，湖南省土壤類型數(shù)據(jù)來源于《中國土壤類型空間分布數(shù)據(jù)》(1995年)，以上數(shù)據(jù)均由中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)提供。各縣市社會經(jīng)濟(jì)屬性數(shù)據(jù)以及主要農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)來源于2005，2010及2015年《湖南統(tǒng)計(jì)年鑒》和《湖南農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地多功能投影方向向量分析

采用投影尋蹤模型得到各個指標(biāo)的最佳投影方向向量(圖2),將最佳投影方向向量與評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值乘積相加，從而得到各個縣市的耕地多功能值。最佳投影方向向量值的高低實(shí)際上為各評價指標(biāo)的權(quán)重，可以反映出各評價指標(biāo)對耕地功能水平的影響程度，評價值越大表明相應(yīng)的評價指標(biāo)對耕地多功能水平影響越大[25]。SYHY，ZZGX2和JTSR的最佳投影方向向量大于0.4，表明水源涵養(yǎng)功能、種植業(yè)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展貢獻(xiàn)能力、就業(yè)保障能力是影響耕地多功能水平的主要影響因素。

圖2 指標(biāo)最佳投影方向向量值分布Fig. 2 The absolute distribution of evaluation indice optimal projection direction

2.2 耕地多功能時序演變特征

在Stata MP14軟件中得到湖南省各個主體功能區(qū)的耕地多功能Kernel密度曲線，為了節(jié)省版面，僅列出生態(tài)服務(wù)功能估計(jì)結(jié)果，其余結(jié)果省略，如圖3所示。以2005年為基期，2005—2010年為研究初期，2010—2015年為后期，通過對不同時期的Kernel密度曲線比較，各主體功能區(qū)的耕地多功能主要呈現(xiàn)出以下變化特征：

(1)從整體分布來看，各主體功能區(qū)曲線位置移動趨勢基本維持一致：生態(tài)服務(wù)功能以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能的Kernel密度曲線位置初期向右側(cè)移動，后期向左側(cè)移動，說明耕地生態(tài)服務(wù)功能以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能呈先上升后下降的變化態(tài)勢；國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能以及社會保障功能的曲線位置隨著時間的推移逐漸向左側(cè)移動，功能水平表現(xiàn)出下降趨勢。

(2)從波峰數(shù)量來看，農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能曲線由單峰轉(zhuǎn)變?yōu)榫忞p峰，兩極分化加劇，重點(diǎn)開發(fā)區(qū)社會保障功能的曲線維持雙峰狀態(tài)，呈現(xiàn)明顯的兩極分化特征，農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、重點(diǎn)開發(fā)區(qū)的其余功能以及重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)各功能曲線形態(tài)整體維持單峰狀態(tài)，表明耕地功能出現(xiàn)了收斂演變態(tài)勢。

(3)從波峰高度分布來看，農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能波峰高度分布逐漸變寬，說明功能差距擴(kuò)大，社會保障功能波峰高度表現(xiàn)出陡峭型-扁平型-陡峭型的演變軌跡，表明功能差距初期擴(kuò)大后期縮小；重點(diǎn)開發(fā)區(qū)耕地國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能波峰高度分布變得越來越陡峭，說明耕地功能差距縮小；重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)耕地生態(tài)服務(wù)功能以及國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能的波峰高度分布越來越陡峭，說明耕地功能的差距在逐漸縮小，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能以及社會保障功能的波峰高度具有陡峭型-扁平型-陡峭型演變趨勢，說初期差距擴(kuò)大，后期差距縮小。

圖3 耕地多功能Kernel密度曲線變化Fig. 3 Dynamic evolution of cultivated land multifunction

2.3 耕地多功能空間分異演化特征

根據(jù)耕地多功能評價結(jié)果，列出三大主體功能區(qū)2005，2010和2015年耕地多功能水平均值；再采用動態(tài)聚類方法[34]分析各主體功能區(qū)耕地多功能的空間演化，將耕地多功能水平劃分為高、中、低3種發(fā)展水平，并在ArcGIS 10.2平臺中使用柱狀圖可視化，柱形越高，表明耕地功能水平越高(圖4)。

圖4 耕地多功能空間分異演變Fig. 4 Evolution of distribution of cultivated land multifunction

(1)耕地多功能空間分異演化

根據(jù)表2分析可知，耕地生態(tài)服務(wù)功能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能維持農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、重點(diǎn)開發(fā)區(qū)、重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)遞減的分布格局；耕地國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能由2005年“農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)>重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)>重點(diǎn)開發(fā)區(qū)”演變?yōu)?010和2015年“重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)>農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)>重點(diǎn)開發(fā)區(qū)”的空間分布格局；耕地社會保障功能維持農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)、重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)、重點(diǎn)開發(fā)區(qū)遞減的分布格局。

