基于供需视角的河南省耕地多功能评价与优化

周丁扬 李抒函 文 雯 姜广辉

(1.北京师范大学地理科学学部， 北京 100875； 2.河南省土地整理中心， 郑州 450016)

0 引言

耕地系统为人类提供不可或缺的生存资源，长期以来为保障粮食安全和社会稳定发挥着重要作用[1-2]。随着社会经济发展和对耕地系统功能认知的逐步深入，耕地的景观文化、生态等衍生功能逐渐突显，耕地系统出现了从单一功能向多功能的转变[3]。目前，我国耕地总体处于以商品性功能为主的粗放型管理模式，存在如无序竞争、过度利用和生态退化等问题[1]，仅从数量保护、质量提升两方面难以应对耕地保护的难题。国家对耕地提出了数量、质量、生态“三位一体”新的发展要求[4]，耕地多功能为耕地“三位一体”发展提供了良好的契机，对协调耕地利用与保护具有现实意义。

学术界已意识到耕地多功能的重要性，在耕地多功能的内涵[5-6]、评价[7-9]、功能关系[10-11]和管理[12-13]方面进行了大量研究。耕地多功能评价作为耕地利用优化的重要基础，逐渐成为研究的热点[6]。目前，耕地多功能评价研究主要基于多功能内涵和分类构建综合评价体系，提出耕地管理建议或功能协调模式[14-17]。评价单位涉及国家[18]、省级[2,7,9,14]和市县级[8,11,19]，以省市为代表的中小尺度为主。杨雪等[8]将北京市耕地功能划分为生产、社会、生态、文化4种功能，并采用加权求和的方式进行评价；朱庆莹等[20]在定义生产、经济、生态、景观功能的基础上进行二级分类，评价了湖北省耕地多功能空间分布格局。在评价体系分类中，学者们多数基于耕地的粮食生产、经济、生态维护、社会保障、景观文化5类功能展开评价，根据不同研究目的及研究区特点略有调整。

以往的评价研究多将耕地多功能的供给与需求混淆，从供需角度评价耕地多功能的研究较为鲜见。基于分离耕地的多功能供给和需求的评价，可全方位反映耕地产出与社会发展需求之间的差距，进而调控多功能供需平衡，以实现耕地利用的高效配置。河南省是国家重要的农产品主产区，耕地生产和社会保障功能突出。近年来，居民对于环境宜居和精神高层次需求不断增强，使得河南省耕地从传统的生产功能向景观、生态等多功能方向发展。本文以河南省18个省辖市为评价单元，构建含生产-经济-生态-社会保障-景观文化5大功能的耕地供需理论框架，并分别建立指标体系评估2017年河南省辖市耕地的主导功能，探寻耕地多功能的供需差异，并提出优化路径，为建立耕地有效利用与保护机制提供参考。

1 耕地多功能供需内涵与评价体系

1.1 耕地多功能供需理论框架

耕地多功能是自然系统和人类系统耦合发展的产物，是为满足人类需求而产生的外在表现，包括土地自身具备的功能以及人类利用所衍生的功能。在农耕时期，粮食属于生存的硬通货，耕地的基本功能就是粮食生产。随着市场化带来的产品价值差距和对非粮食作物不断增长的需求，农民开始大量种植经济作物，如油料、蔬果、棉花等，经济功能逐渐显化。耕地作为生态系统的一部分，自身具有天然的生态功能，可发挥对气候、水土资源、生物多样性等方面的维护调节作用[3,21]。耕地系统与社会系统相互作用产生了社会保障功能与景观文化功能，社会保障功能体现为对农民生计的基础保障以及对社会稳定的支撑作用，尤其是在发展相对滞后地区，一旦失去耕地就会引起贫富差距扩大、城乡问题加剧等一系列问题[17]。景观文化功能则体现在耕地作为文化景观，其多样化利用方式所发挥的休闲观光、景观美学、农事教育、文化传承能力[22]，补充了城市公园、绿地等休闲功能的不足。

耕地多功能包含供给和需求两个内涵，耕地多功能供给是耕地系统客观存在的自然属性的外在表现；而耕地多功能的出现与人类需求紧密相关，由于人类需求的多样性和认知的转变使得耕地多功能逐渐显化，需求是耕地开发利用的内生动力[8]，两者共同构成耕地要素与社会系统双向流动的过程。由于需求和供给密不可分、相互对应，两者在外部功能分类一致，涵盖生产、经济、生态、社会保障和景观文化5大功能。

