襄垣县耕地资源价值核算及空间格局分析

谢立军 白中科,2,3* 杨博宇 杜 鑫 杨 凯 付 帅

(1.中国地质大学(北京) 土地科学技术学院，北京 100083； 2.自然资源部土地整治重点实验室，北京 100035； 3.自然资源部矿区生态修复工程技术创新中心，北京 100035)

耕地资源承载着粮食生产和维护社会安定和谐的重要功能，是人类赖以生存和社会稳定发展的物质基础。2020年我国粮食总产量约为66 900万t，以世界耕地总面积的1/10产出了世界粮食总量的1/4，粮食产量连续十年位居全球第一。粮食高产的同时，我国耕地面积却持续减少。第二、三次全国国土调查结果显示，我国耕地在10年间总面积减少超过了74 000 km，存有量已迫近18亿亩红线，2020年我国粮食进口量再创新高，突破14 300万t，同比增长28%，耕地保护迫在眉睫。据科学预测，我国粮食需求量将在2050年达到峰值72 000万t，届时世界范围内也将出现巨大的粮食缺口，若耕地持续减少的趋势没有及时得到遏制，将会对我国粮食安全和社会稳定造成严重威胁。近年来新冠疫情蔓延，导致多国粮食生产受限、粮食贸易封锁，这再次敲响了粮食安全和耕地保护的警钟。耕地保护和粮食安全历来是国家长治久安的根本。可当前我国耕地保护却陷入低效益与高投入的两难局面，面临着耕地数量与质量双保护、耕地利用与生态文明建设并重的多重挑战。国家连续17年颁布以农田建设、粮食安全、土地生态与规划保护等为主题的“一号文件”，虽在一定程度上遏制了耕地非农化进程，但并未从根本上解决问题。耕地非农化现象普遍和耕地保护困难，究其原因是由于人们对耕地资源价值认知的不完善。耕地资源价值是耕地资源生产、生活和生态功能的衡量标准和重要依据。准确核算耕地资源价值对保障粮食安全和农民切身利益、健全耕地补偿机制有重要意义。

耕地资源价值的相关研究涉及领域广泛，具有多方面性和多层次性。耕地功能多样性决定其价值构成的复杂性。目前关于耕地资源价值内涵的辨析，主要存在3种观点：一是基于效用论将其分为使用价值和非使用价值，Pearce等将其进一步阐述为直接使用价值、间接使用价值、选择价值、遗赠和存在价值；二是基于生态经济学和资源环境经济学将其分为市场价值和非市场价值，Krutilla对非市场价值的定义是公众为资源保护所愿意支付的主观价格，无关使用与否；三是基于可持续发展理论，将价值划分为经济价值、生态价值和社会价值，这也是目前核算耕地资源价值使用最为广泛的一种方法，该方法具备完善的估价体系和坚实的理论基础。3种观点各具特色，并在不同程度上存在交叉。马文博认为耕地资源经济价值就是市场价值的体现，社会和生态价值就是非市场价值的内涵，而经济、生态、社会价值中通过人类对资源使用形成的价值即为使用价值，其它所客观存在的价值可理解为非使用价值。价值构成的复杂性决定了核算体系的差异性，由于统一的耕地资源价值认知尚未形成，所以核算路径和计算方法的选择种类繁多。当前耕地资源经济价值的核算方法有市场比较法、收益还原法等；生态系统服务功能价值的核算方法有价值当量法、成本替代法、影子工程法等；社会价值的核算方法有替代法、机会成本法等。

山西省长治市是典型的煤矿资源型城市，全市矿山开采侵占基本农田面积已超过75 819 hm。其中襄垣县地处长治市中部地区，农业年产值常年稳居全市前二，但近年由于矿山开采，襄垣县基本农田被矿山侵占的面积已达到10 946 hm，超过全县基本农田面积的1/5，耕地保护刻不容缓。明确耕地资源价值、为征地补偿提供数据参考和理论支持是完善襄垣县耕地保护的重要一环。