表2 各主體功能區(qū)耕地多功能評價結(jié)果

(2)各主體功能區(qū)間空間分異演化特征

農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)包括30個縣市。研究時段內(nèi)，安鄉(xiāng)縣等6個縣市耕地功能整體維持中高發(fā)展水平；生態(tài)服務(wù)功能絕大部分縣市維持穩(wěn)定狀態(tài)，后期漢壽縣等14個縣市發(fā)展水平上升；國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能中衡山縣等8個縣市耕地功能發(fā)展水平下降，其余縣市維持穩(wěn)定狀態(tài)，后期12個縣市的發(fā)展水平下降，6個縣市的發(fā)展水平上升；耕地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能中，初期桃源縣等5個縣市由發(fā)展水平上升，下降的縣市包括漢壽縣等3個，后期11個縣市發(fā)展水平上升，2個縣市下降；社會保障功能初期整體維持穩(wěn)定狀態(tài)，后期共有5各縣市發(fā)展水平上升，3個縣市發(fā)展水平下降?？傮w來看，農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)耕地多功能發(fā)展水平與其提供農(nóng)產(chǎn)品的主體功能定位一致性程度不斷提高。

重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)包括42個縣市。耕地生態(tài)服務(wù)功能中，初期嘉禾縣等11個縣市的發(fā)展水平下降，其余縣市維持穩(wěn)定狀態(tài)，后期石門縣等18個縣市的發(fā)展水平轉(zhuǎn)入較低值區(qū)；耕地國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能初期共有6個縣市下降，后期宜章縣等8個縣市轉(zhuǎn)入低值區(qū)，桂東縣19個縣市提升；耕地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能中，初期重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)整體變化不大，后期辰溪縣等9個縣市發(fā)展水平下降，石門縣等5個縣市提升；耕地社會保障功能中，前期桂東縣等7個縣市發(fā)展水平由高值區(qū)轉(zhuǎn)入低值區(qū)，后期桂東縣等14個縣市發(fā)展水平明顯提升。總體來看，重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)耕地生態(tài)服務(wù)功能、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能中高發(fā)展水平縣市減少整體符合其提供生態(tài)產(chǎn)品的主體功能定位，但耕地國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能以及社會保障功能仍有部分縣市發(fā)展水平提升，重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)耕地多功能發(fā)展水平與其功能定位一致性仍有優(yōu)化與改善空間。

重點(diǎn)開發(fā)區(qū)包括28個縣市。耕地生態(tài)服務(wù)功能中，初期邵東縣等5個縣市發(fā)展水平下降，后期永興縣等9個縣市發(fā)展水平下降，常德市等7個縣市的發(fā)展水平上升；耕地國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能中，發(fā)展水平下降的縣市主要集中在市轄區(qū)及其鄰近的縣市，數(shù)量由初期的5個增加到13個；耕地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能中，初期寧鄉(xiāng)縣等4個縣市的發(fā)展水平提升，其余縣市維持穩(wěn)定狀態(tài)，后期集中在洞庭湖平原的常德市等5個縣市發(fā)展水平提升，長沙市等7個縣市下降；耕地社會保障功能初期長沙縣等3個縣市的發(fā)展水平下降，后期增加到常德市等11個縣市?？傮w來看，重點(diǎn)開發(fā)區(qū)主體功能定位為提供工業(yè)品及服務(wù)產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與改善弱化了部分縣市的耕地國民經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)功能與社會保障功能，但其作為人口和經(jīng)濟(jì)密集地區(qū)，對于農(nóng)產(chǎn)品以及美好生活環(huán)境也具有較大需求，重點(diǎn)開發(fā)區(qū)各縣市的耕地生態(tài)服務(wù)功能和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能發(fā)展水平仍有提升空間。

經(jīng)以上分析，一方面，從各主體功能區(qū)內(nèi)部來看，各主體功能區(qū)耕地利用與其主體功能定位的一致性程度具有顯著差異；另一方面，與初期相比，在2010年主體功能區(qū)劃正式實(shí)施以后，各縣市單元耕地多功能發(fā)展水平變化更為頻繁，反映了基于管理者利益需求與耕地資源綜合體供給制定的主體功能區(qū)劃和耕地利用、管理的協(xié)調(diào)水平在不斷改變。

3 啟示

基于本文研究，得到以下政策啟示。第一，改善與主體功能定位相協(xié)調(diào)的耕地利用與管理政策。農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)為主體功能定位為提供農(nóng)產(chǎn)品，應(yīng)實(shí)施嚴(yán)格的基本農(nóng)田保護(hù)制度，大力發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，增強(qiáng)耕地綜合生產(chǎn)能力，并以鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略為契機(jī)，推進(jìn)社會主義現(xiàn)代化農(nóng)村建設(shè)，增強(qiáng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)活力，提升耕地多功能水平；重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)以提供生態(tài)產(chǎn)品為主體功能定位，應(yīng)通過產(chǎn)業(yè)扶貧、生態(tài)扶貧、易地搬遷等途徑推動農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，通過退耕還林等手段提升林地多功能水平，構(gòu)建耕地、林地、草地、水域良性互動的土地利用系統(tǒng)；重點(diǎn)開發(fā)區(qū)應(yīng)在合理處理好城鄉(xiāng)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張與耕地保護(hù)間的關(guān)系，重點(diǎn)提升耕地生態(tài)服務(wù)功能與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)功能。第二，由于耕地在空間上具有位置相鄰性，應(yīng)開展主體功能區(qū)間、縣市間耕地利用與管理分工與合作，提高區(qū)域間耕地功能的協(xié)同性。