沈陽(yáng)城市周邊耕地多功能評(píng)價(jià)

靳文娟，邊振興※，魏忠義，王淑敏

(1.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110866； 2.撫順經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)國(guó)土資源局，遼寧撫順 113006)

0 引言

耕地是人類(lèi)賴(lài)以生存的基本資源和物質(zhì)保障[1]。隨著城市化的發(fā)展，耕地?cái)?shù)量減少、質(zhì)量下降、污染嚴(yán)重，直接影響了糧食安全。耕地單一的生產(chǎn)功能已無(wú)法滿(mǎn)足城市快速發(fā)展的多重需求，保護(hù)耕地的多功能性變得尤為重要，耕地多功能研究是農(nóng)地多功能研究的重要部分[2]。1992年，聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)首次提出“農(nóng)業(yè)多功能性(Multi-Functionality of Agriculture，簡(jiǎn)稱(chēng) MFA)”這一概念[3]，引起全世界的廣泛關(guān)注。國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)耕地多功能評(píng)價(jià)進(jìn)行了大量研究。國(guó)外大多耕地功能研究是為了滿(mǎn)足某一特定目的，評(píng)價(jià)方法有單項(xiàng)評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)[4-7]。國(guó)內(nèi)多數(shù)學(xué)者從耕地多功能內(nèi)涵和類(lèi)型[2][8]、耕地單項(xiàng)功能評(píng)價(jià)[9]、多功能綜合評(píng)價(jià)[10-17]和耕地功能空間分異[18-20]等方面進(jìn)行了相關(guān)研究。但這些研究多數(shù)側(cè)重于較大單元(如省、市、縣)的耕地功能分析評(píng)價(jià)，而從中小尺度入手，選取較小單元的大范圍評(píng)價(jià)研究較少。

城市周邊是兼具城市和鄉(xiāng)村土地性質(zhì)的過(guò)渡地帶，城市化施加的巨大壓力使該地區(qū)耕地的多功能性更為明顯且研究非常必要。因此，文章從中小尺度入手、以具體的鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)作為評(píng)價(jià)單元，分析沈陽(yáng)城市周邊耕地多功能的現(xiàn)狀及其空間差異，揭示產(chǎn)生差異的因素。研究成果可為耕地保護(hù)及城市周邊耕地發(fā)展提供支撐，對(duì)制定耕地保護(hù)政策，合理利用耕地資源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)域及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

沈陽(yáng)市(122°25′9″E～123°48′24″E、41°12′51″N～43°02′13″N)位于中國(guó)東北地區(qū)南部，遼寧省中部偏東，渾河河畔，地處長(zhǎng)白山余脈，遼河、渾河沖積平原和東部地區(qū)的山脈之間，西部屬平原。全市總面積1.29萬(wàn)km2，下轄10個(gè)區(qū)， 2個(gè)縣，代管1個(gè)縣級(jí)市。研究區(qū)選擇沈陽(yáng)城市周邊即位于市區(qū)和城市影響帶之間的區(qū)域，這一區(qū)域也稱(chēng)為城鄉(xiāng)結(jié)合部。近幾年，隨著沈陽(yáng)城鎮(zhèn)化水平的不斷提高，城市周邊的耕地系統(tǒng)不斷受到影響，出現(xiàn)明顯的城鄉(xiāng)過(guò)渡性，多數(shù)土地被預(yù)征完畢，全市耕地面積由2009年的77.2萬(wàn)hm2減少到2015年的75.7萬(wàn)hm2，耕地的生產(chǎn)及社會(huì)保障功能急劇下降，景觀(guān)及其功能的空間變化梯度較大。根據(jù)研究目標(biāo)，選取沈陽(yáng)城市周邊5區(qū)(沈北新區(qū)、渾南區(qū)、蘇家屯區(qū)、鐵西區(qū)和于洪區(qū))內(nèi)有耕地的50個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)作為評(píng)價(jià)單元(圖1)。

