黄土丘陵沟壑区沟道农业生产功能空间演变特征及其启示

璩路路，王永生，李裕瑞,3,4，陈宗峰，刘继来

·土地保障与生态安全·

黄土丘陵沟壑区沟道农业生产功能空间演变特征及其启示

璩路路1，王永生2，李裕瑞2,3,4※，陈宗峰2，刘继来5

（1. 重庆大学公共管理学院，重庆 400044； 2. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101；3. 中国科学院大学，北京 100049； 4.陕西黄土高原地球关键带国家野外科学观测研究站，西安 710061；5. 信阳师范学院地理科学学院，信阳 464000）

基于5期遥感影像和实地调研数据，定量分析黄土高原延安碾庄流域1985－2018 年乡村转型发展进程中农业生产功能时空演变规律。结果表明：1）沟道农业生产功能定量诊断体系和监测模型可有效识别沟道农业生产功能空间格局以及经济社会与资源生态多重导向的多元演化路径。2）研究区沟道农业功能空间由传统向现代生产主导功能转向，2012 年为沟道生产功能转型拐点。沟道传统农业生产功能特征为“小幅扩增-相对平稳-急剧缩减”，沟道现代农业生产功能演变则呈现“相对平稳-小幅扩增-急剧增加”的阶段特征，且功能多样性不断增加。3）整体上沟道传统农业生产功能空间范围和强度值呈减少趋势，现代沟道农业生产为主的功能空间不断扩张，主导方向发生转变；局部微观上传统农业生产功能以流域城镇所在地为中心呈同心带状缩减。4）新时期黄土丘陵沟壑区沟道农业高质量发展的核心目标在于推进“四转”，全面构建“三循环”模式，推进形成黄土高原产业内循环及其与黄河流域双循环互促共进发展的新格局，深入探究优化农业生产方式和创新经营管理模式的新动能、新途径。研究结果提供了黄土高原典型流域农业功能转型微观案例，对区域土地资源优化配置及乡村转型高质量发展具有启示意义。

土地利用；模型；沟道农业生产；功能演变；转型发展；黄土丘陵沟壑区；碾庄流域

0 引 言

乡村地域系统是由人文、经济、资源和环境相互联系、相互作用形成的具有一定结构、功能和区际联系的乡村空间体系，具有多样性、动态性、综合性等特点[1-2]。囿于城乡二元结构和城市优先发展战略，城乡发展差距持续增大，大量农村土地、劳动力等要素向城镇集聚，影响着乡村的可持续发展[3]。乡村地域系统在快速城镇化、工业化推动下，面临农业生产要素“非农化”、人口“老龄化”、基层组织“弱化”、农村水土环境“污损化”、村庄居住用地“空废化”及聚落斑块异速增长等转型发展的新问题[4]。

黄土高原是中国集农牧过渡区、生态脆弱区、经济滞后区为一体的特殊区域，也是生态保护与经济发展的矛盾体现区、巩固脱贫成果与衔接乡村振兴的重点区，生态保护、人地系统协调与可持续发展始终是黄土高原高质量发展的基本命题[5-6]。其中，黄土丘陵沟壑区梁峁起伏、沟壑纵横，独特的地理区域特征塑造了极具特色的乡村人地系统[7]。在经济社会发展及城镇化进程中，黄土丘陵沟壑区同时遭受了来自自然生态与人类活动的双重扰动[5]，黄土丘陵沟壑区千沟万壑的地貌格局决定了沟道坝地是该地区土地资源的精华，由于沟道小流域的经济发展水平和所处区域资源禀赋和区位条件不尽相同，加之土地流转、种植模式调整、特色农业生产以及康乐养生、农耕体验等多功能交互，其区域功能布局演化路径空间差异明显，并呈现传统农业向现代农业转型趋势。

改革开放以来，在生态建设和城镇化影响下，黄土丘陵沟壑区乡村人地系统发生了较大变化，其运行特征可概括为三个演变阶段：坡地农业阶段、坡面植被建设阶段和沟道农业发展阶段，其过程经历了农业生产的广种薄收到生产实践的可持续节约化，总体呈现向现代农业的转型趋势，并创新推进了沟道土地整治，践行了兼顾生态建设与生产发展的“山上退耕还林，山下治沟造地”生态工程新模式。目前针对黄土丘陵沟壑区乡村人地系统的相关研究主要集中在新型经营主体、生态治理以及产业化等视角，重点研究乡村人地系统核心要素的空间形态[8-9]、治理型式[10-11]、典型模式[12]、演化过程[13-14]、动力因素和机制[15-16]等。新时期黄土丘陵沟壑区乡村优质耕地不足，沟谷低地建设用地发展空间受限，沟道区域生态恢复与乡村萧条并存，沟道乡村发展缓慢及乡村五化更加凸显[5,17]，黄土丘陵沟壑区乡村人地系统发展亟待重构。

