浙中城镇群耕地多功能时空格局演变

周小靖，马仁锋，林 玲

（宁波大学地理与空间信息技术系，浙江·宁波 315211）

作为可变性最强的土地利用类型之一，耕地基本功能是生产功能[1]。然而，在城镇密集区随着人们物质需求和品质要求的增加，耕地功能日益丰富，耕地多功能日益受到重视。当前关于耕地多功能的内涵缺乏共识，一般是指耕地系统提供用以满足人类生产和发展所需产品与服务的能力[2]。耕地各个功能之间都有或多或少的联系，这种联系可能相互促进，也可能相互抑制，即存在权衡协同关系[3-6]。当前，对耕地多功能权衡与协同的静态研究已逐渐开展，但是基于多年数据的时空格局动态研究仍有较大空间[7-8]。作为长三角经济区南翼沿海地区与内陆腹地的结合部，金衢盆地大体上形成由东北向西南倾斜的梯度差，此地整体上为盆地地貌，但地表形态多样，包括平原、丘陵、谷底等多种地貌，具有一定的农业开发潜力。以金衢盆地的2个地级市（金华市、衢州市）作为浙中城镇群研究对象，在耕地功能的生态系统功能、农业多功能、景观多功能、土地多功能四类一级分类体系下[9]，选取目前受学者关注较多的物质产出、生态环境、劳动力承载和景观美学4种典型的耕地功能进行研究[10]。构建相应的指标体系及模型，对历年耕地的各项功能进行评价；再运用相关分析法探究耕地功能权衡与协同的时间格局及其动态变化规律；最后运用空间自相关方法，根据单变量和双变量的空间关系分析耕地功能权衡与协同的空间格局及其动态变化规律。

1 数据来源与处理

1.1 数据来源

采用的数据主要包括：各年农业总产值、耕地面积、化肥投入量合计、农业从业人数、人口数据、GDP数据，其均来源于《金华市统计年鉴》和《衢州市统计年鉴》；土地利用类型数据，源于《浙江省1：10万土地利用数据》；县域中心距最近地级市辖区中心直线距离数据，通过百度地图的测距工具获得；耕地斑块聚集度、耕地景观多样性数据，通过Fragstats 4.2软件计算得到。

1.2 数据处理

对数据进行处理，主要包括：农业产值以1978年为基期进行平减，得到当年农业产值的增加值；由于统计年鉴中各区县数据的统计范围与现有行政区范围略有出入，按照统计年鉴数据所对应的行政区进行合并处理，其中婺城区和金东区合并为金华市区，柯城区和衢江区合并为衢州市区。

2 研究方法

2.1 耕地各项功能评估

（1）物质产出功能

物质产出是指耕地能够生产粮食、蔬菜、瓜果等多种农作物，物质产出功能是耕地最基本、最核心的功能，一般基于耕地面积大小及其农作物生产程度变化程度进行选择来衡量物质产出功能[8]。鉴于金衢盆地内的经济作物播种面积比重较大，只考虑各类作物产量会造成评价结果失真。参考《金华统计年鉴》和《衢州统计年鉴》对农业总产值的定义，采用单位耕地面积的农业总产值衡量物质产出功能，将所有年度农业总产值平减到1978年为基期，对各年的农业产值增加值进行比较，计算如下：

（2）生态环境功能

耕地生态环境功能是指耕地具有保持水土、维持生物多样性等功能，但在我国，农村生态环境恶化，土壤质量也急剧下降。而化肥和农药的过量使用也会对土壤品质等产生严重危害[11]，当前，发达国家的化肥安全使用上限为0.225吨/km2，然而当前我国使用量远远超过该数值[12]。以金衢盆地内每年化肥折纯使用量进行分析，探究土地的生态程度，计算如下：