圖1 研究區(qū)位置

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

該研究涉及沈陽(yáng)市土地利用空間規(guī)劃、人口、生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、景觀(guān)等數(shù)據(jù)。其中，空間數(shù)據(jù)來(lái)自于沈陽(yáng)市土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)； 人口、生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《沈陽(yáng)統(tǒng)計(jì)年鑒》《沈陽(yáng)農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》和《沈北新區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料》。景觀(guān)格局指數(shù)是依據(jù)土地利用規(guī)劃數(shù)據(jù)在A(yíng)rcGIS9.3和Fragstats3.3軟件中計(jì)算得出。

2 研究方法

2.1 耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

基于中小尺度的城市周邊耕地多功能評(píng)價(jià)，根據(jù)目前已有相關(guān)研究，結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況，選擇以鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)作為評(píng)價(jià)單元。通過(guò)分析諸多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)耕地功能分類(lèi)的研究成果，將耕地功能分為生產(chǎn)、生態(tài)、社會(huì)和景觀(guān)4種類(lèi)型[8,11,14,21-23]。該文參考耕地多功能評(píng)價(jià)相關(guān)研究成果，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估、土地利用多功能評(píng)價(jià)[13]等的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，依據(jù)評(píng)價(jià)因子選取的綜合性、代表性、科學(xué)性和可操作性原則，綜合研究區(qū)實(shí)際情況，選取16個(gè)評(píng)價(jià)因子建立目標(biāo)層、準(zhǔn)則層與指標(biāo)層的三級(jí)耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表1)。

表1 耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

目標(biāo)層準(zhǔn)則層指標(biāo)層指標(biāo)類(lèi)型指標(biāo)解釋耕地多功能A生產(chǎn)功能A1單位面積糧食產(chǎn)量A11+糧食總產(chǎn)量/實(shí)際占用耕地面積單位面積蔬菜產(chǎn)量A12+蔬菜總產(chǎn)量/蔬菜播種面積單位面積瓜果產(chǎn)量A13+瓜果類(lèi)總產(chǎn)量/瓜果播種面積耕地地均產(chǎn)值A(chǔ)14+耕地總產(chǎn)值/實(shí)際耕地面積人均耕地面積A15+耕地面積/區(qū)域總?cè)丝谏鷳B(tài)功能A2單位耕地化肥農(nóng)藥負(fù)荷A21-(化肥施用量+農(nóng)藥使用量)/耕地面積地膜覆蓋面積A22-來(lái)自統(tǒng)計(jì)年鑒固碳釋氧量A23+(CO2吸收量+O2釋放量)/耕地面積農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)多樣性A24+Shannon-Weiner指數(shù)社會(huì)功能A3農(nóng)業(yè)從業(yè)人員數(shù)量A31+來(lái)自統(tǒng)計(jì)年鑒人均糧食產(chǎn)量A32+糧食產(chǎn)量/區(qū)域總?cè)丝谵r(nóng)民人均純收入A33+來(lái)自統(tǒng)計(jì)年鑒第一產(chǎn)業(yè)就業(yè)比A34+第一產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員/勞動(dòng)人口數(shù)景觀(guān)功能A4耕地景觀(guān)面積比A41+Fragstats 3.3軟件計(jì)算景觀(guān)多樣性指數(shù)A42+Fragstats 3.3軟件計(jì)算景觀(guān)均勻度指數(shù)A43+Fragstats 3.3軟件計(jì)算 注: 1.“+”為正相關(guān)指標(biāo),“-”為負(fù)相關(guān)指標(biāo); 2.固碳釋氧量根據(jù)光合作用方程式CO2(264g)+H2O(108g)→C6H12O6(108g)+O2(193g)→多糖(162g)計(jì)算; 3.農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)多樣性采用聯(lián)合國(guó)教科文組織推的Shannon-Weiner指數(shù)計(jì)算

2.2 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

采用極值標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行無(wú)量綱化，經(jīng)過(guò)極差變換，各評(píng)價(jià)指標(biāo)無(wú)量綱化到[0， 100]。具體計(jì)算公式為：

(1)

(2)

式(1)、(2)中，Aij為i鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)j指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值；Xij為i鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)j指標(biāo)原始值；Xmax為i鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)j指標(biāo)原始最大值；Xmin為i鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)j指標(biāo)原始最小值。

2.3 指標(biāo)權(quán)重確定

采用熵權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，具體計(jì)算公式如下：

①計(jì)算j指標(biāo)的熵值：

(3)