黄土高原退耕还林工程对区域粮食安全带来明显的负面影响，局部地区出现耕地面积短缺，导致人-粮关系紧张。还有许多城镇位于沟谷川道，据此趋势，沟道如何平衡退耕还林与粮食生产及城镇化快速发展的时空关系，川道城镇化建设用地扩张和工矿用地开发如何实现空间布局优化，沟道耕地撂荒及乡村人口、教育、医疗、社会服务等空心化导致的农业生产功能弱化趋势如何缓解等一系列当前亟待解决的现实问题。因此，需要深入了解沟道农业生产功能空间演变格局和转型阶段过程特征。本文拟通过对流域典型地貌单元沟道农业地域功能形态演变长达30 a的时间序列研究，集中探讨黄土高原人地关系和城乡关系转型背景下沟道农业生产功能的空间演变，旨在厘清沟道农业生产功能空间分布及演化特征，进而揭示黄土高原典型地貌类型区黄土丘陵沟壑区沟道农业转型对区域乡村转型及高质量发展的影响机制。

1 研究区概况

本文所选的典型研究区碾庄流域（36°37′～36°45′N、109°26′～109°37′E）位于延安市宝塔区境内（图1），其沟口距延安市市区14 km，属于延河流域一级支流，国道G210穿境而过，流域总面积约53.83 km2，流域现有杨兴庄村、双田村等6个行政村，王家沟、羊圈沟等11个自然村。2018年流域总人口为5 627人，人口密度为104.42人/km2。流域内现有农地546.6 hm2，林地面积913.2 hm2，果园116.3 hm2，农牧、农林交错性特征明显，主要农作谷物为玉米、黄豆等，海拔在900～1 300 m之间，主沟比降为2.34‰，平均坡度16.42°，沟道密度2.74 km/km2，属于典型的黄土丘陵沟壑区。该区域早在“九五”期间开展过生态农业的建设，通过中尺度示范和综合研究，在此建立了试验示范。近年来沟道内除传统农业种植以外，大棚蔬菜基地、花卉林果市场、养殖鱼塘基地等现代规模设施农业也逐渐占据很大比例，成为重要的现代高效农业示范基地。

2 研究方法

2.1 数据来源

碾庄流域的土地利用数据源于1984 年100 m分辨率的航摄像片，1998 年分辨率为15 m的影像数据，2012年2.5 m分辨率的SPOT5 彩色影像，2018年Landsat OLI影像以及对应的Google Earth 上NASA拍摄的遥感影像数据。影像处理以当时可获取的最高分辨的影像为原则，并以最新的影像为基础，具体流程首先对两期影像分别进行分类，然后对两期的分类结果分别进行精度检验，选择一期较高精度的分类结果作为基准土地利用分类图；提取出另一期分类结果中的用地类型，叠加到基准土地利用分类图，覆盖原有的分类结果，得到高精度的分类结果。参照GB/T21010-2007《土地利用现状分类标准》分类标准以及Li等[8]研究成果，结合研究区实际，依据人机交互解译判读方法将流域土地利用类型划分为坝地、台地、坡耕地、林地、灌木林、草地、坑塘水面、农村道路等地类（图1）。其中经济社会数据源于各年份延安市统计局公布的《延安统计年鉴》以及宝塔区区志档案局的《宝塔年鉴》，年份较早的数据来自于陕西省统计局和国家统计局陕西调查总队编写出版的《陕西统计年鉴》以及前人研究文献[18-19]。在前期跟踪监测研究的基础上，2015年以来课题组在该区域进行了连续的监测数据、典型村和典型农户的跟踪调查；2018年10月，对熟悉情况的当地镇政府的主要领导及村干部进行了为期2 d的专题访谈；2019年5月、7月，先后两次赴研究区开展自然和社会经济的补充调研。在野外沟道调研过程中，抽样验证土地利用解译结果，检验各期土地利用解译精度均在90%以上。调研问卷内容涉及农户和村域两个尺度，农户层面涉及受访农户家庭人口、农业生产、农户生计等基本信息，村域层面涵盖每个村域的面积、人口、户数、耕地及林地种植等信息，并从农地数量与质量变化、农业结构与效益变化、农户生计与收入变化、农户意愿与现实对照等维度，分析流域社会经济的演化特征。问卷信息不用于统计分析，主要借助问卷辅助信息进行地理调查，问卷涵盖所有村域。

