1990—2014年广州市耕地功能评价分析*

吴大放，刘艳艳※，张晓露，何尹杰

(1.广州大学地理科学学院，国土与城镇规划研究所，广东广州 510006； 2.广东省环境科学研究院，广东省污染场地环境管理与修复重点实验室，广州 510045)

0 引言

耕地在人类生产生活中起着无可替代的作用，是人类依存度最高的复合生态系统，具有多项功能特征[1]。改革开放以来，伴随我国工业化和城市化的双重推进，人地矛盾加剧，大量耕地被开发为建设用地，耕地数量减少和质量下降明显，耕地功能发生了极大的变化。如何在经济发展的同时提高耕地保护，并实现耕地数量、质量和生态之间的动态平衡，亟需我们思考。20世纪90年代末，联合国粮农组织(FAO)和联合国环境规划署(UNEP)对土地功能内涵进行系统性的归纳[2]。国外学者Blum最早对土壤功能进行分类[3]； 其后学者Sylvie等根据现阶段的研究状况，对农业多功能的具体内涵进行定义归纳总结[4]，国外学者Helming等构建评价框架，分析政策因素对土地功能的驱动作用，同时研究土地利用变化对经济、社会以及环境的影响[5]，Ankana认为GIS技术为土地利用功能转换提供了技术支持[6]。国内学者对耕地功能概念、评价分析方面开展大量研究，学者李宪文等在1999年专门提出耕地功能的具体概念[7]； 宋小青等对耕地功能内涵进行总结、梳理，综合分析中国耕地功能转型原因[1， 8]； 李家会等进一步对包含耕地在内的土地利用系统转换进行了空间分异特征分析[9]； 部分学者对耕地功能进行划分[10-12]，但尚未把耕地功能进行系统分类； 杨雪[13]等构建指标评价体系，运用层次分析法计算指标权重，结合空间差异演变对北京市耕地功能进行分析； 郑华伟等运用集对分析法和实证研究法，构建P-S-R模型，以四川省为例挖掘耕地生态安全存在的具体问题[14]。从现阶段的研究状况来看，国内外学者多从经济学角度对耕地功能概念内涵、价值评价、耕地功能构成等方面进行研究，对生态功能关注较多，而对社会、文化方面的功能关注度不够，这与当前大多数地区耕地发挥的功能较为匹配； 当前立足于地理学角度对耕地功能时空演变方面研究尚不多见，尤其缺乏耕地社会功能占主导地位的经济快速发展地区的耕地功能时空格局演变及驱动力分析。因此，选择特大城市地区开展不同时空尺度要素的耕地功能研究，能够开拓耕地功能分析新思路； 此外，广州市耕地功能评价一定程度上可代表珠江三角洲地区耕地功能发展演变趋势，具有典型性和共性特征，文章探讨广州市耕地功能现实状况及特点，能够丰富我国经济快速发展地区耕地功能研究成果，能够为耕地功能研究提供区域对比和不同发展阶段规律特征的借鉴。

1 数据来源与方法技术

1.1 数据来源

为了能够从尽量长尺度研究广州市耕地功能变化情况，选取1990年、1995年、2000年、2005年、2010年这几个重点年份作为研究的时间点； 同时希望能够进一步了解其近几年来的变化情况，观察耕地功能未来的趋势，选择2011—2014年为连续研究年份。文中各指标数据均来自《广州市统计年鉴》以及国民经济和社会发展公报公布的数据，并结合2000年和2014年GIS数据，把耕地功能部分指标落实到空间。

表1 广州市耕地功能评价指标体系

目标层A准则层B指标层C性质广州耕地功能综合评价生产功能B1粮食产量C1+蔬菜产量C2+人均耕地面积C3+农业生产总值占总产值比重C4+生态功能B2土地垦殖系数C5+化肥施用量C6-农药施用量C7-社会功能B3人口密度C8+农村居民人均可支配收入C9+都市农业收入C10+ 注:性质的+、-号,表示对准则层的正负相关

1.2 指标体系构建

我国不同区域，由于社会经济发展水平、区位条件和土地利用结构与方式的不同，耕地的主导功能也有所差异，参考以往耕地功能相关研究[13,15-19]，并且结合研究区域耕地利用特征，确定生产功能、生态功能、社会功能3个目标层，筛选出10个适合的评价因子，构建广州市耕地功能综合评价指标体系(表1)。