②計(jì)算j指標(biāo)的權(quán)重：

(4)

2.4 計(jì)算耕地多功能值

采用加權(quán)求和法計(jì)算耕地各功能分值，等權(quán)值算術(shù)平均法計(jì)算耕地多功能綜合分值。

(5)

式(5)中，Ab為耕地各功能分值；Aij為各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值；ωj為各指標(biāo)權(quán)重；M為耕地功能個(gè)數(shù)。

(6)

式(6)中，A為耕地多功能綜合分值；Ab為耕地各功能分值；M為耕地功能個(gè)數(shù)。

3 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

3.1 生產(chǎn)功能分析

由圖2，新城子街道和尹家鄉(xiāng)耕地的生產(chǎn)功能最強(qiáng)。而大青、沙嶺、東湖、五三、虎石臺(tái)和道義街道的生產(chǎn)功能最弱。通過(guò)分析生產(chǎn)功能各指標(biāo)，位于遠(yuǎn)郊平原區(qū)的尹家鄉(xiāng)的人均耕地面積居所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)前列，且尹家鄉(xiāng)是綠色蔬菜生產(chǎn)基地，蔬菜種植面積占全鄉(xiāng)耕地的93%，其所創(chuàng)造的地均產(chǎn)值很高。新城子是以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主的遠(yuǎn)郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，雖然其人均耕地面積較小，但大面積五味子的種植使耕地地均產(chǎn)值高達(dá)7.87萬(wàn)元/hm2，因此耕地的生產(chǎn)功能很強(qiáng)。遠(yuǎn)郊山區(qū)(白清、姚千、祝家街道等)受地形限制，耕地粗放經(jīng)營(yíng)，以種植糧食作物為主，單位面積糧食產(chǎn)量低且耕地地均產(chǎn)值小，同時(shí)蔬菜和水果產(chǎn)量均較低，導(dǎo)致耕地生產(chǎn)功能較弱。而位于近郊區(qū)的沙嶺、東湖、虎石臺(tái)和道義等街道，由于城市化的擴(kuò)張，大量耕地被占用，人均耕地面積均不足400m2/人，且種植規(guī)模較小，耕地地均產(chǎn)值少，生產(chǎn)功能弱。瓜果類(lèi)生產(chǎn)主要分布在遠(yuǎn)郊平原區(qū)(林盛、紅菱和八一街道等)，而蔬菜生產(chǎn)主要分布在遠(yuǎn)郊平原區(qū)(李相、光輝街道和王濱溝鄉(xiāng)等)和近郊區(qū)(大興、汪家和東湖街道等)。由此可見(jiàn)，地形和距市中心距離是耕地生產(chǎn)功能的主要影響因素。

圖2 耕地生產(chǎn)功能評(píng)價(jià) 圖3 耕地生態(tài)功能評(píng)價(jià)

3.2 生態(tài)功能分析

由圖3，沈陽(yáng)城市周邊耕地的生態(tài)功能總體較弱且空間差異較小。除解放街道外，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)耕地生態(tài)功能均為一般及以下水平。通過(guò)分析生態(tài)功能各指標(biāo)可得，遠(yuǎn)郊區(qū)(林盛、黃家、高花、彰驛和興隆臺(tái)街道等)的固碳釋氧量較高，說(shuō)明遠(yuǎn)郊區(qū)耕地的大氣調(diào)節(jié)功能較強(qiáng)，但化肥和農(nóng)藥負(fù)荷及地膜覆蓋面積均較大，耕地以種植糧食作物為主，為實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)而大量使用化肥、農(nóng)藥和地膜，再加上遠(yuǎn)郊區(qū)生態(tài)保護(hù)宣傳力度較低，農(nóng)民生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)相對(duì)薄弱，導(dǎo)致耕地污染嚴(yán)重。近郊區(qū)部分街道(解放、五三和渾河站東街道等)的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)多樣性較高，遠(yuǎn)郊區(qū)部分地區(qū)多樣性較低。農(nóng)藥、化肥及地膜的不合理使用對(duì)部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生境等造成一定的影響，同時(shí)，集約型的生產(chǎn)方式和高產(chǎn)品種的大力推廣使農(nóng)田景觀(guān)結(jié)構(gòu)單一，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)多樣性降低。

