马仁锋，姜露露

（宁波大学地理与空间信息技术系，浙江·宁波 315211）

耕地功能指耕地系统提供的能够满足人类生存与发展的物质与非物质生产能力[1]。耕地功能分类是对耕地功能量化研究的前提，包括物质生产功能、生态环境功能、景观美学功能和社会保障功能四个一级功能分类[2]。但因耕地空间分布和功能区域分工的差异性，以及人类利用的偏向性和选择性，某一类耕地功能的提供会因其他类耕地功能利用的增长而增长或减少，将两种耕地功能的同方向变化称为协同关系，异方向变化称为权衡关系[3]。2017年中共中央突出强调对农业生产环境的治理与保护，2018年提出加强对乡村功能的挖掘与价值发现，因地制宜建设一批多功能的乡村休闲区，注重协同性与关联性，全面实现乡村振兴。要求在耕地开发保护与利用中积极关注耕地多功能间的权衡与协同关系，有效降低负向效应，促进各功能耕地的协调可持续发展。权衡与协同指时间、空间、主体和可逆等的权衡与协同[4]，多数学者仅选择单个时间点进行静态研究，以多年连续数据为支撑的时空格局及其动态演变的研究较少。

以杭嘉湖平原（包括杭州、嘉兴、湖州、绍兴全市）为例，在耕地功能四个一级分类体系下，选取目前较为关注的物质产出、生态环境、景观美学和劳动力承载这4种功能进行研究[5-9]。首先，明确耕地多功能内涵，构建评价指标体系及评价模型；其次，运用斯皮尔曼秩相关法分析耕地功能权衡与协同的时间格局及其动态演变规律；最后，考虑单变量和双变量的空间关系，运用空间自相关法分析耕地功能权衡与协同的空间格局及其动态演变规律。研究结果可为科学的政策引导与规划管制、促进耕地多功能从权衡走向协同、增强耕地多功能综合效益提供技术支持和决策借鉴。

1 模型构建

1.1 耕地各功能评价

物质产出功能（NCF）是耕地的基本功能和核心功能。目前多采用农作物产出规模来衡量[10]，但易低估经济作物的价值，故采用单位耕地面积的农业产值来衡量。生态环境功能（ENF）指耕地保持水土、调节气候、维持生物多样性等的功能，受耕地生产活动的影响较大，因此对该功能的评价主要从农业生产活动对耕地的负面影响来考量。考虑到数据获取的便利性，选用农药强度这一指标对其进行量化表征。景观美学功能（LAF）指耕地作为一种自然和人文的综合景观提供给人们美的享受，是耕地文化休闲功能的重要组成部分[11]，其强弱受到供需的影响[12-15]，故从供给与需求两个维度来构建指标体系，其权重根据层次分析法以及文献确定。劳动力承载功能（LCF）指一定面积的耕地所能容纳的最多劳动力的数量的能力，具有缓解农村就业压力与风险的作用，故以单位耕地所能容纳的劳动力来衡量。

1.2 数据源及标准化

获取研究区2005、2010和2015年的浙江省土地利用类型以及地貌分布数据，并在GIS中按照县域边界提取杭嘉湖平原数据，以满足Fragstas4.2数据处理格式要求输出，最后利用Fragstas4.2进行景观指数与土地利用集聚度计算，构建耕地景观美学功能评价模型。县域中心距离最近地级市中心的距离通过百度地图直接测得。社会经济数据主要来源于2005、2010、2015年《浙江省统计年鉴》、《杭州市统计年鉴》、《湖州市统计年鉴》、《绍兴市统计年鉴》以及各市政府的年度统计公报。

因各指标的含义与量纲不同，且指标正负方向与评价目标方向不一致，无法进行比对，因此对数据进行无量纲化处理。公式：yi(k) = (Xi(k)-minXi) / (maxXi -minXi)，yi(k)表示无量纲化值，Xi(k)表示原始指标值，maxXiminXi表示同一指标中的最大值和最小值。