EEF（生态环境功能）= F（化肥使用量）/ L（耕地面积）（2）

（3）劳动力承载功能

劳动力承载功能是指耕地容纳农业劳动力的能力，反映了农户需求与耕地供给之间的供需差异[13]。以单位耕地劳动力人数来衡量劳动力承载功能的强弱，计算公式如下：

（4）景观美学功能

耕地景观美学功能指耕地作为一种自然和人文的综合景观，具有一定的美学价值，其强弱受到供需的影响[14]。从供给方面讲，耕地集聚程度高形成的高功能景观组合更具美学价值。从需求方面讲，耕地景观对具有一定经济能力和审美能力的城镇居民更具吸引力，相邻近城市的人口规模越大，经济发展水平越高，对耕地景观需求度越大。从上述两个维度构建评价体系来综合表征景观美学功能，利用熵值法确定权重指标[15]，形成耕地景观美学功能评价指标体系如表1所示：

评价准则 评价指标 权重 评价指标

表1 耕地景观美学功能评价指标体系Table 1 Evaluation index system of cultivated land landscape aesthetics function

2.2 评价指标的标准化处理

由于耕地功能评价指标体系中各指标的量纲不同，采用极差标准化方法对指标进行无量纲化处理，即：

式中：Yij为标准化后的指标值，Xij为第i年第j项指标的指标值；Xjmax、Xjmin分别为第j个指标的最大值和最小值。

2.3 相关分析法

相关分析的方法能让权衡与协同结果更加直观，在权衡与协同两种关联中，若两种功能在相反方向上变化，则二者可被视作权衡关系；若两种功能在同个方向上变化，则二者可被视作协同关系，其中Spearman秩相关是分析景观功能权衡关系的常用方法[16-17]。

一般来说，Spearman秩相关分析方法先进行编秩，即将变量从小到大进行排序，其次将变量的顺序代入到相关系数定义公式，得到秩相关结果。若结果显示为显著负相关，则功能之间为权衡关系；若结果显示为显著正相关，则功能之间为协同关系；若结果显示相关性不显著，则功能之间为独立关系[7]。

2.4 空间自相关分析

空间自相关是空间探索性数据分析方法之一，检验某一地区的属性值是否与其相邻地区的属性值相关联。空间自相关分析分为全局和局部两种，全局空间自相关是一个总体度量指标，仅描述整个研究区域所有地区之间的平均关联程度，而局部空间自相关反映区域内部地区空间集聚状态以及描述集聚区的具体地理分布[18]。运用ArcGIS10.5工具，采用Global Moran's I指标进行全局自相关分析，采用 Local Moran's I指数进行局部自相关分析。

其中，Moran's I指数的变化范围为（-1，1），I越接近-1，表示整个研究区域空间负相关程度越强；I越接近1，表示整个研究区域空间正相关程度越强；I接近0，表示整个研究区域不存在空间自相关性。Local Moran's I指数的变化范围为（-1，1），可用Moran散点图将局部空间自相关系数所表达的空间差异程度以图的形式直观表现出来，展现不同的空间差异类型。其中，“H-H”类型区为耕地功能空间关联性大的区域，自身与周边属性水平均较高，表示相邻区域耕地功能高值协同区；“L-L”类型区为耕地功能空间关联性大的区域，自身与周边属性水平均较低，表示相邻区域耕地功能高值协同区；“L-H”与“H-L”类型区为耕地功能空间关联性大的区域，为相应的低—高空心权衡区与高—低孤立权衡区；不显著区则为独立关系。

3 结果分析

3.1 耕地多功能的评价结果

基于评估方法（公式1-3）得金衢盆地内各区县历年各项耕地功能的评价结果见表2。

由表2可知，2005-2015年金衢盆地内耕地的物质产出功能在展现稳定的增加趋势，年均增长速度约为58.12%；与此同时和劳动力承载功能也在随着耕地面积和农业从业人数的减少而持续下降；生态环境功能则呈现上升—下降的发展态势，但2015年生态环境功能指数明显低于2005年和2010年，说明总体上生态环境功能在渐弱；景观美学功能则有一定的发展，得分呈上升态势，特别在2010-2015年间上升速度较快，增速约为20.43%。