圖4 耕地社會(huì)功能評(píng)價(jià) 圖5 耕地景觀(guān)功能評(píng)價(jià)

圖6 耕地多功能綜合評(píng)價(jià)

3.3 社會(huì)功能分析

由圖4，位于遠(yuǎn)郊區(qū)的十里河、黃家和石佛寺街道耕地的社會(huì)功能最強(qiáng)。而位于近郊的大青、五三和道義等街道的耕地社會(huì)功能最弱。分析相關(guān)數(shù)據(jù)表明：黃家、石佛寺和十里河街道的人均糧食產(chǎn)量及農(nóng)民人均純收入均很高，耕地的經(jīng)濟(jì)保障功能較強(qiáng)。且石佛寺和黃家街道的第一產(chǎn)業(yè)就業(yè)比最大，分別為0.86和0.84，說(shuō)明遠(yuǎn)郊區(qū)農(nóng)民對(duì)耕地的依賴(lài)性較大，耕地的社會(huì)保障功能較強(qiáng)。相反，近郊區(qū)的人均糧食產(chǎn)量、第一產(chǎn)業(yè)就業(yè)比均很小，耕地對(duì)農(nóng)民的糧食保障能力低，農(nóng)民對(duì)耕地的依賴(lài)性小，多數(shù)農(nóng)民甚至已經(jīng)脫離農(nóng)業(yè)耕作，耕地的社會(huì)功能弱。同時(shí)，可明顯看到，隨著距市中心距離的增加，耕地的社會(huì)功能在逐漸增強(qiáng)。

3.4 景觀(guān)功能分析

由圖5，輝山、滿(mǎn)堂、汪家、于洪及姚千街道等的耕地景觀(guān)功能最強(qiáng)。分析各指標(biāo)得：滿(mǎn)堂、汪家和東湖等街道耕地的景觀(guān)多樣性指數(shù)和景觀(guān)均勻度指數(shù)均較高，耕地的景觀(guān)異質(zhì)性較好。相對(duì)而言，遠(yuǎn)郊區(qū)(興隆臺(tái)、光輝、永樂(lè)街道和大溝鄉(xiāng)等)的景觀(guān)均勻度指數(shù)較低?？梢?jiàn)，近郊區(qū)耕地的景觀(guān)多樣性和均勻度較好，遠(yuǎn)郊區(qū)較弱。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展不斷加快，人們對(duì)精神層面的追求不斷提高，近郊區(qū)憑借交通便利的優(yōu)勢(shì)更容易發(fā)展生態(tài)觀(guān)光旅游。白塔、佟溝和姚千街道位于渾河兩岸，沿渾河充分發(fā)揮耕地以觀(guān)光農(nóng)業(yè)、生態(tài)度假為主的生態(tài)功能。由于遠(yuǎn)郊區(qū)距市中心較遠(yuǎn)，交通相對(duì)不是很便利，耕地景觀(guān)文化功能相對(duì)近郊區(qū)較弱。表明距市中心距離直接對(duì)耕地景觀(guān)功能產(chǎn)生影響。

3.5 耕地多功能綜合分析

由圖6，沈陽(yáng)城市周邊耕地多功能空間差異較為明顯且不均衡。從地形方面來(lái)看，位于沈陽(yáng)東北部的山地丘陵區(qū)、西部的平原區(qū)均有耕地多功能性強(qiáng)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)，如東部的黃家、新城子等街道，西部的尹家鄉(xiāng)、八一、沙河和十里河街道； 同時(shí)也有耕地多功能弱的鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)，如東北部的望濱街道，西部的大青和沙嶺街道。從距市中心距離來(lái)看，位于近郊區(qū)的輝山、汪家、解放和于洪街道耕地的多功能發(fā)揮的較好，而道義、五三和大青街道卻較差； 位于遠(yuǎn)郊區(qū)的黃家、清水臺(tái)、沙河和十里河街道耕地多功能性較好，而望濱、彰驛街道卻較弱。說(shuō)明耕地的多功能性是由地形、距市中心距離及耕地各功能等多種因素綜合決定的。