本文将耕地多功能供给表现为其输出的产品和服务能力，如生产功能供给表征为生存必需品粮食产量[8]，经济功能供给定义为高效益的经济作物产量[7]，生态功能供给为主要的生态服务价值，社会保障功能供给体现在对农民收入、工作岗位及养老保障的提供能力，景观文化供给表现为其农耕多样性以及农业观光资源丰富度。耕地多功能需求是指人类对耕地所提供的各项产品和服务的消耗量，直接表现为农产品内外部销售量、地区消费水平、城乡收入等；对于难以直接衡量的生态、景观文化功能需求以自身条件的优劣程度作为间接性指标，如空气质量、水资源量、城市休闲空间面积等。通过对耕地多功能供给和需求度量、匹配，找到耕地多功能的供需平衡点。针对功能过剩的耕地促使其向供给不足的其他功能转化，对于本身功能不足的耕地提升其功能供给，缓解耕地多功能供需的结构性矛盾。综上，本文构建了上述5种功能为表征的耕地多功能供给和多功能需求理论框架(图1)。

1.2 耕地多功能供给评价指标体系

根据1.1节构建的理论框架建立了耕地多功能供给指标体系(表1)。其中，耕地生产功能供给指标选择代表性粮食作物产量，如夏粮、秋粮、谷物、大豆4类作物产量之和占2017年河南省粮食作物总产量的99.73%。经济功能供给同样选取占经济作物产量90%以上的作物产量为表征指标。耕地供给的生态系统服务包括调节土壤、水质、固碳释氧[21]，供给量计算参考被广泛应用的孙新章等[23-24]、王轶红等[25]对农田生态服务价值评估的研究成果，并以单位面积的农药化肥施用量衡量耕地污染控制程度。社会保障功能供给指标反映了耕地对农民生活的基础支撑作用，代表性指标为农户经营性收入及种植业从业人数。景观文化供给指标中，农耕多样性为潜力型指标，丰富的多样性可发挥耕地更强的景观美学功能[8]，农业观光园数量为现状型指标。

图1 耕地多功能供需理论框架图Fig.1 Multi-functional concept diagram of cultivated land

表1 耕地多功能供给评价体系Tab.1 Evaluation index system of cultivated land multi-function supply

1.3 耕地多功能需求评价指标体系

耕地生产与经济功能需求可直接表现为农产品消费量以及对家庭和国民经济贡献度，河南省作为全国粮仓，承担着省内和全国农产品需求，因此耕地的生产与经济需求功能由域外与域内两方面综合而得。生产功能内部需求选择典型农产品消费量为表征，外部需求以2012年世界银行颁布的445 kg人均粮食需求量计算而来。经济功能需求是指农户通过经营耕地获得经济收入，依赖却有别于生产功能需求。生产功能需求可通过外部购买而满足，经济功能需求则是耕地经营与集约化农业获得的经济效益。河南省主要农产品产值占第一产业产值90.92%，可用第一产业收入占比间接代表耕地经济产出需求。越高的居民消费水平对高质量农产品需求越高，农户则能获得更高经济收益。

耕地的生态、社会保障及景观功能需求难以获取针对性数据，因此本文选取全域功能性不足的相关指标间接量化耕地需求[25]。耕地生态功能需求强度取决于整体生态环境质量状况，在生态脆弱的区域表现更强烈[26]，选择绿地需求、水资源、空气质量指标来间接反映需求程度，其中人均标准公共绿地面积参考国家生态园林城市标准(11 m2)计算。社会保障功能需求表现在保障农民基本生活需要、解决就业与防止城乡差距扩大等方面，特别是在经济欠发达的地区其功能需求越明显。景观文化功能需求同样受区域供给源稀缺程度影响[27]，生活空间狭小、城市内部休闲空间不足，使城市居民更加渴望欣赏田园景观、体验农村文化。因此，选取公园面积作为负向指标代表城市内部休闲空间的有限性，乡村旅游意愿以旅游观光人数代表对耕地景观文化需求的旺盛程度[28]。综上，本文构建耕地多功能需求评价体系，如表2所示。

表2 耕地多功能需求评价体系Tab.2 Evaluation index system of cultivated land multi-function demand