3.2 耕地多功能权衡与协同的时间动态演变特征

相关系数的取值可以判断耕地多功能间的协同与权衡关系[19-20]。利用Spearman秩相关性分析方法对金衢盆地历年耕地各类功能之间指数进行分析，可得到表3。据表3可以看出，“物质产出—生态环境”两两功能间存在着显著的正相关性，存在着协同关系；“劳动力承载—景观美学”两两功能间存在显著的负相关性，存在着权衡关系。随着时间推移，其协同与权衡作用皆有，各耕地功能之间权衡与协同及其变化具有一定差异，可分为四类关系：（1）物质产出功能与生态环境功能呈协同关系，程度略有变动，但变动不大，2010年协同程度最高。物质产出越高，耕地利用的化肥使用强度越高，两者长期处于相辅相成的相互作用过程中，受人工投入因素影响则相对有所变动。（2）物质产出功能、生态环境功能与劳动力承载功能在2005-2010年间为协同关系，且协同程度上升，但在2010-2015年间减弱，转为权衡关系。这是由于劳动力投入强度对物质产出量具有一定的影响，两者本互为协同，但在后期，随着劳动力投入减少，逐渐转变为农药化肥的大量投入，协同程度有所下降，逐步表现为权衡关系。（3）物质产出功能、生态环境功能与景观美学功能在2005-2010年间为权衡关系，这段时间物质产出功能与景观美学功能关系变化不大，生态环境功能与景观美学功能关系权衡程度下降，在2010-2015年则转变为协同关系。景观美学功能和生态环境功能与耕地本底质量有关，同时随着城乡建设的发展，耕地景观游憩功能随之增强，特别是近年来，随着人口和经济水平的发展，乡村旅游接待的游客数逐渐增多，并在一定程度上提升了农户种植业的经济效益，从而提高了物质产出能力。（4）劳动力承载功能和景观美学功能之间呈权衡关系，随着时间增长，权衡程度加深，特别在2010年取值为-1，呈现完全负相关性，之后则变化不大，并且通过了显著性检验。

表3 金衢盆地内耕地各类功能之间的Spearman秩相关系数Table 3 Spearman rank correlation coefficient among various functions of cultivated land in Jinhua-Quzhou basin

3.3 耕地多功能权衡与协同的空间动态演变特征

（1）相同耕地功能

为分析耕地功能权衡与协同的空间动态演变特征，特别是相同耕地功能之间的关系，进行单变量的全局自相关分析，得到单一功能的Global Moran's I指数（表4）。

表4显示金衢盆地内各类耕地功能的Global Moran's I值有正有负，表明各类耕地功能在研究区内协同和权衡作用皆有。其中物质产出功能主要为协同作用，但随着年份增长，协同作用逐渐减弱，特别在2015年Global Moran's I指数起伏较大，具有一定的波动性。生态环境功能则从权衡作用逐渐转变为协同作用，劳动力承载功能和景观美学功能皆为权衡作用，但随着时间增长，权衡程度逐渐降低，其中景观美学功能的Global Moran's I指数起伏较小，权衡作用具有一定的稳定性。

表4 金衢盆地内相同耕地功能的全局自相关指数Table 4 Global autocorrelation index of the same cultivated land function in Jinhua-Quzhou basin

