沈阳城市周边耕地多功能评价

靳文娟，边振兴※，魏忠义，王淑敏

(1.沈阳农业大学土地与环境学院，辽宁沈阳 110866； 2.抚顺经济开发区国土资源局，辽宁抚顺 113006)

0 引言

耕地是人类赖以生存的基本资源和物质保障[1]。随着城市化的发展，耕地数量减少、质量下降、污染严重，直接影响了粮食安全。耕地单一的生产功能已无法满足城市快速发展的多重需求，保护耕地的多功能性变得尤为重要，耕地多功能研究是农地多功能研究的重要部分[2]。1992年，联合国环境与发展大会首次提出“农业多功能性(Multi-Functionality of Agriculture，简称 MFA)”这一概念[3]，引起全世界的广泛关注。国内外专家学者对耕地多功能评价进行了大量研究。国外大多耕地功能研究是为了满足某一特定目的，评价方法有单项评价和综合评价[4-7]。国内多数学者从耕地多功能内涵和类型[2][8]、耕地单项功能评价[9]、多功能综合评价[10-17]和耕地功能空间分异[18-20]等方面进行了相关研究。但这些研究多数侧重于较大单元(如省、市、县)的耕地功能分析评价，而从中小尺度入手，选取较小单元的大范围评价研究较少。

城市周边是兼具城市和乡村土地性质的过渡地带，城市化施加的巨大压力使该地区耕地的多功能性更为明显且研究非常必要。因此，文章从中小尺度入手、以具体的乡镇(街道)作为评价单元，分析沈阳城市周边耕地多功能的现状及其空间差异，揭示产生差异的因素。研究成果可为耕地保护及城市周边耕地发展提供支撑，对制定耕地保护政策，合理利用耕地资源，实现可持续发展具有重要意义。

1 研究区域及数据来源

1.1 研究区概况

沈阳市(122°25′9″E～123°48′24″E、41°12′51″N～43°02′13″N)位于中国东北地区南部，辽宁省中部偏东，浑河河畔，地处长白山余脉，辽河、浑河冲积平原和东部地区的山脉之间，西部属平原。全市总面积1.29万km2，下辖10个区， 2个县，代管1个县级市。研究区选择沈阳城市周边即位于市区和城市影响带之间的区域，这一区域也称为城乡结合部。近几年，随着沈阳城镇化水平的不断提高，城市周边的耕地系统不断受到影响，出现明显的城乡过渡性，多数土地被预征完毕，全市耕地面积由2009年的77.2万hm2减少到2015年的75.7万hm2，耕地的生产及社会保障功能急剧下降，景观及其功能的空间变化梯度较大。根据研究目标，选取沈阳城市周边5区(沈北新区、浑南区、苏家屯区、铁西区和于洪区)内有耕地的50个乡镇(街道)作为评价单元(图1)。

图1 研究区位置

1.2 数据来源

该研究涉及沈阳市土地利用空间规划、人口、生产、经济、生态、景观等数据。其中，空间数据来自于沈阳市土地利用总体规划数据库； 人口、生产、经济、生态等社会经济统计数据来源于《沈阳统计年鉴》《沈阳农村统计年鉴》和《沈北新区国民经济统计资料》。景观格局指数是依据土地利用规划数据在ArcGIS9.3和Fragstats3.3软件中计算得出。

2 研究方法

2.1 耕地多功能评价指标体系构建

基于中小尺度的城市周边耕地多功能评价，根据目前已有相关研究，结合研究区实际情况，选择以乡镇(街道)作为评价单元。通过分析诸多专家学者对耕地功能分类的研究成果，将耕地功能分为生产、生态、社会和景观4种类型[8,11,14,21-23]。该文参考耕地多功能评价相关研究成果，结合生态系统评估、土地利用多功能评价[13]等的评价指标体系，依据评价因子选取的综合性、代表性、科学性和可操作性原则，综合研究区实际情况，选取16个评价因子建立目标层、准则层与指标层的三级耕地多功能评价指标体系(表1)。

表1 耕地多功能评价指标体系

目标层准则层指标层指标类型指标解释耕地多功能A生产功能A1单位面积粮食产量A11+粮食总产量/实际占用耕地面积单位面积蔬菜产量A12+蔬菜总产量/蔬菜播种面积单位面积瓜果产量A13+瓜果类总产量/瓜果播种面积耕地地均产值A14+耕地总产值/实际耕地面积人均耕地面积A15+耕地面积/区域总人口生态功能A2单位耕地化肥农药负荷A21-(化肥施用量+农药使用量)/耕地面积地膜覆盖面积A22-来自统计年鉴固碳释氧量A23+(CO2吸收量+O2释放量)/耕地面积农田生态系统多样性A24+Shannon-Weiner指数社会功能A3农业从业人员数量A31+来自统计年鉴人均粮食产量A32+粮食产量/区域总人口农民人均纯收入A33+来自统计年鉴第一产业就业比A34+第一产业从业人员/劳动人口数景观功能A4耕地景观面积比A41+Fragstats 3.3软件计算景观多样性指数A42+Fragstats 3.3软件计算景观均匀度指数A43+Fragstats 3.3软件计算 注: 1.“+”为正相关指标,“-”为负相关指标; 2.固碳释氧量根据光合作用方程式CO2(264g)+H2O(108g)→C6H12O6(108g)+O2(193g)→多糖(162g)计算; 3.农田生态系统多样性采用联合国教科文组织推的Shannon-Weiner指数计算

