城乡梯度下的耕地多功能价值空间分异特征

高 星，宋昭颖，李晨曦，查理思，梁思源，汤怀志

城乡梯度下的耕地多功能价值空间分异特征

高 星1，宋昭颖1，李晨曦2，查理思3，梁思源4，汤怀志5

（1. 河北经贸大学公共管理学院，石家庄 050061；2. 西安建筑科技大学公共管理学院，西安 710311；3. 广东财经大学公共管理学院，广州 510320；4. 郑州大学政治与公共管理学院，郑州 450001；5. 中国农业大学土地科学与技术学院，北京 100083）

显化耕地多功能价值的空间分异规律有助于完善耕地保护政策。该研究以2018年石家庄市遥感影像和统计年鉴为基础数据，分别计算基于地块尺度耕地的物质生产功能、生态维持功能和社会保障功能的价值，并引入梯度分析方法，以城市中心为原点分别设置梯次环和采样条带，对其价值变化进行梯度分析。结果表明：1）2018年石家庄市耕地总功能价值沿“城-乡”呈现出“上升-下降”的倒“U”型变化趋势，在第四环价值达到倒“U”型趋势的顶点。1～5环各项功能价值呈上升趋势，7～10环各项功能价值显著下降。2）基于梯次环的分析发现距离石家庄城市中心10～40 km的1～4环耕地各功能价值最高，其中物质生产功能在4环达到峰值，生态维持功能在3环达到峰值，6～10环呈显著下降趋势。3）基于条带的分析发现，在南北向条带上耕地各功能价值变化呈“上升-下降”的倒“U”型趋势，生态维持功能价值呈现出对称的“M”形，东西向样带上社会保障功能价值在西部变化显著，而生态维持功能价值在东部变化剧烈。

土地利用；耕地；多功能价值；梯度效应；石家庄

0 引 言

耕地作为能够同时提供生产、生活、生态等多重供给的物质载体，其多功能特征越来越引起广泛重视[1-4]。近些年来的城市快速扩张使耕地资源大量流失，加剧了城市发展与耕地保护之间的矛盾[5-6]。尽管中国实行了最严格的耕地保护政策，但由于对耕地价值的长期低估，导致城市再扩张中占用耕地的成本比较低，不但影响了中国粮食与生态安全，也对可持续发展提出了严重的挑战[7]。城市核心区的集约土地利用和城市边缘区的扩展土地利用体现出了城乡梯度的复杂特征，这种梯度特征源于城市化导致的从城市到乡村的人口聚集程度、经济发展水平、交通区位条件等空间分布的不均衡[8-9]。这一梯度差异的存在不仅影响了耕地的用地结构、空间形态和聚集程度，同时也改变了耕地可能供给的功能类型迁移和服务能力[10-11]。通过城市中心到乡村腹地的梯度带或圈层的显化耕地多功能价值空间分异特征，能够更好反映区位条件、人类活动与耕地功能系统的动态交互关系，为量化耕地多功能价值提供了一个新的视角[12]。因此，探讨在新型城镇化背景下城乡梯度下耕地功能价值的空间分异的规律性，对制定复合化耕地保护政策、实现区域可持续发展具有较强的理论和现实意义[13]。