2 耕地多功能评价分析

2.1 斯皮尔曼（spearman）分析

斯皮尔曼秩相关系数rs(Xi,Yi)是计量地理学中主要的相关分析法。采用斯皮尔曼相关系数对耕地多功能间权衡与协同关系进行分析，设样本有n对独立分布的(Xi yi) (i为自然数n)，x y均有n个等级，每一个等级即为x与y的秩次。对于相关系数r主要以对数等级差来讨论：当 r ＜ 0，权衡；r ＞ 0:协同；r = 0:独立不显著。

2.2 莫兰指数（LocalMoran’s I）分析

空间自相关多用于生态系统服务功能与物质产出功能等的空间相关性研究。用GlobalMoran’s I指数分析研究区耕地功能权衡与协同的整体状况，用LocalMoran’s I指数分析研究区局部耕地多功能团聚程度：“H-H”表示耕地功能的高值协同区、“L-L”表示耕地功能低值协同区、“L-H”与“H-L”为“低—高”与“高—低”权衡区、不显著区则为独立关系。公式：

其中：Xi表各项耕地功能值；n为研究区县域个数；Wij（相邻为1，否则为0）为矩阵权重。进行Z值检验：。当Z(I)＞1.96(0.05)，表明该区域间存在显著的空间相关。双变量空间自相关模型更具说服力，公式其中：表双变量空间自相关系数；表示i区域第K项的耕地功能值；表示j区域第I项耕地功能指数的观测值；和分别表示第K项和第I项的耕地功能平均值和耕地功能值方差。

3 模型应用

3.1 耕地功能评价

据上述评价模型，杭嘉湖平原不同时期各耕地功能值见表1。

表1 杭嘉湖地区2005 2010 2015年各县市耕地功能得分Table 1function scores of each county and city in Hangjiahu region in 2005, 2010 and 2015

2005-2015年，杭嘉湖平原耕地各功能呈不同的变化趋势。物质产出功能呈稳定的增长态势，年均增长52.69%；生态环境功能呈“下降—上升—下降”的总趋势，但是2015年生态环境功能与2005年和2010年相比有所增长，表明生态环境功能不断增强；景观美学功能，受供需的影响，增长速度比较慢；劳动力承载功能因耕地保护意识的加强，2005-2015年耕地劳动力承载功能略有增强。

3.2 耕地多功能时间格局及其演变

在耕地多功能评价的基础上，利用斯皮尔曼秩相关分析法分析耕地功能权衡与协同的时间格局及其演变，系数r见表2。

表2 杭嘉湖平原耕地各类功能之间的斯皮尔曼秩相关系数Table 2 Spearman rank correlation coefficients among various functions of cultivated land in hangjiahu plain

整体上，耕地功能间主要呈协同关系；但各功能间的协同关系随年减弱，权衡关系随年增强。各耕地功能间权衡与协同及其变化归纳为：

第一，生态环境功能由权衡转变为协同，且协同关系增强的速度较快。在2005-2015年间，系数由负转正，说明生态环境与物质产出以及劳动力承载之间由权衡转向协同，且通过显著性检验。可能因2010年耕地的保护意识不强引起，物质产出持续增加，大量耕地遭受破坏，生态功能和劳动力承载功能相应减弱。2010年后，耕地保护意识随环保意识兴起，生态环境与物质产出功能均增强；杭嘉湖地区因其发达的经济和优良的资源吸引大量劳动力流入，劳动力承载功能逐渐增强。

第二，景观美学与物质产出、生态环境以及劳动力承载的权衡关系不断增强。2005-2015年间，前两者间系数较后两者间系数，变化幅度较小。景观美学功能主要体现于旅游业，而旅游业会对当地的耕地造成污染，当污染速度超过净化速度，生态环境功能将严重受损。表3说明，杭嘉湖平原近年来旅游业发展对环境造成了一定的负面影响。农业属于劳动密集型产业，农业劳动人口减少和人口承载上限降低都会导致耕地劳动力承载功能减弱。