(1)生产功能指标

耕地面积与耕地生产功能直接相关，在生产力相同的情况下，耕地面积越大生产功能就越强，在体现耕地数量的同时也能反映人均耕地保有量。农业生产总值占地区生产总值比重能够反映农业在国民经济中的重要程度。此外，耕地生产功能的强弱还体现在耕地生产能力的大小上，因此把粮食产量和蔬菜产量也作为评价指标之一。

(2)生态功能指标

土地垦殖系数是反映土地资源利用程度和结构的重要指标； 化肥施用量和农药施用量则是为了反映耕地耕作利用过程中对生态环境的重视程度，环保意识的体现。

(3)社会功能指标

耕地的社会功能是人类在生产生活过程中派生出的耕地功能，能够从最高水平反映耕地在社会中的用途，属于耕地的间接功能。人是土地利用的主要参与者，人口密度与耕地结合能够反映研究区域内耕地能供应的生存人口； 农村居民人均可支配收入指的是农村居民用于安排日常生活部分的收入，可以反映农村居民的生活情况，体现社会的稳定性； 都市农业收入是耕地社会功能中的文化功能的，是一种衍生功能，能够增加农民收入，促进社会稳定，也是现阶段耕地功能发展的体现。

1.3 标准化处理

由于评价因子性质各不相同，不具可比性，因此，需要进行标准化处理，使之在[0， 1]的范围内，两种指标计算公式分别为：

(1)

(2)

式(1)、(2)中，gij是i功能j指标无量纲化值；Xij是i功能j指标原始值；Xmax是i功能j指标原始最大值；Xmin是i功能j指标原始最小值。

最后，把各指标权重相加，计算出耕地功能值，公式为：

(3)

式(3)中,Y为某功能的综合值；Wi为i指标的权重；Zi为i指标的无量纲化值；n为指标个数。

2 结果分析

2.1 数据处理结果

2.1.1 标准化处理结果

通过对数据进行标准化处理，计算结果如下表2所示。

表2 1990—2014年广州市耕地功能评价参数

指标标准化值199019952000200520102011201220132014C11.000 0.819 0.737 0.433 0.360 0.374 0.376 0.364 0.371 C20.354 0.604 0.858 0.977 0.913 0.920 0.937 0.961 1.000 C31.000 0.740 0.614 0.466 0.335 0.328 0.322 0.316 0.306 C41.000 0.610 0.377 0.249 0.176 0.164 0.158 0.150 0.146 C51.000 0.804 0.720 0.588 0.455 0.450 0.448 0.444 0.436 C60.670 0.843 1.000 0.920 0.838 0.840 0.846 0.810 0.798 C70.287 0.319 0.575 1.000 0.657 0.661 0.671 0.665 0.668 C80.703 0.764 0.824 0.886 0.955 0.965 0.976 0.988 1.000 C90.087 0.254 0.345 0.401 0.718 0.839 0.950 0.963 1.000 C100.059 0.143 0.282 0.544 0.815 0.910 0.947 0.986 1.000

2.1.2 熵值法处理结果

通过熵值法对指标权重进行计算，计算结果如表3。

表3 1990—2014年耕地功能指标权重

指标权重199019952000200520102011201220132014C10.088 0.072 0.065 0.038 0.032 0.033 0.033 0.032 0.033 C20.013 0.022 0.031 0.035 0.033 0.033 0.034 0.034 0.036 C30.102 0.075 0.062 0.047 0.034 0.033 0.033 0.032 0.031 C40.278 0.170 0.105 0.069 0.049 0.046 0.044 0.042 0.041 C50.050 0.040 0.036 0.029 0.023 0.023 0.022 0.022 0.022 C60.003 0.004 0.005 0.005 0.004 0.004 0.004 0.004 0.004 C70.016 0.018 0.033 0.057 0.038 0.038 0.038 0.038 0.038 C80.005 0.005 0.006 0.006 0.007 0.007 0.007 0.007 0.007 C90.015 0.043 0.058 0.068 0.121 0.142 0.160 0.162 0.169 C100.012 0.030 0.059 0.113 0.170 0.190 0.197 0.206 0.209