近年来，国内外学者们进一步认识到耕地在保护遗产、粮食安全、保持空间平衡发展、维护生态平衡、传承文化和维护社会稳定等方面发挥着不可替代的作用[14-15]。基于不同的研究切入点，学者们对耕地多功能内涵的界定和功能类型划分各不相同。Blum等[16]从功能类型划分的角度提出了耕地系统的功能包括生产功能、生物栖息及基因库、过滤缓冲功能等；Coyle等[17]认为耕地具有生产、净化水资源、碳固持以及生物栖息地等功能；De Groot[18]等指出耕地包含调节、栖息地、生产、信息等功能；赵华甫[19]认为耕地以生产功能为主，兼顾生态、社会等功能；温良友等[20]认为耕地具有生产、生态、景观、文化等功能。虽然学者们的分类体系各不相同，但综合来看可将耕地多功能划分为生产、生态、社会三大类。目前，国内学者对耕地多功能的研究多集中在其层次性与保护[21]、权衡与协同关系研究[22-23]、效应及补偿机制[24]、生态安全评价研究[25]、功能评价与价值测算[26-27]等方面。在耕地功能评价与功能值量化方面，常用的方法主要有价值当量法、替代市场法、条件价值评估法、功能表征指标体系法、能值法和评估模型等[28-29]。例如，辛芸娜等[30]利用指数和法和内梅罗综合污染指数法，从土壤学内部循环角度出发构建了北京市大兴区的耕地多功能评价体系；施园园等[31]用功能表征指标体系法对北京耕地多功能演变及空间差异进行了研究；Smith等[32]以生态系统的碳收支、土壤碳储量或固碳速率度量了农田固碳能力；Richmond等[33]采用影子价格法评估了水田的水土保持功能价值；钟守琴等[34]运用影子价格法和收益还原法测算了西南丘陵山区耕地的经济、社会和生态价值。总体来看，当前关于耕地各功能价值的量化研究取得一定进展，但有些价值量化方法还存在一定的不足，如数据收集困难，缺乏可比性、主观性较强等问题[35]。另外，现有研究主要采用以行政区划或区域为对象、以耕地面积和经济社会统计资料为数据基础的比较分析，在评价单元的精细化程度方面不足以反映城乡耕地多功能空间演化特征的复杂性。

因此，在新时代城乡融合发展和乡村振兴背景下，本研究选取石家庄市开展基于地块尺度构建耕地多功能价值量化研究，结合GIS技术显化典型快速城市化地区沿“城-乡”梯度的耕地多功能价值空间变化规律，以期为制定耕地多功能保护和可持续发展政策提供参考。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

石家庄市是河北省省会，地处河北省中南部，东与衡水市接壤，南与邢台市毗连，西与山西省为邻，北与保定市交界，位于37°27'～38°47'N，113°30'～115°20'E。截至2019年，石家庄辖8个区、11个县、代管3个县级市，总面积14 464 km2，常住人口1 103.12万人，城镇人口710.55万人，城镇化率64.41%。2019年，石家庄市耕地面积583 063.66 hm2，占区域面积40.31%。石家庄市是北方重要的粮仓，耕地质量在全省范围内属于较高等级。1998—2018 年间，石家庄市建设用地增加了将近60%，耕地减少了20%。快速的城镇化背景下，石家庄市建设用地需求、粮食安全保障、水资源短缺及城乡居民对耕地功能需求的多元化对耕地资源的可持续、多功能利用提出了严峻的挑战，是研究耕地多功能价值变化规律的理想研究区。

1.2 数据来源与处理

本文采用的数据包括2019年《河北农村统计年鉴》，2019年《河北省土地调查统计年鉴》，《2019石家庄统计年鉴》，石家庄数字高程模型（DEM），2019年耕地质量数据库。石家庄土地利用现状图，采取2018年Landsat 8遥感影像进行土地利用分类，在ENVI5.3平台下对影像进行裁剪预处理、监督分类和分类后处理，参考中国科学院土地利用/覆被分类体系将其分为耕地、林地、草地、建设用地、水域及未利用地六类，分辨率为100 m×100 m。本文所用的Landsat 8 OLI_TIRS遥感影像来自于地理空间数据云（http://www.gscloud.cn/）。

2 研究方法

2.1 耕地功能总价值测算

依照现有研究和当前石家庄地区实际情况来看，耕地除了具备生产功能之外，还有维持生活、水源涵养、休闲娱乐等功能。因此本文将耕地的功能分为3种类型，即物质生产功能、生态维持功能和社会保障功能，构建了包含15项指标的价值测算指标体系（如表1），耕地功能总价值计算方法如下：

式中为耕地资源总价值，V为耕地物质生产功能价值，V为耕地生态维持功能价值，V为耕地社会保障功能价值。

表1 耕地功能价值测算指标

2.2 物质生产功能价值测算

物质生产功能作为耕地最传统的功能之一，其产出的作物为人类的生存提供了物质保证。由于石家庄位于中国九大粮食主产区之一的河北省，种植的作物以粮食作物（小麦、玉米）为主，因此本文只考虑耕地种植粮食作物（小麦、玉米）产生的价值，根据粮食作物的产量，通过市场价值法进行计算。