图1 研究区区位图及其土地利用

2.2 沟道农业生产功能分类及诊断指标体系构建

土地的每种功能通常取决于不同的土地利用方式，其中可能包含多种土地功能特性。针对沟道土地利用的类型和变化特征，借鉴三生空间的定量分类方法以及农业多功能的相关研究[20-22]，结合研究区“沟道人类活动主体（人）需求、沟道土地利用（地）典型特点和农林牧（业）综合发展导向”，提出一套适合黄土高原沟道小流域涵盖“人-地-业”的较为系统和完善的沟道农业地域功能分类体系。同时依据沟道土地利用需求组合模式的不同，进行沟道土地多功能程度分级类别的判定，确定了黄土高原沟道不同层级土地利用功能分类体系（表1）和沟道生产、生活、生态和休闲文化功能贡献强弱程度标准（表2），以此为基础最终构建反映黄土丘陵沟壑区沟道农业生产功能定量空间化诊断指标体系（表3）。

通过建立基于土地利用功能的沟道农业地域功能分类体系，获取了研究区域定性的功能分区，但要从时空定量的角度研究沟道农业地域功能的演变，仍需要选取能够全面反映沟道农业地域特征的有效的定量诊断指标。参考刘继来等[20]三生功能强弱判断标准，一种用地类型具有多种功能，但其功能在主次强弱上会有差异，综合三生空间土地分类体系，并按照各自等级对沟道用地进行具体强弱评价赋值，其规则是该功能用地最高的为5分，由强到弱依次为3分、1 分和0 分。结合前述沟道农业土地功能分类和沟道土地功能强弱分级以及综合功能识别的系统研究，同时考虑黄土丘陵沟壑区沟道单元面积大小、沟道社会经济发展状况、交通区位条件及土地利用方式区域差异的典型特征等重要影响方面的情况，以沟道的土地利用为主、农业社会经济发展状况为辅，建立起一套适用于黄土丘陵沟壑区沟道农业地域功能微观定量诊断体系。

表 1 沟道土地利用生产功能分类体系

表2 沟道土地利用功能类型组合矩阵及综合功能判定结果

注：本表采用1、3、5三级赋分制，最高得分为5分，最低得分为1分，功能缺失则得0分。

Note: The three-level scoring system of 1, 3 and 5 is adopted in this table. The highest score is 5 points, the lowest score is 1 point, and 0 point is obtained for functional loss.

表3 黄土丘陵沟壑区沟道农业生产功能定量空间化诊断指标体系

注：为研究单元土地总面积，hm2。

Note:is the total land area of the study unit, hm2.

生产功能强弱程度上不同用地类型主要有强生产功能（坝地、台地等及设施农用地）、半生产功能（园地、交通运输用地、公共管理与服务用地、部分水域及水利设施用地）和弱生产功能（草地、部分水域及水利设施用地）。传统农业是以传统耕作方式来获取粮食作物的传统农业生产，而对于现代农业，许多学者对现代农业内涵特征[5]、功能分类和发展方略[23-24]等做了一系列研究。根据黄土丘陵沟壑区实际，其现代农业利用方式主要有：规则设施农业用地、大棚设施农业用地、地膜设施农业用地、经果林等。沟道农业生产功能主要指满足沟道人类主体生存的物质资料生产能力，包含以农业高新科学技术和集中性资本为主要投入，以地域范围内市场供求为价格驱动的现代规模设施农业生产功能以及长期以来的传统耕作方式获取粮食作物的传统农业生产功能[6,24]。

沟道农业地域功能的各项指标对流域功能类型的影响作用各异，并在功能量化上也存在强弱主次差异。对于指标贡献权重的方法主要包括主观赋权（如AHP等）和客观赋权法（如神经网络法等）[25-26]，并要求试验数据样本指标逐一对应，而本文构建的沟道农业地域功能的指标体系由于考虑了农业地域多功能性的强弱等级分布，导致功能值和指标值之间存在“一对多”的交互关系，因此，若只选用单一的客观赋权法，难以量化因素指标间的交互影响，由此，本文进一步引入了主观加权的层次分析法，通过“主观加权”和“客观赋权”相结合的方法综合确定各指标对不同功能层级的贡献状况。