为进一步分析相同耕地功能权衡与协同关系的空间格局，进行局部空间自相关分析，以反映相同耕地功能间的空间格局及变化。整体上看，各类耕地功能权衡与协同的非显著区数量最多，其次为H-H、L-L协同区，H-L和L-H权衡区则较少，并且各类型数量变化和空间格局及变化存在一定的差异。（1）物质产出功能格局随时间变化较明显，2005年显著H-H协同区为江山县，显著L-L协同区为永康市，显著H-L权衡区为开化县；2010年，开化县由显著H-L权衡区转为显著L-L协同区，其余无变动；2015年，江山县由显著H-H协同区转变为非显著区。其中永康市为高经济发展区，其主导产业为第二产业，耕地面积和农业产值相对来说较少，故物质产出功能较弱；江山县耕地面积较多，且农业产值较高，物质产出能力强。H-H和L-L协同区以及H-L和L-H型权衡区的变化可能与农业政策和耕地利用行为等因素有关。（2）生态环境功能变化不大，2005年和2010年仅有一个显著L-L协同区为义乌市；到2015年，出现显著H-H协同区为金华市区。义乌市经济发展以商品交易为主，农业投入相对于周边城市较小；金华市由于2015年耕地面积减少，化肥投入量加大，因此生态环境破坏较为严重。（3）劳动力承载功能具有一定的变化，2005年皆为不显著区；2010年，出现一个显著L-H权衡区为龙游县；2015年，有两个显著L-H权衡区为龙游县、义乌市，一个显著H-L协同区开化县，皆为权衡区。龙游县、义乌市耕地面积较大，但劳动力强度与其他几个县相比较小，农业从业人员数逐渐减少，开化县则耕地面积较小，但劳动力强度较大，劳动力资源较多。（4）景观美学功能在2005-2015年其空间格局较为稳定，有3个显著H-H协同区，分别为义乌市、永康市、东阳市，有2个显著L-L协同区，分别为衢州市区和常山县。义乌市、永康市、东阳市三地的经济发展较好，人口数量较多，且生活水平高，因此对耕地景观美学功能需求较大，也因三地的农业资源丰富，本底质量好，依靠产业带动形成产业链，故形成了显著H-H协同区；而衢州市区和常山县位于金衢盆地的西南部，在该区域内经济发展相对落后，人口密度相对较小，市场需求量也较少，且大部分为农作区，景观功能不强，与周围区域形成权衡。

（2）不同耕地功能

为探索研究区不同耕地功能之间权衡与协同格局及其变化情况，本文进行双变量的全局自相关分析，得到两两功能之间的Global Moran's I指数（表5）。

从表5看，从空间上看，金衢盆地内各类耕地功能的Global Moran's I值多数为正，少数为负，表明耕地不同功能在研究区内以协同作用为主，而权衡作用较少。其中物质产出与生态环境、劳动力承载和景观美学，以及生态环境与劳动力承载功能和景观美学之间的Global Moran's I值为正，表明其协同作用较强，劳动力承载与景观美学之间的Global Moran's I值为负，表明其权衡作用较强。从时间上看，物质产出与生态环境的Global Moran's I值逐渐增大，表明其协同程度逐渐增强；而物质产出与劳动力承载的Global Moran's I值逐渐变小，表明耕地功能之间协同作用呈减弱趋势，权衡作用呈增强趋势，其余功能如物质产出与景观美学、生态环境与景观美学、劳动力承载与景观美学呈“上升—下降”趋势，生态环境与劳动力承载呈“下降—上升”趋势。从整体上看，2005-2010年其协同作用较强，2010-2015年则权衡作用较强。

表5 金衢盆地内不同耕地功能的全局自相关指数Table 5 Global autocorrelation index of different cultivated land functions in Jinhua-Quzhou basin