2 研究方法与数据

2.1 研究区域

河南省位于黄河中下游，处于我国地势第二阶梯和第三阶梯的过渡地带。地形总体特征西高东低，基本可分为黄淮海平原区、南阳盆地区、豫北豫南山地丘陵区、豫西黄土丘陵区4个区域，耕地集中分布在黄淮海平原、南阳盆地和豫西黄土丘陵区。2017年全省耕地面积为812.6万hm2，占全省农用地面积的63.95%，其中中等肥力以上的土地占耕地面积95%以上，自然条件优越。为推动中部崛起，中央在河南省先后部署了如粮食生产核心区、中原经济区、黄河流域生态保护及高质量发展等国家级重大战略，统领河南省农业现代化、经济增长极和生态保护格局，为河南省提供了空前的发展机遇与政策支持。目前，河南省围绕建设现代农业强省、绿色发展和传承黄河文化的目标，力图打造由平原现代农业区、山地丘陵生态区和都市多功能农业区构成的现代化农业格局。

2.2 数据来源

河南省行政区划数据来源于国家测绘地理信息局标准地图服务网站，DEM数据来源于SRTMDEM 90 m分辨率原始高程数据，评价体系内指标的原始数据来自2017年《河南省环境状况公报》以及2018年《河南统计年鉴》，见表1和表2。

2.3 研究方法

为了消除不同指标量纲影响，需要对各原始数据进行标准化处理，采用z-score标准化方法。权重设置采用主客观结合法，以层次分析法(简称AHP法)和熵值法所得综合指数代表各项指标权重(表1、2)，可以相对降低单一权重方法的局限性和缺陷。

耕地多功能综合评价指数计算方法根据全排列五边形图示法(即各功能评价指数构成的五边形面积)[12]，计算式为

式中F——耕地多功能综合评价指数

P——耕地生产功能评价指数

M——耕地经济功能评价指数

E——耕地生态功能评价指数

S——耕地社会保障功能评价指数

L——耕地景观文化功能评价指数

α——五边形内角，(°)

图3 耕地多功能供给空间分布图Fig.3 Spatial distribution of multi-function supply of cultivated land

F计算值越大表明耕地多功能越显著。为了更直观地反映各地市间耕地多功能性差异，以全省耕地功能评价平均值A及标准差Std作为判断依据，对河南省多功能供给需求水平划分为低水平(Fmin，A-Std]、中等水平(A-Std，A]、较高水平(A，A+Std]、高水平(A+Std，Fmax] 4个等级，Fmin、Fmax为综合评价指数最小值和最大值。

构造四象限模型衡量耕地供需匹配程度，以评价结果的均值为坐标轴中点划分4种供需匹配类型(图2)，分别为“高高空间匹配型”(高供给高需求)、“低低空间匹配型”(低供给低需求)、“低高空间错配型”(低供给高需求)、“高低空间错配型”(高供给低需求)。

图2 供需匹配分类示意图Fig.2 Classification diagram of supply and demand matching

3 结果与分析

3.1 耕地多功能供给分析

2017年河南省各市耕地多功能综合供给水平不高，供给指数介于0.167～2.331，供给指数极值相差近14倍。全省仅有27.78%地市的耕地处于较高或高供给水平，大部分地区处于中等供给水平(图3)。总体而言，空间上呈现南阳盆地和豫东平原耕地多功能高供给的格局，空间差异明显。同时耕地系统各子功能供给间也存在显著的不均衡性，其中景观文化功能相对较高，经济功能相对较低。

各供给子功能的空间分布也存在一定的差异。河南省耕地的生产、经济和生态功能供给空间分布格局具有高度一致性，高供给区均位于豫东南部城市；而3项功能供给低值区分布略有不同，生产及经济低供给区位于豫西北山区的三门峡市、济源市、鹤壁市，受地形限制导致耕地面积小且破碎，农产品产量与经济效益较低；生态低供给区域仅为焦作市(0.201)，化肥农药的大量使用威胁其耕地生态环境。

社会保障功能供给空间分布呈西北-东南高值两极化的格局，低供给区位于洛阳市和焦作市所在的豫中城市群(0.296～0.329)。耕地景观文化功能整体供给水平较高，空间分布以南阳市、郑州市为中心呈双核两带状分布，其中南阳市供给指数最高，达0.845，许昌市、济源市、鹤壁市和濮阳市受地形或经济发展水平所制约，景观文化供给指数低于0.286。