2.3 沟道农业生产功能空间变化监测模型

依据表3所确定的权重，通过加权求和法及功能强度得分变化计算模型，得出第一、二层级的功能值，使其落实到沟道聚落空间单元上，公式如下：

式中为沟道农业地域功能得分值；W为生产功能指标X对应指标的权重值。

为监测分析沟道农业功能空间变化动态，以便于功能时空区际的对比分析，进一步采取加权相减的研究思路，对长时间序列功能空间变化进行监测，其数学模型如下：

式中ΔF(–)为沟道第功能值在–期间的变化量；X与X为第功能的指标在–期间的量纲值。分级标准参考龙花楼等研究成果[27-28]，结合各功能值阈区间，采用最大值的等间距倍数法建立评价准则即：分值为最大值的(0.8,1]倍区间则划为一级高功能区；依次类推(0.6,0.8]为二级较高功能区；(0.4,0.6]为三级一般功能区；(0.2,0.4]为四级较弱功能区；(0,0.2]为五级弱功能区。

2.4 沟道农业生产功能定量空间化方法

本次功能的定量测定研究拟从连续微观分割作为评价的基本尺度，将实验区域的功能值对应落实到相应的系统网格上，从而实现沟道农业地域功能空间的定量化、定位化和微观精确化。参照农业生产功能划分的指标设置，主要包括农业土地利用类指标和社会经济类指标，并结合地域特色及宏观尺度到微观尺度下推法则，建立本文的空间化判定法则。

1）土地利用类指标

实现沟道农业地域功能的格网化定位，离不开沟道本身土地系统利用方式的空间差异化表达，这就需要得到沟道内不同研究时段详细准确的土地利用类型矢量数据。基于前文构建的识别方法，结合野外实地调研和对应高分辨率影像判读，解译图斑进行年限上的详细划分，完成碾庄流域各个沟道的土地利用矢量数据后，构建覆盖全域的系统网格，利用网格逐一裁剪沟道各研究时段的土地利用矢量数据，提取每个格网内不同指标所包含的土地类型面积，计算贡献相应功能的土地类型所占格网面积的比例，再根据确定的沟道功能指标权重进行赋值计算沟道格网单元内功能的格网化数值，最终实现各类指标指示功能的空间定量化表达。

2）社会经济类指标

沟道的社会经济类指标所涉及到的社会发展与经济数据除实地调查数据之外，还参考了《延安统计年鉴》以及宝塔区区志档案局的《宝塔年鉴》。

沟道现代规模设施农用地年产值空间表征：现代规模设施用地类型的年产值空间分布与流域的新型沟道现代产业发展水平显性相关，其中沟道现代规模设施用地一级类型主要有：蔬菜种植基地、水果大棚种植基地、经果林露天种植基地、坑塘养殖用地共4类。计算当年农产品的年均产量，再根据格网用地的面积，得出格网地类年产值。

沟道农业生产总值GGAP空间表征：基于以往相关研究，生产总值分布与土地类型及利用水平、产业分布、人口密度等因素有关[29]，借鉴相关研究，基于土地利用数据结合人口密度选取种植业进行模拟，进一步基于分县总量控制的方法对模拟的精度进行验证[30]。研究区承载沟道传统农业产值的耕地类型主要为“三田”（坝地、台地和坡耕地），GGAP 的格网化如下：

式中GGAP为流域格网的农业生产总值；A为时期流域耕地总面积；A和G分别为该流域的县级行政区耕地总面积和种植业总产值；P为流域三田面积（坝地、台地和坡耕地面积）占比系数；A为期的格网耕地面积。

沟道格网人口密度PD空间表征：人口密度的分布可以较直观反映乡镇聚落用地的分布。沟道内人口类型主要存在乡镇和农村，相应的土地利用类型为乡镇聚落用地和农村聚落用地。黄土丘陵沟壑区沟道属于沟蚀山区，坡面较陡，沟内土壤层较厚，生产力较强。因此，沟道内不管是农业生产还是人类聚居，相比于周围梁峁坡地，是承载人类活动生产-生活-生态-文化休闲的主要载体。为了与区域背景相对应，本文将沟道人口分为年末乡镇常住总人口和年末农村常住总人口的最新统计信息分别落入各行政区，用历年沟道城乡人口占县级行政区总人口的平均百分比求得沟道地域城乡人口总数，再将各年份城镇住宅用地和农村聚落用地的总面积分别统计。