2.2 指标标准化

采用极值标准化方法对各评价指标进行无量纲化，经过极差变换，各评价指标无量纲化到[0， 100]。具体计算公式为：

(1)

(2)

式(1)、(2)中，Aij为i乡镇(街道)j指标的标准值；Xij为i乡镇(街道)j指标原始值；Xmax为i乡镇(街道)j指标原始最大值；Xmin为i乡镇(街道)j指标原始最小值。

2.3 指标权重确定

采用熵权法确定指标权重，具体计算公式如下：

①计算j指标的熵值：

(3)

②计算j指标的权重：

(4)

2.4 计算耕地多功能值

采用加权求和法计算耕地各功能分值，等权值算术平均法计算耕地多功能综合分值。

(5)

式(5)中，Ab为耕地各功能分值；Aij为各指标标准值；ωj为各指标权重；M为耕地功能个数。

(6)

式(6)中，A为耕地多功能综合分值；Ab为耕地各功能分值；M为耕地功能个数。

3 评价结果分析

3.1 生产功能分析

由图2，新城子街道和尹家乡耕地的生产功能最强。而大青、沙岭、东湖、五三、虎石台和道义街道的生产功能最弱。通过分析生产功能各指标，位于远郊平原区的尹家乡的人均耕地面积居所有乡镇前列，且尹家乡是绿色蔬菜生产基地，蔬菜种植面积占全乡耕地的93%，其所创造的地均产值很高。新城子是以传统农业为主的远郊区乡镇，虽然其人均耕地面积较小，但大面积五味子的种植使耕地地均产值高达7.87万元/hm2，因此耕地的生产功能很强。远郊山区(白清、姚千、祝家街道等)受地形限制，耕地粗放经营，以种植粮食作物为主，单位面积粮食产量低且耕地地均产值小，同时蔬菜和水果产量均较低，导致耕地生产功能较弱。而位于近郊区的沙岭、东湖、虎石台和道义等街道，由于城市化的扩张，大量耕地被占用，人均耕地面积均不足400m2/人，且种植规模较小，耕地地均产值少，生产功能弱。瓜果类生产主要分布在远郊平原区(林盛、红菱和八一街道等)，而蔬菜生产主要分布在远郊平原区(李相、光辉街道和王滨沟乡等)和近郊区(大兴、汪家和东湖街道等)。由此可见，地形和距市中心距离是耕地生产功能的主要影响因素。

图2 耕地生产功能评价 图3 耕地生态功能评价

3.2 生态功能分析

由图3，沈阳城市周边耕地的生态功能总体较弱且空间差异较小。除解放街道外，其余乡镇(街道)耕地生态功能均为一般及以下水平。通过分析生态功能各指标可得，远郊区(林盛、黄家、高花、彰驿和兴隆台街道等)的固碳释氧量较高，说明远郊区耕地的大气调节功能较强，但化肥和农药负荷及地膜覆盖面积均较大，耕地以种植粮食作物为主，为实现高产而大量使用化肥、农药和地膜，再加上远郊区生态保护宣传力度较低，农民生态环境保护意识相对薄弱，导致耕地污染严重。近郊区部分街道(解放、五三和浑河站东街道等)的农田生态系统多样性较高，远郊区部分地区多样性较低。农药、化肥及地膜的不合理使用对部分地区的农业生产条件和生境等造成一定的影响，同时，集约型的生产方式和高产品种的大力推广使农田景观结构单一，导致生态系统多样性降低。

图4 耕地社会功能评价 图5 耕地景观功能评价

图6 耕地多功能综合评价

3.3 社会功能分析

由图4，位于远郊区的十里河、黄家和石佛寺街道耕地的社会功能最强。而位于近郊的大青、五三和道义等街道的耕地社会功能最弱。分析相关数据表明：黄家、石佛寺和十里河街道的人均粮食产量及农民人均纯收入均很高，耕地的经济保障功能较强。且石佛寺和黄家街道的第一产业就业比最大，分别为0.86和0.84，说明远郊区农民对耕地的依赖性较大，耕地的社会保障功能较强。相反，近郊区的人均粮食产量、第一产业就业比均很小，耕地对农民的粮食保障能力低，农民对耕地的依赖性小，多数农民甚至已经脱离农业耕作，耕地的社会功能弱。同时，可明显看到，随着距市中心距离的增加，耕地的社会功能在逐渐增强。