2.2.1 耕地物质生产功能评价指标分级

参考《自然资源分等定级通则》，将7个指标分别划分为5个等级，见表2。

表2 物质生产功能评价指标分级

2.2.2 物质生产功能等级判定

根据以上7个指标的等级评价分级情况对该研究区耕地物质生产功能进行评价[36]，等级判定条件如表3所示。

表3 物质生产功能等级判定

2.2.3 物质生产功能价值核算方法

依据以上等级判定，物质生产功能价值核算方法如下：

式中V为每个地块的物质生产功能价值（元/(hm2·a)），F为生产功能等级系数，为土地成本率，C为第种农作物年产量（kg/(hm2·a)），P为第种农作物价格（元/kg）。其中，基于当年统计年鉴中粮食产量数据、耕地面积数据和当年粮食作物市场价格，计算得石家庄市2018年粮食作物单位面积总收益为26 098.58元/hm2。单位面积作物种植成本（包括化肥、农膜和农药3项）为5 204.39 元/hm2。

2.3 生态维持功能价值

耕地作为陆地生态系统中的关键角色，具有重要的生态功能价值。耕地在发挥着物质生产功能的同时，也对生态环境的维持和改善起到一定的作用。由于其发挥的生态价值难以直接量化，因此现有研究多从涵养水源、固氮释氧和气候调节等角度去计算耕地的生态价值[27]。也有部分学者参考谢高地[37]的生态系统服务价值测算方法进行计算。本文考虑到实际的农业生产现状和数据的可获取性，另外考虑了农膜和化肥对生态环境的影响，选取4个指标测算耕地生态维持功能价值（如表1）。

由于研究区的耕地类型都为旱地、水浇地，所以仅用旱地的生态系统服务当量来测算价值。生态系统生态服务价值当量因子是生态系统生态服务相对贡献大小的潜在能力，经分析确定1个生态服务价值当量因子的经济价值量等于当年全国平均粮食单产市场价值的1/7[37-38]。单位当量因子价值量计算公式为

式中为单位当量因子价值量；m为种粮食作物的播种面积（hm2）；q为种粮食作物的单位产量（kg/hm2）；为粮食作物种类；为种粮食作物的总播种面积（hm2）。基于2019年石家庄统计年鉴得，当年石家庄市平均粮食（小麦和玉米）单产市场价值为12 335.27元/kg /hm2。

根据当量因子表和单位当量因子价值量可计算耕地产生的生态维持功能价值，公式如下：

式中V为每个地块的生态功能价值元/(hm2·a)，Y为地块对应的生态价值当量因子（如表4），A为地块对应土地面积与单位面积（1 hm2）的比值，I为农膜使用强度kg/(hm2·a)，P为每公顷农膜价格，元/(hm2·a)，E为耕地利用环境负荷，P为每单位面积化肥价格，元/(hm2·a)。根据2019年石家庄农村统计年鉴数据可得农膜价格为36.9万元/hm2，平均每公顷化肥单价为23 846.5万元/hm2。

2.4 社会保障功能价值

耕地的社会保障价值是基于中国现状提出的，在社会保障机制不完善的情况下耕地提供的农产品可以作为农民的生活保障之一。本文选取了与农村居民收支相关的指标（表1），从农村居民收入与支出的角度测算耕地的社会保障价值。

因为农村人口和城镇人口收入来源存在较大差异，农村人口的主要收入大部分来源于农作物的生产，所以引入农村居民与城镇收入的比值来适当修正农村居民人均收入。近年来，农民从事非农工作取得的收入占家庭总收入的比例不断增大，耕地发挥的社会保障功能有所弱化。城乡居民收入比指标中，农村居民依靠耕地获得的收入是基本不变的，农村居民收入越高，说明非农收入越高，耕地的社会保障价值越小。如果只考虑耕地提供的社会保障价值可能会比真实水平偏高，因此引入折算系数对社会保障功能价值进行折算。