沟道路网密度RD空间表征：沟道路网密度可反映沟道内的道路交通承载力大小，是反映沟道内居民日常出行的交通通达度和便利程度的量化指标。研究区道路矢量数据来自于OSM网站（https://www.openstreetmap）公开的数据，通过 GIS 软件实现矢量面转中心线，再叠加到沟道全境覆盖格网裁切，得到每个格网内的道路总长度，通过各个格网道路总长度除以相应格网面积得到沟道路网密度RD。

3 结果分析

3.1 传统农业生产功能

沟道农业生产功能包括传统农业生产和现代农业生产。传统农业生产功能总体分布在农业生产活动较集中的沟道坝地、沟坡台地以及坡耕地附近，功能高值区主要分布在中心乡镇和村庄聚落以及光照充分、径流来源多、农业水土地资源条件优越、种植生产效益较高的沟口地带；沟道传统农业高值区和较高值区分布占比减少，坡耕地的退出、农业生产方式以及农业从业人员的变化驱动着传统农业生产功能的弱化，低值区和较低值区围绕沟道现代设施农业产业园区、乡镇中心驻地和流域西南方向的延安新城区交界地带逐渐扩散。传统农业生产功能值1998－2007 年以减弱区和显著减弱区为主，沟道内部由荒草地转为沟坝地，功能值增强，年际变化区间为（–0.473～0.861）；2007－2012 年以增强和不变类型区为主（–0.543～0.814），沟道沿线北部过境主干线传统农业生产功能呈现增强变化，其中以西南部和北部的村落增长幅度最大，自 1998年沟道内部该功能值大幅度呈减弱和显著减弱为主，最低值达–0.473；2012年以后，随着治沟造地工程的实施推进，沟道现代规模设施农业功能和聚落居住生活功能等得以增强。

3.2 现代规模设施农业生产功能

沟道现代规模设施农业生产功能的时空演变总体趋势为 1985－1998 年没有变化，1998 年，逐步沿主干道北过境沿线的村落以及流域中间地带呈现增强变化，并在 2007－2012 年变化程度最为显著（图2）。在此之前，1998－2007 年间，已开始呈现显著增强区，变化区间为（–0.236～0.848），与同期2007年的呈现同区展布；2007－2012年显著增强区继续向外拓展增加，显著减弱区局部出现在流域下游的沟口地带，区间值为（–0.361～0.831）；2012－2018以显著增强变化为主，同时兼有少量的减弱区和显著减弱区，主要是规模大棚蔬菜的种植，使得变化差异明显，区间值扩大到（–0.486～0.863）。

图2 沟道现代规模设施农业生产功能空间布局

从沟道现代规模设施农业生产功能的空间格局上来看（图3），初始年限1985－1998区间内无分布，到1998年开始零星出现，2007 年已具一定的规模，总体上分布在该流域的主沟道或者面积较大的川道地区，位置上靠近流域北部和中部区域。2012年以后，该流域沟道现代规模设施农业空间范围上不断展布，高功能值呈现集中分布（最高值 0.843），2018年逐步呈现以高值区为中心的集聚态势，形成高功能值为中心，少量较高值和一般值环布四周并逐渐有向外扩展增强的趋势。

图3 沟道现代规模设施农业生产功能空间演变

3.3 总体生产功能

总体上，该流域高值区主要由碾庄乡镇周边、流域中部和中北部三个明显高值集聚区构成，低值区主要分布在乡镇聚落用地、工矿及工业园区用地，这类用地被定量表征为流域的非生产功能。不同研究期农业生产功能呈现局部聚集的空间差异，1985－1998年研究区的传统农业生产功能贡献最大，传统农业生产耕作范围较大，可作为整个流域的基本功能基底或基质，后期随着设施养殖、大棚蔬菜种植等现代沟道农业产业化发展，使得传统沟道农业生产功能的高值连片区被切割分散，集中性大幅度降低。整个研究期，农业生产功能总体呈现减弱趋势，其中，1985－1998年间减弱区以零散分布为主，增强区多集中在流域南部川道沿线的村落附近，1998－2007 年减弱区范围在流域原有基础上进一步扩展且较为显著，传统农业生产空间大幅度减少，导致农业生产功能减弱区范围明显扩大，主要是梁峁坡耕地大部分转为林草地，该阶段显著增强区零星分布在流域的川坝地，沟道内部分未利用地和灌草地转为沟道坝地，导致生产功能增强。2007－2012年减弱区在流域南部持续扩展，中部和靠近北部地段分布有增强区，2012－2018 年减弱区范围进一步在流域内乡镇周边及整个流域沟道内扩展，主要转为乡村聚落、道路交通及沟道景观度假休闲区，增强区主要分布在流域北部和南部的现代设施农业和高效农业示范区，在此阶段贡献生产功能的主要是沟道现代规模设施农业生产功能。