圖7 各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)耕地多功能結(jié)構(gòu)組成

圖7表示各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)耕地單一功能在多功能中所占的比例。由圖7可看出，絕大多數(shù)耕地的生產(chǎn)功能在多功能中所占比重均較高，而景觀(guān)功能的比重相對(duì)較低，說(shuō)明沈陽(yáng)城市周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)的耕地以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主導(dǎo)，對(duì)耕地的景觀(guān)文化功能的關(guān)注度相對(duì)較弱，可以考慮將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與旅游、休閑相結(jié)合，加快轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式。近郊區(qū)(道義、虎石臺(tái)、解放、大青和五三街道等)耕地的生態(tài)功能所占比重較大，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境較好，但社會(huì)功能所占比重較小，農(nóng)民對(duì)耕地依賴(lài)性較小，社會(huì)保障功能偏弱，重點(diǎn)考慮提升耕地質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)數(shù)量、質(zhì)量和生態(tài)的有機(jī)統(tǒng)一。遠(yuǎn)郊區(qū)(石佛寺、黃家、十里河和光輝街道等)耕地的社會(huì)功能所占比重較大，而生態(tài)功能比重很小，耕地污染嚴(yán)重，需要優(yōu)化耕地生態(tài)空間，提升耕地的生態(tài)景觀(guān)服務(wù)功能，提升農(nóng)業(yè)發(fā)展的“綠色含量”。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

通過(guò)構(gòu)建耕地多功能評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，對(duì)沈陽(yáng)城市周邊50個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)的耕地多功能值進(jìn)行計(jì)算，在A(yíng)rcGIS9.3中進(jìn)行空間分析，并確定耕地多功能的結(jié)構(gòu)組成。分析評(píng)價(jià)結(jié)果，得出以下結(jié)論。

(1)沈陽(yáng)城市周邊耕地的多功能空間差異較為明顯。生產(chǎn)功能遠(yuǎn)郊平原區(qū)最強(qiáng)，遠(yuǎn)郊山區(qū)和近郊區(qū)較弱； 生態(tài)功能總體較弱，個(gè)別鄉(xiāng)鎮(zhèn)較好； 距離城市越遠(yuǎn)，社會(huì)功能越強(qiáng)； 景觀(guān)功能近郊區(qū)較強(qiáng)，遠(yuǎn)郊相對(duì)較弱。

(2)耕地的生態(tài)、社會(huì)和景觀(guān)功能主要受距市中心距離的影響，生產(chǎn)功能受地形和距市中心距離的雙重影響，而多功能則受地形、距市中心距離及各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)耕地主導(dǎo)功能等的綜合影響。

(3)沈陽(yáng)城市周邊的大多數(shù)耕地以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主導(dǎo)，景觀(guān)文化功能整體相對(duì)較弱。近郊區(qū)耕地生態(tài)功能所占比重較大，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境較好，但社會(huì)功能所占比重小，農(nóng)民對(duì)耕地依賴(lài)性小，社會(huì)保障功能弱。遠(yuǎn)郊區(qū)則與之相反。

4.2 討論

研究結(jié)果表明沈陽(yáng)城市周邊耕地多功能空間分布零散，差異較為明顯且發(fā)展不均衡，與已有相關(guān)研究結(jié)論“耕地多功能與城市距離遠(yuǎn)近呈正相關(guān)”不相一致。這可能是由于該研究進(jìn)行了空間上的擴(kuò)展，增加評(píng)價(jià)單元，選取較大的評(píng)價(jià)范圍，涵蓋鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量較多，使得耕地多功能的空間差異相對(duì)較明顯，評(píng)價(jià)結(jié)果更具有一般性和代表性。但由于耕地功能分類(lèi)尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，且部分指標(biāo)數(shù)據(jù)獲取較困難，致使所選評(píng)價(jià)指標(biāo)帶有一定的主觀(guān)性。同時(shí)，耕地多功能是一個(gè)復(fù)雜的功能體系，該研究?jī)H初步分析了其空間分布差異及影響因素，對(duì)于耕地單一功能之間的潛在關(guān)系以及如何協(xié)調(diào)各功能之間的聯(lián)系發(fā)揮耕地多功能的綜合優(yōu)勢(shì)方面有待進(jìn)一步研究和完善。