目前，国内耕地资源价值的特征研究多聚焦在国家、省和市等的大尺度上，此类研究对小尺度区域的现实指导意义有限，很难对中—微观尺度区域耕地资源保护和征地补偿提供准确的数据参考和坚实的理论支持。基于此，本研究以山西省长治市襄垣县为例，开展以行政村为最小单位的耕地资源价值研究，并利用空间统计方法对襄垣县耕地资源价值空间分异规律进行分析探讨，以期为耕地保护和城乡协调发展提供理论基础和数据支持。

1 研究区概况与数据分析

1.1 研究区概况

襄垣县地处山西省东南部，长治市中部，上党盆地之北(图1)。全县总面积为1 178 km，东西长48 km，南北宽40 km。襄垣县下辖3乡8镇，共318个行政村，总人口28万人，其中农业人口14万。襄垣县整体地势西北高，东南低，隶属内陆黄土高原半山丘陵地区，沟壑纵横，地质复杂，平均海拔在1 000 m左右。大陆性气候特征明显，年平均气温8～9 ℃，四季分明，年均降雨量约为550 mm。地貌以丘陵为主，山区次之，平川最少，所占比例依次为57.5%、31.9%和10.6%。

图1 襄垣县区位图Fig.1 Location map of Xiangyuan County

1.2 数据来源

数据主要来源于2017年《长治市统计年鉴》及各乡镇年报，襄垣县各乡各镇、县直接部门经济、科技、社会等各方面统计数据。襄垣县2017年土地利用数据来自于清华大学2017年全球10 m分辨率地表覆盖数据(http:∥data.ess.tsinghua.edu.cn/)。河流水系、各级道路数据来自中国科学院资源环境科学与数据中心(https:∥www.resdc.cn/)，各行政村矢量边界数据来自长治市第三次国土调查数据库。矿区边界、基本农田保护红线数据来自山西省自然资源厅。

1.3 研究方法

本研究基于可持续发展理论将耕地资源综合价值分为经济、社会、生态3 类价值及13 种功能，通过收益还原法、生物当量因子法、替代法等多种方法计算不同功能的价值并进行相关分析。

1

.

3

.

1

耕地资源经济价值核算

耕地资源经济价值指耕地资源经济产出价值，收益还原法基于耕地经济产出价值运用预期收益原理将耕地资源预期收益以特定资本化率折现，其价值评估体系完整，基础理论扎实，在经济价值研究领域受到广泛认可，计算公式如下：

(1)

式中：

V

为耕地资源经济价值，万元/hm；

C

为种植

i

类作物耕地产值，万元；

S

为种植

i

类作物耕地成本，万元；

r

为还原利率(资本化率)；

M

为耕地面积，hm。耕地资源经济价值的核算主要是耕地年纯收益的计算及还原率的确定。本研究中耕地年纯收益通过耕地主副产品产值与投入成本差值得到，襄垣县2017年主要作物有小麦、玉米、薯类、油料、豆类、棉花、烟草、其他农作物和蔬菜等，主要成本支出有种子、农药、农膜、燃油、用电、化肥和农家肥费用等，计算差值得耕地年纯收益。土地还原率就是耕地纯收益还原得到经济价值的比率。还原率的准确性决定了收益还原法评估耕地经济价值的可靠性。投资风险系数影响还原率取值，耕地资源投资安全性高、流动性强所以还原率普遍较低，通常情况下采用安全利率加上风险调整值得到，或参考经济合作与发展组织(OECD)提出的中国复合贴现率4.8%。安全利率一般使用同时期一年期银行定存利率或国债利率，风险调整值由地区社会经济发展程度和物价指数确定。本研究中还原率取值采用安全利率加上风险值调整的方法，考虑到银行定存利率的多变性，故采用一年国家债券利率作为安全利率值，经中国货币网数据计算可得2017年中国国家债券年平均利率3.33%(www.chinamoney.com.cn)，综合襄垣县物价波动指数1.50%，可得还原率

r

为4.83%。

1

.