4 讨 论

4.1 沟道农业生产功能演变驱动机制

在流域不同区域地理环境和经济社会发展阶段，沟道农业地域功能在相应发展时期呈现出的价值认同存在明显分异，不仅体现在区域宏观视角下的功能差异，同时也存在于微观视角下功能的组合分异，该差异随时间演进的空间转换则表现为沟道农业生产功能空间转型重构。沟道农业生产功能不同阶段的驱动特征与历史标志事件有一定的对应关系（图4），沟道农业生产连同生活、生态及休闲文化共同贡献沟道农业地域的多功能性。

图4 黄土丘陵沟壑区沟道农业功能演变驱动过程与阶段

不同于中部平原农区和东部沿海地区，地处黄土高原丘陵沟壑区，赋予流域特殊的形态、山-川-坡组合以及经济发展梯度等属性特征，使得黄土丘陵沟壑区沟道农业地域功能空间多样化交互耦合，表征为梯度分异：①高经济型功能沟道，如本文的碾庄流域，本身靠近城镇（延安新区），市场对高价值农产品的需求旺盛，加之延安以退耕还林、治沟造地两大工程为重要平台有序推进的“2+4”系统工程[31]，使得该类型沟道综合生产及区位优势进一步凸显，适合沟道多功能农业、沟道农旅结合以及现代沟道高产高效农业示范基地等的综合布局，推动实现区域农业地域功能整体提升及可持续发展。②低经济型功能沟道，由于离市场较远、交通通达度弱等不具备多样化生产基础，且劳动力逐年流失，耕地撂荒现象凸显，沟道农业功能持续减弱。

4.2 对区域乡村转型及高质量发展的启示

在黄土丘陵沟壑区区域层面上，各个沟道在空间位置（空间）与经济发展（经济）水平上皆存在差异，因此，沟道农业功能演变过程存在着经济梯度分异；在沟域尺度上，沟道农业生产发展内部同样存在着空间分异性。在此前提下，沟道农业生产功能不同演化阶段的导驱动力、空间演化过程等与黄土丘陵沟壑区区域整体人地关系和城乡关系转型发展，在不同历史阶段事件演进中皆存在一定的对应关系（图5）。

图5 历史事件背景下沟道农业生产发展特征及其阶段性

黄土丘陵沟壑区沟道农业地域的基质为坝地等农业生产用地，这也一定程度上奠定了沟道农业发展要以耕地特别是沟道坝地为基点。由于沟、涧、坡、梁、峁的自然条件、外部发展环境、自身属性等差异，且多在流域内部演化分异，导致流域发展及功能演进不同于中部传统平原农区以及沿海地区的农业发展及地域特征。本文选取黄土高原丘陵沟壑区第二副区的典型沟道小流域延安碾庄流域为例开展了较长时间序列的案例研究，一定程度上弱化了样带研究对自然梯度变化因子的不可控影响，有利于实现对该区流域的人地系统运行特征及其阶段性划分。黄土高原城乡关系和人地关系转型背景下，研究区沟道小流域不同时期主要呈现“传统农业生产主导（传统型）、混合农业主导（多样型）、农户兼业主导（兼业型）、现代沟道农旅多功能均衡（现代型）”四种功能演变特征，主要包括以下四个阶段：①单一型传统农业期，该时期资源配置方式主要以集体经济为主，由于自然条件（沟壑纵横、水土流失严重）限制，其农业生产方式以传统坡地农业“广种薄收”为特征，呈现出低发展度的原始传统农业状态。②多功能逐步发展期，退耕还林还草等政策开始实施，城镇化、市场化作用初显，沟道作为区域的优先发展位，率先响应城镇化、社区化发展导向，传统农业生产逐渐缩减，转向沟道低海拔及小城镇（社区）等低海拔、交通区位优势带，沟道农业发展转型缓慢。③多功能进一步加强期，区域城镇化、社区化、工程化全面推进，政府宏观调控促进沟道农业结构调整，此外，农村剩余劳动力向经济发达地区或区域中心流动，农户生计转为外出务工、农户兼业等多种方式，导致部分农田开始撂荒。④融合型系统集约利用期，随着“四化”协调发展与政府政策调控的协调度正向提升，黄河流域高质量发展以及城镇化发展的强劲推力，沟道整治推进的道路交通等基础设施改善，独特的沟道乡俗文化、民族风情和地方认同感所带来的沟道观光农旅结合的多功能产业发展，使得沟道农业地域空间倾向于多元化转型与重构，打破二元构型、走向一体化升级融合。