第三，物质产出与劳动力承载功能始终呈协同关系，但协同关系在2010年后略有减弱。杭嘉湖平原属山间平原，耕地较为破碎，大多依靠人工进行种植、培育与收割，属劳动力倾向型产业。所以物质产出功能与土地劳动力承载功能成正比例的关系，当然农业技术的进步也会对物质产出产生正面影响。

3.3 耕地多功能空间格局及其演变

（1）同一耕地功能间比较

利用GlobalMoran’sI指数分析杭嘉湖地区同一耕地功能权衡与协同的空间格局及演变规律。

表3中的指数仅一个为正，其余为负，且通过了α=0.05的检验，说明该地区在2005-2010年大体上呈权衡关系，但在时间与功能类别上权衡程度及变化存在较大差异。纵向，协同程度由强到弱依次是景观美学、生态环境、劳动力承和物质产出功能。权衡程度变化，物质产出与景观美学功能的值在2005-2015年略有降低，说明两者的权衡程度略有减弱但较为稳定；劳动力承载功能的值 略有上升，说明权衡关系略有增强；生态环境功能的值变化幅度较大，且在2010年为正，即在2005-2010年由权衡关系转为协同关系，在2010-2015年转为权衡关系，说明该地区该功能的协同与权衡关系不稳定，但总体上权衡加强。

为进一步明确各类耕地功能权衡与协同的空间格局及演变规律，对各耕地功能局部空间进行自相关分析，获取各耕地功能的局部空间关联（表4）：用“H-H”或“L-L”协同、“H-L”或“L-H”权衡、“—”独立，表示空间格局及演变。整体上，各耕地功能协同与权衡在数量上相似：不显著性区域最多，其次是“L-H”和“H-L”权衡区，“H-H”和“L-L”协同区较少，时空格局上差异也较大。

表3 杭嘉湖地区相同耕地功能的全局相关指数Table 3 The global correlation index of the same arable land function in Hangjiahu area

表4 杭嘉湖平原相同耕地功能空间相关Table 4 The functional spatial correlation of the same cultivated land in Hangjiahu plain

物质生产功能的空间分布与数量发生了一定程度的变化。“LH”、“HL”权衡区主要分布于湖州市区与建德市，“L-L”协同区分布在长兴县。2005年，仅“L-H”权衡比较显著，2010年“H-L”呈显著水平，2015年出现一小块“L-L”协同显著区。湖州市市区农业用地与人口较少，所以物质产出功能相对于周边地级市来说较低；建德市距杭州较近且农业用地较为丰富，所以物质产出功能较强；长兴县农业用地面积小，物质产出功能弱。“H-L”、“L-L”的出现可能与研究区的农业政策以及农户耕地利用行为等因素相关。

生态环境功能空间分布与数量变化较大。2000年生态环境功能不显著，主要原因可能是小规模的人口和农作物需求对环境的破坏较小。2005年后，“L-L”与“L-H”、“H-L”出现，且在格局与数量上变化差异较大。2010年,“L-L”区主要分布于湖州市区、临安区以及嵊州市，“L-H”区主要分布于嘉善县。2015年,仅“L-H”、“H-L”两个权衡区分布。分析原因，可能跟当地的环保政策和经济政策相关。

景观美学功能空间分布与数量变化差异较小。2000年，仅海盐一个“L-L”区分布，其余均不显著。可能是因为当地的旅游产业发展处于萌芽期，实力较弱。2010年，“L-L”区主要分布于平湖市，“H-L”主要分布在绍兴市区。2015年仅“H-L”分布于湖州与绍兴市区。城市居民对耕地景观美学具有较强的需求和支付意愿与能力，且该地带农业景观资源丰富，具有多个AAA级以上农业景观旅游点，景观功能强。