3

.

2

耕地资源的生态价值核算

在Constanza对生态系统服务功能研究的基础上，谢高地等通过对粮食生产、原材料提供、土壤形成与保持、生物多样性维持、水文调节、气体调节、气候调节、废物处理和美学景观等9项生态系统功能的问卷调查制定了“中国生态系统服务价值当量因子表”，并明确一个标准当量因子是区域内当年平均粮食单产经济价值的1/7。

考虑到价值当量表的制定以全国范围生态系统为研究背景，所以使用该方法研究县域范围时需要进行当量因子的修正。参考谢高地等利用生物量强度进行修正得到的中国耕地生态系统价值当量表，再通过山西省耕地生态系统生物量因子修正得到山西省耕地价值当量，9类价值当量依次为0.46、0.046、0.67、0.33、0.28、0.23、0.41、0.76和0.004 6，最后通过襄垣县粮食产值修正得到襄垣县耕地生态系统价值当量计算。考虑到农民耕作过程已获得粮食生产和原材量提供价值，故此2种价值不在生态价值中重复计算，单位当量因子价值量计算公式如下：

(2)

式中：

E

为1单位当量因子价值量，元/hm；

M

为第

i

种作物产值，元；

m

为第

i

种作物播种总面积，hm。

耕地资源经济价值计算公式如下：

(3)

式中：

V

为耕地资源经济价值，万元/hm；

E

同上；

X

为单位面积当量因子。

1

.

3

.

3

耕地资源社会价值

现阶段耕地资源社会价值主要通过耕地资源对农民所起到的社会保障作用体现。局限于当前对耕地资源社会保障功能认知还未统一，所以对社会价值组成部分尚存在争议。本研究考虑到耕地资源对国家粮食安全和农民生活所起的保障作用是切实存在的，所以将耕地资源社会价值定义为耕地资源的存在对农民所具有的社会保障功能价值和为社会提供粮食安全作用而产生的社会稳定功能价值之和。

1)基本生活保障价值：可运用机会成本法通过农村最低生活保障金和人均耕地面积计算得到，机会成本法可以在无明确价格的情况下通过其损失的替代用途收入来评估资源资源使用成本价值。计算公式如下：

V

=

Q/S

(4)

式中：

V

为基本社会保障价值，万元/hm；

Q

为襄垣县农村个人生活最低保障金，元/年；

S

为襄垣县人均耕地面积，hm/人。

2)养老保障价值：由于中国农村居民养老金体系尚未完善，故通过城镇常住居民人均可支配收入和农村常住居民人均可支配收入比值修正城镇居民社会养老保险金得到农村居民养老保险金，再使用还原率和人均耕地面积修正得到养老保障价值，计算公式如下：

(5)

式中：

V

为养老保障价值，万元/hm；

M

为农村常住居民人均可支配收入，元/人；

M

为城镇常住居民人均可支配收入，元/人；

C

为城镇居民个人养老保险金，元/年；

S

、

r

同上。

3)就业保障价值：耕地资源就业保障价值指耕地资源在承接农村剩余劳动力、缓解就业方面的价值，农民身份的特殊性及转业的不便性更突显了耕地资源就业保障价值的重要性，就业保障价值使用替代市场法计算，通过当地乡镇企业人均固定资产原值与人均耕地面积比值得到，计算公式如下：

V

=

C/S

(6)

式中：

V

为就业保障价值，万元/hm；

C

为当地乡镇企业人均固定资产原值，元/人；

S

同上。

4)医疗保障价值：使用替代法计算，将复杂价值的计算简单化。原理是基于政府为农民所提供的医疗保险金通过还原率和人均耕地面积修正计算得到，计算公式如下：

(7)