进一步分析不同耕地功能权衡与协同关系的空间格局，得到反映不同耕地功能间的空间格局及变化的局部空间自相关。整体看，各类耕地功能权衡与协同的非显著区数量最多，H-H、L-L协同区和H-L和L-H权衡区则数量差距不大，但在空间格局及时间演变上仍然存在一定的差异。（1）物质产出与生态环境看，2005年有开化县1个L-L协同区，1个衢州市区为L-H权衡区；2010年，开化县转变为H-L权衡区，出现1个新的L-L协同区为永康市，L-H权衡区转变为不显著区；2015年，L-L协同区即永康市转变为不显著区，只有1个开化县为H-L权衡区。在实际中，衢州市区、开化县的的生态环境功能逐渐降低，永康市虽较为稳定，但也总体呈下降趋势，而开化县的物质产出在持续增加，说明开化县物质产出较强，但生态环境相对较弱。（2）物质产出与劳动力承载看，其空间格局较稳定，2005年有1个兰溪市为H-L权衡区，2010年出现1个新的L-L协同区为永康市，2015年则全部转为非显著区。兰溪市的物质产出量较高，但其劳动力承载与永康市较为接近，机械化生产程度较高，农业劳动力转移较多。（3）物质产出和景观美学看，其变动较大，2005年有江山市为H-H协同区，2个L-L协同区为永康市和开化县；2010年，三个协同区转为非显著区，出现1个H-L权衡区为衢州市区；2015年，衢州市区转为非显著区，出现1个H-L权衡区为武义县，1个L-L协同区为永康市。永康市耕地质量相对较差，居民景观休闲的需求相对不高，物质产出和景观美学功能较弱，武义县则相对于周边地区物质产出较高，景观美学功能则较为弱。（4）生态环境和劳动力承载看，其空间格局变动也较大，2005年有1个L-L协同区为金华市区；2010年金华市区转变为非显著区，出现1个L-H权衡区为开化县；2015年变动较大，其中开化县转为L-L协同区，龙游县为H-H协同区，金华市区为H-L权衡区，义乌市为L-H权衡区。（5）生态环境与景观美学看，其空间格局变动较为稳定，仅有2005年出现1个衢州市区为H-L权衡区，其余皆为非显著区，不具备研究意义。（6）劳动力承载与景观美学看，2005年和2010年较为稳定，变动不大，有1个L-L协同区为金华市区，1个L-H权衡区为龙游县；2015年，在2010年的格局上，新增1个L-H权衡区为义乌市，H-L权衡区为开化县。实际中可知龙游县、义乌市和开化县劳动力具有一定的流失，但景观美学的价值较高。

4 结论与建议

根据研究目标和内容选择不同的计量地理模型，以厘清耕地多功能间的协同与权衡关系，从而为耕地空间组织经营模式提供建议，已成为提升耕地资源在乡村发展中的综合竞争力与自增能力的关键[21]。根据分析，得到结论如下：

（1）耕地各项功能随时间变化差异明显，2005-2015年金衢盆地内耕地的物质产出功能在展现稳定的增加趋势，而劳动力承载功能持续下降，生态环境功能则呈现上升—下降的发展态势，总体上生态环境功能在渐弱，景观美学功能则有一定的发展，得分主要呈上升态势；

（2）从时间维度看，各耕地功能之间权衡与协同及其变化具有一定差异，协同及权衡作用皆有，从整体上看，2005-2010年其协同作用较强，2010-2015年则权衡作用较强。其中物质产出与生态环境之间存在着显著协同关系，劳动力承载与景观美学之间存在显著权衡关系，整体上协同作用相对较多；

（3）从空间维度看，①相同耕地在研究区内协同和权衡作用皆有，其中物质产出功能协同作用逐渐减弱，生态环境功能则从权衡作用逐渐转变为协同作用，劳动力承载功能和景观美学功权衡程度逐渐降低，其中景观美学功能的权衡作用具有一定的稳定性；从空间上看，非显著区数量最多，显著区分布无明显的聚集区，权衡与协同的空间格局较稳定，变化不大。②不同耕地在研究区多为协同作用，权衡作用较少；从空间上看，协同及权衡类型分布较为零散，主要集聚在金华市区一带，功能之间格局随着时间推移而不断发生变化。

在金衢盆地范围内，其自然地理条件差异不大，耕地主要受人为因素如农户行为影响发生变化[22]。基于之前的结论，建议根据当地人口、资源及经济发展水平制定合理政策，如健全土地流转市场，加大对农业的重视度和投入，对不同的农业类型如河谷平原农业类型、岗地低丘农业类型、中低山农业类型等，因地制宜，合理布局，回流劳动力，改善农业生态环境，提高耕地质量，实现社会、经济和生态效益的最大化，促进耕地多功能由权衡走向协同。同时建议加强县域之间的合作，可进行跨县域的耕地利用分区，将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权衡区根据实际条件划为“适度保护区”与“重点改良区”，调整农业结构，充分发挥各区域耕地主导功能与耕地多功能间的协同效应，以此开展差异化的耕地利用与管理。