2.2 耕地功能时间演变特征

1990—2014年广州市耕地生产功能总体呈现明显下降趋势(表4、图1)，得分从0.480下降到0.140， 1990年、2000年、2010年生产功能得分比重由82.47%、57.30%下降到28.82%。根据2010—2014年得分来看，生产功能较为平缓，未来趋于平稳的趋势。结合广州市具体实际进行分析， 1990年广州市常用耕地面积为2 211.38km2，粮食播种面积大，其生产功能强，但随着工业化和城镇化的迅速发展，到2014年耕地面积锐减为963.98km2，种植面积大量减少，农业产值占总产值比重从1990年的8.7%减少为2014年的1.28%，因此广州市耕地生产功能不断下降。但近年来随着各种政策的出台，耕地数量保持平稳，预计未来广州市耕地生产功能也会保持平稳发展。

表4 1990—2014年广州市耕地功能得分

功能199019952000200520102011201220132014生产功能0.480 0.339 0.263 0.188 0.147 0.145 0.143 0.140 0.140 生态功能0.070 0.063 0.074 0.091 0.065 0.065 0.065 0.064 0.064 社会功能0.032 0.078 0.123 0.189 0.298 0.338 0.365 0.375 0.384 总分0.582 0.479 0.459 0.468 0.510 0.547 0.573 0.580 0.588

1990—2014年广州市耕地生态功能总体呈现平稳波动趋势，得分从0.070下降到0.064， 1990、2000、2010年生态功能得分比重由12.03%、16.12%变化到12.75%。在城市化发展中，不再是单一通过牺牲环境为代价来追求经济效益，同时更加注重生态效益，生态功能评价1990年得分为0.070，到2005年提高到0.091，但2010年后又有所回落，主要由于垦殖系数不断下降，可种粮食耕地的减少，耕地的生产功能减弱。为了提高粮食生产，增加化肥施用量，但也因此弱化了其生态功能，因而耕地生态功能自2005年开始反而有所下降， 2014年为0.064。根据2010—2014年得分来看，生态功能较为平缓，未来趋于平稳的趋势。

1990—2014年广州市耕地社会功能总体呈现明显增长趋势，得分从0.032增加到0.384， 1990年、2000年、2010年社会功能得分比重由5.50%、26.80%增加到58.43%。结合2010—2014年得分来看，随着新规划政策的出台，社会功能不断发展，未来耕地社会功能将呈现上升的趋势。从各个指标的状况分析，城市化的发展和人口有着密不可分的关系，人口越来越多，使得耕地的承载人口也随之增加，因而强化了其社会功能； 经济的发展提高了农村居民的收入，再加上随着国家经济体制改革的深入，政府政策对农业人口有一定优惠和经济补偿，这也是使农村居民人均可支配收入不断提高的一个重要因素，因此，农村居民生活水平有所提升； 此外，部分耕地虽然保持耕地地类，但已发展成为生态农业、都市农业等现代型农业。

图1 1990—2014年广州市耕地各项功能得分比较 图2 1990—2014年耕地功能综合得分变化

综合各项指标分数，结合广州市耕地功能综合评价总分变化状况来看(表4、图2)， 1990—2014年广州耕地功能总得分平均值为0.532，有先下降后上升趋势，生产功能不断降低，生态功能相对比较平稳，而社会功能则不断增长。1990年总分为0.582随后略有下降， 2000年下降为最低值0.459， 2005—2014年持续上升，至2014年上升为0.588，通过2010—2014年近5年数据观察，耕地功能综合得分增幅达15%，可以看出广州耕地功能总体呈现上升趋势。由此可见，广州市耕地功能的发展呈现多样化，各个功能共同发展，人们对耕地价值的认识越来越全面，也更加注重耕地多功能发展，发挥耕地的生产、生态、社会各方面功能。

2.3 耕地功能等级划分及主导功能分析

随着社会经济的发展，建设用地的需求量增加，大量耕地被开发为建设用地，加上人们意识观念的转变，耕地的社会功能将越来越明显。参考现有相关研究，把全国各个不同区域的耕地功能评价由点及面，进行归纳分析，总结出耕地功能的一般规律，把耕地功能分成5个级别[17](表5)。就目前来看，我国大部分地区耕地功能综合得分都处于第Ⅲ、第Ⅳ级，部分区域为第Ⅱ级。根据该文的计算结果，广州市耕地功能综合得分在0.459～0.588之间，广州市耕地功能总水平处于中等水平，从2010—2014年连续几年的走势来看，广州市耕地功能综合得分未来还能有所增长，各功能之间的发展会更加协调统一。