表4 不同生态系统类型单位面积生态系统服务价值当量

式中V为耕地社会保障功能价值（元/(hm2·a)），为农村家庭人均支出（元/(人·a)），E为农村居民人均可支配收入（元/(人·a)），A为人均耕地经营面积（hm2/人），k为农村居民与城镇居民收入的比值。为耕地社会保障功能折算系数，r为农村非农产业就业人数，r为农村人口数，M为农村居民非农纯收入（元/人），M为农村居民总收入（元/人）。根据《石家庄农村统计年鉴》和《河北经济年鉴》中的数据可知，石家庄各区县平均农村居民人均可支配收入为14 264.88元/人，最高为17 636元/人，最低为6 417元/人；农村家庭人均支出10 535.94元/人；农村居民与城镇居民收入比值平均为0.46，最大为0.59，最小为0.26；石家庄平均耕地社会保障功能折算系数为0.82。

2.5 梯度分析

耕地各项功能价值的梯度效应研究可以直观地反映价值在空间上分布的变化趋势。为了探讨石家庄市耕地功能价值的空间变化特征，引入梯度分析，并设置如下：

1）以石家庄市城市中心为圆心，半径每次增加10 km，在西部地区共设置10个梯次环，在东部地区共设置8个梯次环，分别计算每环内部的耕地功能价值。

2）设置东西（W-E）、南北（S-N）两条样带，样带宽5 km，每条样带以5 km为步长再纵向划分矩形样方，东西方向样带上有9个矩形样方（E6-E1，W1-W3），南北方向上有9个矩形样方（S4-S1，N1-N5）。采样框分别由西向东、由南向北依次滑动，每次取出一个矩形样方，记录样方内耕地多功能价值。

为了便于比较不同梯次环内耕地功能价值的变化，探究城乡梯度效应对耕地功能的影响，本文采用圈层结构分析方法量化沿城-乡演替方向耕地各功能值（公式8）

式中D表示第个圈层的耕地功能平均值；D表示第个圈层第个地块的单位耕地功能价值；S表示圈层内耕地总面积；为每个圈层中包含的单元总数。

3 结果与分析

3.1 耕地物质生产功能价值城乡梯度分异

如图3a所示，耕地的单位面积物质生产功能价值从市中心向城市外围沿着“上升－下降”的倒“U”型趋势变化，在第四环价值达到倒“U”型趋势的顶点，该功能的价值整体偏低。“上升”趋势发生在1～4环，即距离城市中心10～40 km的范围，其中1～2环单位面积物质生产功能价值显著上升，1环的单位面积物质生产功能价值最低，为20 587.25万元/hm2。“下降”趋势发生在4～10环，其中4～5环价值缓慢下降，6～7环价值骤降。单位面积物质生产功能价值在第4环达到峰值，价值总和为46 354.46万元/hm2。分析这一变化规律出现的原因，由于1环、2环靠近市中心，受城市经济辐射影响，建设用地占多数，耕地数量少，因此低效益的生产功能产生的价值很少。2环至6环开始逐渐向城市的外围延伸，该区域以平原为主，耕地分布面积广泛，垦殖率高，土壤质量和灌溉保证率较高，农业生产条件好，耕地产能高。8～10环由城市外围延伸至城市边缘，耕地零散分布在西部的林地中，坡度较大，耕作条件差，导致不适宜耕作或粮食产量少。