3.2 耕地多功能需求分析

2017年河南省耕地多功能需求旺盛，有55.56%的地市处于较高或高需求水平，需求指数为0.739～1.289。各地市间，最高需求指数位于周口市(1.289)，济源市供给水平最低(0.074)。空间分布上呈现西北低东南高的格局，需求指数由南阳盆地、豫东平原、豫中城市群到豫西北山区呈阶梯状降低。同时，耕地系统各子功能需求间也存在显著的不均衡性，其中生态功能相对较高，经济功能相对较低。

生产功能高需求区集中在南阳盆地以及豫东平原，该地区人口密集且耕地质量高，为外省市提供大量农产品。而河南省耕地经济和生态功能需求空间异质性较强(图4)；其中耕地生态功能需求普遍较高，整体呈现北高南低的分布趋势，且豫北山区的安阳市、濮阳市等耕地生态功能需求最高，而经济功能需求却相对较低。

图4 耕地多功能需求空间分布图Fig.4 Spatial distribution maps of multi-function demand of cultivated land

社会保障功能的需求强度与区域经济发展情况相关，郑州市及周边城市的耕地社会保障功能需求较低(0.155～0.305)，这里属于河南省政治经济中心，与第一产业对区域发展的贡献度有限有关。景观文化功能需求整体较低，高值区分布呈双核状(0.617～0.642)，其中洛阳市属于河南省旅游产业发展核心区域，而周口市则由于城市内部休闲景观场所不足所致。

3.3 耕地多功能供需差异

2017年河南省耕地多功能综合供给指数为0.678，需求指数为0.723，耕地多功能需求水平相对高于供给(图5)。耕地多功能供需不平衡模式在各项功能中普遍存在，其中供给水平相对高于需求水平的仅为景观文化功能，生态功能供给需求水平差距最大，其余功能供需差距相对均衡。从空间分布来看，南阳盆地和豫东平原城市的耕地功能供需较为平衡，高高、低低空间匹配型占比达到77.78%。半山区城市耕地功能供需匹配失衡最为显著，低高空间错配型耕地分别位于洛阳市、平顶山市、新乡市和濮阳市(图6)。

图5 河南省耕地多功能供给需求雷达图Fig.5 Multi-functional supply and demand radar diagram of cultivated land in Henan Province

图6 耕地多功能供需匹配空间分布图Fig.6 Spatial distribution maps of function supply and demand of cultivated land

如图6所示，耕地系统各子功能的供需匹配呈现明显的空间异质性，生态功能和社会保障功能供需匹配显著失衡，共有11个城市属于供需空间错配型，占比高达61.11%。生态功能“低高空间错配型”集中分布在豫北地区，该地区耕地利用方式粗放、农药大量使用造成土壤条件下降，同时地下水的超采也制约了耕地水源涵养能力。社会保障功能中“高低空间错配型”耕地多位于山区城市，其经济发展相对落后，传统种植业多为满足居民基本生活需求提供保障；“低高空间错配型”耕地位于豫中城市群的洛阳市、平顶山市、许昌市等，这些地区耕地利用方式仍为小农经济，劳动力投入高但产出较低，与城市居民收入差距大。

生产功能和经济功能供需失衡的区域分布格局相似，“低高空间错配型”分布在以郑州市为代表的大城市区域，高人口密度带来农产品的高消费，同时居民对购买价格较高的优质农产品需求旺盛，而本地耕地面积有限，出现供不应求的情况。景观文化功能供需匹配程度整体较高，“高高空间匹配型”和“低低空间匹配型”数量占比为66.67%，“低高空间错配型”位于许昌市、商丘市和开封市，城市绿地及公园建设不足，农业观光旅游发展滞后，难以满足居民短途休闲旅游的需要。

3.4 耕地利用优化路径

当前河南省耕地多功能供给在人们日益多样化的需求背景下出现了一定的滞后性，尤其是生态功能供需失衡最为显著。近期，国家将黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略，着重强调了生态优先的发展原则。河南省是我国粮食生产核心区，在中原经济区国家战略中对其农业现代化提出了更高要求，因而在协调各项功能供需时还要坚守粮食安全的底线，为未来耕地发展留白。因此，本文结合国家重大战略需求及多功能供需匹配结果，按照河南省耕地以生产功能为核心、生态绿色发展的思路，遵循河南省“三屏四廊一区”的生态安全格局，划分并提出了功能转化、供给提升、耕地储备3种耕地分区优化路径(表3)。其中，功能转化型指该类地区同时存在两种耕地多功能供给需求错配类型，在保持国家战略中所要求的优势功能基础上，需适当转化供给过剩的某项功能，以补齐供给短板的功能；供给提升型指耕地仅存在低高供需一种错配的类型，即耕地单项功能供给无法满足需要；耕地储备型指耕地的各项功能均属于高供给高需求类型，需保持现有优质的生产条件，以作为保障耕地安全的后备资源。