表5 耕地功能等级划分

等级划分ⅠⅡⅢⅣⅤ分值0～0.20.2～0.40.4～0.60.6～0.80.8～1强度弱较弱中等强较强 注:分类体系参考呼和浩特市土地综合承载力区域差异分析进行划分

表6 1990—2014年广州市重点年份耕地主导功能

中国绝大部分城区的耕地功能处于变化发展阶段，主要大方向是生产功能向社会功能转变，特别是在工业化城镇化快速发展的地区，耕地功能之间的转换就更加明显了。通过对各年份耕地的不同功能得分进行比对分析，可以得出不同年份广州市耕地的主导功能(表6)。从表6可以看出， 1990年、1995年和2000年耕地生产功能为主导功能， 2005年、2010年和2014年以社会功能为主导功能，比较不同年份的耕地功能得分，可以看出耕地社会功能分数增长速度较快，上升明显，而生产功能下降迅速，生态功能得分还有待加强。

结合表6，广州市耕地的功能综合得分总体全处于中等水平，总得分均值在0.532上下，变化浮动的幅度不大。在不同的发展阶段，耕地各个功能之间是相互转化，而不是凭空增长的，比如：从生产功能为变换为社会功能。特别值得注意的是，由于2000年广州市经济农业发展迅速，蔬菜总产量增长迅猛，即便此时广州市经济已经发展到一定程度，耕地数量有所减少和农业生产总值比重下降，但是社会功能指标没有生产功能指标增长幅度快，所以2000年还是以生产功能为主导。预计未来广州市农村耕地功能将会以社会功能为主导，生态功能分值会有所提升，使广州市耕地功能整体得分上升，耕地功能综合得分由中等等级向高等级迈进。相对于我国其他地区而言[20]，经济发展程度高的地区比较注重耕地社会功能，同时也逐渐关注到生态功能问题； 而经济发展稍慢地区，关注重心仍然在生产功能，社会功能在未来呈现上升趋势，耕地功能等级较弱。因此，相关研究表明我国耕地各功能之间会发生转型升级，需要在注重发展经济的同时协调好耕地功能，从而促进耕地功能系统全面发展[21-22]。

3 驱动机理探索

耕地功能变化反映了人类社会发展与自然地理环境两者之间的关系，是多种因素相互作用综合的结果[23]，相关研究表明耕地功能变化受区域政治、经济、人口等驱动因子的影响。该文通过分析相关社会经济数据，结合历年广州市耕地功能时间演变特征和空间变化规律，对影响耕地功能变化的机理进一步分析。

3.1 经济因素

研究表明，社会经济发展是城市扩张的主要驱动因素[24]，城市扩张势必影响土地利用的改变[25-27]，从而引起耕地利用和功能的变化[28-29]。1990—2014年广州市经济迅速增长，地区生产总值也呈现上升趋势， 1990年、2000年、2014年地区生产总值从319.595 2亿元、2 492.743 4亿元、上升至1.670 687 19万亿元。1990—2014年广州市农业生产总值呈上升趋势，从2.801 56亿元增加至214.147 5亿元，增长接近10倍，然而农业占地区生产总值的比重却不断下降。与此同时受“开发热”以及“房地产热”影响[30]，广州市城市周边大量农用地开发为建设用地(图3)，加速了耕地功能变化，以生产功能为主的耕地功能也发生转变。

图3 2010—2014年广州市农用地和建设用地增减情况

3.2 人口因素

人口是城市空间结构极其重要的组成部分，也是影响耕地功能变化的重要因素，人口的变化情况会对城市耕地功能产生重大影响[30-32]。改革开放以来广州市吸引了大批人口迁入，人口增长迅速，户籍人口数量从1990年的591.846 2万人增长到2014年的842.416 9万人，人口密度不断上升。2000—2014年广州市人口密度由中心城区向四周减少，广州市人口由中心向城市边缘分散，城市郊区化正在发展(图4)。1990—2014年广州市耕地面积从2 211.38km2下降为963.98km2，减少50%以上，人均耕地面积从0.037hm2/人减少至0.011hm2/人。城市土地是人类活动的载体，人类活动影响城市空间布局、土地利用方式以及耕地功能[26]，受到人口因素的影响，耕地利用数量、质量、生态环境以及耕地功能都会发生改变。