劳动力承载功能空间分布变化较大，数量变化较小。2005年，“H-H”区分布于湖州市区，“L-H”、“H-L”区分布在建德市和海宁市。可能是因为湖州市市区周边县均为主要农产品生产区，劳动力需求大；户籍制度改革和城镇化运动也会引起周边农村劳动力的转移。2010年，“L-H”区分布在嘉善县。2015年，“H-L”权衡区分布不变，“L-H”分布在绍兴市。概括而言，“L-H”区分布格局变化较大，也许是因地方政府的特殊政策引起的。

（2）不同耕地功能间比较

为探索杭嘉湖不同耕地功能间协同与权衡关系的分布与数量变化情况，利用Geoda进行双变量全局自相关分析（表5、表6）。

表5 杭嘉湖平原不同耕地功能的全局自相关指数Table 5 The global autocorrelation indexes of different cultivated land functions in Hangjiahu plain

表6 杭嘉湖平原不同耕地功能间空间相关Table 6 The spatial correlation among different cultivated land functions in Hangjiahu plain

研究区多数耕地功能间的GlobalMoran’sI值为正，少数为负，表明多数功能间为协同关系，少数为权衡关系。其中物质生产与景观美学功能间协同关系较强，生态环境与劳动力承载功能间权衡关系较强。整体看，GlobalMoran’sI值随时间逐渐变小直至为负，表明耕地功能间的协同作用不断减弱，权衡作用不断出现且逐渐增强。

物质生产与景观美学、生态环境与劳动承载、景观美学与劳动力承载间“L-L”型数量较多，二三对间“L-H”、“H-L”型数量较多。其中，物质生产、生态环境、景观美学与劳动力承载间的空间格局较稳定。

物质生产与生态环境“H-L”型数量较多，在空间分布上差异较大。2005年，仅桐乡市“L-L”型较为显著；2010年，类型丰富：“H-H”型分布于嘉善县，“L-L”型分布于湖州市区，“H-L”型分布于临安区和嵊州市；2015年，“L-H”、“H-L”型分别分布于绍兴市区和嵊州市。湖州市区农业用地面积少，物质生产功能较低，但是对土地的利用率高，污染较为严重。临安区，农业用地面积较大，靠近杭州市区，游客数量较多且消费意愿较高；嵊州市优越的自然条件以及政府政策的支持，生态农业已经成了当地的特色经济。

物质生产与景观美学以“L-L”型为主，但数量少，主要分布于湖州市市区、海盐县、平湖市以及绍兴市。近年来，湖州市和绍兴市文化旅游发展比较快，农业特色缺乏，吸引力减弱；海盐县与平湖市距离中心城区较远，农业市场条件落后。

物质生产与劳动力承载间的分布与数量变化较小。“H-L”和“L-H”型分布为主，分别分布于建德市和湖州市区、绍兴市区、海宁市。建德市农业生产条件优越，距离杭州市区近，物质需求量大，所以物质生产和劳动力承载较强。湖州和绍兴市区农业用地较少，所以物质生产与劳动力承载较弱；海宁市主要以商业和旅游业为主。

生态环境与景观美学功能的关系区数量少，空间分布变化比较小，主要是“H-L”和“L-L”型。“H-L”型主要分布在海盐县、平湖市，“L-L”型主要分布在绍兴市市区和湖州市市区。近些年来转向新型农业发展，成为全国现代农业示范区。

生态环境与劳动力承载在建德市呈“L-L”协同关系，在湖州市市区、绍兴市市区以及海宁市、嘉善县为“L-H”权衡关系。建德市可能因资金、技术等缺陷，导致农业用地污染的加深。湖州市市区、绍兴市市区以及海宁市与嘉善县，主要发展第二第三产业，人口向城区集中，周边农业用地面积萎缩，土地利用不断增强，对土地污染加重。