3.2 耕地生态维持功能价值城乡梯度分异

如图3b所示，耕地的单位面积生态维持功能价值从市中心向城市外围沿着“上升－下降”的倒“U”型趋势变化，在第三环价值达到倒“U”型趋势的顶点，该功能的价值普遍偏高。“上升”趋势发生在1～3环，“下降”趋势发生在5～10环，其中3环到达了峰值，单位面积价值为122 741.3万元/hm2，10环达到了谷值，单位面积价值为28 321.31 万元/hm2。分析这一现象产生的原因，耕地发挥生态维持功能的过程中会受到自然环境（如区位因素、土壤质量、）和当地经济环境（化肥、农膜等使用情况）的影响，1环因耕地区位条件优越导致被建设用地侵占大多数，破碎化程度高，产生的生态价值较低。2～5环耕地分布面积广，集聚程度高，耕地破碎化程度低，耕地系统稳定性强，能对生态环境提供更高的价值。6～10环的西部有大片山区，多为林地，耕地提供的生态维持价值趋近谷值。位于3环的井陉县、正定县、行唐县、灵寿县、栾城县等由于城市化进程相对缓慢，耕地占据主导地位，耕种条件好，分布范围广，由耕地提供的净化环境、气体调节、气候调节、水文调节和土壤保持服务价值显著高于其他区域。

3.3 耕地社会保障功能价值城乡梯度分异

如图3c所示，单位面积社会保障功能价值从市中心向城市外围呈波动下降趋势，该功能的价值整体较高。1环单位面积社会保障价值最高，为84 722.76万元/hm2，在位于2～5环之间的区域价值持续下降，6环价值上升后又持续下降。受区位因素影响，1环的城市化水平高，真正从事农业生产活动的从业人口数量极少，由于耕地距城市建成区距离最近，土地流转的地价也远高于其他几环的耕地，因此1环由耕地提供的单位面积社会保障价值最高。2～6环之间由于耕作条件良好，农业人口人均耕地面积大，粮食产量大，市场环境有利使农村人口能依靠耕地获得持续稳定的收入，但越向外延伸距城市建成区越远，运费等费用逐环增加，单位面积价值会逐环减少。第6梯次环由于地势平缓、耕地条件优质，大量农业从业人口留在当地依靠耕地满足生活需要，使得该梯次环内耕地产生的社会保障价值达到最高水平。7～10环由于耕地分布面积减少，且西部有大面积不适宜耕种的林地，因此导致耕地的社会保障功能弱化。

3.4 耕地多功能总价值城乡梯度分异

2018年石家庄市耕地面积为905 367 hm2，总价值为12 977 980.98万元，其中，物质生产功能价值为2 658 709.54万元，生态维持功能价值为6 914 148.80万元，社会保障功能价值为3 405 122.85万元。

从图4a可以看出，自城市中心最内环向外，耕地各功能单位面积总价值变化呈“上升－下降”的倒“U”型的趋势，在第四环价值达到倒“U”型趋势的顶点。其中“上升”趋势主要发生在1～4环，即距离城市中心10～40 km的范围，2～3环价值上升幅度尤为显著；而“下降”趋势主要发生在4～10环，即距离城市中心40～100 km的范围，4～7环价值下降幅度尤为显著。耕地各项功能单位面积的总价值在第4梯次环达到最大值，单位面积的价值总和为126 482.42万元/hm2。分析这一变化规律出现的原因，城市中心开发充分，1环耕地各项功能产生的价值很低。城镇化的快速推进使市中心成为教育、医疗、经济的中心，人口逐渐向市中心辐射区域1～2环范围内集聚，2环是近郊区，有大量优质耕地，产生的价值远高于1环。随着距城市中心越来越远，分布在石家庄市远郊区的2～6环地势相对平坦，粮食作物种植面积广泛，对生态环境的改善有很大作用，耕地功能总值逐渐增加；8～10环西部区域地形坡度大，不适宜耕种，耕地少，耕作条件差，农业从业人口数少，粮食产量少，导致其总体功能价值有所减少。

由图4b可知，耕地功能总价值在第4环左右到达峰值，1～4环呈上升趋势，4～10环呈下降趋势。在耕地各功能单位面积总价值构成中，耕地的生态维持功能价值最高，为835 145.33万元，生态维持功能对耕地总功能价值的贡献率最大，超过49%。其次是社会保障功能，价值为519 094.67万元，在总价值中占比约30%。物质生产功能价值最低，为322 757.82万元，在总价值中贡献率最小，约19%。说明耕地的非生产性功能产生的价值要远高于生产性功能价值。