图4 2000和2014年广州市人口密度

3.3 政策因素

政策的颁布对耕地的开发、利用、整治、保护有着重要影响，有利于耕地功能的整体发挥，耕地功能的变化发展与相关政策具有较强的关联性[33-34]。20世纪90年代中后期，广州市响应国家改革开放的号召，明确“一个基地(工业基地)”，强调工业化是经济发展的引擎和支撑力量，大力发展工业，对耕地数量造成一定影响，耕地功能有所转变。“十一五”期间，广州市委、市政府积极执行“中央一号文件”精神，进一步强化各项强农惠农政策，加大城乡统筹力度，大力发展都市型现代农业。2012年广州市建成高标准农田1.410 667 万hm2。2013年广州市积极落实基本农田保护补贴制度，投入资金达到4.8亿元，保护面积达到11.194 0万hm2。2014年正式颁布《广州市耕地保护行动计划》，强化耕地保护执法监督。广州市现行土地利用总体规划执行到2020年，耕地保有量要多于12.804 0万hm2，基本农田保护面积多于11.048 0万hm2，基本农田占耕地总面积的86.29%。不仅如此，广州市也加大耕地保护政策制度创新，提升耕地生态功能，如海珠区小洲村耕地探索“征而不转”政策，打造万亩果园，发展旅游休闲农业以及生态型产业园区，保护耕地生态功能。近年来，广州市在建设生态文明的背景下，通过高标准基本农田建设等活动，一定程度上促进耕地保护和耕地功能提升。

4 结论与讨论

4.1 结论

随着社会经济的快速发展以及城市化水平的日益提高，广州市土地利用结构发生巨大变化，对耕地发展造成极大影响，该文利用综合评价模型构建评价指标体系，从耕地生产功能、生态功能和社会功能3方面进行综合考虑，选取10个指标构建耕地安全评价综合体系，运用熵值法对耕地功能进行评价分析，为揭示广州市耕地功能时间变化情况，对1990年、1995年、2000年、2005年、2010年、2014年耕地功能进行单项分析和综合评价，同时连续分析2010—2014年的耕地功能变化规律。具体结论如下。

(1)1990—2014年随着城市的快速发展，广州市耕地生产功能不断下降，后期趋于小幅下降； 广州市耕地社会功能持续上升，增幅明显； 广州市耕地生态功能呈现先升后降，呈平稳波动趋势。广州市耕地功能综合得分在平均分0.532分上下浮动，处于中等水平(Ⅲ)，有上升趋势，反映耕地功能不断提高，耕地功能结构发生巨大变化，从生产功能为主转向以社会功能为主。

(2)近年来广州市耕地功能不断上升，耕地生产功能逐渐弱化，生态功能越来越受到重视，社会功能逐渐占主导地位，这与城市的发展，经济、人口以及政策等因素密切相关。从另一方面来讲，耕地功能的转型升级也反映了人类社会的发展转型。

4.2 讨论

耕地功能研究是近年来学术界讨论的热点话题，随着人们对耕地功能认识的不断加深和研究方法的不断进步，逐渐得到了更多学者的关注。基于地理学视角，从不同时间空间尺度上深入分析，探讨不同社会经济发展水平地区耕地功能的时空演变特征，挖掘耕地功能的结构转型升级及其驱动机理，对于加强我国耕地多功能保护具有重要研究价值。(1)该文对于广州市耕地功能的演变特征进行分析，但对于耕地功能结构的变化及其原因缺乏深入分析。在经济发达地区耕地社会的功能呈现上升趋势，逐渐占主导地位，今后值得深入预测分析。(2)在将来的研究中需要因地制宜，不断补充完善评价指标，采用先进方法技术将耕地功能评价落实到空间，不再局限于指标的空间化。(3)选择各种典型地区开展不同时空尺度要素的耕地功能研究，能够开拓耕地功能分析新思路，将促进我国耕地功能区域对比分析和探索不同发展阶段规律特征。