式中：

V

为医疗保障价值，万元/hm；

U

为政府为农民所提供的医疗保险金，元/人，

S

、

r

同上。

5)耕地资源粮食安全价值：研究认为，粮食安全价值可以看作是最基本的生活需求，可通过最低生活保障金额体现。依据可持续发展观点，耕地的粮食安全价值计算公式如下：

(8)

式中：

V

为粮食安全价值，万元/hm；

B

为人均月最低生活保障金额，元/人；

r

同上；

m

为耕地资源可以供养的人口数目，hm/人；

S

、

r

同上。

1

.

3

.

4

相关性分析

通过ArcGIS 10.2、SPSS 26、GeoDa等软件分析距河流、主要道路、高速公路、国道、省道、县道、乡道、铁路不同距离耕地资源价值变化，研究高程、坡度与耕地资源价值之间的关系，对耕地资源价值空间分布进行相关性分析。

1

.

3

.

5

空间自相关

本研究中全局空间自相关是对耕地资源价值在县域全局视角下的空间相关性检验，结果通过全局Moran’s I反映，公式为：

(9)

式中：

x

、

x

是相应评价单元属性值；

n

是单元总个数；为单元耕地资源价值均值；为样本方差；

w

为空间权重矩阵，体现各单元之间在空间上的邻接关系，本研究采用基于空间邻接的Queen权重方法；I取值范围-1到1，正值表明相关性为正，反之亦然，绝对值越大表示相关性越强。

研究县域视角下某个位置的集聚特征，可采用局部自相关分析，结果用局部Moran’s I 显示，计算公式为：

(10)

式中：

I

为评价单元

i

的局部Moran’s I，

I

值正(负)表示相似(异)的耕地资源价值区域相邻近，绝对值大小反映邻近程度高低，

P

值越小表明置信度越高。

2 结果与分析

2.1 襄垣县耕地资源价值计算结果

综上计算得到襄垣县单位面积耕地资源各功能价值，结果见图2。可知：襄垣县单位面积耕地经济价值、生态价值、社会价值分别为26.23、25.4和23.94万元/hm，所占比例分别是34.7%、33.62%和31.68%；生态价值中各类功能价值从高到低依次是废物处理、土壤保持、气候调节、维持生物多样性、水文调节、气体调节和美学景观，价值分别为7.19、6.34、3.88、3.12、2.65、2.18和0.04万元/hm。社会价值中高低排序依次是就业保障、粮食安全、养老保障、医疗保障、基本生活保障，价值分别为7.99、6.76、4.68、2.33和2.18万元/hm。

图2 襄垣县单位面积耕地资源价值构成图Fig.2 Map of the value composition of cultivated land resources per unit area in Xiangyuan County

通过对襄垣县各乡镇单位面积耕地资源经济价值、生态价值和社会价值求和可得襄垣县各乡镇单位面积耕地资源总价值，结果见图3。襄垣县单位面积耕地资源价值整体空间分布格局由东北和西南两侧向内部递增，最高值出现在襄垣县南部的侯堡镇，为57.57万元/hm，中部的夏店镇和善福乡耕地资源价值也分别达到51.28万元/hm和47.59万元/hm，东北方向的下良乡耕地资源价值最低，仅有27.66万元/hm，不到南边侯堡镇总价值的一半。

图3 襄垣县各乡镇单位面积耕地资源价值图Fig.3 Value map of cultivated land resources per unit area of each township in Xiangyuan County