3.5 基于样带的耕地多功能价值变化分析

与基于梯次环的耕地多功能价值变化规律相似，南-北向样带上物质生产功能价值呈现“上升-下降”的变化趋势。北部N3-N4样方价值变化较为剧烈，在N3样方达到了峰值，该样方位多集中在正定县，正定县地势平坦，耕地分布广泛，灌溉条件和土壤条件优质，是石家庄的粮食高产县。南部的物质生产功能价值变化不大，南部大量农业人口向市区集聚导致这一现象。生态维持功能价值呈现出“M”形，从中心向外围依次为“上升-下降”的趋势，但北部的高值区更多，多集中在正定县，正定县由于粮食产量高，且气候和土壤条件都适宜粮食种植，地膜使用量少，因此涵养水源、气候调节等功能发挥的更好，导致由耕地对环境产生的生态维持功能也偏高。南部的高值区位于栾城县（S2），这主要与粮食产量有关。社会保障功能价值变化规律也呈现出“上升-下降”的趋势，北部的高值区位于N2样方，南部的高值区位于S1样方。N2-N4样方内差距不大，该区域粮食高产，粮食销售市场好，农业人口依靠耕地获得的收入偏高。S2-S4样方内大量农业人口放弃以耕地，向城市内迁移，因此耕地产生的社会保障价值偏低。

东-西向样带上，W1-W3样方由于逐渐远离城市中心且该范围内耕地面积分布广，粮食产量逐渐升高，生产和生态功能价值变化趋势基本一致。E1-E6样方内生产功能和社会保障功能变化趋势基本一致，趋于平缓，生态维持功能持续升高且远高于其他功能，究其原因，藁城和晋州打造了农业观光园，吸引大量的游客，在保证正常的粮食生产的同时，解决了部分当地居民的就业和生活问题，并对生态环境有很大的维持和调节作用。

4 结论与讨论

本文以耕地提供不同价值的变化规律为切入点，把耕地的功能分为物质生产功能、生态维持功能和社会保障功能3种功能。采用2018年遥感数据，并引入梯度分析方法对石家庄地区耕地多功能价值变化规律进行分析，得出以下主要结论：

1）耕地多功能价值空间分异特征显著。石家庄地区耕地功能总价值沿“城-乡”呈现出“上升-下降”的倒“U”型变化趋势。其中生态维持功能价值远高于物质生产功能和社会保障功能提供的价值。最靠近市中心的一环和二环整体价值远低于其他梯次环。

2）基于梯次环分析，在距离城市中心10～40 km的1～4环耕地各功能单位面积价值偏高。靠近市中心的区域耕地各功能价值主要受城市经济辐射影响，大力推进城市建设，建设用地增加，耕地分布较少，物质生产功能和生态维持功能都较小；城市化推进使大量农村人口涌向城市，农村农业从业人口数也随之减少，社会保障价值越来越小。石家庄市边缘区域的耕地功能价值低主要受地形、坡度、灌排条件等自然因素的影响。

3）基于条带分析，在南北向样带上耕地各功能价值变化趋势呈“上升-下降”的趋势，生态维持功能价值呈现出对称的“M”形，两个峰值的出现主要受到耕作条件和粮食产量的影响；由于农业观光园对居民就业和环境调节的带动，导致东西向样带上社会保障功能价值在西部变化显著，而生态维持功能价值在东部变化剧烈。

本文基于地块尺度对耕地功能价值进行较全面的测算，进一步完善了耕地功能价值的研究体系，揭示了典型区域城乡梯度空间的耕地功能价值空间变化规律，有助于归纳一般城市的耕地功能价值分布规律，为典型快速城市化地区相关部门进行耕地资源配置和制定耕地主导功能为导向的政策提供参考。关于价值量化方法的选择方面，在计算社会保障价值时未采用常规的农户调查法，未考虑除人口和收入外的其他因素，如：政策性因素、土地规划因素、历史文化因素等；计算生态维持功能价值时，未考虑环境污染对生态维持功能价值带来的损失。后续研究将考虑将其他因素纳入测算社会保障价值的评价体系中，并在测算生态维持价值时将环境污染对生态价值的影响纳入计算，进一步完善研究结果在现实中的参考意义。此外，本文仅探究了价值分异规律，在后续研究中计划结合多期数据探究驱动因素，并归纳出高值区发展的经验用以借鉴。关于与以行政区划作为研究单元的研究相比，本研究结果能够发现一个行政区域内耕地功能价值分布的不均衡性，更加明确耕地多功能价值的分布规律。耕地除了生产功能外还有非生产功能，但是长期被忽视，导致如撂荒、滥占、非农化、污染等问题，因此，有必要针对耕地功能价值的分布规律实施分类管理、分类核算、分类提升等差异化、精细化管理措施，突出沿城乡梯度分布的耕地主导功能，研究实施以主导功能为导向的耕地管理制度，有计划地推进耕地多功能战略，从而实现耕地资源要素的优化配置，并继续完善耕地价值补偿体系，提高占用耕地门槛，严守中国耕地保护红线，保障粮食安全。