新时期，黄土丘陵沟壑区应充分抓住并利用好区域土地利用转型的新机遇，重塑乡村发展新面貌：①充分利用新造耕地，发展集约化农业产业。在传统农业种植的基础上，结合自身禀赋，探索区域产业转型模式，以绿色、健康为主题，鼓励发展经济林果、特色养殖，探索提供旅游观光、沟道农耕文化体验、林果园采摘、水上垂钓等休闲活动；同时融入民俗、民风，完善沟道基础设施建设，着力打造形成集沟道农业生产、沟道农耕体验、科教研学、旅游观光、康乐养生于一体的沟道田园综合体和山（沟）水林田湖草生命共同体。②调整与提升传统农业产业结构，发展特色农产品。扶持若干特色农产品深加工企业，为沟内剩余劳动力创造就业岗位，同时吸引外出务工农民返乡创业，成立由村内能人组成的发展带动协会，保障不同类型农户的生计发展需求，特别是外出务工、土地流转、就地就业等农户的发展需求和利益等，形成新型特色产业发展模式。③推进“产业生态化和生态产业化”。以绿为底色，发展绿产业，现代有机绿色低碳产业；构建“绿权”储备金，搭建深加工平台，提升农产品质量，增加就业机会，提高农民收入；培育绿领人员作为现代沟道农业、绿色产业的决策者、从业者和管理者，组织负责高端绿色农产品的收购、销售及组织推广，作为连接农户与农产品市场的桥梁，并保障农产品的销路。维护绿权益，通过生态补偿金壮大绿色产业，让生态产业化为一种时尚理念，由此，形成绿色发展制度创新模式。

黄土丘陵沟壑区沟道农业高质量发展的核心目标在于推进“四转”：一是优化调整“三生”结构，促使沟道农业地域空间的集约化、生态化转变；二是优化调整沟道人地关系，促使农业生产由广种薄收向少种多收转变；三是优化调整城乡关系，促使沟道乡村经济由单一农业向三产融合发展转型；四是优化调整组织方式，促使农业分散经营向专业合作经营机制转换。大力发展以治沟造地为基础工程的沟道现代农业，促进生态保护、产业融合、人地协调，是实现黄土高原绿水青山、兴业富民的重要途径[32]。

全面构建黄土丘陵沟壑区沟道农业可持续发展的“三循环”模式：一是以系统内部水土气生多要素组成及其交互作用为基础，通过种植模式调整、农业结构优化、功能效率提升分别形成支撑推力、稳定拉力和发展推力“三力驱动”下的沟道农业产业种养内循环；二是沟道农业生产与农产品加工、运输、销售形成的产加销外循环；三是沟道农业与沟道旅游、康乐养生、特色生产、科普教育、农耕体验、乡城一体的多功能交互循环，推进形成黄土高原产业内循环及其与黄河流域双循环互促共进发展的新格局。

5 结 论

1）基于乡村人地系统自然资源要素及农户要素，构建黄土丘陵沟壑区沟道农业生产功能二级分类方法和功能定量诊断指标体系，从微观视角判定沟道农业生产功能演变，有效识别沟道农业生产功能空间格局以及经济社会与资源生态多重导向的多元演化路径。

2）沟道传统农业生产功能特征为“小幅扩增-相对平稳-急剧缩减”，沟道现代农业生产功能演变则呈现“相对平稳-小幅扩增-急剧增加”的阶段特征，总体符合黄土高原沟道农业功能演变以农业生产功能为主，社会经济和生态文化多功能不断增强的特征。黄土高原丘陵沟壑地貌背景下农业生产功能多样化发展既是现实需要也是高质量发展的必然趋势。