2.2 耕地资源价值计算结果分析

以行政村边界对耕地资源价值进行统计，结果见图4。结合襄垣县高程(图1)可知：襄垣县东北方向坡度较大，高程较高，耕地资源价值较低；在高程低、坡度平缓的中部地区耕地资源价值较高；由此猜想耕地资源价值与高程和坡度存在一定的负相关性。基于此，通过SPSS软件对耕地资源价值与高程和坡度进行相关性分析研究。结果表明：坡度和高程与耕地资源价值的皮尔逊相关系数分别为达到了-0.441和-0.232，且都通过了双尾检验，说明坡度和高程与耕地资源价值存在显著的负相关性。验证的结果与常理相符，坡度过大和高程过高的地区不利于耕种，高程升高会导致气温降低，坡度过大导致水土流失严重、阻碍交通便利，从而对耕地价值造成负面影响。

图4 襄垣县单位面积耕地资源价值(a)与坡度分布(b)图Fig.4 Map of the value of cultivated land resources per unit area (a) and slope distribution (b) in Xiangyuan County

但是在襄垣县中南部平缓地区的古韩镇出现了大面积的低值区域，古韩镇高程和坡度在襄垣县都属于较低值，依照坡度、高程与耕地资源价值相关性结果，古韩镇不应出现大范围低值区。可能是由于大面积的矿山开采对耕地资源价值产生负面影响。图5为襄垣耕地及基本农田与矿山重叠图。综合图5可得襄垣县矿山开采侵占了23.6%基本农田面积，其中古韩镇、王桥镇耕地资源价值受负面影响最大，古韩镇矿山边界占地面积达到古韩镇总面积的47.23%，王桥镇也达到25.83%，两镇多数行政村单位面积耕地资源价值处于0～25万元/hm范围的低值区；善福乡、王村镇、下良镇三地交界处和夏店镇东北部也都受到矿山开采不同程度的影响。

图5 襄垣县耕地(a)及基本农田(b)与矿山重叠图Fig.5 Overlapping map of cultivated land (a) and basic farmland (b) with mines in Xiangyuan County

运用ArcGIS软件缓冲区工具分析距道路和河流远近与耕地资源价值变化的关系。考虑到襄垣县行政等级和各级道路与河流影响范围，参考Xu等研究，将缓冲区研究区域划定为0～5 000 m范围，如图6所示。

通过ArcGIS软件分区统计工具计算不同距离耕地资源价值，结果见图7。可知：河流附近200 m范围内耕地资源价值为42.92万元/hm，200～500 m 出现轻微下降，1 000 m时达到最大值43.01万元/hm，1 000 m之后整体呈现缓慢下降趋势。高速公路200 m范围内耕地资源价值为41.34万元/hm，在200～1 000 m激增至51.42万元/hm，增幅接近25%，1 000～5 000 m变化趋于稳定。乡道和县道200 m范围内耕地资源价值均是最大值，分别是46.72和46.98万元/hm，之后随着距离的增加耕地资源价值不断下降，在5 000 m处达到最低值，分别是29.85和38.96万元/hm。省道500 m范围内耕地资源价值最低，只有38.35万元/hm，500 m之后呈不断上涨趋势，在3 500 m处达到最大值49.42万元/hm，3 500 m后耕地资源价值趋于平稳。铁路200 m范围内耕地资源价值为40.71万元/hm，200～500 m出现小幅度下降，500～5 000 m稳定增长，在5 000 m处达到最大值48.64万元/hm。主要道路200 m内耕地资源价值为44万元/hm，200～5 000 m耕地资源价值不断下降，5 000 m时降至最低值35.66万元/hm。国道200 m范围内耕地资源价值最低，为48.01万元/hm，200 m以后出现缓慢增长，2 000 m时达到最大值51.64万元/hm，2 000 m后趋于稳定。通过SPSS26软件对河流和各级道路不同距离单位面积耕地资源价值进行分析，结果显示距河流、国道、高速、县道的距离远近与耕地资源价值变化不存在显著的相关性，而主要道路、省道、乡道、铁路与单位面积耕地资源价值皮尔逊系数分别为-0.988、0.919、-0.966、0.983，且通过双尾检验，说明距离主要道路与乡道距离的远近与耕地资源价值呈显著负相关，距离省道和铁路的距离远近与耕地资源价值呈显著正相关。