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Spatial differentiation characteristics of cultivated land multifunctional value under urban-rural gradient

Gao Xing1, Song Zhaoying1, Li Chenxi2, Zha Lisi3, Liang Siyuan4, Tang Huaizhi5

(1.,050061,; 2.,710311,; 3.,510320,; 4.,,450001,; 5.,,100083,)

A long-term underestimate of cultivated land has posed serious challenges to sustainable development in China. Particularly, the cost of occupying cultivated land is relatively low to threaten the future national food and ecological security in urban expansion, although the government has implemented strict cultivated land protection policies (CLPP). Therefore, the spatial differentiation of multi-functional cultivated land can contribute to improving the CLPP during this time. This study aims to explore the differentiation law of multi-function value in the cultivated land using the remote sensing images and statistics Yearbook of Shijiazhuang City, Hebei Province, China, in 2018. The specific values were also calculated, including the production function in grid-scale farmland, ecological maintenance, and social security function. A gradient analysis was introduced to determine the value differentiation of three functional unit areas. A cascade ring and sampling were also taken to the city center as the origin, where the gradient analysis was conducted on the change of values. The results showed that: 1) There was a trend of "U"-decline in the functional value of cultivated land in the study area in 2018. The peak value was found in the fourth "U" -shaped trend of inverted land under the urban-rural integration. Specifically, the total value of the unit area was 2318 669 300 Yuan. It infers that the rapid urbanization made the urban community to be the center of education, medical care, and economy. The population gradually gathered to the radiation areas of the first and second rings in the city center, where the total value of one ring per unit area was the lowest at 1,0070,764,7 million Yuan. The functional value of 1-4 loop increased, whereas, that of 7-10 loop decreased significantly. Among them, the ecological maintenance function made the largest contribution rate to the total functional value of arable land, with more than 49%. The social security function accounted for about 30% of the total value. The material production function was the lowest value, representing about 19%. The data demonstrated that the non-productive function value in the cultivated land was much higher than that of the production function. 2) Cascade ring analysis found that the highest value appeared in Ring 1-4, namely 10-40km away from the city center. The material production function was found in the fourth ring, while that in the 6th-10 ring decreased significantly, where the unit output value of 463.5446 million yuan, and the peak of 122.413 million Yuan. The largest value of social security function was dominated by location factors, where the first area value of 847 2276 million Yuan. 3) Strip analysis was found that the functional value of cultivated land in the north and south belt presented an inverted U-type trend of "rising and decreasing", and the ecological maintenance function presented a symmetrical "M" -shape. The value of social security function in the east-west section changed significantly in the west, whereas, the value of ecological maintenance function changed dramatically in the eastern part of the study area. Consequently, the findings can provide scientific suggestions for the planned promotion of multi-functional land use and the optimal allocation of cultivated land resources.

land use; cultivated land; multifunctional value; gradient effect; Shijiazhuang

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2021-04-16

2021-06-22

国家自然科学基金（41601210）；国家自然科学基金青年基金项目（41701201）；河北省高等学校科学研究计划项目（QN2019023）；河北经贸大学校级科研项目（2017KYQ05）

高星，博士，副教授。研究方向为土地资源利用与评价。Email：gaoxing_85@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.16.031

F301.2

A

1002-6819(2021)-16-0251-09