景观美学与劳动力承载主要为“H-H”、“L-L”协同和“L-H”权衡。2005年，“H-H”主要分布在湖州市市区和海宁市，2015年转移至绍兴市市区；“L-L”分布在建德市，且较为稳定；“L-H”分布在嘉善县。数量持续减少。湖州市市区与绍兴市市区人口集聚，人口增加；人民生活水平提升，对休闲农业的需求增加。建德市经济发展较为落后，人口较少，休闲农业发展缓慢。

4 结论与建议

以杭嘉湖平原为例，选取物质产出、生态环境、景观美学和劳动力承载4种典型的耕地功能，建立相应的指标体系与模型对各耕地功能进行评估，分析该区在20005、2010和2015年耕地多功能权衡与协同的时空格局与动态演变规律，主要结论如下：

第一，各耕地功能随时间变化明显。物质产出、生态环境、景观美学以及劳动力承载功能均有增强的趋势，其中物质产出与景观美学比生态环境与劳动力承载增强速度快，其中劳动力承载最平稳。

第二，时间尺度，大多数功能间呈协同作用，少数呈权衡作用。其中物质生产与景观美学功能协同关系和生态环境与劳动力承载功能间权衡作用均较强，且逐年增强。整体上，各功能间协同关系不断减弱，权衡关系不断增强。

第三，空间尺度上，呈现较强的集聚性特征；随时间推移，部分耕地功能空间格局发生一定程度变化。相同耕地功能GlobalMoran’sI值均为负，表明研究区耕地功能主要为权衡效应，景观美学功能的权衡效应最强，且较为稳定。在空间上，权衡型与协同型分布无明显特征与规律。随时间推移，物质生产权衡与协同的空间格局较稳定，其余三种功能在空间格局上都发生了不同程度的变化。不同耕地功能GlobalMoran’sI值有正有负，表明研究区不同种耕地功能间权衡与协同关系同存，其中物质生产与景观美学功能间的协同关系较强，生态环境与劳动力承载功能间权衡关系较强。随时间推移，整体权衡关系增强，协同关系减弱。数量上，权衡与协同关系以零星分布为主，数量变化也较小。生态环境与劳动力承载功能间、景观美学与劳动力承载间的权衡与协同较为稳定，其余的变化较大；除此，湖州市、绍兴市、建德市的权衡与协同表现最为显著。

基于以上结论，提出以下建议：（1）综合考量区域的经济发展水平与资源优势，加强县域内各政府部门之间的合作；以邻近杭州、上海等大都市为利，大力支持发展现代农业（瓜果、树木、花卉等种植），提高单位土地利用产值和价值；针对已破坏的耕地进行综合治理，形成全面覆盖、机制完善的治理模式；鼓励支持农业用地的自由流转，适当引导劳动力向匮乏区集聚；建立和完善农民参与制度，通过农民的自我管理、自我服务、自我教育实现耕地生态的保护与建设；增加对农业的补贴与支持，加强农业市场的信息化建设和现代休闲农业等观光旅游产业的发展，促进耕地多功能由权衡走向协同。（2）加强县域之间的合作，进行跨县域的耕地利用分区，把“H-H”协同区划为“优势功能区”，“L-L”协同区划为“全面改良区”，“H-L”和“L-H”权衡区易受空间极化效应的影响而转化为“L-L”、“H-H”协同区，划为“适度保护区”与“重点改良区”。研究区可以分为浙北平原、浙西北中山、浙东低山丘陵三大区域进行差异化的耕地利用与管理。其次，积极提倡和推广物质生产与景观美学、物质生产与生态环境之间的“H-H”协同应用模式；通过工程技术、经济、政策等改良区域间“L-L”协同以及“H-L”、“L-H”权衡的应用模式，促进区域耕地多功能合理开发保护和利用，提升耕地利用综合效益。

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