3）社会经济发展、外部政策环境及沟道自然条件因素共同促使沟道农业生产功能转变，政策推进和市场环境的外部宏观调控驱动着沟道农业的多功能转型和不同阶段的差异化演进。黄土丘陵沟壑区沟道农业生产功能空间整体由传统农业生产功能主导向现代沟道多功能农业、沟道农旅结合以及沟道高产高效农业示范等综合布局转变，推动实现区域农业地域功能提升及可持续发展。整体上沟道传统农业生产功能空间范围和强度值呈减少趋势，现代沟道农业生产为主的功能空间不断扩张，主导方向发生转变；局部微观上传统农业生产功能以流域城镇所在地为中心呈同心带状缩减。沟道农业地域空间倾向于多元化转型与重构，沟道农业地域空间功能更为优化和有序。

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Spatial evolution of gully agricultural production function and its enlightenment in loess hilly and gully region

Qu Lulu1, Wang Yongsheng2, Li Yurui2,3,4※, Chen Zongfeng2, Liu Jilai5

(1.400044; 2.100101; 3.100049; 4.’710061; 5.464000)

A complex, adaptive human-earth system has been rapidly emerging multidisciplinary endeavor to understand the structure and functioning of the Earth as a system. This study aims to quantitatively explore the temporal and spatial evolution of agricultural production function in the watershed of Loess Plateau, particularly under the background of rural vitalization and transformation reconstitution in recent years. The study area was selected as the Nianzhuang watershed in Baota County, Yan’an City, Shaanxi Province of China. The data was also collected from the remote sensing images and the field surveys during five periods from 1985 to 2018. The results show that: 1) The quantitative diagnosis system presented an excellent performance to identify the spatial pattern of gully agricultural production function. The dynamic evolution monitoring also sensitively represented the “multi-path” evolution path of gully agricultural production function, where the “economic-society” and “resource-ecology” were oriented to dominate from the “single-path” at the beginning. 2) The function space of gully agriculture was changed from the traditional to modern agricultural production in the study area from 1985 to 2018. Among them, the year 2012 was the turning point for the transformation of the gully production function. The modern agricultural production function of the gully was also characterized by “relatively stable - small expansion - sharp increase” with the ever-increasing functional diversity, compared with the traditional “small expansion - relatively stable - sharp reduction”. As such, a micro case was achieved for the agricultural function transformation in the typical gully region of the Loess Plateau. 3) There was a continuously expanding trend in the scope and intensity of functional space in the modern gully agricultural production. The dominant direction was also varied significantly as time. Taking the center of towns in the basin, there was a concentric belt reduction in the microscopic function of traditional agricultural production. 4) The core goal of high-quality agriculture was addressed for the Loess Hilly and gully region during this time. Specifically, a “three cycles” mode needed to be established for the “four turns” strategies. A new pattern also needed to be promoted for the industrial internal circulation in the Loess Plateau, while the mutual promotion with the double cycles in the Yellow River basin. New kinetic energy and ways were necessary to further optimize agricultural production and innovate management. Meanwhile, the driving force mechanism was utilized to determine the spatiotemporal evolution stage of gully agricultural production in the Loess Hilly and gully region. The findings can be widely expected to enrich the microscopic cases of agricultural regional function transformation in typical geomorphic small basins. Correspondingly, a tradeoff can also be suitable for the “low space-time identity” macro-analysis and the multi-level spatial “circle-belt-region” transects investigation. Therefore, it is of practical significance to optimize the allocation of regional land resources for the micro-land management and rectification of rural transformation, according to local natural conditions.

landuse; models; gully agricultural production; function evolution; transformation development; Loess hilly and gully region; Nianzhuang gully basin

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.21.030

F301.24

A

1002-6819(2021)-21-0259-10

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Qu Lulu, Wang Yongsheng, Li Yurui, et al. Spatial evolution of gully agricultural production function and its enlightenmentin loess hilly and gully region[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(21): 259-268. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.21.030 http://www.tcsae.org

2021-07-03

2021-08-16

国家自然科学基金项目（42101202；41801172）；中国科学院战略性先导科技专项 (XDA23070300) ；国家重点研发计划项目（2017YFC0504701）；重庆市社科规划青年项目（2021NDQN51）

璩路路，博士，讲师，主要研究方向土地利用与城乡发展。Email: qululu91@cqu.edu.cn

李裕瑞，博士，副研究员，硕士生导师，研究方向为土地整治与村镇发展。Email: liyr@igsnrr.ac.cn