3.4 景观功能分析

由图5，辉山、满堂、汪家、于洪及姚千街道等的耕地景观功能最强。分析各指标得：满堂、汪家和东湖等街道耕地的景观多样性指数和景观均匀度指数均较高，耕地的景观异质性较好。相对而言，远郊区(兴隆台、光辉、永乐街道和大沟乡等)的景观均匀度指数较低。可见，近郊区耕地的景观多样性和均匀度较好，远郊区较弱。随着经济发展不断加快，人们对精神层面的追求不断提高，近郊区凭借交通便利的优势更容易发展生态观光旅游。白塔、佟沟和姚千街道位于浑河两岸，沿浑河充分发挥耕地以观光农业、生态度假为主的生态功能。由于远郊区距市中心较远，交通相对不是很便利，耕地景观文化功能相对近郊区较弱。表明距市中心距离直接对耕地景观功能产生影响。

3.5 耕地多功能综合分析

由图6，沈阳城市周边耕地多功能空间差异较为明显且不均衡。从地形方面来看，位于沈阳东北部的山地丘陵区、西部的平原区均有耕地多功能性强的乡镇(街道)，如东部的黄家、新城子等街道，西部的尹家乡、八一、沙河和十里河街道； 同时也有耕地多功能弱的乡镇(街道)，如东北部的望滨街道，西部的大青和沙岭街道。从距市中心距离来看，位于近郊区的辉山、汪家、解放和于洪街道耕地的多功能发挥的较好，而道义、五三和大青街道却较差； 位于远郊区的黄家、清水台、沙河和十里河街道耕地多功能性较好，而望滨、彰驿街道却较弱。说明耕地的多功能性是由地形、距市中心距离及耕地各功能等多种因素综合决定的。

图7 各乡镇(街道)耕地多功能结构组成

图7表示各乡镇(街道)耕地单一功能在多功能中所占的比例。由图7可看出，绝大多数耕地的生产功能在多功能中所占比重均较高，而景观功能的比重相对较低，说明沈阳城市周边乡镇(街道)的耕地以农业生产为主导，对耕地的景观文化功能的关注度相对较弱，可以考虑将农业生产与旅游、休闲相结合，加快转变农业发展方式。近郊区(道义、虎石台、解放、大青和五三街道等)耕地的生态功能所占比重较大，农田生态环境较好，但社会功能所占比重较小，农民对耕地依赖性较小，社会保障功能偏弱，重点考虑提升耕地质量，实现数量、质量和生态的有机统一。远郊区(石佛寺、黄家、十里河和光辉街道等)耕地的社会功能所占比重较大，而生态功能比重很小，耕地污染严重，需要优化耕地生态空间，提升耕地的生态景观服务功能，提升农业发展的“绿色含量”。

4 结论与讨论

4.1 结论

通过构建耕地多功能评价指标体系，对沈阳城市周边50个乡镇(街道)的耕地多功能值进行计算，在ArcGIS9.3中进行空间分析，并确定耕地多功能的结构组成。分析评价结果，得出以下结论。

(1)沈阳城市周边耕地的多功能空间差异较为明显。生产功能远郊平原区最强，远郊山区和近郊区较弱； 生态功能总体较弱，个别乡镇较好； 距离城市越远，社会功能越强； 景观功能近郊区较强，远郊相对较弱。

(2)耕地的生态、社会和景观功能主要受距市中心距离的影响，生产功能受地形和距市中心距离的双重影响，而多功能则受地形、距市中心距离及各乡镇(街道)耕地主导功能等的综合影响。

(3)沈阳城市周边的大多数耕地以农业生产为主导，景观文化功能整体相对较弱。近郊区耕地生态功能所占比重较大，农田生态环境较好，但社会功能所占比重小，农民对耕地依赖性小，社会保障功能弱。远郊区则与之相反。

4.2 讨论

研究结果表明沈阳城市周边耕地多功能空间分布零散，差异较为明显且发展不均衡，与已有相关研究结论“耕地多功能与城市距离远近呈正相关”不相一致。这可能是由于该研究进行了空间上的扩展，增加评价单元，选取较大的评价范围，涵盖乡镇数量较多，使得耕地多功能的空间差异相对较明显，评价结果更具有一般性和代表性。但由于耕地功能分类尚无统一标准，且部分指标数据获取较困难，致使所选评价指标带有一定的主观性。同时，耕地多功能是一个复杂的功能体系，该研究仅初步分析了其空间分布差异及影响因素，对于耕地单一功能之间的潜在关系以及如何协调各功能之间的联系发挥耕地多功能的综合优势方面有待进一步研究和完善。