(a)河流；(b)高速公路；(c)乡道；(d)省道；(e)县道；(f)铁路；(g)主要道路；(h)国道。

图7 单位面积耕地资源价值随距离变化Fig.7 The value of cultivated land resources per unit area changes with distance

通过ArcGIS 10.2软件对襄垣县构建700 m×700 m的渔网，再对襄垣县耕地资源价值进行分区统计和空间自相关分析，结果如图8。Moran’s I结果显示：全局Moran’s I值为0.706，通过1%的显著性检验，说明襄垣县耕地资源价值存在显著的正向空间相关性，襄垣县耕地资源价值在地理空间分布上具有显著聚集性。聚集类型如图8(a)所示，高-高聚集多出现在襄垣县中部、西部和南部，主要有虒亭镇、夏店镇和侯堡镇，三镇地势平坦，且虒亭镇存在大面积水域，水资源丰富，加之矿区负面影响较少，所以具有较高的耕地资源价值，对周边地区也起到正向的辐射作用。低-低聚集多出现在襄垣县东北部、东部和东南部，以下良镇、北底乡、古韩镇、王桥镇最为突出，这些乡镇多处于高海拔、坡度大的区域，古韩镇和王桥镇更是受到矿山开采的剧烈影响，导致耕地资源价值较低；低-高和高-低聚集分布较少，格局较为离散，低-高聚集多在襄垣县西南部，高-低聚集多在襄垣县东部地区。图8(b)代表置信度，

P

值越小代表置信度越高。

图8 耕地资源价值Lisa聚类图(a)与P值分布图(b)Fig.8 Cultivated land resource value Lisa clustering (a) and P value distribution map (b)

3 讨论与结论

3.1 讨论

耕地资源作为人类赖以生存和社会稳定发展的物质基础，对其价值的剖析必须基于正确的理论认知和科学的方法测算。基于已有研究，结合襄垣县耕地资源和社会经济特性，分别通过经济价值、生态价值、社会价值三方面挖掘其耕地资源价值内涵，对耕地资源价值空间分布规律及空间自相关性进行分析，为耕地资源保护和耕地补偿提供理论支持和数据参考。

襄垣县耕地资源价值研究结果表明耕地资源价值并不是由经济价值单方面决定，耕地资源具有功能和价值的多样性。长期以来对耕地资源价值的片面定义，以经济价值“一值以蔽之”，忽略其社会价值和生态价值，这不仅是对耕地资源价值体系认识的不足，更是对农民即得利益的剥夺，对耕地资源的低效利用。通过研究村域尺度耕地资源价值空间分布规律，对耕地资源的保护及其高效利用有重要参考作用。

3.2 结论

1)襄垣县2017年耕地资源价值为75.57万元/hm，其中耕地资源经济、生态、社会价值分别为26.23、25.4和23.94万元/hm，所占比例分别为34.7%、33.62%和31.68%。

2)通过探究耕地资源价值的空间分布规律，发现耕地资源价值与坡度、高程存在显著负相关关系，坡度和高程的增加会显著降低耕地资源价值，大面积的矿山开采对耕地资源价值也存在一定的负面影响。距河流、国道、高速公路、县道的距离远近与耕地资源价值变化不存在显著相关性，距主要道路与乡道距离的远近与耕地资源价值呈显著负相关，距省道和铁路的距离远近与耕地资源价值呈显著正相关。

3)通过对襄垣县耕地资源价值空间自相关分析发现：襄垣县耕地资源价值在空间上存在显著的正向相关性，各行政村耕地资源价值在地理空间分布上具有显著聚集性。高-高聚集多现在地势平缓、水资源丰富地区，以虒亭镇、夏店镇和侯堡镇为主，低-低聚集多出现于海拔和坡度较高、受矿山开采影响严重的地区，以古韩镇、王桥镇、下良镇、北底乡最为突出。