表3 耕地优化路径分类Tab.3 Classification of cultivated land optimal path

功能转化型耕地优化类型最为多样，共涉及7种优化类型，需因地制宜地制定差异化措施。例如，安阳市耕地可在提高耕地经济作物地均产量的基础上，整理补充用于粮食种植的耕地面积，提高粮食作物补贴标准，同时推进化肥农药减量增效，保持耕地绿色生态发展。社会保障功能转化区围绕弘扬黄河文化传承，以历史文化名镇、特色民居为支点，促进农产品与文旅产业融合发展，引导农村人口向第三产业转移，打造黄河流域文化旅游带。生态功能转化区可通过景观补贴的形式，在保障生态环境的基础上引导耕地开展花卉、经济林木等景观种植，赋予生态产品更高经济价值，实现保护与利用的双向促进。郑州市是中原经济区的核心城市，其农业观光产业发展基础较好，但仍需加强其农业观光产业规范性，打造规模与品牌效应，以蔬果类无污染农产品为主打造农事体验示范区，发挥“都市菜篮子”作用。三门峡市是黄河中下流域生态保护核心地段，域内山地较多，其耕地利用需大力推进喷灌技术、坡地防护等生态修复措施，农田周围设立环保标识和垃圾处理区，减少生活生产污染。

供给提升型耕地广泛分布于河南省7个地市，其中生态和社会保障功能提升类型占比最高，可从调整种植结构与耕作方式角度提升供给水平。经济功能供给提升型城市可依托中原经济区建设，改善种植结构的趋同性，重点发展茶叶、中草药、烟叶等高效益特色作物，提升高质量农产品市场占有率，构建现代化农业产业体系。生态功能提升类耕地大多位于太行山地生态屏障区，可通过建设耕地植被缓冲区及乔灌混搭的农田防护林，进一步发挥耕地涵养水源的功能，减少面源污染以提升区域土地系统的生态功能。社会保障供给提升类耕地需推进农业供给侧改革，改善耕地现有耕作条件，实施机械化耕作与高标准农田建设，推广“互联网+”的电商农业发展模式，提高耕地的地均产值，助力农村地区脱贫攻坚。

耕地储备型耕地面积总量最大，为3 014.58 hm2，占全省耕地面积的37.2%。此类耕地位于河南省高质量耕地的核心区域，各功能供给需求相对协调，是全国的农产品生产供应重要保障区。未来需要保持农产品高产优质水平，统筹生态保护与粮食安全，保持耕地可持续条件，为耕地占补平衡和后续发展提供储备空间。

4 结论

(1)河南省耕地多功能供给综合指数为0.678、需求指数为0.723，呈现供给滞后性。耕地生产、经济、生态、社会保障和景观文化5项功能均存在供需失衡的现象，其中，仅景观文化功能供过于求，生态功能供给缺口最为显著，且以生态功能和社会保障功能供需失衡的城市数量最多。

(2)耕地多功能供给和需求总体呈现西北低、东南高的空间格局，各子功能中生产、经济、社会保障功能均与耕地多功能的分布特征趋势相同。景观文化功能供给以郑州市—南阳市为中心呈双核状分布，生态功能需求呈现北高南低的特点，豫东南部耕地多功能供需相对平衡，半山区耕地多功能供需失衡明显。

(3)基于平衡耕地多功能供需的目标，将耕地优化路径分为功能转化、供给提升和耕地储备3种类型。功能转化型耕地优化路径最多样化，涵盖7种类型，参考国家战略功能定位，由供给过剩向功能不足转化；供给提升型分布广泛，涉及洛阳市、平顶山市等7个地市，是改善耕地供给滞后的直接手段；耕地储备型面积总量最大，分布于南阳市、信阳市等豫南地区，可作为保障耕地安全的后备资源。

(4)基于分离耕地多功能供给与需求的评价，通过划分功能类型建立联系供需两方面的理论框架，有助于解决评价时供需混淆不清的问题，为实现区域耕地“三位一体”发展提供支撑。